摘要：从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发研究了不同掺杂方式下异质结能带和二维电子气的行为。发现掺杂能剪裁异质结能带的弯曲度、控制电子气的二维特性和浓度。在此基础上研究了不同掺杂方式的掺杂效率。通过掺杂和势垒结构的优化设计,得出了用δ掺杂加薄AlN隔离层的结构,既提高了电子气浓度,又保持电子气的强二维特性。从电子气浓度和栅对电子气的控制力度出发,提出了HFET势垒优化设计中的电子气浓度与势垒层厚度乘积规则。依据二维表面态理论,研究了表面态随帽层掺杂结构的变化。从前述乘积规则和表面态变化出发进行了内、外沟道异质结构的优化设计。优化结构既提高了电子气浓度和跨导,降低了欧姆接触电阻,又抑制了电流崩塌。

摘要：从自洽求解薛定谔方程出发,计算了氮化物异质结中的二维电子气、退局域态和二维表面态。研究了电子气二维特性与迁移率间的关联。用电子气的二维特性和沟道电子向表面态溢出模型解释了室温和低温下迁移率随电子浓度变化的行为。以电子迁移率与异质结构间的关联为依据,提出了优化设计异质结构来增大电子迁移率和降低迁移率随电子浓度变化的新思路。

摘要：从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发,研究了AlGaN/GaN量子阱电子气密度随Al组份比、势垒层厚度和栅压的变化,比较了能带带阶和极化电荷对沟道阱能带和电子气特性的影响,研究了在势垒层和缓冲层中夹入AlN及InGaN薄层的作用,计算了AlGaN/GaN/AlGaN双异质结的能带,最后探讨了势垒层能带的优化设计,提出了剪裁势垒层能带来钝化表面的新方法。

摘要：锗硅超晶格和多孔硅的大量实验分析表明，其发光性能既不能用间接带隙来解释，也不同于直接光跃迁。本文通过波函数的谐波分析和表面化学键诱生的能带混合研究得出这两种材料中都可能产生出直接带隙分波，从而得到直接光跃迁。运用这种分波发光模型，解释了锗硅超晶格和多孔硅的大量实验结果。最后比较了这两种材料能带工程中的物理效应和化学效应，提出了综合此两效应优化设计新发光材料的新方法。

摘要：从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发,研究了负极化电荷在强化沟道阱量子限制和能带剪裁中的作用。优化设计负极化电荷的位置后给出了新的复合势垒设计。提出了新的动态电流崩塌模型和二维异质结构概念,把原位Si3N4钝化和复合势垒结合起来实现二维异质结构。用AlGaN/AlInN复合势垒解决了AlInNHFET中的欧姆接触电阻大和沟道不易夹断两大难题。通过能带剪裁和二维异质结构设计完成了包含钝化、场板电极、挖槽、薄势垒欧姆接触、GaN帽层和AlN插入层等方案优点的新综合设计。

摘要：从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发研究了GaN异质结构中的耦合沟道阱,求出了耦合沟道阱中电子状态随异质结构的变化,发现通过适当的能带剪裁可以使基态子带和激发态子带分别落在主阱和副阱中,从而显著降低了子带间的散射。使用这种新颖的耦合沟道阱完成了低噪声HFET的优化设计。

摘要：把Si3N4/AlGaN界面看成新的异质结,自洽求解薛定谔方程和泊松方程,建立起原位钝化和CATCVD钝化异质结构的新能带模型。运用这一模型,研究了原位钝化和CATCVD钝化异质结沟道阱的电子气密度、能带结构和输运性能,解释了相应的实验结果。在此基础上研究了这些新钝化异质结沟道阱能带的优化设计。优化设计的钝化复合势垒沟道阱电子气密度高达3.138×1013cm-2,而且沟道电子保持强量子限制,预期能达到高输运性能。讨论了运用这种钝化沟道阱来设计外沟道和二维异质结构、抑制电流崩塌的新课题。

摘要：通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程计算了势垒层挖槽过程中沟道阱能带和电子气密度的变化。研究了异质界面上极化电荷的大小和位置对沟道阱能带和能带剪裁力度的影响。发现帽层/势垒层界面上的界面阱会导致沟道电子波函数渗透到势垒层,引起能带畸变,降低电子的二维特性和输运性能。选用复合势垒并优化设计异质界面的能带带阶、极化电荷和AlN插入层,可以抬高界面阱的阱位,防止沟道电子波函数渗透到势垒层。AlInN/AlGaN复合势垒能显著提高挖槽中的能带剪裁力度,构筑出高导电的外沟道和在零栅压下夹断的内沟道,满足增强模工作要求。

摘要：从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发,研究了GaN异质结构上偏压变化时异质结电场的变化。发现异质结量子阱能把外电场屏蔽在异质界面以外。利用这种异质结量子阱的屏蔽效应,可以使外电场都降落在异质结表面来控制表面势。为了把表面电势剪裁成半导体阴极所需的陡直下降的电势结构,进一步深入研究了双势垒异质结的电场结构,发现外面的异质结能屏蔽里面异质结的势垒。利用这种双势垒异质结的屏蔽效应设计出可由偏压直接控制电子亲合势的异质结构,从而为半导体阴极开辟出一条新的研究途径。

摘要：研究了背势垒、场板电极、电流崩塌、短沟道效应及源-漏穿通等GaN HFET的热点课题及其关联。高漏压下沟道阱中的强场峰和背势垒的相互作用是决定上述热点课题的关键。介绍、分析了目前国外用Silvaco有限元经典模拟软件计算的结果,发现这些理论计算的能带都向缓冲层末端倾斜,电子从沟道阱转移到缓冲层末端,不能用来研究上述课题和进行器件优化设计。提出了新的量子模拟理念,用沟道阱的量子限制解开了上述难题。量子模拟结果解释了上述课题的实验结果及其关联,有望从沟道强场峰和背势垒的相互作用研究中优化设计出高漏压工作的大功率、高效GaN HFET。