[發明專利]采用AFM納米壓印圖形襯底生長定位量子點的MBE方法

無效

• 申請號: 201310594632.0
• 申請日: 2013-11-21
• 公開（公告）號: CN103594334A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 査國偉;牛智川;倪海橋;尚向軍;賀振宏
• 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;B82Y40/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明屬于半導體材料與器件技術領域，涉及一種采用原子力顯微鏡(AFM)納米壓印圖形襯底生長定位量子點的MBE方法。

背景技術

量子點材料由于其獨特的載流子三維限制作用形成了一系列分立的能級，在傳統光電子器件如激光器、探測器、LED等有著廣泛的應用，同時單個量子點作為一個類原子系統表現出了獨特的量子限制效應，作為單光子源也越來越受到廣泛的關注。傳統的量子點制備方式包括液滴法、S-K自組織法以及圖形襯底的定位生長方法等，其中液滴法和S-K法由于自組織法本身隨機性的特點無法對量子點的位置與密度實現完全的定量控制，這一點對于量子點基單光子源器件的測試、制備均是致命的缺陷，同時不利于壓制多光子發射的概念。特別地，液滴法一般均是通過低溫法制備，實驗表明其光電子性質遠弱于S-K自組織法制備的量子點。利用圖形法制備量子點在量子點的定位與器件制備方面有很大的優勢，但是傳統的圖形襯底主要依賴于電子束曝光等工藝，無法克服工藝精度低、機械損傷大的缺點，文獻報道圖形襯底制備的量子點在單色性與發光強度方面均存在很大的局限性。

原子力顯微鏡(AFM)作為一種傳統的納米級表征設備，近年來隨著探針技術的發展，利用探針的接觸模式對材料表面進行修飾成為可能，利用AFM制備納米量級的圖形襯底為定位量子點等材料的制備提供了無限可能。利用原子力顯微鏡制備圖形襯底生長定位量子點具有工藝簡單、精度高、機械損傷小、污染少的優點，結合了圖形襯底的定位優點與S-K模式生長良好的光電學性質兩方面優點，為量子點基單光子源走向實用化鋪平了道路。

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，提供一種采用AFM納米壓印圖形襯底生長定位量子點的MBE方法，本方法特別適用于量子點單光子源材料外延生長、測試與器件制備，具有圖形精度高、機械損傷小、量子點光電學性質好的特點。

本發明提供了一種一種采用AFM納米壓印圖形襯底生長定位量子點的MBE方法，包括如下步驟：

步驟1：取一襯底；

步驟2：在襯底上生長緩沖層；

步驟3：利用帶有納米壓印功能的原子力顯微鏡，在緩沖層上制備周期陣列的納米孔洞；

步驟4：在周期陣列的納米孔洞和緩沖層上生長納米緩沖層；

步驟5：在納米緩沖層上對應納米孔洞的位置生長定位量子點；

步驟6：在定位量子點和納米緩沖層上生長蓋層，完成制備。

從上述技術方案可以看出，本發明利用AFM壓印的圖形襯底制備定位生長量子點具有以下有益效果：

本發明采用原子力顯微鏡(AFM)制備圖形襯底，具有工藝簡單、圖形分辨率高、機械損傷小和污染小等優點；

本發明圖形襯底制備量子點，能夠克服自組織生長量子點密度與位置無法定量控制的優點；

本發明采用上述圖形襯底，利用S-K模式生長量子點具有發光性質好、單光子純凈度高的優點。

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為本發明的結構示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發明提供一種采用AFM納米壓印圖形襯底生長定位量子點的MBE方法，包括如下步驟：

步驟1：取一襯底1，該襯底1的材料為GaAs或GaSb，所述襯底1的取向為(001)或者(111)，生長材料前所述襯底1需要根據材料性質在一定的溫度下進行脫氧處理；

步驟2：在襯底1上生長緩沖層2，該緩沖層2的材料為GaAs或GaSb，與襯底1材料保持一致，所述緩沖層2的厚度為300—500nm，其是用于平整襯底1的表面；

步驟3：利用帶有納米壓印功能的原子力顯微鏡，在緩沖層2上制備周期陣列的納米孔洞3，該孔洞3的直徑為30—80nm，深度為5—20nm.孔洞3的尺寸與AFM探針的壓力設定相關，實際設定尺寸應參考定位量子點5的材料及尺寸；

步驟4：在周期陣列的納米孔洞3和緩沖層2上生長納米緩沖層4，該納米緩沖層4的材料為GaAs或GaSb，所述納米緩沖層4的厚度為2-10nm，其是用于修飾壓印孔洞3的表面，減小機械損傷對量子點材料的外延質量的影響，所述納米緩沖層4的厚度小于納米孔洞3的深度，實際生長厚度以優化孔洞3的外延質量同時保證孔洞3的應力分布能夠延伸到納米緩沖層4的表面為標準；