采用蒙特卡罗方法比较纤锌矿结构GaN、InN和AlN中的电子动量与能量弛豫过程

摘要： 目前，III族氮化物半导体的瞬态和稳态输运特性均被研究，但关于动量和能量弛豫过程的研究较少，而该过程在器件设计中至关重要。为阐明这一弛豫现象的基本物理过程，我们采用经典三能谷蒙特卡罗方法研究了纤锌矿结构GaN、InN和AlN中的动量与能量弛豫过程。研究目标是理解弛豫速率与电场、温度的关系，并明确动量与能量弛豫过程中散射机制的作用。研究表明，在不同电场和温度条件下，主要的动量和能量弛豫机制可能不同。由于InN最低能谷的有效质量较小，电子更易被电场加速并散射至卫星能谷。其动量弛豫时间远短于能量弛豫时间，这是因为几乎所有散射机制都会导致动量弛豫，而仅极化光学声子和能谷间散射会弛豫电子能量。本研究可为构建弛豫模型或器件设计提供指导。