[发明专利]一种具有高载流子浓度和高电子迁移率的铝酸镧/钛酸锶异质结及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有高载流子浓度和高电子迁移率的LaAlO₃/SrTiO₃异质结及其制备方法和应用。该LaAlO₃/SrTiO₃异质结以SrTiO₃为衬底，通过激光分子束外延生长方法在SrTiO₃衬底表面制备LaAlO₃与SrTiO₃交替呈现的量子阱结构外延层。制备的量子阱结构的LaAlO₃/SrTiO₃异质结具有高载流子浓度(≥10¹⁵cm^‑2)、高迁移率(≧10⁴cm²/Vs)等特点，有望能够取代常规的半导体材料满足晶体管和电子自旋器件等电子器件的使用要求。

技术领域

本发明涉及一种LaAlO₃/SrTiO₃异质结材料，具体涉及一种具有LaAlO₃与SrTiO₃交替呈现的量子阱结构的外延层的LaAlO₃/SrTiO₃异质结材料以及通过激光分子束外延法制备LaAlO₃/SrTiO₃异质结材料的方法，还涉及LaAlO₃/SrTiO₃异质结材料用于制备具有高载流子浓度和高电子迁移率晶体管的方法，属于半导体技术领域。

背景技术

LaAlO₃(LAO)与SrTiO₃(STO)均为钙钛矿结构的宽禁带绝缘体，LAO为极性材料，STO为非极性材料，由于LAO与STO两者界面处的极化不连续，观察到了界面导电性即二维电子气现象。通过对界面电子的调控技术，采用不同的制备工艺，有望得到大幅度提升的载流子浓度和电子迁移率的LaAlO₃/SrTiO₃异质结，为晶体管和电子自旋器件等电子器件的应用打下了基础。

通常报道的LaAlO₃/SrTiO₃异质结，在其界面处的电子迁移率为～10³cm²/Vs，载流子浓度为10¹³～10¹⁴cm^-2。为了提升界面的电子迁移率，人们采用了不同的工艺，包括控制缺陷散射、表面控制、掺杂调控，甚至是采用不同参数的生长工艺去制备LAO外延层，虽然这些工艺在一定程度上提升了电子迁移率，但到目前为止，最高报导的电子迁移率依然只为10⁴cm²/Vs，然而其载流子浓度普遍较低，仅为10¹²～10¹³cm^-2，难以满足晶体管和电子自旋器件等电子器件的应用。

发明内容

针对现有的LaAlO₃/SrTiO₃异质结普遍存在载流子浓度和电子迁移率较低，难以满足晶体管和电子自旋器件等电子器件的应用的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种具有LaAlO₃与SrTiO₃交替呈现的量子阱结构外延层的的LaAlO₃/SrTiO₃异质结，其同时具有高载流子浓度和高电子迁移系数。

本发明的第二个目的是在于提供一种操作简单、成本低的制备LaAlO₃/SrTiO₃异质结的方法。

本发明的第三个目的是在于提供一种LaAlO₃/SrTiO₃异质结的应用，将其进行简单光刻胶工艺加工可以获得同时具有高载流子浓度和高电子迁移系数的晶体管。