A theoretical study on the nonlinear transport of holes and of the nonequilibrium thermodynamic characteristics of -doped wurtzite gallium nitride (GaN), aluminium nitride (AlN), and indium nitride (InN), under the influence of moderate to high electric fields, is presented. It is based on a nonlinear quantum kinetic theory which provides a description of the dissipative phenomena developing in the system. The ultrafast time evolution of the hole drift velocity and of the quasitemperatures of holes and longitudinal optical phonons are obtained. The steady state is analyzed by determining the dependence on the electric field of the nonequilibrium thermodynamic state and of the non-Ohmic mobility. A velocity overshoot is evidenced.
REFERENCES
1.
S.
Nakamura
and G.
Fasol
, The Blue Laser Diode
(Springer
, Berlin, Germany
, 1997
).2.
GaN and Related Materials
, Series Optoeletronic Properties of Semiconductors and Superlattices
, edited by S. J.
Pearson
(Gordon and Breach
, New York
, 1997
).3.
S. N.
Mohammad
and H.
Morkoç
, Prog. Quantum Electron.
20
, 361
(1996
).4.
I.
Akasaki
and H.
Amano
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
36
, 5393
(1997
).5.
M. A.
Khan
, J. N.
Kuznia
, D. T.
Olson
, W. J.
Schaff
, J. W.
Burm
, and M. S.
Shur
, Appl. Phys. Lett.
65
, 1121
(1994
);M. A.
Khan
, Q.
Chen
, J. W.
Yang
, M. S.
Shur
, B. T.
Dermott
, and J. A.
Higgins
, IEEE Electron Device Lett.
17
, 325
(1996
);Q.
Chen
, J. W.
Yang
, R.
Gaska
, M. A.
Khan
, M. S.
Shur
, G. J.
Sullivan
, A. L.
Sailor
, J. A.
Higgins
, A. T.
Ping
, and I.
Adesida
, IEEE Electron Device Lett.
19
, 44
(1998
).6.
B.
Gelmont
, K.
Kim
, and M.
Shur
, J. Appl. Phys.
74
, 1818
(1993
).7.
N. S.
Mansour
, K. W.
Kim
, and M. A.
Littlejohn
, J. Appl. Phys.
77
, 2834
(1995
).8.
J.
Kolník
, I. H.
Oğuzman
, K. F.
Brennan
, R.
Wang
, P. P.
Ruden
, and Y.
Wang
, J. Appl. Phys.
78
, 1033
(1995
).9.
M.
Shur
, B.
Gelmont
, and M. A.
Khan
, J. Electron. Mater.
25
, 777
(1996
).10.
U. V.
Bhapkar
and M. S.
Shur
, J. Appl. Phys.
82
, 1649
(1997
).11.
S.
Krishnamurthy
, M.
Van Schilfgaarde
, and A.
Sher
, Appl. Phys. Lett.
71
, 1999
(1997
).12.
J. D.
Albrecht
, R. P.
Wang
, P. P.
Ruden
, M.
Farahmand
, and K. F.
Brennan
, J. Appl. Phys.
83
, 4777
(1998
).13.
J. D.
Albrecht
, R. P.
Wang
, P. P.
Ruden
, M.
Farahmand
, and K. F.
Brennan
, J. Appl. Phys.
83
, 1446
(1998
).14.
S. K.
O’Leary
, B. E.
Foutz
, M. S.
Shur
, U. V.
Bhapkar
, and L. F.
Eastman
, Solid State Commun.
105
, 621
(1998
).15.
S. K.
O’Leary
, B. E.
Foutz
, M. S.
Shur
, U. V.
Bhapkar
, and L. F.
Eastman
, J. Appl. Phys.
83
, 826
(1998
).16.
E.
Bellotti
, B. K.
Doshi
, K.
Brennan
, J. D.
Albrecht
, and P. P.
Ruden
, J. Appl. Phys.
85
, 916
(1999
).17.
B. E.
Foutz
, L. F.
Eastman
, U. V.
Bhapkar
, and M. S.
Shur
, Appl. Phys. Lett.
70
, 2849
(1997
).18.
E. W. S.
Caetano
, R. N.
Costa Filho
, V. N.
Freire
, and J. A. P.
Costa
, Solid State Commun.
110
, 469
(1999
).19.
B. E.
Foutz
, S. K.
O’Leary
, M. S.
Shur
, and L. F.
Eastman
, J. Appl. Phys.
85
, 7727
(1999
).20.
C. G.
Rodrigues
, V. N.
Freire
, J. A. P.
Costa
, A. R.
Vasconcellos
, and R.
Luzzi
, Phys. Status Solidi B
216
, 35
(1999
).21.
C. G.
Rodrigues
, A. R.
Vasconcellos
, R.
Luzzi
, and V. N.
Freire
, J. Appl. Phys.
98
, 043702
(2005
).22.
C. G.
Rodrigues
, A. R.
Vasconcellos
, and R.
Luzzi
, J. Phys. D
38
, 3584
(2005
);A. C.
Algarte
, A. R.
Vasconcellos
, and R.
Luzzi
, Phys. Rev. B
54
, 11311
(1996
);A. R.
Vasconcellos
, R.
Luzzi
, C. G.
Rodrigues
, and V. N.
Freire
, Appl. Phys. Lett.
82
, 2455
(2003
).23.
C. G.
Rodrigues
, A. R.
Vasconcellos
, and R.
Luzzi
, J. Appl. Phys.
99
, 073701
(2006
).24.
C. G.
Rodrigues
, A. R.
Vasconcellos
, R.
Luzzi
, and V. N.
Freire
, J. Appl. Phys.
98
, 043703
(2005
).25.
C. G.
Rodrigues
, V. N.
Freire
, A. R.
Vasconcellos
, and R.
Luzzi
, Appl. Phys. Lett.
76
, 1893
(2000
).26.
L.
Lauck
, A. R.
Vasconcellos
, and R.
Luzzi
, Physica A
168
, 789
(1990
).27.
D. N.
Zubarev
, Nonequilibrium Statistical Thermodynamics
(Consultants Bureau
, New York
, 1974
);D. N.
Zubarev
, V.
Morozov
, and G.
Röpke
, Statistical Mechanics of Nonequilibrium Processes
(Akademie
, Berlin, Germany
, 1996
), Vol. 1
; (Akademie
, Berlin, Germany
, 1997
), Vol. 2
, and 1997 respectively).28.
R.
Luzzi
, A. R.
Vasconcellos
, and J. G. P.
Ramos
, Predictive Statistical Mechanics: A Nonequilibrium Ensemble Formalism
(Kluwer Academic
, Dordrecht, The Netherlands
, 2002
).29.
R.
Luzzi
, A. R.
Vasconcellos
, and J. G. P.
Ramos
, Statistical Foundations of Irreversible Thermodynamics
(Teubner-Bertelsmann Springer
, Stuttgart, Germany
, 2000
).30.
M. P.
Allen
and D. J.
Tildesley
, Computer Simulation of Liquids
(Oxford University Press
, New York
, 1987
).31.
32.
D.
Jou
and J.
Casas-Vazquez
, Rep. Prog. Phys.
66
, 1937
(2003
).33.
R.
Luzzi
, A. R.
Vasconcellos
, J.
Casas-Vazquez
, and D.
Jou
, J. Chem. Phys.
107
, 7383
(1997
).34.
A.
Elci
, M. O.
Scully
, A. L.
Smirl
, and J. C.
Matter
, Phys. Rev. B
16
, 191
(1977
);J.
Collet
, T.
Amand
, and M.
Pugnet
, Phys. Lett.
96A
, 368
(1983
);A. R.
Vasconcellos
, A. C.
Algarte
, and R.
Luzzi
, Physica A
166
, 517
(1990
);also Chap. 6 in the book of Ref. 28.
35.
C. G.
Rodrigues
, A. R.
Vasconcellos
, and R.
Luzzi
, Solid State Commun.
140
, 135
(2006
).36.
J. R.
Madureira
, A. R.
Vasconcellos
, R.
Luzzi
, and L.
Lauck
, Phys. Rev. E
57
, 3637
(1998
).37.
C. G.
Rodrigues
, A. R.
Vasconcellos
, and R.
Luzzi
, Transp. Theory Stat. Phys.
29
, 733
(2000
).38.
J. M.
Ziman
, Electrons and Phonons: The Theory of Transport Phenomena in Solids
(Claredon
, Oxford, UK
, 1960
).39.
K.
Kim
, W. R. L.
Lambrecht
, B.
Segall
, and M.
van Schilfgaarde
, Phys. Rev. B
56
, 7363
(1997
).40.
W. M.
Yim
, E. J.
Stofko
, P. J.
Zanzucchi
, J. I.
Pankove
, M.
Ettenberg
, and S. L.
Gilbert
, J. Appl. Phys.
44
, 292
(1973
).41.
V. W. L.
Chin
, T. L.
Tansley
, and T.
Osotchan
, J. Appl. Phys.
75
, 7365
(1994
).42.
S. K.
O’Leary
, B. E.
Foutz
, M. S.
Shur
, U. V.
Bhapkar
, and L. F.
Eastman
, Solid State Commun.
105
, 621
(1998
).43.
Y. C.
Yeo
, T. C.
Chong
, M. F.
Li
, J. Appl. Phys.
83
, 1429
(1998
).44.
S.
Strite
, J.
Ran
, Z.
Li
, A.
Salvador
, H.
Chen
, D. J.
Smith
, W. J.
Choyke
, H.
Morkoc
, J. Vac. Sci. Technol. B
9
, 1924
(1991
).45.
A. S.
Barker
, Jr. and M.
Ilegems
, Phys. Rev. B
7
, 743
(1973
).46.
M. E.
Sherwin
and T. J.
Drummond
, J. Appl. Phys.
69
, 8423
(1991
).47.
M.
Shur
, B.
Gelmont
, M.
Asif Khan
, J. Electron. Mater.
25
, 777
(1996
).48.
R.
Luzzi
and A. R.
Vasconcellos
, in Semiconductors Processes Probed by Ultrafast Laser Spectroscopy
, edited by R. R.
Alfano
(Academic
, New York
, 1984
), Vol. 1
, pp. 135
–169
.49.
V. N.
Freire
, A. R.
Vasconcellos
, and R.
Luzzi
, Solid State Commun.
66
, 683
(1988
).50.
V. N.
Freire
, A. R.
Vasconcellos
, and R.
Luzzi
, Phys. Rev. B
39
, 13264
(1989
).© 2007 American Institute of Physics.
2007
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
