量子点与量子阱耦合的半导体器件及其制造方法

专利名称：量子点与量子阱耦合的半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件及其制造方法的领域，更具体地说，涉及一种具有量子阱和与量子阱隔开的量子点层的半导体器件及其制造方法。
背景技术：
1977年已有量子阱(QW)激光器的介绍，该激光器的有源区利用一或多层薄的量子阱层(Lz小于400)夹在较厚的波导区之间，该波段区进一步由更高间隙的p型和n型限制层包围(参见E.A.Rezek，N.Holonyak，Jr.，B.A.Vojak，G.E.Stillman，J.A.Rossi，D.L.Keune，和J.D.Fairing的“LPE In1-xGaxP1-zAsz(x～0.12，z～0.26)DH Laser With MultipleThin-Laye(＜500)Active Region”，Appl.Phys.Lett.，vol31，pp288-290，Aug.15，1997；E.A.Rezek，H.Shichijo，B.A.Vojak，和N.Holonyak，Jr.，的“Confined-Carrier Luminescence of a Thin In1-xGaxP1-zAszWell(x～0.13，z～0.29；～400)in an InP p-n Junction”Appl.Phys.Lett.，vol 31，pp534-536，Oct.15，1997)。十年来，许多小组正试图将实际的和广泛制造的量子阱激光器转换成所谓的量子点激光器。其目标是构造最终的激光器。理论上，QW激光器的薄量子阱层(或多层)被(理想地)“切成”(“cut-up”)密度均匀的片状的同样小的量子单元(即量子点)。这样的结构，在易于生长的薄(Lz小于400)均匀QW片层(因此具有一维的厚度限制和量化；和2-D结构)中代替(通过电流、光等)注入和聚集的电子和空穴，电子和空穴在小量子点(即量子单元；因此，3维限制和量化；0-D结构)中聚集并复合。该小单元或点就像“胖胖”的小分子，(理想的)所有都相同，并且密集地、均匀地分布。[例如，可参考美国专利US 6,369,403和J.H.Ryou，R.Dupuis，G.Walter，D.Kellog，N.Holonyak，Jr.，D.Mathes，R.Hull，C.Reddy，和v.Narayanamuri，Appl.Phys.Lett.78，4091(2001)]，实际上，量子点是随机的和概率性的、小的但是任意的。它们在几何结构、尺寸和分布上是随机的——并且不稠密，即不足以接近量子耦合(通过隧穿)。电子和空穴(e-h)对吸附在每一单元中(假设它们被完全聚集)并且不能在相邻单元中传输。在量子点的平面中e-h对不能象它们在薄QW片层(Lz小于400；Lx，Ly在平面中扩展；因此是一个2-D结构)中一样容易地来回移动和再分布。简而言之，量子点的片层(或多个片层)很少的或者没有导电性。
本发明的目的是提供器件和其制造方法，它是对现有技术的上述限制作出的响应，本发明还提供显示出改进操作的器件，如发光器和如其它的应用。

发明内容
量子点异质结(QDH)的主要问题是QD结构的随机特性、缺乏均匀性、密度不足、和不良的QD到QD耦合。根据其一方面，要解决的问题是通过薄阻挡层，从QD片层(多个片层)到QW层，例如到QW激光器的QW层的耦合问题。高能态的QD通过隧穿与低受限粒子态的薄均匀QW层的谐振并耦合。在QW层中传输的电子—空穴能够在平面中重新分布e-h对，并提供点到点耦合。也就是说，电子从QD隧穿到QW层，在QW层中以平面传输，并且再隧穿回到另一QD中。因此，电子隧穿不是在其平面内，而是在其平面外的QW层中能够耦合QD，然后从QW层平面中的其它一些点处穿回到另一个QD上。在本方式中，本发明使电荷从QD获得松脱成为可能并在波导区域逐点移动，来帮助最优化地发射光束。
另外，QD不能有效聚集注入的电子—空穴对(各别情况是可能的)，薄辅助QW层(或者，如果需要或者理想的可以是多个QW层)将聚集注入的载流子并将它们通过谐振隧穿供给到量子点中，然后将该载流子向下分散到低能态点处用于复合(用于发光和激光器工作)。显然可以使用多个QD层和多个QW辅助层或者连接(互通)层，并且可以是激光器或者其它器件设计的一部分。
根据其另一方面，因为量子点是较低间隙组分的III-V QD异质结，所以它们能够被掺杂或者剩下不掺杂。换言之，能够改变QD使其成为量子“掺杂球”。利用n-型或者p-型QD“掺杂球”是有利的，正如器件设计的原因保留QW的辅助连接或者互通层不掺杂、或者n-型或者p-型掺杂。QW辅助连接层能够与QD(通过小的分开的阻挡层厚度)紧密耦合，或者能够(通过大阻挡层厚度)弱耦合。另外，QW辅助层可以是较厚的且将其较低的受限粒子的能态降低到最低的QD能态以下，或者可以制成较薄的QW辅助层且将其最低的受限粒子的能态升高到最低的QD能态以上。上述类型的技术和结构能够与场效应晶体管器件结合。例如，掺杂的QD，即“掺杂球”，能够用于改变所谓的伪同晶晶体管使其成为新形式的场效应晶体管。掺杂的QD能够与辅助QW层(多层)一起使用或者无需QW辅助层。
GaAs(Eg＝1.42eV)变成几乎不可能制成较高间隙，即GaP(Eg＝2.26eV)、隧道二极管后。高间隙(高能量)需要较窄的隧穿距离，其中p-n隧道二极管需要较高掺杂，而不是普通的掺杂，低杂质可解决上述问题，使其具有高间隙。
可以将隧道二极管设计成不大的均匀结，而相反是一个微隧道结的阵列，例如在p-n结的n侧上掺杂的量子点阵列。如，1993年制成的GaAs(p+)-InGaAs(n+)-GaAs(n+)p-n隧道二极管(Richard，et al.，Appl.Phys，Lett.63，3616(1993年12月27日)，即窄间隙InGaAs中心区域、减小的阻挡层能够“切成”量子点。对于在VCSEL激光器上隧道接触的这种结构的重要性可结合美国专利US6,369,403一起理解。
在隧道接触或隧道二极管中使用类型相同的掺杂QD是掺杂QD或者掺杂球(DB)的相同种类，它们能够作为在异质结任何层中的掺杂源，包括所有类型的量子点(QD)发光器件(例如激光器)，这些器件描述在许多杂志文献的文章中。掺杂点(DD)、或者掺杂球(DB)可以通过高间隙材料(以多层)束紧，来充当载流子源。足够小的小QD掺杂球即使晶格不匹配也能够引入高间隙材料中，且不产生缺陷(位错)。QD具体为掺杂球和其“挤压”的高能态、在QD材料的溶解度极限处的载流子杂质，例如，在高间隙In0.5Ga0.5P或In0.5Al0.3Ga0.2P中的InP QD、和不在高间隙层(矩阵)的溶解度极限处的载流子杂质。
掺杂QD(DD或DB)的层和区域是引入异质结器件中的多用层(n-型、p-型或者未掺杂)，如量子阱、阻挡层、耦合阻挡层、波导区域限制层等被引入器件中一样。可有益于发光器(LED和激光器)、探测器、晶体管等各种器件。QD无需被看作仅仅是用于载流子复合的小“单元”(如现今的QD激光器)，即一个用于改进载流子复合的“中心”，而是，更广泛地，能够将QD看作一个特殊的小“单元”，该小“单元”能够将杂质承载到区域中，否则掺杂是困难的，或者提供增强掺杂的机会。所有III-V材料是QD层和掺杂点技术和器件的候选材料。氮化物材料具有相对高的间隙且相对难掺杂，因此特别有益于掺杂点的利用。
根据本发明的一种形式，将说明形成半导体器件的方法，包括步骤如下提供多个半导体层；提供用于将信号耦合到器件的多层和/或从器件的多层耦合信号的装置；提供设置在器件的相邻层之间的量子阱；提供设置在一个该相邻层中的量子点层，且该量子点层与量子阱隔开，因此载流子能够以任意方向在量子阱和量子点之间隧穿。在形成本发明的一个实施例中，量子点层通过阻挡层与所述量子阱隔开，该阻挡层的厚度在约5埃到100埃的范围内。在本实施例中，提供量子点层的步骤包括提供掺杂的量子点。还在本实施例中，提供掺杂点的步骤包括对于n型掺杂提供点掺杂的浓度至少为N＝1015/cm3，对于p型掺杂提供点掺杂的浓度至少为N＝1016/cm3。另外在本实施例中，提供点的步骤包括提供点的平均尺寸为高度在10到100埃和直径在10到200埃的范围，且平均密度在1010到1012每平方厘米的范围内。
根据本发明的另一形式，提供一种半导体器件，包括多个半导体层；用于将信号耦合到器件的多层和/或从器件的多层耦合信号的装置；设置在器件的相邻层之间的量子阱；和设置在一个该相邻层中的量子点层，且该量子点层与量子阱隔开，因此载流子能够以任意方向在量子阱和量子点之间隧穿。
根据本发明的另一形式，提供一种半导体器件，包括多个III-V半导体层；用于将信号耦合到器件的多层和/或从器件的多层耦合信号的装置；设置在多层的至少一层中的掺杂的量子点层，作为能够以任一方向在点和另一层之间互通的载流子源。
本发明的其它方面和优点将结合附图、通过以下的详细描述，变得显而易见。


图1是在器件中具有紧靠着量子阱层设置的量子点层时，载流子在QW内部的传输和通过载流子的隧穿在QD-QW相互之间的传输(在两个方向)的示意图。
图2和3分别是两个具有紧靠着量子阱并与量子阱耦合的量子点的发光器件III-V量子阱异质结的能量图。
图4是利用掺杂点的III-V伪同晶场效应晶体管器件的能量图。
图5表示制造的具有量子点层(无耦合的量子阱)的III-V异质结的实验器件的试样。
图6和7表示制造的具有耦合的量子阱和量子点层的III-V异质结的实验器件的试样。
图8是III-V耦合的QD-QW异质结激光器的示意图。
图9是本发明另一实施例的能量图。
图10表示本发明另一实施例的脉冲激励光谱。
图11表示本发明另一实施例的复合辐射光谱。
图12表示本发明另一实施例L-I特征。
图13表示本发明另一实施例的能量图。
具体实施例方式
图1是在器件中具有紧靠着量子阱层设置的量子点层时，载流子在QW内部的传输和通过载流子的隧穿在QD-QW相互之间的传输(在两个方向)的示意图。在图1中，垂直方向表示能级，x方向是器件层平面的法线。110表示量子阱的互通层，120表示量子点，量子阱能态标记为E1QW和E2QW，量子点的能态标记为E1QD。双箭头111表示QW的内部传输，箭头121表示在QW-QD之间两个方向的传输。从图中看到，例如，电子能够从量子点隧穿到量子阱层，在量子阱层中传输，并且再隧穿回另一量子点中。在这种方式下，例如，电荷可以从量子点得到松脱，并在点的波导区域中从点到点移动，来增加复合辐射发射。
图2和3分别是两个具有紧靠着量子阱并与量子阱耦合的量子点的发光器件III-V量子阱异质结的能量图。
图2的器件具有分别为p和n型的InAlP限制层(210，280)、定义了波导区的In(AlGa)P引导层(220，270)、InGaP量子阱(250)、表示了量子阱的状态、和InP量子点层(255)、也表示了量子点的状态。
图3的器件具有分别为p和n型的AlyGa1-yAs和AlxGa1-xAs包层(310，315和380，375)、定义了波导区的GaAs引导层(320，370)、InGaP量子阱(350)、表示了量子阱的状态、和InGaP量子点层(355)、也表示了量子点的状态。
图4是利用掺杂点的III-V伪同晶场效应晶体管器件的能量图。图4的器件具有例如InGaP或AlGaAs的晶体表面410，其上沉积有金属栅电极。在InGaP或AlGaAs薄阻挡层中的InAs掺杂点420紧密地与GaAs上的InGaAs量子阱(包括通道一起)隔开。
图5表示制造的具有量子点层(无耦合的量子阱)的III-V异质结的实验器件的样品。图5A、5B、5C和5D表示实验使用的3个样品的层状结构，表示了传统量子点器件的基线。图5A和5B的样品具有一个量子点层，图5C的样品具有多个量子点层。在这些和随后的样品中，In(AlGa)P层是In0.5(AlxGa1-x)l0.5P。
图6和7表示制造的具有量子阱和量子点层耦合的III-V异质结的实验器件的样品。在图6A中，样品具有一个量子点层和一个量子阱互通层。图6B样品具有多个量子点和量子阱之间的互通层。图7样品具有多个与量子阱层之间互通的量子点层。
图8是III-V耦合的QD-QW异质结激光器的示意图。该结构与图6B的样品类似，在InP量子点层之间具有一个InGaP互通量子阱层。在图8中，层810和890分别是n型和p型In0.5Al0.5P下和上包层。层820和880分别是In0.5(AlxGa1-x)0.5P下和上波导层。InP量子点分别表示为825和875，并且通过In0.5(AlxGa1-x)0.5P薄阻挡层835和865由In0.5Ga0.5P量子阱互通层分开。GaAs衬底和缓冲层表示为807和808，GaAs管帽层可沉积在890层上。也可应用适合的涂敷金属。本实施例中，量子阱的厚度在20到100埃范围内，阻挡层在5到15单分子层范围内。波导的厚度是约1000埃。
在G.Walter，N.Holonyak，Jr.，J.Ryou和R.Dupuis，的Appl.Phys.Lett.79，1956(2001.9)中，我们提出数据证明连续300K光泵浦的InP量子点的InP-In(AlGa)P-InAlP异质结激光器的工作(656-679nm)，根据其原理，通过金属有机化学气相沉积生长。
在G.Walter，N.Holonyak，Jr.，J.Ryou和R.Dupuis，的Appl.Phys.Lett.79，3215(2001.11)中，我们提出数据表示p-n InP-In0.5Ga0.5P-In0.5(Al0.3Ga0.2)P-In0.5Al0.5P量子点(QD)异质结二极管，具有通过一个In(AlGa)P阻挡层(～20)与一个QD层耦合的-20InGaP量子阱辅助，以达到载流子聚集，根据其理论，除没有QW辅助的相同二极管的情况外，该二极管具有陡峭的电流—电压特性。
在G.Walter，T.Chung，和N.Holonyak，Jr.的Appl.Phys.Lett.80，1126(2002.2)中，所给出的数据表示在AlGaAs-GaAs-InGaAs-InAs异质结系统中改进增益和连续波(cw)的一个单层InAs量子点(QD)激光器，该激光器通过隧穿，InGaAs量子阱应变层的辅助，由于与单InAs QD层耦合，在室温下工作，根据其原理，促使载流子的聚集和热化。证明一个QW协助的单层InAs QD+QW激光器产生cw(300K)，和一个在脉冲工作下二极管长度为150μm，显示增益为～100cm-1。
对于量子点层的形成，可参考T.Chung，G.Walter，和N.Holonyak，Jr.的Appl.Phys.Lett.，97，4500(2001.12)制造，其中提出的数据表示，除改进了载流子的聚集外，对在AlGaAs-GaAs-InGaAs-InAs异质结激光器的单量子点(QD)层的隧穿距离内有利于定位应变—匹配辅助InGaAs层(量子阱)，以实现具有较高密度和均匀性的同时较小尺寸的QD。
根据其原理，在S.Chuang，和N.Holonyak，Jr.的Appl.Phys.Lett.，80，1270(2002.2)中描述了QD加QW器件的理论分析。器件中隧穿的附加需求表示的计算不妨碍点状态的分布。
在另一实施例中，通过谐振隧穿，由未变形的70InGaP QW(～654nm峰值)的基态与7.5ML(单分子层)InP QD(～654nm)的聚集的(随机的)第一激态耦合，来改进器件的增益和性能。用InP QD+InGaP QW耦合的p-n InP-InGa P-In(AlGa)P-InAlP异质结实现在～654nm工作的高效300K cw激光器。
InP QD+InGaP QW耦合的异质结由金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长。AlGaAs/InAlP包层/InAlGaP引导层和阻挡层/InGaP量子阱/InP量子点异质结在Si掺杂GaAs(100)同轴衬底上通过低压MOCVD，在改良的EMCORE GS3200-UTM反应器中，在60Torr的压力和生长温度为650℃下完成，使用净化的三甲基铟、三乙基镓和三镓基铝镓合物为III柱状源，且高净化100％砷化氢和磷化氢为V群源，用净化的H2作为运载气体。掺杂剂源是乙硅烷(n型)和双(环戊二烯基)镁(p型)。外延层的生长首先包括n型(Si)高掺杂GaAs缓冲层，接着是n型(Si)In0.5Al0.5P下包层(600nm)，跟着是未掺杂波导和有源区，所述有源区包括通过薄In0.5Al0.3Ga0.2P阻挡层(2nm)与InP QD(7.5ML)耦合的In0.5Ga0.5P QW(7nm)的每一侧上的两个In0.5Al0.3Ga0.2P引导层(120nm)。然后，在该结构的顶部有一个p型(Mg掺杂)In0.5Al0.5P包层(600nm)、用于条形几何形状氧化的p型(Mg)Al0.85Ga0.15As层(200nm)和p型(Mg)GaAs接触层(100nm)。
对于QD+QW激光二极管，首先在晶体上通过构筑12μm SiN4保护条纹图案进行其制造。然后通过浅湿法蚀刻曝光p型Al0.85Ga0.15As氧化层，且在供应有N2+H2O的炉中在430℃下氧化20分钟(参见J.M.Dallesasse，N.Holonyak，Jr.，A.R.Sugg，T.A.Richard，和N.EL-Zein，Appl.Phys.Lett.，57，2844(1990))，结果形成-10μm无氧化条状限制电流孔和波导宽度。除去顶部的10μm保护条纹(SiN4)并且样品然后用Au-Ge使n型侧金属化叠加～100μm，用Ti-Au使p型侧金属化叠加～100μm。切割二极管样品，p型侧向下夹在In涂覆的Cu热沉上，测试二极管探头。对于QD参考样品(无QW)的制造(上述)描述在G.Walter，N.Holonyak，Jr.，J.H.Ryou和R.D.Dupuis，的Appl.Phys.Lett.79，3215(2001)中。
就载流子俘获时间(τ’QW＜＜τ’QD)和载流子到基态的驰豫时间(τQW＜＜τQD)来说，横向连续的(x，y连接)QW优于QD。另外，与QD是空间地分离不同，横向连续的QW(仅具有z限制)允许载流子横向有效地重新分布(例如，提供载流子“空穴”燃烧)。通过QW与QD层如图9所示的耦合，能够达到快速地将载流子“供给”到QD中。由于缩短俘获时间，由QW显著地俘获载流子，且随后快速地衰减到QW的基态，隧穿(参见S.L.Chuang和N.Holonyak，Jr.，的Appl.Phys.Lett.80，1270(2002))到QD中并在QD中复合。QD状态的不连续，因为隧穿耦合，提高QW+QD系统的复合性能。由于QD的空间分离，沿QW平面复合的增加形成“优选的”复合中心(“最有效的复合点”)和某些模度的选择。阻挡层和其性质成为QW到QD或者QD到QW增加复合的设计参数(当然，同样QD和QW的尺寸也是设计参数)。
为了比较的目的，图10表示100μm宽单层7.5ML QD二极管(无)的400μm长脉冲激励(3％工作循环)复合光谱。曲线(a)、(b)和(c)表示在电流增加时，QD二极管的带填充。带填充的峰值出现在～655nm。类似QD+QW异质结的二极管和光泵浦特性也证实聚集的QD状态出现在～655nm频带处(参见G.Walter，N.Holonyak，Jr.，J.H.Ryou和R.D.Dupuis，的Appl.Phys.Lett.79，3215(2001)；J.H.Ryou，R.D.Dupuis，G.Walter，D.A.Kellogg，N.Holonyak，Jr.，D.T.Mathes，R. Hull，C.V.Reddy，和V.Narayanamurti，Appl.Phys.Lett.78，4091(2001)；J.H.Ryou，R.D.Dupuis，G.Walter，D.A.Kellogg，N.Holonyak，Jr.，D.T.Mathes，R.Hull，C.V.Reddy，和V.Narayanamurti)。曲线(d)取自QD+QW二极管已经增加时作为参考，来表示在两种情况下如何增加带填充，即只有QD对照改变形状的QW+QD的情况。
图11表示10μm宽QD+QW激光器的530μm长复合辐射光谱。7.5ML InP QD层通过20In0.5Al0.3Ga0.2P隧穿阻挡层与70InGaPQW耦合。设计QW使其具有光谱峰值，且在～654nm处QW-QD谐振增加。通过QW与QD的高状态而不是低状态耦合，QW-QD的复合增加是显而易见的。如曲线(a)和(b)所示，在低电流长波长时，QD的复合辐射是明显的，与有效的QW载流子俘获和隧道传输到低能复合支持的QD一致。可是，与图10的QD二极管不同，带填充过程趋于饱和(峰值在682nm)并形成变化。在该能量下，窄波长峰值出现在654nm的谐振区域。在654nm窄光谱峰值在电流增加上连续增加，激光器的阈值出现在82mA处。曲线(e)表示QD+QW激光二极管在99mA时开始单模工作。
图12表示图11的InP QD+InGaP QW激光器的L-I特征。由于相对弱的热沉限制了11mW/晶面的峰值功率。从88mA到94mA观测到稳定的单模工作。电流超过94mA或者～2.9mW/晶面，我们看到在较长波长处出现另一激光模式，热的影响。超过100mA该激光器在两种模式下工作。对于工作在20到60℃温度范围的图12的器件，在137K特征温度测量时，外部量子效率ηext是42％。可以观测到400μm和1050μm波长器件的单模性能。
图13是利用多个量子阱的本发明另一实施例的能量图，它能够用于提高量子阱的能态。在这种方式下，量子点层的高能态能够与多量子阱耦合。有利于输出光辐射的允许的光谱选择。
权利要求
1.一种形成半导体器件的方法，包括步骤如下提供多个半导体层；提供用于将信号耦合到所述器件的多层和/或从所述器件的多层耦合信号的装置；提供设置在所述器件的相邻层之间的量子阱；提供设置在一个所述相邻层中的量子点层，且该量子点层与所述量子阱隔开，因此载流子能够以任意方向在所述量子阱和所述量子点之间隧穿。
2.由权利要求1限定的方法，其中所述提供多个半导体层的步骤包括通过III-V半导体层。
3.由权利要求2限定的方法，其中提供量子阱层和量子点层的步骤包括提供所述III-V半导体层。
4.由权利要求3限定的方法，其中所述量子点层通过III-V半导体层的阻挡层与所述量子阱隔开，其中所述阻挡层的厚度在约5埃到100埃的范围内。
5.由权利要求2或3限定的方法，其中提供量子点层的所述步骤包括提供未掺杂的量子点。
6.由权利要求2或3限定的方法，其中提供量子点层的所述步骤包括提供掺杂n型的量子点。
7.由权利要求2或3限定的方法，其中提供量子点层的所述步骤包括提供掺杂p型的量子点。
8.由权利要求6限定的方法，其中提供掺杂n型点的所述步骤包括提供掺杂的点浓度至少为N＝1015/cm3。
9.由权利要求7限定的方法，其中提供掺杂p型点的所述步骤包括提供掺杂的点浓度至少为N＝1016/cm3。
10.由权利要求1到9任意一个限定的方法，其中提供点的所述步骤包括提供点的平均尺寸为高度在10到100埃和直径在10到200埃的范围。
11.由权利要求1到10任意一个限定的方法，其中提供点的所述步骤包括提供具有平均密度在1010到1012每平方厘米范围的点。
12.由权利要求1到11任意一个限定的方法，其中形成半导体器件的方法包括形成半导体发光器的方法。
13.由权利要求1到11任意一个限定的方法，其中形成半导体器件的方法包括形成半导体激光器的方法。
14.由权利要求1到11任意一个限定的方法，其中形成半导体器件的方法包括形成晶体管的方法。
15.由权利要求1到11任意一个限定的方法，其中形成半导体器件的方法包括形成场效应晶体管的方法。
16.由权利要求1到11任意一个限定的方法，其中形成半导体器件的方法包括形成半导体探测器的方法。
17.由权利要求1或4限定的方法，其中提供量子阱的所述步骤进一步包括提供多个量子阱。
18.由权利要求1、4或17限定的方法，其中提供量子点层的所述步骤进一步包括提供多个量子点层的步骤。
19.一种形成半导体器件的方法，包括步骤如下提供多个III-V半导体层；提供用于将信号耦合到所述器件的多层和/或从所述器件的多层耦合信号的装置；提供设置在作为载流子源的所述多层的至少一层中的掺杂的量子点层，该量子点层能够以任一方向在所述点和另一层之间互通。
20.由权利要求19限定的方法，其中提供掺杂的量子点层的所述步骤包括提供III-V半导体量子点层。
21.由权利要求19限定的方法，其中提供掺杂的量子点层的所述步骤包括提供量子点，所述量子点在设置量子点的至少一个半导体层中是晶格匹配的。
22.由权利要求20限定的方法，其中提供掺杂的量子点层的所述步骤包括提供量子点，所述量子点在设置量子点的至少一个半导体层中不是晶格匹配的。
23.由权利要求19到22限定的方法，其中提供量子点层的所述步骤包括提供掺杂n型的量子点。
24.由权利要求19到22限定的方法，其中提供量子点层的所述步骤包括提供掺杂p型的量子点。
25.由权利要求19到23限定的方法，其中提供掺杂n型点的所述步骤包括提供掺杂的点浓度至少为N＝1015/cm3。
26.由权利要求24限定的方法，其中提供掺杂p型点的所述步骤包括提供掺杂的点浓度至少为N＝1016/cm3。
27.由权利要求19到24任意一个限定的方法，其中提供点的所述步骤包括提供点的平均尺寸为高度在10到100埃和直径在10到200埃的范围。
28.由权利要求19到24任意一个限定的方法，其中提供点的所述步骤包括提供具有平均密度在1010到1012每平方厘米范围的点。
29.一种半导体器件，包括多个半导体层；用于将信号耦合到所述器件的多层和/或从所述器件的多层耦合信号的装置；设置在所述器件的相邻层之间的量子阱；和设置在一个所述相邻层中的量子点层，且该量子点与所述量子阱隔开，因此载流子能够以任意方向在量子阱和量子点之间隧穿。
30.一种半导体器件，包括多个III-V半导体层；用于将信号耦合到所述器件的多层和/或从所述器件的多层耦合信号的装置；和设置在多层的至少一层中的掺杂的量子点层，该量子点层作为能够以任一方向在点和另一层之间互通的载流子源。
全文摘要
一种形成半导体器件的方法包括如下步骤提供多个半导体层；提供用于将信号耦合到所述器件的多层和/或从所述器件的多层耦合信号的装置；提供设置在所述器件的相邻层之间的量子阱；和提供设置在一个所述相邻层中的量子点(825，875)层，且该量子点层与所述量子阱隔开，因此载流子能够以任意方向在所述量子阱和所述量子点之间隧穿。
文档编号H01S5/34GK1555570SQ02818270
公开日2004年12月15日 申请日期2002年7月31日 优先权日2001年7月31日
发明者N·小霍隆亚克, R·杜普依斯, N 小霍隆亚克, 找浪 申请人:伊利诺斯州大学管理委员会, 德克萨斯州系统大学管理委员会