[發明專利]基于分叉納米線的多端量子調控器件的制備方法

有效

• 申請號: 201310503797.2
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN103531441A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 喻穎;李密鋒;賀繼方;査國偉;徐建星;尚向軍;王莉娟;倪海橋;賀振宏;牛智川
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;B82Y10/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明屬于半導體材料與器件技術領域，涉及一種基于分叉納米線的多端量子調控器件的制備方法。

背景技術

半導體自組織量子點因其具有“類原子”特性，是目前量子物理和量子信息器件研究最重要的固態量子結構之一。基于量子點的高品質單光子的發射、讀取、操縱、存儲以及并行計算等是熱點研究方向。而單量子點的可控制備(如精確定位、有序擴展、與光學諧振腔耦合等)并實現可調控的光電器件的制備是目前面臨的挑戰性問題。

采用傳統S-K模式生長的量子點存在位置隨機性的問題而影響其與微腔的有效耦合，圖形法生長量子點中，其傳統的圖形化襯底均是通過電子束光刻的技術實現的，不可避免的機械應力性非復合中心導致目前所獲得的定位量子點存在發光效率低、光譜半寬過大的問題。采用分子束外延生長自催化生長的III-V族納米線及其納米光電器件研究成為新型納米光電器件和量子信息研究領域的熱點。將量子點與納米線結合，不僅能夠極大地改善量子點光電特征，產生新奇量子效應，而且在一定程度上實現了對量子點的定位。

然而，自催化生長的納米線量子點結構由于界面結合能的差異，很難將量子點垂直嵌入納米線中，不可避免的應力導致分叉納米線的形成而影響發光效率。因而克服圖形法制備量子點光電性質有限的局限性，提出新型的可控的結構，避免繁瑣的制備工藝實現隔離單個量子點的制備，同時有效地實現納米線與量子點的結合與電調控，具有很重要的理論研究與實踐應用的價值。

另一方面，Si基互聯光電器件的研究也進入一個瓶頸。通過納米線的異質兼容優勢，將Si基與三五族光電器件結合起來，為將來的Si基網絡集成系統掀開了嶄新的篇章。

發明內容

為解決上述的一個或多個問題，本發明的目的在于提供一種基于分叉納米線的多端量子調控器件的制備方法，它的制備工藝簡單，結構新穎可控，易隔離出單個量子點，并提供了Si基量子網絡集成系統的一種實現方案。

本發明提供一種基于分叉納米線的多端量子調控器件的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：取一Si襯底，該Si襯底的表面存在自然形成的二氧化硅薄層；

步驟2：對Si襯底進行清洗；

步驟3：采用自催化的方法，在二氧化硅層上生長GaAs納米線，對該GaAs納米線選擇性進行N型或P型摻雜；

步驟4：采用高As壓處理消耗GaAs納米線頂端的Ga液滴，抑制GaAs納米線的頂端VLS生長；

步驟5：在低As壓的環境中，在GaAs納米線的側壁上低速淀積InAs量子點；

步驟6：在InAs量子點上生長GaAs層，形成分叉結構基片；

步驟7：在分叉結構基片上覆蓋AlGaAs勢壘層；

步驟8：在AlGaAs勢壘層的表面生長GaAs保護層，進行工藝制備形成可調控多端量子器件，完成制備。

從上述技術方案可以看出，本發明制備納米線量子點多端量子調控器件具有以下有益效果：

(1)本發明采用自催化方法形成分叉納米線量子點結構，其密度與位置均能定量的控制，可以實現單根分叉納米線上生長單個量子點，避免了傳統制備量子器件過程中繁瑣的隔離工藝。

(2)本發明將量子點與具有二維限制作用的納米線結合起來，對載流子具有更好的三維限制作用，預示更好的光電學性質。

(3)本發明在MBE中利用自催化生長納米線的成熟技術，具有流程簡單、重復性高的優點，同時納米線的特征尺寸均勻，具備大規模制備量子器件的可能；

(4)這種分叉納米線量子點是生長在Si襯底上的，這為實現Si基光子互聯、波導耦合等量子器件提供了新思路：通過控制分叉點位置實現多通道量子器件，在量子點周圍摻雜實現多端調控量子電學器件等等。

附圖說明

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明，其中：

圖1為本發明的制備流程圖；

圖2為采用本方法生長的納米線結構示意圖；

圖3為采用本方法的進行工藝制備的量子多端器件的結構示意圖。

具體實施方式