A≈190质量区奇A核超形变带系统与研究.pdf

第26卷第2期物理学进展 ,
2006年6月 PROGRESSINPHYSICS Jun.,2006
文章编号:10000542(2006)02012719
Ⅲ族氮化物异质结构二维电子气研究进展
孔月婵,郑有?
(南京大学物理系,江苏省光电信息功能材料重点实验室,南京 210093)
摘要: 本文总结了近年来Ⅲ族氮化物半导体异质结构二维电子气的研究进展。从Ⅲ族氮化
物材料晶格结构和特有的极化性质出发,重点讨论了 AlGaN/GaN 异质结构中二维电子气的性质,
总结分析了异质结构中 Al组分、势垒层厚度、应变弛豫度、掺杂等对二维电子气浓度和迁移率的
影响,同时还涉及 AlGaN/GaN/AlGaN,AlGaN/AlN/GaN 和 AlGaN/InGaN/GaN 等异质结构二
维电子气性质。
关键词:Ⅲ族氮化物异质结构;二维电子气;综述;自发极化;压电极化;迁移率
中图分类号:O47 文献标识码:A
0 引言
半导体异质结构是实现半导体低维体系的基本手段,也是高速微电子、量子光电子器件的
基本结构。自上世纪70年代以来,随着半导体异质结构材料的不断发展,半导体低维物理研
究的不断深化,半导体器件不断推陈出新,半导体科学技术得到迅猛发展,大大推动了当代信
息技术、信息产业的发展。近年来,Ⅲ族氮化物 GaN,AlN 和InN 这类新一代半导体材料的
崛起,使Ⅲ族氮化物异质结构受到人们广泛重视,并成为当前材料学科和微结构器件领域的研
发热点[1]。
Ⅲ族氮化物与传统的半导体不同,是一种带隙宽并具有强压电、铁电性的半导体材料。它
可形成从InN ,GaN 直到 AIN 带隙连续可调的三元或四元固
溶体合金体系(如 AlGaN,InGaN,AlGaInN),相对应的直接带隙波长覆盖了从红外到紫外
的宽波长范围,是发展新一代半导体光电器件的重要材料,在发光二极管(LED),激发器
(LD)和大屏幕全色显示及固态白光照明方面具有极其重要的应用。同时,基于Ⅲ族氮化物具
有的宽带隙、高饱和电子漂移速率(比 ),高击穿场强和高热导率(比 GaAs高3
倍)等优越电子性能,又是当今发展高频、高功率、高温微电子器件的优选材料。特别是纤锌矿
收稿日期:20060216
基金项目:国家自然科学基金(批准号:60136020;60276031;60290080),国家重点基础研究专项基金(批准
号:G20000683)和国家高技术研究与发展计划基金(批准号:2002AA305304)
书
128 物理学进展 26卷
结构Ⅲ族氮化物的六方晶体结构缺少反演对称性,呈现很强的极化效应,包括自发极化和压电
极化,压电系数比其它ⅢⅤ族、ⅡⅥ族半导体材料大1个数量级以上,自发极化强度也很大,
如 AlN 的自发极化只比典型的钙钛矿结构铁电体小3~5倍。而且,由于Ⅲ族氮化物材料能
隙相差悬殊(从InN 的 到 AlN 的 ),异质结构界面导带存在巨大能带偏移
(Δ犈犮),可形成深量子阱。基于强极化诱导作用和巨大能带偏移,Ⅲ族氮化物异质结构界面可