Al(In,Ga)N-(In)GaN-GaN異質(zhì)結材料電學性能的研究.pdf

1、 第三代半導體GaN 基電子材料和器件研究向高頻和大功率方向得到了很大發(fā)展。常規(guī) AlGaN/GaN 異質(zhì)結電子材料要實現(xiàn)大電流，高功率和高頻特性，AlGaN勢壘層 Al 組分和厚度需要增加，但是這樣則在 AlGaN 勢壘層引入失配位錯影響其結晶質(zhì)量，并且在外加強電場下 AlGaN/GaN 異質(zhì)結產(chǎn)生逆壓電極化效應，這些都會引起器件性能的退化。AlInGaN 四元合金具有靈活控制晶格常數(shù)（應變）和禁帶寬度（能帶）的特性，利用這一特性可

2、將異質(zhì)結構的應變工程和能帶工程發(fā)揮到最優(yōu)，從而實現(xiàn)電學性能更為出色的異質(zhì)結構材料和 HEMT 器件。以 InGaN 為溝道層的 HFET 具有較好的低頻噪聲特性，且電流崩塌效應得到有效的抑制，主要因為 InGaN 溝道與勢壘層形成大的導帶帶階顯著增強量子限制應。然而以 AlInGaN為勢壘層或以 InGaN 為溝道層的氮化物異質(zhì)結的輸運特性在理論上研究較少。本文的主要工作和成果如下：
1、基于虛晶近似的方法，提出了勢壘層采

3、用四元合金 AlInGaN 材料的 GaN異質(zhì)結的二維電子氣的合金無序散射模型，發(fā)現(xiàn)和 AlGaN/GaN 異質(zhì)結以及AlInN/GaN 異質(zhì)結相比，AlInGaN 勢壘層合金無序散射限制的遷移率基于 AlGaN和 InAlN 之間。
2、綜合考慮各種散射，系統(tǒng)的分析了 Al(In,Ga)N/GaN 異質(zhì)結材料的 2DEG 面密度(固定的合金組分)、勢壘層 In 組分(固定的面密度)、溫度、其他合金組分和AlN 空間層對

4、2DEG 遷移率和合金無序散射的影響，發(fā)現(xiàn)在較高 Al 組分時，AlGaN、AlInN 和 AlInGaN 三種勢壘層材料合金無序散射限制的遷移率幾乎相等。從提高電導率的方向考慮了適合 HFET 器件應用的合金組分，在高 Al 組分的近晶格匹配的異質(zhì)結結構中用 Ga 代替 In 方式引入適當?shù)膽儯梢员３?2DEG 遷移率幾乎不變的情況下，提高器件的電導率。
3、采用 Fang—Howard 變分波函數(shù)給出了 InGaN

5、 溝道合金無序散射動量弛豫率1/ it 的具體模型。在 AlInGaN/InGaN/GaN 異質(zhì)結中，2DEG 既受到勢壘層的合金無序散射，也受到溝道層的合金無序散射；在固定的溝道 In 組分時，總的合金無序散射作用隨 AlInGaN 勢壘層 Al 組分的升高而增強，這與 GaN 溝道的先增強后減弱的趨勢不同；在固定勢壘層合金組分時，總的合金無序散射隨溝道 In 組分先增強后減弱。
4、研究了 InGaN 溝道異質(zhì)結在勢壘

6、層分別為 AlGaN、AlInN 和 AlInGaN 的情況下二維電子氣遷移率的影響因素和物理機制。在較低的溝道 In 組分 (0