AlGaN/GaN异质结构中极化与势垒层掺杂对二维电子气的影响

摘要

从Ⅲ族氮化物中压电极化对应变弛豫度的依赖关系出发,通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,分别研究了自发极化、压电极化和AlGaN势垒层掺杂对AlxGa1-xN/GaN异质结构二维电子气的浓度、分布、面密度以及子带分布等性质的影响.结果表明:二维电子气性质强烈依赖于极化效应,不考虑AlGaN势垒层掺杂,当Al组分为0.3时,由极化导致的二维电子气浓度达1.6×1013cm-2,其中压电极化对二维电子气贡献为0.7×1013cm-2,略小于自发极化的贡献(0.9×1013 cm-2,但为同一数量级,因而通过控制AlGaN层应变而改变极化对于提高二维电子气浓度至关重要.AlGaN势垒层掺杂对二维电子气的影响较弱,当掺杂浓度从1×1017增加到1×1018cm-3时,二维电子气面密度增加O.2×1013cm-2.