CN1901139A - 砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法 - Google Patents

砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法 Download PDF

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Abstract

一种砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：以半绝缘砷化镓单晶片为衬底；步骤2：异质外延生长砷化铟应变自组装纳米点；步骤3：外延砷化镓薄层，使其部分覆盖上述砷化铟纳米点；步骤4：第一次退火；步骤5：衬底温度降温至400℃以下；步骤6：衬底温度升温到500－530℃；步骤7：第二次退火，在砷化镓衬底上形成纳米尺寸坑。

Description

砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法
技术领域
本发明提供一种砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法，特别是指一种用砷化镓部分覆盖砷化铟纳米点，并在高温退火，然后降温后再升温，然后退火的生长方法。
背景技术
半导体材料和纳米材料是当前材料科学的两大重点和热点领域。将纳米材料的量子特性和半导体材料的能带特性相结合，是半导体物理学一个非常重要的分支领域，也是制造新型功能器件的一个重要途径。利用低维半导体异质结材料制作的光电器件，如激光器，探测器的性能得到迅猛的提高，并迅速进入市场，得到广泛的应用。因此，制备纳米半导体材料，无论对对材料科学还是对实际应用都具有十分重要的意义。
制备纳米半导体材料常常需要在图形化衬底上外延生长。在砷化镓衬底上制备出纳米尺寸的坑后，我们得到了一个密布着纳米尺寸坑的砷化镓图形化衬底，在这个衬底上可以进一步外延生长具有独特光学性质的纳米结构，如纳米点。由于这些小坑对砷化镓表面应力分布的影响，进一步外延生长的纳米点有望在其表面图形影响下有序生长。
迄今为止，砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法主要是直接光刻的方法，该方法效率低，容易引入位错缺陷，且成本高。本发明提出的砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法利用了自组织方法，与直接光刻的方法相比，制作效率高，缺陷少，成本低，目前国内外尚无报导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法，其砷化铟纳米点变温退火法，是先在砷化镓衬底上生长砷化铟纳米点，再部分覆盖然后改变温度并退火的方法；其优点是制作效率高，缺陷少，成本低。用砷化铟纳米点变温退火法制备的砷化镓衬底可以用作制作新型的纳米半导体材料的图形化衬底。
要求保护的发明的技术方案
本发明一种砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：以半绝缘砷化镓单晶片为衬底；
步骤2：异质外延生长砷化铟应变自组装纳米点；
步骤3：外延砷化镓薄层，使其部分覆盖上述砷化铟纳米点；
步骤4：第一次退火；
步骤5：衬底温度降温至400℃以下；
步骤6：衬底温度升温到500-530℃；
步骤7：第二次退火，在砷化镓衬底上形成纳米尺寸坑。
其中第一次退火的温度为500-530℃。
其中异质外延砷化铟的沉积量为1.7-3分子单层。
其中异质外延砷化铟的温度为500-530℃。
其中砷化镓薄层的厚度为1-5nm。
其中第一次退火时间为1-3分钟。
其中第二次退火时间为1-5分钟。
发明与背景技术相比所具有的有意义的效果
与光刻制备砷化镓衬底上纳米尺寸坑的方法相比，砷化铟纳米点变温退火法生长的样品是在分子束外延系统中利用应变自组装效应制备，因此方法简单，制作效率高，缺陷少，成本低。用砷化铟纳米点变温退火法制备的砷化镓图形化衬底可望用于制作新型的纳米半导体材料。
附图说明
为进一步说明本发明的特征和技术方案，以下结合实施例及附图对本发明做一个详细的描述，其中：
图1为砷化铟纳米点变温退火法制备的砷化镓衬底上的纳米尺寸坑的原子力显微镜图片；
图2为一个典型纳米尺寸坑沿[1-10]和[110]方向的截面图。
具体实施方式
一种砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：以半绝缘砷化镓单晶片为衬底；
步骤2：异质外延生长砷化铟应变自组装纳米点，该异质外延砷化铟的沉积量为1.7-3分子单层，该异质外延砷化铟的温度为500-530℃；
步骤3：外延砷化镓薄层，使其部分覆盖上述砷化铟纳米点，该砷化镓薄层的厚度为1-5nm；
步骤4：第一次退火，该第一次退火的温度为500-530℃，该第一次退火时间为1-3分钟；
步骤5：衬底温度降温至400℃以下；
步骤6：衬底温度升温到500-530℃；
步骤7：第二次退火，该第二次退火时间为1-5分钟，在砷化镓衬底上形成纳米尺寸坑(如图1、图2所示)。
实施例
(1)实现发明的主要设备
分子束外延系统
机械真空泵+扩散真空泵(或其它真空设备)
温度控制系统
(2)根据生长设备的具体情况，对生长技术路线进行适当调整。
实例
(1)实现发明的主要设备
Riber32分子束外延系统
机械真空泵+扩散真空泵(或其它真空设备)
温度控制系统
(2)以半绝缘砷化镓(001)单晶为衬底；
(3)利用分子束外延系统在砷化镓衬底上外延生长200nm砷化镓缓冲层；
(4)在，500℃，4.0×10-6Torr的As2氛围中异质外延生长2.7分子单层(ML)砷化铟，高能电子衍射系统观察到自组装纳米点的形成；
(5)外延厚度2nm的砷化镓薄层，使其部分覆盖上述砷化铟纳米点；
(6)在500℃退火40秒；
(7)衬底温度降温至400℃；
(8)衬底温度升温到500℃；
(9)在500℃退火120秒。
在砷化镓衬底上形成纳米尺寸坑(如图1、图2所示)。

Claims (7)

1、一种砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：以半绝缘砷化镓单晶片为衬底；
步骤2：异质外延生长砷化铟应变自组装纳米点；
步骤3：外延砷化镓薄层，使其部分覆盖上述砷化铟纳米点；
步骤4：第一次退火；
步骤5：衬底温度降温至400℃以下；
步骤6：衬底温度升温到500-530℃；
步骤7：第二次退火，在砷化镓衬底上形成纳米尺寸坑。
2、根据权利要求1所述的砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法，其特征在于，其中第一次退火的温度为500-530℃。
3、根据权利要求1所述的砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法，其特征在于，其中异质外延砷化铟的沉积量为1.7-3分子单层。
4、根据权利要求1所述的砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法，其特征在于，其中异质外延砷化铟的温度为500-530℃。
5、根据权利要求1所述的砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法，其特征在于，其中砷化镓薄层的厚度为1-5nm。
6、根据权利要求1所述的砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法，其特征在于，其中第一次退火时间为1-3分钟。
7、根据权利要求1所述的砷化镓衬底上制备纳米尺寸坑的方法，其特征在于，其中第二次退火时间为1-5分钟。
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