[发明专利]基于异质结电容-电压法测量应变Ge的禁带宽度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种基于异质结电容-电压法测量应变Ge的禁带宽度的方法。

背景技术

锗材料的电子迁移率和空穴迁移率都比硅材料的高，并且锗工艺与标准硅工艺兼容。Ge属于间接带隙材料，间接带的辐射复合过程需要声子的参与，因此其发光效率低于传统的III-V族材料。然而Ge的直接带与间接带导带底之间在室温下仅相差136meV，而直接带的辐射复合效率要比间接带的高3-5个量级，如果能实现Ge的直接带隙发光，它的直接带发光效率将和III-V族材料相当。其中关键的问题是如何使载流子更多的填充到Ge的直接带能谷中。通过应变和掺杂的办法是解决这一关键问题的有效途径。

无论是在高速集成电路，还是在发光器件中，锗材料在未来半导体行业的发展中都起着举足轻重的作用。应变Ge/In_xGa_1-xAs异质结应用于高速微电子和光电子器件有明显优势，而Ge材料的禁带宽度是实现和优化应用目标的关键参数。因此，在应用分析中Ge的禁带宽度是十分必要的。

目前对应变Ge的禁带宽度尚未有确定的值可用，通常都是通过薄膜的吸收光谱和发光光谱来确定其光学带隙作为应变Ge的禁带宽度，然而由于半导体的发光机制和电输运过程有着本质的区别，这种近似无疑会影响电学特性的研究结果。另外，也有人通过传统的方法测量，如深能级瞬态谱法、导纳谱法、电导法、MOS C-V法等。在各种方法中，应变Ge的禁带宽度依据相应测量数据，然后通过相应理论公式提取得到。这些技术的实验结果与理论数据都符合较好，但是它们的过程比较复杂。通过光荧光谱(PLS)和光压谱(PVS)虽可确定最窄能带隙，但是它们却很难适用于含有pn结的材料。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于异质结电容-电压法测量应变Ge的禁带宽度的方法，首先根据Ge异质pn结偏置电压与势垒电容(C-V)的实验数据，推算出接触电势差，然后再通过异质结载流子浓度与禁带宽度的关系，计算出Ge界面的价带偏移量ΔE_v，并利用ΔE_v与导带偏移量ΔE_c的关系进而求得Ge应变层的禁带宽度。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于异质结电容-电压法测量应变Ge的禁带宽度的方法，包括如下步骤：

S1、计算异质pn结势垒区宽度X_D

设Ge/In_xGa_1-xAs pn结中p型和n型半导体的杂质都是均匀分布的，其掺杂浓度分别为NA和ND；在pn结上施加反向电压V，通过以下公式计算Ge/In_xGa_1-xAs异质pn结势垒区宽度XD：