AlN插入层对AlxGa1-xN/GaN界面电子散射的影响

本文研究AlN作为Al_xGa_1-xN/GaN插入层引起的电子输运性质的变化, 考虑了Al_xGa_1-xN和AlN势垒层的自发极化、压电极化对Al_xGa_1-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依赖于AlN层厚度, 插入一层1–3 nm薄的AlN层, 可以明显提高电子迁移率.     

AlxGa1-xN/GaN异质结构中Al组分对二维电子气性质的影响

通过用数值计算方法自洽求解薛定谔方程和泊松方程，研究了Al组分对Al_xGa1-xN/GaN异质结构二维电子气性质的影响，给出了Al_xGa_{1-x< /sub>N/GaN异质结构二维电子气分布和面密度，导带能带偏移以及子带中电子分布随AlxGa 1-xN势垒层中Al组分的变化关系，并用AlxGa1-xN/GaN 异质结构自发极化与压电极化机理和能 关键词： x}Ga_1-xN/GaN异质结构')" href="#">Al_xGa_1-xN/GaN异质结构 二维电子气 自发极化 压电极化     

用肖特基电容电压特性数值模拟法确定调制掺杂AlxGa1-xN/GaN异质结中的极化电荷

研究发展了用肖特基电容电压特性数值模拟确定调制掺杂Al_xGa_1-xN/GaN异质结中极化电荷的方法.在调制掺杂的Al_0.22Ga_0.78N/GaN异质结上制备了Pt肖特基接触,并对其进行了C-V测量.采用三维费米模型对调制掺杂的Al_0.22Ga_0.78N/GaN异质结上肖特基接触的C-V特性进行了数值模拟,分析了改变样品参数对C-V特性的影响.利用改变极化电荷、n-AlGaN 关键词： xGa_1-xN/GaN异质结')" href="#">Al_xGa_1-xN/GaN异质结 极化电荷 电容电压特性 数值模拟     

Al0.6Ga0.4N/GaN/Al0.3Ga0.7N/Al0.6Ga0.4N量子阱中的Rashba自旋劈裂

正如人们所知, 可以通过电场或者设计非对称的半导体异质结构来调控体系的结构反演不对称性(SIA)和Rashba自旋劈裂. 本文研究了Al_0.6Ga_0.4N/GaN/Al_0.3Ga_0.7N/Al_0.6Ga_0.4N量子阱中第一子带的Rashba 系数和Rashba自旋劈裂随Al_0.3Ga_0.7N插入层(右阱)的厚度w_s以及外加电场的变化关系, 其中GaN层(左阱)的厚度为40-w_s Å. 发现随着w_s的增加, 第一子带的Rashba系数和Rashba自旋劈裂首先增加, 然后在w_s>20 Å 时它们迅速减小, 但是w_s>30 Å时Rashba自旋劈裂减小得更快, 因为此时k_f也迅速减小. 阱层对Rashba系数的贡献最大, 界面的贡献次之且随w_s变化不是太明显, 垒层的贡献相对比较小. 然后, 我们假w_s=20 Å, 发现外加电场可以很大程度上调制该体系的Rashba系数和Rashba自旋劈裂, 当外加电场的方向同极化电场方向相同(相反)时, 它们随着外加电场的增加而增加(减小). 当外加电场从-1.5×10⁸ V·m^-1到1.5×10⁸ V· m^-1变化时, Rashba系数随着外加电场的改变而近似线性变化, Rashba自旋劈裂先增加得很快, 然后近似线性增加, 最后缓慢增加. 研究结果表明可以通过改变GaN层和Al_0.3Ga_0.7N层的相对厚度以及外加电场来调节Al_0.6Ga_0.4N/GaN/Al_0.3Ga_0.7N/Al_0.6Ga_0.4N量子阱中的Rashba 系数和Rashba自旋劈裂, 这对于设计自旋电子学器件有些启示.     

表面钝化前后Al0.22Ga0.78N/GaN异质结势垒层应变的高温特性

用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)研究了表面钝化前后Al_0.22Ga_0.78N/ GaN异质结势垒层应变的高温特性，温度变化范围从室温到813K.结果表明，对未钝化的异质 结，当测试温度高于523K时，Al_0.22Ga_0.78N势垒层开始出现应变 弛豫；钝化后，在Al_0.22Ga_0.78N势垒层中会产生一个附加的平面 拉伸应变，并随着温度的增加，势垒层中的平面拉伸应变会呈现出一个初始的增加，接着应 变将减小，对100nm厚的Al_0.22Ga_0.78N势垒层，应变只是轻微地减 小，但对于50nm厚的Al_0.22Ga_0.78N势垒层，则出现了严重的应变 弛豫现象. 关键词： 0.22Ga_0.78N/GaN异质结')" href="#">Al_0.22Ga_0.78N/GaN异质结 应变 3 N₄钝化')" href="#">Si₃ N₄钝化 高温XRD     

氮化物抛物量子阱中类氢杂质态能量

采用变分方法研究氮化物抛物量子阱(GaN/Al_xGa_1-xN)材料中类氢杂质态的能级,给出基态能量、第一激发态能量、结合能和跃迁能量等物理量随抛物量子阱宽度变化的函数关系.研究结果表明,基态能量、第一激发态能量、基态结合能和1s→2p±跃迁能量随着阱宽L的增大而减小,最后接近于GaN中3D值.GaN/Al_0.3Ga_0.7N抛物量子阱对杂质态的束缚程度比GaAs/Al_0.3Ga_0.7As抛物量子阱强,因此,在GaN/Al_0.3-Ga_0.7N抛物量子阱中束缚于杂质中心处的电子比在GaAs/Al_0.3Ga_0.7As抛物量子阱中束缚于杂质中心处的电子稳定.     

GaN/AlxGa1-xN异质结二维电子气的磁电阻研究

通过对GaN/Al_xGa_1-xN异质结中二维电子气磁输运结果的分析,研究了磁电阻的起因.结果表明,整个磁场范围的负磁电阻是由电子-电子相互作用引起的,而高场下的正磁电阻来源于平行电导的进一步修正.用拟合的方法得到了电子-电子相互作用项以及平行电导层的载流子浓度和迁移率,并用不同的计算方法对拟合结果进行了验证.     

Al组分对MOCVD制备的AlxGa1-xN/AlN/GaN HEMT电学和结构性质的影响

采用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）方法制备了不同Al组分（x=0.19,0.22,0.25,0.32）的Al_xGa_1-xN/AlN/GaN 结构的高电子迁移率晶体管（HEMT）材料。研究了Al_xGa_1-xN势垒层中Al组分对HEMT材料电学性质和结构性质的影响。研究结果表明,在一定的Al组分范围内,二维电子气（2DEG）浓度和迁移率随着Al组分的升高而增大。然而,过高的Al组分导致HEMT材料表面粗糙度增大,2DEG迁移率降低,该实验现象在另一方面得到了原子力显微镜测试结果的验证。在最佳Al组分（25%）范围内,获得的 HEMT材料的2DEG浓度和室温迁移率分别达到1.2×10¹³ cm^-2和1 680 cm²/（V·s）,方块电阻低至310 Ω/□。     

p型GaN/Al0.35Ga0.65N/GaN应变量子阱中二维空穴气的研究

对Ga面p型GaN/Al_0.35Ga_0.65N/GaN应变异质结构中形成的二维空穴气(2DHG)进行了研究.首先基于半导体-绝缘体-半导体异质结构模型确定了应变异质中的临界厚度，然后自洽求解薛定谔方程和泊松方程，计算了当中间势垒层AlGaN处于完全应变状态和半应变状态两种条件下，顶层GaN及中间层AlGaN厚度的变化对2DHG分布的影响.计算结果表明，势垒层AlGaN和顶层GaN的应变状态和厚度对极化引起的2DHG面密度及分布有重要影响.在此基础上制备了p型GaN/Al_0.35Ga_0.65N/GaN应变量子阱结构肖特基器件，并通过器件的C-V测试证实了异质结处2DHG的存在.器件响应光谱的测试结果表明，由于p型GaN/Al_0.35Ga_0.65N/GaN量子阱中强烈的极化作用和Stark效应使得器件零偏压和反向偏压时的响应光谱都向短波方向移动了10 nm，在零偏压下器件在280 nm处的峰值响应为0.022 A/W，在反向偏压为1 V时，峰值响应达到0.19 A/W，已经接近理论值. 关键词： AlGaN 二维空穴气 极化效应     

高In组分InxGa1－xN/GaN多量子阱材料电致荧光谱的研究

研究了高In组分In_xGa_1-xN/GaN（x≈30%）多量子阱（MQWs）结构 发光二极管样品在不同注入电流下的电致荧光（EL）谱及反常的双峰现象.结果表明：有源区 内建电场在外界电流注入条件下逐渐受屏蔽，这一效应在高In组分In_xGa_{1 -x}N/GaN MQWs材料的发光复合机理中占有重要地位. 关键词： xGa_1-xN/GaN多量子阱')" href="#">In_xGa_1-xN/GaN多量子阱 电致荧光谱 内建电场     

In气氛下晶体生长对Mg掺杂p-Al_xGa_(1-x)N激活能的影响

Ⅲ-Ⅴ族氮化物宽禁带半导体材料体系中,普通方法生长的p型外延层电导率一般都很低,成为了制约器件性能提高的瓶颈。在p-AlxGa1-xN材料中,Mg受主的激活能较大,并且随Al组份增加而增大。通过在p-AlxGa1-xN材料生长过程中引入三甲基铟(TMIn),发现能有效地降低AlxGa1-xN材料中受主态的激活能。为研究不同In气氛下生长的p-AlxGa1-xN材料的性质,在使用相同二茂基镁(CP2Mg)的情况下,改变TMIn流量,生长了A,B,C和D四块样品。X射线衍射(XRD)组份分析表明:在1100℃下生长AlxGa1-xN外延层时,In的引入不会影响晶体组份。利用变温霍尔(Hall)测试研究了p-AlxGa1-xN材料中受主的激活能,结果表明:In气氛下生长的外延层相比无In气氛下生长的外延层,受主激活能明显降低,电导率显著提高。采用这种方法改进深紫外发光二极管(LED)的p-AlxGa1-xN层后,LED器件性能明显提高。     

The influence of AlN interlayers on the microstructural and electrical properties of p-type AlGaN/GaN superlattices grown on GaN/sapphire templates

AlN with different thicknesses were grown as interlayers (ILs) between GaN and p-type Al_0.15Ga_0.85N/GaN superlattices (SLs) by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). It was found that the edge-type threading dislocation density (TDD) increased gradually from the minimum of 2.5×10⁹?cm^?2 without AlN IL to the maximum of 1×10¹⁰?cm^?2 at an AlN thickness of 20 nm, while the screw-type TDD remained almost unchanged due to the interface-related TD suppression and regeneration mechanism. We obtained that the edge-type dislocations acted as acceptors in p-type Al _x Ga_1?x N/GaN SLs, through the comparison of the edge-type TDD and hole concentration with different thicknesses of AlN IL. The Mg activation energy was significantly decreased from 153 to 70?meV with a?10-nm AlN IL, which was attributed to the strain modulation between AlGaN barrier and GaN well. The large activation efficiency, together with the TDs, led to the enhanced hole concentration. The variation trend of Hall mobility was also observed, which originated from the scattering at TDs.     

铝镓氮薄膜双光子吸收效应

基于飞秒激发Z扫描实验技术,研究了氮化镓薄膜和不同铝掺杂含量的掺铝氮化镓(以下简称铝镓氮)薄膜的超快非线性光学响应特性。在开孔Z-scan测试中,纯Ga N晶体薄膜表现出典型的双光子吸收特性,双光子吸收系数为3.5 cm/GW,且随着激发光强的增大而逐渐减小。随后测试了不同铝掺杂含量的Al_xGa_(1-x)N薄膜的非线性吸收系数。结果表明,随着铝掺杂摩尔分数的提高(0,19%,32%,42%),非线性吸收系数逐渐减小(18,10,6,5.6 cm/GW)。结合半导体非线性吸收理论分析,Al_xGa_(1-x)N薄膜材料的非线性过程主要是双光子吸收主导非线性响应物理过程。实验结果与半导体双光子吸收过程Sheik-Bahae理论符合得很好。     

Electron mobility limited by surface and interface roughness scattering in AlxGa1-xN/GaN quantum wells

The electron mobility limited by the interface and surface roughness scatterings of the two-dimensional electron gas in AlxGa1-xN/GaN quantum wells is studied. The newly proposed surface roughness scattering in the AlGaN/GaN quantum wells becomes effective when an electric field exists in the AlxGa1-xN barrier. For the AlGaN/GaN potential well, the ground subband energy is governed by the spontaneous and the piezoelectric polarization fields which are determined by the barrier and the well thicknesses. The thickness fluctuation of the AlGaN barrier and the GaN well due to the roughnesses cause the local fluctuation of the ground subband energy, which will reduce the 2DEG mobility.     

纤锌矿GaN/AlxGa1-xN量子阱中极化子能量

采用LLP变分方法研究了纤锌矿GaN/Al_xGa_1-xN量子阱材料中极化子的能级,给出极化子基态能量、第一激发态能量和第一激发态到基态的跃迁能量与量子阱宽度和量子阱深度变化的函数关系。研究结果表明,极化子基态能量、第一激发态能量和跃迁能量随着阱宽L的增大而开始急剧减小,然后缓慢下降,最后接近于体材料GaN中的相应值。基态能量和第一激发态到基态的跃迁能量随着量子阱深度的增加而逐渐增加,窄阱时这一趋势更明显。纤锌矿氮化物量子阱中电子-声子相互作用对能量的贡献比较大,这一值(约40meV)远远大于闪锌矿(GaAs/Al_xGa_1-xAs)量子阱中相应的值(约3meV)。因此讨论GaN/Al_xGa_1-xN量子阱中电子态问题时应考虑电子-声子相互作用。     

梯度铝镓氮缓冲层对氮化镓外延层性质的影响

采用金属有机物化学气相沉积系统在硅面碳化硅衬底的(0001)面上生长氮化铝缓冲层,并通过改变3层梯度铝镓氮(Al_xGa_(1-x)N:x=0.8,0.5,0.2)缓冲层的生长温度和氨气流量,制备出了高质量的氮化镓外延层。分别采用X射线衍射、原子力显微镜、光致发光谱和拉曼光谱对氮化镓外延层进行表征。实验结果表明,随着氮化镓外延层中张应力的降低,样品的晶体质量、表面形貌和光学质量都有显著提高。在最优的梯度铝镓氮缓冲层的生长条件下,氮化镓外延层中的应力值最小,氮化镓(0002)和(1012)面的摇摆曲线半峰宽分别为191 arcsec和243 arcsec,薄膜螺位错密度和刃位错密度分别为7×10~7cm~(-2)和3.1×108cm~(-2),样品表面粗糙度为0.381 nm。这说明梯度铝镓氮缓冲层可以改变氮化镓外延层的应力状态,显著提高氮化镓外延层的晶体质量。     

Mg掺杂的AlxGa1-xN/GaN超晶格紫外峰的性质

观测了不同Mg含量的Al_xGa_1-xN/GaN超晶格(SLs)样品在不同退火温度和激发强度下的光致发光(PL)光谱。结合霍尔测量,分析了其紫外发射(UVL)峰的起源及相关影响因素。实验发现:同一样品在N₂气氛中高温退火,UVL峰强随退火温度的升高,先增至饱和继而急剧下降,峰位红移;而在相同退火条件下,随着掺杂Mg的流量增加,样品空穴浓度下降,峰强减弱,峰位红移。结果表明:UVL峰是来自于易热分解的浅施主(V_NH)与浅受主(Mg_Ga)之间的跃迁,并受到深施主(Mg_GaV_N)与浅受主(Mg_Ga)自补偿效应的影响。实验上随着PL光谱激发强度的增强,UVL峰位约有260 meV的蓝移,结合超晶格极化场下的能带模型分析,认为这是极化效应导致的锯齿状能带中,V_NH与Mg_Ga之间跃迁方式的改变引起的现象。     

Numerical optimization of carrier confinement characteristics in (AlxGa1−xN/AlN)SLs/GaN heterostructures

We present numerical optimization of carrier confinement characteristics in (Al_xGa_1−xN/AlN)SLs/GaN heterostructures in the presence of spontaneous and piezoelectrically induced polarization effects. The calculations were made using a self-consistent solution of the Schrödinger, Poisson, potential and charge balance equations. It is found that the sheet carrier density in GaN channel increases nearly linearly with the thickness of AlN although the whole thickness and equivalent Al composition of Al_xGa_1−xN/AlN superlattices (SLs) barrier are kept constant. This result leads to the carrier confinement capability approaches saturation with thicknesses of AlN greater than 0.6 nm. Furthermore, the influence of carrier concentration distribution on carrier mobility was discussed. Theoretical calculations indicate that the achievement of high sheet carrier density is a trade-off with mobility.     

The influence of the 1st AlN and the 2nd GaN layers on properties of AlGaN/2nd AlN/2nd GaN/1st AlN/1st GaN structure

Applied Physics A - This is a theoretical study of the 1st AlN interlayer and the 2nd GaN layer on properties of the Al0.3Ga0.7N/2nd AlN/2nd GaN/1st AlN/1st GaN HEMT structure by self-consistently...     

The influence of AlN/GaN superlattice intermediate layer on the properties of GaN grown on Si（111） substrates

AlN/GaN superlattice buffer is inserted between GaN epitaxial layer and Si substrate before epitaxial growth of GaN layer. High-quality and crack-free GaN epitaxial layers can be obtained by inserting AlN/GaN superlattice buffer layer. The influence of AlN/GaN superlattice buffer layer on the properties of GaN films are investigated in this paper. One of the important roles of the superlattice is to release tensile strain between Si substrate and epilayer. Raman spectra show a substantial decrease of in-plane tensile strain in GaN layers by using AlN/GaN superlattice buffer layer. Moreover, TEM cross-sectional images show that the densities of both screw and edge dislocations are significantly reduced. The GaN films grown on Si with the superlattice buffer also have better surface morphology and optical properties.