【摘 要】
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GaN是一种宽带隙材料,它具有高电子迁移率、高热导等优异的物理性质,近来受到人们的广泛关注。大量研究致力于GaN在高温电子器件,紫外光电探测器,和蓝光电致发光器件中的应用
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GaN是一种宽带隙材料,它具有高电子迁移率、高热导等优异的物理性质,近来受到人们的广泛关注。大量研究致力于GaN在高温电子器件,紫外光电探测器,和蓝光电致发光器件中的应用。GaN是所有的宽带隙材料中最适于光电子和电子器件领域应用的材料之一。例如应用于InGaN/GaN和AlGaN/GaN异质结的发光二极管和激光二极管已经开发成功。GaN由于具有直接带隙,适用于紫外波段的光发射和检测。由宽带隙导致的高击穿场强以及高热导率使GaN尤其适用于高能和高频器件中的应用。 蒙特卡罗方法经常应用于新型器件的模拟,是分析、了解半导体器件的有力工具。应用于半导体中电荷输运模拟的单粒子蒙特卡罗方法,是在给定的散射机制和外加电场的作用下,模拟单电子在晶体中的运动。电子的运动由碰撞和外场共同决定。外场起决定性的作用,碰撞以随机的方式影响电子的运动。前者的效果可以用经典运动法则来计算,但后者的影响要用概率论来估算。模拟中的载流子自由飞行时间和散射事件要根据描述微观过程的分布概率随机选取。因此,蒙特卡罗方法依赖于根据给定分布概率产生的一系列随机数。 本论文用单粒子蒙特卡罗方法模拟了300K下纤锌矿GaN的速度-场关系。能带结构采用三能谷模型,考虑的散射机制有电离杂质散射,极性光学波声子散射,声学波散射,压电散射和谷间散射。考虑非抛物性能带结构,在计算中电离杂质浓度分别设定为1017cm-3和1018cm-3。模拟中考虑了晶格温度对于GaN稳态电子速度-场关系的影响。绘制了电子的位移与时间关系图,得到的曲线斜率可近似认为是漂移速度。随着晶格温度的升高,漂移速度下降,这是由总散射率增加造成的。模拟晶格温度为300K时,对于杂质浓度为1017cm-3,电场高于1.6×107V/m时出现负微分电导;对于杂质浓度为1018cm-3,电场高于1.4×107V/m时出现负微分电导。
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