纖鋅礦GaN載流子輸運(yùn)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(dǎo)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(lán)光電致發(fā)光器件中的應(yīng)用。GaN是所有的寬帶隙材料中最適于光電子和電子器件領(lǐng)域應(yīng)用的材料之一。例如應(yīng)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(dǎo)致的高擊穿場強(qiáng)以及高熱導(dǎo)率使GaN尤其適用于

2、高能和高頻器件中的應(yīng)用。 蒙特卡羅方法經(jīng)常應(yīng)用于新型器件的模擬，是分析、了解半導(dǎo)體器件的有力工具。應(yīng)用于半導(dǎo)體中電荷輸運(yùn)模擬的單粒子蒙特卡羅方法，是在給定的散射機(jī)制和外加電場的作用下，模擬單電子在晶體中的運(yùn)動(dòng)。電子的運(yùn)動(dòng)由碰撞和外場共同決定。外場起決定性的作用，碰撞以隨機(jī)的方式影響電子的運(yùn)動(dòng)。前者的效果可以用經(jīng)典運(yùn)動(dòng)法則來計(jì)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(shí)間和散射事件要根據(jù)描述微觀過程的分布概率隨機(jī)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(jī)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(jī)制有電離雜質(zhì)散射，極性光學(xué)波聲子散射，聲學(xué)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(jì)算中電離雜質(zhì)濃度分別設(shè)定為1017cm-3和1018cm-3。模擬中考慮了晶格溫度對(duì)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(shí)間關(guān)系圖，得到的曲線斜率可