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采用低硼含量BGaN缓冲层增强AlGaN/AlN/GaN异质结构中的电子限制效应

DOI：10.1016/j.spmi.2018.12.018 期刊：Superlattices and Microstructures 出版年份：2019 更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要： 由于纤锌矿BGaN合金具有较小的晶格常数a及其外延层良好的绝缘特性，采用低硼含量（0.005~0.02）的BGaN作为缓冲层有望成为GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）的背势垒。本文提出一种改进的BGaN背势垒HEMT结构（AlGaN/AlN/GaN/BGaN缓冲层），该结构不会产生寄生电子沟道。通过一维自洽模拟研究了BGaN缓冲层的能带分布和载流子分布。结果表明：极低硼含量的BGaN缓冲层能提供足够背势垒以增强电子限制，其原理与AlGaN缓冲层背势垒的形成机制类似。当沟道厚度增加到一定值时，通过将硼含量从0提升至0.02，甚至可在GaN/BGaN界面诱导出低密度的二维空穴气（2DHG）。一旦形成2DHG，继续增加硼含量会导致更高密度的2DHG，但对能带分布、电子限制及二维电子气（2DEG）密度的影响逐渐减弱。
作者： Tiecheng Han，Hongdong Zhao，Xiaocan Peng
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研究概述 实验方案

研究目的

研究采用含少量硼的BGaN缓冲层增强AlGaN/AlN/GaN异质结构中电子限制效应，以提升氮化镓高电子迁移率晶体管（HEMTs）性能。

研究成果

含硼量极低的BGaN缓冲层可有效增强AlGaN/AlN/GaN异质结构中的电子限制效应，其效果类似于AlGaN缓冲HEMT结构。增加硼含量会在GaN/BGaN界面处诱导形成二维空穴气（2DHG），从而导致二维电子气（2DEG）与二维空穴气共存。一旦形成2DHG后，继续增加硼含量会产生更高密度的2DHG，但对能带结构、电子限制效应及2DEG密度的影响会逐渐减弱。

研究不足

该研究基于理论建模与模拟，可能无法完全反映材料生长和器件制备的所有实际因素。由于硼含量极低而假设PSP(BGaN)等于PSP(GaN)的推论，在更高硼含量材料中可能不成立。

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