专利名称：一种生长可控量子点和量子环的方法
技术领域：
本发明涉及半导体材料生长技术领域，尤其涉及一种液滴外延结
合图形衬底生长InAs/GaAs可控量子点和量子环的方法。
背景技术：
低微纳米结构材料在诸如量子信息处理，量子密码通讯等方面有 着越来越广泛的应用，许多非常具有实用价值的量子器件如单分子光 源都是基于对量子点的可控生长才能得以实现的。目前的低微纳米结 构材料的生长包括分子束外延(MBE)生长技术，金属有机化合物气 相淀积技术(MOCVD)等等，其中基于分子束外延(MBE)生长技 术的应变自组装(SK)生长技术是较为常用的生长技术，
GaAs中的InAs量子点已经成为被大多数MBE系统所选择的、生 长规律和生长技术相对比较成熟的典型材料体系，InAs/GaAs量子点激 光器也是研究最多的、最为成熟的激光器。1994年Kirstatedter等用单 层的应变自组装量子点为发光有源区首先研制出了低温下连续工作的 量子点激光器。近些年来，量子点激光器的输出功率也在不断提高， 中科院半导体所半导体材料科学重点实验室在InAs/GaAs量子点激光 器的研究方面也做出了出色的工作，研制的980nm量子点激光器的阈 值电流密度为218A/cm2，最大室温连续输出功率达到了 3.6W， 1W输 出时工作寿命超过4000h。
但是SK生长技术有着量子点密度较难控制，而且对于晶格失配要 求很高，无法用于生长晶格匹配的衬底外延(如GaAs/AlGaAs)的缺 点。
液滴外延(droplet印itaxy)是一种比较新的外延生长技术，1991 年由日本科学家Nobuyuki Koguchi等人提出。液滴外延的主要生长原 理是在首先单独生长III族元素的液滴之后，外延V族元素与之反应，以己经形成的液滴为基础晶化，最终形成m-v族元素化合物的量子点。
作为一种新颖的量子点生长技术，液滴外延生长方式除了在生长量子 点密度方面较为容易控制，可以生长于晶格匹配的衬底外延之外，还 可以形成很多很有特点的量子结构，量子环就是其中之一。量子环的 形成，以及对其能级、震荡强度、极化性、磁场强度的可控性使得它 已经成为制作各种新器件的理想选择之一。
近些年来，很多研究小组对液滴外延方式生长量子点以及量子环 进行了实验和研究，并初步得出了一定的结论。但是，对于量子环结 构的形成机理依然没有非常完整的结论，温度，沉积量，尤其是衬底 结构等因素对生长结果的影响依然并不清楚。
国内外也有使用SK自组织生长方式制备量子环的方法，但是那需 要在自组织量子点生长完成之后再生长一层盖层并加以高温退火，盖 层的引入影响了量子点材料的应用，而且没有办法在同一样品上同时 制备量子点量子环共存的结构。
图形衬底是一种通过制版、甩胶、光刻、腐蚀等一系列过程使得 原本是平面的生长面出现预定的凹陷或者隆起的结构，从而影响生长
结果。到目前为止，有结合SK生长模式的图形衬底的制备方法，但是
尚未有任何将图形衬底直接应用于液滴外延生长方式的研究报道。
发明内容
(一) 要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种生长可控量子点或量 子环的方法，通过引入图形衬底的衬底处理方式，在同一生长条件下、 同一衬底上不同的区域制备不同形貌的图形衬底，使得在平面上形成 的量子点或者量子环的形貌和分布发生变化，实现对量子点和量子环 密度和分布位置的调制。
(二) 技术方案
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是这样的 一种生长可控量子点和量子环的方法，该方法包括制备iam量级的包含有条形区域、方孔区域和圆孔区域的光刻板;
对该光刻板图形衬底进行普通光刻；
湿法腐蚀制备图形衬底；
采用一定的生长条件和沉积量的分子束外延MBE生长方法，在同
一衬底片上生长出量子点密度从高到低、量子环密度从低到高变化且 位置可控的量子点和量子环结构。
优选地，所述制备pm量级的包含有条形区域、方孔区域和圆孔区 域的光刻板，使用L-edit软件绘图，采用电子束曝光的方式进行制备; 所述条形区域包括lpm条形区域和2pm条形区域，其中，lpm条形区 域中沟与沟的间距分别为l]um、 2|tim、 3nm、 4)am， 2inm条形区域中沟 与沟的间距分别为2|am、 3pm、 4(im、 5pm;所述方孔区域为liam边长 方孔区域，孔与孔的行间距和列间距均分别为lpm、 2pm、 3|im、 4|im; 所述圆孔区域为l(im直径圆孔区域，孔与孔的行间距和列间距均分别 为l,、 2jim、 3拜、4拜。
优选地，所述对光刻板图形衬底进行普通光刻，具体包括
用去离子水清洗衬底片；
将衬底片置入实验杯，加入丙酮溶液，加热，待丙酮沸腾后5分 钟倒出，重复3遍；
加入乙醇溶液加热至沸腾5分钟后倒出，重复3遍； 用去离子水清洗衬底片20遍；
用氮气吹干衬底片，放入烘箱以120。 C烘烤30分钟；
滴AZ6103薄光刻胶，以3500转/分甩胶，以衬底自然解理面对准 光刻板主轴，光强8mW，曝光5秒；
将(CH3)4NOH5H20和去离子水按照1: 4的比例调配成显影液，将 曝光过的底片放入该显影液中显影40秒后取出，用去离子水清洗。
优选地，所述湿法腐蚀制备图形衬底，具体包括在冰水混合物 环境下，按照3: 50: 1的体积比分别先后加入H3P04、 H202、 H20， 打开超声，适度混合成腐蚀液，将曝光完毕的GaAs片放入腐蚀液进行 湿法腐蚀，腐蚀时间是40秒；腐蚀时间结束后，立刻将GaAs片放入 去离子水中清洗，得到深处50nm、浅处40nm的图形衬底结构。优选地，所述采用一定的生长条件和沉积量的分子束外延MBE生 长方法，在同一衬底片上生长出量子点密度从高到低、量子环密度从 低到高变化且位置可控的量子点和量子环结构，具体包括
将同时具备lpm、2iim沟型结构和lpm孔型结构偏角0.5°的GaAs (100)衬底放入Riber-32p分子束外延系统中；
生长全过程中令放置衬底的Mo托始终以50转/分的速度不停旋 转，以保证束流均匀的落在衬底上；
在As4保护气中，将衬底加热至反射高能电子衍射RHEED出现 明暗对比明显的斑点图像，衬底脱氧完成；
在580°C下生长20nmGaAs缓冲层；
衬底降温至120°C，关闭As源保护气；
打开In源并以O.lmon/s生长1.5mon的In，然后关闭In源；
As阀门全开使得As压达到9.45xl(T6Torr并持续15分钟；
升至450。C高温退火6分钟；
降温，取出样品。
优选地，所述量子点密度从高到低、量子环密度从低到高变化且 位置可控的量子点和量子环结构包括
密度为2.04xl08cm'2、平均高度21.64nm、平均直径半径141.4nm 的量子点及量子环密度为O的结构，和
密度为4xl07cm_2、平均高度6.4nm、平均直径半径97.8nm的量子 点及密度为2.24xl()8cn^、平均高度26.5764nm、平均外直径222.77nm、 平均内直径78.75nm的量子环结构；
其中，量子点的密度随图形衬底所形成的侧面积的的增加而逐渐 减少，量子环的密度随图形衬底所形成的侧面积的减少而逐渐增加。
所述量子点和量子环均倾向于形成在远离图形衬底所形成的台阶 处，量子点和量子环的密度最低点均处于图形衬底形成的台阶附近。
(三)有益效果
1、利用本发明，通过引入图形衬底的衬底处理方式，在同一生长 条件下、同一衬底上不同的区域制备出不同形貌的图形衬底，使得在平面上形成的量子点或者量子环的形貌和分布发生变化，实现了对量 子点和量子环密度和分布位置的调制。
2、 利用本发明，采用图形衬底结合液滴外延的生长方式，能够在
相同的生长温度下，均匀统一的沉积量下，同一块GaAs衬底上的不同 区域分别生长出高密度(2.04xl08ci^2)的量子点(平均高度21.64nm 平均直径半径141.4nm)同时量子环密度为0的结构，和低密度 (4xl07cm-2)的量子点(平均高度6.4nm平均直径半径97.8nm)同时 具备高密度(2.24xl08cm'2)量子环(平均高度26.5764nrn平均外直径 222.77nm平均内直径78.75nm)的结构，其间量子点的密度随图形衬 底所形成的侧面积的的增加而逐渐减少，量子环的密度随图形衬底所 形成的侧面积的减少而逐渐增加。
3、 利用本发明，所有的量子点、量子环都倾向于形成在远离图形 衬底所形成的台阶处，所有的量子点量子环的密度最低点均处于图形 衬底形成的台阶附近。实验结果见附图4、图5和图6。
4、 本发明更迸一步的意义在于，由于图形衬底的形貌可以通过使 用更为精密的仪器和制备方法来实现，因此本实验当中的普通光刻假 如改为电子束曝光，腐蚀条件假如可以在温度湿度固定的超净间实现， 结合对实验条件的进一步尝试和对图形衬底的进一步合理设计，可以 通过图形衬底在同一次生长中精确的制备不同形貌和密度的量子点， 量子环结构，这不仅仅可以实现无图形衬底情况下无法实现的实验目 的或者工业加工目的，而且可以在同样的情况下节省科研和生产成本， 具备一定的研究价值和实用价值。
图1是本发明提供的生长可控量子点和量子环的方法流程图； 图2是利用L-edit软件绘制的光刻板全图的示意图； 图3是利用L-edit软件绘制的光刻板1/4图的示意图； 图4是经过图形衬底液滴外延生长后的1号样品(2(mi间距的lpm 沟宽区域)图a， 2号样品(1,间距的方孔区域)图b， 3号样品(lpm 间距的圆孔区域)图c， 4号样品(2pm间距的2Mm沟宽区域)图d，5号样品(3^im间距2pm沟宽区域)图e， 6号样品(无图形衬底平面 区域)图f的AFM照片；
图5是图3所示1至6号样品的量子点密度和由于引入图形衬底 所每100^m^所增加的侧面积的示意图6是由AFM测量的实验结果得到的GaAs衬底上InAs 5号样品 (a图)、4号样品(b图)、1号样品(c图)的量子点(环)的分布图， 样品沿着和沟接近垂直的方向(x轴)由一个循环长度等间距分为20 份，柱状图对应落入相应区域的量子点(环)数目，黑线对应相应衬 底的高度起伏。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具 体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
到目前为止，国内外使用液滴外延生长不同形貌和密度的量子环
或者量子环所采取的方法有(1)采用不同的沉积量，(2)采用不同 的生长温度。
方法(1)虽然可以精确控制同一样品的单一沉积量，但是很难实 现同一样品不同区域沉积量的精确量化控制，既不容易通过精确数据 的比较进行研究，也不具备投入量化生产的可行性。
方法(2)虽然可以精确控制同一样品的单一生长温度，但是很难
实现同一样品不同区域温度的精确量化控制，具备和第一种方法相同 的缺陷以外，同时在不同温度下液滴外延形成的量子点或者量子环结 构在形貌发生改变的同时，发光效率等等光学性能也会发生变化，不 利于实际应用。
本发明所采用的图形衬底结合液滴外延的生长方式，能够在相同
的生长温度下，均匀统一的沉积量下，同一块GaAs衬底上的不同区域 分别生长出高密度(2.04xl08cm—2)的量子点(平均高度21.64nm平均 直径半径141.4nm)同时量子环密度为0的结构，和低密度(4x 107cm—2) 的量子点(平均高度6.4nm平均直径半径97.8nm)同时具备高密度 (2.24xl08cm^)量子环(平均高度26.5764nm平均外直径222.77nm平均内直径78.75nm)的结构，其间量子点的密度随图形衬底所形成的 侧面积的的增加而逐渐减少，量子环的密度随图形衬底所形成的侧面 积的减少而逐渐增加。同时，所有的量子点，量子环都倾向于形成在 远离图形衬底所形成的台阶处，所有的量子点量子环的密度最低点均 处于图形衬底形成的台阶附近。
量子环作为一种新的纳米结构，具有更高的震动强度，较高的发 光峰位，环状的电子结构等量子点所无法比拟的物理特性。这使得量 子环在光电器件应用方面有着更加广阔的前景和潜在的巨大应用价 值。普通SK生长模式无法直接形成量子环，需要在已经形成的量子点 上加盖层退火才能形成具有盖层的量子环结构，普通液滴外延虽然可 以通过改变沉积量来实现量子环的制备，但是很难在同一样品上通过 精确控制沉积量同时制备不同比例的量子点，量子环结构。
本发明通过在同一块衬底上采用不同的图形衬底结构，来实现在 同一生长条件，同一样品的不同区域分别生长量子点，量子环，量子 点和量子环共存区域，通过改变图形衬底来实现量子点量子环比例的 变化。并且对已经生成的量子环和量子点成核位置具有一定的调制功 能。提供了进一步精确可控制备量子环的新方法。
如图1所示，图1是本发明提供的生长可控量子点和量子环的方 法流程图，该方法包括以下步骤
步骤101:制备fim量级的包含有条形区域、方孔区域和圆孔区域 的光刻板；
步骤102:对该光刻板图形衬底进行普通光刻； 步骤103:湿法腐蚀制备图形衬底；
步骤104:采用一定的生长条件和沉积量的分子束外延MBE生长 方法，在同一衬底片上生长出量子点密度从高到低、量子环密度从低 到高变化且位置可控的量子点和量子环结构。
上述步骤101中，所述制备pm量级的包含有条形区域、方孔区域 和圆孔区域的光刻板，使用L-edit软件绘图，采用电子束曝光的方式 进行制备；所述条形区域包括l^im条形区域和2pm条形区域，其中， lnm条形区域中沟与沟的间距分别为lpm、 2pm、 3pm、 4|im， 2pm条形区域中沟与沟的间距分别为2pm、 3pm、 4pm、 5pm;所述方孔区域 为lpm边长方孔区域，孔与孔的行间距和列间距均分别为l]iim、 2|im、 3jim、 4)im;所述圆孔区域为lpm直径圆孔区域，孔与孔的行间距和 列间距均分别为l(im、 2[im、 3pm、 4pm。
上述步骤102中，所述对光刻板图形衬底进行普通光刻，具体包
括
用去离子水清洗衬底片；
将衬底片置入实验杯，加入丙酮溶液，加热，待丙酮沸腾后5分 钟倒出，重复3遍；
加入乙醇溶液加热至沸腾5分钟后倒出，重复3遍； 用去离子水清洗衬底片20遍；
用氮气吹干衬底片，放入烘箱以120。 C烘烤30分钟；
滴AZ6103薄光刻胶，以3500转/分甩胶，以衬底自然解理面对准 光刻板主轴，光强8mW，曝光5秒；
将(CH3)4NOH5H20和去离子水按照1: 4的比例调配成显影液，将 曝光过的底片放入该显影液中显影40秒后取出，用去离子水清洗。
上述步骤103中，所述湿法腐蚀制备图形衬底，具体包括在冰 水混合物环境下，按照3: 50: 1的体积比分别先后加入H3P04、 H202、 H20，打开超声，适度混合成腐蚀液，将曝光完毕的GaAs片放入腐蚀 液进行湿法腐蚀，腐蚀时间是40秒；腐蚀时间结束后，立刻将GaAs 片放入去离子水中清洗，得到深处50nm、浅处40nm的图形衬底结构。
上述步骤104中，所述采用一定的生长条件和沉积量的分子束外 延MBE生长方法，在同一衬底片上生长出量子点密度从高到低、量子 环密度从低到高变化且位置可控的量子点和量子环结构，具体包括
将同时具备lpm、2iim沟型结构和lpm孔型结构偏角0.5°的GaAs (100)衬底放入Riber-32p分子束外延系统中；
生长全过程中令放置衬底的Mo托始终以50转/分的速度不停旋 转，以保证束流均匀的落在衬底上；
在As4保护气中，将衬底加热至反射高能电子衍射RHEED出现 明暗对比明显的斑点图像，衬底脱氧完成；在580°C下生长20nmGaAs缓冲层；
衬底降温至120°C，关闭As源保护气；
打开In源并以O.lmon/s生长1.5mon的In，然后关闭In源；
As阀门全开使得As压达到9.45xl(T6Torr并持续15分钟；
升至450°C高温退火6分钟；
降温，取出样品。
所述量子点密度从高到低、量子环密度从低到高变化且位置可控 的量子点和量子环结构包括
密度为2.04xl08cm—2、平均高度21.64nm、平均直径半径141.4nm 的量子点及量子环密度为O的结构，和
密度为4xl07cm—2、平均高度6,4nm、平均直径半径97.8nm的量子 点及密度为2.24xl()Scm气平均高度26.5764nm、平均外直径222.77nm、 平均内直径7S.75nm的量子环结构等。
其中，量子点的密度随图形衬底所形成的侧面积的的增加而逐渐 减少，量子环的密度随图形衬底所形成的侧面积的减少而逐渐增加。
所述量子点和量子环均倾向于形成在远离图形衬底所形成的台阶 处，量子点和量子环的密度最低点均处于图形衬底形成的台阶附近。
下面结合具体实施例对本发明提供的生长可控量子点和量子环的 方法进一步详细说明，该方法具体包括以下步骤
步骤一，使用L-edit软件绘图，采用电子束曝光的方式制备光刻 所需的光刻板，具体形式见图2和图3，其中中间的红线是500nm宽 的透光间隔带，设定间隔带的目的一是为了在光刻对准的过程中便于 使光刻板方向和衬底自然解理面即晶向一致，二是为了能够便于在刻 蚀之后将一个整的2英寸板旋转对称的4部分解理分开。图中的圆就 是一个标准2英寸板的大小。
步骤二，用去离子水清洗预备生长的2英寸普通(100)晶向衬底片。
步骤三，将衬底片置入实验杯，加入丙酮溶液，加热，待丙酮沸 腾后5分钟倒出，重复3遍。步骤四，加入乙醇溶液加热至沸腾5分钟后倒出，重复3遍。
步骤五，用去离子水清洗衬底片20遍。
步骤六，用氮气吹干衬底片，放入烘箱120。C烘烤30分钟。
步骤七，滴AZ6103薄光刻胶，放入甩胶机中甩3500转。
步骤八，放入南光H94-25C型曝光机中，以衬底自然解理面对准 光刻板主轴，调整光强至6mW，曝光5秒钟。
步骤九，将(CH3)4NOH5H20和去离子水按照h 4的比例调配成显 影液，将曝光过的底片放入显影液中40秒后取出，用去离子水清洗。
步骤十，在冰水混合物环境下的超声器中放入烧杯，按照3: 50: 1体积比分别先后加入H3P04、 H202、 H20，打开超声，适度混合成腐 蚀液，将曝光完毕的GaAs片放入腐蚀液进行湿法腐蚀，腐蚀时间是 40秒。腐蚀时间结束后，立刻将GaAs片放入去离子水中清洗。
步骤十一，将腐蚀完毕的衬底片沿透光间隔带解理为4片，由于4 片的图形衬底结构是完全相同的，可以在之后的生长中按照样本的需 求取用，暂时不用的贮藏于氮气柜中。
步骤十二，按照生长所需的样品数取出相应的GaAs衬底片，以 300PLASMA型等离子去胶机去胶10分钟，去胶所使用的气体是纯氧， 气流量是300ml/分，去胶机的功率是100W。
步骤十三，用丙酮加超声清洗衬底片IO分钟，用乙醇加超声清洗 衬底片5分钟。
步骤十四，用无水乙醇=>丙酮=>三氯乙烯=>三氯乙烯=〉丙酮=> 无水乙醇的顺序加热清洗衬底片，每一步都要等到溶液沸腾之后5分 钟结束。
步骤十五，重复步骤十四一遍。
步骤十六，将清洗过的衬底用去离子水清洗，氮气吹干，按照体 积比3: 50: 1比例分别先后加入H3P04、 H202、 H20，适度混合成腐 蚀液，将衬底片放入腐蚀液腐蚀15秒钟后取出，用去离子水冲洗30 遍，吹干。
步骤十七，将衬底片背面贴In粘在MBE生长室的Mo托上，送 入Riber-32p分子束外延(MBE)系统生长室。步骤十八，生长前生长室除气，24小时左右。
步骤十九，令Mo托开始以50转/分的速度不停旋转，以保证束流 均匀的落在衬底上。打开As4保护气到lxl(T5T0rr，将衬底加热至反射 高能电子衍射(RHEED)出现明暗对比明显的斑点图像，衬底脱氧完 成。
步骤二十，打开Ga， As阀门，在580° C的衬底上生长20nmGaAs 缓冲层。
步骤二十一，衬底降温至120。C，关闭As源保护气。 步骤二十二，打开In源并以0.1mon/s生长1.5mon的In。 步骤二十三，关闭In源，As阀门全开使得As压达到9.45xl(T6Torr 并持续15分钟。
步骤二十四，衬底升温至450。C高温退火6分钟。 步骤二十五，降温，取出样品。
步骤十一需要注意的地方是，在解理前给旋转对称的4片衬底片 加以标记， 一般可以用蓝宝石衬底片在无图形衬底部分加标记，以便 在生长结束后对照对应晶向。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果 进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体 实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。
权利要求
1、一种生长可控量子点和量子环的方法，其特征在于，该方法包括制备μm量级的包含有条形区域、方孔区域和圆孔区域的光刻板；对该光刻板图形衬底进行普通光刻；湿法腐蚀制备图形衬底；采用一定的生长条件和沉积量的分子束外延MBE生长方法，在同一衬底片上生长出量子点密度从高到低、量子环密度从低到高变化且位置可控的量子点和量子环结构。
2、 根据权利要求1所述的生长可控量子点和量子环的方法，其特 征在于，所述制备pm量级的包含有条形区域、方孔区域和圆孔区域的 光刻板，使用L-edit软件绘图，采用电子束曝光的方式进行制备；所述条形区域包括lpm条形区域和2^m条形区域，其中，lpm条 形区域中沟与沟的间距分别为lpm、 2pm、 3|im、 4pm， 2pm条形区域 中沟与沟的间距分别为2pm、 3pm、 4nm、 5pm;所述方孔区域为lpm边长方孔区域，孔与孔的行间距和列间距均 分另U为1,、 2|am、 3fim、 4|am;所述圆孔区域为lpm直径圆孔区域，孔与孔的行间距和列间距均 分另U为l拜、2|jjn、 3|im、 4fxm。
3、 根据权利要求1所述的生长可控量子点和量子环的方法，其特征在于，所述对光刻板图形衬底进行普通光刻，具体包括 用去离子水清洗衬底片；将衬底片置入实验杯，加入丙酮溶液，加热，待丙酮沸腾后5分 钟倒出，重复3遍；加入乙醇溶液加热至沸腾5分钟后倒出，重复3遍； 用去离子水清洗衬底片20遍；用氮气吹干衬底片，放入烘箱以120。 C烘烤30分钟； 滴AZ6103薄光刻胶，以3500转/分甩胶，以衬底自然解理面对准 光刻板主轴，光强8mW，曝光5秒；将(CH3)4NOHsH20和去离子水按照1: 4的比例调配成显影液，将 曝光过的底片放入该显影液中显影40秒后取出，用去离子水清洗。
4、 根据权利要求1所述的生长可控量子点和量子环的方法，其特征在于，所述湿法腐蚀制备图形衬底，具体包括在冰水混合物环境下，按照3:50: 1的体积比分别先后加入H3P04、H202、 H20，打开超声，适度混合成腐蚀液，将曝光完毕的GaAs片放 入腐蚀液进行湿法腐蚀，腐蚀时间是40秒；腐蚀时间结束后，立刻将 GaAs片放入去离子水中清洗，得到深处50nm、浅处40nm的图形衬 底结构。
5、 根据权利要求l所述的生长可控量子点和量子环的方法，其特 征在于，所述采用一定的生长条件和沉积量的分子束外延MBE生长方 法，在同一衬底片上生长出量子点密度从高到低、量子环密度从低到 高变化且位置可控的量子点和量子环结构，具体包括将同时具备1(im、2(am沟型结构和liam孔型结构偏角0.5°的GaAs (100)衬底放入Riber-32p分子束外延系统中；生长全过程中令放置衬底的Mo托始终以50转/分的速度不停旋 转，以保证束流均匀的落在衬底上；在As4保护气中，将衬底加热至反射高能电子衍射RHEED出现 明暗对比明显的斑点图像，衬底脱氧完成；在580°C下生长20nmGaAs缓冲层；衬底降温至120°C，关闭As源保护气；打开In源并以0.1mon/s生长1.5mon的In,然后关闭In源；As阀门全开使得As压达到9.45xlO—6Torr并持续15分钟；升至450°C高温退火6分钟；降温，取出样品。
6、 根据权利要求1所述的生长可控量子点和量子环的方法，其特 征在于，所述量子点密度从高到低、量子环密度从低到高变化且位置可控的量子点和量子环结构包括密度为2.04xl08cm—2、平均高度21.64nm、平均直径半径141.4nm 的量子点及量子环密度为0的结构，和密度为4xl07cm_2、平均高度6.4nm、平均直径半径97.8nm的量子 点及密度为2.24xl()8cm-2、平均高度26.5764nm、平均外直径222.77nm、 平均内直径78.75nm的量子环结构；其中，量子点的密度随图形衬底所形成的侧面积的的增加而逐渐 减少，量子环的密度随图形衬底所形成的侧面积的减少而逐渐增加。
7、根据权利要求6所述的生长可控量子点和量子环的方法，其特 征在于，所述量子点和量子环均倾向于形成在远离图形衬底所形成的 台阶处，量子点和量子环的密度最低点均处于图形衬底形成的台阶附 近。
全文摘要
本发明公开了一种生长可控量子点和量子环的方法，该方法包括制备μm量级的包含有条形区域、方孔区域和圆孔区域的光刻板；对该光刻板图形衬底进行普通光刻；湿法腐蚀制备图形衬底；采用一定的生长条件和沉积量的分子束外延MBE生长方法，在同一衬底片上生长出量子点密度从高到低、量子环密度从低到高变化且位置可控的量子点和量子环结构。利用本发明，通过引入图形衬底的衬底处理方式，在同一生长条件下、同一衬底上不同的区域制备出不同形貌的图形衬底，使得在平面上形成的量子点或者量子环的形貌和分布发生变化，实现了对量子点和量子环密度和分布位置的调制。
文档编号H01L21/00GK101567521SQ20081010476
公开日2009年10月28日 申请日期2008年4月23日 优先权日2008年4月23日
发明者波 徐, 王占国, 暕 赵, 陈涌海 申请人:中国科学院半导体研究所