[发明专利]一种包含“线中点”的复合型纳米线核壳结构

说明书

本发明属于半导体光电子技术学领域，涉及一种包含“线中点”的复合型纳米线核壳结构，在衬底层上由下至上依次包括：一GaAs（111）B衬底材料，该衬底用于在其上外延生长纳米线各段材料；一掩膜层，用于形成图型衬底，为纳米线生长提供孔隙并覆盖住纳米线之间的间隙，为SiO₂材料；一下缓冲段纳米线，为GaAs材料；一纳米线包层，与GaAs段形成径向异质结，为In_xGa_1‑xAs材料（0.01≤x≤1）；一下应变补偿段，在GaAs下缓冲段与In_xGa_1‑xAs包层之上，材料为GaAs_yP_1‑y（0.01≤y≤1）；一下台阶段，材料为GaAs；一“量子点”段，材料为In_xGa_1‑xAs（0.01≤x≤1）；一上台阶段，材料为GaAs；一上应变补偿段，材料为GaAs_yP_1‑y（0.01≤y≤1）；一上覆盖段，材料为GaAs；一纳米线包层，材料为GaAs。

技术领域

本发明涉及半导体光电子技术领域，是一种包含 “线中点”的复合型纳米线核壳结构。

背景技术

以GaAs基材料为代表的半导体纳米线结构在新一代光电子材料与器件领域具有广泛的应用前景，近年来一直是国内外研究的热点之一。由于GaAs基纳米线结构具有高表面-体积比特性，适合于制备光电集成器件，因而受到了广泛的关注和研究。近几年的研究结果表明，通过改善GaAs基纳米线生长质量、尺寸和形貌，可以提高其光学、电学等特性，进一步应用于不同类型的光电子器件中。特别是InGaAs纳米线因其窄带宽、复合中心少、载流子迁移率高、量子效率高、漏电流小和抗辐射等优点，更被广泛应用于半导体激光器、场效应晶体管、太阳能电池及红外光探测器等光电子器件。

为了应对硅微电子技术的瓶颈以及满足当今社会对信息量急剧膨胀的需求，基于量子力效应的纳米半导体光电子技术成为当今国际研究的重点和热点。半导体纳米线的高表面-体积比使其非常适合制备光电集成器件，并受到了广泛的关注和研究。

在众多半导体材料体系中，In_xGa_1-xAs可覆盖近红外波段且能够在高工作温度下保持高探测率，具有良好的均匀性、稳定性，优秀的空间抗辐照性能、高吸收系数和迁移率，使其在微波、高速及高电子迁移器件的制备方面有着广阔的应用前景，已经被广泛应用到相关器件。

于半导体纳米线的电子、空穴和光子被限制在二维空间内，就使得他们可以沿一个维度自由运动。研究表明通过控制纳米线的尺寸和形貌，可以调节其光学、电学等特性，以适应不同类型的光电器件。

2012年日本北海道大学T. Fukui研究组报道了利用无催化生长条件在GaAs图形衬底制备上外延生长GaAs/AlGaAs、InP/InAs/InP和GaAs/GaAsP轴向和径向异质结结构纳米线。GaAs/AlGaAs核壳结构纳米线的生长方向与衬底基本垂直，呈现明显柱形或六棱柱形，表明带有InGaAs量子阱的GaAs/InGaAs结构、带有GaAs量子阱的GaAs/AlGaAs结构纳米线、以及带有GaAs/GaAsP结构纳米线，三种不同结构均增强了纳米线的光致荧光光谱强度，这种光学特性充分表明具有核壳结构的纳米线能够应用在光电子发光器件中。

2013年马来西亚工业大学 Othaman研究组在低温下MOCVD生长了Au催化InGaAs纳米线，在生长温度为400℃时，纳米线与衬底垂直，呈六棱柱形，其直径尺寸为80nm-150nm。研究结果表明低温生长可以抑制柱形纳米线转变为锥形纳米线，纳米线的长度和直径也都随着生长温度的升高而增加。该小组对InGaAs纳米线的In组分进行深入研究，发现In组分会严重影响纳米线的锥形生长模式，锥形纳米线的数量会随着In组分的增加而增多，同时纳米线的锥形程度也会随着材料中In组分的增加而加剧。