大学物理 ›› 2025, Vol. 44 ›› Issue (4): 21-.doi: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240372
孙辰洋,杨沛珑,刘波,汪莱
SUN Chenyang, YANG Peilong, LIU Bo, WANG Lai
摘要: 耗尽区宽度是PN结一项基本参数.在固体物理教科书中,耗尽宽度的计算通常仅限于 Si 和 Ge 等材料,缺乏对 GaN 等宽带隙半导体材料PN 结的分析.耗尽区宽度与耗尽区电荷密度息息相关.Si、Ge材料的杂质电离能很低,常温下完全电离,耗尽区电荷密度显然等于杂质浓度.而p-GaN中受主杂质Mg的电离能约220~270 MeV,常温下部分电离.所以,GaN PN结耗尽区宽度将由杂质浓度与电离程度共同决定.本文首先计算了GaN材料中不同杂质在不同浓度下的电离程度.结果表明,为获得足够空穴浓度,p-GaN重掺杂至1019 cm-3的条件下,Mg电离程度确实很低.然后,利用一款基于Scharfetter-Gummel法求解漂移扩散方程的开源求解器仿真计算得出GaN PN结耗尽区宽度、杂质电离程度等重要参数.根据仿真结果,GaN PN结耗尽区中杂质电离程度大幅提升.因此,可以使用掺杂浓度近似计算GaN PN结耗尽区宽度.本文的研究补充了固体物理教材中关于GaN PN结的内容,有助于后续课程的学习.