[发明专利]在半导体衬底上制备量子环结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是指一种在半导体衬底上制备量子环结构的方法，为在半导体GaAs衬底上制备一种新型的量子结构提供了新的途径。

背景技术

低维结构材料具有量子尺寸效应、量子隧穿和库仑阻塞效应以及非线性光学效应等特性，是新一代固态量子器件的基础，在未来的纳米电子学、光子学和新一代超大规模集成电路方面有重要的应用前景。半导体低维结构材料的研究主要是面对光通讯、大气污染监控、反恐等对新型激光材料的需求。如何制备新型的半导体低维结构材料，提高我国信息技术创新能力和产业竞争能力、满足国家安全，还是从半导体材料科学自身发展的需求出发，无不对加速发展半导体信息功能材料提出了新的和越来越迫切的需求。因此新型的量子环结构在近年来吸引了科学工作者的广泛关注。在理论和实验中表明量子环结构局域的载流子具有类似环形的量子态，具有显著不同于量子点的光、电、磁学性质。迄今为止，制备量子环的手段有限，最常用的方法是利用在半导体GaAs衬底上将GaAs薄盖层将InAs自组织量子点部分覆盖，并在500℃退火一分钟，量子点形貌发生剧烈改变，形成一种环形的纳米结构。制备量子环的其他方法大致可以为如下几类：直接刻蚀方法，局部氧化方法，台阶生长方法，自组织方法，液滴外延方法，空穴量子环方法，垂直耦合方法，圆孔定位生长方法。本发明采用一种新型的方法，利用通孔的氧化铝模板进行掩模离子注入和在砷保护下退火，获得新型的量子环结构。为在半导体衬底上制备量子环结构提供一种新的方法。

发明内容

本发明的目的是在于，提供一种在半导体衬底上制备量子环结构的方法，以提高材料的性能，为制备新型的量子结构提供一种新的方法。其是利用多孔的阳极氧化铝通孔模板，通过掩膜注入和在分子束外延设备里砷保护下退火，形成量子环结构，为制备量子环提供了一条很好的途径。

发明技术方案

本发明一种在半导体衬底上制备量子环结构的方法，其特征在于，包含下列步骤：

步骤1：取一半导体衬底和制备好的阳极氧化铝通孔模板；

步骤2：把制备好的阳极氧化铝通孔模板放置在半导体衬底上，形成带有掩模板的半导体GaAs衬底，阳极氧化铝通孔模板的作用是为了在半导体衬底上选择性注入金属离子；

步骤3：将足够厚的阳极氧化铝模板的半导体衬底进行离子注入，形成具有周期性离子注入的带有阳极氧化铝模板的半导体衬底，目的是让金属离子通过阳极氧化铝通孔注入半导体衬底，在没有孔的区域，注入离子不会到达半导体衬底；；

步骤4：在饱和的NaOH溶液中清洗以剥离模板；

步骤5：在分子束外延设备中退火，由于半导体衬底里的原子、注入的金属离子的外扩散以及与砷的作用，完成量子环结构的制备。

其中所述的半导体衬底是GaAs半导体衬底。

其中所述的阳极氧化模板是氧化铝通孔模板。

其中所述的离子注入是金属离子注入。

其中所述的退火是用砷保护退火。

其中所述的退火温度是400℃-600℃，时间为5分钟到2小时。

其中所述的量子结构是注入离子与组分结合形成的量子环结构。

其中所述的离子注入是高能离子注入和低能离子注入。

其中所述的用砷保护退火，砷压范围为1×10-5到9×10-5Torr。

具有的意义

在半导体GaAs衬底上如何制备量子环结构一直是材料工作者研究的热点问题。发明在半导体GaAs衬底上制备量子环结构的方法，结合氧化铝模板和离子注入，工艺过程简单，为制备新型的量子结构提供了一种方法。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明在半导体衬底上制备均匀的量子环结构的结构流程图；

图2(a)和(b)分别是半导体GaAs衬底上阳极氧化铝通孔模板的扫描电镜平面图和截面图；

图3是样品表面的二维原子力显微镜照片图；

图4是样品表面的三维原子力显微镜照片图；

图5是样品表面一个量子环AB的截面像。

具体实施方式

本发明的核心思想是在半导体GaAs衬底上放置阳极氧化铝模板，然后进行大剂量离子注入，在分子束外延设备中砷保护下退火。在半导体GaAs衬底上获得量子环结构。

在半导体GaAs衬底上制备一种量子环结构的结构流程图如下图1：

步骤S10：准备好清洁的半导体GaAs衬底1和通孔的阳极氧化铝模板2；