硅基锗锡合金材料外延生长机理研究

GeSn是新一代硅基异质结构材料，其晶格常数和带宽可以在大范围内进行调节，并有可能实现直接带隙，在硅基高效发光和探测、硅基红外器件、高效全光谱太阳能电池研制、硅基化合物材料制备等方面具有重要应用前景。课题将以外延生长高质量硅基GeSn合金材料为目标，采用低温锗或低温锗锡过渡层和复合过渡层技术，研究硅基GeSn合金外延中的应变弛豫、位错控制；采用创新的CVD与MBE结合的生长模式，以及气体原子表面修饰技术，研究Sn的分凝与表面状态和应变状态的关系，研究抑制Sn分凝的方法和途径；优化材料生长工艺，制备出高质量的硅基GeSn合金材料，并试制GeSn长波长光电探测器，为硅基光电子的发展提供坚实的新的材料基础。

GeSn是新一代硅基四族材料，其晶格常数和带宽可以在大范围内进行调节，并有可能实现直接带隙，在硅基高效发光和探测、硅基红外器件、高效全光谱太阳能电池研制等方面具有重要应用前景。课题以外延生长高质量硅基GeSn合金材料为目标。课题研究了硅基GeSn合金外延中的应变弛豫、位错控制，采用Ge过渡层技术减缓硅衬底上外延GeSn时的晶格失配，采用低温外延技术抑制Sn分凝。通过优化生长工艺，制备出Sn组分高达15.5%的高质量的硅基GeSn合金材料。并用生长的材料制备出响应波长拓展到2微米的GeSn长波长光电探测器和MOSFET器件。