一种采用应变工程原理和图形衬底结合技术定位生长低密度InAs量子点的MBE外延方法

摘要

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InAs/GaAs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。而且，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。本发明采用与应变工程原理图形衬底相结合的手段制备低密度InAs量子点。所谓的应变工程原理：在生长多层量子点的过程中，由于底层量子点存在而产生的应力场作用，多层量子点中的上层点趋向于和底层量子点在垂直方向上保持生长在同一位置而形成垂直匹配。另外仅用十几个纳米厚的薄层GaAs缓冲层就可以十分有效地提高图形衬底上生长量子点的光学质量。本发明是一种采用应变工程原理和图形衬底结合技术定位生长低密度InAs量子点的MBE外延方法。克服了自组织生长方法生长量子点的随机性，可靠地控制其位置和密度。这种基于单光子发射源的需要而设计提出来的方法将为制备量子点单光子发射源在材料制备方法上提供一种参考手段。

主权项

1. 本发明是一种采用应变工程原理和图形衬底结合技术定位生长低密度InAs量子点的MBE外延方法。在图形衬底(图1)上生长InAs量子点，并采用应变工程原理制备大于二层的量子点，使量子点最大限度远离起始再生长界面，降低再生长界面污染的影响而提高量子点光学质量，实现量子点密度和位置的可控。方法的内容为：1)采用电子束光刻(EBL)并结合湿法/干法刻蚀技术在GaAs衬底晶片(1)上制备所需图形(2)：A、选择EBL曝光时间50-65s；B、H3PO3:H2O2:H2O作为腐蚀液，腐蚀温度0℃、腐蚀时间3-5min；C、为控制图形尺寸、图形间距和台面/坑的腐蚀深度，干法刻蚀采用Cl2、BCl3为刻蚀气体，控制刻蚀时间2-4min；2)在成功制备所需图形衬底的基础上，外延生长种子量子点层(3)；控制种子量子点层的生长温度540℃、生长速率0.08-0.1Ml/s；3)利用应变工程原理生长大于二层小于五层的InAs量子点；A、生长GaAs缓冲层(4)，生长温度650℃，时间5-10min。控制InAs量子点层(6)的生长温度为540℃、生长速率0.02-0.04Ml/s；B、GaAs隔离垒层(5)的厚度20-35nm，GaAs隔离垒层的生长温度560℃、退火温度580℃、时间2-5min；C、InGaAs应变盖层(7)的生长温度600℃，厚度100-150nm。