[发明专利]在半导体衬底上制备有序砷化铟量子点的方法

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有序砷化铟量子点的方法。

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InAs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InAs量子点材料的制备是InAs量子点器件和集成电路应用的基础，如单电子晶体管和单电子存储器等器件对量子点的分布具有特殊的要求。如何实现半导体InAs量子点材料的形状、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InAs量子点结构，可以有效的控制InAs量子点的尺寸和位置。上世纪90年代，人们利用STorrranski-KrasTorranow(SK)生长模式发展了应变自组装法制备InAs量子点的新技术，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InAs量子点材料最常用、最有效的方法。但由于InAs量子点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，InAs量子点的定位生长更加困难。目前InAs量子点的定位生长较常用的方法有利用生长动力学控制选择生长量子点、位错的应力场调制选择生长量子点、高指数面衬底和图形衬底上外延生长量子点(如光刻技术、以及二氧化硅模板等)。利用掩膜离子注入，在分子束外延设备中对InAs量子点进行定位，可以获得有序的InAs量子点，以改善材料的光学和电学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种在半导体衬底上制备有序砷化铟量子点的方法，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InAs量子点提供了一条很好的途径。

本发明技术方案

本发明一种在半导体衬底上制备有序砷化铟量子点的方法，其特征在于，包含下列步骤：

步骤1：取-半导体衬底和制备好的有序的阳极氧化铝通孔模板；

步骤2：把制备好的有序的阳极氧化铝通孔模板放置在半导体衬底上，阳极氧化铝通孔模板的作用是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，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沉积InAs量子点，通过应力调制的作用，量子点会优先成核在离子注入的区域，完成量子点的制备。

其中所述的半导体衬底是GaAs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。

其中所述的掩模离子注入是金属离子注入。

其中的所述的掩模离子注入是包括高能离子注入和低能离子注入。

其中所述的剥离模板是在饱和的NaOH溶液中超声波清洗。

其中所述的在分子束外延设备中沉积InAs量子点的温度为450℃-520℃。

其中所述的在分子束外延设备中沉积InAs量子点的砷压为(2-6)×10-6Torr。

其中所述的在分子束外延设备中沉积InAs量子点的InAs量为1.7-3单分子层。

其中所述的在分子束外延设备中沉积InAs量子点的InAs的速率是为每秒0.06-0.2单分子层。

其中所述的在分子束外延设备中沉积InAs量子点时采用生长停顿的方法。

具有的意义

本发明在半导体衬底上制备有序砷化铟量子点的方法，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InAs量子点提供了一条很好的途径。

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是本发明的结构流程图；

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是样品表面的三维原子力显微镜照片图。

具体实施方式