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     

蓝宝石衬底上GaN/AlxGa1-xN超晶格插入层对AlxGa1-xN外延薄膜应变及缺陷密度的影响

室温300K下,由于Al_xGa_1-xN的带隙宽度可以从GaN的3.42eV到AlN的6.2eV之间变化,所以Al_xGa_1-xN是紫外光探测器和深紫外LED所必需的外延材料.高质量高铝组分Al_xGa_1-xN材料生长的一大困难就是Al_xGa_1-xN与常用的蓝宝石衬底之间大的晶格失配和热失配.因而采用MOCVD在GaN/蓝宝石上生长的Al_xGa_1-xN薄膜由于受张应力作用非常容易发生龟裂.GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层技术是释放应力和减少Al_xGa_1-xN薄膜中缺陷的有效方法.研究了GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层对GaN/蓝宝石上Al_xGa_1-xN外延薄膜应变状态和缺陷密度的影响.通过拉曼散射探测声子频率从而得到材料中的残余应力是一种简便常用的方法,Al_xGa_1-xN外延薄膜的应变状态可通过拉曼光谱测量得到.Al_xGa_1-xN外延薄膜的缺陷密度通过测量X射线衍射得到.对于具有相同阱垒厚度的超晶格,例如4nm/4nm,5nm/5nm,8nm/8nm的GaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格,研究发现随着超晶格周期厚度的增加Al_xGa_1-xN外延薄膜缺陷密度降低,Al_xGa_1-xN外延薄膜处于张应变状态,且5nm/5nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层Al_xGa_1-xN外延薄膜的张应变最小.在保持5nm阱宽不变的情况下,将垒宽增大到8nm,即十个周期的5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层使Al_xGa_1-xN外延层应变状态由张应变变为压应变.由X射线衍射结果计算了Al_xGa_1-xN外延薄膜的刃型位错和螺型位错密度,结果表明超晶格插入层对螺型位错和刃型位错都有一定的抑制效果.透射电镜图像表明超晶格插入层使位错发生合并、转向或是使位错终止,且5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层导致Al_xGa_1-xN外延薄膜中的刃型位错倾斜30°左右,释放一部分压应变.     

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.     

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     

Al0.22Ga0.78N/GaN二维电子气中的弱局域和反弱局域效应

通过磁输运测量研究了Al_0.22Ga_0.78N/GaN二维电子气的电子相干散射中的弱局域和反弱局域化现象.在外加弱磁场的情况下，该系统表现出正-负磁阻的变化，说明在Al_0.22Ga_0.78N/GaN异质结中存在晶体场引起的电子自旋-轨道散射.同时讨论了二维电子气中不同的散射时间对温度的依赖关系，实验得到的非弹性散射时间与温度成反比，表明非弹性散射机理主要来源于小能量转移的电子-电子散射. 关键词： 二维电子气 弱局域 磁阻     

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     

AlxGa1-xN/GaN双量子阱的结构和掺杂浓度对子带间跃迁波长和吸收系数的影响

用薛定谔方程和泊松方程自洽计算的方法研究了Al_0.75Ga_0.25N/GaN对称双量子阱(DQWs)中子带间跃迁(ISBT)的波长和吸收系数对中间耦合势垒高度、中间耦合势垒宽度、势阱宽度和势垒掺杂浓度的依赖关系.研究发现,第一奇序子带S_1ood与第二偶序子带S_2even ISBT波长随着中间耦合势垒高度的降低而变短.当中间耦合势垒高度高于0.62 eV时,S_{1odd< 关键词： 自洽 x}Ga_1-xN/GaN双量子阱')" href="#">Al_xGa_1-xN/GaN双量子阱 子带间跃迁     

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     

高迁移率In0.6Ga0.4As沟道MOSHEMT与MOSFET器件特性的研究

从模拟和实验两个方面对高迁移率In_0.6Ga_0.4As沟道金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管（MOSHEMT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）器件开展研究工作.研宄发现InAlAs势垒层对Ino_0.6Ga_0.4AsMOSHEMT的特性具有重要影响.与Ino_0.6Ga_0.4As MOSFET相比,Ino_0.6Ga_0.4As MOSHEMT表现出优异的电学特性.实验结果表明,In_0.6Ga_0.4As MOSHEMT的有效沟道迁移率达到2812 cm²/V.s^-1,是In_0.6Ga_0.4As MOSFET的3.2倍.0.02 mm栅长的MOSHEMT器件较相同栅长的MOSFET器件具有更高的驱动电流、更大的跨导峰值、更大的开关比、更高的击穿电压和更小的亚阈值摆幅.     

Bi2Te3(111)和Al2O3(0001)衬底对Bi(111)双原子层的电子结构及拓扑性质的影响

晶体铋沿(111)面方向的双原子层及薄膜具有新奇的拓扑性质.在实验生长或者实际应用中,其必然与衬底接触.本文采用紧束缚近似方法与第一性原理计算研究了Bi双原子层及其与Bi₂Te₃和Al₂O₃衬底形成的异质结的电子结构.计算结果表明, Bi双层是具有0.2 eV的半导体.当其与具有拓扑表面态的Bi₂Te₃形成异质结时,两者电子态之间有很强的杂化,不利于Bi(111)双层拓扑电子态的观测.将其放在绝缘体Al₂O₃(0001)时,导带与价带与衬底电子态杂化较小,并且展现出巨大的Rashba自旋劈裂.这是由于衬底诱导Bi(111)双原子层中心反演对称性破缺和自旋-轨道耦合共同作用的结果.进一步采用紧束缚近似计算得到的结果发现,衬底Al₂O₃(0001)对Bi(111)双层的作用等效于一个约为0.5—0.6 V/?(1?=0.1 nm)的外电场.此外, Bi(111)双原子层与衬...     

阶梯AlGaN外延新型Al0.25Ga0.75N/GaNHEMTs器件实验研究

本文报道了作者提出的阶梯AlGaN外延层新型AlGaN/GaN HEMTs结构的实验结果. 实验利用感应耦合等离子体刻蚀(ICP)刻蚀栅边缘的AlGaN外延层, 形成阶梯的AlGaN 外延层结构, 获得浓度分区的沟道2DEG, 使得阶梯AlGaN外延层边缘出现新的电场峰, 有效降低栅边缘的高峰电场, 从而优化了AlGaN/GaN HEMTs器件的表面电场分布. 实验获得了阈值电压-1.5 V的新型AlGaN/GaN HEMTs器件. 经过测试, 同样面积的器件击穿电压从传统结构的67 V提高到新结构的106 V, 提高了58%左右; 脉冲测试下电流崩塌量也比传统结构减少了30%左右, 电流崩塌效应得到了一定的缓解.     

Rashba spin splitting in the Al0.3Ga0.7N/GaN heterostructure under uniaxial strain

By solving the Schrödinger and Poisson equations self-consistently, changes of the Rashba spin splitting for the Al_0.3Ga_0.7N/GaN heterostructure under uniaxial strain are calculated, and electrons are found to take up the first two subbands. The additional polarization induced by the uniaxial strain leads to a great enhancement of the built-in electric field and the 2DEG concentration. The Rashba spin splitting almost increases linearly with the uniaxial strain, and its amplitude increases by 36% with a strain of 4×10⁻³. The effect of electrons occupying more than one subband on the Rashba spin splitting is discussed. Results show the internal electric field caused by the polarization is crucial for the considerable Rashba spin splitting in the Al_0.3Ga_0.7N/GaN heterostructure and the magnitude of the Rashba spin splitting can be greatly modulated by the uniaxial strain, which would benefit further research and application of spintronics.     

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.     

Dependence of Spin-orbit Parameters in AlxGa1-xN/GaN Quantum Wells on the Al Composition of the Barrier

In this paper, we obtain considerable spin-orbit (SO) parameters in Al_xGa_1-xN/GaN quantum wells (QWs) with sheet carrier concentration N_s =120×10 ¹¹/cm². With increasing Al content (x) of the barrier, the SO parameters increase as a whole, and the two major contributions are found to be the decrease of the expansion region of the envelope functions and the increase of the polarized electric field in the well. Compared with the Rashba parameters for the first two subbands, the intersubband SO parameter is a bit smaller and varies more slowly with x. The results indicate the SO parameters, especially the Rashba parameters can be engineered by the Al composition of the barrier, which may be helpful to the spin manipulation of III-nitride low-dimensional heterostructures.     

Influences of polarization effect and p-region doping concentration on the photocurrent response of solar-blind p–i–n avalanche photodiodes

The influences of polarization and p-region doping concentration on the photocurrent response of Al0.4Ga0.6N/Al0.4Ga0.6N/Al0.65Ga0.35N p–i–n avalanche photodetector are studied in a wide range of reverse bias voltages.The simulation results indicate that the photocurrent under high inverse bias voltage decreases with the increase of polarization effect,but increases rapidly with the increase of effective doping concentration in p-type region.These phenomena are analyzed based on the calculations of the intensity and distribution of the electric field.A high p-region doping concentration in the p–i–n avalanche photodetector is shown to be important for the efficient compensation for the detrimental polarization-induced electrostatic field.     

Output light power of InGaN-based violet laser diodes improved by using a u-InGaN/GaN/AlGaN multiple upper waveguide

The upper waveguide(UWG) has direct influences on the optical and electrical characteristics of the violet laser diode(LD) by changing the optical field distribution or barrier of the electron blocking layer(EBL). In this study, a series of In GaN-based violet LDs with different UWGs are investigated systematically with LASTIP software. It is found that the output light power(OLP) under an injecting current of 120 mA or the threshold current(Ith) is deteriorated when the UWG is u-In_(0.02)Ga_(0.98)N/GaN or u-In_(0.02)Ga_(0.98)N/Al_xGa_(1-x)N(0 ≤ x ≤ 0.1), which should be attributed to small optical confinement factor(OCF) or severe electron leakage. Therefore, a new violet LD structure with u-In_(0.02)Ga_(0.98)N/GaN/Al_(0.05)Ga_(0.95)N multiple layer UWG is proposed to reduce the optical loss and increase the barrier of EBL. Finally,the output light power under an injecting current of 120 mA is improved to 176.4 mW.     

纤锌矿In_(0.19)Ga_(0.81)N/GaN量子阱中光学声子和内建电场对束缚极化子结合能的影响

用改进的Lee-Low-Pines变分方法研究纤锌矿In0.19Ga0.81N/GaN量子阱结构中束缚极化子能量和结合能等问题,给出基态结合能、不同支长波光学声子对能量和结合能的贡献随阱宽和杂质中心位置变化的数值结果.在数值计算中包括了该体系中声子频率的各向异性和内建电场对能量和结合能的影响、以及电子和杂质中心与长波光学声子的相互作用.研究结果表明,In0.19Ga0.81N/GaN量子阱材料中光学声子和内建电场对束缚极化子能量和结合能的贡献很大,它们都引起能量和结合能降低.结合能随着阱宽的增大而单调减小,窄阱中减小的速度快,而宽阱中减小的速度慢.不同支声子对能量和结合能的贡献随着阱宽的变化规律不同.没有内建电场时,窄阱中,定域声子贡献小于界面和半空间声子贡献,而宽阱中,定域声子贡献大于界面和半空间声子贡献.有内建电场时,定域声子贡献变小,而界面和半空间声子贡献变大,声子总贡献也有明显变化.在In0.19Ga0.81N/GaN量子阱中,光学声子对束缚极化子能量和结合能的贡献比GaAs/Al0.19Ga0.81As量子阱中的相应贡献(约3.2—1.8和1.6—0.3 meV)约大一个数量级.阱宽(d=8 nm)不变时,在In0.19Ga0.81N/GaN量子阱中结合能随着杂质中心位置Z0的变大而减小,并减小的速度变快.随着Z0的增大,界面和半空间光学声子对结合能的贡献缓慢减小,而定域光学声子的贡献缓慢增大.     

GaN/In_xGa_(1-x)N型最后一个量子势垒对发光二极管内量子效率的影响

GaN/In_xGa_(1-x)N型最后一个量子势垒结构能有效提高发光二极管(LED)器件内量子效率,缓解LED效率随输入电流增大而衰减的问题.本文综述了该结构及其结构变化——In组分梯度递增以及渐变、GaN/In_xGa_(1-x)N界面极化率改变等对改善LED器件性能的影响及优势,归纳总结了不同结构的GaN/In_xGa_(1-x)N型最后一个量子垒的工作机理,阐明极化反转是该结构提高LED性能的根本原因.在综述该结构发展的基础之上,通过APSYS仿真计算,进一步探索和深入分析了该结构中In_xGa_(1-x)N层的In组分及其厚度变化对LED内量子效率的影响.结果表明:In组分的增加有助于在GaN/In_xGa_(1-x)N界面产生更多的极化负电荷,增加GaN以及电子阻挡层处导带势垒高度,减少电子泄漏,从而提高LED的内量子效率;但GaN/In_xGa_(1-x)N型最后一个量子势垒中In_xGa_(1-x)N及GaN层厚度的变化由于会同时引起势垒高度和隧穿效应的改变,因而In_xGa_(1-x)N和GaN层的厚度存在一个最佳比值以实现最大化的减小漏电子,提高内量子效率.     

GaAs/Al0.23Ga0.77As双量子阱的带边不连续性和阱间耦合

本文报道在300和77K对一组具有不同垒宽L_b0.23Ga_0.77As双量子阱样品的光调制反射谱(PR)的研究结果。除观察到11H,11L和22H等容许跃迁外,同时还识别一个从Al_0.23Ga_0.77As价带顶至量子阱第一电子束缚能级的跃迁,另一个从量子阱第一轻空穴束缚能级至Al_0.23Ga_0.77As导带底的跃迁。利用这些跃迁确定导带边不连续性为0.63。对L_{b关键词：}