Ⅲ族氮化物电子器件
iii族氮化物半导体准范德华外延研究
i. 理论基础在现代半导体器件领域，III族氮化物半导体材料因其优异的性能而备受关注。
其中，III族氮化物半导体准范德华外延研究更是成为国内外科研机构和企业的热点之一。
要深入了解这一领域的研究现状和前沿进展，我们首先需要了解III族氮化物半导体材料的基本特性和物理原理。
1. III族氮化物半导体的基本特性III族氮化物半导体是指由III族元素（如镓、铝、铟）和氮元素构成的化合物半导体材料。
它具有较大的带隙宽度、较高的电子饱和漂移速度和良好的光电特性，因此在光电子器件领域表现出出色的性能。
对III族氮化物半导体的研究，不仅可以推动光电子器件技术的发展，还有望在能源转换、光通信等领域有重要应用。
2. 准范德华外延技术准范德华外延技术是一种在晶体生长过程中控制材料质量和结构的关键技术。
通过准范德华外延技术，可以在衬底上沉积出具有较高结晶质量和较低晶格失配的III族氮化物外延层，从而获得高质量的半导体材料。
这对于制备高性能的光电子器件至关重要。
ii. 研究现状随着半导体器件领域的不断发展，III族氮化物半导体准范德华外延研究取得了许多重要进展。
通过对III族氮化物材料的结构优化和生长参数的精确控制，科研人员成功地实现了高质量、大尺寸的III族氮化物外延层的生长，并在此基础上制备了多种高性能光电子器件。
1. III族氮化物外延层的结构优化在III族氮化物外延层的研究中，科研人员通过优化生长温度、压力和气氛组成，成功地控制了外延层的结晶质量和晶格失配情况。
这些结构优化的工作为III族氮化物半导体材料的应用提供了重要基础。
2. 高性能光电子器件的制备利用准范德华外延技术生长得到的III族氮化物外延层，科研人员制备了多种高性能的光电子器件，如发光二极管（LED）、激光器等。
这些器件在光通信、照明等领域有着广泛的应用前景。
iii. 个人观点和展望III族氮化物半导体准范德华外延研究是一个具有重要科学意义和巨大应用潜力的领域。
ⅲ族氮化物发光二极管技术及其应用
ⅲ族氮化物发光二极管技术及其应用ⅲ族氮化物发光二极管（III-nitride light-emitting diode，简称LED）技术是一种利用ⅲ族元素（镓、铝、铟）和氮化物材料制造的发光二极管。
这种技术具有许多重要的应用，我将从技术原理和应用两个方面来详细解答。
首先，ⅲ族氮化物发光二极管技术的原理是基于ⅲ族元素和氮元素的化合物半导体材料。
这种材料具有直接能隙结构，能够发出可见光和紫外光。
通过在这种材料上引入杂质或者多量子阱结构，可以实现不同波长的发光。
此外，ⅲ族氮化物发光二极管还采用了多层结构和异质结构，以提高发光效率和光电性能。
在制备工艺上，需要采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）等先进工艺，以确保材料的高质量和均匀性。
其次，ⅲ族氮化物发光二极管技术在实际应用中具有广泛的领域。
首先，在照明领域，ⅲ族氮化物LED已经成为替代传统照明的重要光源，具有节能、环保、寿命长等优点，被广泛应用于家庭照明、商业照明、汽车照明等领域。
其次，在显示领域，ⅲ族氮化物LED被应用于高清晰度显示屏、室内外大屏幕显示等，具有色彩丰富、对比度高等优势。
此外，在生物医学领域，ⅲ族氮化物LED还被用于光疗、生物成像等应用，具有辐射波长可调、光学输出稳定等特点。
此外，ⅲ族氮化物LED还在通信、激光器、传感器等领域有着重要的应用价值。
总的来说，ⅲ族氮化物发光二极管技术以其独特的发光原理和广泛的应用前景，成为了当今光电领域的研究热点之一，其在节能环保、医疗健康、信息通信等方面的应用前景十分广阔。
随着技术的不断进步和创新，相信ⅲ族氮化物发光二极管技术将会在未来发展出更多的潜在应用。
ⅲ族氮化物发光
ⅲ族氮化物发光
ⅲ族氮化物是指由ⅲ族元素（铝，镓，铟等）与氮元素组成的化合物，通常具有较高的硬度、熔点和热稳定性。
在光学领域中，ⅲ族氮化物主要应用于制备高亮度、高效率的LED发光器件。
ⅲ族氮化物发光机理主要是电子复合的过程。
在ⅲ族氮化物晶体中，存在大量的杂质离子和缺陷，这些杂质和缺陷会影响晶体的能带结构，从而造成电子和空穴的限制。
当外部电场作用于氮化物晶体时，电子和空穴被激发，并在杂质离子和缺陷位点复合，放出能量而发光。
此外，ⅲ族氮化物的发光波长与其能带结构有关，通过改变材料的组分、结构和掺杂等方法，可以调节发光波长和发光效率。
由于ⅲ族氮化物发光具有低功耗、高亮度和长寿命等优点，在照明和显示领域中有着广泛的应用。
例如，ⅲ族氮化物发光材料可以制备高效LED光源、白光LED、激光二极管等，被广泛应用于室内和户外照明、汽车照明、背光源、电视屏幕等高科技产品。
尽管ⅲ族氮化物发光材料在光学应用领域中有许多优点，但是其制备难度却相当大，主要包括以下几个方面：
1. 难以降低氮连续排列的能级，导致多倍频的发生，能量被多次分裂，增加对于能谱设计的要求。
2. 物理和化学性质较相近，导致相互渗透，形成杂质相，影响氮化物的性能和使用寿命。
3. 在匹配晶格参数方面存在瓶颈，使材料的性质受到了限制。
因此，未来需要专业化的制备设备和精准的材料设计，以实现ⅲ族氮化物材料的高效制备，推动其应用领域的不断拓展。
综上所述，ⅲ族氮化物发光材料在LED领域中有着广泛的应用前景，并且随着相关制备技术的不断进步，其应用范围将不断扩大。
Ⅲ族氮化物半导体材料拉曼光谱特性的应用
2023-11-05•引言•ⅲ族氮化物半导体材料拉曼光谱基础目录•ⅲ族氮化物半导体材料拉曼光谱在物理性质研究中的应用•ⅲ族氮化物半导体材料拉曼光谱在化学性质研究中的应用•ⅲ族氮化物半导体材料拉曼光谱目录在生物医学中的应用•研究展望与挑战01引言03研究Ⅲ族氮化物半导体材料的拉曼光谱特性对深入了解其性质和应用具有重要意义研究背景与意义01Ⅲ族氮化物半导体材料在光电子器件、激光器、太阳能电池等领域具有广泛应用02拉曼光谱技术可用于研究材料结构、振动模式和相互作用等研究目的系统地研究Ⅲ族氮化物半导体材料的拉曼光谱特性，揭示材料结构、振动模式和相互作用等微观信息。
研究方法采用高分辨率拉曼光谱技术，系统地测量Ⅲ族氮化物半导体材料的拉曼散射光谱，结合理论计算和数据分析，深入研究材料的结构、振动模式和相互作用等特性。
研究目的和方法02ⅲ族氮化物半导体材料拉曼光谱基础拉曼散射是光在物质中传播时，受到物质分子散射的结果，产生频率变化的光谱。
拉曼散射表示每个单位体积内散射光的强度，是物质的固有性质，与物质的分子结构、光学特性等有关。
拉曼散射截面受到仪器性能、光源稳定性、实验条件等因素影响，影响拉曼光谱的精度和细节。
拉曼光谱分辨率拉曼光谱原理ⅲ族氮化物半导体材料拉曼光谱特性峰位与峰形ⅲ族氮化物半导体材料的拉曼光谱具有明显的峰位和峰形，通过对峰位的测量可以获得有关材料能级结构的信息，对峰形的分析可以获得有关材料晶体质量、缺陷类型和浓度的信息。
频率与强度拉曼光谱的频率与材料的电子结构和振动模式有关，可以用于研究材料的电子性质。
而拉曼光谱的强度则与散射截面和入射光强度有关，可以用于研究材料的振动模态和晶体质量。
偏振特性拉曼光谱的偏振特性与入射光的偏振态和材料的晶体结构有关，通过对偏振特性的测量和分析可以获得有关材料晶体结构、对称性和光学性质的信息。
性能优化与应用研究拉曼光谱可以用于研究ⅲ族氮化物半导体材料的性能优化和应用，例如通过掺杂、改性等方式改善材料性能，为新材料的设计和应用提供指导。
III族氮化物的电学特性
III族氮化物的电学特性在半导体产业的发展中, 一般将Si、Ge 称为第一代电子材料; 而将GaA s、InP、GaP、InA s、A lA s 及其合金等称为第二代电子材料; 宽禁带(E g> 213eV ) 半导体材料近年来发展十分迅速, 成为第三代电子材料, 主要包括SiC、ZnSe、金刚石和GaN 等。
同第一、二代电子材料相比(表1) , 宽禁带半导体材料具有禁带宽度大, 电子漂移饱和速度高, 介电常数小, 导热性能好等特点, 非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件; 而利用其特有的禁带宽度, 还可以制作蓝、绿光和紫外光的发光器件和光探测器件。
（参考文献1：GaN——第三代半导体的曙光，梁春广，张冀，半导体学报，第20卷第2期）III族氮化物, 主要包括GaN、A lN、InN (E g< 213V )、A lGaN、Ga InN、A l InN 和A lGa InN 等, 其禁带宽度覆盖了红、黄、绿、蓝、紫和紫外光谱范围. 在通常条件下, 它们以六方对称性的铅锌矿结构存在,但在一定条件下也能以立方对称性的闪锌矿结构存在. 两种结构的主要差别在于原子层的堆积次序不同, 因而电学性质也有显著差别.表2给出了两种结构的A lN、GaN 和InN 在300K 时的带隙宽度和晶格常数.GaN是III族氮化物中的基本材料, 也是目前研究最多的III族氮化物材料。
GaN 材料非常坚硬, 其化学性质非常稳定, 在室温下不溶于水、酸和碱, 其融点较高, 约为1700℃。
GaN 的电学性质是决定器件性能的主要因素。
电子室温迁移率目前可以达900cm2/(V ·s)。
在蓝宝石衬底上生长的非故意掺杂的GaN 样品存在较高(> 1018/ cm 3)的n 型本底载流子浓度, 现在较好的GaN 样品的本底n 型载流子浓度可以降到1016/ cm 3 左右. 由于n 型本底载流子浓度较高, 制备p型GaN 样品的技术难题曾经一度限制了GaN 器件的发展. 1988 年A kasak i 等人首先通过低能电子束辐照( IEEB I) , 实现掺M g 的GaN 样品表面p 2型化, 随后N akamura 采用热退火处理技术, 更好更方便地实现了掺M g 的GaN 样品的p2型化, 目前已经可以制备载流子浓度在1011～ 1020/cm3 的p2型GaN 材料。
Ⅲ族氮化物电子器件
Ⅲ族氮化物半导体电子器件除光电子器件外，Ⅲ族氮化物（又称GaN基）半导体另一个主要的应用领域是高温、高频、高功率及高压电子器件。
他们在无线通信、国防、电力系统等领域具有重大应用价值，是半导体器件研究开发的重要目标。
自从1993年国际上第一只Al x Ga1-x N/GaN异质结场效应晶体管研制成功后(1), 该领域成为国际上半导体研究的又一热点，研究水平取得了突飞猛进的进展(2,3)。
但由于一系列的材料、器件及相关的物理问题尚未根本解决，目前依然处于实验室研究探索阶段，离开产业化还有距离。
下面分三个方面介绍该领域的研究进展和面临的各种科学、技术问题。
4.4.1 Ⅲ族氮化物半导体应用于电子器件的优势Ⅲ族氮化物半导体材料被认为是最适合，也最有希望应用于高温、高频、高功率及高压电子器件研制的固体材料，这是由这一材料体系的一系列优异物理性质决定的。
首先，也是最基本的特点，GaN、AlN及其三元合金Al x Ga1-x N是一类宽带隙半导体，GaN禁带宽度室温下为3.4 eV，AlN 禁带宽度室温下更高达6.2 eV。
决定半导体器件最高工作温度的主要因素之一是材料的禁带宽度。
因此，GaN基器件的最高工作温度远高于Si和 GaAs器件。
理论计算表明GaN基器件的最高有效工作温度高于900 o C(4)。
实验也已表明Al x Ga1-x N/GaN异质结场效应晶体管在500 o C时依然有很好的微波放大性能(5)。
其次，由于均为六方晶体结构，GaN和Al x Ga1-x N合金之间可以形成高晶体质量的半导体异质结构，从而在异质界面形成具有高迁移率的二维电子气(2DEG)。
这是GaN基材料在电子器件应用上相对于另一类宽带隙半导体材料SiC的最大优势。
更加重要的是，由于GaN和AlN之间禁带宽度差异很大，而且理论计算表明禁带宽度差异的75%以上落在导带上(6)。
因此，Al x Ga1-x N/GaN异质界面导带阶跃远大于Al x Ga1-x As/GaAs界面。
ⅲ族氮化物发光
ⅲ族氮化物发光
ⅲ族氮化物是一类重要的半导体材料，具有优良的光电性能。
其中，氮化镓、氮化铝和氮化铟是最常见的三种材料。
由于它们具有宽带隙、高电子迁移率和较高的光致发光效率等特点，因此在光电器件领域得到了广泛应用。
ⅲ族氮化物材料在室温下有较强的紫外光发射，但是由于其固有的电子和空穴浓度不对称，导致难以实现宽光谱发射。
为了解决这个问题，研究者采用了多种方法来改善它们的光电性能，例如掺杂、压力调控、界面调控等。
其中，掺杂是最常用的方法之一。
通过掺杂，可以调节ⅲ族氮化物的导电性和光电性能，从而实现不同波长的发射。
例如，通过掺杂镓或铝等杂质，可以实现ⅲ族氮化物的紫外-可见光谱发射，而掺杂
铟可以实现红外光谱发射。
除此之外，压力调控也是一种有效的方法。
通过施加高压，可以改变ⅲ族氮化物的晶体结构和能带结构，从而实现更宽的光谱发射。
此外，界面调控也可以在ⅲ族氮化物发光中发挥作用。
通过改变ⅲ族氮化物和其他材料之间的界面结构，可以控制其能带结构和光学性质，从而实现定制的发光特性。
总的来说，ⅲ族氮化物具有优良的光电性能，尤其是在半导体激光器、LED等光电器件中得到了广泛应用。
在未来，随着对其物理特性的深入了解以及新技术的发展，ⅲ族氮化物的应用前景将更加广阔。
- 1 -。
Ⅲ族氮化物半导体材料拉曼光谱特性的应用
Ⅲ族氮化物半导体材料拉曼光谱特性的应用Ⅲ族氮化物半导体材料是一类重要的宽禁带半导体材料，具有优异的光电特性和热稳定性。
由于其特殊的晶体结构、化学成分和光学性质，Ⅲ族氮化物半导体材料在光电子学、光电器件和能源领域具有广泛的应用前景。
拉曼光谱是一种非常有用的表征材料的光谱技术，可以提供关于原子振动模式、晶格动力学性质和材料结构的重要信息。
首先，拉曼光谱可以用于研究Ⅲ族氮化物半导体材料的晶格振动模式。
由于Ⅲ族氮化物半导体材料具有复杂的晶胞结构和大量原子振动模式，传统的晶格动力学计算方法往往难以提供全面准确的信息。
拉曼光谱可以直接探测到材料中原子的振动模式，为研究者提供了了解材料晶格动力学性质的方法。
通过拉曼光谱可以确定材料的晶格常数、晶格动力学参数、声子色散关系等重要信息，深入了解材料的结构和振动特性。
其次，拉曼光谱还可以用于研究Ⅲ族氮化物半导体材料中的无序、晶格缺陷和杂质等缺陷结构。
Ⅲ族氮化物半导体材料在制备过程中常常会引入一些无序性和缺陷。
这些无序性和缺陷会对材料的光学和电学性能产生显著影响，因此深入了解和控制这些缺陷结构对于提高材料性能至关重要。
拉曼光谱可以提供关于缺陷结构的信息，例如缺陷态的特征振动模式和缺陷浓度的相关参数。
通过研究拉曼光谱，可以了解材料中缺陷的类型、分布和能级等重要信息，为进一步提高材料质量和优化器件结构提供指导。
第三，拉曼光谱还可以用于研究Ⅲ族氮化物半导体材料的电子结构和载流子性质。
拉曼光谱可以提供有关材料极化性和电子-光子相互作用的信息，例如能带结构、载流子有效质量和亚带特征等。
通过拉曼光谱可以获得光-电子相互作用过程中的重要参数，例如载流子寿命、激子衰减速率和激子激发过程等，为研究光电器件性能和优化器件结构提供了有价值的指导。
最后，拉曼光谱还可以用于研究Ⅲ族氮化物半导体材料的应力效应和界面特性。
由于Ⅲ族氮化物半导体材料的晶格参数和热膨胀系数与其衬底材料存在较大差异，制备过程中会导致晶格应变和界面应力。
三族氮化物极化工程在光电器件和隧穿器件的应用中期报告
三族氮化物极化工程在光电器件和隧穿器件的应用中期报告三族氮化物（包括氮化镓、氮化铝和氮化铟）是一类新型半导体材料，在光电器件和隧穿器件的应用中具有非常广泛的应用前景。
本文旨在介绍三族氮化物极化工程在光电器件和隧穿器件应用中的中期研究进展。
一、光电器件中的应用1. 高亮度LED三族氮化物在LED领域中具有十分广泛的应用前景。
三族氮化物材料的能带结构具有较高的能带间隔，使其能够发射可见光。
目前，商用的高亮度LED主要采用氮化铟为衬底，在其上外延生长氮化镓和氮化铝，形成蓝光LED。
2. 光电探测器氮化铟和氮化铝掺杂氢的光电探测器，能够在紫外光谱区域内实现波长选择性检测。
同时，作为探测器的材料，氮化铟和氮化铝具有很高的光响应度和快速响应时间，并可以承受高功率光束。
3. 太阳能电池三族氮化物也被广泛研究用于太阳能电池。
近年来，使用氮化铝作为电池防反射涂层，可以提高太阳能电池的光吸收效率。
同时，通过改变三族氮化物的能带结构，也可以在太阳能电池领域中实现更高的转换效率。
二、隧穿器件的应用1. 磁电阻存储器三族氮化物在磁电阻存储器中具有非常广泛的应用。
磁电阻存储器是一种将磁性和电性结合在一起的存储器。
氮化铝/氮化铁/氮化铝多层薄膜是一种非常有前途的磁电阻存储器材料，这种材料具有很高的磁电阻比，可以实现更高的存储密度。
2. 磁隧穿电流器件氮化铝/氮化铁/氮化铝多层薄膜也被广泛应用于磁隧穿电流器件领域。
这种设备是通过磁隧穿现象实现的，可以实现高速、低功耗、高稳定性的数据传输。
总之，三族氮化物极化工程在光电器件和隧穿器件领域中的应用前景十分广泛，相关研究已经取得了很多有价值的成果。
未来，三族氮化物仍将是这些领域的重要研究和应用方向之一。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ⅲ族氮化物半导体电子器件除光电子器件外，Ⅲ族氮化物（又称GaN基）半导体另一个主要的应用领域是高温、高频、高功率及高压电子器件。
他们在无线通信、国防、电力系统等领域具有重大应用价值，是半导体器件研究开发的重要目标。
自从1993年国际上第一只Al x Ga1-x N/GaN异质结场效应晶体管研制成功后(1), 该领域成为国际上半导体研究的又一热点，研究水平取得了突飞猛进的进展(2,3)。
但由于一系列的材料、器件及相关的物理问题尚未根本解决，目前依然处于实验室研究探索阶段，离开产业化还有距离。
下面分三个方面介绍该领域的研究进展和面临的各种科学、技术问题。
4.4.1 Ⅲ族氮化物半导体应用于电子器件的优势Ⅲ族氮化物半导体材料被认为是最适合，也最有希望应用于高温、高频、高功率及高压电子器件研制的固体材料，这是由这一材料体系的一系列优异物理性质决定的。
首先，也是最基本的特点，GaN、AlN及其三元合金Al x Ga1-x N是一类宽带隙半导体，GaN禁带宽度室温下为3.4 eV，AlN 禁带宽度室温下更高达6.2 eV。
决定半导体器件最高工作温度的主要因素之一是材料的禁带宽度。
因此，GaN基器件的最高工作温度远高于Si和 GaAs器件。
理论计算表明GaN基器件的最高有效工作温度高于900 o C(4)。
实验也已表明Al x Ga1-x N/GaN异质结场效应晶体管在500 o C时依然有很好的微波放大性能(5)。
其次，由于均为六方晶体结构，GaN和Al x Ga1-x N合金之间可以形成高晶体质量的半导体异质结构，从而在异质界面形成具有高迁移率的二维电子气(2DEG)。
这是GaN基材料在电子器件应用上相对于另一类宽带隙半导体材料SiC的最大优势。
更加重要的是，由于GaN和AlN之间禁带宽度差异很大，而且理论计算表明禁带宽度差异的75%以上落在导带上(6)。
因此，Al x Ga1-x N/GaN异质界面导带阶跃远大于Al x Ga1-x As/GaAs界面。
例如：室温下AlN/GaN异质界面禁带宽度差异为2.8 eV，AlAs/GaAs界面禁带宽度差异仅为0.75 eV，相差接近4倍。
这一特点决定了Al x Ga1-x N/GaN异质界面三角形量子阱远比Al x Ga1-x As/GaAs界面深。
Al x Ga1-x N/GaN异质结构不仅具有更高的2DEG浓度，而且具有更丰富的子带结构和量子行为。
第三，Al x Ga1-x N/GaN异质结构中存在非常强的自发极化和压电极化效应(7,8)。
六方结构的Ⅲ族氮化物缺乏反演对称性,存在极强的自发极化。
另一方面，AlN和GaN的c面(0001面)存在约2.4%的晶格失配(9)，而Ⅲ族氮化物材料的压电系数是目前所知的半导体材料中最高的，导致Al x Ga1-x N/GaN异质结构中的压电极化也非常强。
理论计算表明当Al x Ga1-x N合金中的Al组份大于0.2时，异质界面压电极化电场高于106 V/cm。
极化效应对异质界面能带产生极强的调制，导致垂直于异质界面方向上1.0 nm的空间间距就会产生大于0.1 eV的导带弯曲。
Ⅲ族砷化物为立方结构，很好的反演对称性导致它们的自发极化非常弱，同时AlAs和GaAs的(100)面之间不存在晶格失配，因此Al x Ga1-x As/GaAs异质结构中不存在压电极化。
上述极化效应的巨大差异导致Al x Ga1-x N/GaN异质界面的导带弯曲远大于Al x Ga1-x As/GaAs界面，进而Al x Ga1-x N/GaN异质界面三角形量子阱远深于Al x Ga1-x As/GaAs界面。
因此，即使不采用势垒层调制掺杂，Al x Ga1-x N/GaN异质结构的2DEG浓度也可高达1013 cm-2量极，比Al x Ga1-x As/GaAs异质结构大5-10倍。
有文献把此现象称为“极化掺杂” (polarization doping) (10)。
第四，Ⅲ族氮化物材料具有非常高的击穿电场。
至目前的实验表明GaN 的临界击穿电场高于4.0 MV/cm(11)，Al x Ga1-x N合金的临界击穿电场又高于GaN。
如果GaN中的缺陷密度能够进一步降低，临界击穿电场可以更高。
而Si 和GaAs 材料的临界击穿电场分别只有0.2 MV/cm 和0.4 MV/cm(9)。
这一性质表明Ⅲ族氮化物很适合于制备高功率电子器件，同时也是Ⅲ族氮化物材料应用于电力工业广泛需求的高压开关二极管的物理基础。
第五，Ⅲ族氮化物材料具有非常高的饱和电子漂移速度。
实验表明GaN 的饱和电子漂移速度约为3.0x107 cm/s(12)。
而Si 和GaAs分别为1.0x107 cm/s和2.0x107 cm/s(9)。
这一性质保证了Ⅲ族氮化物具有较好的载流子输运性质，可运用于高频微波电子器件的制备。
根据电子器件制备的需要，Ⅲ族氮化物半导体材料的基本性质也存在一些缺陷。
例如：GaN的电子有效质量远高于GaAs和InP。
因此，如不考虑输出功率，GaN基微波器件的高频放大性能一般不如GaAs基器件，更不如InP基器件。
GaN的热传导系数远低于SiC，导致GaN的导热性质不如SiC。
因此，如不考虑频率特性，GaN基器件的最大输出功率一般不如SiC器件。
表一比较了Si、GaAs、4H-SiC和GaN四种主要的半导体材料与电子器件相关的一些基本物理参数。
表二比较了Al x Ga1-x As/GaAs异质结构、4H-SiC 和Al x Ga1-x N/GaN异质结构这三种主要用于微波功率器件制备的半导体材料体系的一些基本物理性质。
4.4.2 主要的Ⅲ族氮化物电子器件自从1993年以来，国际上报道了各种各样的Ⅲ族氮化物电子器件研制结果(9)。
如果从器件结构上分类，和Si、GaAs器件一样，主要分为GaN基场效应晶体管(FET)，GaN基双极型晶体管(BJT)，和GaN基二极管三大类。
国际上最受重视，发展最快的无疑是GaN基FET，主要包括GaN-MESFET、GaN-MISFET、和Al x Ga1-x N/GaN异质结FET (HFET)。
其中，Al x Ga1-x N/GaN HFET是最重要，也是迄今研究最多，发展最为成熟的Ⅲ族氮化物电子器件。
GaN基BJT主要包括GaN BJT、 Al x Ga1-x N/GaN异质结双极型晶体管(HBT)，和Al x Ga1-x N/GaN晶闸管。
其中，GaN BJT、Al x Ga1-x N/GaN晶闸管只有很少的研究报道，而Al x Ga1-x N/GaN HBT是近年来除Al x Ga1-x N/GaN HFET外最为引人瞩目的Ⅲ族氮化物电子器件。
GaN基二极管主要包括GaN肖特基二极管、Al x Ga1-x N肖特基二极管、GaN p-n结二极管、和GaN p-i-n结二极管。
这些二极管更多的是作为光电探测器件受到重视。
在电子器件领域，作为高压开关器件的GaN和 Al x Ga1-x N肖特基二极管受到较多的关注。
除上述器件之外，Ⅲ族氮化物电子器件还包括GaN自旋电子学器件、GaN压电传感器、GaN热电传感器、GaN声表面波器件、GaN耿氏效应震荡器件和GaN场发射器件等。
与Al x Ga1-x N/GaN HFET和HBT相比，这些器件的研究较少，也都没有进入应用领域。
下面主要介绍Al x Ga1-x N/GaN HFET，Al x Ga1-x N/GaN HBT和GaN基肖特基高压二极管三种主要的Ⅲ族氮化物电子器件。
1．Al x Ga1-x N/GaN异质结场效应晶体管 (HFET)Al x Ga1-x N/GaN HFET，又称Al x Ga1-x N/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。
该类器件主要应用于微波通讯领域，特别是在X波段 (8-12 GHz)可以实现高功率输出，并可在高温下正常工作。
因此受到了包括航空、航天、移动通讯等民用和军用无线通讯领域专家的高度重视。
目前，国际上包括美国、日本、欧洲的多家大学、研究机构和公司几十个Ⅲ族氮化物研究小组在从事与该器件相关的材料、物理和器件研究(2)。
图一是一个典型的调制掺杂Al x Ga1-x N/GaN HEMT器件结构示意图。
调制掺杂Al x Ga1-x N层为势垒层，源、漏电极一般为Ti/Al/Pt/Au或Ti/Al/Ni/Au 多层金属膜与Al x Ga1-x N层形成的欧姆接触，栅极一般是Ni/Au或/Pt/Au双层金属膜与Al x Ga1-x N层形成的肖特基接触(13)。
Al x Ga1-x N/GaN HEMT的器件结构和工作原理与Al x Ga1-x As/GaAs HEMT基本没有差别，主要是通过栅极电压控制Al x Ga1-x N/GaN异质界面的能带弯曲，从而控制异质界面的2DEG浓度，达到调制源漏间电流的目的。
但Al x Ga1-x N/GaN HEMT有一个显著特点，就是Al x Ga1-x N/GaN 异质界面2DEG的二维浓度n s和迁移率μn的乘积n s x μn远高于Al x Ga1-x As/GaAs HEMT，这是由Al x Ga1-x N/GaN异质结构的高导带阶跃和强极化电场决定的。
因此，Al x Ga1-x N/GaN HEMT的源漏饱和电流密度可大于1000 mA/mm(14)，保证了器件的高输出功率密度。
目前，国际上用于HEMT 器件研制的Al x Ga1-x N/GaN 异质结构主要为势垒层调制掺杂和势垒层不掺杂两种结构。
如上所述，即使不采用调制掺杂技术，由于强极化效应，异质界面的2DEG浓度也可高达1013 cm-2量级(10)。
同时，不掺杂有利于改善器件栅的肖特基接触性质和降低栅结的漏电流。
而调制掺杂结构的2DEG浓度可以更高，同时器件源、漏的欧姆接触性质更好。
一旦异质结构材料的性质决定后，Al x Ga1-x N/GaN HEMT器件的性能与器件栅的结构关系最为密切，国际上对栅结构的研究也最多，提出了各种栅结构图形(15,16)。
其中栅长是最重要的器件结构参数，它的选择取决于研究小组的微加工水平。
目前，国际上Al x Ga1-x N/GaN HEMT器件主要研究小组的栅长选择一般在0.25-1.0 um之间。
最小栅长达到了0.12 um，是美国Cornell 大学报道的(15)。
Al x Ga1-x N/GaN HEMT微波器件最主要的性能参数包括：静态特性参数，如跨导(g m)和源漏饱和电流密度(I sd)；高频微波特性参数，如工作截止频率(f T)、最高振荡频率(f max)和rf输出功率密度，以及器件最高工作温度。
1993年国际上第一只Al x Ga1-x N/GaN HEMT由美国APA光学公司Khan领导的研究小组研制成功(1)，但仅有静态特性，没有频率特性，跨导g m为23 mS/mm。