3、半导体δ掺杂：从理论到应用的全面解析

半导体δ掺杂：从理论到应用的全面解析

1. 引言

在半导体领域，δ掺杂技术作为一项关键技术，能够精确控制杂质分布，从而显著影响半导体的电学和光学特性。本文将深入探讨δ掺杂半导体中杂质的空间分布，详细介绍相关的实验方法、理论模型以及各种影响因素，旨在为半导体器件的设计和优化提供坚实的理论基础。

2. 评估杂质空间分布的实验方法

为了准确评估δ掺杂半导体中杂质的空间分布，主要采用了两种实验方法：电容 - 电压（CV） profiling和二次离子质谱（SIMS）。在优化条件下，这两种技术的分辨率均小于20 Å，非常适合用于研究杂质的空间分布。具体的实验材料包括Si、Be、C和Zn等杂质，以及GaAs和AlₓGa₁₋ₓAs等化合物半导体材料。大多数材料通过分子束外延（MBE）和气源MBE生长，而Zn掺杂则用于有机金属气相外延（OMVPE）生长的GaAs。

3. 杂质的空间定位

3.1 δ掺杂的定义

δ掺杂半导体中杂质的空间定位程度至关重要。只有当杂质能够在空间上被限制在半导体的一个或几个单层内时，δ掺杂半导体才具有可行性。为了清晰说明，图1展示了两种极端的杂质分布情况：δ掺杂量子阱和均匀掺杂量子阱。均匀掺杂量子阱可以看作是δ掺杂量子阱中杂质扩散的结果，即杂质分布宽度dz增加。

杂质的扩散会对半导体的子带结构和势阱形状产生显著影响。在δ掺杂半导体中，子带能量与n²/³成正比（n为子带索引）；而在均匀掺杂量子阱中，子带能量与n成正比，类似于谐振子势。因此，确定半导体仍可被视为δ掺杂的最大杂质扩散宽度成为一个关键问题。

当杂质的扩散宽度远小于基态波函数的空间范围时，掺杂分布可以被视