CN1312813C - 自组织砷化铟/砷化镓盘状量子点材料的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种自组织砷化铟/砷化镓盘状量子点材料的制作方法，包括如下步骤：将砷化镓衬底进行脱氧处理，然后生长砷化镓缓冲层；砷化镓衬底温度；退火后采用循环停顿生长方法，生长出砷化铟量子点；生长厚为一个原子层至5nm的砷化镓；重复3—4步骤1—40个循环，循环累积生长自组织砷化铟/砷化镓盘状量子点，提高材料的发光效率；生长2—10个原子层的砷化铝扩散阻挡层用于阻止铟原子扩散；生长1—10nm的铟镓砷缓冲层以减缓应力的变化；最后生长10—300nm的砷化镓盖层来保护所生长的材料。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种砷化镓衬底上的自组织砷化铟盘状量子点材料的制作方法。
技术背景
III-V族自组织砷化铟/砷化镓量子点材料是替代磷化铟基材料、制备激光器、探测器的热门材料之一。理论上自组织量子点激光器具有比传统的量子阱激光器更稳定的温度特性、更高的增益、以及更小的阈值电流等优势。由于自组织生长的量子点尺寸大小分布不一，各量子点的受限能级弥散在一定范围之内。如何提高有源区量子点的尺寸均分性、减小能量分布弥散度、增加对激射有效的量子点数目成为重要的研究方向。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种砷化镓衬底上的自组织砷化铟/砷化镓盘状量子点材料的制作方法，这种方法可以提高量子点的尺寸均匀性，从而减小有源区量子点的能量分布弥散度、增加对激射有效的量子点数目。
本发明为一种自组织砷化铟/砷化镓盘状量子点材料的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将砷化镓衬底进行脱氧处理，然后生长砷化镓缓冲层，提供应力缓冲；
2)适当升高砷化镓衬底温度；
3)退火后采用循环停顿生长方法，生长出砷化铟量子点，由于砷化铟和砷化镓都具有较大的晶格失配，进行外延生长时如果外延层较厚，通过形成岛状结构来降低能量，从而形成量子点；
4)生长厚为2个原子层的砷化镓间隔层；本生长步骤包含三个环节，首先生长一定厚度的砷化镓对砷化铟量子点加以侧向限制，而砷化铟量子点顶部的铟原子由于应力的作用而迁移至刚刚生长成的砷化镓材料层上，从而形成砷化铟量子盘，然后通过控制温度释放掉由砷化铟量子点中迁移出的铟，最后完成砷化镓间隔层的生长；
5)重复3-4步骤4个循环，循环累积生长自组织砷化铟/砷化镓盘状量子点，提高材料的发光效率；
6)生长3个原子层的砷化铝扩散阻挡层用于阻止铟原子扩散；
7)生长3nm的铟镓砷缓冲层以减缓应力的变化；
8)最后生长50nm的砷化镓盖层来保护所生长的材料。
其中步骤3)是在退火200秒之后采用循环停顿生长方法，即在每生长厚为0.1个单原子层的砷化铟后在砷保护下停顿5秒，生长厚为2.5个原子层的砷化铟。
其中步骤4)中在生长两个原子层的砷化镓之后将砷化镓衬底的温度在30秒内逐渐升至610℃，保持该温度70秒，然后用100秒的时间将温度降至510℃再最后再生长两个原子层的砷化镓。
附图说明
为了进一步说明本发明的内容，以下结合实施的实例对本发明做一详细的描述，其中
图1是显示在衬底上生长缓冲层示意图。
图2是显示在图1上再沉积一层生长缓冲层示意图。
图3是显示在图2上生长砷化铟量子点的示意图。
图4是显示在图3上生长砷化镓间隔层示意图。
图5是显示在图4上生长砷化铝的示意图。
图6是显示在图5上生长铟镓砷的示意图。
图7是显示在图6上生长砷化镓盖层的示意图。
具体实施方式
请参考图1至图7所示，本发明为自组织砷化铟/砷化镓盘状量子点材料的制作方法，其过程是在砷化镓衬底上用分子束外延方法或金属有机汽相沉积实现。
如图1所示，在580℃下将砷化镓衬底10进行脱氧处理，然后在600℃下生长500nm厚的砷化镓缓冲层11，以起到缓冲应力的作用。
然后如图2所示，砷化镓衬底10的温度降至510℃，然后在砷化镓缓冲层11上再生长10nm厚的砷化镓20，起到进一步缓冲应力的作用。
图3所示为退火200秒后采用循环停顿生长方法在砷化镓缓冲层20上生长2.5个原子层厚的砷化铟量子点层30，利用晶格失配形成砷化铟量子点，在生长时每生长0.1单原子层的砷化铟后在砷保护下停顿5秒以利于铟原子扩散，有助于提高量子点的质量。
图4所示为在砷化铟量子点层30上生长砷化镓间隔层40，在这个过程中首先生长两个原子层的砷化镓，之后将砷化镓衬底的温度在30秒内逐渐升至610℃，保持该温度70秒，然后用100秒的时间将温度降至510℃。最后再生长两个原子层的砷化镓。这是利用砷化镓对砷化铟量子点加以侧向限制形成砷化铟量子盘，并最后完成砷化镓间隔层的生长。
重复图3及图4步的步骤4个循环，提高材料的发光效率。
然后如图5所示在砷化镓间隔层40上生长3个原子层厚的砷化铝扩散阻挡层50，以阻止铟原子扩散。
在砷化铝扩散阻挡层50上生长3nm的铟镓砷缓冲层60如图6所示，减缓应力的变化。
最后在铟镓砷缓冲层60上生长50nm的砷化镓盖层70如图7所示，对所生长的材料加以保护。
Claims (3)
1、一种自组织砷化铟/砷化镓盘状量子点材料的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将砷化镓衬底进行脱氧处理，然后生长砷化镓缓冲层，提供应力缓冲；
2)适当升高砷化镓衬底温度；
3)退火后采用循环停顿生长方法，生长出砷化铟量子点，由于砷化铟和砷化镓都具有较大的晶格失配，进行外延生长时如果外延层较厚，通过形成岛状结构来降低能量，从而形成量子点；
4)生长厚为2个原子层的砷化镓间隔层；本生长步骤包含三个环节，首先生长一定厚度的砷化镓对砷化铟量子点加以侧向限制，而砷化铟量子点顶部的铟原子由于应力的作用而迁移至刚刚生长成的砷化镓材料层上，从而形成砷化铟量子盘，然后通过控制温度释放掉由砷化铟量子点中迁移出的铟，最后完成砷化镓间隔层的生长；
5)重复3-4步骤4个循环，循环累积生长自组织砷化铟/砷化镓盘状量子点，提高材料的发光效率；
6)生长3个原子层的砷化铝扩散阻挡层用于阻止铟原子扩散；
7)生长3nm的铟镓砷缓冲层以减缓应力的变化；
8)最后生长50nm的砷化镓盖层来保护所生长的材料。
2、根据权利要求1所述自组织砷化铟/砷化镓盘状量子点材料的制作方法，其特征在于，其中步骤3)是在退火200秒之后采用循环停顿生长方法，即在每生长厚为0.1个单原子层的砷化铟后在砷保护下停顿5秒，生长厚为2.5个原子层的砷化铟。
3、根据权利要求1所述自组织砷化铟/砷化镓盘状量子点材料的制作方法，其特征在于，其中步骤4)中在生长两个原子层的砷化镓之后将砷化镓衬底的温度在30秒内逐渐升至610℃，保持该温度70秒，然后用100秒的时间将温度降至510℃再最后再生长两个原子层的砷化镓。
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