用于光探测的新型半导体异质结特性研究

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1、濟系市專國硕士学位论文參画用于光探测的新型半导体异质结特性研究作者姓名陈鸿燕指导教师姓名、职称王平教授申请学位类别工学硕士用于光探测的新型半导体异质结特性研究作者姓名陈鸿燕指导教师姓名、职称王平教授申请学位类别工学硕士学校代码10701学号1501120306分类号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文用于光探测的新型半导体异质结特性研究作者姓名：陈鸿燕一级学科：信息与通信工程二级学科：光通信学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：王平教授学院：通信工程学院提交日期：2018年4月InvestigationofNovelSemiconductorHeterost

2、ructuresCharacteristicsforOpticalDetectionAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinOpticalCommunicationsByChenHongyanSupervisor:WangPingTitle:ProfessorApril2018西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研宄成果。尽我所知

3、，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果：也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同事对本研宄所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处一，本人承担切法律责任。、＇：７１沐有＇：＾．＾１本人签名日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公

4、布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研究成果完成的论、。文发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学本人签名：隊外祕导师签名：玉平‘丨〇Ｖ日期：＼：糾“丨日期＾ｌｇ．Ｌ摘要摘要ZnMgO/ZnO异质结作为一种新型的异质结半导体，凭借其在光电器件领域具有很大的应用潜力而得到广泛关注。近年来，ZnMgO/ZnO异质结中二维电子气（2DEG）输运性质的研究虽然已取得一定的进展，但高场输运特性以及低温下限制2DEG迁移率的散射机制例如合金群散射（ACS）等仍需要进一步的探索。另外，在ZnMgO/ZnO单异质

5、结界面处插入一MgO隔离薄层可形成ZnMgO/MgO/ZnO异质结构，由于其拥有比ZnMgO/ZnO量子阱（QW）更大的2DEG浓度和迁移率，因而在高频、高功率器件制造更具发展优势。但对于ZnMgO/MgO/ZnO异质结的研究主要集于其迁移率特性分析，尚未见到由于极化效应产生的内建电场（BEF）对ZnMgO/MgO/ZnO异质结中子带间跃迁光吸收（ITOA）性质影响的报道。针对上述问题，本文分别探究ACS对ZnMgO/ZnO异质结2DEG输运性质的影响以及ZnMgO/MgO/ZnO量子阱材料特性，具体内容如下：1．使用自洽求解Schrödinger-Poisson方程以获得ZnMgO/ZnO

6、异质结的子带能级、2DEG波函数和2DEG浓度等，考虑低温下ZnMgO/ZnO异质结中较为主要的散射机制，包括了ACS、位错散射（DIS）、界面粗糙散射（IRS）、声子散射（PHS）及合金无序散射（ADS）等，然后使用Matthiessen’s法则来计算总的2DEG迁移率。本文重点探索了低温下合金群散射对2DEG迁移率的影响。与此同时，根据第一性原理计算分别获得ZnO和ZnMgO的能带结构及相关参数，在此基础上，考虑到ACS、DIS、IRS、ADS和PHS等机制的作用，建立适于模拟异质结电子输运的蒙特卡罗（MC）模型，包括三能谷和五能谷MC模型，进而模拟ACS对ZnMgO/ZnO异质结低场、

7、高场2DEG输运特性的影响。结果表明：合金群散射是一种由合金组分波动引起沟道电子能级波动的散射，因而Zn1-xMgxO势垒层的组分波动会影响2DEG迁移率。Mg组分波动越大，受ACS所限制的2DEG迁移率值越小。此外，合金群散射是ZnMgO/ZnO异质结低温下主导的散射机制之一。2．对于含有MgO插入层纤锌矿Zn1-xMgxO/MgO/ZnO量子阱，考虑各层自发极化（SP）、压电极化（PE）效应产生内建电场的