Lattice Parameters a-, c-, Strain-Stress Analysis and Thermal Expansion Coefficient of InGaN/GaN Solar Cell Structures Grown by MOCVD

MOCVD ile büyütülen InGaN/GaN güneş hücresi yapısının a-,c- örgü parametreleri, zorlamagerilme analizi ve termal genleşme katsayısı

A. Kürşat Bilgili,Ömer Akpınar,Gürkan Kurtuluş,M. Kemal Öztürk,Süleyman ÖZÇELİK,Ekmel Özbay

Abstract

Structural properties of InGaN/GaN solar cells (SCs) grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) technique are investigated by high resolution X-ray diffraction (HR-XRD) method. It is noticed that a- and c- lattice parameters of the structures showed small differences according to examined (hkl) planes. Fault percentage of the a- and c- lattice parameters are also calculated. It is seen that fault percentage is smaller than %2 for all samples. Investigations have been made for three different samples. Differences in crystal quality caused by growth conditions are seen in all three samples. At the same time, properties such as crystal size, strain and stress are determined. During determination of stress, two different methods including elastic constants, Young module and Poisson ratio are used. Results gained from these two methods are compared with each other. Thermal expansion coefficients of InGaN are calculated for (002), (004), (006) and (121) planes for 100 oC temperature difference (300-400 oC). It is seen that peak positions gained from HR-XRD are nearly the same with the ones in database. All the results obtained from calculations are given in tables in the following sections of this article. It can be seen that all these results are in accordance with previous works done by different authors and with the real values.

Özet

Metal organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) tekniği ile büyütülen InGaN/GaN güneş hücrelerinin (SC) yapısal özellikleri yüksek çözünürlüklü X-ışını kırınımı (HR-XRD) yöntemi ile araştırılmıştır. Yapıların a- ve c- örgü parametrelerinin incelenen (hkl) düzlemlere göre küçük farklılıklar gösterdikleri dikkat çekmektedir. a- ve c- örgü parametrelerinin hata yüzdeleri hesaplandı. Tüm numuneler için hata yüzdesinin %2’den küçük olduğu görülmektedir. Üç farklı numune için araştırmalar yapılmıştır. Her üç numunede de büyüme koşullarından kaynaklanan kristal kalitesinde farklılıklar görülür. Aynı zamanda Kristal boyutu, zorlama ve gerilme gibi özellikleri de belirlendi. Gerilmenin belirlenmesinde elastik sabitler, Young modülü ve Poisson oranı olmak üzere farklı yöntemler kullanıldı. Yöntemlerden elde edilen sonuçlar birbirleriyle karşılaştırılmıştır. InGaN’ın termal genleşme katsayıları 100oC sıcaklık farkı (300-400 oC) için (002), (004), (006) ve (121) düzlemleri için hesaplandı. HR-XRD’den elde edilen pik pozisyonlarının veri tabanlarındaki (database) pik pozisyonlarıyla neredeyse aynı olduğu görülmektedir. Hesaplamalardan elde edilen tüm sonuçlar bu çalışmanın bölümlerinde yer alan tablolarda verilmektedir. Bütün bu sonuçların farklı yazarlar tarafından yapılmış önceki eserlere ve gerçek değerlere uygun olduğu görülmektedir.