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近年来,对GaN、AlN和InN等闪锌矿和纤锌矿Ⅲ—Ⅴ族氮化物半导体低维材料的研究及其应用是半导体物理的前沿和热点之一,由于其具有宽带隙及良好的光电特性,因而在微电子器件及光电子器件中有广泛应用。对应变氮化物异质结材料的研究对其物性及理论的发展有着重要的意义,并可为以后半导体器件的设计提供新思路。
本文对应变 AlxGa1-xN/GaN单异质结系统,考虑理想界面异质结有限厚势垒,引入简化相干势近似并计入三元混晶效应,并考虑内建电场影响,分别采用变分法和数值计算方法讨论应变氮化物半导体实际异质结中施主杂质态的结合能,并进一步讨论流体静压力效应。本文的工作分为两个主要部分:第一部分的工作是以GaN为衬底的应变纤锌矿AlxGa1-xN/GaN异质结系统,考虑理想界面有限厚势垒,采用变分法计算杂质态的结合能,讨论了不同垒厚、杂质位置及组分对结合能的影响,并与无限厚势垒情况作了比较.结果发现,当垒厚、组分较小且沟道层中杂质位置靠近界面时,有限厚势垒时杂质态的结合能明显大于无限厚势垒情形.流体静压力下结合能随流体静压力呈近线性变化,趋势与无限厚势垒情形类同;第二部分则改进第一部分采用的变分法,将z方向所用的变分函数变为数值求解波函数计算该异质结系统杂质态的结合能,从而提高了计算精度。结果显示,当沟道层中杂质位置靠近界面时,数值波函数计算所得结合能明显大于采用变分波函数所得结果,而当杂质位置远离界面时,数值波函数计算所得结果明显小于变分波函数所得结果.结合能随流体静压力仍然呈近线性变化,与采用变分波函数的结果相比,结合能变化不明显。