[发明专利]一种基于聚焦离子束诱导的有序砷化镓量子点的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料制备技术领域，具体涉及一种基于聚焦离子束诱导的有序砷化镓量子点的制备方法。

背景技术

近年来，量子点在纳米科学技术领域扮演着越来越重要的角色。由于量子点明显的量子限制效应和小尺寸效应带来的独特的电子和光电子性质，引起了科研工作者广泛的兴趣。

由于发射光谱窄、发射波长可调和化学稳定性能好等优异的光学、电学性能，量子点在纳米半导体器件制造中有广泛的应用，如量子点激光器、量子点光电探测器、量子点太阳能电池、量子点发光二极管和量子点异质结场效应晶体管等。量子点结构的器件往往要求制备的量子点有序统一的结构排布。但是如何获得高质量的有序量子点结构从始至终都是研究者们研究的难题。

一般来讲，量子点的制备方法可以分为两种：

一种是自上而下的制备方法，利用先进的薄膜生长技术结合超微细加工工艺来制备量子点，比如光刻和刻蚀技术。由于生长和加工设备的限制，这种方法难以制备出尺寸极小而且形貌可控的高质量量子点，同时获得的量子点侧壁分辨率低、易损伤等缺点。

另一种方法是自下而上的自组装方法，主要包括分子束外延和金属有机气相沉积法等方法。相比于自上而下的方式，外延生长制备量子点更加快捷，同时材料质量更好。

纯粹利用外延生长技术制备量子点，形成的量子点结构必然是随机分布的。基于此，我们提出一种基于聚焦离子束诱导的有序砷化镓量子点的制备方法，该方法结合FIB技术和外延生长技术，为有序量子点的制备提供了一种可行的方案。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于聚焦离子束诱导的有序砷化镓量子点的制备方法，该方法通过FIB生长有序Ga液滴，并以此作为加工模板，利用分子束外延生长实现有序GaAs量子点的制备。

本发明的技术方案如下：

一种基于聚焦离子束诱导的有序砷化镓量子点的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：提供GaAs衬底材料，对所述GaAs衬底材料进行表面清洁；

步骤二：利用聚焦离子束（FIB）轰击GaAs衬底，通过改变离子束照射参数，诱导有序Ga金属纳米液滴形成；

步骤三：把GaAs衬底放入分子束外延（MBE）系统中，打开As4源，形成有序GaAs量子点。

对GaAs衬底的表面进行清洗。

所述聚焦离子束的照射角度范围为37°—60°。

所述聚焦离子束的加速电压范围为5keV—15keV。

所述聚焦离子束的束流范围为0.06nA—5nA。

当GaAs衬底放入分子束外延系统进行分子束外延时，生长温度范围控制在100℃—580℃。

本发明的有益效果如下：

本发明通过聚焦离子束（FIB）生长有序Ga液滴，并以此作为加工模板，利用分子束外延生长实现有序GaAs量子点的制备。

附图说明

图1为使用本方法制备有序砷化镓量子点的示意图；

其中，附图标记为：110-衬底，210-有序Ga金属纳米液滴，310-有序GaAs量子点。

具体实施方式

如图1 所示，本发明涉及一种基于聚焦离子束诱导的有序砷化镓量子点的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：选择一衬底110，该衬底为半绝缘GaAs单晶片，晶向为（100），厚度为325um； 对GaAs基片进行RCA清洗。

步骤二：利用聚焦离子束（FIB）轰击衬底110，通过改变离子束照射参数，诱导有序Ga金属纳米液滴210形成。有序Ga金属纳米液滴210的形成可以理解为：高能Ga+溅射到GaAs表面，当能量到达一定值，会破坏Ga-As化学键，衬底上大量液滴镓聚集成核形成镓液滴。其中，FIB的入射角为55°，加速电压为10keV，离子束电流为0.93nA，轰击时间为5min。

步骤三：把GaAs衬底放入分子束外延（MBE）系统中，打开As4源，形成有序GaAs量子点310。其中，分子束外延生长速率为1ML/s，温度为500℃，真空度为10-8Torr。

以上所述，仅为本发明中具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之中。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。