射机制的影响.PDF

First Read 物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 68, No. 1 (2019) 017301 AlGaN插入层对InAlN/AlGaN/GaN 异质结散 射机制的影响 陈谦 李群 杨莺 (西安理工大学自动化与信息工程学院, 西安 710048) ( 2018 年9 月5 日收到; 2018 年11 月17 日收到修改稿) InAlN/AlN/GaN 异质结中, 名义上的AlN 插入层实为Ga 含量很高的AlGaN 层, Al, Ga 摩尔百分比决 定了电子波函数与隧穿几率, 因此影响与InAlN/AlGaN 势垒层有关的散射机制. 本文通过求解薛定谔-泊松 方程与输运方程, 研究了AlGaN 层Al 摩尔百分含量对InAlN 组分不均匀导致的子带能级波动散射、导带波 动散射以及合金无序散射三种散射机制的影响. 结果显示: 当Al 含量由0 增大到1, 子带能级波动散射强度 与合金无序散射强度先增大后减小, 导带波动散射强度单调减小; 在Al 含量为0.1 附近的小组分范围内, 合金 无序散射是限制迁移率的主要散射机制, 该组分范围之外, 子带能级波动散射是限制迁移率的主要散射机制; 当Al 摩尔百分含量超过0.52, 三种散射机制共同限制的迁移率超过无插入层结构的迁移率, AlGaN 层显示出 对迁移率的提升作用. 关键词: InAlN/AlGaN/GaN 异质结, 合金无序散射, 子带能级波动散射, 导带波动散射 PACS: 73.61.Ey, 73.20.At, 73.43.Cd, 73.50.Bk DOI: 10.7498/aps.68 厚度小于15 nm, AlGaN/GaN 异质结2DEG 面密 45 1 引 言 度严重下降, 导致器件功率性能发生退化 . Al- GaN/GaN 异质结无法兼具薄势垒层和高2DEG 面 GaN 材料具有禁带宽度大、击穿电场高、饱 密度成为发展高频率、大功率HEMTs 器件的瓶颈. 和电子漂移速度大和化学性质稳定等诸多优点, InAlN/GaN 异质结是近十年来新兴的GaN 基 并能和禁带宽度更大的氮化物材料结合形成异质 异质结材料, 与传统的AlGaN/GaN 异质结相比, 结, 以高电子迁移率晶体管(high electron mobil- InAlN/GaN 异质结可以在更小的势垒层厚度下产 ity transistors, HEMTs) 的形式应用于高频、大功 生面密度更高的2DEG, 同时保持较高的电子迁移 率电子器件13 . AlGaN/GaN 是研究得最为深入 率. 尤其值得注意的是, 当In 摩尔百分含量为0.17 的GaN 基异质结, 即使不进行有意掺杂, 也能形 时, InAlN 与GaN 的晶格常数相等, 可以获得晶格 成高面密度、高迁移率的二维电子气(two dimen- 匹配的InAlN/GaN 异质结, 避免了AlGaN/GaN sional electron gas, 2DEG). 得益于2DEG 的优异 HEMTs 器件高压工作环境下逆压电效应导致的性 特性, AlGaN/GaN HEMTs 在L—Ku 波段的输出 能退化, 是实现高频率、大功率HEMTs 器件的理 功率都有出色的表现, 并已进入商业应用阶段. 随 想候选材料67 . 但由于InAlN 材料生长困难, 常 着Ga