[发明专利]采用AFM纳米压印图形衬底生长定位量子点的MBE方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料与器件技术领域，涉及一种采用原子力显微镜(AFM)纳米压印图形衬底生长定位量子点的MBE方法。

背景技术

量子点材料由于其独特的载流子三维限制作用形成了一系列分立的能级，在传统光电子器件如激光器、探测器、LED等有着广泛的应用，同时单个量子点作为一个类原子系统表现出了独特的量子限制效应，作为单光子源也越来越受到广泛的关注。传统的量子点制备方式包括液滴法、S-K自组织法以及图形衬底的定位生长方法等，其中液滴法和S-K法由于自组织法本身随机性的特点无法对量子点的位置与密度实现完全的定量控制，这一点对于量子点基单光子源器件的测试、制备均是致命的缺陷，同时不利于压制多光子发射的概念。特别地，液滴法一般均是通过低温法制备，实验表明其光电子性质远弱于S-K自组织法制备的量子点。利用图形法制备量子点在量子点的定位与器件制备方面有很大的优势，但是传统的图形衬底主要依赖于电子束曝光等工艺，无法克服工艺精度低、机械损伤大的缺点，文献报道图形衬底制备的量子点在单色性与发光强度方面均存在很大的局限性。

原子力显微镜(AFM)作为一种传统的纳米级表征设备，近年来随着探针技术的发展，利用探针的接触模式对材料表面进行修饰成为可能，利用AFM制备纳米量级的图形衬底为定位量子点等材料的制备提供了无限可能。利用原子力显微镜制备图形衬底生长定位量子点具有工艺简单、精度高、机械损伤小、污染少的优点，结合了图形衬底的定位优点与S-K模式生长良好的光电学性质两方面优点，为量子点基单光子源走向实用化铺平了道路。

发明内容

为解决上述的一个或多个问题，本发明的目的在于，提供一种采用AFM纳米压印图形衬底生长定位量子点的MBE方法，本方法特别适用于量子点单光子源材料外延生长、测试与器件制备，具有图形精度高、机械损伤小、量子点光电学性质好的特点。

本发明提供了一种一种采用AFM纳米压印图形衬底生长定位量子点的MBE方法，包括如下步骤：

步骤1：取一衬底；

步骤2：在衬底上生长缓冲层；

步骤3：利用带有纳米压印功能的原子力显微镜，在缓冲层上制备周期阵列的纳米孔洞；

步骤4：在周期阵列的纳米孔洞和缓冲层上生长纳米缓冲层；

步骤5：在纳米缓冲层上对应纳米孔洞的位置生长定位量子点；

步骤6：在定位量子点和纳米缓冲层上生长盖层，完成制备。

从上述技术方案可以看出，本发明利用AFM压印的图形衬底制备定位生长量子点具有以下有益效果：

本发明采用原子力显微镜(AFM)制备图形衬底，具有工艺简单、图形分辨率高、机械损伤小和污染小等优点；

本发明图形衬底制备量子点，能够克服自组织生长量子点密度与位置无法定量控制的优点；

本发明采用上述图形衬底，利用S-K模式生长量子点具有发光性质好、单光子纯净度高的优点。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中：

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种采用AFM纳米压印图形衬底生长定位量子点的MBE方法，包括如下步骤：

步骤1：取一衬底1，该衬底1的材料为GaAs或GaSb，所述衬底1的取向为(001)或者(111)，生长材料前所述衬底1需要根据材料性质在一定的温度下进行脱氧处理；

步骤2：在衬底1上生长缓冲层2，该缓冲层2的材料为GaAs或GaSb，与衬底1材料保持一致，所述缓冲层2的厚度为300—500nm，其是用于平整衬底1的表面；

步骤3：利用带有纳米压印功能的原子力显微镜，在缓冲层2上制备周期阵列的纳米孔洞3，该孔洞3的直径为30—80nm，深度为5—20nm.孔洞3的尺寸与AFM探针的压力设定相关，实际设定尺寸应参考定位量子点5的材料及尺寸；

步骤4：在周期阵列的纳米孔洞3和缓冲层2上生长纳米缓冲层4，该纳米缓冲层4的材料为GaAs或GaSb，所述纳米缓冲层4的厚度为2-10nm，其是用于修饰压印孔洞3的表面，减小机械损伤对量子点材料的外延质量的影响，所述纳米缓冲层4的厚度小于纳米孔洞3的深度，实际生长厚度以优化孔洞3的外延质量同时保证孔洞3的应力分布能够延伸到纳米缓冲层4的表面为标准；