[发明专利]一种GaAs基InAs量子点材料生长方法

说明书

本发明提供一种GaAs基InAs量子点材料生长方法，包括：S1、在衬底上生长GaAs缓冲层；S2、在缓冲层上生长2～4ML的InAs量子点层，生长温度为470～510℃；S3、关闭As源；S4、在InAs量子点层的顶部采用FME模式生长一层所需厚度的低温帽层，生长温度为470～510℃；S5、在低温帽层上采用常规方法生长一层所需厚度的高温帽层，生长温度580～630℃。本发明采用FME模式III‑V族原子交替生长在InAs量子点表面，晶体质量好，原子迁移时间长，迁移率高，位错密度低，覆盖均匀性好，提高量子点的发光效率。

技术领域

本发明属于低维半导体量子点材料和结构的可控性生长技术领域，具体涉及一种GaAs基InAs量子点材料生长方法。

背景技术

自组装InAs量子点电子和空穴在三维方向上均受到限制，表现出量子化的电子态和高的辐射复合效率。InAs量子点激光器有阈值电流小、工作温度高等优点，不仅能在目前的通信领域注入活力；基于量子点的单光子源，不仅单光子产生效率高，且调制速率快，为未来量子信息技术的发展和实现快速高效安全的量子通信奠定基础；而在高效电池结构中引入量子点，可以有效改善电池的电池效率，及提高抗辐照性能温度特性；在Si基单片集成中采用量子点作为有源层材料，其分离分布特性使之可耐受较多的缺陷，易过滤掉异质外延产生的线位错带来的特性恶化。

InAs量子点材料主要由分子束外延(MBE)或金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术生长。对于量子点器件，量子点总是被嵌入到体材料之间，即在生长完量子点后，需再生长一层帽层。对于InAs量子点，一般在上面生长一个宽带隙的盖层，常见的有GaAs，lnGaAs，AlGaAs，GaInP等帽层，一方面对起载流子到限制作用，另一方面保护好量子点的形貌特性，增加量子点的稳定性。但是MOCVD中InAs量子点的最佳生长温度范围为470～520℃，而帽层的生长最佳生长一般大于600℃，两种材料的生长温度不匹配。因此为了避免在升温过程中InAs量子点解析和聚集，引起InAs量子点形貌和密度发生变化，恶化InAs量子点性能。常规的生长方式是采用两步法生长帽层，先在量子点生长温度生长几纳米的帽层，再升高温度生长。

现有方案是在量子点生长温度470～520℃范围内生长的低温帽层，V族源和III族源同时打开，为连续生长模式生长低温帽层。在470～520℃范围内生长的III-V族化合物低温帽层晶体质量差，缺陷密度高，易产生非辐射复合中心，降低了InAs量子点的内量子效率。

发明内容

本发明提供一种GaAs基InAs量子点材料生长方法，以解决目前低温帽层晶体质量差，缺陷密度高，降低了InAs量子点的内量子效率的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种GaAs基InAs量子点材料生长方法，其特征在于，包括：

S1、在衬底上生长GaAs缓冲层；

S2、在缓冲层上生长2～4ML的InAs量子点层，生长温度为470～510℃；

S3、关闭As源；

S4、在InAs量子点层的顶部采用FME模式生长一层所需厚度的低温帽层，生长温度为470～510℃；

S5、在低温帽层上采用常规方法生长一层所需厚度的高温帽层，生长温度580～630℃；

其中，所述FME模式生长具体包括：

S4.1、同时打开两路相同的V族源：V族源V-1和V-2，生长V族原子；

S4.2、关闭V-1族源，将V-2族源作为保护气体；

S4.3、打开III族源，生长单层III族原子，生长速率1ML/s；

S4.4、关闭III族源；

S4.5、打开V-1族源，生长V-1族原子；