[发明专利]高密度InAs/GaAs量子点的生长方法及其产品和应用

说明书

本发明公开了高密度InAs/GaAs量子点的生长方法及其产品和应用，该生长方法包括以下步骤：选取衬底，对衬底进行除气和脱氧处理；在衬底上生长GaAs缓冲层；降温后生长InAs/GaAs量子点；生长GaAs盖层；进行InAs/GaAs量子点消峰；生长In_xGa_1‑xAs/GaAs盖层。本发明中，利用分子束外延(MBE)技术生长出高密度InAs/GaAs量子点，能够有效的对InAs/GaAs量子点进行原位削峰，实现量子点尺寸的调控，从而改变InAs/GaAs量子点激光器的发光波长，使得响应波长蓝移，可以很好的应用于1100nm‑1310nm波段的器件调控。

技术领域

本发明属于半导体光电子材料和器件技术领域，具体涉及高密度InAs/GaAs量子点的生长方法及其产品和应用。

背景技术

研究者们在理论上已经证明量子点激光器与量子阱、量子线等激光器相比，拥有更好的激射特性，会达到更低的阈值电流、更高的发光效率等特性。半导体量子点的最低的两个分立能级的能量差如果大于几倍的KT，增益函数会出现热依赖性，就会得到极好的温度稳定性，这样可得到更优良的性能、极低的阈值电流密度、超高微分增益和极高的调制带等。量子点激光器具有高速光源、大功率激光及红外探测器等方面的应用前景。对于不同的应用领域，需要不同波长的量子点器件，例如980nm量子点激光器的阈值电流密度低、输出功率大、工作寿命长，可应用于光纤放大器泵浦源、激光切割机、激光手术刀、材料加工等领域；1310nm量子点激光器有着独特的高特征温度特性，可以用作光纤通讯的高质量光源；大功率1270nm量子点激光器可以用于医疗美容等。半导体量子点的尺寸直接决定着其发光波长，因此，有效控制量子点的尺寸大小可以实现控制量子点激光器的发光波长。但是，如何制备得到波长为1100-1300nm的半导体量子点激光器仍然是目前的一大技术难题。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供高密度InAs/GaAs量子点的生长方法及其产品和应用。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

高密度InAs/GaAs量子点的生长方法，包括以下步骤：

1)提供一衬底，对衬底进行除气和脱氧处理；

2)在步骤1)所得衬底上生长GaAs缓冲层；

3)生长InAs/GaAs量子点，控制InAs的淀积速率；

4)生长GaAs薄膜盖层；

5)As保护环境中升高衬底温度进行InAs/GaAs量子点消峰；

6)生长In_xGa_1-xAs/GaAs盖层，其中，x表示InGaAs材料中In组份。

在本发明提供的高密度InAs/GaAs量子点的生长方法中，步骤1)中，对衬底进行两次除气处理，第一次除气温度为150℃-200℃，第一次除气时间为2-4h，第二次除气温度为380℃-420℃，第二次除气时间为1.5-3h。

在本发明提供的高密度InAs/GaAs量子点的生长方法中，步骤1)中，对衬底进行脱氧处理时的脱氧温度为590℃-680℃，脱氧时间为10-20min。

在本发明提供的高密度InAs/GaAs量子点的生长方法中，步骤3)中，生长InAs/GaAs量子点，控制InAs的淀积速率的步骤包括：

将完成GaAs缓冲层生长的衬底降温至490℃，降温速率为30℃/min，降温时间为5min；随后，在GaAs缓冲层上生长淀积量2.3ML-2.7ML的InAs/GaAs量子点，精确控制InAs淀积速率为0.1ML/s、GaAs淀积速率为0.6ML/s，As压均为2E-6Torr。