《原點陣圖形化應力場誘導自組織生長周期性量子點的研究》是依託蘇州大學，由石震武擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：原點陣圖形化應力場誘導自組織生長周期性量子點的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：石震武
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
量子點的有序生長具有極其重要的意義，然而目前該領域最廣泛採用的圖形襯底方法很難獲得高質量的量子點材料。本項目提出一種在MBE系統上原點陣圖形化應力場誘導自組織生長周期性量子點的技術方案——首先利用分子束外延生長出一層應變InGaAs/GaAs量子阱（超晶格）的薄層，從而提供一個高應變、均勻的原始應力場；接著藉助雷射干涉原位誘導應力調製弛豫實現應力場的圖形化；最後基於圖形應力耦合誘導自組織生長周期性的量子點。. 憑藉項目中“原點陣圖形化應力場”這一創新思路，不僅能有效避免傳統襯底圖形化時對材料的破壞和污染等問題，有望解決目前量子點製備領域中存在的材料晶體質量與可控生長之間不可兼得的這一根本科學難題，同時將使得整個有序量子點的製備工藝變得極其簡單、低廉和高效。因而本項目極有可能為真正實現“無缺陷、均勻、可控的完美量子點產業化”提供一項革命性的技術！
結題摘要
半導體量子點在未來量子計算以及量子通訊領域具有極其重要的套用前景，而實現量子點高質量地有序生長是目前阻礙相關套用最重要的技術難點。為了探索無缺陷量子點有序生長的新方法，本課題提出利用原位雷射干涉輻照誘導應變InGaAs/GaAs多量子阱產生圖形化弛豫以實現InAs量子點有序成核的解決方案。通過我們對InGaAs/GaAs多量子阱應變層的“應力光致弛豫”調控研究發現：低雷射能量輻照時將引發應變層頂上GaAs表面一定程度的光致As脫附現象，由於其仍可很好維持原來表面物性，故屬可逆過程。但此時的雷射能量僅局限於表面，無法往下有效作用於InGaAs層。當繼續提高雷射能量，則將引發不可逆的光致As脫附，該效應將直接導致應變層表面富鎵化。如想在量子點生長前預先改善表面，至少需將溫度升高至550℃以上。然而該退火溫度又遠超過了InGaAs應變弛豫的最高耐受溫度（520℃）。故研究證實：利用雷射原位調製InGaAs/GaAs應變多量子阱時將強烈受制於頂上GaAs蓋層表面光致As脫附效應，存在著難以迴避和克服的技術原理問題。基於此，本課題及時將圖形化對象改用為InAs量子點成核前的浸潤層。調整後發現：InAs浸潤層（0.9原子層）經四光束單脈衝干涉曝光後將出現高度僅為0.6-0.9埃（亞納米尺度）並呈周期性分布的二維點陣圖形，且點陣之間的平台區域完美保留了清晰的原子層台階形貌，這說明雷射圖形化過程幾乎對材料表面“零損傷”。當繼續沉積1個原子層的InAs後，原來的浸潤層點陣就會自發消失，周期性的量子點點陣將取而代之。該研究證實：我們成功發現和創造了一種全新的“圖形襯底技術”，相比項目原始的圖形化InGaAs/GaAs多量子阱方案，這種浸潤層點陣圖形結構可憑藉其自發的再平整效應，使獲得的周期性量子點就像直接利用SK在光滑表面生長一樣，更是避免了原方案在量子點下面引入寄生的量子阱結構，大大超出了項目原始的預期研究目標。因此，完全有望通過後續的研究推進，使其發展成為下一代有序量子點成核的完美解決方案。
