GaN基量子阱紅外探測(cè)器的設(shè)計(jì)
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貝爾實(shí)驗(yàn)室在2000年第一個(gè)實(shí)現(xiàn)了GaN／AlGaN量子阱中的子帶間躍遷，使GaN基材料在紅外量子阱探測(cè)器的研究引起人們的關(guān)注，并成為目前紅外探測(cè)器研究的一個(gè)新熱點(diǎn)。當(dāng)今國(guó)際上知名的幾個(gè)研究機(jī)構(gòu)，例如貝爾實(shí)驗(yàn)室、東芝公司等，都投入了大量的人力物力來(lái)研究這個(gè)材料體系中的紅外光吸收特性。本文主要研究了如何利用GaN基材料中自發(fā)計(jì)劃和壓電極化的互補(bǔ)作用，以此形成極化匹配的量子阱紅外探測(cè)器結(jié)構(gòu)，避免了極化現(xiàn)象對(duì)器件性能的不利影響，提高了器件的效率。
圖1給出了生長(zhǎng)在GaN基板上的三元混晶AlGaN和InGaN隨著成分變化而導(dǎo)致的自發(fā)極化和壓電極化電荷密度變化情況。從圖1中可以看出，對(duì)于InGaN材料來(lái)說(shuō)，壓電極化電荷和自發(fā)極化電荷的符號(hào)是相反的。另外，相比于InGaN材料的壓電極化電荷密度，AlGaN材料的壓電極化電荷密度和自發(fā)極化電荷密度都小很多。因此，如果選取適當(dāng)?shù)腎nAlGaN四元混晶材料，就可以設(shè)計(jì)出極化匹配的GaN基量子阱紅外探測(cè)器。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/161893.htm
在此，使用了自洽的薛定諤-泊松方法進(jìn)行量子阱能帶結(jié)構(gòu)的理論模擬。理論模擬中所使用的氮化物半導(dǎo)體GaN，InN和AlN的材料參數(shù)來(lái)源于文獻(xiàn)。除了帶隙參數(shù)外，四元混晶InAlGaN的材料參數(shù)使用下面的插值公式，由GaN，InN和AlN的材料參數(shù)得到：
InAlGaN材料的帶隙參數(shù)由文獻(xiàn)中介紹的方法得到。
首先對(duì)In0.1Ga0.9N／In0.226Al0.25Ga0.524N多量子阱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論模擬，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的極化電荷不能抵消，其能帶結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出，在該材料體系中，由于極化電荷的存在，導(dǎo)致了多量子阱能帶結(jié)構(gòu)的改變，形成了鋸齒形的能帶結(jié)構(gòu)。在這種情況下，由于導(dǎo)帶量子阱對(duì)電子限制作用的削弱，對(duì)于設(shè)計(jì)基于電子子帶間吸收的量子阱紅外探測(cè)器來(lái)說(shuō)變得更加困難。
評(píng)論