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第三代半导体GaN基电子材料和器件研究向高频和大功率方向得到了很大发展。常规AlGaN/GaN异质结电子材料要实现大电流,高功率和高频特性性,AlGaN势垒层Al组分和厚度需要增加,但是这样则在AlGaN势垒层引入失配位错影响其结晶质量,并且在外加强电场下AlGaN/GaN异质结产生逆压电极化效应,这些都会引起器件性能的退化。AlInGaN四元合金具有灵活控制晶格常数(应变)和禁带宽度(能带)的特性,利用这一特性可将异质结构的应变工程和能带工程发挥到最优,从而实现电学性能更为出色的异质结构材料和HEMT器件。以InGaN为沟道层的HFET具有较好的低频噪声特性,且电流崩塌效应得到有效的抑制,主要因为InGaN沟道与势垒层形成大的导带带阶显著增强量子限制应。然而以AlInGaN为势垒层或以InGaN为沟道层的氮化物异质结的输运特性在理论_L研究较少。本文的主要工作和成果如下：1、基于虚品近似的方法,提出了势垒层采用四元合金AlInGaN材料的GaN异质结的二维电子气的合金无序散射模型,发现和AlGaN/GaN异质结以及AlInN/GaN异质结相比,AlInGaN势垒层合金无序散射限制的迁移率基于AlGaN和InAIN之间。2、综合考虑各种散射,系统的分析了AI(In,Ga)N/GaN异质结材料的2DEG面密度(固定的合金组分)、势垒层In组分(固定的面密度)、温度、其他合金组分和AlN空间层对2DEG迁移率和合金无序散射的影响,发现在较高Al组分时,AlGaN、 AlInN和AlInGaN三种势垒层材料合金无序散射限制的迁移率几乎相等。从提高电导率的方向考虑了适合HFET器件应用的合金组分,在高Al组分的近品格匹配的异质结结构中用Ga代替In方式引入适当的应变,可以保持2DEG迁移率几乎不变的情况下,提高器件的电导率3、采用Fang-Howard变分波函数给出了InGaN沟道合金无序散射动量弛豫率1/τ,的具体模型。在AlInGaN/InGaN/GaN异质结中,2DEG既受到势垒层的合金无序散射,也受到沟道层的合金无序散射；在固定的沟道In组分时,总的合金无充散射作用随AlInGaN势垒层Al组分的升高而增强,这与GaN沟道的先增强后减弱的趋势不同；在固定势垒层合金组分时,总的合金无序散射随沟道In组分先增强后减弱。4、研究了InGaN沟道异质结在势垒层分别为AlGaN、AlInN和AlInGaN的情况下二维电子气迁移率的影响因素和物理机制。在较低的沟道In组分(0<x<0.3)下,InGaN沟道电子迁移率普遍低于GaN沟道,其中的关键机理是强烈的沟道合金无序散射和界面粗糙度散射的影响。随沟道In组分的增加,InGaN沟道异质结材料2DEG迁移率先降低后升高,在In=0.3时达到最低,关键的机制是沟道In组分影响沟道电子密度以及沟道电子有效质量。与AlInGaN/AlN/InGaN材料相比AlInN/AlN/InGaN异质结更有可能受到沟道In组分相分离以及沟道合金组分不均匀性的影响。InGaN沟道材料合金组分应选择偏GaN材料或者偏InN材料,特别是偏InN材料的InGaN沟道或者InN沟道异质结材料具有更优越的2DEG电子迁移率。