梯度组分固溶体(Si2)1-x(GaP)x的锡溶液熔体生长机制及其光电性能优化研究

（编辑推荐）本研究通过锡溶液熔体法在Si(111)衬底上生长出组分梯度变化的(Si2)1-x(GaP)x固溶体薄膜，利用高温XRD（X射线衍射）确定纳米团簇尺寸并优化生长参数，将位错密度控制在2·104-9·104 cm?2范围，显著拓宽了光谱响应范围，为异质结光电器件性能提升提供新思路。

　　

亮点

材料与方法

采用垂直石英反应器与水平衬底装置，通过锡溶液熔体生长梯度带隙固溶体(Si₂)_1-x(GaP)_x。系统配备高精度温控器VRT，可编程控制熔体冷却过程。外延层生长采用双衬底限域的小体积锡熔体，首先生长在氢气氛中完成以避免氧化，衬底为化学机械抛光处理的Si(111)单晶片。

结果与讨论

直接生长GaP外延膜会因GaP与Si热膨胀系数(TEC)差异导致缺陷。研究发现锡熔体中Ga/P以GaP纳米团簇形式存在（非游离态），通过调控温度（XRD证实）可实现组分梯度变化。位错密度低至2·10⁴ cm^?2，光谱响应范围显著扩展。

总结

1. 1.

   高温XRD确定纳米团簇尺寸，建立单周期梯度组分固溶体的最优结晶起始温度；

2. 2.

   GaP纳米团簇预形成机制助力晶体完美性；

3. 3.

   组分梯度缓冲层有效缓解晶格失配，位错密度降低两个数量级。

作者贡献声明

A. Sh. Razzokov：撰写初稿及修订；V.V. Girzhon：方法论与数据验证；I.I. Shtablavyi：软件与数据处理。

利益冲突声明

作者声明无已知竞争性财务利益。