Ⅲ-Ⅴ族量子阱的共振隧穿及Ⅰ-Ⅴ特性理论研究

摘要

本论文从半导体材料和能带结构出发，主要对Ⅲ-Ⅴ族半导体材料组成的量子阱结构的共振隧穿及Ⅰ-Ⅴ特性进行了详细的理论研究和分析计算。 首先根据费米能级和载流子浓度的统计分布函数，运用Matlab计算得到了GaAs和GaN在不同掺杂材料和掺杂浓度下的费米能，为透射系数和隧穿电流的计算提供了准备。 其次以定态薛定谔方程为出发点，严格推导出一维多阶梯位势透射系数的递推公式以及电流密度计算公式，并结合GaAs/AlAs/In<,0.1>Ga<,0.9>As双势垒量子阱结构，对透射系数和电流密度推导公式进行了验证计算，通过仿真结果与试验测试结果的分析和对比，验证了推导公式的正确性和适用性。在此基础上，根据推导公式详细计算讨论了两种Ⅲ-Ⅴ族半导体材料组成的量子阱结构(Al<,x>Ga<,1-x>As/GaAs和Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN)的透射系数和Ⅰ-Ⅴ特性与垒宽，阱宽，温度以及Al的含量之间的关系，得出了上述量子阱结构在不同情况下的准束缚态能级，隧穿电流和电流峰谷比。通过计算结果的比较分析，找到最佳的量子阱结构设计参数，以达到指导试验的目的。 最后根据介观压阻效应，分析了单轴应力对量子阱结构的影响，并结合Al<,0.3>Ga<,0.7>N/GaN双势垒量子阱结构，计算分析了单轴应力对其Ⅰ-Ⅴ特性的影响，讨论了曲线随力学信号的变化关系。 综上所述，本论文通过Ⅲ-Ⅴ族半导体材料组成的量子阱结构的透射系数和Ⅰ-Ⅴ特性的理论研究，得到了曲线随量子阱结构参数、温度和力学信号的变化关系，为半导体器件的设计提供理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.1课题研究的目的和意义

1.2国内外综述

1.3未来的发展趋势

1.4课题主要研究内容

第二章超晶格量子阱能带结构及半导体材料

2.1超晶格量子阱的能带结构原理与分类

2.1.1超晶格量子阱的能带结构原理

2.1.2超晶格的分类

2.2几种常用半导体材料

2.2.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料

2.2.2宽禁带半导体材料

2.3半导体材料的费米能级

2.3.1载流子浓度和费米能级的统计分布

2.3.2 GaAs和GaN的N型和P型电极中费米能级计算

第三章共振隧穿效应及理论公式推导

3.1双势垒单量子阱结构及共振隧穿效应

3.2透射系数和电流密度公式的理论推导

3.3基于GaAs/AlAs/In0.1Ga0.9As薄膜结构的Ⅰ-Ⅴ曲线计算分析

第四章不同半导体材料量子阱结构的Ⅰ-Ⅴ特性研究

4.1 AlxGa1-xAs/GaAs量子阱体系的Ⅰ-Ⅴ特性研究

4.1.1 AlxGa1-xAs/GaAs量子阱体系的结构设计

4.1.2结构材料参数

4.1.3透射系数研究

4.1.4 Ⅰ-Ⅴ特性研究

4.2 AlxGa1-xN/GaN量子阱体系的Ⅰ-Ⅴ特性研究

4.2.1 AlxGa1-xN/GaN量子阱体系的结构设计

4.2.2结构材料参数

4.2.3透射系数研究

4.2.4 Ⅰ-Ⅴ特性研究

第五章应力对超晶格多量子阱的Ⅰ-Ⅴ特性影响

5.1介观压阻效应理论

5.2应力对超晶格多量子阱的Ⅰ-Ⅴ特性影响

5.2.1外应力下超晶格多量子阱的应变关系

5.2.2应力对Al0.3Ga0.7N/GaN量子阱的Ⅰ-Ⅴ特性影响

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢