借助于形成被具有延伸通过其中的应变区域的间隔层覆盖的第一层量子点，提供了一种形成组合有半导体量子点的光电子器件有源区的方法，此量子点在大致２９３Ｋ的温度下，在超过１３５０ｎｍ的波长处发生基态发射。间隔层然后形成为模板，其上可以形成具有受到下方第一层量子点影响的表面密度和构造的有源层的量子点。这使得能够选择更有利于形成长波长下以窄的不均匀加宽发射的有源层中的量子点的生长参数。作为一个例子，可以在比形成第一层量子点更低的温度下形成量子点的有源层。有源层的量子点然后承受与周围间隔层和帽层更少的相互混合，还能够保留更多的应变弛豫态，这导致具有更窄的不均匀加宽的长波长发射。此方法特别适合于ＧａＡｓ衬底上的光电子器件的有源层的生长。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到光电子器件领域，更确切地说，本专利技术涉及到组合有其大致293K温度下的基态发射发生在大于1350nm处的半导体量子点的光电子器件的领域。半导体材料被用于许多光电子器件中。半导体结构通常被安置成使器件在特定器件所希望的波长下具有光学活性。在许多应用中，特别是在通信中，对于1250-1650nm波长的使用有所需求。这些波长非常适合于光纤传输和其它的光纤器件。已知基于磷化铟(InP)衬底来制造用于这些波长的光电子器件。能够用砷化镓(GaAs)衬底而不用InP衬底来制造能够工作于这些波长的器件，可能是可取的。GaAs衬底的主要优点是很容易得到且比InP更便宜。GaAs衬底已经被广泛地用于工作在较短波长(低于1200nm)的器件，且这种器件的制造、加工、以及封装方法已经被成功开发，并能够适合于工作在更长波长的器件。以GaAs为基础的器件的性能在某些方面，特别是在温度敏感性方面，优越于以InP为基础的器件。与InP系统为了得到相同的结构可能要求的诸如晶片键合之类的复杂工艺相比，诸如垂直腔表面发射激光器之类的复杂结构能够以简单的生长步骤被容易地制造在GaAs系统上。而且，GaAs电子学已经成功开发，且同一个芯片上单片集成光功能以及控制它们所要求的电路的以GaAs为基础的光电子器件可以比较容易地提供。从上面所述可见，若GaAs系统能够被制作成工作于更长的波长，则是非常可取的。已经提出3种已知的技术来在GaAs衬底上实现更长波长的工作(例如见V.M.Ustinov and A.E.Zhukov，“GaAs-based long-wavelength lasers”，Semicond.Sci.Technol.2000，15，R41)。它们是InAs或InGaAs量子点、GaInNAs量子阱或量子点、以及GaAsSb量子阱。在GaInNAs量子阱和GaAsSb量子阱的情况下，氮或锑在结构中的加入减小了带隙，从而导致更长波长的发射。但利用目前的生长技术，当组合氮或锑时，材料的质量变坏。而且，量子点有一些优点超越了(基于量子阱的)二种竞争的技术。这些优点是由于载流子的三维限制(与量子阱的一维限制相对比)以及由于不均匀地加宽的发射(与量子阱的均匀加宽的发射相对比)。这些优点是激光器的较小阈值电流、较低的温度敏感性或在较宽的波长带下工作的可能性。另一个重要特点是量子点通常不仅能够在其基频跃迁中工作，而且还能够在短于其基频跃迁的宽波长带(对应于各个激发态)中工作。例如，从其基态产生1480nm的量子点发射不仅对于此波长下的应用很重要，而且还能够被用于诸如1300nm之类的较短波长(例如从其第二激发态)。于是，由于各个激发态增大了的简并度，与在1300nm下从其基态直接发光的量子点相比，就得到了一些好处。通常根据Stranski-Krastanov生长模式来制造InAs或InGaAs量子点，来自衬底(GaAs)与点材料(InAs或InGaAs)之间的晶格失配的应变从而导致三维小岛的自形成。通常用二种主要技术来得到此生长分子束外延(MBE)或金属有机化学气相淀积(MOCVD)。在常规生长条件(亦即相似于用于InGaAs量子阱的生长条件)下，横向点尺寸典型为14-30nm(见例如美国专利US-A-5614435)，且它们在300K下典型地在短于1200nm下发射。在此处提出的情况下，对于更长波长的发射，横向点尺寸通常更大。为了进一步延伸InAs/GaAs量子点的波长，已经开发了不同的技术R.P.Mirin et al.，“1.3μm photoluminescence from InGaAsquantum dots on GaAs”，Appl.Phys.Lett.1995，67，3795提出了采用交替层外延。R.Murray et al.，“1.3μm room temperatureemission from InAs/GaAs self-assembled quantum dots”，Jpn.J.Appl.Phys.1999，Part 1 38，528提出了采用低的InAs生长速率。但用这些技术得到的最长波长接近1300nm，最多1340nm。一种涉及到用InGaAs覆盖各个点或在InGaAs上生长点或二者的变通方法得到了开发。K.Nishi et al.，“Anarrow photoluminescencelinewidth of 21meV at 1.35μm from strain-reduced InAs quantumdots covered by In0.2Ga0.8As grown on GaAs substrates”，Appl.Phys.Lett.1999，74，1111提出了用InGaAs覆盖各个点，并用MBE得到了直至1350nm的发射。A.Passaseo et al.，“Wavelengthcontrol from 1.25-1.4μm in InxGa1-xAs quantum dot structuresgrown by metal organic chemical vapor depodition”，Appl.Phys.Lett.2001，78，1382采用了相似的技术，以便用MOCVD得到直至1390nm的发射。最后，J.Tatebayashi et al.，“Over 1.5μmlight emission from InAs quantum dots embedded in InGaAsstrain-reduced layer grown by metaloganic chemical vapordeposition”，Appl.Phys.Lett.，2001，78，3469观察到了直至1520nm的发射，但发光效率被大幅度降低了，因而不适用于光电子器件。量子点样品的另一个重要性质是，在低激发和在低温(典型为10K)下，由基态光致发光峰的半高宽(FWHM)测得的不均匀的发射加宽。对于诸如激光器之类的许多应用，FWHM必须尽可能小，以便得到最好的性能。在R.P.Mirin et al.，“Narrow photoluminescencelinewidth from ensembles of self-assembled InGaAs quantumdots”，J.Vac.Sci.Technol.B 2000，18，1510中，对于1300nm以上的发射波长，得到的最窄的FWHM是18meV。有关本专利技术量子点的一个生长特点是简单地借助于生长相继紧密分隔的各个量子点层来生长垂直对准的量子点结构的可能性。早期就认识到了这一特点(例如见Q.Xie et al.，“Vertically self-organized InAs quantum box islands on GaAs(100)”，Phys.Rev.Lett.1995，75，2542)，且之后已经进行了大量研究。Mukhametzhanov et al.，“Independent manipulation of densityand size of stress-driven self-assembled quan本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种形成组合有半导体量子点的光电子器件有源区的方法，此量子点在基本上２９３Ｋ下，在大于１３５０ｎｍ的波长处发生基态发射，所述方法包含下列步骤：生长形成在衬底层或缓冲层之一上的第一层量子点，所述第一层的所述量子点经受由所述衬底层与所述 第一层的所述量子点之间的晶格失配所造成的应变；在所述第一层上生长间隔层，且所述间隔层经受由所述第一层的所述量子点与所述间隔层之间的晶格失配所造成的覆盖所述第一层的量子点的应变区域中的应变；在所述间隔层上生长量子点的有源层，所 述有源层的量子点占优地形成在所述间隔层的应变区域上，致使所述有源层的量子点表面密度基本上决定于所述第一层的量子点表面密度，所述有源层的量子点处于应变弛豫状态，其中，所述有源层的所述量子点比生长在未应变的表面上的量子点承受更小的应变，所述有源层的生长条件不同于第一层的生长条件并被恰当地选择，确切地说，衬底的温度足够低，以便基本上保留所述应变弛豫状态并限制所述有源层的所述量子点与所述间隔层相互混合；以及在所述有源层上生长帽层，所述帽层的生长条件被恰当地选择，确切地说，衬底 的温度足够低，以便基本上保留所述应变弛豫状态并限制所述有源层的所述量子点与所述间隔层和与所述帽层相互混合。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：TS琼斯，P霍维，R默里，E勒鲁，
申请(专利权)人：帝国学院创新有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]
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