專利名稱：銦砷/鎵砷量子點(diǎn)的分子束外延生長方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指化合物半導(dǎo)體銦砷/鎵砷(InAs/GaAs)量子點(diǎn)材料的分子束外延(MBE)生長方法。
背景技術(shù)：
在光通訊技術(shù)中，波長為1.3微米(μm)的光在光纜中傳播時(shí)損耗最小。因此，1.3μm半導(dǎo)體激光器在光通訊技術(shù)中具有關(guān)鍵性的作用。現(xiàn)在制作1.3μm激光器的半導(dǎo)體材料主要是銦鎵砷磷/銦磷(InGaAsP/InP)量子阱。上個世紀(jì)九十年代以后，由于量子點(diǎn)材料的基本性質(zhì)在理論上的優(yōu)越性，人們深入地研究和開發(fā)化合物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)量子點(diǎn)材料，特別是InAs/GaAs量子點(diǎn)材料。到目前已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。在半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用方面，從理論上預(yù)期的量子點(diǎn)材料所具有的優(yōu)越性基本上都得到了證實(shí)。因此，在不太遠(yuǎn)的將來，通過人們的不懈努力，在1.3μm半導(dǎo)體激光器技術(shù)上，InAs/GaAs量子點(diǎn)材料最終將取代InGaAsP/InP量子阱材料。
用MBE技術(shù)生長半導(dǎo)體量子點(diǎn)材料，量子點(diǎn)的基本性質(zhì)對MBE生長過程的工藝條件如沉積速率、組分、溫度等非常敏感。這種敏感性對于量子點(diǎn)的MBE生長技術(shù)即是缺點(diǎn)又是優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是這種敏感性使量子點(diǎn)材料性質(zhì)重復(fù)性差。優(yōu)點(diǎn)是利用這種敏感性通過調(diào)節(jié)MBE的工藝條件，在一定范圍內(nèi)得到所需要的量子點(diǎn)發(fā)光波長。
為了使InAs/GaAs量子點(diǎn)激光器工業(yè)化應(yīng)用，能夠用MBE技術(shù)穩(wěn)定地生長InAs/GaAs量子點(diǎn)材料，并且精確地控制它的性質(zhì)特別是發(fā)光波長是非常關(guān)鍵的。目前，用MBE得到發(fā)光在1.3μm附近的InAs/GaAs量子點(diǎn)主要是通過改變In(Ga)As/GaAs的組分或者沉積速率。這些方法使量子點(diǎn)面密度和發(fā)光波長等技術(shù)指標(biāo)相互牽制，限制了量子點(diǎn)性能的進(jìn)一步提高。另外，現(xiàn)在還沒有關(guān)于通過改變量子點(diǎn)的MBE生長工藝，在1.3μm附近精確控制量子點(diǎn)發(fā)光波長的研究報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種銦砷/鎵砷量子點(diǎn)的分子束外延生長方法，通過這種方法得到的InAs/GaAs量子點(diǎn)的性質(zhì)重復(fù)穩(wěn)定。它的發(fā)光波長用光熒光(PL)測得，能夠在1.23μm到1.31μm之間通過調(diào)節(jié)InAs層的MBE生長溫度精確地控制。
本發(fā)明一種銦砷/鎵砷量子點(diǎn)的分子束外延生長方法，是在鎵砷基體上分子束外延沉積兩層銦砷，通過調(diào)控變化第二層銦砷的沉積溫度，控制量子點(diǎn)的發(fā)光波長；其特征在于，包括如下步驟步驟1選擇一襯底；步驟2在該襯底上生長一層厚的外延層；步驟3在外延層上沉積第一銦砷層，通過控制第一銦砷層的生長溫度確定量子點(diǎn)面密度；步驟4在第一銦砷層上沉積鎵砷間隔層；步驟5在鎵砷間隔層上沉積第二銦砷層，第二銦砷層的生長溫度決定了量子的發(fā)光波長；步驟6在第二銦砷層上覆蓋鎵砷蓋層，完成器件的制作。
其中該襯底為鎵砷襯底。
其中外延層的厚度為300納米；其中沉積第一銦砷層的溫度為480-500℃的襯底溫度，沉積厚度為2-3ML。
其中沉積鎵砷間隔層的厚度為3-10納米。
其中沉積第二銦砷層的溫度為400-500℃的襯度溫度，沉積厚度為2-4ML。
其中覆蓋鎵砷蓋層的厚度為50-100納米。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中圖1是材料MBE結(jié)構(gòu)圖；圖2是所得到的InAs/GaAs量子點(diǎn)PL發(fā)光譜圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種InAs/GaAs量子點(diǎn)的MBE生長方法，是在GaAs基體上MBE沉積兩層分子單層(ML)的InAs，通過調(diào)控變化第二層InAs的沉積溫度，控制量子點(diǎn)的發(fā)光波長；包括如下步驟(請結(jié)合參閱圖1所示)步驟1選擇一襯底10，該襯底10為鎵砷襯底；步驟2在該襯底10上用MBE方法生長一層外延層20；步驟3在外延層20上沉積第一InAs層30，該沉積第一InAs層30的溫度為480-500℃的襯底溫度，沉積厚度為2-3ML；該第一InAs層30的生長溫度確定了量子點(diǎn)面密度；步驟4在第一InAs層30上沉積GaAs間隔層40，該GaAs間隔層40的厚度為3-10納米；步驟5在GaAs間隔層40上沉積第二InAs層50，沉積第二InAs層50的溫度為400-500℃的襯度溫度，沉積厚度為2-4M L；步驟6在第二InAs層50上覆蓋GaAs蓋層60，該GaAs蓋層60的厚度為50-100納米。
請參閱圖2，圖2是所得到的InAs/GaAs量子點(diǎn)PL發(fā)光譜，PL峰的位置隨第二InAs層生長襯底溫度的變化，可以在1.23到1.31μm之間調(diào)控。圖中標(biāo)為A、B、C、D的PL峰分別是在500℃、480℃、460℃、440℃的第二InAs層生長溫度下得到的量子點(diǎn)PL峰。這些PL峰的半峰寬在26meV以下，這說明所得到的量子點(diǎn)有比較好的均勻性。
權(quán)利要求
1.一種銦砷/鎵砷量子點(diǎn)的分子束外延生長方法，是在鎵砷基體上分子束外延沉積兩層銦砷，通過調(diào)控變化第二層銦砷的沉積溫度，控制量子點(diǎn)的發(fā)光波長；其特征在于，包括如下步驟步驟1選擇一襯底；步驟2在該襯底上生長一層厚的外延層；步驟3在外延層上沉積第一銦砷層，通過控制第一銦砷層的生長溫度確定量子點(diǎn)面密度；步驟4在第一銦砷層上沉積鎵砷間隔層；步驟5在鎵砷間隔層上沉積第二銦砷層，第二銦砷層的生長溫度決定了量子的發(fā)光波長；步驟6在第二銦砷層上覆蓋鎵砷蓋層，完成器件的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銦砷/鎵砷量子點(diǎn)的分子束外延生長方法，其特征在于，其中該襯底為鎵砷襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銦砷/鎵砷量子點(diǎn)的分子束外延生長方法，其特征在于，其中外延層的厚度為300納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銦砷/鎵砷量子點(diǎn)的分子束外延生長方法，其特征在于，其中沉積第一銦砷層的溫度為480-500℃的襯底溫度，沉積厚度為2-3ML。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銦砷/鎵砷量子點(diǎn)的分子束外延生長方法，其特征在于，其中沉積鎵砷間隔層的厚度為3-10納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銦砷/鎵砷量子點(diǎn)的分子束外延生長方法，其特征在于，其中沉積第二銦砷層的溫度為400-500℃的襯度溫度，沉積厚度為2-4ML。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銦砷/鎵砷量子點(diǎn)的分子束外延生長方法，其特征在于，其中覆蓋鎵砷蓋層的厚度為50-100納米。
全文摘要
一種銦砷/鎵砷量子點(diǎn)的分子束外延生長方法，是在鎵砷基體上分子束外延沉積兩層銦砷，通過調(diào)控變化第二層銦砷的沉積溫度，控制量子點(diǎn)的發(fā)光波長；其特征在于，包括如下步驟步驟1選擇一襯底；步驟2在該襯底上生長一層厚的外延層；步驟3在外延層上沉積第一銦砷層，通過控制第一銦砷層的生長溫度確定量子點(diǎn)面密度。步驟4在第一銦砷層上沉積鎵砷間隔層；步驟5在鎵砷間隔層上沉積第二銦砷層，第二銦砷層的生長溫度決定了量子的發(fā)光波長；步驟6在第二銦砷層上覆蓋鎵砷蓋層，完成器件的制作。
文檔編號H01L21/02GK1929154SQ20051008637
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者吳巨, 王寶強(qiáng), 朱戰(zhàn)平, 曾一平 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所