本文關(guān)鍵詞：三元混晶纖鋅礦量子阱中電子帶間躍遷及遷移率

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【摘要】：纖鋅礦AlGaN/GaN等多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)是制作高電子遷移率晶體管及紫外光探測器等光電子器件的典型材料.它們具有寬禁帶,高電子遷移率和熱導(dǎo)率,且在耐擊穿電場及抗輻射方面展示出優(yōu)良特性,還可通過三元混晶(TMC)組分調(diào)制體系的能帶、電子(空穴)態(tài)、聲子模式以及輸運(yùn)性質(zhì)等,以滿足人們制作高溫、高頻、抗輻射和大功率器件需求,因而近年來受到半導(dǎo)體領(lǐng)域理論和實(shí)驗(yàn)研究者的關(guān)注.纖鋅礦結(jié)構(gòu)的各向異性以及強(qiáng)自發(fā)和壓電極化效應(yīng)致使異質(zhì)結(jié)構(gòu)在界面處局域高濃度的二維電子氣(2DEG).AlGaN受組分調(diào)制的橫光學(xué)(TO)聲子呈現(xiàn)雙模特性,使得由它合成的多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)中光學(xué)聲子模式存在特殊的混晶效應(yīng).本文以TMC纖鋅礦量子阱為研究對象,自洽求解Schrodinger和Poisson方程獲得電子(空穴)態(tài).針對MgZnO/ZnO量子阱,基于費(fèi)米黃金法則,討論電子(空穴)的帶間躍遷.針對AlGaN/GaN量子阱,采用介電連續(xù)模型和單軸晶體模型等,討論各類光學(xué)聲子勢及電-聲子相互作用,運(yùn)用雷-丁力平衡方程,獲得電子受光學(xué)聲子散射的遷移率.主要研究內(nèi)容和所得結(jié)果概括如下:(1)Mg_xZn_(1-x)O/ZnO/Mg_xZn_(1-x)O對稱量子阱中電子帶間躍遷的尺寸和TMC效應(yīng).結(jié)果顯示,Mg_xZn_(1-x)O中Mg組分的增加使壘層和阱層的內(nèi)建電場強(qiáng)度增大,電子(空穴)平均位置靠近左(右)側(cè)界面,致使躍遷吸收峰指數(shù)減小且發(fā)生藍(lán)移;給定組分和壘厚時,吸收峰隨阱寬增大而減小,峰值位置呈現(xiàn)紅移.(2)Mg_xZn_(1-x)O/ZnO/Mg_yZn_(1-y)O非對稱量子阱中電子帶間躍遷的尺寸和TMC效應(yīng).固定右壘組分y,阱中的內(nèi)建電場隨左壘中Mg組分的增大單調(diào)遞增,而左(右)壘中的內(nèi)建電場則發(fā)生方向轉(zhuǎn)變,削弱了電子和空穴波函數(shù)重疊以及帶間光吸收.此外,尺寸效應(yīng)顯示,電子帶間吸收系數(shù)峰值隨左壘組分或厚度的增大而減小,且呈現(xiàn)藍(lán)移.峰值隨阱寬的增加而迅速減小,但呈現(xiàn)微弱紅移.(3)AlGaN中TO聲子雙模性對Al_xGa_(1-x)N/GaN/Al_xGa_(1-x)N量子阱中光學(xué)聲子模的影響.提出權(quán)重、單模和介電函數(shù)擬合三種計(jì)及TO聲子雙模性之模型,并分別給出界面和局域聲子的靜電勢分布.結(jié)果顯示,通過引入二元化合物的雜質(zhì)模頻率修正無規(guī)元素等位移模型,得到的TMC纖鋅礦AlGaN中單�？v光學(xué)聲子和雙模TO聲子頻率隨混晶組分的變化關(guān)系與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合得較好.給定波矢時,由權(quán)重模型得到的四類聲子靜電勢均高于其它模型的計(jì)算結(jié)果.(4)Al_xGa_(1-x)N/GaN/Al_xGa_(1-x)N量子阱中光學(xué)聲子模對電子遷移率的影響.在溫度為300K且給定2DEG面密度時,計(jì)算結(jié)果顯示,權(quán)重模型得到的電子遷移率在8支聲子模的共同作用下隨Al組分增大先減小后緩慢增加.Al組分為0.58時,AlGaN/GaN/AlGaN(34A/40A/34A)量子阱中電子遷移率的理論結(jié)果為1263.0cm2/Vs,是實(shí)驗(yàn)值的1.44倍.此外,溫度效應(yīng)和尺寸效應(yīng)結(jié)果顯示,總電子遷移率隨溫度的升高逐漸減小,隨阱寬的增加而逐漸增大.可見,TMC組分和量子阱尺寸可調(diào)制體系的內(nèi)建電場強(qiáng)度、2DEG分布等物理性質(zhì),從而改進(jìn)器件的性能.上述結(jié)論對于相關(guān)實(shí)驗(yàn)和器件的設(shè)計(jì)有指導(dǎo)作用.
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O471.1

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本文編號：1270062