一種量子阱結(jié)構(gòu)的制備方法和量子阱結(jié)構(gòu)技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于發(fā)光材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種量子阱結(jié)構(gòu)的制備方法和量子阱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明專利技術(shù)所提供的制備方法，包括：注入摻雜金屬、勢(shì)壘層陽離子前驅(qū)體和勢(shì)壘層陰離子前驅(qū)體，在襯底的表面進(jìn)行沉積，制備勢(shì)壘層；先后注入量子點(diǎn)陰離子前驅(qū)體和量子點(diǎn)陽離子前驅(qū)體，在勢(shì)壘層的表面進(jìn)行沉積，制備半導(dǎo)體量子點(diǎn)；其中，摻雜金屬原子缺電子，且摻雜金屬的半徑與勢(shì)壘層陽離子的半徑之差的絕對(duì)值為0.1～0.3埃。通過引入摻雜金屬在勢(shì)壘層表面形成均勻分布的成核點(diǎn)，改善了量子點(diǎn)在勢(shì)壘層表面生長(zhǎng)的均勻性，提高了量子阱的量子效率。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種量子阱結(jié)構(gòu)的制備方法和量子阱結(jié)構(gòu)
本專利技術(shù)屬于發(fā)光材料制備
，具體涉及一種量子阱結(jié)構(gòu)的制備方法和量子阱結(jié)構(gòu)。
技術(shù)介紹
隨著半導(dǎo)體超晶格、半導(dǎo)體量子點(diǎn)的研制成功，光電材料的范圍得到了極大的拓展，半導(dǎo)體材料的設(shè)計(jì)和制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”，由此產(chǎn)生了量子阱器件，其優(yōu)越的發(fā)光性能使得量子阱器件在光致發(fā)光材料領(lǐng)域中得到了極為廣泛的應(yīng)用。量子阱器件，指采用半導(dǎo)體材料作為有源區(qū)的光電子器件，是由交替生長(zhǎng)的兩種半導(dǎo)體材料(包括勢(shì)壘和勢(shì)阱)組成的周期性結(jié)構(gòu)。這類器件的特點(diǎn)在于量子阱有源區(qū)具有準(zhǔn)二維特性和量子尺寸效應(yīng)，二維電子空穴的態(tài)密度是臺(tái)階狀分布，量子尺寸效應(yīng)使電子空穴的能級(jí)不再連續(xù)，而是集中占據(jù)著量子化第一子能級(jí)，半峰寬縮窄且價(jià)帶上輕重空穴的簡(jiǎn)并被解除，價(jià)帶間的吸收降低。如果量子阱的勢(shì)壘的寬度較大，使得兩個(gè)相鄰勢(shì)阱中的電子波函數(shù)互不重疊，那么就此形成的量子阱將是相互獨(dú)立的，這就是多量子阱。多量子阱的光學(xué)性質(zhì)與單量子阱的相同，而強(qiáng)度則是單量子阱的線性迭加。因而，量子阱器件的優(yōu)越性使它得以不斷的被應(yīng)用于各種新的領(lǐng)域。量子阱器件的勢(shì)阱可表現(xiàn)為多種結(jié)構(gòu)形態(tài)，如阱層結(jié)構(gòu)、量子線和量子點(diǎn)。阱層結(jié)構(gòu)呈層狀結(jié)構(gòu)，其與層狀的勢(shì)壘層疊設(shè)置，其電子的一個(gè)方向的自由度被限制，而其在其它兩個(gè)維度上可自由或準(zhǔn)自由的運(yùn)動(dòng)。量子線呈線狀分布于勢(shì)壘材料中，其電子只能在一個(gè)維度上自由運(yùn)動(dòng)，其他兩個(gè)維度被限制。量子點(diǎn)呈點(diǎn)狀分布于勢(shì)壘材料中，其電子在三個(gè)維度上的運(yùn)動(dòng)受限。在施加一定的電場(chǎng)或光壓下，量子點(diǎn)發(fā)出的光波長(zhǎng)會(huì)隨其尺寸的改變而改變，通過調(diào)節(jié)量子點(diǎn)的尺寸可以控制其發(fā)出的光的顏色。近年來，在勢(shì)壘中生長(zhǎng)量子點(diǎn)的技術(shù)已經(jīng)成為本領(lǐng)域技術(shù)人員的研究焦點(diǎn)。目前，量子點(diǎn)的制備主要通過在二維電子氣系統(tǒng)上加調(diào)制電極、分子束外延進(jìn)行自組織生長(zhǎng)以及用膠體化學(xué)方法制備等三種方法。分子束外延技術(shù)(MBE)，是在超高真空下利用局域化的原子束或分子束在襯底晶體上外延生長(zhǎng)薄膜的技術(shù)。當(dāng)原子束流轟擊到外延薄膜表面上時(shí)，加熱到設(shè)定溫度的襯底為這些原子提供足夠的熱能，使它們?cè)诒砻鏀U(kuò)散、遷移，最終到達(dá)相應(yīng)格點(diǎn)上。采用MBE法制備半導(dǎo)體量子點(diǎn)，具有尺寸可控、操作簡(jiǎn)便、污染少、界面有原子級(jí)平整度的等優(yōu)點(diǎn)。然而，在采用分子束外延進(jìn)行自組織生長(zhǎng)量子點(diǎn)的過程中，由于量子點(diǎn)的成核點(diǎn)是在應(yīng)變層生長(zhǎng)過程中應(yīng)力不均勻的地方產(chǎn)生的，同時(shí)島的長(zhǎng)大也是隨機(jī)的。因而，量子點(diǎn)在勢(shì)壘層中的分布不均勻，導(dǎo)致量子阱的整體量子效率降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種量子阱結(jié)構(gòu)的制備方法和量子阱結(jié)構(gòu)，旨在解決現(xiàn)有量子阱整體量子效率較低的技術(shù)問題。為實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，一方面，本專利技術(shù)提供了一種量子阱結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：注入摻雜金屬、勢(shì)壘層陽離子前驅(qū)體和勢(shì)壘層陰離子前驅(qū)體，在襯底的表面進(jìn)行沉積，制備勢(shì)壘層；先后注入量子點(diǎn)陰離子前驅(qū)體和量子點(diǎn)陽離子前驅(qū)體，在所述勢(shì)壘層的表面進(jìn)行沉積，制備半導(dǎo)體量子點(diǎn)；其中，所述摻雜金屬原子缺電子，且所述摻雜金屬的半徑與勢(shì)壘層陽離子的半徑之差的絕對(duì)值為0.1～0.3埃。另一方面，本專利技術(shù)還提供了一種量子阱結(jié)構(gòu)，包括：勢(shì)壘層和半導(dǎo)體量子點(diǎn)；所述半導(dǎo)體量子點(diǎn)多個(gè)，且均勻布置于所述勢(shì)壘層上；所述勢(shì)壘層為含摻雜金屬的半導(dǎo)體材料，所述摻雜金屬原子缺電子，且所述摻雜金屬的半徑與所述勢(shì)壘層的陽離子的半徑之差的絕對(duì)值為0.1～0.3埃。本專利技術(shù)制備方法在勢(shì)壘層的生長(zhǎng)過程中引入了摻雜金屬，使得摻雜金屬能夠均勻分布在勢(shì)壘層中，摻雜金屬原子缺電子，其與量子點(diǎn)陰離子之間存在非共價(jià)鍵，產(chǎn)生電荷誘導(dǎo)效應(yīng)，使得在注入量子點(diǎn)陰離子前驅(qū)體時(shí)，能夠誘導(dǎo)量子點(diǎn)陰離子趨向于摻雜金屬，從而在勢(shì)壘層的表面形成均勻分布的成核點(diǎn)；之后，注入量子點(diǎn)陽離子前驅(qū)體，誘導(dǎo)量子點(diǎn)陽離子向該成核點(diǎn)移動(dòng)并與量子點(diǎn)陰離子形成量子點(diǎn)。在制備勢(shì)壘層之后，先后注入量子點(diǎn)陰離子前驅(qū)體和量子點(diǎn)陽離子前驅(qū)體，量子點(diǎn)陰離子和量子點(diǎn)陽離子的遷移速率不同，如果同時(shí)注入量子點(diǎn)陰離子前驅(qū)體和量子點(diǎn)陽離子前驅(qū)體，會(huì)使量子點(diǎn)陰離子和量子點(diǎn)陽離子在勢(shì)壘層上分布不均勻，導(dǎo)致能級(jí)差異大，形成缺陷。先注入量子點(diǎn)陰離子前驅(qū)體，可以有效地誘導(dǎo)量子點(diǎn)陽離子均勻地沉積在量子點(diǎn)陰離子上，形成較為光滑的表面，避免量子點(diǎn)陽離子、量子點(diǎn)陰離子不定向地沉積而形成表面缺陷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)通過在勢(shì)壘層的生長(zhǎng)過程中引入摻雜金屬，為量子點(diǎn)的生長(zhǎng)提供了成核點(diǎn)，使得量子點(diǎn)能夠均勻地生長(zhǎng)在勢(shì)壘層的表面，提高了晶體質(zhì)量，進(jìn)而提高量子阱的量子效率。采用本專利技術(shù)制備方法得到的量子阱結(jié)構(gòu)，其發(fā)光性能優(yōu)異，可應(yīng)用于制備如LED、顯示屏和激光器件等發(fā)光器件。附圖說明圖1為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的半導(dǎo)體量子點(diǎn)的制備方法流程圖；圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例1制備的量子阱結(jié)構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖3為本專利技術(shù)對(duì)比例1制備的量子阱結(jié)構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖4為本專利技術(shù)測(cè)試?yán)?中本專利技術(shù)實(shí)施例量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光波長(zhǎng)掃描圖。具體實(shí)施方式為了解決現(xiàn)有半導(dǎo)體量子點(diǎn)的整體量子效率較低的技術(shù)問題，本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體量子點(diǎn)的制備方法，在提高晶體質(zhì)量的同時(shí)，提高了量子阱的量子效率。請(qǐng)參閱圖1，本專利技術(shù)實(shí)施例提供的一種半導(dǎo)體量子點(diǎn)的制備方法，包括：S01、注入摻雜金屬、勢(shì)壘層陽離子前驅(qū)體和勢(shì)壘層陰離子前驅(qū)體，在襯底的表面進(jìn)行沉積，制備勢(shì)壘層；S02、先后注入量子點(diǎn)陰離子前驅(qū)體和量子點(diǎn)陽離子前驅(qū)體，在所述勢(shì)壘層的表面進(jìn)行沉積，制備半導(dǎo)體量子點(diǎn)；其中，所述摻雜金屬原子缺電子，且所述摻雜金屬的半徑與勢(shì)壘層陽離子的半徑之差的絕對(duì)值為0.1～0.3埃。在上述技術(shù)方案中，基于分子束外延技術(shù)，在勢(shì)壘層的生長(zhǎng)過程中引入摻雜金屬，使得摻雜金屬能夠均勻分布在勢(shì)壘層中，部分摻雜金屬位于勢(shì)壘層表面。摻雜金屬原子缺電子，其與量子點(diǎn)陰離子之間存在非共價(jià)鍵，產(chǎn)生電荷誘導(dǎo)效應(yīng)，使得在注入量子點(diǎn)陰離子前驅(qū)體時(shí)誘導(dǎo)量子點(diǎn)陰離子趨向于該摻雜金屬，從而在勢(shì)壘層的表面形成均勻分布的成核點(diǎn)；之后，注入量子點(diǎn)陽離子前驅(qū)體，量子點(diǎn)陽離子向該成核點(diǎn)移動(dòng)并與量子點(diǎn)陰離子形成量子點(diǎn)，使得量子點(diǎn)能夠均勻地生長(zhǎng)在勢(shì)壘層的表面，提高了晶體質(zhì)量，進(jìn)而提高量子阱的量子效率。以在ZnSe勢(shì)壘層上形成量子點(diǎn)CdSe為例，說明本專利技術(shù)實(shí)施例量子點(diǎn)合成的具體過程。在合成過程中，Be原子缺電子，其與Se之間存在電荷誘導(dǎo)效應(yīng)，Be鍵吸引Se，形成BeSe成核點(diǎn)，即使在摻雜量很低的情況下，也能形成人工成核位點(diǎn)。BeSe具有很高的帶隙，能量為5.6eV，與量子點(diǎn)CdSe相比，BeSe具有更強(qiáng)的鍵強(qiáng)和更低的表面流動(dòng)性，因而勢(shì)壘層表面的成核點(diǎn)位置相對(duì)固定。然后，成核點(diǎn)BeSe中的Se誘導(dǎo)Cd向其移動(dòng)，使得Cd與Se形成CdSe量子點(diǎn)。具體的，在步驟S01中，注入摻雜金屬、勢(shì)壘層陽離子前驅(qū)體和勢(shì)壘層陰離子前驅(qū)體，這一步驟參考本領(lǐng)域技術(shù)人員在進(jìn)行分子束外延技術(shù)中的常規(guī)操作，本專利技術(shù)實(shí)施例不作具體限定。理論上，具有缺電子結(jié)構(gòu)、且半徑與勢(shì)壘本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種量子阱結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括：/n注入摻雜金屬、勢(shì)壘層陽離子前驅(qū)體和勢(shì)壘層陰離子前驅(qū)體，在襯底的表面進(jìn)行沉積，制備勢(shì)壘層；/n先后注入量子點(diǎn)陰離子前驅(qū)體和量子點(diǎn)陽離子前驅(qū)體，在所述勢(shì)壘層的表面進(jìn)行沉積，制備半導(dǎo)體量子點(diǎn)；/n其中，所述摻雜金屬原子缺電子，且所述摻雜金屬的半徑與勢(shì)壘層陽離子的半徑之差的絕對(duì)值為0.1～0.3埃。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種量子阱結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括：
注入摻雜金屬、勢(shì)壘層陽離子前驅(qū)體和勢(shì)壘層陰離子前驅(qū)體，在襯底的表面進(jìn)行沉積，制備勢(shì)壘層；
先后注入量子點(diǎn)陰離子前驅(qū)體和量子點(diǎn)陽離子前驅(qū)體，在所述勢(shì)壘層的表面進(jìn)行沉積，制備半導(dǎo)體量子點(diǎn)；
其中，所述摻雜金屬原子缺電子，且所述摻雜金屬的半徑與勢(shì)壘層陽離子的半徑之差的絕對(duì)值為0.1～0.3埃。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括：多次循環(huán)制備所述勢(shì)壘層與所述半導(dǎo)體量子點(diǎn)。


3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，制備所述勢(shì)壘層具體包括如下步驟：
在晶體轉(zhuǎn)化臨界溫度以下，注入摻雜金屬、勢(shì)壘層陽離子前驅(qū)體和勢(shì)壘層陰離子前驅(qū)體，在襯底的表面上進(jìn)行沉積，制備勢(shì)壘層前驅(qū)體；
在晶體轉(zhuǎn)化臨界溫度以上，繼續(xù)注入所述勢(shì)壘層陽離子前驅(qū)體和所述勢(shì)壘層陰離子前驅(qū)體，在所述勢(shì)壘層前驅(qū)體上進(jìn)行沉積，制備勢(shì)壘層。


4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，控制襯底的溫度在晶體轉(zhuǎn)化臨界溫度以下，注入摻雜金屬、勢(shì)壘層陽離子前驅(qū)體和勢(shì)壘層陰離子前驅(qū)體，在襯底的表面上進(jìn)行沉積，制備勢(shì)壘層前驅(qū)體，其中，所述襯底的溫度為150～180℃；和/或
控制所述襯底的溫度在晶體轉(zhuǎn)化臨界溫度以上，繼續(xù)注入所述勢(shì)壘層陽離子前驅(qū)體和所述勢(shì)壘層陰離子前驅(qū)體，在所述勢(shì)壘層前驅(qū)體上進(jìn)行沉積，制備勢(shì)壘層，其中，所述襯底溫度為250～300℃。


5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述摻雜金屬為Be、Mn、Mg、Ca、Sr、Ba或Ra；和/或
所述摻雜金屬與所述勢(shì)壘層陽離子的摩爾比為(0.01～0.1):1。


6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述勢(shì)壘層陽離子前驅(qū)體為IIB族原子，所述勢(shì)壘層陰離子前驅(qū)體為VIA族原子；
或，所述勢(shì)壘層陽離子前驅(qū)體為IIIA族原子，所述勢(shì)壘層陰離子前驅(qū)體為VA族原子。


7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述量子點(diǎn)陽離子前驅(qū)體為IIB族原子，所述量子點(diǎn)陰離子前驅(qū)體為VIA族原子；
或，所述量子點(diǎn)陽離子前驅(qū)體為IIIA族原子，所述量子點(diǎn)陰離子前驅(qū)體為VA族原子。


8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述勢(shì)壘層陰離子前驅(qū)體與所述量子點(diǎn)陰離子前驅(qū)體相同。


9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，在制備所述半導(dǎo)體量子點(diǎn)的過程中，沉積時(shí)間為25～30s；和/或
所述量子點(diǎn)陰離子前驅(qū)體比所述量子點(diǎn)陽離子前驅(qū)體早注入10～15s；和/或
所述半導(dǎo)體量子點(diǎn)的厚度為4～6nm。


10...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：葉煒浩，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：TCL集團(tuán)股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44