Особливості розвитку ударної іонізації в напівпровідникових сполуках InGaN та InAlN

Анотація

Актуальність. Унікальне спектральне положення частот терагерцового діапазону визначає труднощі розвитку компактних твердотільних джерел терагерцового випромінювання. У більшості випадків відбувається витіснення робочих частот існуючих пристроїв у терагерцову частину спектру. Відомо, що ударна іонізація, особливо у своїй початковій стадії, є досить швидкоплинними процесом, який можна використати для покращення частотних властивостей приладів. Часові та просторові обмеження ударної іонізації у сполуках InGaN та InAlN потребують оцінки для визначення перспектив її використання для конструювання приладів у терагерцовому діапазоні.

Метою роботи є визначення величин часових та просторових затримок у розвитку ударної іонізації, що ініціюється електронами, у напівпровідникових сполуках InGaN та InAlN на початковому етапі виникнення ударної іонізації.

Методи і методологія. З використанням багаточастинкового методу Монте-Карло у наближенні однорідного електричного поля проведено моделювання електронного транспорту з врахуванням актуальних механізмів розсіяння, в тому числі розсіяння на сплавному потенціалі та ударної іонізації. Розглядався матеріал з однорідним розподілом складу та матеріал із залежністю складу від координати. Аналізувалися просторові розподіли актів ударної іонізації для ансамблю носіїв заряду, за якими визначалися характерні довжини локалізації ударної іонізації та затримки в часі її виникнення.

Результати. В сполуках InGaN та InAlN при напруженостях електричного поля більших 100 кВ/см часи виникнення ударної іонізації на початковій стадії її розвитку становлять менше 2 пс, а при вмісті відповідно Ga та Al менше 60 % можуть бути на порядок меншими. Довжини, на яких електрон набирає енергію для створення акту ударної іонізації у розглянутому випадку, складають близько 100- 200 нм і зменшуються із зростанням величини напруженості електричного поля. У випадку сполуки InAlN вони можуть стати менше 50 нм. На розміри області початкового набору енергії можна впливати, використовуючи варизонний шар, у якому ширина заборонено зони зменшується в бік аноду, проте найменші величини “мертвої зони” відповідають однорідним за складом матеріалам.

Висновки. Таким чином, ударну іонізацію на початковій стадії можна використовувати у надвисокачастотних приладах, зокрема як механізм релаксації енергії в терагерцовому діапазоні.