重掺B对应变SiGe材料能带结构的影响

姚 飞; 薛春来; 成步文; 王启明

doi:10.7498/aps.56.6654

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重掺B对应变SiGe材料能带结构的影响

姚飞 , 薛春来 , 成步文 , 王启明

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重掺B对应变SiGe材料能带结构的影响

姚飞, 薛春来, 成步文, 王启明

物理学报, 2007, 56(11): 6654-6659.

doi: 10.7498/aps.56.6654

Band gap Narrowing in heavily B doped Si1－xGex strained layers

Yao Fei, Xue Chun-Lai, Cheng Bu-Wen, Wang Qi-Ming

Acta Phys. Sin., 2007, 56(11): 6654-6659.

doi: 10.7498/aps.56.6654

摘要
硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBT)一般以重掺硼(B)的应变SiGe层作为基区.精确表征SiGe材料能带结构对SiGe HBT的设计具有重要的意义.在应变SiGe材料中，B的重掺杂一方面会因为重掺杂效应使带隙收缩，另一方面，B的引入还会部分补偿Ge引起的应变，从而改变应变引起的带隙变化.在重掺B的应变SiGe能带结构研究中，采用半经验方法，考虑了B的应变补偿作用对能带的影响，对Jain-Roulston模型进行修正，并分析了重掺杂引起的带隙收缩在导带和价带的分布.

关键词:
SiGe材料 /

应变 /

带隙收缩(BGN) /

Jain-Roulston模型
Abstract
This paper presents a comprehensive study of the effect of heavy B doping and strain in Si1-xGex strained layers. On the one hand, bandgap narrowing (BGN) will be generated due to the heavy doping, on the other hand, the dopant boron causes shrinkage in the lattice constant of SiGe materials, thus will compensate for part of the strain. Taking the strain compensation of B into account for the first time and uesing the with semi-empirical method, the Jain-Roulston model is modified. And the real BGN distributed between the conduction and valence bands is calculated, which is important for the accurate design of SiGe HBTs.

Keywords:
SiGe layer /

strain /

band gap narrowing /

Jain-Roulston model
作者及机构信息
姚飞,

薛春来,

成步文,

王启明

1.
中国科学院半导体研究所集成光电子国家重点实验室，北京 100083

基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号：2006AA03Z415)，国家重点基础研究发展规划(批准号：2006CB302802和2007CB613404)和国家自然科学基金(批准号：60336010，60676005)资助的课题.
Authors and contacts
Yao Fei,

Xue Chun-Lai,

Cheng Bu-Wen,

Wang Qi-Ming

1.
中国科学院半导体研究所集成光电子国家重点实验室，北京 100083
参考文献

施引文献

[1]	袁用开, 陈茜, 高廷红, 梁永超, 谢泉, 田泽安, 郑权, 陆飞. GaAs晶体在不同应变下生长过程的分子动力学模拟. 物理学报, 2023, 0(0): . doi: 10.7498/aps.72.20221860
[2]	潘凤春, 林雪玲, 王旭明. 应变对(Ga, Mo)Sb磁学和光学性质影响的理论研究. 物理学报, 2022, 71(9): 096103. doi: 10.7498/aps.71.20212316
[3]	姜楠, 李奥林, 蘧水仙, 勾思, 欧阳方平. 应变诱导单层NbSi₂N₄材料磁转变的第一性原理研究. 物理学报, 2022, 71(20): 206303. doi: 10.7498/aps.71.20220939
[4]	卢群林, 杨伟煌, 熊飞兵, 林海峰, 庄芹芹. 双轴向应变对单层GeSe气体传感特性的影响. 物理学报, 2020, 69(19): 196801. doi: 10.7498/aps.69.20200539
[5]	王鑫, 李桦, 董正超, 仲崇贵. 二维应变作用下超导薄膜LiFeAs的磁性和电子性质. 物理学报, 2019, 68(2): 027401. doi: 10.7498/aps.68.20180957
[6]	邓春雨, 侯尚林, 雷景丽, 王道斌, 李晓晓. 单模光纤中用声波导布里渊散射同时测量温度和应变. 物理学报, 2016, 65(24): 240702. doi: 10.7498/aps.65.240702
[7]	宋建军, 包文涛, 张静, 唐昭焕, 谭开洲, 崔伟, 胡辉勇, 张鹤鸣. (100)Si基应变p型金属氧化物半导体[110]晶向电导率有效质量双椭球模型. 物理学报, 2016, 65(1): 018501. doi: 10.7498/aps.65.018501
[8]	白敏, 宣荣喜, 宋建军, 张鹤鸣, 胡辉勇, 舒斌. 压应变Ge/(001)Si1-xGex空穴散射与迁移率模型. 物理学报, 2015, 64(3): 038501. doi: 10.7498/aps.64.038501
[9]	王疆靖, 邵瑞文, 邓青松, 郑坤. 应变加载下Si纳米线电输运性能的原位电子显微学研究. 物理学报, 2014, 63(11): 117303. doi: 10.7498/aps.63.117303
[10]	谢剑锋, 曹觉先. 六角氮化硼片能带结构的应变调控. 物理学报, 2013, 62(1): 017302. doi: 10.7498/aps.62.017302
[11]	吴木生, 徐波, 刘刚, 欧阳楚英. 应变对单层二硫化钼能带影响的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(22): 227102. doi: 10.7498/aps.61.227102
[12]	黄诗浩, 李成, 陈城钊, 郑元宇, 赖虹凯, 陈松岩. N型掺杂应变Ge发光性质. 物理学报, 2012, 61(3): 036202. doi: 10.7498/aps.61.036202
[13]	任晓栋, 刘建军, 张文清. 应变对层状锰系锂离子电池正极材料输出电压的影响. 物理学报, 2012, 61(18): 183101. doi: 10.7498/aps.61.183101
[14]	顾芳, 张加宏, 杨丽娟, 顾斌. 应变石墨烯纳米带谐振特性的分子动力学研究. 物理学报, 2011, 60(5): 056103. doi: 10.7498/aps.60.056103
[15]	崔玉亭, 游素琴, 武亮, 马勇, 陈京兰, 潘复生, 吴光恒. Ni53.2Mn22.6Ga24.2单晶的两步热弹性马氏体相变及其应力应变特性. 物理学报, 2009, 58(12): 8596-8601. doi: 10.7498/aps.58.8596
[16]	姚文杰, 俞重远, 刘玉敏, 芦鹏飞. 基于连续弹性理论分析量子线线宽对应变分布和带隙的影响. 物理学报, 2009, 58(2): 1185-1189. doi: 10.7498/aps.58.1185
[17]	张开骁, 陈敦军, 沈波, 陶亚奇, 吴小山, 徐金, 张荣, 郑有炓. 表面钝化前后Al0.22Ga0.78N/GaN异质结势垒层应变的高温特性. 物理学报, 2006, 55(3): 1402-1406. doi: 10.7498/aps.55.1402
[18]	刘玉敏, 俞重远, 杨红波, 黄永箴. InAs/GaAs透镜形量子点超晶格材料的纵向和横向周期对应变场分布的影响. 物理学报, 2006, 55(10): 5023-5029. doi: 10.7498/aps.55.5023
[19]	王焕友, 曹晓平, 蒋亦民, 刘佑. 静止颗粒体的应变与弹性. 物理学报, 2005, 54(6): 2784-2790. doi: 10.7498/aps.54.2784
[20]	成步文, 姚飞, 薛春来, 张建国, 李传波, 毛容伟, 左玉华, 罗丽萍, 王启明. 带隙法测定SiGe/Si材料的应变状态. 物理学报, 2005, 54(9): 4350-4353. doi: 10.7498/aps.54.4350

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物理学报. 2007, 56(11): 6654-6659.

doi: 10.7498/aps.56.6654.

重掺B对应变SiGe材料能带结构的影响

1. 中国科学院半导体研究所集成光电子国家重点实验室，北京 100083

基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号：2006AA03Z415)，国家重点基础研究发展规划(批准号：2006CB302802和2007CB613404)和国家自然科学基金(批准号：60336010，60676005)资助的课题.

收稿日期: 2007-02-21
修回日期: 2007-03-21
刊出日期: 2007-11-20

摘要: 硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBT)一般以重掺硼(B)的应变SiGe层作为基区.精确表征SiGe材料能带结构对SiGe HBT的设计具有重要的意义.在应变SiGe材料中，B的重掺杂一方面会因为重掺杂效应使带隙收缩，另一方面，B的引入还会部分补偿Ge引起的应变，从而改变应变引起的带隙变化.在重掺B的应变SiGe能带结构研究中，采用半经验方法，考虑了B的应变补偿作用对能带的影响，对Jain-Roulston模型进行修正，并分析了重掺杂引起的带隙收缩在导带和价带的分布.

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