Ⅲ-Ⅴ族化合物异质结中二维电子气迁移率的研究

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到目前为止,Ⅲ-Ⅴ族氮化物和砷化物半导体异质结高电子迁移率晶体管(HEMTs)引起了人们广泛的研究。这些器件都是基于异质结界面处的二维电子气(2DEG)的输运进行工作的。影响二维电子气迁移率的散射机制除了异质结界面粗糙散射、位错散射和电离杂质散射等主要散射机制外,还有一些不是十分清楚的散射机制也会影响到2DEG的迁移率。本文主要针对这些散射机制进行研究。它们是:(1)半极性或者非极性面AlGaN/GaN异质结中的失配位错散射;(2)表面和界面粗糙引起的厚度波动散射;(3)三元合金中的合金团簇散射。主要取得的成果如下:  (1)首次研究了位于半极性面AlGaN/GaN异质结界面处的失配位错(Misfitdislocation)对沟道中的二维电子气的散射,并对散射强度做了定量的计算。发现用实验上所得到的位错线密度的数值计算出的散射迁移率的值要比极性c面AlGaN/GaN异质结中穿透位错(Threading Dislocation)散射迁移率的值低。  (2)研究了AlGaAs/GaAs调制掺杂异质结中空间层厚度波动散射。发现虽然空间层的引入降低了电离杂质对2DEG的散射,但同时也引入了另一种散射机制:空间层厚度波动散射。当掺杂浓度很高时,空间层厚度波动散射将成为影响AlGaAs/GaAs调制掺杂异质结中2DEG迁移率的主要散射机制。同时还发现在只考虑界面粗糙和空间层厚度波动两种散射机制时,当掺杂浓度在1017-1018cm-3范围内时,电导率可以达到最大值。  (3)研究了AlGaN/GaN异质结中,GaN覆盖层厚度波动和AlGaN势垒层厚度波动散射。这种散射是通过使量子能级波动来降低2DEG迁移率的。结果表明,在GaN/AlGaN/GaN异质结构中,当GaN覆盖层和AlGaN势垒层厚度足够薄时,GaN覆盖层厚度波动和AlGaN势垒层厚度波动散射迁移率将会比界面粗糙散射迁移率低。同时在研究非故意掺杂的AlGaN/GaN异质结时,还计算了考虑波函数波动的势垒层厚度波动散射,发现当势垒层厚度比较小的时候(例如几个nm),势垒层厚度波动散射将十分严重。  (4)研究了AlGaN/GaN多量子阱中异质结界面两侧厚度波动对2DEG产生的散射。我们考虑了两种简单情况:(Ⅰ)界面平整,但表面粗糙时的情况,和(Ⅱ)界面粗糙,但表面平整时的情况。计算结果表明势垒层厚度波动和势阱层厚度波动散射随着AlGaN势垒层厚度和GaN势阱厚度变化而变化。当只有界面粗糙时,如果势垒层厚度足够薄,势垒层厚度波动和势阱层厚度波动散射将比界面粗糙散射还严重。  (5)研究了三元合金中团簇参数(0≤β≤1)对输运电子的合金散射的影响。团簇参数β是描述合金中混晶质量的一个参数。我们发现当团簇参数越大时,合金散射越严重,当β=1,就是人们通常所说的合金无序散射。作为实例,计算了几种典型的三元合金中的合金团簇散射迁移率。  
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