AlGaN/GaN纳米异质结构中的二维电子气密度研究

本文设计了纳米线核壳AlGaN/GaN异质结构,研究了势垒层厚度、Al组分、掺杂浓度对平面和纳米线异质结构中二维电子气(2DEG)浓度的影响规律。结果表明,随着势垒层厚度的逐渐增大,两种结构中2DEG浓度增速逐渐减缓,当达到40 nm后,由于表面态电子完全发射,2DEG浓度逐渐稳定不变。随着Al组分的增加,极化效应逐渐增强,使得两种结构在异质界面处的2DEG浓度都逐渐增加。当掺杂浓度逐渐提高时,两者在异质界面处电势差增大,势阱加深,束缚电子能力加强,最终导致2DEG浓度逐渐增加,当掺杂浓度增加到2.0×10^(18)cm^(-3)后,2DEG面密度达到最大值。与平面结构相比,纳米线结构可以实现更高的Al组分,在高Al组分之下,2DEG面密度最高可达5.13×10^(13)cm^(-2),相比于平面结构有较大的提高。

氮缺陷对GaN/g-C_(3)N_(4)异质结电子结构和光学性能影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了单层GaN、g-C_(3)N_(4)、GaN/g-C_(3)N_(4)异质结及3种氮缺陷GaN/g-C_(3)N_(4)-V_(XN)(X=1、2、3)异质结的稳定性、电子结构、功函数及光学性能。计算结果表明,GaN/g-C_(3)N_(4)异质结体系晶格失配率极低(0.8%),属于完全共格。与单层g-C_(3)N_(4)相比,GaN/g-C_(3)N_(4)和GaN/g-C_(3)N_(4)-V_(XN)(X=1、2、3)异质结的导带向低能方向偏移,价带上移,从而导致带隙减小,且态密度均显示出轨道杂化现象。GaN/g-C_(3)N_(4)和GaN/g-C_(3)N_(4)-V_(XN)(X=1、2、3)异质结在界面处均形成了电势差,在其内部形成了从g-C_(3)N_(4)层指向GaN层的内置电场。GaN/g-C_(3)N_(4)-V_(1N)异质结的界面电势差值最大且红移现象最为明显,表明GaN/g-C_(3)N_(4)-V_(1N)异质结相较其他2个N缺陷异质结光学性能最好。氮缺陷的引入在不同程度上提高了GaN/g-C_(3)N_(4)异质结在红外光区域的光吸收能力。

AlGaN/GaN异质结构的X射线衍射研究

在(0001)取向的蓝宝石(α-Al2O3)基片上用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长了势垒层厚度为1000?的Al0.22Ga0.78N/GaN异质结构;;利用高分辨X射线衍射(HRXRD)技术测量了样品的对称反射(0002)和非对称反射(1014)的倒易空间Mapping(RSM)。结果表明;;样品势垒层的内部微结构与应变状态和下层i-GaN的微结构与应变状态互相关联。样品势垒层的微应变已经发生弛豫;;而且具有一种“非常规”应变弛豫状态;;这种弛豫状态的来源可能与n-AlGaN的内部缺陷以及i-GaN/α-Al2O3界面应变弛豫状态有关。掠入射X射线衍射研究表明样品内部的应变是不均匀的;;由表层的横向压应变状态过渡到下层的张应变状态;;与根据倒易空间Mapping分析得到的结果一致。

欧洲首次在200mm硅晶圆上生长出高质量的AIGaN／GaN异质结构

欧洲独立纳米电子研究中心IMEC与MOCVD设备供应商AIXTRON公司日前宣布，首次在200mm硅晶圆上成功生长出高质量高均匀性的AlGaN／GaN异质结构。 A1GaN／GaN异质结构在AIXTRON应用实验室中的300mm CRIUS MOCVD设备中生长得到，

调制掺杂Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结构的微应变

用MOCVD方法在 (0 0 0 1)取向的蓝宝石 (α -Al2 O3)衬底上生长了不同势垒层厚度的Al0 .2 2Ga0 .78N/GaN异质结构 ,利用高分辨X射线衍射 (HRXRD)测量了其对称反射 (0 0 0 2 )和非对称反射 (10 14 )的倒易空间图 (RSM )。分析结果表明 ,势垒层内部微结构与应变状态和下层i -GaN的微结构与应变状态互相关联 ,当厚度大于 75 0 时 ,势垒层开始发生应变弛豫 ,临界厚度大于5 0 0 。势垒层具有一种“非常规”应变弛豫状态 ,这种状态的来源可能与n -AlGaN的内部缺陷以及i-GaN/α -Al2

GaN HFET研究中的钝化、场板和异质结构设计

从AlGaN/GaN沟道阱电子状态出发,深入研究了GaNHFET研究中的钝化和场板电极。提出了用低、高Al组分比势垒制成复合势垒,来抬高势垒和增大势垒宽度,强化沟道阱的量子限制。强调了负极化电荷在强化沟道阱量子限制和能带剪裁中的重要作用。依据内沟道、外沟道和欧姆接触对势垒的不同要求设计出二维异质结构。通过特殊的异质结构设计和后工艺剪裁制成了满足肖特基势垒和欧姆接触的两种不同的异质结构。把优质Si3N4钝化膜同复合势垒结合起来塑造出满足外沟道要求的异质结构,从而实现了HFET二维异质结构的优化设计。证实了这种新沟道阱中的电子在三种不同栅压下的强二维特性,强调了背场板和背势垒在器件研究中的重要作用。

AlGaN/GaN异质结构欧姆接触的研制

研究了 Ga N高温宽禁带半导体外延层上欧姆接触的制备工艺 ,讨论了几种测试方法的优缺点 ,并根据器件制作的工艺兼容性 ,在 n-Ga N样品上获得了 4× 1 0 - 6 Ω·cm2的欧姆接触 ,在 Al Ga N/Ga N异质结构样品上获得了 4× 1 0 - 4Ω· cm2 的欧姆接触。实验结果表明 ,Al Ga N/Ga N上低阻欧姆接触的制备及其工艺兼容性是Ga N

Al组分对Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结构中二维电子气输运性质的影响(英文)

在低温和强磁场下,通过磁输运测量研究了不同Al组分调制掺杂Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结二维电子气(2DEG)的磁电阻振荡现象.观察到低Al组分异质结中的2DEG有较低的浓度和较高的迁移率.

Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结构中2DEG的塞曼自旋分裂

通过在低温和强磁场下的磁输运测量研究了非故意掺杂Al0.24Ga0.76N/GaN异质结构中二维电子气(2DEG)的磁电阻振荡现象。在强磁场下观察到了表征2DEG塞曼自旋分裂的舒勃尼科夫-德哈斯(SdH)振荡的分裂峰。通过分析SdH分裂峰的位置,获得了塞曼自旋分裂能量和g*的大小,发现由于交换相互作用,g*比g0有了显著的增加,同时g*随着磁场的增大而增大,说明随着磁场的增大,电子与电子的交换相互作用增强。

Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结构中二维电子气的磁致子带间散射效应

通过在低温和强磁场下的磁输运测量研究了非故意掺杂Al0 .2 2 Ga0 .78N/GaN异质结二维电子气 ( 2DEG)的磁电阻振荡现象。观察到了磁致子带间散射 (MIS)效应。在极低温下观察到了表征两个子带被 2DEG占据的双周期舒勃尼科夫 德哈斯 (SdH)振荡。实验观察到MIS效应引起的磁电阻振荡的幅度随温度上升略有减小 ,振荡的频率为两个子带SdH振荡频率之差。随着温度的升高 ,MIS振荡成为主要的振荡。由于SdH振荡和MIS振荡对温度的依赖关系不同 ,实验观察到SdH和MIS振荡之间的调制在温度 10和 17K之间最为强烈 ,其它温度下的调制很弱。

MOCVD生长InGaN/AlGaN双异质结构与GaN过渡层的工艺与特性

评述利用MOCVD技术在α Al2 O3 衬底上生长GaN薄膜及InGaN/AlGaN双异质结 (DH)结构的工艺与特性 ;从表面动力学观点着重讨论了GaN过渡层MOCVD生长条件 (温度、气流束源等 )对表面形貌、结晶形态、掺杂及其光电性能的影响。分析表明 ,GaN薄膜生长速率主要依赖于反应炉温度 ,气流束源摩尔流量速率。若生长温度太高 ,引起PL发光谱峰向长波侧移动 ;GaN缓冲层生长温度必须控制在 5 5 0℃。高的Ⅴ /Ⅲ双气束流比率能够抑制GaN发光谱中 5 5 0nm辐射峰产生。为了获得高质量 p AlGaN、GaN层 ,控制生长温度和以Cp2 Mg为杂质源的Mg受主掺杂量 ,并在N2 气氛中 80 0℃快速退火 。

背势垒对InAlN/GaN异质结构中二维电子气的影响

利用有效质量理论自洽求解Poisson和Schrdinger方程理论研究了背势垒插入层对InAlN/GaN晶格匹配异质结构的电学性能的影响。研究表明,对于In0.17Al0.83N/AlN/GaN的异质结构,AlN的临界厚度为2.43 nm。此时,异质结中二维电子气(2DEG)浓度达到2.49×1013 cm-2,且不随势垒层厚度的变化而变化。重点模拟研究了具有背势垒的InAlN/AlN/GaN/AlGaN/GaN和InAlN/AlN/GaN/InGaN/GaN两种结构的能带结构和2DEG的分布情况。理论结果表明,采用AlGaN背势垒结构时,对于AlGaN的任意Al组分,GaN沟道层导带底能量均被抬升,增强了AlN/GaN三角势阱对2DEG的限制作用,提高了电子迁移率。采用InGaN/GaN作为背势垒结构,当InGaN厚度为2或3 nm时,三角势阱中的2DEG随InGaN中In组分的增加先升高后降低,这主要是由于GaN/InGaN界面处产生的正极化电荷的影响,引起电子在AlN/GaN三角势阱和InGaN/GaN势阱之间的分布变化。

AlInGaN/GaN异质结构材料生长及特性研究

AlInGaN四元合金具有独立控制禁带宽度和晶格常数的特性,利用这一特性可以实现性能更为出色的异质结构材料.利用MOCVD技术生长获得了AlInGaN/GaN异质结构,通过汞探针C-V测量和Hall效应测量,发现其电学特性明显优于常规AlGaN/GaN异质结构,通过XDR和AFM分析,发现其势垒层结晶质量十分出色,但表面形貌与常规异质结构相比还存在一定差距.

n-ZnO/p-GaN异质结构发光二极管的制备与特性(英文)

报道了n-ZnO/p-GaN异质结构发光二极管的制备及其发光特性.采用金属有机气相外延技术在Mg掺杂p型GaN衬底上外延n型ZnO薄膜以形成p-n结.实验发现在一定配比的HF酸和NH4Cl溶液中,腐蚀深度和腐蚀时间呈线性关系,并且二氧化硅和ZnO的腐蚀速率得到很好的控制,这对器件制备的可靠性非常重要.电流-电压(I-V)特性测试显示该器件结构具有明显的整流特性.室温下,在正反向偏压状态下都可用肉眼观察到电致发光现象.同时,通过与光致发光谱进行比较,对电致发光谱中发光峰的起源和发光机制进行了探讨.

AlGaN/GaN异质结构中二维电子气的高温输运性质

采用高温Hall测量仪对一个全应变和一个部分应变弛豫的AlGaN/GaN异质结构中2DEG的高温输运特性进行了研究,温度变化范围从室温到680K.研究结果表明:在高温段2DEG的迁移率主要受LO声子散射限制;在室温,异质界面处的非均匀压电极化场对2DEG迁移率的散射也是一个主要的散射机制.同时,计算结果显示,随着温度升高,更多的电子跃迁到更高的子带,在更高的子带,其波函数逐渐扩展到AlGaN层内部以及GaN体内更深的位置,导致LO声子散射的屏蔽效应减弱且来自AlGaN层内的合金无序散射增强.

正向偏置(p)SiC/(n)GaN异质结构稳态导电特性的模拟

本文利用MATLAB数值模拟了不同晶相(6H、4H、3C)p型掺杂SiC与六方相n型掺杂GaN构成异质结构的正向稳态导电特性.讨论了(p)SiC/(n)GaN异质结构模型,分析了正向偏压、温度对异质结构内载流子分布的影响,考虑了异质结构内载流子复合率随正向偏压的变化,对比了不同温度异质结构的电容-电压特性,探究了异质结构p区及n区不同少子寿命和掺杂浓度、温度等情况下的主要电流成份与正向偏压的关系.模拟数据与文献的实验结果吻合,可指导SiC/GaN异质结构双极晶体管等器件的制造.

AlGaN/GaN异质结极化行为与二维电子气

AlGaN/GaN异质结及其相关器件因其优越的电学特性成为近几年的研究热点。2DEG作为其特征与材料本身的极化现象关系密切。本文主要从晶体微观结构角度介绍AlGaN/GaN异质结极化现象的产生、机理和方向性,着重讨论极化对异质结界面处诱生的二维电子气的影响。极化不仅可提高2DEG的浓度,而且还能使其迁移率得到提高。

基于GaN基HEMT结构的传感器件研究进展

GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)具有异质结界面处的高二维电子气(2DEG)浓度、宽禁带、高击穿电压、稳定的化学性质以及高的电子迁移率,这些特性使它发展起来的传感器件在灵敏度、响应速度、探测面、适应恶劣环境上具备了显著的优点。本文首先围绕GaN基HEMT的基本结构发展起来的两类研究成熟的传感器,对其结构、工作机理、工作进展以及优缺点进行了探讨与总结;而后,着重从改变器件材料及优化栅结构与栅上材料的角度,阐述了3种GaN基HEMT新型传感器的最新进展,其中,从材料体系、关键工艺、探测结构、原理及新机理方面重点介绍了GaN基HEMT光探测器;最后,探索了GaN基HEMT传感器件未来的发展方向。

AlGaN/GaN异质结材料的中子辐照效应

采用归一化能量1 Me V的中子脉冲反应堆对Al Ga N/Ga N异质结材料进行了辐照研究。实验发现,经1015cm-2注量的中子辐照后,异质结材料的二维电子气(2DEG)载流子浓度(ns)下降,而2DEG迁移率由于受到ns的调制作用略有增加,同时辐照导致的载流子浓度ns下降造成了沟道串联电阻的增加和异质结构阈值电压(VTH)的正向漂移。分析认为,辐照感生类受主缺陷是造成ns下降和阈值电压漂移的原因。原子力显微镜(AFM)和X射线衍射仪(XRD)的测试结果表明,辐照后材料的表面形貌有所恶化,材料应变基本不变,而材料的螺位错和刃位错密度辐照后都略有增加。此外,实验结果还表明初始材料质量越好,辐照退化越小。