なだれ降伏とツェナー降伏の不純物濃度

質問

なだれ降伏ではpn接合の不純物濃度は低い場合に起こりやすく、ツェナー降伏では高い場合に起こりやすいと聞きますが、これはなぜなのかわかりません。

自分なりに考えた答えは、不純物濃度によって空乏層の厚みを変えている。つまり、なだれ降伏とツェナー降伏は空乏層の厚みの差で区別できる。なんですけど、足りない点とかありそうで・・・

おねがいします。

回答No.1

gontarohk · ベストアンサー

>自分なりに考えた答えは、不純物濃度によって空乏層の厚みを変えている。つまり、なだれ降伏とツェナー降伏は空乏層の厚みの差で区別できる。なんですけど、足りない点とかありそうで・・・

その通りです。なだれ降伏が起こる電圧は、電子と正孔のイオン化率を空乏層に渡って積分した値によって、ほぼ決まります。（もう少し厳密な式は、アバランシェフォトダイオードなどの教科書に載っています。）不純物密度が小さいと、空乏層幅が広がりますので、小さいイオン化率で（すなわち低い電界で）なだれ降伏が起こります。
一方、純物密度が大きいと、空乏層幅が狭く、高電界でなければなだれ降伏が起こりません。高電界ではトンネル効果が起こりますので、これによるツェナー降伏がなだれ降伏よりも先に起こってしまうのです。
もちろん、トンネル効果はバンドギャップが小さいほど、また、有効質量が小さいほど起こりやすくなりますので、なだれ降伏とツェナー降伏のどちらが起こるかの境目の不純物密度は、バンドギャップが小さく有効質量が小さい半導体ほど小さくなります。

お礼

ありがとうございます。
丁寧に説明していただいているので、整理が付いてスッキリしました☆