[发明专利]一种在InP衬底上外延生长II型GaSb/InGaAs量子点的方法

说明书

技术领域

本发明属于低维纳米材料生长技术领域，涉及一种量子点材料及其生长方法，具体涉及一种在InP衬底上外延生长II型GaSb/In_0.53Ga_0.47As量子点的方法。

背景技术

量子点(quantum dot，QD)在空间三个维度上都具有纳米尺度，与电子的德布罗意波长相比拟，具有分立的量子化能谱，展现出许多独特的物理性质。近年来，它越来越受到科研工作者的重视，在纳米电子学、光电子学、生命科学、量子信息等领域都有着广阔的应用前景。日趋成熟的分子束外延技术，使高质量的自组装量子点材料的制备成为可能，大大推动了与量子点相关的物理研究和器件开发，成为半导体应用领域的研究热点。

根据异质结构能带类型的不同，量子点分为I 型量子点和II 型量子点。I 型量子点具有I 类能带结构：量子点导带下凹，价带上凹，对电子和空穴同时形成势阱，也就是说，I 型量子点同时限制电子和空穴。与I 型量子点不同的是，II 型量子点具有II 类能带结构：量子点导带上凸，对电子形成势垒，而价带上凹，对空穴形成势阱。因此，II 型量子点只对空穴有三维限制能力，对电子则起到屏蔽作用。由于库伦作用，电子被空穴吸引在量子点周围，聚集在量子点外的薄层中。这种独特的能带结构促使II 型量子点具有许多新型的应用，如半导体激光器、发光二极管、太阳能电池等。基于II 型量子点只限制空穴的特点，II型量子点在空穴型存储器的应用中也具有很大的潜力。对第II类量子点的生长及光学性能开展系统性研究，不但有望进一步丰富自组织量子点生长动力学知识、加深人们对于具有第II类能带结构的低维半导体材料中激子行为的认识，还有望实现半导体光电探测器的光电信号高保真放大，还有红外探测器和可调谐激光器等潜在应用。

I 型III-V 族量子点材料系统通常具有一种V 族元素，如InAs/GaAs 量子点只包括一种V 族元素As。II 型III-V 族量子点材料系统通常具有两种V 族元素，如GaSb/GaAs 量子点包括两种V 族元素Sb 和As。II 型III-V 族量子点的制备过程相对于I 型III-V 族量子点要更加困难一些。

目前，在II 型III-V 族量子点制备过程中，界面粗糙度和材料组分难以控制，这是因为V 族元素的互混反应经常发生。V 族元素的互混反应通常是不希望看到的，因为这种现象会改变界面结构及量子点形貌，甚至导致三维结构向二维结构的转变，使量子点消失。在量子点生长过程中，V 族元素互混反应是不可避免的。另外，在II 型III-V 族量子点的制备过程晶格失配度常常较大，晶格失配影响晶体的外延生长，在外延层中产生大量缺陷，甚至无法生长单晶，影响器件的性能和寿命。

对II 型III-V 族量子点中的InAs/(In)GaAs量子点超晶格材料的生长动力学研究已经有了很多的报道，InAs/(In)GaAs量子点超晶格材料的生长动力学现已清楚。但GaSb与InAs的结合能不同，Ga原子和In原子在(In)GaAs表面的迁移率也不同，因此它们在以S-K模式自组织生长形成量子点超晶格材料的动力学势垒亦不同；并且GaSb/InGaAs还具有不同的V族元素，这些都将导致GaSb量子点超晶格材料的生长动力学与InAs量子点超晶格材料的生长动力学不同；在制备过程中如何有效控制As-Sb的互相扩散，减少晶格失配度，确保量子点的有效生长具有很大的难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种II型GaSb/In_0.53Ga_0.47As量子点材料。

本发明的另一目的在于提供一种II型GaSb/In_0.53Ga_0.47As量子点材料的生长方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种II型GaSb/In_0.53Ga_0.47As量子点超晶格材料，其由以下结构组成：

第一层为生长在InP衬底上的In_0.53Ga_0.47As缓冲层，

第二层为GaSb量子点，

第三层为In_0.53Ga_0.47As缓冲层，

第四层为GaSb量子点。

进一步的，上述第一层In_0.53Ga_0.47As缓冲层厚度为3000～5000?。