CN115841940A - 一种化合物半导体金属元素量子结构及其制备方法 - Google Patents
一种化合物半导体金属元素量子结构及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115841940A CN115841940A CN202211646651.9A CN202211646651A CN115841940A CN 115841940 A CN115841940 A CN 115841940A CN 202211646651 A CN202211646651 A CN 202211646651A CN 115841940 A CN115841940 A CN 115841940A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- compound semiconductor
- metal element
- quantum structure
- thin film
- stability
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种化合物半导体金属元素量子结构及其制备方法，属于半导体技术领域。本发明化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，包括：在高热稳定性衬底上依次沉积低热稳定性的含有目标金属元素的化合物半导体薄膜材料，高热稳定性化合物半导体薄膜材料；将欲在其上制备目标金属元素量子结构的薄膜覆盖于高热稳定性化合物半导体薄膜上方；在常压和保护性气体的保护下，加热使低热稳定性的含有目标金属元素的化合物半导体薄膜材料分解并挥发形成目标金属元素量子结构。本发明的方法可在常压下、不含有该元素的材料上制备相应的金属量子结构，降低了金属元素量子结构制备条件，拓宽化合物半导体中金属元素应用。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种化合物半导体金属元素量子结构及其制备方法。
背景技术
在半导体材料领域中，金属量子结构的制备占有重要地位，可以作为纳米线、量子点、量子盘等低维半导体结构的生长催化剂，也可以作为器件表面的等离激元结构以增强器件的工作性能，具有重要的应用前景。然而，传统的化合物金属量子点制备方法多是基于在反应腔内、以高温状态下单独通入对应的金属源来完成；或者在低压环境下对含对应金属元素的半导体材料进行加热以在其表面形成金属液滴或量子结构。
然而，以上方法都有其弊端，主要有以下两点：1)单独通入金属源的方法需要在含有该种金属源的反应腔中进行，而对于半导体材料制备而言，防止其他元素污染反应腔室是必要工作，对应的专门反应设备未必含有相应的金属源；而且为了腔室不受污染，也没有加装该种源的可能。即使反应腔室具有目标金属源，实际需求在其表面制备量子结构的材料也存在污染反应腔体的可能性，不一定适合在该反应腔中制备对应金属量子结构。2)目前的利用半导体材料分解的方法，需要在低压下进行，而且只能在含有该种元素的衬底上进行金属液滴或量子结构沉积，无法在不含该元素的材料上制备。而低压环境同样对设备具有较高的气密性要求，成本较高。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种新的化合物半导体中金属元素量子结构的制备方法，可以在常压下、不含有该元素的材料上制备相应的金属量子结构，毋需在含有该种金属源的反应室中、毋需在低压环境下进行反应；从而降低金属元素量子结构制备条件，拓宽化合物半导体中金属元素应用。
为实现上述目的，本发明提供一种化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，包括以下步骤：
S1：在高热稳定性衬底上沉积低热稳定性的含有目标金属元素的化合物半导体薄膜材料；
S2：在低热稳定性的、含有目标金属元素的化合物半导体薄膜上方沉积高热稳定性化合物半导体薄膜材料；
S3：将欲在其上制备目标金属元素量子结构的薄膜覆盖于高热稳定性化合物半导体薄膜上方；
S4：在常压和保护性气体的保护下，加热使低热稳定性的含有目标金属元素的化合物半导体薄膜材料分解并挥发，在所述欲在其上制备目标金属元素量子结构的薄膜和所述高热稳定性化合物半导体薄膜的表面形成目标金属元素量子结构。
优选地，所述高热稳定性衬底的材质为蓝宝石、碳化硅和金刚石中的任意一种。
优选地，所述低热稳定性的含有目标金属元素的化合物半导体薄膜的厚度大于100nm，用于提供足够的目标金属元素原料。
优选地，所述高热稳定性化合物半导体薄膜的厚度大于0且小于5μm；高热稳定性化合物半导体薄膜材料为AlN，或SiC。
优选地，所述步骤S1和S2中的沉积方法为MOCVD、MBE和磁控溅射中的任意一种。
优选地，所述步骤S4中的保护性气体为氩气或氮气。
优选地，所述步骤S4中加热的温度高于低热稳定性的含有目标金属元素的化合物半导体薄膜材料的分解温度，且低于对其他材料产生破坏的温度。
优选地，化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，包括以下步骤：
S1：在蓝宝石衬底上沉积GaN材料得到GaN薄膜；
S2：在GaN薄膜上方沉积AlN材料得到衬底AlN薄膜；
S3：将目标AlN薄膜覆盖于衬底AlN薄膜的上方；
S4：在常压和保护性气体的保护下，加热使GaN材料分解并挥发，在目标AlN薄膜和衬底AlN薄膜相对的两个表面上形成Ga量子结构材料。
本发明还提供一种化合物半导体金属元素量子结构，采用如上所述的方法制备得到。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明的化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，利用化合物半导体材料的热稳定差异，利用低稳定性化合物半导体薄膜作为金属提供层，高稳定半导体薄膜作为保护层，并将欲在其上制备金属量子结构的材料在上述结构的表面进行覆盖，通过高温使低稳定性材料分解、挥发，通过高稳定性材料的位错等通道，在覆盖材料的表面形成金属量子结构。本发明的方法可以在常压下、不含有该元素的材料上、反应室无相应金属源的情况下制备相应的金属量子结构；不需要低压、不需要在具有相应金属源的反应腔室、不需要欲在其上形成金属颗粒的材料中存在相应的金属元素，因此大大降低对应量子结构的制备要求；促进对应金属量子结构在相关领域的应用，为需要金属量子结构进行半导体材料外延生长、需要金属量子结构提高器件性能的应用场景提供更简单、高效的金属量子结构制备方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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它的附图。
图1为本发明的化合物半导体金属元素量子结构的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例1中化合物半导体金属元素量子结构的制备结构示意图；
图3为本发明实施例1制备的Ga量子结构颗粒的光学显微图；
图4为本发明实施例1制备的Ga量子结构颗粒在非量子结构区域的EDS元素测试结果图；
图5为本发明实施例1制备的Ga量子结构颗粒在量子结构区域的EDS元素测试结果图。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：在高热稳定性衬底上沉积低热稳定性的含有目标金属元素的化合物半导体薄膜材料；
S2：在低热稳定性的含有目标金属元素的化合物半导体薄膜上方沉积高热稳定性化合物半导体薄膜材料；
S3：将欲在其上制备目标金属元素量子结构的薄膜覆盖于高热稳定性化合物半导体薄膜上方；
S4：在常压和保护性气体的保护下，加热使低热稳定性的含有目标金属元素的化合物半导体薄膜材料分解并挥发，在所述欲在其上制备目标金属元素量子结构的薄膜和所述高热稳定性化合物半导体薄膜的表面形成目标金属元素量子结构。
本发明的化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，其基本原理为利用化合物半导体材料的热稳定差异，利用低稳定性化合物半导体薄膜作为金属提供层，高稳定半导体薄膜作为保护层，并将欲在其上制备金属量子结构的材料在上述结构的表面进行覆盖，通过高温使低稳定性材料分解、挥发，通过高稳定性材料的位错等通道，在覆盖材料的表面形成金属量子结构。
其中，所述高热稳定性衬底的材质为蓝宝石、碳化硅和金刚石等常规衬底材料中的任意一种。
所述低热稳定性的含有目标金属元素的化合物半导体薄膜的厚度大于100nm即可，用于提供足够的目标金属元素原料，过薄则难以提供目标金属元素原料。
所述高热稳定性化合物半导体薄膜的厚度大于0且小于5μm，如无高稳定性化合物半导体薄膜，会导致金属元素大量产生并摊平形成薄膜，无法形成量子结构；过厚则分解的目标金属元素难以到达所述高稳定性化合物半导体薄膜的较远表面上，影响量子结构产额。高热稳定性化合物半导体薄膜材料为AlN、SiC等半导体薄膜材料。
所述步骤S1和S2中的沉积方法为MOCVD、MBE和磁控溅射等方法中的任意一种。
所述步骤S4中的保护性气体可以是氩气等稀有气体，也可以是氮气等保护气体。
所述步骤S4中加热的温度高于低热稳定性的含有目标金属元素的化合物半导体薄膜材料的分解温度，且低于对其他材料产生破坏的温度。加热的温度过低难以形成目标元素金属量子结构，温度过高容易对其他材料产生破坏。加热时间大于0即可，视所需量子结构尺寸大小可灵活调整。
本发明还提供一种化合物半导体金属元素量子结构，采用如上所述的方法制备得到。
实施例1
如图2所示，化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，包括以下步骤：
S1：在蓝宝石衬底21上沉积GaN材料得到GaN薄膜22；
S2：在GaN薄膜22上方沉积AlN材料得到衬底AlN薄膜23；
S3：将目标AlN薄膜24覆盖于衬底AlN薄膜23的上方；
S4：在常压和保护性气体N2的保护下，加热使GaN材料分解并挥发，在目标AlN薄膜和衬底AlN薄膜相对的两个表面上形成Ga量子结构颗粒25。
如图3所示，为本实施例制备的化合物半导体金属元素量子结构Ga量子结构颗粒25的光学显微图，从图中可以看出，在目标AlN薄膜24上，形成了凸出的量子结构，量子结构分布随机但比较均匀。为确定凸出的量子结构具体元素构成，对其进一步进行EDS元素测试。
如图4所示，为本实施例制备的化合物半导体金属元素量子结构Ga量子结构颗粒25在非量子结构区域的EDS元素测试结果图，从图中可以看出，Ga元素含量极低，证明该区域没有Ga元素残留。如图5所示，为本实施例制备的化合物半导体金属元素量子结构p-AlGaN材料25在量子结构区域的EDS元素测试结果图，从图中可以看出，只有Ga元素含量极高，没有Al、O、N元素等元素或含量极低，证明Ga量子结构颗粒制备成功。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明的化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，利用化合物半导体材料的热稳定差异，利用低稳定性化合物半导体薄膜作为金属提供层，高稳定半导体薄膜作为保护层，并将欲在其上制备金属量子结构的材料在上述结构的表面进行覆盖，通过高温使低稳定性材料分解、挥发，通过高稳定性材料的位错等通道，在覆盖材料的表面形成金属量子结构。本发明的方法可以在常压下、不含有该元素的材料上、反应室无相应金属源的情况下制备相应的金属量子结构；不需要低压、不需要在具有相应金属源的反应腔室、不需要欲在其上形成金属颗粒的材料中存在相应的金属元素，因此大大降低对应量子结构的制备要求；促进对应金属量子结构在相关领域的应用，为需要金属量子结构进行半导体材料外延生长、需要金属量子结构提高器件性能的应用场景提供更简单、高效的金属量子结构制备方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在高热稳定性衬底上沉积低热稳定性的含有目标金属元素的化合物半导体薄膜材料；
S2：在低热稳定性的、含有目标金属元素的化合物半导体薄膜上方沉积高热稳定性化合物半导体薄膜材料；
S3：将欲在其上制备目标金属元素量子结构的薄膜覆盖于高热稳定性化合物半导体薄膜上方；
S4：在常压和保护性气体的保护下，加热使低热稳定性的、含有目标金属元素的化合物半导体薄膜材料分解并挥发，在所述欲在其上制备目标金属元素量子结构的薄膜和所述高热稳定性化合物半导体薄膜的表面形成目标金属元素量子结构。
2.根据权利要求1所述的化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，其特征在于，所述高热稳定性衬底的材质为蓝宝石、碳化硅和金刚石中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，其特征在于，所述低热稳定性的含有目标金属元素的化合物半导体薄膜的厚度大于100nm，用于提供足够的目标金属元素原料。
4.根据权利要求1所述的化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，其特征在于，所述高热稳定性化合物半导体薄膜的厚度大于0且小于5μm；高热稳定性化合物半导体薄膜材料为AlN，或SiC。
5.根据权利要求1所述的化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S1和S2中的沉积方法为MOCVD、MBE和磁控溅射中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中的保护性气体为氩气或氮气。
7.根据权利要求1所述的化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中加热的温度高于低热稳定性的含有目标金属元素的化合物半导体薄膜材料的分解温度，且低于对其他材料产生破坏的温度。
8.根据权利要求1所述的化合物半导体金属元素量子结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在蓝宝石衬底上沉积GaN材料得到GaN薄膜；
S2：在GaN薄膜上方沉积AlN材料得到衬底AlN薄膜；
S3：将目标AlN薄膜覆盖于衬底AlN薄膜的上方；
S4：在常压和保护性气体的保护下，加热使GaN材料分解并挥发，在目标AlN薄膜和衬底AlN薄膜相对的两个表面上形成Ga量子结构材料。
9.一种化合物半导体金属元素量子结构，其特征在于，采用如权利要求1-8任意一项所述的方法制备得到。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211646651.9A CN115841940A (zh) | 2022-12-21 | 2022-12-21 | 一种化合物半导体金属元素量子结构及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211646651.9A CN115841940A (zh) | 2022-12-21 | 2022-12-21 | 一种化合物半导体金属元素量子结构及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115841940A true CN115841940A (zh) | 2023-03-24 |
Family
ID=85578949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211646651.9A Pending CN115841940A (zh) | 2022-12-21 | 2022-12-21 | 一种化合物半导体金属元素量子结构及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115841940A (zh) |
-
2022
- 2022-12-21 CN CN202211646651.9A patent/CN115841940A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8882910B2 (en) | AlGaN substrate and production method thereof | |
| Davis | III-V nitrides for electronic and optoelectronic applications | |
| JP3409958B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JPH04242985A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード | |
| EP2056339B1 (en) | Method for manufacturing group iii nitride compound semiconductor light-emitting device | |
| US7172813B2 (en) | Zinc oxide crystal growth substrate | |
| US8766274B2 (en) | Thermal expansion engineering for polycrystalline aluminum nitride sintered bodies | |
| EP0735598A2 (en) | Compound semiconductor light emitting device and method of preparing the same | |
| US20040094756A1 (en) | Method for fabricating light-emitting diode using nanosize nitride semiconductor multiple quantum wells | |
| KR20100018050A (ko) | Ⅲ족 질화물 반도체 에피택셜 기판 | |
| Nuese et al. | The preparation and properties of vapor-grown In 1− x Ga x P | |
| US20030124877A1 (en) | Method of heat-treating nitride compound semiconductor layer and method of producing semiconductor device | |
| Chin et al. | Determination of V/III ratios on phosphide surfaces during gas source molecular beam epitaxy | |
| EP1137077A2 (en) | A semiconductor device, a method for manufacturing a semiconductor device and an epitaxial growth substrate for a semiconductor device | |
| CN115841940A (zh) | 一种化合物半导体金属元素量子结构及其制备方法 | |
| Beneking et al. | MO-CVD growth of GaP and GaAlP | |
| Tsang et al. | Iron‐doped semi‐insulating InP grown by chemical beam epitaxy | |
| JP3399642B2 (ja) | 半導体発光素子層の形成方法 | |
| Abernathy et al. | Comparison of triethylgallium and tri‐isobutylgallium for growth of GaAs and AlGaAs by metalorganic molecular beam epitaxy | |
| KR20080070656A (ko) | 실리콘 기판상에 고품질 반도체 발광 장치를 제조하는 방법 | |
| Tsang | GaInAsP/InP double heterostructure lasers emitting at 1.5 μm grown by chemical beam epitaxy | |
| Biefeld et al. | The growth of InSb using triisopropylantimony or tertiarybutyldimethylantimony and trimethylindium | |
| Johnson et al. | MBE growth and properties of GaN on GaN/SiC substrates | |
| Uchida et al. | Extremely high Be doped Ga0. 47In0. 53As growth by chemical beam epitaxy | |
| Yasuda et al. | Growth characteristics of (100) HgCdTe layers in low-temperature MOVPE with ditertiarybutyltelluride |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |