半導體器件所需外延材料經(jīng)歷了從體材料、量子阱到量子點(diǎn)材料三個(gè)臺階的發(fā)展過(guò)程，每前進(jìn)一個(gè) 臺階，器件性能要提高一個(gè)以上數量級。體材料和量子阱材料器件已經(jīng)在諸如CPU、LED、 數碼相機 等大規模產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)生了上萬(wàn)億的產(chǎn)值。但是，量子點(diǎn)器件依然停留在實(shí)驗室。
傳統量子點(diǎn)的制備有兩種技術(shù)：自組織生長(cháng)和常規定位生長(cháng)。(1)自組織生長(cháng)：自組織量子點(diǎn)不 引入缺陷。但是，是隨機和不可控的。(2)常規定位生長(cháng)：納米圖形化襯底外延生長(cháng)的量子點(diǎn)是可控的。 但是，圖形化處理使得量子點(diǎn)充滿(mǎn)了缺陷。未見(jiàn)有成功的器件報道。
這些缺點(diǎn)，很難通過(guò)技術(shù)進(jìn)步來(lái)克服，二者優(yōu)點(diǎn)不能共存。這些缺點(diǎn)是目前量子點(diǎn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應用 不可逾越的瓶頸。
我們通過(guò)將直寫(xiě)激光干涉納米圖形化(DLINP) 實(shí)時(shí)、原位地與半導體材料常規外延技術(shù)一分子 束外延(MBE) 結合起來(lái)，設計、制備了國際上首個(gè) DLINP-MBE 工程化樣機，成功生長(cháng)1D、2D長(cháng)程有序、可控、無(wú)缺陷的量子點(diǎn)陣列。解決了半導體外延量子點(diǎn)“低缺陷密度”與“可控”不可兼得 的問(wèn)題。該成果國際上尚無(wú)相關(guān)報道。
該技術(shù)已經(jīng)獲得中國(ZL 201110224270.7、ZL 201110178877.6)和美國(US 8,969,185B2) 發(fā)明專(zhuān)利授權和PCT 保護(PCT/CN2012/078013), 歐盟和日本的發(fā)明專(zhuān)利申請正在審理中。有望解決量子點(diǎn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應用的瓶頸，使得該技術(shù)生長(cháng)的量子點(diǎn)能夠實(shí)現產(chǎn)業(yè)化應用。該研究將在納 米電子器件、單光子器件、單電子器件、量子通訊和量子計算、高轉換率多激子太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域有著(zhù) 廣泛的應用前景。
