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N极性GaN/AlGaN异质结二维电子气模拟

王现彬 赵正平 冯志红

N极性GaN/AlGaN异质结二维电子气模拟

王现彬, 赵正平, 冯志红
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  • 通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,较系统地研究了GaN沟道层、AlGaN背势垒层、Si掺杂和AlN 插入层对N极性GaN/AlGaN异质结中二维电子气(2DEG)的影响. 分析表明,GaN沟道层厚度、AlGaN背势垒层厚度及Al 组分变大都能一定程度上提高二维电子气面密度,AlGaN背势垒层的厚度和Al 组分变大也可提高二维电子气限阈性,且不同的Si掺杂形式对二维电子气的影响也有差异,而AlN插入层在提高器件二维电子气面密度、限阈性等方面表现都较为突出. 在模拟中GaN沟道层厚度小于5 nm 时无法形成二维电子气,超过20 nm后二维电子气面密度趋于饱和,而AlGaN背势垒厚度超过40 nm后二维电子气也有饱和趋势. 对均匀掺杂和delta 掺杂而言AlGaN 背势垒层Si掺杂浓度超过5×1019 cm-3后2DEG面密度开始饱和.而厚度为2 nm AlN 插入层的引入会使2DEG面密度从无AlN插入层时的0.93×1013 cm-2提高到1.17×1013 cm-2.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61306113)资助的课题.
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    Xie G, Tang C, Wang T, Guo Q, Zhang B, Sheng K, Ng W T 2013 Chin. Phys. B 22 026103

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    Kong X, Wei K, Liu G G, Liu X Y 2012 Chin. Phys. B 21 128501

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    Kong Y C, Zheng Y D, Chu R M, Gu S L 2003 Acta Phys. Sin. 52 1756 (in Chinese) [孔月婵, 郑有炓, 储荣明, 顾书林 2003 物理学报 52 1756]

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    Kong Y C, Zheng Y D, Zhou C H, Deng Y Z, Gu S L, Shen B, Zhang R, Han P, Jiang R L, Shi Y 2004 Acta Phys. Sin. 53 2320 (in Chinese) [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 2004 物理学报 53 2320]

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    Zhang J C, Zheng P T, Dong Z D, Duan H T, Ni J Y, Zhang J F, Hao Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 3409 (in Chinese) [张进成, 郑鹏天, 董作典, 段焕涛, 倪金玉, 张金凤, 郝跃 2009 物理学报 58 3409]

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    Zhang Y, Gu S L, Ye J D, Huang S M, Gu R, Chen B, Zhu S M, Zheng Y D 2013 Acta Phys. Sin. 62 150202 (in Chinese) [张阳, 顾书林, 叶建东, 黄时敏, 顾然, 陈斌, 朱顺明, 郑有炓 2013 物理学报 62 150202]

    [11]

    Rajan S, Chini A, Wong M H, Speck J S, Mishra U K 2007 J. Appl. Phys. 102 044501

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    Li T, Wang H B, Liu J P, Niu N H, Zhang N G, Xing Y H, Han J, Liu Y, Gao G, Shen G D 2007 Acta Phys. Sin. 56 1036 (in Chinese) [李彤, 王怀兵, 刘建平, 牛南辉, 张念国, 邢艳辉, 韩军, 刘莹, 高国, 沈光地 2007 物理学报 56 1036]

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出版历程
  • 收稿日期:  2013-12-30
  • 修回日期:  2014-01-16
  • 刊出日期:  2014-04-20

N极性GaN/AlGaN异质结二维电子气模拟

  • 1. 河北工业大学信息工程学院, 天津 300130;
  • 2. 专用集成电路国家级重点实验室, 石家庄 050051
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61306113)资助的课题.

摘要: 通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,较系统地研究了GaN沟道层、AlGaN背势垒层、Si掺杂和AlN 插入层对N极性GaN/AlGaN异质结中二维电子气(2DEG)的影响. 分析表明,GaN沟道层厚度、AlGaN背势垒层厚度及Al 组分变大都能一定程度上提高二维电子气面密度,AlGaN背势垒层的厚度和Al 组分变大也可提高二维电子气限阈性,且不同的Si掺杂形式对二维电子气的影响也有差异,而AlN插入层在提高器件二维电子气面密度、限阈性等方面表现都较为突出. 在模拟中GaN沟道层厚度小于5 nm 时无法形成二维电子气,超过20 nm后二维电子气面密度趋于饱和,而AlGaN背势垒厚度超过40 nm后二维电子气也有饱和趋势. 对均匀掺杂和delta 掺杂而言AlGaN 背势垒层Si掺杂浓度超过5×1019 cm-3后2DEG面密度开始饱和.而厚度为2 nm AlN 插入层的引入会使2DEG面密度从无AlN插入层时的0.93×1013 cm-2提高到1.17×1013 cm-2.

English Abstract

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