纖鋅礦氮化物量子阱中電子遷移率及應變和壓力調(diào)制.pdf

1、纖鋅礦氮化物半導體具有禁帶寬度大、臨界場強高、熱導率大、飽合漂移速度高、穩(wěn)定性好等特點，是制作高頻大功率器件的重要材料.目前，GaN基高電子遷移率晶體管（HEMT）的理論和實驗研究是一個熱點方向.纖鋅礦氮化物量子阱是GaN-HEMT的基本結(jié)構(gòu)，強自發(fā)和壓電極化效應使體系在界面處產(chǎn)生高濃度的二維電子氣（2DEG）.2DEG的濃度和遷移率決定HEMT的電學特性.本文基于介電連續(xù)模型、單軸晶體模型和雷-丁平衡方程方法，討論在光學聲子起主要散射

2、作用的溫度區(qū)域，纖鋅礦氮化物量子阱中的電子遷移率.主要研究內(nèi)容和所得結(jié)果概括如下：
　　 （1）AlN/GaN/AlN量子阱中電子遷移率的尺寸效應.結(jié)果表明，在室溫和常壓下，在窄阱和寬阱時，界面光學聲子散射對電子的遷移率起主導作用；在中間阱寬時，局域光學聲子散射對電子的遷移率起主導作用.電子遷移率隨阱寬的增加先從一小值減小至低谷，然后增加，最終在某一阱寬時達到飽合值.對給定阱寬，有限壘寬情形的電子遷移率大于無限壘寬情形.減小阱區(qū)

3、的內(nèi)建電場可增大電子遷移率.量子阱的尺寸會改變體系的內(nèi)建電場強度及2DEG分布，尺寸的優(yōu)化可提高電子遷移率，從而改進HEMT的性能.
　　 （2）AlN/GaN/AlN量子阱中電子遷移率的流體靜壓力效應.計算發(fā)現(xiàn)，隨著流體靜壓力的增大，一方面材料的有效質(zhì)量、高頻介電常數(shù)、光學聲子頻率、體系的帶階和內(nèi)建電場均增大；另一方面體系中聲子數(shù)卻減少.結(jié)果表明，電子遷移率隨著流體靜壓力的增大而微弱增大.
　　 （3）AlxGa1-x

4、N/GaN/AlxGa1-xN量子阱中光學聲子模的三元混晶（TMC）效應以及對電子遷移率的影響.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于聲子色散的各向異性，量子阱中各類光學聲子模隨組分而變化，聲子的局域模，界面模，半空間模以及傳播模存在于特定組分和頻率范圍內(nèi)，且同種聲子模色散關系也隨組分而改變.隨著A1組分的增加，對稱光學聲子對電子的作用減弱，反對稱光學聲子對電子的作用則增強.電子遷移率隨Al組分和溫度的增加而減小，隨電子面密度的增大而增大.
　　 （4

5、）在AlN/GaN/AlN量子阱中引入InGaN凹槽層對電子遷移率的影響.結(jié)果顯示，InGaN/GaN界面的引入和TMC效應使體系的聲子模式發(fā)生改變.當In組分增加到使導帶上InGaN/GaN界面處的能量低于AlN/GaN界面處的能量時，2DEG將由GaN阱轉(zhuǎn)移至InGaN凹槽層.當電子主要分布在阱區(qū)時，隨著In組分的增大，電子遷移率先增后減，但總是高于不含InGaN凹槽層之情形；當2DEG轉(zhuǎn)移至InGaN凹槽層時，遷移率則突然降低，此