lunes, 15 de febrero de 2010

Dilute nitrides

Dilute nitrides have emerged from conventional III–V semiconductors

such as GaAs or InP by the insertion of nitrogen into the group V
sub-lattice, which has a profound influence on the electronic
properties of these materials and allows widely extended band
structure engineering. This is expected to lead to novel devices,
e.g. for optical data transmission, solar cells, biophotonics or gas
sensing, some of which are already making their way into the
market. Unlike in all other cases, where a reduction in bandgap
energy is achieved by inserting an element that increases the
lattice constant, N accomplishes this and at the same time reduces
the lattice constant. Thus smaller bandgaps can be achieved and the
unusual role of N in the lattice also allows a tailoring of band alignments.
Both of these effects have opened up a new dimension of bandgap
engineering and the rapid progress in the field led to the demonstration
of high quality 1300 nm lasers on GaAs and eventually to the realization
of the first VCSELs that can be mass produced at low cost and emit
at 1300 nm. This in turn will allow extending inexpensive data
transmission through optical fibers from the present range of
about 300 m to a distance of 10 to 20 km and at the same time
increasing the data rate by about a factor of four. Thus it will enable
metro-area data links, which are presently considered to be the
bottleneck for large-scale optical communications. Furthermore,
the fact that GaNP and related alloys can be grown lattice-matched
on Si substrates has offered intriguing new possibilities of OEIC
and integration of efficient III–V optoelectronic devices with
the mainstream microelectronics based on Si.

GaAs structure

Despite their promising applications and the first encouraging
experimental results, very little is known about the physical
properties of such alloys. For instance the difficulty of
incorporating nitrogen into GaInAs while maintaining good
optical quality has provoked much work to establish an
understanding of the underlying factors determining the
optical quality of GaInNAs, such as composition, growth
and annealing conditions. We are still far from establishing
an understanding of the band structure and its dependence
on composition. Fundamental electronic interactions such
as electron–electron and electron–phonon scattering,
dependence of effective mass on composition, strain and
orientation, quantum confinement effects, effects of localized
nitrogen states on high field transport and on galvanometric
properties, and mechanisms for light emission in these materials,
are yet to be fully understood. Nature and formation mechanisms
of grown-in and processing-induced defects that are important
for material quality and device performance are still unknown.
Such knowledge is required in order to design strategies to
efficiently control and eliminate harmful defects. For many
potential applications (such as solar cells, HBTs) it is
essential to get more information on the transport properties
of dilute nitride materials. The mobility of minority carriers is
known to be low in GaInNAs and related material. The
experimental values are far from reaching the theoretical ones,
due to defects and impurities introduced in the material during
the growth. The role of the material inhomogeneities on the
lateral carrier transport also needs further investigation.
From the device's point of view most attention to date has
been focused on the GaInNAs/GaAs system, mainly because
of its potential for optoelectronic devices covering the
1.3–1.55 µm data and telecommunications wavelength bands.
As is now widely appreciated, these GaAs-compatible
structures allow monolithic integration of AlGaAs-based distributed
Bragg reflector mirrors (DBRs) for vertical cavity surface-emitting
lasers with low temperature sensitivity and compatibility with
AlOx-based confinement techniques. In terms of conventional
edge-emitting lasers (EELs), the next step is to extend the
wavelength range for cw room-temperature operation, as well
as improving the spectral purity, modulation speed and peak
power output. Many applications in medicine, environmental
sensing and communications can be addressed with the
achievement of significant improvements in these parameters.
Semiconductor optical amplifiers (SOAs) are also important
devices of interest, since it is widely predicted that the market
for SOAs in photonic access networks will increase dramatically
in the next few years. In addition to EELs and SOAs, vertical
cavity surface-emitting lasers (VCSELs), vertical external cavity
surface-emitting lasers (VECSELs), vertical cavity semiconductor
optical amplifiers (VCSOAs), and semiconductor saturable
absorber mirrors (SESAMs) are of increasing importance.
The VECSELs can potentially incorporate saturable absorbers
for very high repetition rate (~100 GHz) pulsed and potentially
MEMS-tuneable sources. VECSEL devices in the 2–3 µm range
for applications in e.g. free-space optical (FSO) communications,
are possible using InAsN/InGaAs/InP with AlGaAs metamorphic
mirror growth. Semiconductor saturable-absorber mirror structures
(SESAMs) have demonstrated widespread applicability for
self-starting passive mode locking of (diode-pumped) solid-state
lasers, to produce high-performance picosecond and femtosecond
laser sources for scientific, instrumentation and industrial use.
Very recently, these devices have also shown applicability for ultra
short pulse generation at >GHz repetition rates, both in DPSS lasers
and surface-emitting semiconductor lasers. These devices are undoped
monolithic DBR structures incorporating one or more quantum
wells for saturable absorption. Low-loss and high-damage threshold
requirements demand pseudomorphic growth, and have, until very
recently, essentially limited these devices to the 800–1100 nm range,
but extension beyond this range is urgently required by a host of
mode locking applications. In addition to these devices modulators and
photodiodes, including quantum well infrared photodetectors (QWIPs)
and resonant cavity-enhanced photodiodes (RCEPDs) based on dilute
nitrides need to be investigated extensively.
To date, most theoretical attention has been focused on understanding
the band structure of the GaInAsN/GaAs system and on evaluating gain
spectra and threshold conditions for 1.3 µm lasers. However, as our
understanding of band structure and the effects of strain, defects, etc
in dilute nitrides improves we can calculate the electrical and optical
properties, including radiative and non-radiative recombination for the
materials and structures of interest. The spontaneous and stimulated
emission rates have already been calculated for GaInNAs at 1.3 µm by
many authors, but extension to other dilute nitrides and other wavelength
ranges still represents a major challenge. Many-body effects, including
exchange-correlation effects, are essential for accurate models of gain
spectra in lasers and optical amplifiers. The differential gain is a key
parameter for laser modulation and remains an important subject of
study as new materials and structures are explored. Similarly the
differential refractive index and linewidth enhancement factor have
strong influences on laser spectrum (chirp, linewidth), dynamics and
noise, and these must also be studied theoretically. As regards to
non-radiative recombination, in addition to recombination through
defects, the Auger effect is of especial significance for wavelengths
beyond 1 µm and is a worthy subject for theoretical study. The
converse effect, impact ionization, is of key importance for avalanche
photodiodes (APDs) and has yet to be evaluated for the dilute nitride
materials. Inter-valence band absorption (IVBA) is of significance, as
a possible cause of temperature sensitivity in lasers and this must
be investigated theoretically in the dilute nitrides. Third-order
non-linear optical coefficients should be calculated in order to
assess the scope for all-optical signal processing components
within the dilute nitrides. Electro-absorption and electro-refractive
effects—Franz-Keldysh (FK) and quantum-confined Stark effect
(QCSE) need to be studied theoretically in view of their
importance for optical modulators.
The aim of this special issue is to review the recent progress
in theory, growth, characterization and device applications of
dilute nitrides, and to collate what is known and what is not
known in the field and address important fundamental physical
properties and key material and device issues. The issue brings
together a wide selection of papers from over 27 prominent
research groups that have made key contributions to the field
in the areas of research including growth, characterization
and physical properties, devices and device integration, and
theory and modelling. The editor is very grateful to all the
invited authors for their contribution to this issue of Journal
of Physics: Condensed Matter.

Ibañez Perez Jesus Oswaldo 18.353.376



domingo, 14 de febrero de 2010


Los transistores más rápidos se consiguen gracias al crecimiento de

diferentes semiconductores apilados. Entre los semiconductores es
posible confinar una elevada concentración de electrones de alta movilidad,
dando lugar a transistores con gran velocidad de respuesta. Cuando
se emplea el sistema AlGaN/GaN, los enlaces interatómicos poseen un
elevado carácter iónico. Estos iones generan intensos campos eléctricos
internos, que inducen entre el AlGaN y el GaN una concentración
de electrones de 1013 cm-2, un orden de magnitud superior a la alcanzada
con otras estructuras típicas (AlGaAs/GaAs, AlGaAs/InGaAs/GaAs,
GaInP/InGaAs/GaAs, etc.). En este artículo se expone un análisis de los
aspectos fundamentales relacionados con la distribución de los electrones
bajo la puerta de los transistores basados en nitruros.

The fastest transistors are possible thanks to piling different semiconductors
up. Between semiconductors a considerable electron concentration can be
confined, with a high mobility, giving as a result transistors for applications
where the velocity response is critical. When the AlGaN/GaN system is used,
the inter-atomic bonding has a non negligible ionic character. The resulting ions
produce intensive internal electric fields, which deliver electron concentrations
between the AlGaAs and GaN of 1013 cm-2, ten times higher than other typical
structures (AlGaAs/GaAs, AlGaAs/InGaAs/GaAs, GaInP/InGaAs/GaAs, etc.).
In this paper we report the fundamental aspects in relation with the distribution
of the electrons under the gate of transistors based on nitrides.

Los transistores más rápidos
en la actualidad son los HFETs
(Heterostructure Field Effect
Transistors). Ello es posible gracias
al crecimiento de semiconductores
con diferentes gap de energía,
mediante técnicas como la MBE
(Molecular Beam Epitaxial) o la
MOCVD (Metal-Organic Chemical
Vapor Deposition). En la interfase
entre dos semiconductores con
gap diferente es posible confinar
una elevada concentración de
electrones. Los electrones, al ser
separados de sus átomos donadores,
aumentan significativamente
su movilidad y, por tanto, la rapidez
del dispositivo. Por ello, los
HFETs son transistores apropiados
en aplicaciones donde se requiere
alta velocidad (microondas, optoelectrónica).
Cuando se emplea el sistema
AlGaN/GaN para formar la discontinuidad
del gap, los enlaces interatómicos
del cristal poseen un elevado
carácter iónico. Estos iones generan
intensos campos eléctricos de
dos formas: por vibración térmica
(efecto que se conoce como polarización
espontánea) y por tensión
mecánica en la interfase, como
consecuencia de que dichos semiconductores
poseen una constante
de red diferente (efecto conocido
como polarización piezoeléctrica).
Los campos eléctricos originados
por las polarizaciones espontánea y
piezoeléctrica son perpendiculares
a la interfase y consiguen confinar

en ella una concentración de electrones
típica de 1013 cm-2, un orden
de magnitud superior a la alcanzada
con otras heteroestructuras
(AlGaAs/GaAs, AlGaAs/InGaAs/
GaAs, GaInP/InGaAs/GaAs, etc.).
Además, debido a su gran estabilidad
térmica, los HFETs basados
en AlGaN/GaN prometen ser transistores
candidatos en aplicaciones
donde se requiere, conjuntamente,
velocidad y potencia elevadas, por
ejemplo, en etapas de amplificación
para terminales móviles.
Mediante simulaciones numéricas
es posible conocer el funcionamiento
de los dispositivos desde un
punto de vista físico. Además, permiten
establecer interdependencias
entre las propiedades geométricas
o materiales y la respuesta eléctrica.
De esta forma, la simulación
permite optimizar dispositivos en
aplicaciones específicas, reduciendo
costes y tiempo de producción.
Nuestro interés, pues, consiste
en simular HFETs basados en
AlGaN/GaN. Para ello se necesita
disponer de resultados experimentales
que den validez a las simulaciones.
Así, el primer objetivo
del trabajo consiste en caracterizar
eléctricamente HFETs de AlGaN/
GaN, de los que se tenga buen
conocimiento de su estructura,
composición material y geometría.
En estos transistores se ha medido
a temperatura ambiente la capacidad
de puerta, con la que se puede
conocer la distribución de los electrones
en el interior del dispositivo.
Para simular la distribución
de los electrones en el interior
del HFET se requiere de un programa
informático que resuelva
numéricamente las ecuaciones
de Schrödinguer y Poisson, fijada
una tensión en la puerta del transistor.
Este programa había sido
desarrollado y utilizado con éxito
en la simulación de HFETs de
AlGaAs/GaAs (que cristaliza en el
sistema cúbico). En este trabajo lo
hemos adaptado a las nuevas particularidades
de la heteroestructura
AlGaN/GaN (que cristaliza en el
sistema hexagonal).
Para ello, previamente, se ha
realizado una búsqueda bibliográfica
exhaustiva que nos permite
conocer con precisión el funcionamiento
del sistema AlGaN/GaN.
De especial importancia son las
polarizaciones espontáneas y piezoeléctricas,
así como los posibles
centros de carga que se generen
en la barrera de AlGaN. Además,
se ha recopilado las constantes
materiales del AlGaN/GaN necesarias
en la simulación (masas
efectivas e índices de parabolicidad
de las distintas subbandas
de energía, constantes elásticas,
parámetros de red, altura de la
barrera Schottky, etc.).
Es entonces cuando se está en
disposición de abordar las modificaciones
necesarias del código
fuente del simulador, incluyendo
todas aquellas consideraciones
particulares encontradas del sistema
AlGaN/GaN. Finalmente, las
simulaciones se validan con los
resultados experimentales, mostrando
los HFETs el comportamiento
Caracterización eléctrica de
HFETs basados en AlGaN/GaN
El ISOM (Instituto de Sistemas
Ópticos y Microtecnología), en
la Escuela Técnica Superior de
Ingenieros de Telecomunicación
de la Universidad Politécnica de
Madrid, dispone de HFETs con
estructura de capas AlxGa1-xN/GaN,
entre los que han sido seleccionados
algunos para su caracterización

El procesado tecnológico de
los transistores caracterizados se
había llevado a cabo previamente
en dicho instituto, sobre tres tipos
distintos de heteroestructuras que
denominaremos A, B y C, cuyasecuencia de capas materiales se
indica en la tabla superior.
Debido a su estabilidad térmica,
estos transistores prometen ser
candidatos en aplicaciones donde
se requiera velocidad y potencia.
En todos los casos las capas
se crecieron sin dopaje intencional.
La dirección de crecimiento es la
[0001], según la cual los semiconductores
cristalizan en el sistema
hexagonal (zafiro).
Durante el procesado tecnológico
se emplearon dos tipos de
máscaras. Una con transistores en
forma de T (figura 1), se aplicó a
las tres heteroestructuras consideradas:
LF representa la separación
entre la puerta y la fuente, LD la
separación entre la puerta y el drenador,
L es la longitud de puerta
y W su anchura. Los transistores
resultantes los denominaremos
"AT1", "BT1" y "CT1", según la heteroestructura
A, B o C empleada.

La segunda máscara contempló
transistores en forma de T y
U, como se aprecia en la figura 2,
donde se indica también la geometría.
Esta máscara se aplicó
exclusivamente a la heteroestructura
C. Así, los transistores resultantes
los denominaremos "CT2" y
"CU2", dependiendo de la forma del
transistor elegida.
Con la máscara uno, LF, LD y W
son valores constantes en todos
sus transistores e iguales a 4, 10 y
150 μm respectivamente, mientras
que la longitud de puerta puede ser
2, 4, 8 y 16 μm. Para distinguir los
transistores con diferentes longitudes
de puerta, los nombraremos
incluyendo su valor en el subíndice.
Por ejemplo, AT1,4 representa
el transistor con la estructura de
capas A, en forma de T, realizado
con la máscara uno y con una longitud
de puerta de 4 μm.

En la máscara dos, LF y LD
toman valores constantes, tanto
en los transistores con forma de T
como de U, e iguales a 4 y 10 μm
respectivamente. Sin embargo, la
anchura de la puerta (W) puede
tomar dos valores posibles: 75 y
150 μm. La longitud de puerta (L)
puede ser 2 y 5 μm. Por tanto,
estos transistores los denominaremos
añadiendo dos subíndices: L y
W. Por ejemplo, CU2,5-75 representa
el transistor con la estructura de
capas C, en forma de U, fabricado
con la máscara dos, con una
longitud de puerta de 5 μm y una
anchura de puerta de 75 μm.
Así se han caracterizado los
transistores AT1,2, AT1,4, AT1,8, AT1,16,
BT1,2, BT1,4, BT1,8, BT1,16, CT1,2, CT1,4,
CT1,8, CT1,16, CT2,2-75, CT2,2-150, CT2,5-
75, CT2,5-150, CU2,2-75, CU2,2-150, CU2,5-
75 y CU2,5-150.
La caracterización eléctrica de
los transistores se realizó en el
I.S.O.M., mediante un analizador
de parámetros de semiconductores
HP4145B, un analizador de impedancias
HP4192A-LF y una estación
de puntas KARL-SUSS. Todas
las medidas se llevaron a cabo a
temperatura ambiente.
Resultados de las medidas
Con el analizador de impedancias
se midieron las curvas capacitivas
de puerta, para distintas tensiones
en ésta. En el caso de los
transistores con heteroestructuras
A y B, las medidas capacitivas se
llevaron a cabo directamente sobre
las muestras, antes del procesado
tecnológico, mediante puntas de
mercurio a una frecuencia de 100
kHz. El área de las puntas de mercurio
empleadas fue de 4,243·10-3
cm2. En los transistores con la
heteroestructura C, el procesado
tecnológico incluyó la fabricación
de diodos Schottky circulares
para poder medir las capacidades,
empleando la estación de puntas.
A fin de reducir el efecto de lascapacidades parásitas se empleó
un área suficientemente grande,
fijando el diámetro en 200 μm. La
frecuencia en las medidas fue de
70 kHz.
En la figura 3 se indican los
valores obtenidos en el caso de los
transistores con heteroestructura A.
La capacidad aumenta inicialmente
con la tensión de puerta hasta que
se forma el canal bidimensional
de electrones en el GaN. Luego,
mientras no se produzca el llenado
del canal, permanece aproximadamente
constante durante un cierto
intervalo, para posteriormente volver
a aumentar debido al retroceso
de la zona de vaciamiento en la
barrera de AlGaN. En todos los
transistores medidos se observaron
resultados análogos.

El perfil de la concentración de
electrones bajo el terminal de puerta
puede determinarse a partir de
la siguiente expresión [1], [2]:

donde C es la capacidad de puerta
medida por unidad de área, q
es la carga del electrón en valorabsoluto, VG es la tensión aplicada
a la puerta, εo la constante dieléctrica
del vacío y εr la constante
dieléctrica relativa de la barrera de
AlxGa1-xN, dependiente de la fracción
molar de aluminio, x.
En la figura 4 se observan con
puntos los perfiles obtenidos con
este método para las tres estructuras

En el eje vertical se representa
la concentración de electrones
y en el horizontal la profundidad
en la estructura, medida desde
el contacto de puerta. En cada
una de las estructuras se aprecia
claramente cómo se localiza una
gran concentración de electrones
en una región muy estrecha. El
pico de la concentración se sitúa
en la intercara AlGaN/GaN correspondiente,
dando lugar a gases
de electrones bidimensionales. Es
de destacar la magnitud de dichas
concentraciones, un orden superior
a la obtenida con heteroestructuras
convencionales (AlGaAs/GaAs,
AlGaAs/InGaAs/GaAs, etc.), motivo
por el cual los HFETs basados
en nitruros son potenciales candidatos
para aplicaciones de alta
potencia. Por otro lado, a medida
que aumenta la fracción molar de
aluminio en la barrera de AlxGa1-xN, hay una mayor concentración de
electrones. Esto se debe principalmente
a dos efectos: un incremento
de la discontinuidad de la banda de
conducción en la intercara AlGaN/
GaN, que da lugar a que el pozo
cuántico donde se acumulan los
electrones sea más profundo, y
un aumento de los campos piezoeléctricos,
origen de tan elevada
Resultados de las simulaciones
Para simular autoconsistentemente
las ecuaciones de
Schrödinguer y Poisson se necesita
conocer las constantes materiales
propias del GaN y el AlxGa1-xN, así
como sus campos de polarización
espontánea y los que resultan de
formar la heterounión: los campos
piezoeléctricos. Por ello, se ha realizado
una búsqueda bibliográfica
exhaustiva, actualizada, del estado
del arte de las heteroestructuras
basadas en nitruros y de los HFETs
basados en ellas [3], [4], [5] [6]
y [7]. El principal inconveniente
encontrado es, por la novedad del
tema, la dispersión de los valores
publicados por los distintos autores,
siendo adoptados los predominantes
o, en su defecto, la media
de los encontrados.
El GRIDE (Grupo de Investigación
en Dispositivos Electrónicos), adscrito
al Departamento de Electrónica
y Tecnología de los Computadores
de la Facultad de Ciencias de la
Universidad de Granada, dispone
de un programa de simulación
numérica que resuelve autoconsistentemente
las ecuaciones de
Schrödinguer y Poisson. Este programa
se realizó, en un principio,
para simular la heteroestructura
AlGaAs/GaAs, por lo que hubo de
ser adaptado para abordar heteroestructuras
basadas en nitruros.
En primer lugar se introdujeron
los parámetros necesarios para
poder considerar todas las propiedades
materiales encontradas en los nitruros. También se permitió
la simulación de estructuras con
tres capas semiconductoras diferentes,
para realizar estudios en
pozos cuánticos trapezoidales. De
especial relevancia son los campos
piezoeléctricos que se producen en
los nitruros, origen de la gran concentración
de electrones del canal.
Esto se consideró modelando las
cargas de polarización superficiales
equivalentes que se generan
en cada capa e incluyéndolas en
el programa mediante condiciones
de contorno en la resolución de la
ecuación de Poisson (no existen
densidades de carga de polarización
en volumen, ya que las polarizaciones
son uniformes en cada
capa). Por último, se introdujo en la
ecuación de Schrödinguer un término
que da cuenta de la influencia
de la tensión de la estructura en las
funciones de onda.
En general, la densidad superficial
de carga de polarización (ó),
viene dada por:

en todos los semiconductores que
forman la estructura, siempre apunta
hacia abajo, en contra de la dirección
de crecimiento. Sin embargo,
la polarización piezoeléctrica, que
sólo se produce en las capas tensadas,
es perpendicular a la dirección
de crecimiento y su sentido es el
del crecimiento de las capas, o el
opuesto si se produce compresión
o expansión de los átomos respectivamente.
Si la estructura está
formada por dos capas (barrera
y substrato), la capa tensada es
la barrera. Y si la estructura está
formada por tres (barrera, pozo y
substrato), la única capa tensada es
el pozo, ya que asumiremos que la
barrera y el substrato son del mismo
Hemos considerado dos heteroestructuras
genéricas: la AlxGa1-
xN/InyGa1-yN, de pozo simple (la
estructura AlxGa1-xN/GaN de nuestros
transistores sería caso particular)
y la AlxGa1-xN/InyGa1-yN/AlxGa1-
xN, de pozo trapezoidal, donde y
representa la composición material
de indio. En ellas los vectores de
polarización son como indica la
figura 5, donde también se muestran
las densidades equivalentes de
carga de polarización; óm es la densidad
de polarización bajo el metal
de puerta, ó
i es la densidad en la
intercara para la estructura con dos
capas, ó
i -sup y ó
i-inf son las densidades
equivalentes en la intercara
superior e inferior, respectivamente,
de la segunda capa en la estructura

formada por tres, y ó
s es la densidad
de carga en el fondo del substrato.
Nótese que el sentido de la polarización
piezoeléctrica es opuesto en
dichas estructuras. Como la constante
de red del AlxGa1-xN es inferior
a la del InyGa1-yN, en la barrera del
AlxGa1-xN/InyGa1-yN habrá tensión
por expansión, y en el pozo del
AlxGa1-xN/InyGa1-yN/AlxGa1-xN tensión
por compresión.
A partir de la figura 5 se determinan
las polarizaciones, con su
correspondiente signo, que han de
tenerse en cuenta para obtener la
densidad equivalente de carga en
cada superficie. Obviamente se ha
de cumplir que la suma de las cargas
de polarización en toda la heteroestructura
es nula.
La polarización espontánea
es propia de cada semiconductor
y depende exclusivamente de la
composición material. Mientras que
la polarización piezoeléctrica, en
general, viene dada por:

la AlxGa1-xN/GaN. Con líneas
verticales se indica el rango en el
que se encuentra la fracción molar
de aluminio en la barrera de dichos
transistores. La densidad de carga
de polarización en la intercara, ó
es positiva. Esto hace que, para
neutralizarlas, sean atraídos una
gran cantidad de electrones hacia
ella, electrones que quedan atrapados
en el pozo cuántico de la
intercara, dando origen al canal de
Cabe destacar que ni la densidad
de carga en el substrato, ni la
existente bajo el metal de puerta,
influyen en el resultado de la simulación.
Con respecto a la del substrato,
esto se debe a que las cargas
de polarización están situadas en el
fondo, muy lejos del pozo cuántico
(al menos a 300 μm). Sin embargo,
no está claro el motivo por el que
no tienen efecto las cargas de polarización
bajo el metal. Una posible
explicación es que predomine el
efecto Schottky de la unión metalsemiconductor
sobre dichas cargas,
siendo éstas de alguna forma apantalladas.
Por último, se introdujo en la
ecuación de Schrödinguer un término
que da cuenta de la influencia
de la tensión de la estructura en las
funciones de onda. Este término se
suma al miembro del Hamiltoniano
del sistema y viene dado por:

siendo ø la función de onda y ag el
potencial de deformación del gap.
En la figura 4 se muestran con
líneas continuas los perfiles de electrones
obtenidos con el simulador,
una vez introducidos todos los efectos
y parámetros estudiados, para
las tres heteroestructuras de los
transistores medidos: A, B y C. El
aumento observado del pico de la
concentración de electrones con
la fracción molar de aluminio (A
C B: x = 0,18 0,28 0,3) se
refleja en la simulación. No obstante,
el valor del pico es subestimado
en las estructuras B y C, siendo
atribuido al elevado dopaje residual
que puede existir en las barreras de
AlGaN, que no está siendo considerado.
La localización predicha del
pico es, como cabía de esperar, la
intercara entre la barrera y el substrato.
En el caso de la estructura A,
las medidas indican que se localiza
3 nm más profundo de lo previsto.
Creemos que en este caso la intercara
real no se sitúa en los 67 nm
nominales, sino en torno a 70 nm
desde la puerta.
En el presente trabajo se ha
conseguido simular correctamente
la distribución de los electrones
bajo la puerta de los transistores
basados en nitruros. Los resultados
simulados han sido corroborados
por medidas experimentales
para el sistema AlxGa1-xN/GaN en
tres estructuras diferentes. Ello ha
sido posible gracias a un estudio
exhaustivo de los materiales basados
en nitruros, teniendo especial
relevancia los mecanismos responsables
de la elevada concentración de electrones en el canal: la polarización
espontánea y piezoeléctrica.
La ecuación de Schrödinguer,
incluyendo las particularidades de
estos materiales, fue resuelta junto
con la de Poisson, que está sujeta
a las condiciones de contorno resultantes
de los campos eléctricos
originados por el carácter iónico de
los nitruros.
Además, se han obtenido resultados
que permiten la simulación
de sistemas más generales: el
AlxGa1-xN/InyGa1-yN y el AlxGa1-xN/
InyGa1-yN/AlxGa1-xN, permitiendo así
poder valorar la capacidad de estas
estructuras para su aplicación en
electrónica de alta potencia y velocidad
en futuros estudios.
[1] Ambacher, O., Smart, J.,
Shealy, J. R., Weimann, N.G.,
Chu, K., Murphy, M., Schaff,
W.J., Eastman, L. F., Dimitrov, R.,
Wittmer, L., Stutzmann, M., Rieger,
W. y Hilsenbeck, J. (1999): Twodimensional
Electron Gases Induced
by Spontaneous and Piezoelectric
Polarization Charges in N- and Gaface
AlGaN/GaN Heterostructures.
Journal of Applied Physics, vol. 85
- nº 6, pp. 3222-3233.
[2] Hsu, L. y Walukiewicz, W.
(1998): Effects of Piezoelectric
Field on Defect Formation, Charge
Transfer, and Electron Transport at
GaN/AlxGa1-xN Interfaces. Applied
Physics Letters, vol. 73 - nº 3, pp.
[3] Khan, M.A., Kuznia, J.N.,
Olson, D.T., Scaf, W.J., Burm, J.W.
y Shur, M.S. (1994): Microwave
Performance of a 0.25 μm Gate
AlGaN/GaN Heterostructure Field
Effect Transistor. Applied Physics
Letters, vol. 65, nº 9, pp. 1121-2.
[4] Fan, W.J., Li, M.F., Chong,
T.C. y Xia, J.B. (1996): ElectronicProperties
of Zinc-Blende GaN, AlN,
and their Alloys Ga1-xAlxN. Journal
of Applied Physics, vol. 79, nº 1, pp.
[5] Kim, K., Lambrecht, W.R.L. y
Segall, B. (1996): Elastic Constants
and Related Properties of
Tetrahedrally Bonded BN, AlN, GaN
and InN. Review B, vol. 53, nº 24,
pp. 310-26.
[6] Martin, G., Botchkarev, A.,
Rockett, A. y Morkoc, H. (1996):
Valence-Band Di s c o n t i n u i t i e s
of Wurtzite GaN, AlN, and InN
Heterojunctions Measured by XRay
Photoemission Spectroscopy.
Applied Physics Letters, vol. 68, nº
18, pp. 2541-3.
[7] Bernardini, F., Fiorentini, V. y
Vanderbilt, D. (1997). Spontaneous
Polarization and Piezoelectric
Constants of III-V Nitrides. Physical
Review B, vol. 56, nº 16, pp. R10

Ibañez Perez Jesus Oswaldo 18.353.376