[發(fā)明專利]在半導(dǎo)體襯底上制備有序砷化銦量子點(diǎn)的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710063705.8
• 申請日: 2007-02-07
• 公開（公告）號(hào): CN101241850A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周慧英;曲勝春;金鵬;徐波;王赤云;劉俊朋;王智杰;王占國
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): H01L21/20
• 分類號(hào): H01L21/20;H01L21/266
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 湯保平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種在半導(dǎo)體襯底上制備有序砷化銦量子點(diǎn)的方法。

背景技術(shù)

低維結(jié)構(gòu)材料具有量子尺寸效應(yīng)、量子隧穿和庫侖阻塞效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)等特性，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)，在未來的納米電子學(xué)、光子學(xué)和新一代超大規(guī)模集成電路方面有重要的應(yīng)用前景。而且隨著維度的進(jìn)一步降低，從理論上講一維量子線和InAs量子點(diǎn)的性能比量子阱材料更具有優(yōu)越性，所以引起了人們更大的關(guān)注。高質(zhì)量的半導(dǎo)體InAs量子點(diǎn)材料的制備是InAs量子點(diǎn)器件和集成電路應(yīng)用的基礎(chǔ)，如單電子晶體管和單電子存儲(chǔ)器等器件對(duì)量子點(diǎn)的分布具有特殊的要求。如何實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體InAs量子點(diǎn)材料的形狀、尺寸、密度和空間分布的控制，一直是材料學(xué)家追求和關(guān)注的熱點(diǎn)。在圖形襯底上自組織外延生長InAs量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，可以有效的控制InAs量子點(diǎn)的尺寸和位置。上世紀(jì)90年代，人們利用STorrranski-KrasTorranow(SK)生長模式發(fā)展了應(yīng)變自組裝法制備InAs量子點(diǎn)的新技術(shù)，即所謂的自下而上的制備技術(shù)。SK生長模式是異質(zhì)外延的一種模式，適用于晶格失配較大，但應(yīng)變外延層和襯底的界面能不是很大的異質(zhì)材料體系。方法簡單，而且不會(huì)引入雜質(zhì)污染或形成自由表面缺陷，因此是目前制備InAs量子點(diǎn)材料最常用、最有效的方法。但由于InAs量子點(diǎn)在浸潤層上的成核是無序的，故其尺寸、形狀、分布均勻性難以控制，InAs量子點(diǎn)的定位生長更加困難。目前InAs量子點(diǎn)的定位生長較常用的方法有利用生長動(dòng)力學(xué)控制選擇生長量子點(diǎn)、位錯(cuò)的應(yīng)力場調(diào)制選擇生長量子點(diǎn)、高指數(shù)面襯底和圖形襯底上外延生長量子點(diǎn)(如光刻技術(shù)、以及二氧化硅模板等)。利用掩膜離子注入，在分子束外延設(shè)備中對(duì)InAs量子點(diǎn)進(jìn)行定位，可以獲得有序的InAs量子點(diǎn)，以改善材料的光學(xué)和電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種在半導(dǎo)體襯底上制備有序砷化銦量子點(diǎn)的方法，以提高材料的性能。多孔的陽極氧化鋁通孔模板和離子注入結(jié)合為制備有序的InAs量子點(diǎn)提供了一條很好的途徑。

本發(fā)明技術(shù)方案

本發(fā)明一種在半導(dǎo)體襯底上制備有序砷化銦量子點(diǎn)的方法，其特征在于，包含下列步驟：

步驟1：取-半導(dǎo)體襯底和制備好的有序的陽極氧化鋁通孔模板；

步驟2：把制備好的有序的陽極氧化鋁通孔模板放置在半導(dǎo)體襯底上，陽極氧化鋁通孔模板的作用是在半導(dǎo)體襯底上選擇性注入金屬離子；

步驟3：將足夠厚的陽極氧化鋁模板的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行離子注入，目的是讓金屬離子通過陽極氧化鋁通孔注入半導(dǎo)體襯底，在沒有孔的區(qū)域，注入離子不會(huì)到達(dá)半導(dǎo)體襯底；

步驟4：在飽和的NaOH溶液中清洗以剝離模板；

步驟5：在分子束外延設(shè)備中沉積InAs量子點(diǎn)，通過應(yīng)力調(diào)制的作用，量子點(diǎn)會(huì)優(yōu)先成核在離子注入的區(qū)域，完成量子點(diǎn)的制備。

其中所述的半導(dǎo)體襯底是GaAs半導(dǎo)體襯底。

其中陽極氧化模板是尺寸均勻的氧化鋁通孔模板。

其中所述的掩模離子注入是金屬離子注入。

其中的所述的掩模離子注入是包括高能離子注入和低能離子注入。

其中所述的剝離模板是在飽和的NaOH溶液中超聲波清洗。

其中所述的在分子束外延設(shè)備中沉積InAs量子點(diǎn)的溫度為450℃-520℃。

其中所述的在分子束外延設(shè)備中沉積InAs量子點(diǎn)的砷壓為(2-6)×10-6Torr。

其中所述的在分子束外延設(shè)備中沉積InAs量子點(diǎn)的InAs量為1.7-3單分子層。

其中所述的在分子束外延設(shè)備中沉積InAs量子點(diǎn)的InAs的速率是為每秒0.06-0.2單分子層。

其中所述的在分子束外延設(shè)備中沉積InAs量子點(diǎn)時(shí)采用生長停頓的方法。

具有的意義

本發(fā)明在半導(dǎo)體襯底上制備有序砷化銦量子點(diǎn)的方法，可以提高材料的性能。多孔的陽極氧化鋁通孔模板和離子注入結(jié)合為制備有序的InAs量子點(diǎn)提供了一條很好的途徑。

附圖說明

為進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中：

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)流程圖；

圖2(a)和(b)分別是半導(dǎo)體GaAs襯底上陽極氧化鋁通孔模板的掃描電鏡平面圖和截面圖；

圖3是樣品表面的三維原子力顯微鏡照片圖。

具體實(shí)施方式