氮化镓基异质结二维电子气输运特性研究

摘要

GaN-HEMT的应用领域包括高频大功率微波器件、压力传感器、生物检测等，并且有着重要的前景和地位，而HEMT器件的性能依赖于2DEG的输运性质。为了提高HEMT器件性能，一方面需要提高2DEG浓度，另一方面还需要提高2DEG迁移率。本论文将以GaN基HEMT包括AlxGa1-xN/GaN异质结和AlxGa1-xN/AlN/GaN双异质结为核心，对其异质结界面处二维电子气的分布、面密度、以及所受散射和迁移率等问题进行详细的理论计算研究和讨论。
　　首先介绍了AlxGa1-xN/GaN异质结的性质和结构，并分析计算了其界面处由于自发极化效应和压电极化效应所产生的极化面电荷的密度，以及界面附近聚集的二维电子气的分布、面密度和子带能级的结构。
　　然后说明了电子散射计算的一般过程，给出了AlxGa1-xN/GaN异质结材料中的一些主要的散射机制，包括界面粗糙度散射、合金无序散射以及极性光学声子散射的处理方法。
　　紧接着研究AlN作为AlxGa1-xN/GaN插入层引起的电子输运性质的变化，考虑了AlxGa1-xN和AlN势垒层的自发极化、压电极化对AlxGa1-xN/AlN/GaN双异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)中极化电荷面密度、二维电子气(2DEG)浓度的影响，分析了AlN厚度与界面粗糙度散射和合金无序散射的关系;结果表明，2DEG浓度、界面粗糙度散射和合金无序散射明显依赖AlN层厚度，插入一层1-3nm薄的AlN层，可以大幅提高2DEG浓度和迁移率。

目录

声明

致谢

摘要

1．引言

1．1 半导体技术发展

1．2 氮化镓

1．2．1 氮化镓发展历史

1．2．2 氮化镓结构性质

1．2．3 氮化镓的物理化学性质

1．3 GaN基高电子迁移率晶体管(GaN-HEMT)

1．4 本论文的研究背景

1．5 本论文的研究工作和安排

2．AlxGa1-xN／GaN异质结相关基础研究

2．1 氮化镓异质结结构

2．2 氮化镓异质结中的极化电荷

2．3 二维电子气中电子子带计算方法

2．3．1 氮化镓层中的2DEG分布

2．3．2 铝镓氮层中的2DEG分布

2．4 二维电子气浓度

2．5 本章小结

3．AlxGa1-xN／GaN HEMT散射理论

3．1 含时微扰理论

3．2 弛豫时间近似

3．3 基本散射机制

3．3．1 界面粗糙度散射

3．3．2 合金无序散射

3．3．3 极性光学声子散射

3．4 本章小结

4．AlxGa1-xN／AlN／GaN材料中的散射

4．1 AlxGa1-xN／AlN／GaN HEMT结构中的2DEG浓度

4．2 AlxGa1-xN／AlN／GaN HEMT中的界面粗糙度散射

4．3 AlxGa1-xN／AlN／GaN HEMT中的合金无序散射

4．4 AlxGa1-xN／AlN／GaN HEMT中的总迁移率

4．5 本章小结

5．结论

参考文献

作者简历

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