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晶格匹配InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料二维电子气输运特性研究

王平亚 张金风 薛军帅 周勇波 张进成 郝跃

晶格匹配InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料二维电子气输运特性研究

王平亚, 张金风, 薛军帅, 周勇波, 张进成, 郝跃
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  • 文章研究了InAlN/GaN和引入AlN界面插入层形成的InAlN/AlN/GaN材料的输运性质. 样品均在蓝宝石上以脉冲金属有机物化学气相淀积法生长,霍尔迁移率变温特性具有典型的二维电子气(2DEG)特征. 综合各种散射机理包括声学形变势散射、压电散射、极性光学声子散射、位错散射、合金无序散射和界面粗糙度散射,理论分析了温度对迁移率的影响,发现室温下两种材料中2DEG支配性的散射机理都是极性光学波散射和界面粗糙度散射;AlN插入层对InAlN/GaN材料迁移率的改善作用一方面是免除2DEG的合金无序散射,另外还显著改善异质界面,抑制了界面粗糙度散射. 考虑到2DEG密度也是影响其迁移率的重要因素,结合实验数据给出了晶格匹配InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料的2DEG迁移率随电子密度变化的理论上限.
    • 基金项目: 国家科技重大专项(批准号: 2008ZX01002-002)、国家自然科学基金(批准号: 60890191)、国家自然科学基金重点项目(批准号: 60736033)和高等学校博士学科点新教师基金项目(批准号: 200807011012)资助的课题.
    [1]

    Jeganathan K, Shimizu M, Okumura H, Yano Y, Akutsu N 2007 J. Cryst. Growth 304 342

    [2]

    Katz O, Mistele D, Meyler B, Bahir G, Salzman J 2004 Electron. Lett. 40 1304

    [3]
    [4]

    Kuzmik J, Pozzovivo G, Ostermaier C, Strasser G, Pogany D, Gornik E, Carlin J F, Gonschorek M, Feltin E, Grandjean N 2009 J. Appl. Phys. 106 124503

    [5]
    [6]
    [7]

    Li R F, Yang R X, Wu Y B, Zhang Z G, Xu N Y, Ma Y Q 2008 Acta Phys. Sin. 57 2450 (in Chinese)[李若凡、杨瑞霞、武一宾、张志国、许娜颖、马永强 2008 物理学报 57 2450]

    [8]
    [9]

    Gonschorek M, Carlin J F, Feltin E, Py M A, Grandjean N 2006 Appl. Phys. Lett. 89 062106

    [10]

    Kuzmik J, Carlin J F, Gonschorek M, Kostopoulos A, Konstantinidis G, Pozzovivo G, Golka S, Georgakilas A, Grandjean N, Strasser G, Pogany D 2007 Phys. Stat. Sol. (a) 204 2019

    [11]
    [12]

    Xie J Q, Ni X F, Wu M, Leach J H, zgr V, Morko H 2007 Appl. Phys. Lett. 91 132116

    [13]
    [14]

    Miyoshi M, Kuraoka Y, Tanaka M, Egawa T 2008 Appl. Phys. Express 1 081102

    [15]
    [16]
    [17]

    Tlek R, Ilgaz A, Gkden S, Teke A, ztrk M K, Kasap M, zelik S, Arslan E, zbay E 2009 J. Appl. Phys. 105 013707

    [18]

    Ni J Y, Hao Y, Zhang J C, Duan H T, Zhang J F 2009 Acta Phys. Sin. 58 4925 (in Chinese)[倪金玉、郝 跃、张进成、段焕涛、张金风 2009 物理学报 58 4925]

    [19]
    [20]
    [21]

    Hiroki M, Yokoyama H, Watanabe N, Kobayashi T 2006 Superlatt. Microstruc. 40 214

    [22]

    Xue J S, Hao Y, Zhou X W, Zhang J C, Yang C K, Ou X X, Shi L Y, Wang H, Yang L A, Zhang J F 2011 J. Cryst. Growth 314 359

    [23]
    [24]

    Fang F F, Howard W E 1966 Phys. Rev. Lett. 16 797

    [25]
    [26]
    [27]

    Zhang J F, Hao Y, Zhang J C, Ni J Y 2008 Sci. in China Ser. E 38 949 (in Chinese)[张金风、郝 跃、张进城、倪金玉 2008 中国科学E辑 38 949]

    [28]

    Zhang J F, Mao W, Zhang J C, Hao Y 2008 Chin. Phys. B 17 2689

    [29]
    [30]
    [31]

    Jena D 2003 Ph.D. Thesis (University of California, Santa Barbara) p50

    [32]
    [33]

    Bougrov V, Levinshtein M E, Rumyantsev S L, Zubrilov A 2001 Properties of Advanced Semiconductor Materials GaN, AlN, InN, BN, SiC, SiGe (New York, John Wiley Sons) p1-30

    [34]
    [35]

    Smorchkova I P, Chen L, Mates T, Shen L, Heikman S, Moran B, Keller S, DenBaars S P, Speck J S, Mishra U K 2001 J. Appl. Phys. 90 5196

    [36]

    Liu B, Yin J Y, Li J, Feng Z H, Feng Z, Cai S J 2008 15 th National Conference on Compound Semiconductor Materials, Microwave Device and Optoelectronic Device p54 (in Chinese)[刘 波、尹甲运、李 佳、冯志宏、冯震、蔡树军 2008 第十五届全国化合物半导体、微波器件和光电器件学术会议论文集 第54页]

    [37]
    [38]

    Dadgar A, Schulze F, Blsing J, Diez A, Krost A, Neuburger M, Kohn E, Daumiller I, Kunze M 2004 Appl. Phys. Lett. 85 5400

    [39]
    [40]
    [41]

    Tlek R, Ilgaz A, Gkden S, Teke A, ztrk M K, Kasap M, zelik S, Arslan E, zbay E 2009 J. Appl. Phys. 105 013707

  • [1]

    Jeganathan K, Shimizu M, Okumura H, Yano Y, Akutsu N 2007 J. Cryst. Growth 304 342

    [2]

    Katz O, Mistele D, Meyler B, Bahir G, Salzman J 2004 Electron. Lett. 40 1304

    [3]
    [4]

    Kuzmik J, Pozzovivo G, Ostermaier C, Strasser G, Pogany D, Gornik E, Carlin J F, Gonschorek M, Feltin E, Grandjean N 2009 J. Appl. Phys. 106 124503

    [5]
    [6]
    [7]

    Li R F, Yang R X, Wu Y B, Zhang Z G, Xu N Y, Ma Y Q 2008 Acta Phys. Sin. 57 2450 (in Chinese)[李若凡、杨瑞霞、武一宾、张志国、许娜颖、马永强 2008 物理学报 57 2450]

    [8]
    [9]

    Gonschorek M, Carlin J F, Feltin E, Py M A, Grandjean N 2006 Appl. Phys. Lett. 89 062106

    [10]

    Kuzmik J, Carlin J F, Gonschorek M, Kostopoulos A, Konstantinidis G, Pozzovivo G, Golka S, Georgakilas A, Grandjean N, Strasser G, Pogany D 2007 Phys. Stat. Sol. (a) 204 2019

    [11]
    [12]

    Xie J Q, Ni X F, Wu M, Leach J H, zgr V, Morko H 2007 Appl. Phys. Lett. 91 132116

    [13]
    [14]

    Miyoshi M, Kuraoka Y, Tanaka M, Egawa T 2008 Appl. Phys. Express 1 081102

    [15]
    [16]
    [17]

    Tlek R, Ilgaz A, Gkden S, Teke A, ztrk M K, Kasap M, zelik S, Arslan E, zbay E 2009 J. Appl. Phys. 105 013707

    [18]

    Ni J Y, Hao Y, Zhang J C, Duan H T, Zhang J F 2009 Acta Phys. Sin. 58 4925 (in Chinese)[倪金玉、郝 跃、张进成、段焕涛、张金风 2009 物理学报 58 4925]

    [19]
    [20]
    [21]

    Hiroki M, Yokoyama H, Watanabe N, Kobayashi T 2006 Superlatt. Microstruc. 40 214

    [22]

    Xue J S, Hao Y, Zhou X W, Zhang J C, Yang C K, Ou X X, Shi L Y, Wang H, Yang L A, Zhang J F 2011 J. Cryst. Growth 314 359

    [23]
    [24]

    Fang F F, Howard W E 1966 Phys. Rev. Lett. 16 797

    [25]
    [26]
    [27]

    Zhang J F, Hao Y, Zhang J C, Ni J Y 2008 Sci. in China Ser. E 38 949 (in Chinese)[张金风、郝 跃、张进城、倪金玉 2008 中国科学E辑 38 949]

    [28]

    Zhang J F, Mao W, Zhang J C, Hao Y 2008 Chin. Phys. B 17 2689

    [29]
    [30]
    [31]

    Jena D 2003 Ph.D. Thesis (University of California, Santa Barbara) p50

    [32]
    [33]

    Bougrov V, Levinshtein M E, Rumyantsev S L, Zubrilov A 2001 Properties of Advanced Semiconductor Materials GaN, AlN, InN, BN, SiC, SiGe (New York, John Wiley Sons) p1-30

    [34]
    [35]

    Smorchkova I P, Chen L, Mates T, Shen L, Heikman S, Moran B, Keller S, DenBaars S P, Speck J S, Mishra U K 2001 J. Appl. Phys. 90 5196

    [36]

    Liu B, Yin J Y, Li J, Feng Z H, Feng Z, Cai S J 2008 15 th National Conference on Compound Semiconductor Materials, Microwave Device and Optoelectronic Device p54 (in Chinese)[刘 波、尹甲运、李 佳、冯志宏、冯震、蔡树军 2008 第十五届全国化合物半导体、微波器件和光电器件学术会议论文集 第54页]

    [37]
    [38]

    Dadgar A, Schulze F, Blsing J, Diez A, Krost A, Neuburger M, Kohn E, Daumiller I, Kunze M 2004 Appl. Phys. Lett. 85 5400

    [39]
    [40]
    [41]

    Tlek R, Ilgaz A, Gkden S, Teke A, ztrk M K, Kasap M, zelik S, Arslan E, zbay E 2009 J. Appl. Phys. 105 013707

  • [1] 张金风, 王平亚, 薛军帅, 周勇波, 张进成, 郝跃. 高电子迁移率晶格匹配InAlN/GaN材料研究. 物理学报, 2011, 60(11): 117305. doi: 10.7498/aps.60.117305
    [2] 张雪冰, 刘乃漳, 姚若河. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中二维电子气的极化光学声子散射*. 物理学报, 2020, (): 007300. doi: 10.7498/aps.69.20200250
    [3] 王红培, 王广龙, 喻颖, 徐应强, 倪海桥, 牛智川, 高凤岐. 内嵌InAs量子点的δ掺杂GaAs/AlxGa1-xAs二维电子气特性分析. 物理学报, 2013, 62(20): 207303. doi: 10.7498/aps.62.207303
    [4] 郭海君, 段宝兴, 袁嵩, 谢慎隆, 杨银堂. 具有部分本征GaN帽层新型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管特性分析. 物理学报, 2017, 66(16): 167301. doi: 10.7498/aps.66.167301
    [5] 李加东, 程珺洁, 苗斌, 魏晓玮, 张志强, 黎海文, 吴东岷. 生物分子膜门电极AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)生物传感器研究. 物理学报, 2014, 63(7): 070204. doi: 10.7498/aps.63.070204
    [6] G.Li, S.J.Chua, 李志锋, 陆 卫, 叶红娟, 袁先璋, 沈学础. GaN载流子浓度和迁移率的光谱研究. 物理学报, 2000, 49(8): 1614-1619. doi: 10.7498/aps.49.1614
    [7] 李群, 陈谦, 种景. InAlN/GaN异质结二维电子气波函数的变分法研究. 物理学报, 2018, 67(2): 027303. doi: 10.7498/aps.67.20171827
    [8] 董海明. 低温下二硫化钼电子迁移率研究. 物理学报, 2013, 62(20): 206101. doi: 10.7498/aps.62.206101
    [9] 周忠堂, 郭丽伟, 邢志刚, 丁国建, 谭长林, 吕 力, 贾海强, 陈 弘, 周均铭, 刘 建, 刘新宇. AlGaN/AlN/GaN结构中二维电子气的输运特性. 物理学报, 2007, 56(10): 6013-6018. doi: 10.7498/aps.56.6013
    [10] 王威, 周文政, 韦尚江, 李小娟, 常志刚, 林铁, 商丽燕, 韩奎, 段俊熙, 唐宁, 沈波, 褚君浩. GaN/AlxGa1-xN异质结二维电子气的磁电阻研究. 物理学报, 2012, 61(23): 237302. doi: 10.7498/aps.61.237302
    [11] 王现彬, 赵正平, 冯志红. N极性GaN/AlGaN异质结二维电子气模拟. 物理学报, 2014, 63(8): 080202. doi: 10.7498/aps.63.080202
    [12] 崔利杰, 李东临, 高宏玲, 曾一平, 林 铁, 商丽燕, 黄志明, 郭少令, 桂永胜, 周文政, 褚君浩. InAlAs/InGaAs/InAlAs量子阱高迁移率二维电子气系统中的反弱局域效应研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4099-4104. doi: 10.7498/aps.56.4099
    [13] 骆杨, 段羽, 陈平, 臧春亮, 谢月, 赵毅, 刘式墉. 利用空间电荷限制电流方法确定三(8-羟基喹啉)铝的电子迁移率特性初步研究. 物理学报, 2012, 61(14): 147801. doi: 10.7498/aps.61.147801
    [14] 孔月婵, 郑有炓, 周春红, 邓永桢, 顾书林, 沈 波, 张 荣, 韩 平, 江若琏, 施 毅. AlGaN/GaN异质结构中极化与势垒层掺杂对二维电子气的影响. 物理学报, 2004, 53(7): 2320-2324. doi: 10.7498/aps.53.2320
    [15] 高宏玲, 李东临, 王宝强, 朱战平, 曾一平, 周文政, 商丽燕. 不同量子阱宽度的InP基In0.53GaAs/In0.52AlAs高电子迁移率晶体管材料二维电子气的性能研究. 物理学报, 2007, 56(8): 4955-4959. doi: 10.7498/aps.56.4955
    [16] 彭景翠, 李宏建, 瞿述, 罗小华, 许雪梅. 载流子迁移率对单层有机发光二极管复合效率的影响. 物理学报, 2002, 51(10): 2380-2385. doi: 10.7498/aps.51.2380
    [17] 吕 捷, 唐 宁, 沈 波, 张福甲, 朱 博, 桂永胜, 周文政, 商丽燕, 郭少令, 褚君浩. Al0.22Ga0.78N/GaN二维电子气中的弱局域和反弱局域效应. 物理学报, 2006, 55(5): 2498-2503. doi: 10.7498/aps.55.2498
    [18] 孔月婵, 郑有炓, 储荣明, 顾书林. AlxGa1-xN/GaN异质结构中Al组分对二维电子气性质的影响. 物理学报, 2003, 52(7): 1756-1760. doi: 10.7498/aps.52.1756
    [19] 徐得名, 吕永良, 周世平. 光照下高电子迁移率晶体管特性分析. 物理学报, 2000, 49(7): 1394-1399. doi: 10.7498/aps.49.1394
    [20] 崔利杰, 高宏玲, 李东临, 林 铁, 商丽燕, 黄志明, 朱 博, 郭少令, 桂永胜, 周文政, 褚君浩. 双δ掺杂In0.65Ga0.35As/In0.52Al0.48As赝型高迁移率晶体管材料子带电子特性研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4143-4147. doi: 10.7498/aps.56.4143
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-01-16
  • 修回日期:  2011-02-22
  • 刊出日期:  2011-11-15

晶格匹配InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料二维电子气输运特性研究

  • 1. 宽禁带半导体材料与器件重点实验室,西安电子科技大学微电子学院,西安 710071
    基金项目: 

    国家科技重大专项(批准号: 2008ZX01002-002)、国家自然科学基金(批准号: 60890191)、国家自然科学基金重点项目(批准号: 60736033)和高等学校博士学科点新教师基金项目(批准号: 200807011012)资助的课题.

摘要: 文章研究了InAlN/GaN和引入AlN界面插入层形成的InAlN/AlN/GaN材料的输运性质. 样品均在蓝宝石上以脉冲金属有机物化学气相淀积法生长,霍尔迁移率变温特性具有典型的二维电子气(2DEG)特征. 综合各种散射机理包括声学形变势散射、压电散射、极性光学声子散射、位错散射、合金无序散射和界面粗糙度散射,理论分析了温度对迁移率的影响,发现室温下两种材料中2DEG支配性的散射机理都是极性光学波散射和界面粗糙度散射;AlN插入层对InAlN/GaN材料迁移率的改善作用一方面是免除2DEG的合金无序散射,另外还显著改善异质界面,抑制了界面粗糙度散射. 考虑到2DEG密度也是影响其迁移率的重要因素,结合实验数据给出了晶格匹配InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料的2DEG迁移率随电子密度变化的理论上限.

English Abstract

参考文献 (41)

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