Effect of the Conduction Band Offset on the Performance of GaAs/AlxGa1 – xAs Resonant Tunneling Diode

Abstract

У роботі представлено дослідження впливу зсуву зони провідності та молярної частки алюмінію на характеристики резонансного тунельного діода GaAs/AlxGa1 – xAs з використанням повного квантового моделювання. Моделювання базується на самоузгодженому розв'язанні рівняння Пуассона та рівняння Шредінгера з відкритими граничними умовами в рамках формалізму нерівноважної функції Гріна. Структура резонансного тунельного діода складається з вузької забороненої зони 2 нм, квантова яма GaAs затиснута між двома тонкими широкозонними бар'єрами з AlGaAs шириною 2 нм. Ці три шари затиснуті між двома нелегованими роздільними шарами з GaAs шириною 15 нм, які з'єднані з двома великими резервуарами контактів GaAs з високим вмістом легуючих домішок (1018 см – 3) завширшки 12 нм. Досліджено вплив змінної молярної частки Al на зону провідності, функцію пропускання та вихідним струм. Результати моделювання показують, що характеристики пристрою можуть бути покращені шляхом правильного вибору молярної частки.

This paper presents the effects of conduction band offset and aluminum mole fraction on performance of GaAs/AlxGa1 – xAs resonant tunneling diode using full quantum simulation. The simulation is based on a self-consistent solution of the Poisson equation and Schrodinger equation with open boundary conditions, within the non-equilibrium Green function formalism. A resonant tunneling diode structure consists of a 2 nm narrow band gap, a quantum well of GaAs is sandwiched between two thin wide band gap barriers of AlGaAs with a width of 2 nm. These three layers are sandwiched between two un-doped GaAs spacer layers with a width of 15 nm that are connected to two large reservoirs of high dopant GaAs contacts (1018 cm – 3) with a width of 12 nm. The effects of varying Al mole fraction are investigated in terms of the conduction band, transmission function and output current. Simulation results illustrate that the device performance can be improved by proper selection of the mole fraction.