]E2e= 4 号峰-EgGaAs+Eb= 210meV (2)
[0084]E3e= 3 号峰-EgGaAs+Eb= 229meV
[0085]E4e= 1 号峰-EgGaAs-Elh= 259meV
[0086] 其中，为砷化镓基体的带隙能量，并等于大约1. 519电子伏特。
[0087] 为了证实该假定，使用有效质量法来计算砷化镓量子点的电子能态。砷化镓/砷 化铝镓量子点的几何形状则用原子力显微镜来判断。在此，量子数η= 1的重空穴能态，能 级直接由PL实验结果获得（参见等式（1))。根据对结构的分析以及一组已被确认的能带 参数，可以计算在导带井中受限电子的能级。
[0088] 导带与价带围绕砷化镓和AlxGaixAs的Γ谷的中心。Γ谷中，电子的有效质量< 用能带参数表示为：
[0089]
(3)
[0090] 其中m。为自由电子质量，F为Kane参数，Δs。为自旋轨道分裂参数，Ep为能带参 数，以及Eg为带隙能量。
[0091] 计算中使用的所有参数汇总在如下表1中。
[0092] 表1:用于计算的能带参数
[0093]
[0094] 对于导带偏移值QjAEfQ，Eg，其中ΔΕ。和ΔΕ>ν别为砷化镓和AlQ.29GaQ.71As 之间的导带不连续值以及带隙不连续值），目前广泛被接受的值为大约〇.62,从而导出：
[0095] AEC= 0. 62ΔΕg (4)
[0096] 利用该信息，计算出导带的势皇高度等于254. 8毫电子伏特。计算出的量子数η =4到η= 1的受限电子的能级分别为E4e= 259毫电子伏特、E3e= 234毫电子伏特、E2e =205毫电子伏特、和Ele= 172毫电子伏特，它们对应于观察到的PL峰位置：1号峰（约 1. 801电子伏特）、2号峰（约1. 754电子伏特）、3号峰（约1. 729电子伏特）以及4号峰 (约1. 705电子伏特）和5号峰（约1. 667电子伏特）。量子数η= 4的受限电子状态比 导带的高度高4. 2毫电子伏特，是因为量子数η= 4的受限电子状态位于砷化镓/砷化铝 超晶格中的微带（miniband)边缘。
[0097] 因此，在低温PL光谱中，观察到四个明显的受限电子能态。基于结构结果，使用有 效质量法可以计算出量子数η= 1到η= 4的受限电子能态。对于砷化镓/砷化错镓量子 点，所计算出的能量高度符合PL中所观察到的能量。
[0098] 根据本发明，图12示出在半导体器件上生长量子点的另一示例性方法1200。方法 1200包括：提供基底（步骤1210);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1220);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1230);以及停止供应周期表第五族材料（步骤1240)。
[0099] 方法1200还包括：供应周期表第二族材料或周期表第四族材料，例如打开周期表 第二族材料或周期表第四族材料的闸门（步骤1250);降低生长温度到小于大约200°C(例 如，介于l〇〇°C到200°C的温度）（步骤1260);停止供应周期表第二族材料或周期表第四族 材料，例如关闭周期表第二族材料或周期表第四族材料的闸门（步骤1270);以及生长具有 周期表第二族材料或周期表第四族材料的周期表第三族材料液滴（步骤1280)。
[0100] 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。周期表 第二族材料可以是例如锌、镉、汞、或謌。周期表第四族材料可以是例如碳、硅、锗、锡、铅、或 鉄。
[0101] 在一个实施方式中，周期表第三族材料、周期表第五族材料、周期表第三族-第五 族材料、以及周期表第二族材料或周期表第四族材料，分别为镓、砷、砷化镓和碳。方法1200 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碳掺杂的砷化镓量子 点。方法1200还可以包括：生长砷化铝镓覆盖层。方法1200中的一些步骤可以重复，以生 长更多的量子点。
[0102] 图13A-图13B示出在半导体器件上生长碳掺杂的量子点的示例性方法1300。首 先，在步骤1310中，提供半绝缘的砷化镓基底，以使用DE技术经由MBE生长量子点。在步 骤1312中，温度升高至大约580°C。然后，在步骤1314中，打开砷的闸门，以及，在步骤1316 中，砷化镓缓冲层开始生长。
[0103] 在大约580°C下生长200纳米厚的砷化镓缓冲层之后，在步骤1318中，完全关闭砷 的闸门，以维持周围气体压力为2Χ101(]托。通过RHEED清楚地观察到C(4X4)表面再造 结构。在步骤1320中，打开碳的闸门。
[0104] 随后，在步骤1322中，形成由砷化铝（3. 3纳米）和砷化镓（3. 3纳米）交替生长， 周期为100的超晶格（SL)层。在步骤1324中，等待2到4分钟，之后，在步骤1326中，在 大约580°C下形成50纳米厚的Ala35GaQ.65As，在这个步骤中，碳源的闸门完全打开。
[0105] 接着，在步骤1328中，基底温度降低至大约100°C到200°C，并立即关闭碳的闸门。 在步骤1330中，在没有砷气体的环境下，通过以每秒0. 5单层的速率供应3单层厚的镓来 形成镓液滴。在整个液滴形成过程中，周围气体压力维持在低于2X10 9托。
[0106] 在步骤1332中，打开砷的闸门。在步骤1334中，生长温度维持在大约100°C 到200°C，四砷气体压力恒定在4X10 6托，持续十分钟，进行结晶过程，使得镓液滴结晶 成为碳掺杂的砷化镓量子点。然后，在步骤1336中，在相同的生长温度下，10纳米厚的 Ala35Gaa65As覆盖碳掺杂的砷化镓量子点。然后，在步骤1338中，基底温度上升至大约 580°C。在步骤1340中，形成另一 40纳米厚的AlQ.35GaQ.65As覆盖层。
[0107] 图13A和图13B中示出的一些步骤可以重复，以生长更多的量子点层。例如，用和 内部量子点相同的条件，在半导体器件的表面，形成第三碳掺杂的砷化镓量子点层（参见 图7)，以使用AFM研究内部量子点的表面形态，如图8所示。PL实验表现在温度介于4. 2K 至IJ300K，使用多模光纤，以传输532纳米的激光到半导体器件上并收集PL，使用分光仪以及 电子倍增电荷耦合器（EMCXD)来分析PL，如图9A、图9B、图10、和图11所示。
[0108] 上述量子点和生长量子点的方法具有很多工业应用，包括但不限于：光学应用、量 子计算、以及生物和化学应用。
[0109] 关于光学应用，根据本发明，量子点非常重要的应用是可以用来精确控制发光的 颜色。作为一个示例，由量子点制成的薄膜滤光片可以安装在荧光灯或LED灯的顶部上，将 入射光由偏淡蓝色转换成暗红色，类似于由老式白炽灯所产生的颜色。还可以使用量子点 代替颜料和染料。嵌入其他材料中时，量子点吸收一种颜色的入射光并产生各种不同颜色 的光。量子点发出光的颜色还比由有机化学合成染料发出光的颜色更加明亮且更易控制。 [0110] 根据本发明，量子点还可以用于发展更高效的太阳能电池。在传统的太阳能电池 中，太阳光中的光子撞击半导体，使电子流入电路中，从而产生有用的电能，但是该过程的 效率非常低。对于每一个吸收进量子点的光子，量子点能够产生更多的电子（或空穴），从 而有潜力提供比传统半导体更高的效率。
[0111] 另外，根据本发明，应用上，量子点还可以用于使传统上大而笨重的电荷耦合器件 (CCD)，变得更小，效率更高。电荷耦合器件是一种图像检测芯片，用于例如数码相机和网络 摄像头中，将入射光转换成电子信号的图案，工作方式与太阳能电池类似。
[0112] 另外，根据本发明，量子点可以用于计算机屏幕和显示器，表现出很多优点。第一， 对于传统的液晶显示器（LCD)，通过非常亮的背光源从后方照射晶体，所发出的的红光、蓝 光和绿光的细微结合形成图像。量子点可以经过调整，发射出任何一种颜色的光，因此，量 子点显示器的颜色很可能更为真实。第二，量子点本身发光，因此不需要背光源，能够更有 效地利用能量，这对于想要电池寿命长的诸如手机的便携式设备而言是非常重要的。第三， 量子点比液晶小得多，因此，量子点能够产生更高分辨率的图像。