纖鋅礦GaN載流子輸運的蒙特卡羅模擬.pdf

1、GaN是一種寬帶隙材料，它具有高電子遷移率、高熱導等優(yōu)異的物理性質(zhì)，近來受到人們的廣泛關(guān)注。大量研究致力于GaN在高溫電子器件，紫外光電探測器，和藍光電致發(fā)光器件中的應用。GaN是所有的寬帶隙材料中最適于光電子和電子器件領域應用的材料之一。例如應用于InGaN/GaN和A1GaN/GaN異質(zhì)結(jié)的發(fā)光二極管和激光二極管已經(jīng)開發(fā)成功。GaN由于具有直接帶隙，適用于紫外波段的光發(fā)射和檢測。由寬帶隙導致的高擊穿場強以及高熱導率使GaN尤其適用于

2、高能和高頻器件中的應用。 蒙特卡羅方法經(jīng)常應用于新型器件的模擬，是分析、了解半導體器件的有力工具。應用于半導體中電荷輸運模擬的單粒子蒙特卡羅方法，是在給定的散射機制和外加電場的作用下，模擬單電子在晶體中的運動。電子的運動由碰撞和外場共同決定。外場起決定性的作用，碰撞以隨機的方式影響電子的運動。前者的效果可以用經(jīng)典運動法則來計算，但后者的影響要用概率論來估算。模擬中的載流子自由飛行時間和散射事件要根據(jù)描述微觀過程的分布概率隨機選取

3、。因此，蒙特卡羅方法依賴于根據(jù)給定分布概率產(chǎn)生的一系列隨機數(shù)。 本論文用單粒子蒙特卡羅方法模擬了300K下纖鋅礦GaN的速度-場關(guān)系。能帶結(jié)構(gòu)采用三能谷模型，考慮的散射機制有電離雜質(zhì)散射，極性光學波聲子散射，聲學波散射，壓電散射和谷間散射?？紤]非拋物性能帶結(jié)構(gòu)，在計算中電離雜質(zhì)濃度分別設定為1017cm-3和1018cm-3。模擬中考慮了晶格溫度對于GaN穩(wěn)態(tài)電子速度-場關(guān)系的影響。繪制了電子的位移與時間關(guān)系圖，得到的曲線斜率可