Ефект саморозігрівання в GaN діоді з варізонною InGaN мезаструктурою

У статті запропоновано багатофункціональні активні елементи, що представляють собою канал на основі n-типу GaN на сапфіровій підкладці з плоскою структурою InGaN (меза) на поверхні каналу. Меза являє собою варізонний шар з молярною часткою Ga, що змінюється зростаючи від 0 на катодному контакті до 1 в каналі, утворюючи складний катод діода. Розглянуто структури з двома типами профілів легування (рівномірне легування та профіль легування з областю низької концентрації) з концентрацією носіїв заряду 6·1022 та 1023 м – 3 у каналі та довжиною 1,28 мкм, 2,56 мкм та 5,12 мкм. Моделювання діода проводилося за допомогою багаточастинкового методу Монте-Карло з урахуванням ударної іонізації та ефекту самонагрівання. Наведено температурну модель, застосовану для аналізу розподілу температури в діоді. Досліджено вплив температури на характеристики діода на постійному струмі та спектральні (шумові) характеристики діодів в умовах сильного електричного поля. Виявлено, що можливі режими роботи визначаються впливом ударної іонізації, величиною температури та її перерозподілом у каналі діода внаслідок ефекту самонагрівання. Ударна іонізація, що відбувається в сильному електричному полі, призводить до виникнення автоколивань у діоді. Такий режим у діоді з розміром 5,12 мкм демонструє неоднорідний нагрів через виникнення рухомої області сильного поля. Самонагрівання в коротких діодах призводить до збільшення порогової напруги, що відповідає зростанню струму внаслідок ударної іонізації. Було показано, що можна стабілізувати сильне електричне поля поблизу катода використовуючи профіль легування з областю низької концентрації, що сприяє більш однорідному розподілу електричного поля та температурі. Розглянуті діоди можуть бути використані як джерело високочастотного шуму, генератори Ганна або як джерела вищих гармонік у помножувачах частоти.