人工晶体学报

作者：贾梦江, 黄文奇, 王海, 郑军

单位：1.北京信息科技大学理学院，北京 102206；2.中国科学院半导体研究所，光电子材料与器件全国重点实验室，北京 100083；3.中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049

关键词：锗铅合金,非替位点缺陷,形成能,键能,结合能,密度泛函理论,第一性原理计算,

基金：国家自然科学基金(11604016);国家自然科学基金(62250010);国家自然科学基金(62090054);国家自然科学基金(62274160);北京信息科技大学科研水平提升计划重点培养计划(2020KYNH222)

锗铅合金是当前最有前景的硅基高效发光材料之一，但在生长过程中铅容易发生表面偏析，导致很难获得高质量且高铅组分的合金。本文从铅表面偏析的微观机制入手，采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算方法，研究不同铅组分锗铅合金中替位铅和非替位点缺陷（VPbV）的性质随铅组分和掺杂条件的变化规律。研究表明，随着铅组分增加，替位铅的形成能升高，VPbV的形成能降低，这表明铅更容易发生表面偏析。当锗铅掺杂氢元素时，替位铅的形成能相对于未掺杂时降低，VPbV形成能相对于未掺杂时升高，这表明掺氢有助于抑制铅的表面偏析。并且，氢浓度越大，抑制铅表面偏析的效果越好。这些理论结果很好地解释了铅表面偏析的实验规律。本研究不仅可为锗铅合金的材料生长提供理论指导，相关的研究思想方法还可以扩展到其他IV族合金的研究中。

来源：2025年第12期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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