RU2766832C1 - Способ независимого управления размерами полупроводниковых квантовых точек А3В5 - Google Patents
Способ независимого управления размерами полупроводниковых квантовых точек А3В5 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2766832C1 RU2766832C1 RU2021107449A RU2021107449A RU2766832C1 RU 2766832 C1 RU2766832 C1 RU 2766832C1 RU 2021107449 A RU2021107449 A RU 2021107449A RU 2021107449 A RU2021107449 A RU 2021107449A RU 2766832 C1 RU2766832 C1 RU 2766832C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quantum dots
- size
- semiconductor
- semiconductor quantum
- density
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 11
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 2
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 13
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
Предлагаемый способ относится к области электроники и оптоэлектроники и может быть использован при создании структур активных элементов нано- и оптоэлектроники и интегральных схем на их основе. Технический результат предлагаемого способа – независимое управление размерами полупроводниковых квантовых точек A3B5. Для управления размерами квантовых точек используется метод капельной эпитаксии, в котором формирующиеся на первом этапе металлические капли In под воздействием фонового давления As изменяют свой размер независимо от их плотности, который зависит от величины фонового давления, определяя тем самым конечный размер полупроводниковых квантовых точек InAs после их кристаллизации. 1 ил.
Description
Предлагаемый способ относится к области электроники и оптоэлектроники и может быть использован при создании структур активных элементов нано- и оптоэлектроники и интегральных схем на их основе.
Известен аналог заявляемого объекта «Controlling the size of InAs quantum dots on Si1−xGex/Si(001) by metalorganic vapor-phase epitaxy» [K. Kawaguchi, H. Ebe, M. Ekawa, A. Sugama, Y. Arakawa. Controlling the size of InAs quantum dots on Si1−xGex/Si(001) by metalorganic vapor-phase epitaxy // Materials Science and Engineering B, 2009, №165, pp. 103 –106], содержащий этапы формирования полупроводниковых квантовых точек A3B5 с управляемыми размерами на подложке: на первом этапе на полупроводниковой подложке формируется составной буферный слой Si/Si1−xGex, на втором этапе проводится формирование массива полупроводниковых квантовых точек InAs заданного размера, который регулируется путем выбора скорости осаждения и соотношения потоков ростовых компонент.
Данный способ позволяет управлять размерами полупроводниковых квантовых точек A3B5.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, являются: использование полупроводниковой подложки с буферным слоем, формирование квантовых точек из InAs, использование скорости осаждения для управления размерами полупроводниковых квантовых точек.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: узкий диапазон управления размерами и плотностью полупроводниковых квантовых точек, что обусловлено использованием для роста механизма Странского-Крастанова; невозможность независимого управления размерами и плотностью полупроводниковых квантовых точек, что обусловлено взаимосвязью основных управляющих параметров – скорости осаждения и соотношения потоков ростовых компонент.
Известен аналог заявляемого объекта «Effects of growth conditions on the size and density of self-assembled InAlAs/AlGaAs quantum dots grown on GaAs by molecular beam epitaxy» [X.M. Lu, Y.Izumi, M.Koyama, Y.Nakata, S.Adachi, S.Muto. Effects of growth conditions on the size and density of self-assembled InAlAs/AlGaAs quantum dots grown on GaAs by molecular beam epitaxy // Journal of Crystal Growth, 2011, №322, pp. 6–9], содержащий этапы формирования полупроводниковых квантовых точек A3B5 с управляемыми размерами на подложке: на первом этапе на полупроводниковой подложке выращивается составной буферный слой GaAs/AlGaAs; на втором этапе формируется массив полупроводниковых квантовых точек InAlAs заданного размера, который регулируется путем выбора скорости осаждения, температуры подложки и химического состава квантовых точек.
Данный способ позволяет управлять размерами полупроводниковых квантовых точек A3B5.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, является: использование полупроводниковой подложки из GaAs с буферным слоем, использование температуры и скорости осаждения для управления размерами полупроводниковых квантовых точек.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: узкий диапазон управления размерами и плотностью полупроводниковых квантовых точек, что обусловлено использованием для роста механизма Странского-Крастанова; невозможность независимого управления размерами и плотностью полупроводниковых квантовых точек, что обусловлено взаимосвязью основных управляющих параметров – температуры и скорости осаждения.
Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является «In situ CBrCl3 etching to control size and density of InAs/GaAs quantum dots» [A. Koizumi, H. Imanishi, K. Uchida, S. Nozaki. In situ CBrCl3 etching to control size and density of InAs/GaAs quantum dots // Journal of Crystal Growth, 2011, №315, pp. 106 – 109], содержащий этапы формирования полупроводниковых квантовых точек A3B5 с управляемыми размерами на подложке: на первом этапе на полупроводниковой подложке из GaAs формируется буферный слой GaAs, на втором этапе формируется массив полупроводниковых квантовых точек InAs, на третьем этапе проводится травление квантовых точек InAs в CBrCl3, что позволяет изменять их размер и плотность.
Данный способ позволяет управлять размерами полупроводниковых квантовых точек A3B5.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, является: использование полупроводниковой подложки из GaAs с буферным слоем, формирование полупроводниковых квантовых точек из InAs, использование температуры для управления размерами полупроводниковых квантовых точек, наличие этапа изменения размеров полупроводниковых квантовых точек после завершениях их формирования.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: узкий диапазон управления размерами и плотностью полупроводниковых квантовых точек, что обусловлено использованием для роста механизма Странского-Крастанова; изменение плотности и размеров полупроводниковых квантовых точек путем их травления после завершения формирования приводит к ухудшению однородности их геометрических параметров и функциональных характеристик за счет деградации поверхности кристаллической структуры.
Технический результат предполагаемого способа – независимое управление размерами полупроводниковых квантовых точек A3B5 путем изменения фонового давления As в процессе формирования металлических нанокапель перед их кристаллизацией и трансформацией в полупроводниковые квантовые точки.
Технический результат достигается за счет того, что для управления размерами полупроводниковых квантовых точек используется метод капельной эпитаксии, в котором формирующиеся на первом этапе металлические капли In под воздействием фонового давления As изменяют свой размер независимо от их плотности, который зависит от величины фонового давления, определяя тем самым конечный размер полупроводниковых квантовых точек InAs после их кристаллизации.
Для достижения необходимого технического результата предложен способ независимого управления размером полупроводниковых квантовых точек A3B5, состоящий из этапов формирования буферного слоя, формирования методом капельной эпитаксии полупроводниковых квантовых точек InAs, независимое управление размерами которых осуществляется на этапе формирования нанокапель In путем выбора величины фонового давления As, при котором осуществляется формирование нанокапель In.
На Фиг. 1 изображена схема этапов формирования структуры с массивом полупроводниковых квантовых точек InAs с независимым управлением размерами.
Изготовление полупроводниковых квантовых точек A3B5 с независимым управлением размерами происходит следующим образом.
На исходной полупроводниковой подложке 1 (Фиг. 1, шаг 1) осаждается буферный слой 2 полупроводникового материала с целью пространственного разделения будущих структур и подложки и создания высококачественной ростовой поверхности (Фиг.1, шаг 2). Затем на подложку 1 поверх полупроводникового буферного слоя 2 осаждается металлическая компонента (In) материала квантовых точек 3 при фиксированных температуре роста, скорости и толщине осаждения. В зависимости от величины фонового давления As, при котором проводится осаждение металлической компоненты, образуются капли определенных размеров (Фиг 1, шаг 3 (А,B,C)), при этом увеличение фонового давления As приводит к уменьшению размеров нанокапель 3 при сохранении неизменной их плотности в массиве (Фиг 1, шаг 3(С)). На последнем этапе проводится экспозиция капель в потоке неметаллической компоненты (As), в ходе которой происходит кристаллизация металлических нанокапель 3 и их трансформация в полупроводниковые квантовые точки InAs 4, при этом размер и плотность получаемых полупроводниковых квантовых точек 4 задаются размерами и плотностью исходных нанокапель In 3 (Фиг.1, шаг 4 (A,B,C)), в свою очередь, плотность который определяется температурой формирования металлических кластеров, а размер – скоростью и толщиной осаждения, а также фоновым давлением среды (в данном случае – As).
Предлагаемый способ прошел экспериментальную апробацию авторами, поскольку в его основу легли результаты экспериментальных исследований. Нами было показано, что при осаждении 3 монослоя In (0,3 нм) при скорости 0,25 монослоя/с (0,075 нм/с) при температуре подложки 300°C увеличение фонового давления в диапазоне 1,0×10-7 – 6,3×10-7 Па приводит к 1,5-кратному уменьшению размеров нанокапель In – с 150 до 110 нм – при сохранении их плотности на уровне 1×108 см2. В то же время, при осаждении 1,5 монослоя In (0,15 нм) при тех же скорости (0,25 монослоя/с или 0,075 нм/с) и температуре осаждения (300°C) увеличение давления в диапазоне 8,7×10-8 – 1,3×10-7 Па приводит к более чем 2-кратному уменьшению размеров нанокапель In – с 80 до 30 нм – при сохранении их плотности на уровне 1×108 см2.
Таким образом, предлагаемый способ представляет собой способ, позволяющий осуществлять независимое управление размером полупроводниковых квантовых точек A3B5, получаемых методом капельной эпитаксии, в котором плотность квантовых точек и их предшественников – нанокапель – задаётся температурой подложки, а размер – количеством осажденного материала (толщиной), скоростью осаждения и фоновым давлением As, причем использование фонового давления как управляющего параметра позволяет получать размеры наноструктур, недостижимые без его использования.
Таким образом, по сравнению с аналогичными способами предлагаемый способ независимого управления размерами полупроводниковых квантовых точек A3B5 позволяет контролировать размер полупроводниковых квантовых точек на поверхности при помощи фонового давления As независимо от их плотности, температуры и скорости осаждения, а также химического состава материала ростовой поверхности и квантовой точки.
Claims (1)
- Способ независимого управления размерами полупроводниковых квантовых точек А3В5, включающий использование полупроводниковой подложки из GaAs, на которую осаждается буферный слой полупроводникового материала, на котором формируется массив наноструктур, размер которых изменяется после завершения их формирования, отличающийся тем, что на подложку поверх полупроводникового буферного слоя осаждается металлическая компонента (In) материала квантовых точек при фиксированных температуре роста, скорости и толщине осаждения, приводящая к формированию металлических нанокапель, размер которых зависит от величины фонового давления As, затем проводится экспозиция капель в потоке неметаллической компоненты (As), при этом происходит кристаллизация металлических нанокапель и их трансформация в полупроводниковые квантовые точки InAs, причем размер и плотность получаемых полупроводниковых квантовых точек зависит от размеров и плотности исходных нанокапель In.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021107449A RU2766832C1 (ru) | 2021-03-22 | 2021-03-22 | Способ независимого управления размерами полупроводниковых квантовых точек А3В5 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021107449A RU2766832C1 (ru) | 2021-03-22 | 2021-03-22 | Способ независимого управления размерами полупроводниковых квантовых точек А3В5 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2766832C1 true RU2766832C1 (ru) | 2022-03-16 |
Family
ID=80736945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021107449A RU2766832C1 (ru) | 2021-03-22 | 2021-03-22 | Способ независимого управления размерами полупроводниковых квантовых точек А3В5 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2766832C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114907848A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-08-16 | 苏州大学 | 一种双模尺寸InAs/GaAs量子点生长方法、量子点及量子点组合物 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006017220A1 (en) * | 2004-07-13 | 2006-02-16 | Brown University | Process to grow a highly ordered quantum dot array, quantum dot array grown in accordance with the process, and devices incorporating same |
| US20110260111A1 (en) * | 2008-09-03 | 2011-10-27 | Shuming Nie | Quantum dots, methods of making quantum dots, and methods of using quantum dots |
| RU2543696C2 (ru) * | 2013-07-12 | 2015-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Солар Дотс" | Способ формирования массивов квантовых точек повышенной плотности |
-
2021
- 2021-03-22 RU RU2021107449A patent/RU2766832C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006017220A1 (en) * | 2004-07-13 | 2006-02-16 | Brown University | Process to grow a highly ordered quantum dot array, quantum dot array grown in accordance with the process, and devices incorporating same |
| US20110260111A1 (en) * | 2008-09-03 | 2011-10-27 | Shuming Nie | Quantum dots, methods of making quantum dots, and methods of using quantum dots |
| RU2543696C2 (ru) * | 2013-07-12 | 2015-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Солар Дотс" | Способ формирования массивов квантовых точек повышенной плотности |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| A. Koizumi, H. Imanishi, K. Uchida, S. Nozaki, In situ CBrCl3 etching to control size and density of InAs/GaAs quantum dots, Journal of Crystal Growth, 2011, N 315, pp. 106-109. * |
| A. Koizumi, H. Imanishi, K. Uchida, S. Nozaki, In situ CBrCl3 etching to control size and density of InAs/GaAs quantum dots, Journal of Crystal Growth, 2011, N 315, pp. 106-109. X.M. Lu, Y.Izumi, M.Koyama, Y.Nakata, S.Adachi, S.Muto, Effects of growth conditions on the size and density of self-assembled InAlAs/AlGaAs quantum dots grown on GaAs by molecular beam epitaxy, Journal of Crystal Growth, 2011, N 322, pp. 6-9. K. Kawaguchi, H. Ebe, M. Ekawa, A. Sugama, Y. Arakawa, Controlling the size of InAs quantum dots on Si1−xGex/Si(001) by metalorganic vapor-phase epitaxy, Materials Science and Engineering B, 2009, N 165, pp. 103-106. * |
| K. Kawaguchi, H. Ebe, M. Ekawa, A. Sugama, Y. Arakawa, Controlling the size of InAs quantum dots on Si1−xGex/Si(001) by metalorganic vapor-phase epitaxy, Materials Science and Engineering B, 2009, N 165, pp. 103-106. * |
| X.M. Lu, Y.Izumi, M.Koyama, Y.Nakata, S.Adachi, S.Muto, Effects of growth conditions on the size and density of self-assembled InAlAs/AlGaAs quantum dots grown on GaAs by molecular beam epitaxy, Journal of Crystal Growth, 2011, N 322, pp. 6-9. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114907848A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-08-16 | 苏州大学 | 一种双模尺寸InAs/GaAs量子点生长方法、量子点及量子点组合物 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20080318003A1 (en) | Nanostructures and Method of Making the Same | |
| AU2007222162B2 (en) | Method for metal-free synthesis of epitaxial semiconductor nanowires on Si | |
| JP2006248893A (ja) | ナノワイヤー及びその製造方法 | |
| US6033972A (en) | Growing method of GaAs quantum dots using chemical beam epitaxy | |
| Boonpeng et al. | InGaAs quantum-dot-in-ring structure by droplet epitaxy | |
| Bauer et al. | MOVPE growth and real structure of vertical-aligned GaAs nanowires | |
| US9218965B2 (en) | GaN epitaxial growth method | |
| Hara et al. | Self-assembly and selective-area formation of ferromagnetic MnAs nanoclusters on lattice-mismatched semiconductor surfaces by MOVPE | |
| Nikiforov et al. | Growth and structure of Ge nanoislands on an atomically clean silicon oxide surface | |
| Barbagini et al. | Critical aspects of substrate nanopatterning for the ordered growth of GaN nanocolumns | |
| CN109524511A (zh) | 一种纳米线耦合量子点结构及其制备方法 | |
| RU2828622C1 (ru) | Способ формирования симметричных квантовых точек | |
| US20230340325A1 (en) | Method for growing bimodal-sized inas/gaas quantum dots, quantum dot, and quantum dot composition | |
| CN107919269B (zh) | 一种预后制备量子点的量子点耦合微结构及其制备方法 | |
| RU2840638C1 (ru) | Способ формирования низкоплотных массивов квантовых точек | |
| RU2628220C1 (ru) | Способ формирования массива нанопроволок на ступенчатой поверхности Cu2Si | |
| Ro et al. | Formation of GaAs island by Ga-droplet-induced chemical beam epitaxy | |
| Boonpeng et al. | Fabrication of self-Assembled InGaAs squarelike nanoholes on GaAs (001) by droplet epitaxy | |
| JP2016174071A (ja) | 結晶成長方法 | |
| JP6635462B2 (ja) | 半導体量子ドット素子の製造方法 | |
| Refaei et al. | Investigating self-assembled strain-free growth of In droplets on GaN using droplet epitaxy | |
| JP2011124583A (ja) | ナノ構造体集合体及びナノ構造体の形成方法 | |
| CN100468802C (zh) | 砷化铟和砷化镓的纳米结构及其制作方法 | |
| Bolkhovityanov et al. | Synthesis of ordered Ge-Si heterostructures containing ultrasmall germanium nanoclusters | |
| Lee et al. | Novel Morphologies of InAs Quantum Dot Growth on GaAs Surfaces Containing Nanostructures Formed by Droplet Epitaxy |