一种超晶格量子点结构及其制作方法技术

本发明专利技术涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种超晶格量子点结构及其制作方法，旨在解决现有技术中衬底和化合物半导体材料,有着不同晶格常数和热膨胀系数,若直接生长化合物半导体材料在衬底上,会形成缺陷并进一步影响生长质量和器件性能的问题，其技术要点在于包括衬底，所述衬底上外延生长有活性层，所述活性层相对所述衬底一侧生长有一层或多层异质量子点结构；所述异质量子点结构包括间隔设置的诱导层和间隔层，位于同层的所述诱导层相比所述间隔层靠近所述衬底一侧。本发明专利技术可有效增大量子点大小，亦可抑制聚结点的形成,可有效作为光学器件或电子器件实现阻隔缺陷的钝化层，而且制作工艺成本低，不需添加任何新的工艺设备即可完成。

A superlattice quantum dot structure and its fabrication method

The invention relates to the technical field of semiconductor devices, in particular to a superlattice quantum dot structure and a manufacturing method thereof, which aims to solve the problem that the substrate and compound semiconductor materials in the prior art have different lattice constants and thermal expansion coefficients, if the compound semiconductor materials are directly grown on the substrate, defects will be formed and further affect the growth quality and device performance, and the technical requirements thereof The dot comprises a substrate on which an active layer is epitaxially grown, and the active layer is provided with one or more layers of hetero quantum dot structures relative to one side of the substrate; the hetero quantum dot structure includes an induction layer and an interlayer arranged at intervals, and the interlayer is located near the substrate side compared with the induction layer of the same layer. The invention can effectively increase the size of the quantum dot, also can inhibit the formation of the coalescence, can effectively be used as an optical device or an electronic device to realize the passivation layer for blocking defects, and the production process cost is low, and can be completed without adding any new process equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种超晶格量子点结构及其制作方法
本专利技术涉及半导体器件
，具体涉及一种超晶格量子点结构及其制作方法。
技术介绍
异质量子点结构涉及以下内容：按材料分包括以锗、硅等单质半导体材料，也包括III族氮化物，磷化物，砷化物及II-VI族等化合物半导体；按体系尺寸划分，为纳米尺度，属于介观体系、量子体系研究领域。按生长方法分包括以金属有机物化学气相沉积，分子束外延，热壁外延等为代表的超晶格外延生长技术，即可以生长原子量级的超薄薄漠和突变界面的外延生长技术；按外延材料种类分包括以化学组份不同，禁带宽度不同材料为代表的异质外延。量子点是尺寸在纳米量子的微小晶体结构，其典型特征是电子波函数的完全局域化和能谱的量子化。量子点结构具有一些十分显著的量子化效应，它直接影响量子点的各种物理性质，如电子结构，输运性质以及光学性质等。因此具有极为广阔的器件应用前景。另外，半导体有源光器件、高速电子器件一般必须生长在化合物半导体材料衬底上，但是近年来如何集成光和电子器件,使未来的芯片能更加微缩和提高效能,成为一个重要的课题,矽衬底和化合物半导体材料,有着不同晶格常数和热膨胀系数,因此若直接生长化合物半导体材料在矽衬底上,会形成缺陷并进一步影响生长的质量和器件的特性和性能。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中衬底和化合物半导体材料,有着不同晶格常数和热膨胀系数,若直接生长化合物半导体材料在衬底上,会形成缺陷并进一步影响生长质量和器件性能的缺陷，从而提供一种超晶格量子点结构及其制作方法，能有效提高量子點的大小,并避免聚结点的形成。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种超晶格量子点结构，包括衬底，所述衬底上外延生长有活性层，所述活性层相对所述衬底一侧生长有一层或多层异质量子点结构；所述异质量子点结构包括间隔设置的诱导层和间隔层，位于同层的所述诱导层相比所述间隔层靠近所述衬底一侧。可选地，所述间隔层为GaAs层，所述诱导层为InAs层。可选地，所述间隔层的厚度小于20nm，所述诱导层的厚度小于2.5ML。本专利技术的另一目的在于一种基于上述超晶格量子点结构的制作方法，包括以下步骤：S1、选择衬底，并在该衬底上外延生长所需要的另一材料作为下一步应用的活性层；S2、对外延生长的活性层进行钝化，以便于量子点的形成；S3、在活性层上再生长一层或多层异质量子点结构，所述异质量子点结构可以作为光学器件或电子器件实现阻隔缺陷的钝化层；其中，所述异质量子点结构包括依次间隔生长的诱导层和间隔层，使得位于同层的所述诱导层相比所述间隔层靠近所述衬底一侧。可选地，所述步骤S1中，所述衬底为异质衬底。可选地，所述步骤S2中，通过氧化物进行钝化以填充所述衬底表面的悬挂键，提高表面原子的跃迁势垒。可选地，所述步骤S3中，所述异质量子点结构层数不限，其间隔层为厚度小于20nm的GaAs层，其诱导层为厚度小于2.5ML的InAs层。可选地，所述步骤S3中，所述光学器件包括发光二级管，激光二极管或光电探测器，所述电学器件包括库伦阻塞器件，量子存储器件。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术的超晶格量子点结构，通过生长应变层可有效阻挡位错缺陷的传播，进而降低半导体材料缺陷密度，并且利用多层量子点结构作为缺陷阻挡层其效果更好，因为在生长完第一层量子点后,透过较薄的间隔层作为阻挡层,使得在生长第二层量子点时,会感受到下面已有应力存在,有效减小诱导层的临界厚度，故在生长同样厚度的诱导层时,此结构能形成较大的量子点,此外,由于下头已有诱导层的应力存在,生长第二层诱导层量子点时,会在同位置形成第二层量子点，形成上下对齐的效果,如此可解决传统因量子点体积变大后因太密或太靠近而互相结合形成聚结点,造成材料缺陷，因此，此超晶格量子点结构,可有效增大量子点大小(增加应力外),亦可抑制聚结点的形成,可有效作为光学器件或电子器件实现阻隔缺陷的钝化层。2.本专利技术的超晶格量子点结构，适用于目前常用的各类外延生长设备，如分子束外延(MBE)，金属有机气相沉积法(MOCVD)，氢化物气相沉积法(HVPE)，热壁外延等等。3.本专利技术的超晶格量子点结构，适用于常用各类村底材料，对这些材料而言，都可以进行相应的表面钝化，从而降低表面能，也就是说可以采用这种方法生长各材料系的量子点。4.本专利技术的超晶格量子点结构，利用这种生长方法可以生长不同尺度的量子点，调节幅度较大。5.本专利技术的超晶格量子点结构的制作方法，工艺成本低，不需添加任何新的工艺设备即可完成。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的一种实施方式的超晶格量子点结构的结构示意图。附图标记说明：1、衬底；2、活性层；3、异质量子点结构；31、诱导层；32、间隔层。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1：一种超晶格量子点结构，如图1所示，包括衬底1，如采用GaAs作为衬底1，然后在衬底1上外延生长一层活性层2，用来对外延生长的材料表面进行钝化，以利于量子点的形成，随之在活性层2相对衬底1一侧生长有一层或多层异质量子点结构3；具体地，异质量子点结构3包括间隔设置的诱导层31和间隔层32，位于同层的诱导层31相比间隔层32靠近衬底1一侧，在本专利技术此实施例中，间隔层32为厚度小于20nm的GaAs层，诱导层31为厚度小于2.5ML的InAs层。因为InAs和GaAs晶格不匹配度高达7％，InAs量子点视为可有效阻挡位错传播的应变层，InAs量子点形成的过程如下，当InAs生长在GaAs厚度超过临界厚度时，应力释放形成量子点，若想进一步增加应力(能更有效阻挡位错)，传统方式通过持续生长InAs来增大量子点，容易形成聚结点导致缺陷，影响器件性能，从而为解决这一问题，本专利技术通过生长应变层可有效阻挡位错缺陷的传播，进而降低半导体材料缺陷密度，并且利用多层量子点结构作为缺陷阻挡层其效果更好，因为在生长完第一层量子点后,透过较薄的间隔层32作为阻挡层,使得在生长第二层量子点时,会感受到下面已有应力存在,有效减小诱导层31的临界厚度，故在生长同样厚度的诱导层31时,此结构能形成较大的量子点,此外,由于下头已有诱导层31的应力存在,生长第二层诱导层31量子点时,会在同位置形成第二层量子点，形成上下对齐的效果,如此可解决传统因量子点体积变大后因太密或太靠近而互相结合形成聚结点,造成材料缺陷。因此，此超晶格量子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超晶格量子点结构，其特征在于，包括衬底(1)，所述衬底(1)上外延生长有活性层(2)，所述活性层(2)相对所述衬底(1)一侧生长有一层或多层异质量子点结构(3)；/n所述异质量子点结构(3)包括间隔设置的诱导层(31)和间隔层(32)，位于同层的所述诱导层(31)相比所述间隔层(32)靠近所述衬底(1)一侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种超晶格量子点结构，其特征在于，包括衬底(1)，所述衬底(1)上外延生长有活性层(2)，所述活性层(2)相对所述衬底(1)一侧生长有一层或多层异质量子点结构(3)；
所述异质量子点结构(3)包括间隔设置的诱导层(31)和间隔层(32)，位于同层的所述诱导层(31)相比所述间隔层(32)靠近所述衬底(1)一侧。


2.根据权利要求1所述的一种超晶格量子点结构，其特征在于，所述间隔层(32)为GaAs层，所述诱导层(31)为InAs层。


3.根据权利要求2所述的一种超晶格量子点结构，其特征在于，所述间隔层(32)的厚度小于20nm，所述诱导层(31)的厚度小于2.5ML。


4.一种超晶格量子点结构的制作方法，其特征在于，基于如权利要求1-3中任一项所述的超晶格量子点结构，其方法包括：
S1、选择衬底(1)，并在该衬底(1)上外延生长所需要的另一材料作为下一步应用的活性层(2)；
S2、对外延生长的活性层(2)进行钝化，以便于量子点的形成；
S3、在活性层(2)上再生长一层或多层异质量子点结构(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：苏州辰睿光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32