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Ⅲ族氮化物半导体材料和器件以其所具有的独特优势成为当前半导体科学与技术领域研究的热点。以AlGaN/GaN异质结构为基础的功率电子器件(如高电子迁移率晶体管、异质结场效应晶体管等)以及AlGaN/GaN多量子阱结构的子带间跃迁器件(如量子阱红外探测器、量子级联探测器、量子级联激光器等)有许多重要应用前景。但目前的研究也面临一些困难。比如不能同时提高AlGaN/GaN异质结构中的二维电子气(2DEG)浓度和迁移率,AlGaN/GaN多量子阱红外探测器件暗电流水平过高且极化效应对暗电流和光电流影响并不清楚等。开展对AlGaN/GaN异质结构和AlGaN/GaN多量子阱的子带的输运性质研究,对深入理解相关器件的物理机制和提高器件性能有重要意义。本论文对采用超薄AlN/GaN超晶格作为势垒的高等效铝组分AlGaN/GaN准异质结构量子阱中的2DEG在低温和强磁场下进行了系统的磁输运性质研究。对AlGaN/GaN多量子阱结构进行了暗电流的磁输运测量,研究了AlGaN/GaN多量子阱QWIP器件在低温和强磁场下暗电流的垂直输运情况。主要的研究进展和成果如下: 1.AlN/GaN超晶格作势垒的高等效铝组份AlGaN/GaN准异质结构样品都观察到了2DEG非常清晰的舒伯尼科夫-德哈斯(SdH)振荡,这表明准AlGaN/GaN异质结构质量很好。利用持续光电导效应对等效Al组分为53%的准异质结构样品进行了光照后的测量,结果表明势垒层具有较低的杂质和缺陷密度,势垒层的材料质量较好。与此同时,我们测量到等效Al组分为46%和53%的两个样品准异质结界面处三角形量子阱中一二子带能级间距分别高达166.5meV和180.5meV,量子阱的量子限制非常强。量子阱中的2DEG浓度也分别达到了1.86×1013cm-2和2.03×1013cm-2,皆高于传统三元合金势垒异质结构中~90meV和~1.0×1013cm-2的典型值。 2.通过计算子带的量子散射时间,得到等效Al组分为46%和53%的两个样品的量子阱内2DEG的第一个子带的量子散射时间比第二个子带小一个数量级。发现量子阱中2DEG所受主要散射机制为界面粗糙散射,可以通过提高准异质结构的界面平整度来进一步提高准异质结构的材料质量和电学特性。相比较于传统合金势垒AlGaN/GaN异质结构,我们所用的AlN/GaN超晶格作为势垒的高等效铝组份准异质结构使2DEG浓度增加的同时还保持了较高的迁移率,在AlGaN/GaN异质结构高功率和电子器件的应用方面有很大的应用前景。 3.在1.5 K的温度下,对AlGaN/GaN多量子阱结构测量了偏压分别为V=-1,-1.25,-1.5,-2和-3V下多量子阱的隧穿暗电流随磁场强度的变化关系,并与AlGaAs/GaAs多量子阱样品的测量结果进行了对比。对AlGaN/GaN多量子阱样品,并未观察到暗电流随磁场明显的振荡。分析原因主要是样品势垒层厚度过大,电子隧穿几率太小;样品缺陷密度高、噪声大,曲线不平滑,不能提取出有效数据等。为我们下一步的AlGaN/GaN多量子阱结构设计、材料生长及磁输运测量提供了参考。