[发明专利]一种用于通信波段的超低密度、位置可控三维微腔InAsSb量子点结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器材料技术领域，属于半导体光电子新型材料工艺领域。

背景技术

量子点单光子源发射的单光子在理想情况下是由单个量子点发光实现的，因此能够有效隔离单个量子点就变得相当重要。当前，用来制作实现量子点单光子发射器件的量子点主要是通过自组织生长方法获得，它们在生长表面上随机分布并且点密度很高，每平方微米上就有几个到几百个量子点，因此有效地隔离单个量子点相当困难。另外，由于这些量子点在生长表面分布的随机性，可靠地控制其在光学微腔中的位置也变得相当不易。为了解决这些问题，研究者提出采用控制量子点在生长表面成核位置的方法实现位置可控量子点，这其中最有效的途径是在图形衬底上生长量子点。此方法的最大优点在于获得的量子点不但密度可控，而且它在生长表面上的位置也可控，这就使得隔离单个量子点的工作完全脱离了现有光刻和腐蚀技术的限制而变得相当简单。然而，受生长机制诸如In原子在生长表面扩散并有效添充图形位置的限制，拓展这些量子点的发射波长到1.3μm和1.5μm的范围却变得相当困难。并且，由于受再生长外延机制的限制，采用这种方法获得的量子点不能最大限度地远离再生长界面。而再生长界面的污染会导致产生无辐射复合缺陷，因此采用这一方法获得的量子点通常光学质量较差。这些因素严重限制了其在实际器件中的应用。

本发明提出了一种用于通信波段的超低密度、位置可控三维微腔InAsSb量子点结构，其基本思想是利用特定图形衬底，采用InAsSb量子点与超晶格技术结合的方法。在理论上InAsSb量子点可以满足量子点的发射波长进入1.3μm和1.5μm通讯波段，克服了GaAs基量子点发光波长较短的问题（一般小于1.1μm）。在预先刻蚀的“类似倒三棱锥体”图形衬底上制备高质量、高反射率的超晶格布拉格反射镜（DBR）层，这在一定程度上增加了量子点和起始生长界面的物理距离，同时，在三维空间大大地增加了量子点发光的捕获效率，使发光效率大大提高。采用这种方法而形成的量子点可以被用作高效的发光点而提高图形衬底上生长量子点的光学和结构质量。此外，由于量子点的尺寸和所含In组分的增大和Sb组分的引入， 量子点的发光波长会向长波长通信波段移动。据此，在“类似倒三棱锥体”图形衬底上生长InAsSb量子点，并实现高质量超低密度、位置可控，加之高反射率DBR层对量子点发光的有效收集，并以此为基础为制作通信波段用的量子点单光子发射器件打下基础。

发明内容

本发明是一种用于通信波段的超低密度、位置可控三维微腔InAsSb量子点结构，量子点结构与刻蚀的“类似倒三棱锥体”图形衬底之间通过多周期的AlGaAs/GaAs超晶格相连，利用超晶格形成的三维限制和反射面，增强量子点发光的收集效率。

具体实施方式

一种用于通信波段的超低密度、位置可控三维微腔InAsSb量子点结构包括：n型GaAs图形衬底(1) ，如图1所示；AlGaAs超晶格层(2)；InAsSb量子点(3) ；GaSb覆盖层(4)。衬底(1)为材料外延生长的基底，采用Si掺杂的GaAs衬底；超晶格层为10个周期的AlGaAs/GaAs 层(2)；InAsSb量子点层(3)。覆盖层约为50nm的非均匀厚度的GaAs层(4)。

下面结合实例说明本发明，采用的设备为分子束外延设备（MBE）。

衬底(1)为(111) B取向、Si掺杂浓度1-2×10¹⁸cm^-3的GaAs晶体材料。

AlGaAs/GaAs层(2)，生长温度540℃，非故意掺杂，浓度为5×10¹⁷cm^-3，AlGaAs生长50nm，GaAs生长30nm，共生长10个周期。

InAsSb量子点(3)，生长温度540℃，采用p型掺杂，浓度为7×10¹⁷cm^-3。

覆盖层约为50nm的非均匀厚度的GaAs层(4)，生长温度540℃，非故意掺杂。

附图说明：

图1 制备的“类似倒三棱锥体”图形衬底扫描电子显微镜（SEM）图。

图2 一种用于通信波段的超低密度、位置可控三维微腔InAsSb量子点结构示意图，(a)为将InAsSb量子点放置在三维微腔结构的示意图，(b)为InAsSb量子点放置在三维微腔结构的抛面示意图。