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《AlGaN_AlN_GaN结构中二维电子气的输运特性(1).pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第56卷第10期2007年10月物 理 学 报Vol.56,No.10,October,2007100023290P2007P56(10)P6013206ACTAPHYSICASINICAn2007Chin.Phys.Soc.3AlGaNPAlNPGaN结构中二维电子气的输运特性1)•1)1)1)1)1)周忠堂 郭丽伟 邢志刚 丁国建 谭长林 吕 力2)2)1)1)1)刘 建 刘新宇 贾海强 陈 弘 周均铭1)(北京凝聚态物理国家实验室,中国科学院物理研究所表面物理国家重点实验室,北京 100080)2)(中国科
2、学院微电子研究所化合物半导体器件实验室,北京 100029)(2007年3月13日收到;2007年4月29日收到修改稿) 对使用金属有机物汽相沉积法生长的AlGaNPAlNPGaN结构进行的变温霍尔测量,测量结果指出在AlNPGaN界42-1-112-2面处有二维电子气存在且迁移率和浓度在2K时分别达到了114×10cm·V·s和913×10cm,且在200K到2K范围内二维电子气的浓度基本不变,变磁场霍尔测量发现只有一种载流子(电子)参与导电.在2K温度下,观察到量子霍尔效应,Shubnikov2deHaas
3、(SdH)振荡在磁场约为3T时出现,证明了此结构呈现了典型的二维电子气行为.通过实验数据对二维电子气散射过程的半定量分析,推出量子散射时间为0123ps,比以往报道的AlGaNPGaN结构中的散射时间长,说明引入AlN层可以有效减小合金散射,进一步的推断分析发现低温下以小角度散射占主导地位.关键词:AlGaNPAlNPGaN结构,二维电子气,Shubnikov2deHaas振荡,高电子迁移率晶体管PACC:7320D到AlGaN层中的概率,减少了2DEG受到AlGaN层11引言的合金散射,而合金散射在传统的AlG
4、aNPGaN结构中制约着2DEG迁移率的提高.大量的研究表明通[3—8]由于GaN材料具有饱和电子速度大,耐高温,过插入AlN层可使2DEG的迁移率提高,而且抗辐射,化学稳定性好,击穿电压高等优点,使GaNElhamri等人对SiC衬底上的2DEG的散射机理进行[9]基材料成为了制作下一代高速、高温、大功率高电子了细致的讨论,但对蓝宝石衬底上生长的AlGaNP迁移率场效应晶体管(HEMT)的首选材料.同时,AlNPGaN结构中2DEG的散射机理的细致研究比较GaN基HEMT材料中存在着很强的压电极化和自发少.所以
5、本文系统地研究了AlGaNPAlNPGaN结构中[1]极化效应,这是它与GaAs基HEMT材料的最大区2DEG的输运性质以及散射机理,对指导研制高速、别,这一极化效应使非故意掺杂的AlGaNPGaN异质高温、大功率HEMT器件有重要意义.本文报道了对13-2结界面处存在着高达10cm浓度的二维电子气AlGaNPAlNPGaN结构中2DEG输运性质以及散射机(2DEG).HEMT的两个重要物理参数是载流子的迁理的研究,通过变温霍尔测量得到了温度为2K时42-1-1移率μ和浓度n,提高μ和n的乘积可以增加2DEG迁移
6、率和浓度分别为114×10cm·V·s和12-2HEMT器件的输出功率.为了提高器件的性能,科研913×10cm,通过变磁场霍尔测量证明了其中只人员发现在AlGaN和GaN中间生长一层很薄的AlN有一种载流子参与导电.在2K下,观测到层可以明显提高2DEG迁移率μ,对载流子浓度没Shubnikov2deHaas(SdH)振荡.[2]有太大的影响,这样一来便可以提高nμ的乘积.在AlGaNPGaN之间引入薄的AlN层(形成AlGaNP21实验AlNPGaN结构)使得AlNPGaN的导带偏移(bandoffset)比
7、AlGaNPGaN的要大,从而减少了2DEG穿透实验中采用金属有机物化学汽相沉积方法3国家自然科学基金(批准号:10474126,10574148)和国家重点基础研究发展计划(973)项目(批准号:2002CB311900)资助的课题.•E2mail:ztzhou@mails.gucas.ac.cn6014物 理 学 报56卷(MOCVD)生长AlGaNPAlNPGaN结构,生长使用的衬底糙度散射和异质结材料中的位错散射成为影响为c面取向蓝宝石(Al2O3),AlGaNPAlNPGaN的结构参2DEG输运特
8、性的重要散射机理,较大的异质结界数为Al013Ga017N(20nm)PAlN(1nm)PGaN(100nm)沟道面粗糙度和较高的位错密度会导致2DEG迁移率的层P半绝缘GaN(3μm),此结构中的AlN的厚度,下降.因此我们用透射电子显微镜(TEM)的明场像Al013Ga017N中的Al组分以及厚度通过X射线双晶衍研究了此结构中各个分界面的晶体结构情况,其结射得到.样品
