不同晶面應變纖鋅礦GaN/AlN量子阱的價帶結構理論研究

劉亞群，李希越，章國豪

（1.廣東工業大學 信息工程學院, 廣東 廣州 510006；2.廣東工業大學 集成電路學院, 廣東 廣州 510006）

纖鋅礦氮化鎵(GaN)及其異質結構由于具有眾多優異的性能，如高導熱性、高擊穿場以及高電子遷移率等，在高功率電子器件與射頻電子學等領域中具有重要的應用前景[1-2]。然而，GaN較大的空穴有效質量導致了低空穴遷移率，阻礙了其在大功率轉換器及互補邏輯電路[3]上的廣泛應用。對于電力電子學和射頻電路的新應用領域，迫切需要一種與N通道GaN高電子遷移率晶體管對應的P型晶體管，以形成寬帶隙互補金屬氧化物半導體。隨著GaN外延生長技術的進步，眾多研究機構爭相對GaN異質結制備技術開展研究，并通過理論建模探索GaN空穴輸運性能的優化方案[4-6]。

GaN的極化效應極大地影響了其空穴的輸運性能。通常的GaN外延及其異質結構是在(0001)晶面生長的，即Ga極性面。由于較大的自發極化及應變誘導產生的較大壓電極化，AlGaN/GaN異質結構界面處出現高密度的二維電子氣[7]。與之類似，在GaN/AlN界面上也會形成二維空穴氣[8]。這對于高功率器件和耗盡型器件的生產非常有意義，但對GaN異質結光電器件產生了負面影響，同時GaN基增強型器件的制造有一定難度[9]。通過生長非極性(1 01ˉ0)及半極性(1 01ˉ2)晶面，GaN可以避免極化效應的影響。目前，已有文獻研究這兩類晶面材料的外延生長及其性能[10-11]。盡管對晶面半導體有較多研究，但晶面對GaN基本物理性能的影響還需進一步探究。

此外，研究表明應力可以有效地改變能帶結構，這為評估能帶色散以及有效質量在應力下的變化提供了一種簡單且實用的方法。……