GaN基量子阱紅外探測器的設計
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貝爾實驗室在2000年第一個實現了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器的研究引起人們的關注，并成為目前紅外探測器研究的一個新熱點。當今國際上知名的幾個研究機構，例如貝爾實驗室、東芝公司等，都投入了大量的人力物力來研究這個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基材料中自發計劃和壓電極化的互補作用，以此形成極化匹配的量子阱紅外探測器結構，避免了極化現象對器件性能的不利影響，提高了器件的效率。
圖1給出了生長在GaN基板上的三元混晶AlGaN和InGaN隨著成分變化而導致的自發極化和壓電極化電荷密度變化情況。從圖1中可以看出，對于InGaN材料來說，壓電極化電荷和自發極化電荷的符號是相反的。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極化電荷密度都小很多。因此，如果選取適當的InAlGaN四元混晶材料，就可以設計出極化匹配的GaN基量子阱紅外探測器。本文引用地址：http://cqxgywz.com/article/161893.htm
在此，使用了自洽的薛定諤-泊松方法進行量子阱能帶結構的理論模擬。理論模擬中所使用的氮化物半導體GaN，InN和AlN的材料參數來源于文獻。除了帶隙參數外，四元混晶InAlGaN的材料參數使用下面的插值公式，由GaN，InN和AlN的材料參數得到：
InAlGaN材料的帶隙參數由文獻中介紹的方法得到。
首先對In0.1Ga0.9N／In0.226Al0.25Ga0.524N多量子阱結構進行了理論模擬，發現該結構的極化電荷不能抵消，其能帶結構的研究結果如圖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，導致了多量子阱能帶結構的改變，形成了鋸齒形的能帶結構。在這種情況下，由于導帶量子阱對電子限制作用的削弱，對于設計基于電子子帶間吸收的量子阱紅外探測器來說變得更加困難。
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