專利名稱：砷化鎵襯底上制備納米尺寸坑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種砷化鎵襯底上制備納米尺寸坑的方法，特別是指一種用砷化鎵部分覆蓋砷化銦納米點(diǎn)，并在高溫退火，然后降溫后再升溫，然后退火的生長(zhǎng)方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體材料和納米材料是當(dāng)前材料科學(xué)的兩大重點(diǎn)和熱點(diǎn)領(lǐng)域。將納米材料的量子特性和半導(dǎo)體材料的能帶特性相結(jié)合，是半導(dǎo)體物理學(xué)一個(gè)非常重要的分支領(lǐng)域，也是制造新型功能器件的一個(gè)重要途徑。利用低維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料制作的光電器件，如激光器，探測(cè)器的性能得到迅猛的提高，并迅速進(jìn)入市場(chǎng)，得到廣泛的應(yīng)用。因此，制備納米半導(dǎo)體材料，無(wú)論對(duì)對(duì)材料科學(xué)還是對(duì)實(shí)際應(yīng)用都具有十分重要的意義。
制備納米半導(dǎo)體材料常常需要在圖形化襯底上外延生長(zhǎng)。在砷化鎵襯底上制備出納米尺寸的坑后，我們得到了一個(gè)密布著納米尺寸坑的砷化鎵圖形化襯底，在這個(gè)襯底上可以進(jìn)一步外延生長(zhǎng)具有獨(dú)特光學(xué)性質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)，如納米點(diǎn)。由于這些小坑對(duì)砷化鎵表面應(yīng)力分布的影響，進(jìn)一步外延生長(zhǎng)的納米點(diǎn)有望在其表面圖形影響下有序生長(zhǎng)。
迄今為止，砷化鎵襯底上制備納米尺寸坑的方法主要是直接光刻的方法，該方法效率低，容易引入位錯(cuò)缺陷，且成本高。本發(fā)明提出的砷化鎵襯底上制備納米尺寸坑的方法利用了自組織方法，與直接光刻的方法相比，制作效率高，缺陷少，成本低，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)報(bào)導(dǎo)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種砷化鎵襯底上制備納米尺寸坑的方法，其砷化銦納米點(diǎn)變溫退火法，是先在砷化鎵襯底上生長(zhǎng)砷化銦納米點(diǎn)，再部分覆蓋然后改變溫度并退火的方法；其優(yōu)點(diǎn)是制作效率高，缺陷少，成本低。用砷化銦納米點(diǎn)變溫退火法制備的砷化鎵襯底可以用作制作新型的納米半導(dǎo)體材料的圖形化襯底。
要求保護(hù)的發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明一種砷化鎵襯底上制備納米尺寸坑的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1以半絕緣砷化鎵單晶片為襯底；步驟2異質(zhì)外延生長(zhǎng)砷化銦應(yīng)變自組裝納米點(diǎn)；
步驟3外延砷化鎵薄層，使其部分覆蓋上述砷化銦納米點(diǎn)；步驟4第一次退火；步驟5襯底溫度降溫至400℃以下；步驟6襯底溫度升溫到500-530℃；步驟7第二次退火，在砷化鎵襯底上形成納米尺寸坑。
其中第一次退火的溫度為500-530℃。
其中異質(zhì)外延砷化銦的沉積量為1.7-3分子單層。
其中異質(zhì)外延砷化銦的溫度為500-530℃。
其中砷化鎵薄層的厚度為1-5nm。
其中第一次退火時(shí)間為1-3分鐘。
其中第二次退火時(shí)間為1-5分鐘。
發(fā)明與背景技術(shù)相比所具有的有意義的效果與光刻制備砷化鎵襯底上納米尺寸坑的方法相比，砷化銦納米點(diǎn)變溫退火法生長(zhǎng)的樣品是在分子束外延系統(tǒng)中利用應(yīng)變自組裝效應(yīng)制備，因此方法簡(jiǎn)單，制作效率高，缺陷少，成本低。用砷化銦納米點(diǎn)變溫退火法制備的砷化鎵圖形化襯底可望用于制作新型的納米半導(dǎo)體材料。
為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和技術(shù)方案，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明做一個(gè)詳細(xì)的描述，其中圖1為砷化銦納米點(diǎn)變溫退火法制備的砷化鎵襯底上的納米尺寸坑的原子力顯微鏡圖片；圖2為一個(gè)典型納米尺寸坑沿[1-10]和[110]方向的截面圖。
具體實(shí)施例方式
一種砷化鎵襯底上制備納米尺寸坑的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1以半絕緣砷化鎵單晶片為襯底；步驟2異質(zhì)外延生長(zhǎng)砷化銦應(yīng)變自組裝納米點(diǎn)，該異質(zhì)外延砷化銦的沉積量為1.7-3分子單層，該異質(zhì)外延砷化銦的溫度為500-530℃；步驟3外延砷化鎵薄層，使其部分覆蓋上述砷化銦納米點(diǎn)，該砷化鎵薄層的厚度為1-5nm；步驟4第一次退火，該第一次退火的溫度為500-530℃，該第一次退火時(shí)間為1-3分鐘；步驟5襯底溫度降溫至400℃以下；步驟6襯底溫度升溫到500-530℃；步驟7第二次退火，該第二次退火時(shí)間為1-5分鐘，在砷化鎵襯底上形成納米尺寸坑(如圖1、圖2所示)。
實(shí)施例(1)實(shí)現(xiàn)發(fā)明的主要設(shè)備分子束外延系統(tǒng)機(jī)械真空泵+擴(kuò)散真空泵(或其它真空設(shè)備)溫度控制系統(tǒng)(2)根據(jù)生長(zhǎng)設(shè)備的具體情況，對(duì)生長(zhǎng)技術(shù)路線進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
實(shí)例(1)實(shí)現(xiàn)發(fā)明的主要設(shè)備Riber32分子束外延系統(tǒng)機(jī)械真空泵+擴(kuò)散真空泵(或其它真空設(shè)備)溫度控制系統(tǒng)(2)以半絕緣砷化鎵(001)單晶為襯底；(3)利用分子束外延系統(tǒng)在砷化鎵襯底上外延生長(zhǎng)200nm砷化鎵緩沖層；(4)在，500℃，4.0×10-6Torr的As2氛圍中異質(zhì)外延生長(zhǎng)2.7分子單層(ML)砷化銦，高能電子衍射系統(tǒng)觀察到自組裝納米點(diǎn)的形成；(5)外延厚度2nm的砷化鎵薄層，使其部分覆蓋上述砷化銦納米點(diǎn)；(6)在500℃退火40秒；(7)襯底溫度降溫至400℃；(8)襯底溫度升溫到500℃；(9)在500℃退火120秒。
在砷化鎵襯底上形成納米尺寸坑(如圖1、圖2所示)。
權(quán)利要求
1.一種砷化鎵襯底上制備納米尺寸坑的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1以半絕緣砷化鎵單晶片為襯底；步驟2異質(zhì)外延生長(zhǎng)砷化銦應(yīng)變自組裝納米點(diǎn)；步驟3外延砷化鎵薄層，使其部分覆蓋上述砷化銦納米點(diǎn)；步驟4第一次退火；步驟5襯底溫度降溫至400℃以下；步驟6襯底溫度升溫到500-530℃；步驟7第二次退火，在砷化鎵襯底上形成納米尺寸坑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵襯底上制備納米尺寸坑的方法，其特征在于，其中第一次退火的溫度為500-530℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵襯底上制備納米尺寸坑的方法，其特征在于，其中異質(zhì)外延砷化銦的沉積量為1.7-3分子單層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵襯底上制備納米尺寸坑的方法，其特征在于，其中異質(zhì)外延砷化銦的溫度為500-530℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵襯底上制備納米尺寸坑的方法，其特征在于，其中砷化鎵薄層的厚度為1-5nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵襯底上制備納米尺寸坑的方法，其特征在于，其中第一次退火時(shí)間為1-3分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵襯底上制備納米尺寸坑的方法，其特征在于，其中第二次退火時(shí)間為1-5分鐘。
全文摘要
一種砷化鎵襯底上制備納米尺寸坑的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1以半絕緣砷化鎵單晶片為襯底；步驟2異質(zhì)外延生長(zhǎng)砷化銦應(yīng)變自組裝納米點(diǎn)；步驟3外延砷化鎵薄層，使其部分覆蓋上述砷化銦納米點(diǎn)；步驟4第一次退火；步驟5襯底溫度降溫至400℃以下；步驟6襯底溫度升溫到500－530℃；步驟7第二次退火，在砷化鎵襯底上形成納米尺寸坑。
文檔編號(hào)H01L31/18GK1901139SQ20051008435
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2005年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者李凱, 葉小玲, 王占國(guó) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所