理论上，由于载流子限域性的提高，双异质结构2DEG的迁移率会高于单异质结构。但是由于各种因素的影响，实验结果并不是如此，这些因素包括2DEG更靠近AlGaN/GaN界面使得界面粗糙度散射和合金无序散射增强，缓冲层中存在大量的刃位错对载流子的散射增强等。上文我们引入双层缓冲层后大大减小了缓冲层(10-12)面的半高宽值，即刃位错密度，使得2DEG迁移率达到了1752cm2/Vs。为了进一步提高AlGaN/GaN/AlGaN双异质结构载流子的迁移率，考虑到GaN沟道层是2DEG输运的场所，我们对GaN沟道层的厚度进行优化。如图1所示为不同沟道厚度双异质结材料的结构示意图，两个样品仍然采用MOCVD设备在c面蓝宝石衬底上生长，均使用700nm GaN和600nm Al0.07Ga0.93N双层缓冲层结构，样品DH2沟道厚度d=10nm，样品DH3沟道厚度d=14nm，其余结构相同。为了单一比较沟道层厚度变化对迁移率的影响，本实验并没有采用渐变Al组分的方法来消除寄生沟道。
图1 不同沟道层厚度的双异质结构示意图，(a)d=10nm，(b)d=14nm
2. 样品电特性研究
为了研究两个样品的电特性，我们对其进行非接触Hall效应测试和非接触方阻测试，结果如表1所示。沟道厚度提高后，载流子的迁移率在原有基础上提高到1821cm2/Vs，接近常规单异质结的2DEG迁移率。虽然2DEG面密度稍有降低，但仍然达到了1.04×1013cm-2，方块电阻降低到340Ω/□，均匀性也提高。
表1 室温下样品电特性测试结果
载流子迁移率的大小是材料中各种散射机制共同作用的结果，对于GaN基双异质结构来说，通过在沟道层和顶势垒层之间插入1nm AlN层来降低合金无序散射。当沟道层厚度较小时，沟道下方GaN/AlGaN界面处的位错对载流子的散射作用增强，界面粗糙度散射也增强，导致2DEG迁移率降低。当沟道厚度太大时，载流子限域性会降低，反而使2DEG迁移率下降。因此适当增大沟道层厚度，使电子波函数远离界面，可以减小界面粗糙度对载流子的散射作用，同时保障2DEG限域性不会降低，从而提高迁移率。有报道提出，当AlxGa1-xN缓冲层Al组分为x=0.1-0.2时，GaN沟道层的临界厚度为15-20nm。因此我们推测，由于本实验中AlxGa1-xN缓冲层Al组分仅为7%，当沟道层厚度大于14nm后已经超过临界厚度，载流子迁移率会降低。