[发明专利]制备不同应力密度分布的GaAs图形化衬底的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体量子点的生长领域，特别是指制备不同应力密度分布的GaAs图形化衬底的方法，此衬底用于继续外延生长不同密度量子点。

背景技术

高质量量子点材料的制备是量子点器件的应用基础，如何实现对量子点的形状、尺寸、密度和空间分布等的控制，一直是材料科学研究的目标和关注的热点。不同密度的量子点有不同的应用领域，高密度的量子点适用于量子点激光器，而低密度的量子点应用于实现单光子的量子通讯等方面。自下而上的应变自组织生长量子点制备量子点是目前制备量子点材料常用和有效的方法。应变自组装法能制备出无缺陷的量子点，但是量子点的尺寸、形状、分布和均匀性、有序性较难控制。另一方面，稀磁半导体在很多方面都展示出了潜在的应用前景。在量子信息和量子计算领域，铁磁性量子点有着巨大的优势。借助于量子点间的交换耦合，量子信息中单字节的操作即单个自旋的操作变得非常容易，因而可用于实现量子计算机。目前稀磁半导体的研究主要集中在薄膜方面，关于稀磁半导体量子点等纳米结构方面的工作也开展比较少。

而为了获得有序，尺寸、形状分布均匀的量子点(线)结构，近年来人们探索了一些半导体量子点空间分布可控的生长技术，主要有迭层量子点生长技术、在高指数面衬底上生长量子点、SPM单原子操纵和加工技术、在图形化衬底(模板)上生长量子点等。图形化衬底生长量子点常用的有用电子束或聚焦离子束来刻蚀表面覆盖有光刻胶衬底的外延层，以及将图形化技术与自组装生长技术结合的自下而上技术等。

在此，利用磁性离子注入带有掩模板的GaAs衬底，去掉掩模板后可以制备成应力周期性分布的图形化应力模板衬底。通过不同孔密度的掩模板进行磁性离子注入能控制应力在衬底上分布的变化，从而达到对在此图形化衬底上继续外延稀磁量子点密度的控制。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种制备不同应力密度分布的GaAs图形化衬底的方法，其是通过磁性离子注入到贴有不同孔密度掩模板的半导体衬底，而制备的图形化的衬底可用于继续外延不同密度稀磁量子点。不同孔密度的阳极氧化铝模板和磁性离子注入结合为制备此图形化的衬底提供了很好的途径。

本发明提供一种制备不同应力密度分布的GaAs图形化衬底的方法，包括如下步骤：

步骤1：利用不同的电解液制备不同孔径和孔密度的阳极氧化铝模板；

步骤2：在一GaAs晶片上外延500nm的GaAs平滑层，用于屏蔽GaAs晶片中的缺陷，形成原始衬底；

步骤3：将具有不同孔径和孔密度的阳极氧化铝模板分别覆盖在原始衬底的平滑层上；

步骤4：在室温下，将磁性离子Mn注入到平滑层内；

步骤5：利用饱和的氢氧化钠溶液清洗掉阳极氧化铝模板；

步骤6：退火，完成图形化衬底的制备。

其中不同孔径以及孔密度的阳极氧化铝模板，是利用二次阳极氧化的方法制备。

其中所述的电解液为0.3M的硫酸、0.3M的草酸溶液或0.1M的磷酸。

其中所述的电解液为0.3M的硫酸时，第一次氧化温度为12℃，氧化电压为24V，2h后在60℃的1.8wt％铬酸溶液中保持3h，去除第一次氧化层，第二次氧化温度为12℃，氧化电压为24V，氧化2h后，用5％的高氯酸与饱和氯化铜的混合溶液去掉背铝，最后在6wt％的磷酸溶液室温下通孔2h，得到的阳极氧化铝模板的孔径是20-30nm，孔间距60-80nm，对应的孔密度为2.5×10¹⁰cm^-2。

其中所述的电解液为0.3M的草酸溶液时，第一次氧化温度为12℃，氧化电压为40V，2h后在60℃的1.8wt％铬酸溶液中保持3h，去除第一次氧化层，第二次氧化温度为12℃，氧化电压为40V，氧化2h后，用5％的高氯酸与饱和氯化铜的混合溶液去掉背铝，最后在6wt％的磷酸溶液室温下通孔2h，得到的阳极氧化铝模板的孔径是70-80nm，孔间距为90-110nm，对应的孔密度为10¹⁰cm^-2。

其中所述的电解液为0.1M的磷酸时，第一次氧化温度为12℃，氧化电压为160V，2h后在60℃的1.8wt％铬酸溶液中保持3h，去除第一次氧化层，第二次氧化温度为12℃，氧化电压为160V，氧化2h后，用5％的高氯酸与饱和氯化铜的混合溶液去掉背铝，最后在6wt％的磷酸溶液室温下通孔2h，得到的阳极氧化铝的模板孔径为150-350nm，孔间距300-500nm，对应的孔密度为2×10⁹cm^-2。