[发明专利]一种预后制备量子点的量子点耦合微结构及其制备方法

权利要求书

1.一种预后制备量子点的量子点耦合微结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

1)提供衬底，在衬底上生长外延基板；

2)在外延基板上生长量子阱结构，量子阱结构为单量子阱或多量子阱，量子阱结构的一个周期中的底势垒和顶势垒共同构成势垒层，二者中间为量子阱，量子阱材料的分解温度低于势垒层材料的分解温度；

3)设计微结构的图形；

4)利用微纳加工技术将量子阱结构制备成微结构，微结构贯穿整个量子阱结构，微结构包括单周期或多周期的微结构底势垒、微结构量子阱和微结构顶势垒，微结构底势垒和微结构顶势垒共同构成微结构势垒层；

5)对微纳加工之后的微结构进行预处理，获得洁净的微结构；

6)将微结构置于热蒸发环境中进行高温选择性热蒸发处理，在固定温度下进行热蒸发，分解温度较低的微结构量子阱将由边缘向内逐渐分解蒸发，而分解温度较高的微结构势垒层则得以保留，此即为选择性热蒸发；

7)通过控制热蒸发温度和时间，使微结构中的微结构量子阱的横向尺寸随着热蒸发的进行而逐渐减小，最后形成量子点，从而形成包括微结构底势垒、量子点和微结构顶势垒的量子点微结构；

8)通过再生长方法，在量子点微结构的表面沉积修复层，修复微纳加工过程和热蒸发过程中导致的损伤，从而获得具有强限制效应的量子点耦合微结构。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所选择的衬底能够实现II-VI族或III-V族材料及其量子阱结构的外延生长；外延基板采用II-VI族或III-V族材料。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，在外延基板上依次生长单周期或多周期的底势垒、量子阱和顶势垒，形成量子阱结构，根据应用需求进行参数设计，包括底势垒、量子阱和顶势垒的材料类型及厚度，量子阱材料的分解温度低于势垒层材料的分解温度；为确保微结构的完整性，当所设计微结构的纵向尺寸大于量子阱和势垒层的总计厚度时，即微结构延伸至外延基板时，外延基板的分解温度也高于量子阱材料的分解温度。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，根据需求设计微结构的形状及尺寸，微结构的图形采用圆柱状阵列图形、条状阵列图形、鱼鳍式阵列图形、十字交叉阵列图形、酒托式阵列图形和钉子式阵列图形中的一种，图形的面内尺寸小于10μm。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤4)中，微纳加工技术制备微结构的方法采用纳米压印NIL、电子束曝光EBL技术和聚焦离子束FIB中的一种，辅以反应离子束刻蚀RIE或者感应耦合等离子体刻蚀ICP，实现微结构的图形至量子阱结构间的有效转移；所制备的微结构贯穿整个量子阱结构，使得微结构量子阱的边缘暴露于微结构的侧面上；当所设计微结构的纵向尺寸大于量子阱和势垒层的总计厚度时，微结构延伸至外延基板的上部分，则微结构还包括微结构外延层。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤5)中，对微纳加工之后的微结构进行预处理包括：对微结构进行化学清洗和等离子体清洗和预除气，除去表面因微纳加工引入的杂质，从而获得表面洁净的微结构。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤6)中，热蒸发处理的固定温度要求高于量子阱材料的分解温度，同时低于势垒层材料的分解温度；热蒸发环境采用真空、氮气或惰性气体。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤7)中，量子点的纵向尺寸由微结构量子阱的厚度决定，在热蒸发处理过程中不发生变化，而量子点的横向尺寸则由热蒸发时间和量子阱材料的分解速率共同决定，根据设计所需的量子点的横向尺寸，通过控制分解温度和热蒸发时间，调控量子点的横向尺寸。