[發明專利]緩沖層填埋斷續生長尺寸高均勻單層Ge量子點的方法

無效

• 申請號: 201010181934.1
• 申請日: 2010-05-25
• 公開（公告）號: CN101866832A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 楊宇;王茺;張學貴;熊飛;潘紅星;楊杰
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: H01L21/203
• 分類號: H01L21/203;C23C14/34
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司 53115
• 代理人: 楊宏珍

技術領域：

本發明涉及一種用離子束濺射技術緩沖層填埋斷續生長尺寸高均勻單層Ge量子點的方法，屬半導體量子材料制備技術領域。

技術背景：

量子點(Quantum?Dot，簡稱QD)，又稱人工原子，是一種零維自由的量子結構，當顆粒尺寸達到納米量級時，尺寸限域將引起尺寸效應、量子限域、宏觀量子隧道效應及表面效應等，這些獨特量子效應，使量子點材料被廣泛研究應用于光電信息器件中，基于三維受限量子點的分立特性的量子器件，以其獨特優異的電學、光學性能和極低功耗，在納米電子學、光電子學、生命科學、量子計算機以及軍事國防等領域有著極其廣泛的應用前景，具體可運用在量子點激光器、量子點紅外探測器、單光子光源、單電子器件和量子計算機等方面。瞬時超大功率激光器，能用于攔截或摧毀飛行器(如，導彈、飛機、衛星等)，是一種定向智能武器，對國防建設有重要意義。因此，各大國都對此展開了深入研究。然而，量子點的尺寸大小、尺寸的均勻性，形狀、密度及組分分布都會對其光電性質產生重要的影響，一般光電子器件應用都要求量子點滿足密度高、尺寸小且分布均勻、排列有序的條件。現有的硅基Ge量子點自組織生長的方法主要有化學氣相沉積(CVD)和分子束外延技術(MBE)，這兩種技術已經把Ge量子點成功的應用到各種光電探測器中，但是由于用這些技術制備量子點材料時，存在著生產成本高、工藝復雜、生產效率低的問題，不利于大規模產業化生產，從而提高了量子點器件的生產成本。

本發明人的專利200610048900.9首次公開了一種低生長束流下離子束濺射技術自組織生長Ge量子點的方法，生長了厚度小于80nm的Si層，厚度小于20nm的Ge層，一層Si和一層Ge構成一個周期，濺射周期數為5～50個周期的，最后生長量子點的Ge層為蓋帽層，得到了直徑為50nm～90nm，高度為2nm～10nm的Ge量子點；本發明人的另一專利200610048899.X公開了一種低溫雙離子束濺射Ge/Si多層膜自組織Ge量子點的制備方法，通過兩個離子束濺射槍交替濺射生長Si和Ge多層膜，最后生長量子點的Ge層作為蓋帽層，得到了直徑為10nm～30nm，高度1nm～2nm的Ge量子點。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有的Ge量子點尺寸較大，需要多層生長來調控量子點尺寸均勻性，以及在用離子束濺射量子點過程中結晶性以尺寸及均勻性和可控性的不足，用斷續生長方法生長單層Ge量子點，在獲得尺寸均勻、高密度、小尺寸、大高寬比、可控性好的Ge量子點以滿足光電信息器件的要求同時，提高了生產效益，降低生產成本，滿足工業規模生產。

本發明通過下列技術方案實現：

本發明用離子束濺射通過轉動高純Ge靶材和高純Si靶材的位置，在硅基底材料上濺射沉積Ge和Si薄膜。本發明用離子束真空濺射，以氬氣作為工作氣體，在氬離子能量為600eV～1400eV，放電電壓為75V～80V，生長溫度為500℃～700℃，生長束流為14mA～20mA，濺射壓強為2.0×10^-2Pa的條件下，在硅基底材料上斷續生長厚度為20nm～60nm的Si緩沖層，然后在Si緩沖層上斷續自組織生長厚度為2.0nm～3.0nm的單層Ge量子點。

所述離子束濺射，預先用現有技術對硅基底材料進行處理：

A、選擇晶向為(100)的Si基底材料，用甲苯、丙酮、無水乙醇分別依次清洗15min，除去基底表面有機物和無機物雜質；

B、將清洗過的Si基底材料，先用H₂SO₄∶H₂O₂＝4∶1的溶液煮沸10min，再用HF∶H₂O₂＝1∶9的溶液浸泡20s～40s；

C、經上述B步驟處理后的Si基底材料，先用NH₃OH∶H₂O₂∶H₂O＝1∶1∶4的溶液煮沸10min，再用HF∶H₂O₂＝1∶9的溶液浸泡20s～40s；

D、經上述C步驟處理后的Si基底材料，先用濃HNO₃煮沸3min，再用HF∶H₂O₂＝1∶9的溶液浸泡20s～40s；