砷化鋸鎵/ 砷化鎵異質介面元件高摻雜質效應的二維數值模擬

Abstract

高濃度雜質滲入在異質接面元件中扮演著重要角色，因為摻入高濃度雜質後可改善雙 載子介面電晶體基極之電阻值減少其電阻- 電容之充電延遲時間，並因高濃度摻入使 基極不會被集極偏壓穿透而可縮短其長度進而減少載子穿越時間。此狀況下傳統假設 波滋曼分佈不再成立，而正確費米- 德拉克分佈必需考慮進來，另因高摻入雜質使半 導體元件某些地方的材料性質起了變化，如雜質載子能階被擴大成一能帶而與半導體 之能帶交疊而使能隙減少，並因高濃度摻入使能帶結構變化而使能階密度有所改變。 這諸多效果反映在外即如半導體能隙減少- 有效量。這些高濃度效應使傳統的方程式 不再適用。 在這篇論文中我們考慮上述高濃度效應並採用一套自我符合的物理方程式來模擬高濃 度摻雜後的元件特性及其內部成一些電性特性。將卜瓦松方程式及電子、電洞的連續 方程式依二維的空間關係化成數值方程式型式，用連續線增強收歛（SLOR）法及牛頓 - 拉扶桑（Newton-Raphson）疊代法解之。另外一些物理現象也採用，如摻入雜質之 部份解離，SHR 及歐傑之載子複合及依電場而改變的電子、電洞遷移率。 模擬結果得知若仍使用波滋曼分佈及傳統計算少數載子濃度模式所得結果會比考慮高 濃度摻入所得結果低估許多，其內建電位因考慮雜質之部份解離及高濃度後能隙減少 等因素而降低；且因材料特性所產生的有效電場亦對增強電子流，抑止電洞流有大的 影響。模擬結果所得電流因少數載子之增加及上述其他因素而比傳統模式所得電流大 且更接近實驗值。