Theoretical Study on Impact Ionization Phenomena in Wide-bandgap Semiconductors

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14195
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Tanaka Hajime 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (40853346)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: モンテカルロ / 高電界 / 衝突イオン化 / ワイドギャップ半導体

Outline of Final Research Achievements

In this study, we theoretically analyzed the high-field carrier transport properties, such as the impact ionization coefficients, in various wide-bandgap semiconductors. We performed Monte Carlo simulations considering the full band structures of silicon carbide, gallium nitride, and gallium oxide. Monte Carlo simulations considering the analytical band structures were also performed. Based on both simulations, we discussed the behaviors of the impact ionization coefficients focusing on the band structures and scattering rates.

Free Research Field

半導体物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では，各種ワイドギャップ半導体における高電界キャリア輸送特性，特に衝突イオン化係数の振る舞いについて物理的な理解を与えている．また，実験結果や，より負荷の大きい数値計算による結果を，計算負荷をある程度抑えつつ再現するモデルを提示している．これらは，半導体材料物性への理解を深めるという学術的な側面と，デバイスの絶縁破壊特性の予測やその高耐圧化へ向けた構造設計・材料選択のための基礎となるといった実用的な側面との両面において意義のある成果であると言える．