的AFM图像，其中，扫描面积为1微米X1微 米；
[0030] 图9A示出示例性碳掺杂的砷化镓量子点的PL光谱，其中，测量温度为4. 65K;
[0031] 图9B为示出示例性碳掺杂的砷化镓/砷化铝镓量子点中导带和价带之间的跃迀 能的不意图；
[0032] 图10示出示例性碳掺杂的砷化镓/砷化铝镓量子点结构的导带中，在温度介于 1. 74K到21K时，受限电子的跃迀能；
[0033]图11示出示例性碳掺杂的砷化镓量子点的PL光谱与温度的关系；
[0034] 图12示出在半导体器件上生长量子点的另一示例性方法；以及
[0035] 图13A-图13B示出在半导体器件上生长碳掺杂的量子点的又一示例性方法。
【具体实施方式】
[0036] 现将详细参考根据本发明的示例性实施方式，其示例示于附图中。只要可能，在所 有附图中使用相同的附图标记指代相同或相似的部分。尽管描述中包括示例性实施方式， 但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，其他实施方式是可能的，且可以对实施方式 作出改变。以下详细描述不限制本发明。反而，本发明的范围由所附的权利要求及其等价 方案限定。
[0037] 根据本发明的实施方式，公开了一种半导体器件，包括基底和量子点，当在4K的 温度下测量半导体器件时，量子点的峰值发射的半高宽（FWHM)小于20毫电子伏特（meV)。 半导体器件还可以包括缓冲层，缓冲层包括由周期表第三族（III)材料和周期表第五族 (V)材料组成的周期表第三族-第五族（III-V)材料，而量子点包含周期表第三族材料和周 期表第五族材料。例如，缓冲层可以是砷化镓缓冲层，而量子点包含砷化镓、例如高度均匀 的砷化镓/砷化铝镓量子点。
[0038] 图1为示出根据本发明的示例性砷化镓量子点半导体器件的示意图。半导体器件 包括：基底110 ;砷化镓缓冲层120 ;砷化镓/砷化铝超晶格130 ;砷化铝镓层140,其中嵌入 砷化镓量子点150 ;砷化镓/砷化铝超晶格160 ;和砷化镓量子点170。
[0039] 根据本发明，本领域普通技术人员能够想到半导体器件还可以包括覆盖层，以及 能够想到这些层可以重复出现。例如，覆盖层可以是砷化铝镓层150,而层130和具有嵌入 的量子点的层140可以多次重复出现，以生长更多的砷化镓量子点。
[0040] 神化嫁缓冲层120可以具有大约200纳米（nm)的厚度。神化嫁/神化错超晶格 130和160的周期可以介于50到150。对于周期为150的超晶格，砷化镓可以具有大约2. 9 纳米的厚度，而砷化铝可以具有大约2. 7纳米的厚度。
[0041] 砷化铝镓层140可以具有大约100纳米的厚度。砷化镓量子点150嵌入砷化铝镓 层140内。砷化镓量子点150和170具有高均匀度。通过AFM图像测试砷化镓量子点170 的高均匀度。
[0042] 图2A为示例性砷化镓量子点170的表面形态的AFM图像210,其中，扫描面积为5 微米X5微米，生长温度为360°C。如图所示，砷化镓量子点212具有高均匀度以及圆形形 状。在一个示例中，砷化镓量子点212的表面具有高均匀度（平均直径99±3纳米）以及 大约10scm2的面密度。
[0043] 图2B为示例性砷化镓量子点170的表面形态的AFM图像250,其中，扫描面积为1 微米X 1微米，生长温度为360°C。AFM图像250为图2A的特写图像，并确认砷化镓量子点 170具有高均匀度，如量子点252所显示的那样。
[0044] 图3为嵌入AlGaAs层340中的示例性砷化镓/砷化铝镓量子点320的TEM图像， 砷化铝镓层本身嵌入在砷化镓/砷化铝超晶格330与砷化镓/砷化铝超晶格350之间（部 分示出）。量子点320形成在润湿层310上并嵌入砷化铝镓层340中。可以清楚地观察到 位于量子点下方的连续的润湿层310。
[0045] 图4示出与嵌入砷化镓/砷化铝超晶格结构中的砷化铝镓层中的砷化镓润湿层耦 合的示例性砷化镓/砷化铝镓量子点150的PL光谱。PL光谱410是在4K的低温下测量 的，而PL光谱420是在300K的室温下测量的。
[0046] 在图4中，从4K下的量子点150 (光谱410中）观察到具有小于20meV(在本示例 中为大约14.87meV)的半高宽（FWHM)的非常窄的PL发射，其中心位于大约704nm处。这 表明量子点具有高的光学质量以及极好的均匀度。
[0047] 尽管量子点峰的面密度低至大约10scm2,但是量子点峰的强度高于图1中砷化镓 缓冲层120的砷化镓峰，原因可能在于从超晶格到润湿层和从润湿层到量子点的有效的载 体转移。注意，砷化镓量子井（QW)峰的中心位于大约689nm处。
[0048] 在室温（300K)下，PL光谱420示出一系列子峰，可能归因于量子点内不同的受限 态。在工业应用中，每一个子峰都可以用于代表一个独特的信号。
[0049] 根据本发明，图5示出在半导体器件上生长量子点的示例性方法500。方法500 包括：提供基底（步骤510);供应周期表第五族材料，例如打开周期表第五族材料的闸门 (步骤520);以及在大于500°C(例如，580°C)的生长温度下，在基底上生长周期表第三 族-第五族材料的缓冲层（步骤530)。方法500还包括：降低生长温度到大约500°C(步 骤540);停止供应周期表第五族材料，例如关闭周期表第五族材料的闸门（步骤550);以 及生长周期表第三族材料液滴（步骤560)。方法500进一步包括：降低生长温度到小于大 约400°C(例如，介于200 °C到400 °C的温度）（步骤570)，生长更多的周期表第三族材料液 滴（步骤580);以及升高生长温度高达大约450°C(例如，介于360°C到450°C的温度）（步 骤 590)。
[0050] 根据本发明，周期表第三族材料可以是硼，铝，镓，铟，或铊。周期表第五族材料可 以是氮，磷，砷，锑，或铋。周期表第三族-第五族材料可以是例如砷化镓，锑化镓，或砷化铝 镓。
[0051] 在一个实施方式中，周期表第三族材料，周期表第五族材料，和周期表第三族-第 五族材料分别为镓，砷，和砷化镓。方法500还可以在不同阶段包括以下一个或多个步骤： 生长砷化镓/砷化铝超晶格，在砷化镓/砷化铝超晶格上生长砷化铝镓层，打开砷的闸门， 以及使镓液滴结晶成为砷化镓量子点。方法500还可以包括：生长砷化铝镓覆盖层。方法 500中的一些步骤可以重复，以生长更多的量子点。
[0052] 根据本发明，图6A-图6C示出在半导体器件上生长量子点的另一示例性方法600。 在此，量子点的液滴外延涉及两个主要阶段，即液滴的形成以及后续在砷气体下的结晶。
[0053] 首先，在步骤610中，提供半绝缘的砷化镓基底，以通过分子束外延（MBE)生长量 子点。使用优化的两步生长方法来制备镓液滴。在步骤612中，温度升高至大约580°C。然 后，在步骤614中，打开砷的闸门。然后，在步骤616中，砷化镓缓冲层开始生长。
[0054] 在砷化镓晶圆的表面上、于580°C下，生长200nm厚的砷化镓缓冲层，之后，在步骤 620中，在砷化镓缓冲层上，开始生长周期为150的砷化镓/砷化铝超晶格。砷化镓/砷化 铝超晶格的周期也可以是介于50到150。在步骤622中，等待2到4分钟，之后，在步骤624 中，开始生长砷化铝镓层。
[0055] 接着，在步骤626中，基底温度降低到大约500°C并完全关闭砷的闸门，以维持周 围气体压力低于6X10w托。通过反射式高能电子衍射（RHEED)清楚地观察到C(4X4)表 面再造结构。在步骤628中，镓液滴首先在没有砷气体的情况下，以每秒0. 5单层（ML)的 速率，生长1单层。
[0056] 随后，在第二阶段中，在步骤630中，基底温度降低至大约320°C，在步骤632中， 以每秒0. 5单层的速率沉积2单层镓。在整个液滴形成过程中，周围气体压力维持在低 于6X10 托。在镓液滴形成之后，执行结晶过程。在结晶步骤634,基底温度升高至大约 360°C到450°C。在步骤636中，打开砷的闸门。在步骤638中，镓液滴结晶成为砷化镓量子 点。在结晶过程中，温度大约在360°C到450°C、四砷气体维持在大约4X10 6托，持续十分 钟，以生长半导体。
[0057] 然后，量子点被另一50纳米厚的Ala35GaQ.65As层覆盖，步骤如下。在步骤640中， 开始生长10纳米的砷化铝镓覆盖层。然后，在步骤642中，温度升高至大约580°C，在步骤