[發明專利]一種在平面超晶格納米線上組裝量子點激光器的方法

有效

• 申請號: 202011161635.1
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112366521B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 余林蔚;劉帥帥;王軍轉
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01S5/34
• 分類號: H01S5/34;H01S5/20;H01S5/30;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京樂羽知行專利代理事務所(普通合伙) 32326
• 代理人: 李培

1.一種在平面超晶格納米線上組裝量子點激光器的方法，其特征在于，包括以下幾個步驟：

1）利用PECVD或者PVD工藝在襯底材料上淀積一層200~1000nm厚的絕緣介質層；

2）利用光刻、電子束直寫或者掩膜板技術定義引導臺階圖案，利用電感耦合等離子體刻蝕ICP或者反應離子體刻蝕工藝RIE ，通入SF6、C4F8、CF4或者Ar對光刻膠掩膜層暴露的絕緣介質層進行刻蝕形成垂直臺階側壁；

3）在刻蝕的引導臺階一端，通過光刻、熱蒸發工藝或者濺射工藝，垂直于引導臺階長度方向局部淀積一層厚度為20~100nm的帶狀催化金屬層；在PECVD中升溫至催化金屬層熔點以上，通入還原性氣體等離子體進行處理，使覆蓋在所述引導臺階一端的帶狀催化金屬層轉變為分離的金屬納米顆粒；

4）將溫度降低到金屬納米顆粒熔點以下，在整個樣品結構表面先淀積一層非晶鍺，利用光刻和電感耦合等離子體刻蝕ICP或者反應離子體刻蝕工藝RIE在引導臺階的特定區域留下非晶鍺區域，然后在整個襯底表面淀積一層非晶硅作為前驅體薄膜層；

5）在真空或者惰性氣體保護的環境中，將溫度升高至催化金屬熔點以上，使得金屬納米顆粒重新熔化，在其前端開始吸收非晶層，后端析出晶態的納米線；所述晶態的納米線借助引導臺階作為引導溝道平行生長，獲得平行生長于引導臺階的可精確定位的局部有鍺硅超晶格結構的納米線陣列；

6）先使用氨水清除剩余的非晶層前驅體薄膜層，再通過電感耦合等離子體刻蝕ICP或者反應離子體刻蝕工藝RIE，通入CF4刻蝕鍺硅超晶格結構的納米線；

7）在刻蝕后的超晶格納米線上，通過旋涂量子點溶液，烘干后得到嵌入量子點的超晶格納米線；

8）利用紫外光或者紅外光照射嵌入超晶格納米線上的量子點后量子點發光，超晶格結構兩端的硅納米線作為光波導，利用納米線導波效應定位傳輸量子點光信號，測試超晶格結構的納米線對光的收集和傳輸效果。

2.根據權利要求1所述的在平面超晶格納米線上組裝量子點激光器的方法，其特征在于，所述步驟1）中，所述的襯底材料為晶硅、玻璃、鋁箔、氮化硅、氧化硅、碳化硅、藍寶石、聚酰亞胺或者聚對苯二甲酸類塑料。

3.根據權利要求1所述的在平面超晶格納米線上組裝量子點激光器的方法，其特征在于：所述步驟1）中，所述絕緣介質層的厚度為200~600nm。

4.根據權利要求1所述的在平面超晶格納米線上組裝量子點激光器的方法，其特征在于：所述步驟4）襯底上的所述特定區域處的前驅體薄膜層為非晶硅(a-Si)和非晶鍺(a-Ge)的異質疊層結構，其他區域為單層的非晶硅。

5.根據權利要求4所述的在平面超晶格納米線上組裝量子點激光器的方法，其特征在于：在所述引導臺階上，每層前驅體薄膜層的覆蓋厚度在2~500nm之間。

6.根據權利要求1所述的在平面超晶格納米線上組裝量子點激光器的方法，其特征在于：所述步驟7）中的量子點尺寸在2~20nm之間。