AlGaNΠGaN异质结构中极化与势垒层掺杂对二维电子气的-Read.PDFVIP

第 53 卷 第 7 期 2004 年 7 月 物 　理 　学 　报 Vol. 53 ,No. 7 ,July ,2004 ( ) 10003290200453 07 232005 ACTA PHYSICA SINICA 2004 Chin. Phys. Soc. Al Ga NGa N 异质结构中极化与势垒层掺杂对 二维电子气的影响 孔月婵 　郑有　 　周春红 　邓永桢 　顾书林 　沈 　波 　张 　荣 　韩 　平 　江若琏 　施 　毅 (南京大学物理系 , 南京　210093) ( ) 2003 年 10 月 13 日收到;2003 年 11 月 12 日收到修改稿 　　从 Ⅲ族氮化物中压电极化对应变弛豫度的依赖关系出发 ,通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程 ,分别研究了 自发极化、压电极化和AlGaN 势垒层掺杂对 Al x Ga1 - x NGaN 异质结构二维电子气的浓度、分布、面密度以及子带分 布等性质的影响. 结果表明 :二维电子气性质强烈依赖于极化效应 ,不考虑 AlGaN 势垒层掺杂 ,当Al 组分为 03 时 , 13 - 2 13 - 2 由极化导致的二维电子气浓度达 16 ×10 cm ,其中压电极化对二维电子气贡献为 07 ×10 cm ,略小于自发极 ( 13 - 2 ) 化的贡献 09 ×10 cm ,但为同一数量级 ,因而通过控制AlGaN 层应变而改变极化对于提高二维电子气浓度至 关重要. AlGaN 势垒层掺杂对二维电子气的影响较弱 , 当掺杂浓度从 1 ×1017 增加到 1 ×1018 cm - 3 时 ,二维电子气面 密度增加 02 ×1013 cm - 2 . 关键词 : Al x Ga1 - x NGaN 异质结构 , 二维电子气 , 自发极化, 压电极化 PACC : 7280E , 7340L , 7320D 能的重要因素. 此外 ,AlGaN 势垒层非故意掺杂也是 1 引 言 二维电子气的重要来源之一[8 ] . 本文从引入 AlGaN 势垒层应变弛豫度 R 以区 近年来 , Ⅲ族氮化物 AlGaNGaN 异质结场效应 分自发极化和压电极化出发 ,通过自洽求解薛定谔 晶体管己成为当前研究的热点[1 —3 ] . AlGaNGaN 异 方程和泊松方程 ,对 Al x Ga1 - x NGaN 异质结构中二 质结构具有很强的极化效应 ,这使其作为高浓度二 维电子气性质进行研究 ,讨论了二维电子气浓度、面 13 维电子气体系 ,即使在未掺杂时 ,也可获得高达 10 密度以及子带分布分别对压电极化、自发极化和 cm- 2 面密度的二维电子气[4 ,5 ] ,从而是发展微波频段 AlGaN 势垒层掺杂的依赖关系. 这对于通过控制二 高压、高