表面态对AlGaN/GaN异质结构中二维电子气的影响

基于静电学分析,得出表面态是电子的一个重要来源.基于这一分析,可以解释已发表的关于二维电子气(2DEC)的大量数据.例如,2DEG密度随着AlGaN层厚度、Al组分的变化的原因.当A10.3Ga0.7N/GaN结构中生长一层5 nm厚的GaN冒层时,2DEG浓度由1.47×1013cm-2减少到1.20×1013cm-2,减少是由于表面类施主态离化减少.由于充分厚的GaN冒层导致GaN/AlGaN/GaN上界面形成二维空穴气(2DHG),所以在超出特定的冒层厚度时2DEG浓度达到饱和.     

基于蓝宝石衬底的高性能AlGaN/GaN二维电子气材料与HEMT器件

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了高性能的AlGaN/GaN二维电子气(2DEG)材料,室温和77K温度下的电子迁移率分别为946和2578cm2/(V*s),室温和77K温度下2DEG面密度分别为1.3×1013和1.27×1013cm-2.并利用AlGaN/GaN二维电子气材料制造出了高性能的HEMT器件,栅长为1μm,源漏间距为4μm,最大电流密度为485mA/mm(VG=1V),最大非本征跨导为170mS/mm(VG=0V),截止频率和最高振荡频率分别为6.7和24GHz.     

MOCVD生长AlGaN/GaN/Si(111)异质结材料

利用MOCVD在Si(111)衬底上生长了无裂纹的GaN外延薄膜和AlGaN/GaN异质结构。通过优化Si衬底的浸润处理时间、AlN层厚度等参数获得了无裂纹的GaN外延薄膜,研究了SiN缓冲层和插入层厚度对AlGaN/GaN异质结电学性质的影响,2DEG的迁移率和面密度分别达到1410cm2/V.s和1.16×1013cm-2。     

AlGaN/GaN材料HEMT器件优化分析与I-V特性

在考虑AlGaN/GaN异质结中的压电极化和自发极化效应的基础上,自洽求解了垂直于沟道方向的薛定谔方程和泊松方程.通过模拟计算,研究了AlGaN/GaN HEMT器件掺杂层Al的组分、厚度、施主掺杂浓度以及栅偏压对二维电子气特性的影响.用准二维物理模型计算了AlGaN/GaN HEMT器件的输出特性,给出了相应的饱和电压和阈值电压,并对计算结果和AlGaN/GaN HEMT器件的结构优化进行了分析.     

一种对称极化掺杂增强型高压GaN HFET

针对传统AlGaN/GaN HFET击穿电压远低于理论值,以及阈值电压与开态电流之间存在制约关系的问题,提出一种对称极化掺杂增强型高压GaN HFET。采用Al组分对称渐变的AlGaN势垒层,因极化梯度分别在正向渐变AlGaN层和逆向渐变AlGaN层中诱导产生了三维电子气(3DEG)和三维空穴气(3DHG)。利用3DHG,阻断了源极与3DEG之间的纵向导通沟道,实现了新的增强型模式。同时,正向渐变AlGaN层的高浓度3DEG显著提升了器件输出电流。器件关断时,极化电荷形成的极化结有助于耗尽漂移区,优化了电场分布,提升了器件耐压。与传统AlGaN/GaN HFET相比,新器件的击穿电压从39 V提高至919 V,饱和漏电流提升了103.5%。     

背势垒对InAlN/GaN异质结构中二维电子气的影响

利用有效质量理论自洽求解Poisson和Schrdinger方程理论研究了背势垒插入层对InAlN/GaN晶格匹配异质结构的电学性能的影响。研究表明,对于In0.17Al0.83N/AlN/GaN的异质结构,AlN的临界厚度为2.43 nm。此时,异质结中二维电子气(2DEG)浓度达到2.49×1013 cm-2,且不随势垒层厚度的变化而变化。重点模拟研究了具有背势垒的InAlN/AlN/GaN/AlGaN/GaN和InAlN/AlN/GaN/InGaN/GaN两种结构的能带结构和2DEG的分布情况。理论结果表明,采用AlGaN背势垒结构时,对于AlGaN的任意Al组分,GaN沟道层导带底能量均被抬升,增强了AlN/GaN三角势阱对2DEG的限制作用,提高了电子迁移率。采用InGaN/GaN作为背势垒结构,当InGaN厚度为2或3 nm时,三角势阱中的2DEG随InGaN中In组分的增加先升高后降低,这主要是由于GaN/InGaN界面处产生的正极化电荷的影响,引起电子在AlN/GaN三角势阱和InGaN/GaN势阱之间的分布变化。     

固态微波毫米波、太赫兹器件与电路的新进展(续)

正4 GaN HEMT20世纪90年代中期GaN HEMT诞生。GaN是宽禁带材料,具有电子饱和速度高、击穿场强高、SiC衬底导热性好、抗辐照等特点,且在AlGaN/GaN界面上存在自极化和压电等新的物理效应,其二维电子气密度高达2×1013 cm-2,因此GaNHEMT在微波毫米波具有高功率密度的能力。进入21世纪后,优化了SiC衬底上GaN异质结外延材     

肖特基C-V法研究AlxGa1-xN/GaN异质结界面二维电子气

通过对Pt/AI0 22Ga078N/GaN肖特基二极管的C-V测量,研究分析了A1022Ga078N/GaN异质结界面二维电子气(2DEG)浓度及其空间分布.测量结果表明,Al0.22Ga.8N/GaN异质结界面2DEG浓度峰值对应的深度在界面以下1.3nm处,2DEG分布峰的半高宽为2.3nm,2DEG面密度为6.5×1012cm-2.与AlxGa1xAs/GaAs异质结比,其2DEG面密度要高一个数量级,而空间分布则要窄一个数量级.这主要归结于A1xGa1-xN层中～MV/cm量级的压电极化电场和自发极化电场对AlxGa1-xN/GaN异质结能带的调制和AlxGa1xN/GaN异质结界面有更大的导带不连续.     

AlGaN/GaN异质结极化行为与二维电子气

AlGaN/GaN异质结及其相关器件因其优越的电学特性成为近几年的研究热点.2DEG作为其特征与材料本身的极化现象关系密切.本文主要从晶体微观结构角度介绍AlGaN/GaN异质结极化现象的产生、机理和方向性,着重讨论极化对异质结界面处诱生的二维电子气的影响.极化不仅可提高2DEG的浓度,而且还能使其迁移率得到提高.     

AlGaN/GaN HFET的2DEG和电流崩塌研究(Ⅰ)

从不同的视角回顾和研究了A1GaN/GaN HFET的二维电子气(2DEG)和电流崩塌问题.阐述了非掺杂的AIGaN/GaN异质结界面存在2DEG的原动力是极化效应,电子来源是AlGaN上的施主表面态.2DEG浓度与AlGaN/GaN界面导带不连续性、AlGaN层厚和Al组分有密切关系.揭示了AlGaN/GaN HFET的2DEG电荷涨落受控于表面、界面和缓冲层中的各种缺陷及外加应力,表面空穴陷阱形成的虚栅对输入信号有旁路和延迟作用,它们导致高频及微波状态下的电流崩塌.指出由于构成电流崩塌因素的复杂性,各种不同的抑制电流崩塌方法都存在不足,因此实现该器件大功率密度和高可靠性还有很长的路要走.