N极性GaN/AlGaN异质结二维电子气模拟

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5nm时无法形成二维电子气,超过20nm后二维电子气面密度趋于饱和,而AlGaN背势垒厚度超过40nm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5×10~(19)cm~(-3)后2DEG面密度开始饱和,而厚度为2nmAlN插入层的引入会使2DEG面密度从无AlN插入层时的0.93×10~(13)cm~(-2)提高到1.17×10~(13)cm~(-2)。     

掺杂浓度及掺杂层厚度对Si均匀掺杂的GaAs量子阱中电子态结构的影响

本文通过自洽地求解薛定鄂方程及泊松方程计算了在温度T=0, 有效质量近似下, Si均匀掺杂的GaAs/AlGaAs量子阱系统的电子态结构. 研究了掺杂浓度及掺杂层厚度对子带能量, 本征包络函数, 自洽势, 电子密度分布, 及费米能量的影响. 发现在给定掺杂浓度下, 子带能量随掺杂层厚度的增加单调递减, 自洽势的势阱变宽变浅, 电子密度分布变宽, 峰值变低; 在给定掺杂层厚度下, 随掺杂浓度的增加子带能量及费米能级单调递增, 自洽势阱变深变陡变窄, 电子密度分布的峰值变高, 集中在中心. 关键词： 掺杂 量子阱 电子结构 半导体GaAs     

背势垒层结构对AlGaN/GaN双异质结载流子分布特性的影响

首先通过一维自洽求解薛定谔/泊松方程,研究了AlGaN/GaN双异质结构中AlGaN背势垒层Al组分和厚度对载流子分布特性的影响.其次利用低压MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长出具有不同背势垒层的AlGaN/GaN双异质结构材料,通过汞探针CV测试验证了理论计算的正确性.理论计算和实验结果均表明,随着背势垒层Al组分的提高和厚度的增加,主沟道中的二维电子气面密度逐渐减小,寄生沟道的二维电子气密度逐渐增加;背势垒层Al组分的提高和厚度的增加能有效的增强主沟道的二维电子气限域性,但是却带来了较高的 关键词： AlGaN/GaN 双异质结构 限域性 寄生沟道     

Al组分对AlGaN/GaN量子级联激光器性能的影响

通过对激光器一个周期单元的一维薛定谔方程与泊松方程进行自洽求解,得到了能带与电子波函数的分布情况,并且计算了在近共振条件下偶极跃迁元与垒层Al组分的关系,得到了Al组分的优化结果。结果表明,垒层材料的Al组分大约等于0.15时激光器的偶极跃迁元最大,此时激光器处于垂直跃迁工作状态。     

内嵌InAs量子点的δ掺杂GaAs/AlxGa1-xAs二维电子气特性分析

采用分子束外延技术对δ掺杂GaAs/Al_xGa_1-xAs二维电子气(2DEG)样品进行了生长. 在样品生长过程中, 分别改变掺杂浓度(N_d)、空间隔离层厚度(W_d) 和Al_xGa_1-xAs中Al组分(x_Al)的大小, 并在双温(300 K, 78 K)条件下对生长的样品进行了霍尔测量; 结合测试结果, 分别对N_d, W_d及x_Al与GaAs/Al_xGa_1-xAs 2DEG的载流子浓度和迁移率之间的关系规律进行了细致的分析讨论. 生长了包含有低密度InAs量子点层的δ掺杂GaAs/Al_xGa_1-xAs 2DEG 样品, 采用梯度生长法得到了不同密度的InAs量子点. 霍尔测量结果表明, 随着InAs量子点密度的增加, GaAs/Al_xGa_1-xAs 2DEG的迁移率大幅度减小, 实验中获得了密度最低为16×10⁸/cm²的InAs量子点样品. 实验结果为内嵌InAs量子点的δ掺杂GaAs/Al_xGa_1-xAs 2DEG的研究和应用提供了依据和参考. 关键词： 二维电子气 InAs量子点 载流子浓度 迁移率     

红外波长上转换器件中载流子阻挡结构的研究

复杂半导体材料结构中的载流子分布特性对器件性能有重要影响. 本文针对一种新型的波长上转换红外探测器, 研究了载流子阻挡结构对载流子分布和器件特性的影响. 论文通过自洽求解薛定谔方程、泊松方程、电流连续性方程和载流子速率方程分析了不同器件结构中的空穴分布. 同时, 生长了相应结构的外延材料, 并通过电致荧光谱分析了载流子阻挡结构对器件特性的影响. 结果表明, 2 nm厚的AlAs势垒层既能有效阻挡空穴又不影响电子输运, 有利于制作波长上转换红外探测器. 此外, 论文分析了阻挡势垒层的厚度和高度以及工作温度对载流子分布的影响. 本文研究结果亦可应用于其他载流子非均匀分布的半导体器件.     

考虑量子效应的高k栅介质SOIMOSFET特性研究

本文主要研究考虑量子效应的高k栅介质SOIMOSFET器件特性．通过数值方法自治求解薛定谔方程和泊松方程,得到了垂直于SiO2／Si界面方向上载流子波函数及能级的分布情况,结合Young模型,在考虑短沟道效应和高庀栅介质的情况下,对SOIMOSFET的阈值电压进行模拟分析．结果表明：随着纵向电场的增加,量子化效应致使反型层载流子分布偏离表面越来越严重,造成了有效栅氧化层厚度的增加和阈值电压波动．采用高向栅介质材料,可以减小阈值电压,抑制DIBL效应．较快的运算速度保证了模拟分析的效率,计算结果和ISE仿真结果的符合说明了本文的模型精度高．     

纤锌矿AlGaN/AlN/GaN异质结构中光学声子散射影响的电子迁移率

对含有AlN插入层纤锌矿Al_xGa_1-xN/AlN/GaN异质结构,考虑有限厚势垒和导带弯曲的实际 异质结势,同时计入自发极化和压电极化效应产生的内建电场作用,采用数值自洽求解薛定谔方程和泊松方程, 获得二维电子气(2DEG)中电子的本征态和本征能级.依据介电连续模型和Loudon单轴晶体模型, 用转移矩阵法分析该体系中可能存在的光学声子模及三元混晶效应.进一步, 在室温下计及各种可能存在的光学声子散射,推广雷-丁平衡方程方法,讨论2DEG分布及二维电子迁移率的 尺寸效应和三元混晶效应.结果显示: AlN插入层厚度和Al_xGa_1-xN势垒层中Al组分的增加均会 增强GaN层中的内建电场强度,致使2DEG的分布更靠近异质结界面,使界面光学声子强于其他类型的 光学声子对电子的散射作用而成为影响电子迁移率的主导因素.适当调整AlN插入层的厚度和Al组分, 可获得较高的电子迁移率.     

多晶SiGe栅量子阱pMOSFET阈值电压模型

本文基于多晶SiGe栅量子阱SiGe pMOSFET器件物理,考虑沟道反型时自由载流子对器件纵向电势的影响,通过求解泊松方程,建立了p+多晶SiGe栅量子阱沟道pMOS阈值电压和表面寄生沟道开启电压模型.应用MATLAB对该器件模型进行了数值分析,讨论了多晶Si_1-yGe_y栅Ge组分、Si_1-xGe_x量子阱沟道Ge组分、栅氧化层厚度、Si帽层厚度、沟道区掺杂浓度和 关键词： 多晶SiGe栅 寄生沟道 量子阱沟道 阈值电压     

结构参数对N极性面GaN/InAlN高电子迁移率晶体管性能的影响

基于漂移-扩散传输模型、费米狄拉克统计模型以及Shockley-Read-Hall复合模型等,通过自洽求解薛定谔方程、泊松方程以及载流子连续性方程,模拟研究了材料结构参数对N极性面GaN/InAlN高电子迁移率晶体管性能的影响及其物理机制.结果表明,增加GaN沟道层的厚度(5—15 nm)与InAlN背势垒层的厚度(10—40 nm),均使得器件的饱和输出电流增大,阈值电压发生负向漂移.器件的跨导峰值随Ga N沟道层厚度的增加与InAlN背势垒层厚度的减小而减小.模拟中,各种性能参数的变化趋势均随GaN沟道层与InAlN背势垒层厚度的增加而逐渐变缓,当GaN沟道层厚度超过15 nm、InAlN背势垒层厚度超过40 nm后,器件的饱和输出电流、阈值电压等参数基本趋于稳定.材料结构参数对器件性能影响的主要原因可归于器件内部极化效应、能带结构以及沟道中二维电子气的变化.     

Optically induced current oscillation in a modulation-doped field-effect transistor embedded with InAs quantum dots

The output characteristics of a modulation-doped GaAs/AlGaAs field-effect transistor with InAs quantum dots (QDs) embedded in the barrier layer (QDFET) have been studied at low temperature. Optically induced current oscillation in the output current–voltage (I–V) curves has been found under the near-infrared light illumination. It is ascribed to the recombination of real space transferred electrons and photoexcited holes captured by the QDs. Furthermore, InAs QDs layer can also capture electrons and act as a nano-floating gate, which causes a bistability in the two-dimensional electron gas (2DEG) conductance. Our results suggest that the QDFET is a promising candidate for developing phototransistor or logic circuits.     

Effect of the spacer growth temperature on the electrophysical and structural properties of PHEMTs

The effect of the growth temperature of an AlGaAs spacer on mobility μ_e of the 2D electron gas in pseudomorphic AlGaAs/InGaAs/GaAs structures with one-sided δ doping by silicon is studied The structures are optimized so that conduction over the doped layer is absent. In such structures, mobility μ_e increases by 53 and 69% at T = 300 and 77 K, respectively, as the growth temperature of the spacer rises from 590 to 610°C with other parameters and growth conditions fixed. Photoluminescence and X-ray diffraction analyses show that the mobility increases because the AlGaAs spacer crystal structure is improved and the AlGaAs/InGaAs interface becomes sharper.     

Spacer layer thickness fluctuation scattering in a modulation-doped Al_xGa_1-xAs/GaAs/Al_xGa_1-xAs quantum well

We theoretically study the influence of spacer layer thickness fluctuation(SLTF) on the mobility of a twodimensional electron gas(2DEG) in the modulation-doped Al x Ga 1 x As/GaAs/Al x Ga 1 x As quantum well.The dependence of the mobility limited by SLTF scattering on spacer layer thickness and donor density are obtained.The results show that SLTF scattering is an important scattering mechanism for the quantum well structure with a thick well layer.     

Optimization of two-dimensional electron gases and – characteristics for AlGaN/GaN HEMT devices

In this paper, we take account of the spontaneous and piezoelectric polarization effect at the heterointerface in the AlGaN/GaN HEMT device, and one-dimensional Schrödinger–Poisson equations are solved self-consistently using a nonuniform mesh; using our findings, the AlGaN/GaN heterostructure conduction band and the two-dimensional electron gas (2DEG) density are investigated. The dependences of the 2DEG characteristics on the Al fraction, the thickness of each layer, the donor concentration and the gate voltage are investigated through simulation. The output characteristics are simulated using a quasi-2D model; a saturation voltage and threshold voltage are also shown. The influence of the spacer layer width on the 2DEG density is calculated for the first time. An explanation and analyses are given.     

Polar optic phonon scattering of two dimensional electron gas in a rectangular potential well

The mobility of a two-dimensional electron gas (2DEG) in a rectangular potential well formed in a AlGaAs/GaAs/AlGaAs structure scattered by polar-optic phonon is calculated by an iterative solution of Boltzmann equation. The values are significantly different from those calculated by using a relaxation time. The polar-optic mobility is found to dominate over acoustic mobility over a temperature range of 100–300 K when the well thickness is about 10 nm. The mobility values for 2DEG are, however, found to be lower than the bulk values.     

含有δ掺杂层的SiGe pMOS量子阱沟道空穴面密度研究

建立了含有δ掺杂层的SiGe pMOS器件量子阱沟道中空穴面密度的静态与准静态物理模型，并对该模型进行了数值分析.讨论了静态时器件量子阱空穴面密度与δ掺杂层杂质浓度和本征层厚度的关系，阈值电压VT与δ掺杂层杂质浓度NA、量子阱沟道载流子面密度Ps及本征层厚度di等参数间的关系.同时还讨论了准静态时量子阱空穴面密度P′s与栅压VGS的关系. 关键词： δ掺杂层 空穴面密度