论文摘要
Chin等人以载流子浓度和补偿度为参量，运用变分原理从理论上计算得到了室温电子迁移率的变化图线，他们的研究成果，被大量文献引用来评估GaN材料的补偿度。然而，根据他们的图象比对得到的补偿度有时比实际变温霍耳测量拟合得到的值大很多，并且，迁移率与载流子浓度和补偿度的复杂关系仅以图线描述而没有补偿度的数学解析式，给材料分析和器件设计带来困难。为此，本论文基于Chin等人的迁移率模型，应用数值方法，将补偿度表示为载流子浓度和迁移率的解析模型函数，并通过计算导出了掺硅GaN补偿度计算模型；本论文还将Chin等人的77K温度下纤锌矿n-GaN的迁移率模型用解析函数表示了出来、并导出了77K温度下纤锌矿n-GaN的补偿度模型。此外，本论文还对以载流子浓度和位错密度为参量的迁移率模型，及GaN外延层的晶格失配度进行了详细的讨论。结果表明：1．计算纤锌矿n-GaN的补偿度必须区分严格非故意掺杂和硅掺杂。对于严格非故意掺杂样品，本文基于Chin理论的模型值和理论值在载流子浓度1016～1020cm-3范围内吻合得很好。样品变温霍耳测量拟合得到的室温补偿度与模型值比较表明，对于严格非故意掺杂样品和掺Si样品，载流子浓度分别在1016～1020cm-3和3×1016～1018cm-3范围内，实验拟合值和模型值吻合得很好。本文认为，Si在GaN中是高效掺杂剂，高温生长的非故意掺杂样品由于生长条件如源材料等问题可能导致Si含量较高，从而施主浓度升高降低补偿度。2．77K温度下的n-GaN补偿度模型值和理论值及变温霍耳测量拟合值三者比较表明，对非故意掺杂或掺Si样品，载流子浓度在1016～1019cm-3范围内，三者吻合得非常好。这表明，只有在高温条件下，Si杂质才表现出高效掺杂剂特性，对补偿度产生重要影响。3．螺位错密度，刃位错密度及位错间的相互作用对迁移率均产生重要影响；目前许多文献从理论上提出的以载流子浓度和位错密度为参量的迁移率理论模型，尽管有合理的一面，但并不具有统一性，有待于进一步完善。4．正三角形晶格和长方形晶格匹配时，长方形晶格的宽列原子的匹配具有优先性，不受长列原子匹配的影响。长方形的长宽比接近匹配比时，整体匹配较好。