[發明專利]一種預后制備量子點的量子點耦合微結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201711025682.1
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107919269B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 王新強;王平;沈波;孫蕭蕭;王濤;陳兆營;盛博文;王釔心;榮新;李沫;張健
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;B81C1/00
• 代理公司: 11360 北京萬象新悅知識產權代理有限公司
• 代理人: 王巖

1.一種預后制備量子點的量子點耦合微結構的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

1)提供襯底，在襯底上生長外延基板；

2)在外延基板上生長量子阱結構，量子阱結構為單量子阱或多量子阱，量子阱結構的一個周期中的底勢壘和頂勢壘共同構成勢壘層，二者中間為量子阱，量子阱材料的分解溫度低于勢壘層材料的分解溫度；

3)設計微結構的圖形；

4)利用微納加工技術將量子阱結構制備成微結構，微結構貫穿整個量子阱結構，微結構包括單周期或多周期的微結構底勢壘、微結構量子阱和微結構頂勢壘，微結構底勢壘和微結構頂勢壘共同構成微結構勢壘層；

5)對微納加工之后的微結構進行預處理，獲得潔凈的微結構；

6)將微結構置于熱蒸發環境中進行高溫選擇性熱蒸發處理，在固定溫度下進行熱蒸發，分解溫度較低的微結構量子阱將由邊緣向內逐漸分解蒸發，而分解溫度較高的微結構勢壘層則得以保留，此即為選擇性熱蒸發；

7)通過控制熱蒸發溫度和時間，使微結構中的微結構量子阱的橫向尺寸隨著熱蒸發的進行而逐漸減小，最后形成量子點，從而形成包括微結構底勢壘、量子點和微結構頂勢壘的量子點微結構；

8)通過再生長方法，在量子點微結構的表面沉積修復層，修復微納加工過程和熱蒸發過程中導致的損傷，從而獲得具有強限制效應的量子點耦合微結構。

2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟1)中，所選擇的襯底能夠實現II-VI族或III-V族材料及其量子阱結構的外延生長；外延基板采用II-VI族或III-V族材料。

3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟2)中，在外延基板上依次生長單周期或多周期的底勢壘、量子阱和頂勢壘，形成量子阱結構，根據應用需求進行參數設計，包括底勢壘、量子阱和頂勢壘的材料類型及厚度，量子阱材料的分解溫度低于勢壘層材料的分解溫度；為確保微結構的完整性，當所設計微結構的縱向尺寸大于量子阱和勢壘層的總計厚度時，即微結構延伸至外延基板時，外延基板的分解溫度也高于量子阱材料的分解溫度。

4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟3)中，根據需求設計微結構的形狀及尺寸，微結構的圖形采用圓柱狀陣列圖形、條狀陣列圖形、魚鰭式陣列圖形、十字交叉陣列圖形、酒托式陣列圖形和釘子式陣列圖形中的一種，圖形的面內尺寸小于10μm。

5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟4)中，微納加工技術制備微結構的方法采用納米壓印NIL、電子束曝光EBL技術和聚焦離子束FIB中的一種，輔以反應離子束刻蝕RIE或者感應耦合等離子體刻蝕ICP，實現微結構的圖形至量子阱結構間的有效轉移；所制備的微結構貫穿整個量子阱結構，使得微結構量子阱的邊緣暴露于微結構的側面上；當所設計微結構的縱向尺寸大于量子阱和勢壘層的總計厚度時，微結構延伸至外延基板的上部分，則微結構還包括微結構外延層。

6.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟5)中，對微納加工之后的微結構進行預處理包括：對微結構進行化學清洗和等離子體清洗和預除氣，除去表面因微納加工引入的雜質，從而獲得表面潔凈的微結構。

7.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟6)中，熱蒸發處理的固定溫度要求高于量子阱材料的分解溫度，同時低于勢壘層材料的分解溫度；熱蒸發環境采用真空、氮氣或惰性氣體。

8.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟7)中，量子點的縱向尺寸由微結構量子阱的厚度決定，在熱蒸發處理過程中不發生變化，而量子點的橫向尺寸則由熱蒸發時間和量子阱材料的分解速率共同決定，根據設計所需的量子點的橫向尺寸，通過控制分解溫度和熱蒸發時間，調控量子點的橫向尺寸。