纤锌矿AlGaN多层异质结构中的声学声子模及对电子的散射

摘要

纤锌矿非对称AlxGa1-xN/GaN/AlyGa1-vN多层异质结构不仅要比AlxGa1-xN/GaN单异质结构具有更高的二维电子气(2DEG)浓度和电子迁移率，而且与实际高迁移率晶体管(HEMT)的结构最为接近，因此被广泛应用于HEMT器件中.
　　本文主要研究非对称纤锌矿AlxGa1-xN/GaN/AlyGa1-yN异质结多层结构中声学声子模的色散性质和声子势的三元混晶(TMC)效应以及在此类多层异质结构中2DEG分布随混晶组分的变化关系，并以此为基础探讨声学声子对电子的散射率.主要内容和结论概括如下:
　　(1)在弹性连续模型框架内，通过对非对称纤锌矿AlxGa1-xN/GaN/AlyGa1-yN异质结构中声学声子模色散关系与声子势的TMC效应计算可知，对于对称结构，声学声子模色散性质曲线斜率趋于四个极限值;而对于非对称结构则趋于六个极限值，并且具有更加复杂的声学声子模叠加效应.对于声学声子势，随着左边垒材料中Al组分的增加，声子模式将转变，声子势则逐渐受到“限制”，从而向右边垒移动，在GaN/AlyGa1-vN界面处会出现一极大值.其中，膨胀模声子势强于其它类型的声学声子势，对电子的散射占主导性地位.
　　(2)通过数值自洽迭代法联立求解薛定谔(Schr(o)dinger)方程与泊松(Poisson)方程，获得纤锌矿非对称AlxGa1-xN/GaN/AlyGa1-yN多层异质结构的异质结导带、电子分布以及随Al组分的变化关系.其结果表明，随着混晶组分的增加，势垒高度和内建电场强度都会有所提高，两者竞争的结果使电子气分布向势阱中心处移动，从而降低界面对2DEG的影响，提高其浓度.
　　(3)基于电-声子相互作用哈密顿量，依据费米黄金法则，得出声学声子对电子的散射率.其结果显示，散射率先随着电子能量的增加迅速减少，然后减少趋于平缓.而散射率随着Al组分的增加而增强.
　　上述效应对于低温混晶器件性能的调制与改善具有理论指导意义.

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究现状及存在的问题

1．1．1 半导体异质结与混晶效应对其性质的调制

1．1．2 光学声子与声学声子及电子-声子相互作用

1．2 本文内容

第二章 纤锌矿AlGaN多层异质结构中的声学声子模

2．1 理论模型与计算方法

2．2 计算结果与讨论

2．2．1 声学声子模的色散关系与三元混晶效应

2．2．2 声学声子势与三元混晶效应

2．3 小结

第三章 纤锌矿AlGaN多层异质结构中电子的本征态

3．1 理论模型与计算方法

3．1．1 薛定谔方程的无量纲化与差分

3．1．2 泊松方程无量纲化与差分

3．1．3 自洽求解薛定谔-泊松方程

3．2 计算结果与讨论

3．3 小结

第四章 电子-声学声子耦合与散射

4．1 理论模型

4．1．1 电子-声学声子相互作用啥密顿量

4．1．2 电子-声学声子散射率

4．2 计算结果与讨论

4．3 小结

第五章 全文总结

参考文献

致谢