基于異質結電容-電壓法測量應變Ge的禁帶寬度的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及半導體技術領域，具體設及一種基于異質結電容-電壓法測量應變Ge 的禁帶寬度的方法。
【背景技術】
[0002] 錯材料的電子遷移率和空穴遷移率都比娃材料的高，并且錯工藝與標準娃工藝兼 容。Ge屬于間接帶隙材料，間接帶的福射復合過程需要聲子的參與，因此其發(fā)光效率低于傳 統(tǒng)的III-V族材料。然而Ge的直接帶與間接帶導帶底之間在室溫下僅相差136meV，而直接 帶的福射復合效率要比間接帶的高3-5個量級，如果能實現(xiàn)Ge的直接帶隙發(fā)光，它的直接 帶發(fā)光效率將和III-V族材料相當。其中關鍵的問題是如何使載流子更多的填充到Ge的 直接帶能谷中。通過應變和滲雜的辦法是解決該一關鍵問題的有效途徑。
[0003] 無論是在高速集成電路，還是在發(fā)光器件中，錯材料在未來半導體行業(yè)的發(fā)展中 都起著舉足輕重的作用。應變Ge/In,Gai_,As異質結應用于高速微電子和光電子器件有明顯 優(yōu)勢，而Ge材料的禁帶寬度是實現(xiàn)和優(yōu)化應用目標的關鍵參數(shù)。因此，在應用分析中Ge的 禁帶寬度是十分必要的。
[0004] 目前對應變Ge的禁帶寬度尚未有確定的值可用，通常都是通過薄膜的吸收光譜 和發(fā)光光譜來確定其光學帶隙作為應變Ge的禁帶寬度，然而由于半導體的發(fā)光機制和電 輸運過程有著本質的區(qū)別，該種近似無疑會影響電學特性的研究結果。另外，也有人通過傳 統(tǒng)的方法測量，如深能級瞬態(tài)譜法、導納譜法、電導法、MOSC-V法等。在各種方法中，應變 Ge的禁帶寬度依據(jù)相應測量數(shù)據(jù)，然后通過相應理論公式提取得到。該些技術的實驗結果 與理論數(shù)據(jù)都符合較好，但是它們的過程比較復雜。通過光巧光譜任L巧和光壓譜（PVS) 雖可確定最窄能帶隙，但是它們卻很難適用于含有pn結的材料。

【發(fā)明內容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于異質結電容-電壓法測量應變Ge的禁帶 寬度的方法，首先根據(jù)Ge異質pn結偏置電壓與勢壘電容（C-V)的實驗數(shù)據(jù)，推算出接觸電 勢差，然后再通過異質結載流子濃度與禁帶寬度的關系，計算出Ge界面的價帶偏移量AEy, 并利用AEy與導帶偏移量AE。的關系進而求得Ge應變層的禁帶寬度。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：
[0007] 基于異質結電容-電壓法測量應變Ge的禁帶寬度的方法，包括如下步驟：
[000引 S1、計算異質pn結勢壘區(qū)寬度Xd
[0009] 設Ge^nxGai_xAspn結中P型和n型半導體的雜質都是均勻分布的，其滲雜濃度分 別為NA和ND;在pn結上施加反向電壓V，通過W下公式計算Ge^rixGai_xAs異質pn結勢壘 區(qū)寬度XD:
[0010]
(1)
[0011] 式中，和e汾別為P型和n型半導體的介電常數(shù)，Vd為pn結的接觸電勢差；
[0012] S2、計算勢壘區(qū)電荷總量
[0013] 勢壘區(qū)的正、負電荷的總量相等，其絕對值設為Q，由（1)式可得Q為：
[0014]
(2)
[0015] S3、計算接觸電勢差Vd
[0016] 設A為結面積，由微分電容的定義，從似式可得Ge^rixGai_xAs異質pn結勢壘電 容Ct和外加反偏壓V的關系；
[0017]
(3)
[0018] 將實驗所得的Ge^rixGai_xAs反偏pn結的C-V特性曲線的勢壘電容Ct和外加電壓 V代入（3)式，計算接觸電勢差Vd;通過1/(Ct)2與外加電壓的線性關系外推得到接觸電勢 差；
[0019]S4、計算Ge^rixGai_xAs界面處的Ge價帶偏移量AEv和導帶偏移量AE。
[0020] 在熱平衡狀態(tài)下，對于n型In,Gai_xAs和P型Ge組成的異質pn結，空穴由P型Ge 價帶到n型111腳1_/8價帶遇到的勢壘高度為（qVAEv)，那么，n型IrixGai_xAs中少子空穴 濃度Pi與P型Ge中多子空穴濃度P2之間的關系為：
[0021]
(4)
[0022] 式中，K。是玻耳茲曼常數(shù)，T是溫度，AEV是Ge/InxGai_xAs異質pn結界面Ge的價 帶偏移量；利用近似關系叫=Ndi, 口2二Na2,且有
[0023] riiPi=n (5)
[0024] 式中，叫1是晶體Ge的本征載流子濃度；
[0025] S5、根據(jù)已經計算出的接觸電勢差和Ge/In,Gai_,As異質pn結的相關物理參數(shù)，由 (4)式和妨式計算出Ge/In腳i_xAs界面處的Ge價帶偏移量AEv,再由Ge的價帶偏移量 AEy與其導帶偏移量AE。的關系計算出導帶偏移量AE。；
[0026] S6、通過W下公式計算Ge的禁帶寬度；
[0027]
(6)
[00測式中，AEg,Ge(T)為基于In腳i_xAs禁帶寬度的Ge禁帶寬度變化量。
[0029] 其中，對于n型Ge與P型IrixGai_xAs構成的異質pn結，其原理相同。
[0030] Ge/In腳i_xAs異質pn結勢壘電容與偏置電壓之間存在一定的理論關系，通過實驗 可得到其C-V特性曲線。pn結正偏電容比反偏電容大，但pn結處在正向置電偏壓時，正向 電壓會使耗盡層內載流子數(shù)目增加而產生擴散電容，造成勢壘電容的實驗數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù) 偏差較大，對計算Ge禁帶寬度的精度產生影響。因此，本具體實施采用反向偏置條件下Ge/ In腳i_xAs異質pn結的C-V特性分析Ge應變層禁帶寬度。
[0031] 本發(fā)明具有W下有益效果：
[0032] 基于應變Ge^riyGai_yAs異質pn結的C-V特性曲線，通過相應的理論關系提取Ge 禁帶寬度的技術。采用該技術得到的實驗結果與理論計算及文獻報道的結果均符合較好。 本技術相對簡單、實用，物理意義清晰，而且還可W直接分析Ge器件中的Ge禁帶寬度，為應 變Ge材料及器件的研究提供了方便有效的技術手段。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發(fā)明實施例一種基于異質結電容-電壓法測量應變Ge的禁帶寬度的方 法的流程圖。
[0034] 圖2為本發(fā)明實施例一種基于異質結電容-電壓法測量應變Ge的禁帶寬度的方 法中異質結能帶結構示意圖；
[0035] 圖中，Ep表示費米能級，AEAEv表示導帶和價帶的偏移量，Egi，Eg2分別表示2種 半導體的禁帶寬度。
【具體實施方式】
[0036] 為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，W下結合實施例對本發(fā)明進行進一步 詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā) 明。
[0037] 如圖1所述，本發(fā)明具體實施提供了一種基于異質結電容-電壓法測量應變Ge的 禁帶寬度的方法，包括如下步驟：