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GaAs基InAs量子点的定位有序生长研究
GaAs基InAs量子点的定位有序生长研究
摘要：
InAs量子点在红外光谱学、光电输运和输运等研究中被广泛研究和应用。在GaAs基底上实现InAs量子点定向有序生长是制备高品质InAs/GaAs量子点结构的重要手段。本文概述了GaAs基底上InAs量子点有序阵列生长的方法、机制和实现技术。介绍了不同的有序生长方法和研究成果，并对未来研究方向进行了展望。
关键词：InAs量子点；GaAs基底；有序生长；定向排列
1.介绍
自从1990年代，InAs量子点因其独特的电子能带和物理性质引起了学术界的广泛关注和工业界的高度重视。InAs量子点联合GaAs基底结构在光电输运、输运特性、量子信息处理方面应用广泛。InAs量子点的制备方式主要有自组装、离子束成形和有序生长。
在过去的几年里，研究人员在GaAs基底上实现InAs量子点的有序排列生长，并且稳定性和优异光电性能使得这种技术获得了很好的应用前景。InAs量子点的有序生长方式在制备高规则性和均匀性结构方面优于无序生长方式。
2.有序生长方法
有序生长方法一般可分为两类，一类是刻蚀模板法，另一类是金属有序阵列法。
2.1刻蚀模板法
刻蚀模板法是一种基于表面化学反应的制备技术，它可以通过控制表面处理，形成有序的微米或纳米结构。一般情况下，杂原子如Si和顺磁金属离子可以刻蚀InAs，而InGaAs是不可刻蚀的。因此，可以使用金属蒸汽刻蚀纳米孔洞模板。
刻蚀模板法可以准确地控制InAs量子点的位置、大小和密度，但是该方法需要高昂的成本和复杂的制备过程。此外，对于有序生长来说，应控制孔洞模板的大小、形状和间距，因为它们会直接影响InAs量子点的有序生长性质。
2.2金属有序阵列法
金属阵列有序生长法是一种制备高品质InAs量子点阵列的简单方法。该方法依赖于GaAs和金属金属交叉的比较大的表面张力，所以在金属接触点处会形成固定不变的阴阳极特性，金属作为阳极时，在相应位置就会产生高浓度的电缆，同时可以阻止InAs吸附于另一层金属表面。因此，金属有序阵列法是一种可以适用于许多材料的有序生长技术。
这种方法可以控制微米级别到纳米级别InAs量子点的方向和间距，同时减少杂质和缺陷，并增加了InAs量子点的密度和均匀性。
3.实验研究
3.1表面状态控制
有序生长技术的关键问题在于表面状态和化学反应机理。典型的半导体和金属异质结界面形成机理是通过化学反应使得材料质量显著提高。
3.2表面应力控制
表面应力是控制量子点自组装、定向成核有序排列和有序生长的重要因素之一。
3.3量子点的电子能带结构研究
量子点的电子能带结构直接决定了它们的光电性质。随着InAs量子点尺寸的缩小而发生能带结构的变化，如从三维体结构向二维形变。同时，量子点的大小对其真实传递距离和电子密度的分布也起着重要的影响。
4.研究展望
高质量、有序阵列InAs量子点的制备是制备高性能的光电器件和量子信息处理器件的基础。在实践应用中，仍然有许多挑战需要解决，如降低制备成本、提高制备技术的可靠性和复制性、探究量子点的动力学和物理性质等。未来的应用前景也将涵盖更高性能、多功能化、高通量等诸多方面。
总之，GaAs基底上InAs量子点有序生长是一种非常有前途的研究方向，其制备技术和机理研究将对半导体研究领域产生深远的影响，同时也将为电子光学技术创新提供更广泛的应用空间。