CN108428627B - 一种电控GaAs/AlGaAs半导体量子点势阱的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电控GaAs/AlGaAs半导体量子点势阱的方法，包括：通过控制电极电压，将GaAs/AlGaAs异质结中的二维电子气形成量子点区域；针对量子点对称性和势阱形状的需求，在量子点区域上方，将电控势阱金属电极制备为与量子点区域大小相当的不同形状；使用半导体加工中的图形转移方法，将电控势阱金属电极制备到GaAs/AlGaAs异质结栅极电控量子点样品上；对于制备好的GaAs/AlGaAs异质结栅极电控量子点样品；如果为n型掺杂的半导体量子点样品，则在电控势阱金属电极上施加正电压来吸附电子；如果为p型掺杂的半导体量子点样品，则在金属电极上施加负电压来吸附空穴，从而产生不同种类的量子点。该方法通过顶栅电极的设计，加工制备的电控量子点势阱门电极具有良好的可操控性。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种电控GaAs/AlGaAs半导体量子点势阱的方法。
背景技术
随着微电子器件集成度的不断提高，器件单元的尺度越来越小，精度需求也越来越高。当电路上的电子器件的尺寸达到纳米量级时，由于量子效应导致的粒子波动性在电路中产生的很大影响，传统的芯片制造技术和工艺已经达到物理极限，必须以量子物理为基础制备纳米级芯片器件。
当前，已经有多种材料体系作为量子信息处理的系统，如：线性光学器件、核磁共振、囚禁的离子、超导约瑟夫结、半导体量子点等。其中，半导体量子点体系以其更好的稳定性以及集成性，被认为是最有可能实现量子计算机的材料体系之一。
在诸多繁杂的量子点家族中，栅极电控量子点以它与传统硅工艺类似的简便的电极控制性，以及其微纳加工技术的成熟性和非常好的可集成性，成为前沿和热门的研究体系。但在量子点结构中，量子点势阱形状通过周围多个电极共同调控，势阱性质较难控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种电控GaAs/AlGaAs半导体量子点势阱的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种电控GaAs/AlGaAs半导体量子点势阱的方法，包括：
通过控制电极电压，将GaAs/AlGaAs异质结中的二维电子气形成量子点区域；针对量子点对称性和势阱形状的需求，在量子点区域上方，将电控势阱金属电极制备为与量子点区域大小在同一数量级的不同形状；
使用半导体加工中的图形转移方法，将电控势阱金属电极制备到GaAs/AlGaAs异质结栅极电控量子点样品上；
对于制备好的GaAs/AlGaAs异质结栅极电控量子点样品；如果为n型掺杂的半导体量子点样品，则在电控势阱金属电极上施加正电压来吸附电子；如果为p型掺杂的半导体量子点样品，则在金属电极上施加负电压来吸附空穴，从而产生不同种类的量子点。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过顶栅电极的设计，加工制备的电控量子点势阱门电极具有良好的可操控性；此外，与现有半导体加工技术匹配，工艺相对成熟简单，可以高效批量制备处理量子点器件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种电控GaAs/AlGaAs半导体量子点势阱的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的电控GaAs/AlGaAs半导体双量子点势阱结构示意图；
图3为本发明实施例提供的电控GaAs/AlGaAs半导体双量子点势阱结构加工后电子扫描显微镜图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
图1为本发明实施例提供的一种电控GaAs/AlGaAs半导体量子点势阱的方法的流程图。如图1所示，其主要包括如下步骤：
步骤1、通过控制电极电压，将GaAs/AlGaAs异质结中的二维电子气形成量子点区域；针对量子点对称性和势阱形状的需求，在量子点区域上方，将电控势阱金属电极制备为与量子点区域大小在同一数量级的不同形状。
本步骤主要是进行电控势阱金属电极图案设计，以图2所示的GaAs/AlGaAs异质结栅极电控双量子点样品结构为例来进行介绍，图2中，100-GaAs/AlGaAs异质结栅极电控双量子点样品，201、202-量子点区域，300-电控势阱金属电极。由于电控势阱金属电极形状决定了势阱的形状，从而决定了量子点的形状；因此，若要使得量子点具有对称性，则制备为直径为K的圆形；若要使能级形状发生改变，则制备成长轴为N，短轴为M的椭圆形。本示例中，量子点大小可以为170nm，圆形直径K可以为90nm；椭圆形长轴N可以为100nm，短轴M可以为80nm。
如图2所示，电控势阱金属电极的量子点区域大小在同一数量级，但略小于量子点区域，使得电控势阱金属电极能够制备到量子点区域。
需要指出的是，本发明所提供的方案不局限于双量子点，还可应用于单量子点系统或者多量子点系统等。
步骤2、使用半导体加工中的图形转移方法，将电控势阱金属电极制备到GaAs/AlGaAs异质结栅极电控量子点样品上。
本发明实施例中，所述半导体加工中的图形转移方法为如下方法中的任一种：电子束曝光、金属蒸镀与金属剥离。
示例性的，电控势阱金属电极的厚度可以为5nm Ti+45nm Au。
制备好的GaAs/AlGaAs异质结栅极电控量子点样品结果如图3所示，图3中的1μm长的黑色线段为比例尺。
步骤3、对于制备好的GaAs/AlGaAs异质结栅极电控量子点样品；如果为n型掺杂的半导体量子点样品，则在电控势阱金属电极上施加正电压来吸附电子；如果为p型掺杂的半导体量子点样品，则在金属电极上施加负电压来吸附空穴，从而产生不同种类的量子点。
示例性的，正电压可以为0.25V，负电压可以为-0.25V。
本发明实施例上述方案，提出了一种新电控半导体量子点势阱的方法，该方法通过顶栅电极的设计，加工制备的电控量子点势阱门电极具有良好的可操控性；此外，与现有半导体加工技术匹配，工艺相对成熟简单，可以高效批量制备处理量子点器件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。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。
Claims (3)
1.一种电控GaAs/AlGaAs半导体量子点势阱的方法，其特征在于，包括：
通过控制电极电压，将GaAs/AlGaAs异质结中的二维电子气形成量子点区域；针对量子点对称性和势阱形状的需求，在量子点区域上方，将电控势阱金属电极制备为与量子点区域大小在同一数量级的不同形状；
使用半导体加工中的图形转移方法，将电控势阱金属电极制备到GaAs/AlGaAs异质结栅极电控量子点样品上；
对于制备好的GaAs/AlGaAs异质结栅极电控量子点样品；如果为n型掺杂的半导体量子点样品，则在电控势阱金属电极上施加正电压来吸附电子；如果为p型掺杂的半导体量子点样品，则在金属电极上施加负电压来吸附空穴，从而产生不同种类的量子点。
2.根据权利要求1所述的一种电控GaAs/AlGaAs半导体量子点势阱的方法，其特征在于，电控势阱金属电极形状决定了势阱的形状，从而决定了量子点的形状；若要使得量子点具有对称性，则制备为直径为K的圆形；若要使能级形状发生改变，则制备成长轴为N，短轴为M的椭圆形。
3.根据权利要求1所述的一种电控GaAs/AlGaAs半导体量子点势阱的方法，其特征在于，所述半导体加工中的图形转移方法为如下方法中的任一种：电子束曝光、金属蒸镀与金属剥离。
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