專利名稱：銦砷/鎵砷量子點的分子束外延生長方法
技術領域：
本發明屬于半導體技術領域，特別是指化合物半導體銦砷/鎵砷(InAs/GaAs)量子點材料的分子束外延(MBE)生長方法。
背景技術：
在光通訊技術中，波長為1.3微米(μm)的光在光纜中傳播時損耗最小。因此，1.3μm半導體激光器在光通訊技術中具有關鍵性的作用。現在制作1.3μm激光器的半導體材料主要是銦鎵砷磷/銦磷(InGaAsP/InP)量子阱。上個世紀九十年代以后，由于量子點材料的基本性質在理論上的優越性，人們深入地研究和開發化合物半導體異質結量子點材料，特別是InAs/GaAs量子點材料。到目前已經取得了很大的進展。在半導體激光器的應用方面，從理論上預期的量子點材料所具有的優越性基本上都得到了證實。因此，在不太遠的將來，通過人們的不懈努力，在1.3μm半導體激光器技術上，InAs/GaAs量子點材料最終將取代InGaAsP/InP量子阱材料。
用MBE技術生長半導體量子點材料，量子點的基本性質對MBE生長過程的工藝條件如沉積速率、組分、溫度等非常敏感。這種敏感性對于量子點的MBE生長技術即是缺點又是優點。缺點是這種敏感性使量子點材料性質重復性差。優點是利用這種敏感性通過調節MBE的工藝條件，在一定范圍內得到所需要的量子點發光波長。
為了使InAs/GaAs量子點激光器工業化應用，能夠用MBE技術穩定地生長InAs/GaAs量子點材料，并且精確地控制它的性質特別是發光波長是非常關鍵的。目前，用MBE得到發光在1.3μm附近的InAs/GaAs量子點主要是通過改變In(Ga)As/GaAs的組分或者沉積速率。這些方法使量子點面密度和發光波長等技術指標相互牽制，限制了量子點性能的進一步提高。另外，現在還沒有關于通過改變量子點的MBE生長工藝，在1.3μm附近精確控制量子點發光波長的研究報道。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種銦砷/鎵砷量子點的分子束外延生長方法，通過這種方法得到的InAs/GaAs量子點的性質重復穩定。它的發光波長用光熒光(PL)測得，能夠在1.23μm到1.31μm之間通過調節InAs層的MBE生長溫度精確地控制。
本發明一種銦砷/鎵砷量子點的分子束外延生長方法，是在鎵砷基體上分子束外延沉積兩層銦砷，通過調控變化第二層銦砷的沉積溫度，控制量子點的發光波長；其特征在于，包括如下步驟步驟1選擇一襯底；步驟2在該襯底上生長一層厚的外延層；步驟3在外延層上沉積第一銦砷層，通過控制第一銦砷層的生長溫度確定量子點面密度；步驟4在第一銦砷層上沉積鎵砷間隔層；步驟5在鎵砷間隔層上沉積第二銦砷層，第二銦砷層的生長溫度決定了量子的發光波長；步驟6在第二銦砷層上覆蓋鎵砷蓋層，完成器件的制作。
其中該襯底為鎵砷襯底。
其中外延層的厚度為300納米；其中沉積第一銦砷層的溫度為480-500℃的襯底溫度，沉積厚度為2-3ML。
其中沉積鎵砷間隔層的厚度為3-10納米。
其中沉積第二銦砷層的溫度為400-500℃的襯度溫度，沉積厚度為2-4ML。
其中覆蓋鎵砷蓋層的厚度為50-100納米。
為進一步說明本發明的具體技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中圖1是材料MBE結構圖；圖2是所得到的InAs/GaAs量子點PL發光譜圖。
具體實施例方式
本發明是一種InAs/GaAs量子點的MBE生長方法，是在GaAs基體上MBE沉積兩層分子單層(ML)的InAs，通過調控變化第二層InAs的沉積溫度，控制量子點的發光波長；包括如下步驟(請結合參閱圖1所示)步驟1選擇一襯底10，該襯底10為鎵砷襯底；步驟2在該襯底10上用MBE方法生長一層外延層20；步驟3在外延層20上沉積第一InAs層30，該沉積第一InAs層30的溫度為480-500℃的襯底溫度，沉積厚度為2-3ML；該第一InAs層30的生長溫度確定了量子點面密度；步驟4在第一InAs層30上沉積GaAs間隔層40，該GaAs間隔層40的厚度為3-10納米；步驟5在GaAs間隔層40上沉積第二InAs層50，沉積第二InAs層50的溫度為400-500℃的襯度溫度，沉積厚度為2-4M L；步驟6在第二InAs層50上覆蓋GaAs蓋層60，該GaAs蓋層60的厚度為50-100納米。
請參閱圖2，圖2是所得到的InAs/GaAs量子點PL發光譜，PL峰的位置隨第二InAs層生長襯底溫度的變化，可以在1.23到1.31μm之間調控。圖中標為A、B、C、D的PL峰分別是在500℃、480℃、460℃、440℃的第二InAs層生長溫度下得到的量子點PL峰。這些PL峰的半峰寬在26meV以下，這說明所得到的量子點有比較好的均勻性。
權利要求
1.一種銦砷/鎵砷量子點的分子束外延生長方法，是在鎵砷基體上分子束外延沉積兩層銦砷，通過調控變化第二層銦砷的沉積溫度，控制量子點的發光波長；其特征在于，包括如下步驟步驟1選擇一襯底；步驟2在該襯底上生長一層厚的外延層；步驟3在外延層上沉積第一銦砷層，通過控制第一銦砷層的生長溫度確定量子點面密度；步驟4在第一銦砷層上沉積鎵砷間隔層；步驟5在鎵砷間隔層上沉積第二銦砷層，第二銦砷層的生長溫度決定了量子的發光波長；步驟6在第二銦砷層上覆蓋鎵砷蓋層，完成器件的制作。
2.根據權利要求1所述的銦砷/鎵砷量子點的分子束外延生長方法，其特征在于，其中該襯底為鎵砷襯底。
3.根據權利要求1所述的銦砷/鎵砷量子點的分子束外延生長方法，其特征在于，其中外延層的厚度為300納米。
4.根據權利要求1所述的銦砷/鎵砷量子點的分子束外延生長方法，其特征在于，其中沉積第一銦砷層的溫度為480-500℃的襯底溫度，沉積厚度為2-3ML。
5.根據權利要求1所述的銦砷/鎵砷量子點的分子束外延生長方法，其特征在于，其中沉積鎵砷間隔層的厚度為3-10納米。
6.根據權利要求1所述的銦砷/鎵砷量子點的分子束外延生長方法，其特征在于，其中沉積第二銦砷層的溫度為400-500℃的襯度溫度，沉積厚度為2-4ML。
7.根據權利要求1所述的銦砷/鎵砷量子點的分子束外延生長方法，其特征在于，其中覆蓋鎵砷蓋層的厚度為50-100納米。
全文摘要
一種銦砷/鎵砷量子點的分子束外延生長方法，是在鎵砷基體上分子束外延沉積兩層銦砷，通過調控變化第二層銦砷的沉積溫度，控制量子點的發光波長；其特征在于，包括如下步驟步驟1選擇一襯底；步驟2在該襯底上生長一層厚的外延層；步驟3在外延層上沉積第一銦砷層，通過控制第一銦砷層的生長溫度確定量子點面密度。步驟4在第一銦砷層上沉積鎵砷間隔層；步驟5在鎵砷間隔層上沉積第二銦砷層，第二銦砷層的生長溫度決定了量子的發光波長；步驟6在第二銦砷層上覆蓋鎵砷蓋層，完成器件的制作。
文檔編號H01L21/02GK1929154SQ20051008637
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月8日 優先權日2005年9月8日
發明者吳巨, 王寶強, 朱戰平, 曾一平 申請人:中國科學院半導體研究所