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高电子迁移率晶格匹配InAlN/GaN材料研究

张金风 王平亚 薛军帅 周勇波 张进成 郝跃

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高电子迁移率晶格匹配InAlN/GaN材料研究

张金风, 王平亚, 薛军帅, 周勇波, 张进成, 郝跃

High electron mobility lattice-matched InAlN/GaN materials

Zhang Jin-Feng, Wang Ping-Ya, Xue Jun-Shuai, Zhou Yong-Bo, Zhang Jin-Cheng, Hao Yue
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  • 文章基于蓝宝石衬底采用脉冲金属有机物化学气相淀积(MOCVD)法生长的高迁移率InAlN/GaN材料,其霍尔迁移率在室温和77 K下分别达到949和2032 cm2/Vs,材料中形成了二维电子气(2DEG). 进一步引入1.2 nm的AlN界面插入层形成InAlN/AlN/GaN结构,则霍尔迁移率在室温和77 K下分别上升到1437和5308 cm2/Vs. 分析样品的X射线衍射、原子力显微镜测试结果以及脉冲MOCVD生长方法的特点,发现InAlN/GaN材料的结晶质量较高,与GaN晶格匹配的InAlN材料具有平滑的表面和界面. InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料形成高迁移率特性的主要原因归结为形成了密度相对较低(1.610131.81013 cm-2)的2DEG,高质量的InAlN晶体降低了组分不均匀分布引起的合金无序散射,以及2DEG所在界面的粗糙度较小,削弱了界面粗糙度散射.
    InAlN can be in-plane lattice matched (LM) to GaN, and the formed InAlN/GaN heterostructure is one kind of materials with high conductivity to be used in GaN-based high electron mobility transistors (HEMTs). It is reported that the high-mobility InAlN/GaN material is grown by using pulsed metal organic chemical vapor deposition (PMOCVD) on sapphire, and the Hall electron mobility reaches 949 and 2032 cm2/Vs at room temperature and 77 K, respectively. The two-dimensional electron gas (2DEG) is formed in the sample. When 1.2 nm thick AlN space layer is inserted to form InAlN/AlN/GaN structure, the Hall electron mobility increases to 1437 and 5308 cm2/Vs at room temperature and 77 K, respectively. It is shown by analyzing the results of X-ray diffraction and atomic force microscopy and the features of PMOCVD that the crystal quality of InAlN/GaN material is quite high, and the InAlN layer LM to GaN has smooth surface and interface. The high mobility characteristics of InAlN/GaN and InAlN/AlN/GaN materials are ascribed to the fact that the 2DEG has a comparatively low sheet density (1.61013-1.81013 cm-2), the alloy disorder scattering is weakened in the high-quality InAlN crystal since its compositions are evenly distributed, and the interface roughness scattering is alleviated at the smooth interface where the 2DEG is located.
    • 基金项目: 国家重大科学研究计划(批准号: 2008ZX01002-002)、国家自然科学基金重大项目(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.
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-01-24
  • 修回日期:  2011-02-22
  • 刊出日期:  2011-11-15

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