1.3微米波段InAs量子点材料的制备方法技术

１．３微米波段ＩｎＡｓ量子点材料的制备方法是一种采用ＭＯＣＶＤ技术制备发光波长在１．３微米波段的ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ量子点材料的方法，属于半导体材料制造技术领域。已知技术采用ＭＢＥ外延技术离实用化、商业化尚存有距离。本发明专利技术采用ＭＯＣＶＤ外延技术生长各外延层；ＩｎＡｓ量子点层分两步生长，第一步，生长温度为４７０～４９０℃范围内的一个温度，生长厚度为２．０～３．０ＭＬ，第二步与第一步在时间上相隔２０～６０ｓ，在这一时间间隔内将生长温度提升到４９０～５１０℃，然后在这一温度范围内的一个温度下继续生长，生长厚度为０．５～１．５ＭＬ。制备出能够制作具有室温连续工作模式器件的１．３微米波段ＩｎＡｓ量子点材料，该方法易于控制，工艺稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种采用MOCVD (金属有机化学汽相沉积)技术制备发光波长在1.3微米 波段的InAs / GaAs量子点材料的方法，属于半导体材料制造

技术介绍
以量子点结构为有源区的量子点材料从理论上讲具有更低的阈值电流密度、更高的光增 益、更高的特征温度和更宽的调制带宽等优点，具有包括制造半导体激光器在内的广泛应用 领域，因此，有关量子点材料的领域是一个活跃的专利
In(Ga)A's/GaAs量子点体系因其独特、优良的光电性质，已经成为替代InP基材料，可以 用来制备光通讯用1.3tmi波段长波长激光器的材料。由于GaAs衬底比InP衬底更便宜，还 可以使用AlGaAs作为限制层和波导层，对有源区载流子的限制更强，同时可以很方便地与 现有的GaAs微电子工艺技术融合在一起，因此GaAs基材料正在逐步取代InP基材料。采用量子点材料制作的器件，实现其室温连续工作模式是一个主要的技术问题。提高量 子点材料的光学增益是解决这一技术问题的重要技术途径，这一参数决定于材料中量子点的 尺寸均匀性和面密度。而在获得1.3pm波段长波长发光的前提下，提高尺寸均匀性和面密度， 从制备方法角度讲存在技术难度。也就是说，在量子点层外延过程中，量子点发生聚集结合， 量子点尺寸增大，发射波长向长波长方向移动，直到能够发射1.3nm波段长波长光，然而， 由于量子点的聚集结合必然导致量子点密度下降；另外，所述的聚集结合并不像所希望的那 样均匀进行，导致量子点尺寸均匀性下降。鉴于此， 一篇文献号为CN1786107A的专利文献 公开了一项技术方案，该方案采用MBE (分子束外延)技术制备In(Ga)As/GaAs量子点体系 材料，其量子点层的外延过程是这样的，所生长的InAs的厚度达到0.1ML (单原子层，以下 同)、停顿5秒，然后逐次重复这一过程，这一过程总共进行25次，生长出总厚度为2.5ML 的InAs量子点层。该方法的效果在于，在生长量子点层的过程中，间歇补充量子点， 一则提 高量子点面密度，达到4xl01 二则在生长间隔量子点结构自发调整，量子点尺寸均匀性由 此提高。其中，In、Ga^As应变缓冲层x^.15。MOCVD (金属有机化学汽相沉积)技术也是一种半导体材料制造领域的常用外延技术， 与MBE相比，MOCVD更适合工业生产
技术实现思路
已知技术能够制备出符合要求的1.3微米波段In(Ga)As/GaAs量子点体系材料，然而，由 于所采用的外延技术的原因，作为中间产品离实用化、商业化尚存有距离。此外，采用这种 量子点材料制作器件除了应当具有室温连续工作模式，器件的商业化还要求具有所需要的发 光强度。为了满足实用化、商业化的需要，我们提屮,了一项名为1.3微米波段InAs量子点材 料的制备方法的技术方案。本专利技术是这样实现的，采用MOCVD外延技术生长各外延层；制备步骤包括在GaAs 衬底上依次生长GaAs过渡层、InAs量子点层、InxGai.xAs应变层、GaAs势垒层、GaAs覆盖 层；InAs量子点层分两步生长，第一步，生长温度为470 49(TC范围内的一个温度，生长厚 度为2.0 3.0ML，第二步与第一步在时间上相隔20~60s，在这一时间间隔内将生长温度提升 到490 510。C，然后在这一温度范围内的一个温度下继续生长，生长厚度为0.5 1.5ML。本专利技术的技术效果在于采用MOCVD技术制备出能够制作具有室温连续工作模式器件的 1.3微米波段InAs量子点材料，具有良好的量子点尺寸均匀性，见图1所示，该图表示的是 lxlpi^量子点表面原子力显微图，量了点面密度约为4xl01(5，而一步外延生长的InAs量子 点层的量子点面密度仅为3xl01Q。峰值波长处在1.3微米波段，半峰宽为35meV，见图2所 示。并且，本专利技术之方法易于控制，工艺稳定。 附图说明图1是采用本专利技术之方法制备出的1.3微米波段InAs量子点材料量子点表面原子力显微 镜(AFM)图。图2采用本专利技术之方法制备出的1.3微米波段InAs量子点材料室温光荧光谱 图，该图兼作摘要附图。图3是五重阵列量子点材料的高分辨率扫描电镜(SEM)图。 具体实施例方式本专利技术是这样实现的，采用MOCVD外延技术生长各外延层，采用低毒性V族有机源-叔丁基砷(TBA)作为砷源，由于其具有较高的裂解效率，从而能够提高量子点材料的光学 增益。制备步骤包括步骤1:在GaAs衬底上生长GaAs过渡层，生长温度为650 70(TC范围内的一个温度， 生长厚度为200nm;■歩骤2:在GaAs过渡层上生长InAs量子点层，分两步生长，第一步，生长温度为470 490'C 范围内的一个温度，生长厚度为2.(K3.0ML，第一步与第一步在时间上相隔20~60s，在这一 时间间隔内将生长温度提升到490~510°C，然后在这一温度范围内的一个温度下继续生长， 生长厚度为0.5 1.5ML;步骤3:在InAs量子点层上生长InxGaLxAs应变层，0.05^^0.20，生长温度为490-510 'C范围内的一个温度，生长厚度为5 10nm;步骤4:在InxGai.xAs应变层生长GaAs势垒层，生长温度为490 51(TC范围内的一个温 度，生长厚度为5 10nm;步骤5:在GaAs势垒层上生长GaAs覆盖层，生长温度为580 62(TC范围内的一个温度， 生长厚度为30 50nm。为了提高所制备的量子点材料的发光强度，需要采取列阵的措施，具体方法如下步骤6:在GaAs覆盖层上重复步骤2至步骤5，获得两重阵列量子点材料，最多重复14 次，获得十五重阵列量子点材料。下面举例进一步说明本专利技术之方法实施例一采用MOCVD外延技术生长各外延层，采用低毒性V族有机源-叔丁基砷 (TBA)作为砷源，制备步骤包括 .步骤l:在GaAs衬底上生长GaAs过渡层，生长温度为70(TC，生长厚度为200nm; 步骤2:在GaAs过渡层上生长InAs量子点层，分两步生长，第^步，生长温度为480。C,生长厚度为2.4ML，第二步与第一步在时间上相隔30s，在这一时间间隔内将生长温度提升到50CTC，然后在这一温度下继续生长，生长厚度为0.6ML;步骤3:在InAs量子点层上生长InxGa,.xAs应变层，x=0.05，生长温度为500'C，生长厚度为8nm; .步骤4:在Ina()5Gao.95As应变层生长GaAs势垒层，生长温度为50(TC ，生长厚度为5nm: 步骤5:在GaAs势垒层上生长GaAs覆盖层，生长温度为60(TC，生长厚度为40nm。 步骤6:在GaAs覆盖层上重复4次步骤2至步骤5，获得五重阵列量子点材料。 所获得的阵列量子点材料的发光波长为1.30nm，见图2曲线1所示。具有五重量子点结构，见图3所示，图中的亮线显示的是InAs量子点层。实施例二采用MOCVD外延技术生长各外延层，采用低毒性V族有机源-叔丁基砷 (TBA)作为砷源，制备步骤包括-步骤l:在GaAs衬底上生长GaAs过渡层，生长温度为700'C，生长厚度为200mn: 步骤2:在GaAs过渡层上生长InAs量子点层，分两步生长，第一步，生长温度为48(TC，生长厚度为2.4ML本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种１．３微米波段ＩｎＡｓ量子点材料的制备方法，其特征在于，采用ＭＯＣＶＤ外延技术生长各外延层；制备步骤包括：在ＧａＡｓ衬底上依次生长ＧａＡｓ过渡层、ＩｎＡｓ量子点层、Ｉｎ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ａｓ应变层、ＧａＡｓ势垒层、ＧａＡｓ覆盖层；ＩｎＡｓ量子点层分两步生长，第一步，生长温度为４７０～４９０℃范围内的一个温度，生长厚度为２．０～３．０ＭＬ，第二步与第一步在时间上相隔２０～６０ｓ，在这一时间间隔内将生长温度提升到４９０～５１０℃，然后在这一温度范围内的一个温度下继续生长，生长厚度为０．５～１．５ＭＬ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李林，刘国军，李占国，李梅，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]