[发明专利]在半导体衬底上制备均匀有序量子结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到在半导体衬底上制备均匀有序量子结构的方法。为在半导体上制备均匀有序的量子结构提供了一种新的途径。

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。而且随着维度的进一步降低，从理论上讲一维量子线和量子点的性能比量子阱材料更具有优越性，所以引起了人们更大的关注。高质量的半导体量子结构材料的制备是量子结构器件和集成电路应用的基础，如何实现半导体量子结构材料的形状、尺寸、密度和空间分布的控制，一直是材料学家追求和关注的热点。在图形衬底上自组织外延生长量子结构结构，可以有效的控制量子结构的尺寸和位置。上世纪90年代，人们利用Stranski-Krastanow(SK)生长模式发展了应变自组装法制备量子结构的新技术，即所谓的自下而上的制备技术。SK生长模式是异质外延的一种模式，适用于晶格失配较大，但应变外延层和衬底的界面能不是很大的异质材料体系。方法简单，而且不会引入杂质污染或形成自由表面缺陷，因此是目前制备量子结构材料最常用、最有效的方法。但由于量子结构在浸润层上的成核是无序的，故其尺寸、形状、分布均匀性难以控制，量子结构的定位生长更加困难。选择具有周期性结构的模板对量子结构进行定位，结合离子注入和高温退火，可以有望获得有序的量子结构材料，以改善材料的光学和电学性能。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种在半导体衬底上制备均匀有序量子结构的方法，在半导体上制备均匀有序的量子结构，可以提高材料的性能。多孔的阳极氧化铝通孔模板和离子注入结合为制备有序的量子结构提供了一条很好的途径。

本发明的技术方案：

本发明一种在半导体衬底上制备均匀有序量子结构的方法，其特征在于，包含下列步骤：

步骤1：取一半导体衬底；

步骤2：把制备好的均匀有序的阳极氧化铝通孔模板放置在半导体衬底上；

步骤3：将带有阳极氧化铝模板的半导体衬底进行离子注入；

步骤4：剥离模板；

步骤5：退火。

其中所述的半导体衬底是所有半导体衬底。

其中阳极氧化模板是尺寸均匀的氧化铝通孔模板。

其中所述的离子是金属离子。

其中退火包括在原位退火或在氮气中快速退火。

其中退火温度是200℃-1000℃，时间为5秒到2小时。

其中量子结构包括注入的离子在半导体衬底中形成的量子结构，以及注入离子与组分结合形成的量子结构。

其中的离子注入包括高能离子注入和低能离子注入。

具有的意义

在半导体衬底上如何制备均匀有序的量子结构一直是材料工作者研究的热点问题。本发明在半导体衬底上制备均匀有序量子结构的方法，不同于分子束生长技术，结合有序的模板和离子注入，工艺过程简单，为制备均匀有序量子结构提供了一条新的途径。

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是在半导体衬底上制备均匀有序的量子结构的结构流程图；

图2是半导体衬底上阳极氧化铝通孔模板的扫描电镜平面图；

图3是样品的原子力显微镜照片图。

具体实施方式

本发明的核心思想是在半导体衬底上放置均匀有序的阳极氧化铝模板，然后进行大剂量离子注入，退火。在半导体衬底上获得均匀有序的量子结构。

本发明在半导体衬底上制备一种均匀有序的量子结构的结构的方法，请参阅图1所示：

步骤1(S10)：准备好清洁的半导体衬底和均匀有序的阳极氧化铝模板；

步骤2(S20)：把均匀有序的阳极氧化铝模板放在半导体衬底上形成带有掩模板的半导体衬底；

步骤3(S30)：把带有阳极氧化铝模板的半导体衬底放入离子注入机，让金属离子垂直注入带有阳极氧化铝模板的半导体衬底；

步骤4(S40)：离子注入后，在氢氧化纳溶液中超声波清洗去掉阳极氧化铝模板；

步骤5(S50)：在退火炉中进行退火，在半导体衬底表面形成均匀有序的nm结构。

该方法的主要目的是利用掩模板在半导体衬底上进行选择性注入，而没有注入的区域不会受到影响。在离子注入的区域退火形成有序的纳米结构。

本发明选用的是半导体衬底，该衬底是所有半导体材料。