通过过剩载流子抑制半导体加工过程中的补偿性本征缺陷形成

在许多半导体中，补偿缺陷设定了掺杂极限，降低载流子迁移率并减少少数载流子寿命，从而限制了它们在器件中的应用。在许多情况下，本征缺陷是造成这一现象的原因，但当外源掺杂剂占据其他晶格位点时，也可能作为自身的补偿。在接近热平衡的加工过程中，抑制补偿缺陷的浓度十分困难，因为随着费米能级向多数能带边缘移动，形成焓会降低。例如通过光生引入的过剩载流子会改变半导体缺陷的形成焓，因此可以在晶体生长或退火过程中加以利用以抑制此类缺陷群体的形成。本文通过将标准准化学形式体系与适用于带隙中任何缺陷态的细致平衡描述相结合，为稳态过剩载流子浓度存在下的缺陷形成开发了一个严格且通用的模型。将准费米能级视为化学势，我们证明了增加少数载流子浓度会增加典型补偿中心的形成焓，从而抑制其形成。以标称未掺杂和外源 n 型掺杂 GaSb 中的本征 GaSb 反位受主为例说明了这一效应。该模型还预测了电离散射中心浓度的降低以及迁移率的增加。虽然我们的处理方法普遍适用于通过任何手段在半导体中注入或产生过剩载流子，但我们提供了一套在光辅助物理气相沉积中应用该概念的指导原则。