图1 (a)不同样品迁移率随温度的变化，(b)不同样品面密度随温度的变化
图1(a)所示为双异质结样品和单异质结样品的霍尔迁移率随温度的变化关系。总体而言，所有样品的霍尔迁移率均随温度升高而下降，在低温段(77K~300K)迁移率下降更显著，而在高温段(300K~573K)迁移率下降较为缓慢。对于四种双异质结样品，经过逐步采用复合缓冲层(DH2)、提高沟道层厚度(DH3)以及在沟道下方插入AlN薄层(DH4)这三种优化方式，在整个温度范围内，从样品DH1到DH4的霍尔迁移率逐渐提高。尤其是在低温下，四种样品迁移率的区别更为明显。
当温度较低时(77K~300K)，起主要作用的散射机制是界面粗糙度散射和合金无序散射。常规单异质结构中仅存在一个顶势垒与沟道的界面，而双异质结构由于采用AlGaN缓冲层，这就存在两个界面，即顶势垒/沟道界面和沟道/背势垒界面。双异质结构中独有的背势垒界面以及较大的表面粗糙度，使其具有更大的界面粗糙度散射和合金无序散射，因此在低温段常规单异质结样品的迁移率高于双异质结材料。但是，经过本章前三节对双异质结构采用三种方式优化后，其背势垒界面的界面粗糙度散射和合金无序散射已经大大降低，因此双异质结样品DH4的霍尔迁移率接近于常规单异质结样品。温度为77K时，双异质结样品DH4的迁移率达到了5973cm2/Vs。
Van der Pauw方法测试得到的霍尔迁移率和面密度是异质结材料中二维电子和体电子的综合效果。由于GaN或AlGaN缓冲层中存在着少数浅施主杂质，当温度升高时，这些杂质发生电离使背景载流子浓度增大。与二维电子相比，缓冲层中这些以三维方式运动的电子迁移率较低。另一方面，随着温度升高，沟道中的二维电子获得足够大的能量容易溢出到缓冲层，成为低迁移率的三维电子，严重影响了整体材料霍尔迁移率的大小。但是相对于常规异质结，双异质结样品限域性增强，抑制了沟道中的二维电子向缓冲层的溢出，这在高温下更为显著。因此，与低温下相反，高温下双异质结样品的霍尔迁移率大于常规单异质结样品，双异质结构具有更好的高温特性。温度为573K时，双异质结样品DH4和常规单异质结样品SH的迁移率分别为478cm2/Vs和179cm2/Vs，双异质结材料的高温迁移率是常规单异质结材料的两倍多。M.J.Wang等人报道的常规单异质结样品在温度为573K时的迁移率大约为210cm2/Vs，如图2所示，远远低于本文双异质结材料的结果。一般情况下，GaN基异质结HEMTs器件在工作时的温度可以达到200℃，尤其在功率特性测试中温度更高，因此与低温特性相比，研究高温输运特性更具有现实意义。由于双异质结材料在高温下的载流子迁移率更高，其HEMTs器件就可以获得更高的跨导和增益，因此双异质结构HEMTs器件更适合应用于高温工作环境中。
图2 Al0.18Ga0.82N/GaN异质结构中2DEG迁移率和面密度随温度的变化
图1(b)所示为双异质结样品和单异质结样品的面密度随温度的变化关系。对于常规单异质结样品，在低温段(77K~250K)，随着温度升高，背景电子浓度变化不大，而导带断续∆EC逐渐减小使得二维电子气密度随温度升高而逐渐降低。当温度高于250K时，相对于由导带断续∆EC减小导致电子面密度降低而言，背景载流子浓度随温度的升高更加显著，因此高温时电子面密度随温度升高而增大。总体来说，电子浓度的负温度系数是由导带不连续的温度变化引起，而正温度系数是由缓冲层中的背景载流子所导致。在双异质结材料中，高势垒AlGaN层不仅有效抑制了沟道中的电子溢出到缓冲层，同时厚度较大的高阻AlGaN层也起到了很好的隔离效果，使得测得的霍尔面密度主要是沟道中的二维电子气密度。因此在整个温度范围内，四个双异质结样品的霍尔面密度随温度变化较小。由上分析可知，高温时常规单异质结样品的面密度显著增大，从而使器件工作时漏电更严重。而双异质结样品的面密度随温度变化较小，高温时器件漏电更小，击穿电压更高。
通过以上对常规异质结构和双异质结构在不同温度下的霍尔效应测试发现，双异质结构材料在高温下表现出更好的的电子输运特性，使得双异质结HEMTs器件具有更高的跨导和增益以及更小的缓冲层漏电，击穿电压也更高，更适合应用于高温、高压的环境下。