長波長砷化銦/砷化鎵量子點材料的製作方法
2024-02-17 15:03:15
專利名稱：：長波長砷化銦/砷化鎵量子點材料的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種長波長砷化銦/砷化鎵量子點材料，屬於半導體光電子材料和器件領域。
背景技術：
：自組織量子點在光電子器件，如雷射器、探測器、光存儲等方面顯示出誘人的應用前景。因為對於廣泛用於通信系統的石英光纖，1.3^m波段具有零色散特性，光信號在光纖傳輸中可獲得最小畸變，所以1.3|im波段的雷射器在光纖通信和大容量區域有線電視(CATV)等領域有重要的應用價值，將量子點的發光波長調整到所需波段也成為許多研究者追求的目標。現在人們己經成功研製出發光波長在1.3pm的自組織量子點雷射器。我們知道，一般情況下砷化銦/砷化鎵量子點材料的發光波長在1.0—1.24pm，為了在砷化銦/砷化鎵材料體系中得到1.3nm室溫發光，目前主要採取以下幾種方法(1)採用原子單層外延(ALE)的生長方法(參見R.P.Mirinetal.，Appl.Phys.Lett.，Vol.67，No.25，pp.3795-3797，1995):ALE技術中銦源和砷源交替打開並澱積到表面，這樣銦元素避免了和砷元素相遇並立即發生反應，可以有更長的時間在表面自由移動，容易找到更為穩定的位置。但此方法得到的量子點密度較低，限制了雷射器的增益。(2)InAs量子點上覆蓋InGaAs應力緩解層(參見V.M.Ustinovetal.，Appl.Phys.Lett.,Vol.74，No.19，pp.2815-2817,1999);(3)InAs量子點生長在InGaAs量子阱裡的方法(參見L.F.Lesteretal.，IEEEPhoton.Technol.Lett.，Vol.11，No.8，pp.931-933，1999)。後兩種方法，雖然可以得到比ALE技術所能得到的量子點密度高，但由於應力緩解層或量子阱的限制作用，使量子點基態能級和第一激發態能級間距變小，這對後續量子點雷射器的性能不利。
發明內容本發明的目的在於，提出一種新的長波長砷化銦/砷化鎵量子點材料，並給出了該材料的基本結構參數。本發明提出的材料結構簡單、有效，便於外延生長過程的控制。本發明能實現具有良好發光特性和室溫發光達到1.3的砷化銦/砷化鎵量子點材料。本發明能應用於長波長量子點雷射器等半導體光電子器件有源區結構的設計。本發明一種長波長砷化銦/砷化鎵量子點材料，其特徵在於，所述材料是基於應變自組織的量子點材料，其結構包括一砷化鎵襯底；一砷化鎵緩衝層，該砷化鎵緩衝層製作在襯底上；一多周期量子點層，該多周期量子點層製作在砷化鎵緩衝層上；一砷化鎵蓋層，該砷化鎵蓋層製作在多周期量子點層上。其中多周期量子點層包括三至十個周期砷化銦量子點；二至九個周期砷化鎵間隔層，每個周期砷化鎵間隔層製備在其下面一周期砷化銦量子點上及其上面一周期砷化銦量子點下。其中多周斯量子點層中的砷化銦量子點的沉積厚度為2_3單分子層。其中多周期量子點層中的砷化鎵間隔層的厚度為納米至納米；其中採用上述結構得到的砷化銦/砷化鎵量子點材料，其室溫發光波長為1.3pm。其中採用上述設計的結構得到的砷化銦/砷化鎵量子點材料，是應用於長波長量子點雷射器的半導體光電子器件有源區結構的製作。為進一步說明本發明的內容，以下結合附圖和具體實例對其做進一步的描述，其中圖1是長波長砷化銦/砷化鎵量子點材料結構示意圖；圖2是長波長砷化銦/砷化鎵量子點材料室溫光致發光譜圖。具體實施方式請結合參閱圖l，本發明涉及一種長波長砷化銦/砷化鎵量子點材料，提供了該材料的基本結構及相關參數，其中包括一砷化鎵襯底5;一砷化鎵緩衝層1，該砷化鎵緩衝層1生長在砷化鎵襯底5的上面，該砷化鎵緩衝層1是下述砷化銦量子點2的勢壘層，具有限制載流子的作用。該砷化鎵緩衝層1具有很高的結構和光學質量，其表面起伏在1_2個單分子層範圍內。一多周期量子點層10，該多周期量子點層10包括三至十個周期的砷化銦量子點2，最下面一層砷化銦量子點2生長在砷化鎵緩衝層1上面，砷化銦量子點2的沉積厚度為2—3單分子層。二至九個周期的砷化鎵間隔層3，該砷化鎵間隔層3均生長在兩相鄰周期的砷化銦量子點2中間。該砷化鎵間隔層作為勢壘層，用來分隔相鄰周期的砷化銦量子點2，避免了多周期量子點2形成過大的應力積累導致的光學質量下降。砷化鎵間隔層3的厚度為5納米至20納米。上述三至十個周期的砷化銦量子點2以及二至九個周期的砷化鎵間隔層3構成了該砷化銦/砷化鎵量子點材料的多周期量子點層l0，它是該材料的核心部分，決定著材料的發光波長位置和發光質量。採用多周期量子點是為了增加量子點發光波長，同時也增加了量子點的體密度，從而提高材料的發光強度。選擇間隔層厚度為5納米至20納米可以使多周期量子點之間形成垂直耦合，從而可使調節材料的發光波長達到1.3,。一砷化鎵蓋層4，該砷化鎵蓋層4生長在最上面的砷化銦量子點2上面。該砷化鎵蓋層4為上述多周期量子點層10的上勢壘層，也是該砷化銦/砷化鎵量子點材料的最外一層，具有保護作用。表1為本發明砷化銦量子點2和砷化鎵間隔層3的厚度。表1tableseeoriginaldocumentpage8上下對應的關係，應理解為砷化銦量子點2的厚度的三個實施例及砷化鎵間隔層3的厚度的三個實施例。按以上實施方式製作的砷化銦/砷化鎵量子點材料具有高的發光強度，其室溫光致發光譜請結合參閱圖2，其室溫發光波長達到1.3pm。本發明專利提出的材料結構簡單、有效，便於外延生長過程的控制。實現的砷化銦/砷化鎵量子點材料，具有發光質量好、較容易實現長波長發光等優點。適用於長波長量子點雷射器等半導體光電子器件有源區結構的設計製作。權利要求1、一種長波長砷化銦/砷化鎵量子點材料，其特徵在於，所述材料是基於應變自組織的量子點材料，其結構包括一砷化鎵襯底；一砷化鎵緩衝層，該砷化鎵緩衝層製作在襯底上；一多周期量子點層，該多周期量子點層製作在砷化鎵緩衝層上；一砷化鎵蓋層，該砷化鎵蓋層製作在多周期量子點層上。2、根據權利要求1所述的長波長砷化銦/砷化鎵量子點材料，其特徵在於，其中多周期量子點層包括三至十個周期砷化銦量子點；二至九個周期砷化鎵間隔層，每個周期砷化鎵間隔層製備在其下面一周期砷化銦量子點上及其上面一周期砷化銦量子點下。3、根據權利要求2所述的長波長砷化銦/砷化鎵量子點材料，其特徵在於，其中多周期量子點層中的砷化銦量子點的沉積厚度為2—3單分子層。4、根據權利要求2所述的長波長砷化銦/砷化鎵量子點材料，其特徵在於，其中多周期量子點層中的砷化鎵間隔層的厚度為納米至納米；5、根據權利要求1所述的長波長砷化銦/砷化鎵量子點材料，其特徵在於，其中採用上述結構得到的砷化銦/砷化鎵量子點材料，其室溫發光波長為1.3^m。6、根據權利要求1所述的長波長砷化銦/砷化鎵量子點材料，其特徵在於，其中採用上述設計的結構得到的砷化銦/砷化鎵量子點材料，是應用於長波長量子點雷射器的半導體光電子器件有源區結構的製作。全文摘要一種長波長砷化銦/砷化鎵量子點材料，其特徵在於，所述材料是基於應變自組織的量子點材料，其結構包括一砷化鎵襯底；一砷化鎵緩衝層，該砷化鎵緩衝層製作在襯底上；一多周期量子點層，該多周期量子點層製作在砷化鎵緩衝層上；一砷化鎵蓋層，該砷化鎵蓋層製作在多周期量子點層上。文檔編號C09K11/62GK101113328SQ20061008894公開日2008年1月30日申請日期2006年7月27日優先權日2006年7月27日發明者寧劉,王佔國,鵬金申請人:中國科學院半導體研究所