[發明專利]基于微納米金屬/半導體肖特基結的可控量子結構制備方法

有效

• 申請號: 202011142806.6
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112382558B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 鐘振揚;陳培宗;張寧寧;張立建;樊永良;蔣最敏
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18;H01L29/06
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于半導體量子結構技術領域，具體為一種基于微納米金屬/半導體肖特基結的可控量子結構制備方法。本發明方法，是在含有量子阱的半導體表面，制備金屬微納米結構，形成微納米尺度的金屬/半導體肖特基結，該微納米肖特基結附近存在一個局域靜電場，可以在量子阱層中對載流子產生一個橫向限制，從而在半導體量子阱中得到新型可控的量子結構；所述量子結構包括量子點、量子線、量子環及其混合結構和陣列；本發明方法簡單易行，在不損壞半導體晶體質量和不引入額外雜質的前提下,制備得到可控的半導體量子結構，甚至可用于制備復雜高質量的半導體量子結構體系，為新型半導體量子器件的制備提供了新途徑。

技術領域

本發明屬于半導體量子結構技術領域，具體涉及在半導體內部形成可控量子結構的方法。

背景技術

半導體量子結構在新型微電子和光電子器件中具有廣泛的應用前景，如：發光二極管、光電探測器、單光子源器件和半導體激光器等；特別是，可控的量子結構對于研究新型光電器件備受青睞。但是，目前常用方法制備的半導體量子結構，要么尺寸、形貌和分布難以控制，例如利用自組織方法生長的量子點或量子線；要么難以進行器件制備和集成，例如用化學合成方法制備的量子點。

常見的可控半導體量子結構是通過圖形化襯底制備的量子結構，但是由于制備步驟復雜，工藝成本較高，而且由于刻蝕容易引入較多的缺陷導致光電特性不佳等問題。在不損壞半導體內部的晶體質量且不引入雜質和缺陷的前提下，通過在半導體表面制備可控的金屬微納米結構，由于金屬微納米結構與半導體的肖特基接觸產生相應的微納米區域的耗盡層，在不同深度的界面可形成與金屬微納米結構（如納米盤、納米線、納米環等）形狀基本相同的橫向勢阱限制，從而可以在半導體內部不同界面誘導形成相應的量子結構。這種方法為制備可控、多樣化和多元化的半導體量子結構提供了新途徑。

發明內容

為了解決量子結構的可控多樣化需求和難以器件制備和集成的問題，本發明提出一種利用金屬/半導體微納米接觸誘導形成可控的、多樣化的量子結構的全新方法，稱為基于微納米金屬/半導體肖特基結的可控量子結構制備方法。

本發明提出的基于微納米金屬/半導體肖特基結的可控量子結構制備方法，是在含有量子阱的半導體表面，制備金屬微納米結構，形成微納米尺度的金屬/半導體肖特基結，該微納米肖特基結附近存在一個局域靜電場，可以在量子阱層中對載流子產生一個橫向限制，從而在半導體量子阱中得到新型可控的量子結構；所述量子結構包括量子點、量子線、量子環及其混合結構和陣列；具體步驟如下：

（1）在單晶半導體襯底上生長帶有蓋帽層的半導體量子阱層；生長方法可采用分子束外延方法，或其他方法；

（2）然后通過電子束刻蝕或光刻技術，在埋有半導體量子阱的半導體表面制備可控金屬微納米結構；這樣就可以在量子阱中得到和表面金屬微納米結構尺寸、形狀和分布幾乎相同的半導體量子結構。

本發明步驟（1）中，半導體量子阱的厚度為1-30nm，量子阱層離半導體表面的距離（即半導體蓋帽層的厚度）為5 -100 nm。

本發明步驟（2）中，單個金屬納米結構的尺度為10-500 nm；所選用的金屬需要滿足如下條件：；

其中，W是金屬功函數，為半導體的親和勢，E_c為半導體的導帶底能量，E_f為半導體的費米能。金屬微納米結構可以是任何形狀，例如納米盤、納米線、納米環及其混合結構或陣列。

下面以金在硅表面為例，進一步說明本發明方法。