宋莉娜 吕燕伍

(北京交通大学理学院, 北京 100044)

本文研究InGaN作为AlGaN/GaN插入层引起的电子输运性质的变化, 考虑了AlGaN和InGaN势垒层的自发极化与压电极化对AlxGa1–xN/InyGa1–yN/GaN双异质结高电子迁移率晶体管中极化电荷面密度、二维电子气(2DEG)浓度的影响, 理论分析了不同In摩尔组分下, InGaN厚度与界面粗糙度散射、随机偶极散射和极性光学声子散射之间的关系.计算结果表明: 界面粗糙度散射和随机偶极散射对双异质结AlxGa1–xN/InyGa1–yN/GaN的电子输运性质有重要影响, 极性光学声子散射对其影响最弱; 2DEG浓度、界面粗糙度散射、随机偶极散射和极性光学声子散射的强弱由InGaN势垒层厚度和In摩尔组分共同决定.

1 引 言

与其他非GaN基单异质结相比, 传统的AlxGa1–xN/GaN异质结材料具有相对较强的压电极化与自发极化效应, 使得其异质界面存在高密度和高迁移率的二维电子气(2DEG), 在AlxGa1–xN/GaN界面实现的2DEG浓度高达1013cm–2, 远超AlGaAs/GaAs系统中可实现的浓度, 该特性使得AlxGa1–xN/GaN单异质结材料广泛用于高频、大功率器件领域[1−3].2DEG的形成是高自发极化和压电极化, 以及在势垒顶部分布表面施主态所致,并且2DEG的浓度和它的迁移率是氮化镓异质结器件的主要参数, 决定与其相关的高电子迁移率晶体管的频率与功率特性[4].科研工作者针对单异质结材料AlxGa1–xN/GaN的载流子限制、2DEG浓度的调控和载流子迁移率, 以及器件性能的改善做了大量的研究工作[5−9], 促进了这类单异质结构器件的应用.

实验研究表明, 在AlxGa1–xN/GaN单异质结中间生长一层InyGa1–yN作为沟道层, 使原先的单异……