2DEG面密度与AlxGa1-xN中x的关系

  AlxGa1-xN势垒层中Al的组分x和极化电荷有着密切的关系,x与总的极化电荷密度的关系为线性关系,2DEG的面密度随AlGaN势垒层中Al组分的增加而线性增长。这与E.T.Yu计算方法的结果相一致。随着x的增长,AlGaN与GaN界面的极化电荷密度增长,且成线性增长。当x>0.4的时候,在GaN缓冲层和势垒层间大的晶格和热量的不匹配导致AIGaN中高的结构缺陷密度和粗糙的界面限制了2DEG的迁移率;当x<0.15时,导带差将变得非常小(ΔEC<0.28eV),导致对载流子浓度没有好的限制。所以在实际制作HEMT中,Al的组分一般控制在0.15到0.4之间。
 
  图1对应Al组分0.2、0.27、0.4三种情况下的电子浓度分布情况,特别标示数字表示峰值电子浓度。比较三种Al组分情况下的电子密度可以看出随着Al组分的增加,电子浓度也在增加。
对应的电子浓度 
图1(b)Al组分0.2对应的电子浓度  (b)Al组分0.27对应的电子浓度  (c)Al组分0.4对应的电子浓度
 
  图2是AlGaN层Al组分x分别为0.2、0.27、0.4情况下不同栅压下输出漏电流,a图对应栅极电压0V的情况,b图对应栅极电压为-2V的情况,观察图中电流随AlGaN层Al组分x变化的情况,显示随着AlGaN势垒层Al组分的增加,输出电流也相应的增加。因此通过提高AlGaN势垒层的Al含量可以提高2DEG密度,也可以增加输出电流。
输出漏电流 
图2 (a)Vg=0V输出漏电流 (b)Vg=-2V输出漏电流
 
  增大AlGaN层的Al组分是利用极化效应提高沟道电子浓度最便捷的方法之一。但是这种方法的有效性目前受到氮化物生长及加工工艺的制约,问题在于Al组分变大时会出现应变弛豫,极化效应被消弱;欧姆接触制作的难度也变大;沟道载流子迁移率出现退化等。

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