AIN/Si Dağınımlı Bragg aynasının büyütülmesi ve karakterizasyonu

Bu tez çalışmasında, Sivas Cumhuriyet Üniversitesi İleri Teknoloji Araştırma ve Uygulama Merkezi (CÜTAM)'nde bulunan Nanovak NVTS-400 magnetron püskürtme sistemi ile Si alttaş üzerine AlN/Si (6 çift) Dağıtılmış Bragg Reflektörü- (Distributed Bragg Reflector-DBR) yapısı büyütülmüş ve karakterizasyonları yapılmıştır. Büyütülen DBR yapısı ileri aşamada Dikey Dış Kovuklu Yüzey Işımalı Lazer (Vertical External-Cavity Surface-Emitting Laser -VECSEL) yapısı için ayna olarak kullanılacaktır. Telekom dalga boylarında VECSEL yapısında daha önce kullanılan DBR'ler ile GaAs tabanlı yarı iletken VECSEL performanslarının elde edilememesinin iki temel nedeni vardır; DBR yapısında kullanılan yarı iletkenlerin düşük termal iletkenliğe ve kırılma indisi farkı sahip olmalarıdır. Bu yüzden hem yüksek termal iletkenlik farkına sahip hem de yüksek kırılma indisi farkına sahip AlN ve Si yarı iletkenleri seçilmiştir. Püskürtme sistemi ile DBR yapısı büyütülürken ilk olarak tek katman çalışmaları gerçekleştirilmiş, optimum büyütme metodu ve şartları belirlenmiştir. Daha sonra büyütülen kristallerin kalitesi X-ışını kırınımı (XRD) ve spektrofotometre ile analiz edilmiştir. Yapıların kırılma indisi ve kalınlık değerleri spektroskopik elipsometre ile belirlenmiştir. Optimum koşullar belirlendikten sonra katman sayıları artırılarak DBR yapıları büyütülmüştür. DBR için son derece önemli olan yüksek yansıma değerlerini elde etmek için her büyütmeden sonra spektrofotometre ile yansıma ölçümü gerçekleştirilmiştir. Diğer yandan DBR yapılarının kalınlık değerleri Taramalı Elektron Mikroskobu (Scanning Electron Microscope-SEM) ile analiz edilmiştir. Kalınlık optimizasyonu tamamlandıktan sonra 6 çift AlN/Si DBR yapısı büyütülmüştür ve yapılan yansıma ölçümü ile %99'un üzerinde yansıma elde edilmiştir. Bu da büyütülen DBR'nin düşük yansıma kayıpları ile VECSEL yapılarında kullanımının uygun olduğunu göstermektedir.

In this thesis, the structure of AlN/Si (6 pairs) Distributed Bragg Reflector- (DBR) on Si substrate has been grown by the Nanovak NVTS-400 sputter system in Sivas Cumhuriyet University Advanced Technology Research and Application Center (CÜTAM). The characterizations of these samples have been performed in CUTAM. The grown DBR structure will be used as a mirror for the Vertical External-Cavity Surface-Emitting Laser (VECSEL) structure in the future. There are two main reasons why GaAs-based semiconductor VECSEL performances cannot be obtained with DBRs previously used in the VECSEL structure at telecom wavelengths; Semiconductors used in DBR structure have low thermal conductivity and refractive index difference. Therefore, AlN and Si semiconductors with both high thermal conductivity difference and high refractive index difference have been selected. While the DBR structure has been grown with sputter system, firstly, single layer studies have been carried out and the optimum growth method and conditions have been determined. The quality of the grown crystals was then analyzed by X-ray diffraction (XRD) and spectrophotometer. The refractive index and thickness values of the structures have been determined by spectroscopic ellipsometry. After the optimum conditions have been determined, DBR structures have been grown by increasing the number of layers. In order to obtain high reflectance values, which are extremely important for DBR, reflection measurement has been performed with a spectrophotometer after each growth. On the other hand, thickness values of DBR structures have been analyzed by Scanning Electron Microscope (SEM). After the thickness optimization has been completed, 6 pairs of AlN/Si DBR structures have been grown and more than 99% reflection has been obtained with the reflection measurement. This shows that the amplified DBR is suitable for use in VECSEL structures with low reflection losses.