[發明專利]一種具有高載流子濃度和高電子遷移率的鋁酸鑭/鈦酸鍶異質結及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910302421.2
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN110010676B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 胡海龍;岳建嶺;黃小忠
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/24;H01L21/363;H01L29/778
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發明公開了一種具有高載流子濃度和高電子遷移率的LaAlO₃/SrTiO₃異質結及其制備方法和應用。該LaAlO₃/SrTiO₃異質結以SrTiO₃為襯底，通過激光分子束外延生長方法在SrTiO₃襯底表面制備LaAlO₃與SrTiO₃交替呈現的量子阱結構外延層。制備的量子阱結構的LaAlO₃/SrTiO₃異質結具有高載流子濃度(≥10¹⁵cm^?2)、高遷移率(≧10⁴cm²/Vs)等特點，有望能夠取代常規的半導體材料滿足晶體管和電子自旋器件等電子器件的使用要求。

技術領域

本發明涉及一種LaAlO₃/SrTiO₃異質結材料，具體涉及一種具有LaAlO₃與SrTiO₃交替呈現的量子阱結構的外延層的LaAlO₃/SrTiO₃異質結材料以及通過激光分子束外延法制備LaAlO₃/SrTiO₃異質結材料的方法，還涉及LaAlO₃/SrTiO₃異質結材料用于制備具有高載流子濃度和高電子遷移率晶體管的方法，屬于半導體技術領域。

背景技術

LaAlO₃(LAO)與SrTiO₃(STO)均為鈣鈦礦結構的寬禁帶絕緣體，LAO為極性材料，STO為非極性材料，由于LAO與STO兩者界面處的極化不連續，觀察到了界面導電性即二維電子氣現象。通過對界面電子的調控技術，采用不同的制備工藝，有望得到大幅度提升的載流子濃度和電子遷移率的LaAlO₃/SrTiO₃異質結，為晶體管和電子自旋器件等電子器件的應用打下了基礎。

通常報道的LaAlO₃/SrTiO₃異質結，在其界面處的電子遷移率為～10³cm²/Vs，載流子濃度為10¹³～10¹⁴cm^-2。為了提升界面的電子遷移率，人們采用了不同的工藝，包括控制缺陷散射、表面控制、摻雜調控，甚至是采用不同參數的生長工藝去制備LAO外延層，雖然這些工藝在一定程度上提升了電子遷移率，但到目前為止，最高報導的電子遷移率依然只為10⁴cm²/Vs，然而其載流子濃度普遍較低，僅為10¹²～10¹³cm^-2，難以滿足晶體管和電子自旋器件等電子器件的應用。

發明內容

針對現有的LaAlO₃/SrTiO₃異質結普遍存在載流子濃度和電子遷移率較低，難以滿足晶體管和電子自旋器件等電子器件的應用的缺陷，本發明的第一個目的是在于提供一種具有LaAlO₃與SrTiO₃交替呈現的量子阱結構外延層的的LaAlO₃/SrTiO₃異質結，其同時具有高載流子濃度和高電子遷移系數。

本發明的第二個目的是在于提供一種操作簡單、成本低的制備LaAlO₃/SrTiO₃異質結的方法。

本發明的第三個目的是在于提供一種LaAlO₃/SrTiO₃異質結的應用，將其進行簡單光刻膠工藝加工可以獲得同時具有高載流子濃度和高電子遷移系數的晶體管。