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AlGaN/GaN异质结二维电子气输运性质

作　者: 姚微
导　师: 曹俊诚
学　校: 中国科学院上海冶金研究所
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 二维电子气输运性质异质结界面异质结构非线性输运 MC方法光电探测器蓝光发光二极管紫外光区理论工作
分类号: TN304
类　型: 硕士论文
年　份: 2000年
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内容摘要

近年来，Ⅲ－V族氮化物宽禁带材料由于其在光电器件方面的应用而受到了国际学术界的广泛重视，已成为材料学科和微结构器件领域的研究热点之一。其中 GaN是这个家族中最令人感兴趣的材料。它在室温下具有 3 39eV的宽直接带隙，这一适宜的禁带宽度和直接型能带结构，使得它十分适合于发展可见光区短波段光电器件，例如蓝光发光二极管和光电探测器等。又由于CaN具有高的击穿电压（～200V）和高的饱和漂移速度（～27 ×10⁷cm/s），使其可用于制备高功率器件和高频器件，如 Al_xGa_1-xN/GaN异质结构 HBT、HEMT等。另外，Al_xGa_1-xN、In_xGa_1-xN在Al、In的各种不同组分下均具有直接带隙，其禁带宽度由纯InN的 19eV，纯 GaN的 3 4eV 到纯 AIN的 62eV连续可调，而这个能量范围覆盖了大部分的可见光区并深入至紫外光区，因此 GaN 及Al_xGa_1-xN、In_xGa_1-xN等适合于制戒可见光和紫外光区的发光二极管、激光器、光电探测器等器件。实验上，人们已经在GaN的材料制备和器件应用领域取得很大进展。例如，Nakamura等人于1991年报导已成功地在蓝宝石衬底上制出GaN基pn结蓝光发光二极管，M A Khan等人于 1993年报导制成了 GaN材料的 MSFET；另外，GaN基材料激光器、AIGaN／GaN异质结构HEMT、GaN基量子阱和超晶格等亦见诸报导。然而，与实验进展相比较，针对这种材料及其器件进行的理论工作尚比较缺乏，人们对这种新材料的了解程度远达不到对Si、GaAs等材料的了解程度，尚有许多工作需要开展。GaN基异质结中载流子非线性输运性质正是需要进一步进行研究的领域。目前已进行的一些理论工作有Hsu等人通过自洽的解联立的 Schrodnger方程和Posslon方程得出AIGaN／GaN异质结界面附近H维电子气（ZDEG）近似的解析形式的波函数，并在此基础上对 ZDEG的电子迁移率进行了理论计算，Krlshnan等人对体AIGaN以及AIGaN／GaN异质结界面二维电子气的输运性质用Monte Carlo（MC ）方法进fi T计算，Albrlcht等N用 MC方法对体材料 GaN输运进行了研冗，Shur等人亦用MC方法对体GaN材料电子迁移卓进行了计算。从以上列举的工作我们可以看到，己有的理论工作大都来用MC方法，返种纯数值的计算需要巨大的计算机资源，并且难子对买际系统进行研究，不宜于分析买验和进行器件摸拟。在八十年代中期，雷啸霖研冗员和美籍学者丁奏生教授合作提出了研究热载流子输运的雷－丁平衡万程理论。lh理论将载流子运动分离为质。。的力学运动和相对电子的统计运动两部分，通过电子质。口运动速度和相对电子邵分的电子温度两个参量来描述买际系统的从态。平衡万程理论力研究载流子输运提供了一个简洁而买用的理论摸型，它已被广。乏a用于研究三维半导体以及异质结、量子附、超晶格等多种低维系统的定态、瞬态和高频的强电场输运和磁输运，用于研究噪声、扩散一一电势、电声子及磁声子共振等各种输运问题，并用于非振荡和振荡性亚徽术半导体器件摸拟。本论文运用平衡万程理论对AIGaNGaN异质结中ZDEG fk性和非线性输运特性进行研究，结果指出在仇化的 AIGaN／GaN异质结构中，载流子线性迁移率可达到 106CffiWS。我们还对AIGSNWb异质结中载流子残性迁移革随晶格温度的受化进行了讨论。在THZ高频无玩电场作用下，电子质，r运动速度和电子温度也为随时间受化的周期函数，且周期与又变电场周期相同。从对电子质，。运动这度和电子温度在一个振动周期内的数值分析的结果我们可以看到，在GaAs系统中存在的电子速度和温度的“过冲。现象同枉存在子GaN系统中；且具有类似的性质。

全文目录

致谢  3-4
  4-6
  6-9
Chapter 1 Introduction  9-14
Chapter 2 Balance－Equation Transport Theory  14-26
  2.1 Physical considerations and balance equations  14-21
  2.2 Balance equations for 2D systems  21-26
Chapter 3 DC Transport Properties of 2DEG in AIGaN/GaN  26-37
  3.1 Introduction  26-30
  3.2 Results and discussion  30-35
  3.3 Summary  35-37
Chapter 4 DC Transport Properties of 2DEG under High-frequency AC Field  37-44
  4.1 Introduction  37-38
  4.2 Results and discussion  38-43
  4.3 Summary  43-44
Chapter 5 Summary  44-46
  46-51
作者简历  51

AlGaN/GaN异质结二维电子气输运性质

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