[发明专利]一种锗量子点的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备锗(Ge)量子点的方法，尤其是涉及一种采用将具有硅锗氧化物覆盖层的硅锗(SiGe)合金层在真空腔体中高温加热脱氧来制备尺寸小、密度高、没有SiGe浸润层的Ge量子点的方法。

背景技术

Ge量子点对载流子在空间三个方向均具有限制作用，使得它表现出许多独特的光学和电学性质，如量子限制效应、量子隧穿效应、库仑阻塞效应和量子干涉效应等。利用这些性质制作的新型功能器件在未来微电子和光电子应用中将具有重要作用，特别是基于量子隧穿效应的共振隧穿二极管和基于库仑阻塞效应的单电子器件等将在大规模集成电路上有着重要的应用前景。

传统的制备Ge量子点的方法有：1)在Si衬底上采用Stranski-Krastanow(S-K)模式来实现Ge量子点的自组装生长。在这种生长模式中，初始阶段是二维平面生长，通常厚度只有几个原子层，称为浸润层。当浸润层厚度达到某一个临界厚度时，外延生长就向三维岛状生长过渡。这种方法的缺点是Ge量子点的分布是无序的，尺寸一般也都大于50nm，使得Ge量子点的一些特性难以表现出来。除此之外，浸润层的存在还会影响其在大规模集成电路上的应用(D.J.Eaglesham，M.Cerullo.Dislocation-free Stranski-Krastanow growth of Ge onSi(100)，Physical Review Letters，64(16)，1943-1946(1990)；Y.W.Mo，D.E.Savage，B.S.Swartzentruber et al.Kinetic phthwayin Stranski-Krastanov growth of Ge on Si(001).PhysicalReview Letters.65(8)，1020-1023(1990))。2)采用光刻技术制备图形衬底，然后在图形衬底上直接生长Ge量子点。在这种方法中，Ge量子点的位置可以根据衬底上的图形进行有序控制。但是小尺寸的衬底图形很难制备，成本较高，得到的Ge量子点尺寸较大，而且形成的Ge量子点仍然具有浸润层，同样会影响器件的一些应用(E.S.Kim，N.Usami，Y.Shiraki.Control ofGe dots in dimension and position by selective epitaxial growth and their optical properties.AppliedPhysics Letters.，72(13)，1617-1619(1998)；Z.Y.Zhong，A.Halilovic，H.Lichtenberger et al.Growth of Ge islands on prepatterned Si(001)substrate.Physica E，23，243-247(2004))。3)采用具有失配位错网络的SiGe层作为图形衬底在其上生长Ge量子点。这种方法仍然是基于上述图形衬底生长Ge量子点的思想，只是图形衬底是依靠SiGe层产生的失配位错网络而得到。这样使得图形衬底制备较简单，但是失配位错网络引入了位错，不利于制作光电子器件(S.Yu.Shiryaev，F.Jensen，J.Lundsgaard Hansen et al.Nanoscale structuring by misfit dislocation inSi_1-xGe_x/Si epitaxial systems.Physical Review Letters.78(3)，503-507(1997))。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的Ge量子点尺寸较大、具有浸润层、制作工艺复杂、成本高等缺点，提供一种可实现小尺寸、高密度、没有浸润层的Ge量子点的制备方法。

本发明的技术方案是将SiGe合金层进行标准清洗以后，在其表面形成一层薄的氧化物覆盖层。然后将具有氧化物覆盖层的SiGe合金层放入真空腔体内，用高温进行加热去除表面氧化物层。在加热脱氧过程中，SiGe合金层表面便形成Ge量子点。

本发明包括以下步骤：

1)在“硅衬底”或“绝缘体上的硅衬底(SOI)”上，生长一层SiGe合金层，Ge组分大于0，小于等于0.5；

2)将SiGe合金层依次用3种清洗液中的至少一种进行清洗，清洗后在SiGe合金层表面形成一层氧化物层，氧化物为SiO₂和GeO₂的混合物；