一种量子阱结构的制备方法和量子阱结构技术

本发明专利技术属于发光材料制备技术领域，具体涉及一种量子阱结构的制备方法和量子阱结构。本发明专利技术所提供的制备方法，包括：注入掺杂金属、势垒层阳离子前驱体和势垒层阴离子前驱体，在衬底的表面进行沉积，制备势垒层；先后注入量子点阴离子前驱体和量子点阳离子前驱体，在势垒层的表面进行沉积，制备半导体量子点；其中，掺杂金属原子缺电子，且掺杂金属的半径与势垒层阳离子的半径之差的绝对值为0.1～0.3埃。通过引入掺杂金属在势垒层表面形成均匀分布的成核点，改善了量子点在势垒层表面生长的均匀性，提高了量子阱的量子效率。

【技术实现步骤摘要】
一种量子阱结构的制备方法和量子阱结构
本专利技术属于发光材料制备
，具体涉及一种量子阱结构的制备方法和量子阱结构。
技术介绍
随着半导体超晶格、半导体量子点的研制成功，光电材料的范围得到了极大的拓展，半导体材料的设计和制造从“杂质工程”发展到“能带工程”，由此产生了量子阱器件，其优越的发光性能使得量子阱器件在光致发光材料领域中得到了极为广泛的应用。量子阱器件，指采用半导体材料作为有源区的光电子器件，是由交替生长的两种半导体材料(包括势垒和势阱)组成的周期性结构。这类器件的特点在于量子阱有源区具有准二维特性和量子尺寸效应，二维电子空穴的态密度是台阶状分布，量子尺寸效应使电子空穴的能级不再连续，而是集中占据着量子化第一子能级，半峰宽缩窄且价带上轻重空穴的简并被解除，价带间的吸收降低。如果量子阱的势垒的宽度较大，使得两个相邻势阱中的电子波函数互不重叠，那么就此形成的量子阱将是相互独立的，这就是多量子阱。多量子阱的光学性质与单量子阱的相同，而强度则是单量子阱的线性迭加。因而，量子阱器件的优越性使它得以不断的被应用于各种新的领域。量子阱器件的势阱可表现为多种结构形态，如阱层结构、量子线和量子点。阱层结构呈层状结构，其与层状的势垒层叠设置，其电子的一个方向的自由度被限制，而其在其它两个维度上可自由或准自由的运动。量子线呈线状分布于势垒材料中，其电子只能在一个维度上自由运动，其他两个维度被限制。量子点呈点状分布于势垒材料中，其电子在三个维度上的运动受限。在施加一定的电场或光压下，量子点发出的光波长会随其尺寸的改变而改变，通过调节量子点的尺寸可以控制其发出的光的颜色。近年来，在势垒中生长量子点的技术已经成为本领域技术人员的研究焦点。目前，量子点的制备主要通过在二维电子气系统上加调制电极、分子束外延进行自组织生长以及用胶体化学方法制备等三种方法。分子束外延技术(MBE)，是在超高真空下利用局域化的原子束或分子束在衬底晶体上外延生长薄膜的技术。当原子束流轰击到外延薄膜表面上时，加热到设定温度的衬底为这些原子提供足够的热能，使它们在表面扩散、迁移，最终到达相应格点上。采用MBE法制备半导体量子点，具有尺寸可控、操作简便、污染少、界面有原子级平整度的等优点。然而，在采用分子束外延进行自组织生长量子点的过程中，由于量子点的成核点是在应变层生长过程中应力不均匀的地方产生的，同时岛的长大也是随机的。因而，量子点在势垒层中的分布不均匀，导致量子阱的整体量子效率降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种量子阱结构的制备方法和量子阱结构，旨在解决现有量子阱整体量子效率较低的技术问题。为实现上述专利技术目的，一方面，本专利技术提供了一种量子阱结构的制备方法，包括：注入掺杂金属、势垒层阳离子前驱体和势垒层阴离子前驱体，在衬底的表面进行沉积，制备势垒层；先后注入量子点阴离子前驱体和量子点阳离子前驱体，在所述势垒层的表面进行沉积，制备半导体量子点；其中，所述掺杂金属原子缺电子，且所述掺杂金属的半径与势垒层阳离子的半径之差的绝对值为0.1～0.3埃。另一方面，本专利技术还提供了一种量子阱结构，包括：势垒层和半导体量子点；所述半导体量子点多个，且均匀布置于所述势垒层上；所述势垒层为含掺杂金属的半导体材料，所述掺杂金属原子缺电子，且所述掺杂金属的半径与所述势垒层的阳离子的半径之差的绝对值为0.1～0.3埃。本专利技术制备方法在势垒层的生长过程中引入了掺杂金属，使得掺杂金属能够均匀分布在势垒层中，掺杂金属原子缺电子，其与量子点阴离子之间存在非共价键，产生电荷诱导效应，使得在注入量子点阴离子前驱体时，能够诱导量子点阴离子趋向于掺杂金属，从而在势垒层的表面形成均匀分布的成核点；之后，注入量子点阳离子前驱体，诱导量子点阳离子向该成核点移动并与量子点阴离子形成量子点。在制备势垒层之后，先后注入量子点阴离子前驱体和量子点阳离子前驱体，量子点阴离子和量子点阳离子的迁移速率不同，如果同时注入量子点阴离子前驱体和量子点阳离子前驱体，会使量子点阴离子和量子点阳离子在势垒层上分布不均匀，导致能级差异大，形成缺陷。先注入量子点阴离子前驱体，可以有效地诱导量子点阳离子均匀地沉积在量子点阴离子上，形成较为光滑的表面，避免量子点阳离子、量子点阴离子不定向地沉积而形成表面缺陷。与现有技术相比，本专利技术通过在势垒层的生长过程中引入掺杂金属，为量子点的生长提供了成核点，使得量子点能够均匀地生长在势垒层的表面，提高了晶体质量，进而提高量子阱的量子效率。采用本专利技术制备方法得到的量子阱结构，其发光性能优异，可应用于制备如LED、显示屏和激光器件等发光器件。附图说明图1为本专利技术实施例提供的半导体量子点的制备方法流程图；图2为本专利技术实施例1制备的量子阱结构的局部结构简图；图3为本专利技术对比例1制备的量子阱结构的局部结构简图；图4为本专利技术测试例2中本专利技术实施例量子阱结构的发光波长扫描图。具体实施方式为了解决现有半导体量子点的整体量子效率较低的技术问题，本专利技术实施例提供了一种半导体量子点的制备方法，在提高晶体质量的同时，提高了量子阱的量子效率。请参阅图1，本专利技术实施例提供的一种半导体量子点的制备方法，包括：S01、注入掺杂金属、势垒层阳离子前驱体和势垒层阴离子前驱体，在衬底的表面进行沉积，制备势垒层；S02、先后注入量子点阴离子前驱体和量子点阳离子前驱体，在所述势垒层的表面进行沉积，制备半导体量子点；其中，所述掺杂金属原子缺电子，且所述掺杂金属的半径与势垒层阳离子的半径之差的绝对值为0.1～0.3埃。在上述技术方案中，基于分子束外延技术，在势垒层的生长过程中引入掺杂金属，使得掺杂金属能够均匀分布在势垒层中，部分掺杂金属位于势垒层表面。掺杂金属原子缺电子，其与量子点阴离子之间存在非共价键，产生电荷诱导效应，使得在注入量子点阴离子前驱体时诱导量子点阴离子趋向于该掺杂金属，从而在势垒层的表面形成均匀分布的成核点；之后，注入量子点阳离子前驱体，量子点阳离子向该成核点移动并与量子点阴离子形成量子点，使得量子点能够均匀地生长在势垒层的表面，提高了晶体质量，进而提高量子阱的量子效率。以在ZnSe势垒层上形成量子点CdSe为例，说明本专利技术实施例量子点合成的具体过程。在合成过程中，Be原子缺电子，其与Se之间存在电荷诱导效应，Be键吸引Se，形成BeSe成核点，即使在掺杂量很低的情况下，也能形成人工成核位点。BeSe具有很高的带隙，能量为5.6eV，与量子点CdSe相比，BeSe具有更强的键强和更低的表面流动性，因而势垒层表面的成核点位置相对固定。然后，成核点BeSe中的Se诱导Cd向其移动，使得Cd与Se形成CdSe量子点。具体的，在步骤S01中，注入掺杂金属、势垒层阳离子前驱体和势垒层阴离子前驱体，这一步骤参考本领域技术人员在进行分子束外延技术中的常规操作，本专利技术实施例不作具体限定。理论上，具有缺电子结构、且半径与势垒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子阱结构的制备方法，其特征在于，包括：/n注入掺杂金属、势垒层阳离子前驱体和势垒层阴离子前驱体，在衬底的表面进行沉积，制备势垒层；/n先后注入量子点阴离子前驱体和量子点阳离子前驱体，在所述势垒层的表面进行沉积，制备半导体量子点；/n其中，所述掺杂金属原子缺电子，且所述掺杂金属的半径与势垒层阳离子的半径之差的绝对值为0.1～0.3埃。/n

【技术特征摘要】
1.一种量子阱结构的制备方法，其特征在于，包括：
注入掺杂金属、势垒层阳离子前驱体和势垒层阴离子前驱体，在衬底的表面进行沉积，制备势垒层；
先后注入量子点阴离子前驱体和量子点阳离子前驱体，在所述势垒层的表面进行沉积，制备半导体量子点；
其中，所述掺杂金属原子缺电子，且所述掺杂金属的半径与势垒层阳离子的半径之差的绝对值为0.1～0.3埃。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：多次循环制备所述势垒层与所述半导体量子点。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备所述势垒层具体包括如下步骤：
在晶体转化临界温度以下，注入掺杂金属、势垒层阳离子前驱体和势垒层阴离子前驱体，在衬底的表面上进行沉积，制备势垒层前驱体；
在晶体转化临界温度以上，继续注入所述势垒层阳离子前驱体和所述势垒层阴离子前驱体，在所述势垒层前驱体上进行沉积，制备势垒层。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，控制衬底的温度在晶体转化临界温度以下，注入掺杂金属、势垒层阳离子前驱体和势垒层阴离子前驱体，在衬底的表面上进行沉积，制备势垒层前驱体，其中，所述衬底的温度为150～180℃；和/或
控制所述衬底的温度在晶体转化临界温度以上，继续注入所述势垒层阳离子前驱体和所述势垒层阴离子前驱体，在所述势垒层前驱体上进行沉积，制备势垒层，其中，所述衬底温度为250～300℃。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述掺杂金属为Be、Mn、Mg、Ca、Sr、Ba或Ra；和/或
所述掺杂金属与所述势垒层阳离子的摩尔比为(0.01～0.1):1。


6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述势垒层阳离子前驱体为IIB族原子，所述势垒层阴离子前驱体为VIA族原子；
或，所述势垒层阳离子前驱体为IIIA族原子，所述势垒层阴离子前驱体为VA族原子。


7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述量子点阳离子前驱体为IIB族原子，所述量子点阴离子前驱体为VIA族原子；
或，所述量子点阳离子前驱体为IIIA族原子，所述量子点阴离子前驱体为VA族原子。


8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述势垒层阴离子前驱体与所述量子点阴离子前驱体相同。


9.根据权利要求1至8任一项所述的制备方法，其特征在于，在制备所述半导体量子点的过程中，沉积时间为25～30s；和/或
所述量子点阴离子前驱体比所述量子点阳离子前驱体早注入10～15s；和/或
所述半导体量子点的厚度为4～6nm。


10...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶炜浩，
申请(专利权)人：TCL集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44