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

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。