磷化铟(InP)衬底上外延砷化铟(InAs)量子点材料

磷化铟(InP)衬底上外延砷化铟(InAs)量子点材料

        在磷化铟(InP)衬底上生长的砷化铟(InAs)量子点(QD)有望用于光纤通信的光电器件和室温操作红外光电探测器等。量子点即半导体纳米晶体(NCs),是指半径小于或接近激子玻尔半径的三维约束纳米材料。胶体量子点(CQDs)在光电应用领域具有明显的量子约束效应,可以为液相处理器件提供工艺平台。量子点是构建低功耗、高性能光电探测器的基础,也是开发新一代高性能电子器件的新兴材料。可供InAs量子点材料,具体外延结构如下:

砷化铟(InAs)量子点外延片

1. 砷化铟量子点外延规格

外延材料 厚度
i-InP 100nm
InGaAsP or InP
InAs QDs
InGaAsP or InP
i-InP
SI-InP Substrate

 

2. 砷化铟量子点材料制备

        目前,已经发展出多种制备量子点材料的方法。这些方法可以大致分为两类:一类是”自上而下”,另一类是”自下而上”。具体如下

        “自上而下”的方法通常使用传统的蚀刻技术,将大规模材料转化为纳米级量子点。电子束光刻、反应离子蚀刻和湿法化学蚀刻等技术常用于制备II-V和II-VI半导体量子点。其中,电子束光刻可以灵活地雕刻纳米级图案,并通过精确分离和周期性排列来实现量子点、线和环的构造。此外,聚焦离子束的使用还可以制作量子点阵列。量子点的形状、大小和粒子间距与离子束的束径有关。

        而基于”自下而上”的自组装技术,则可以分为气相合成法和气相沉积法。在量子点合成中,广泛采用气相沉积法,包括热蒸发、化学气相沉积、激光烧蚀以及分子束外延等技术手段。这些方法可以通过控制气相中的原子、分子或化合物的反应来实现量子点的自组装。

        总之,通过不同的制备方法,我们已经能够制备出各种形状和大小的量子点材料,这为量子技术的应用和发展提供了更多的可能性。

3. 砷化铟量子点技术的发展现状及应用

        随着激光、电子和光子集成电路、光互连和调制技术的不断进步,现代社会已经享受到了宽带、高速互联网和移动网络连接所带来的便利。通过进行光致发光和透射电子显微镜实验,研究者们发现量子点的高度与磷化铟沉积厚度之间存在着明显的关联。通过改进的生长方法,已经能够在InAs/InP量子点分布反馈激光器中获得1550nm的波长和窄的谱线宽度。此外,量子点技术的发展也为制造发射在1.5um范围内的器件提供了支持。

        然而,随着能源需求和带宽需求的快速增长,我们需要在电子和光子集成电路方面进一步进行超紧凑技术的创新。在光学领域,基于量子点的激光技术已经超越了基于量子阱的技术,并取得了巨大的进步。利用均匀生长的InAs量子点薄膜在晶圆上制造的激光二极管和光放大器将成为未来节能信息通信技术以及信息传输光纤的主要产品。

 

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