以二氧化矽為掩模定位生長量子點的方法
2023-04-25 21:54:16 1
專利名稱：以二氧化矽為掩模定位生長量子點的方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術領域，為裡子佔材料的生
長技術，特別是指 一 種以二氧化矽為掩模定位生長
子點、的方法
北 冃景技術
在半導體材料領域中量子點具有許多獨特的光學
性質和電學性質，如光吸收、光增益及光反射;並 i曰更尖
銳激子和雜質的束縛能增大，if幹涉效應、子
隧穿效應及庫侖阻塞效應(Co 1umbb1a_ sk ade等這
些性質使得量子點在光電子、微電子領域員有極大的
應用潛力，如研製閾值更低、效率更咼、執 "、、穩定性更
好的1:子點、雷射器，更高速度的微電子器件HEMT ，FET )和單電子存儲器件等。在量子點材料的製備中， 通常採用的方法是自組裝生長量子點，應變自組裝法 能製備出高密度、無缺陷的量子點，但也存在尺寸均 勻性不夠高、分布隨機等缺點。
一 些器件對量子點的分布有特殊的要求如子細胞白動機、單電子曰 曰曰體
管、單電子存儲器等器件要求量子點生長在特定的位
置，而這勝器件正是納米電子學發展的重要叫 益件因
此，如何實現量子點的定位、可控生長正成為量子點
材料研內的個執 八"點、定位生長量子點的方法，近年
來已有很多研究，如利用埋層的位錯網格影響量子,點
的成核位置，使量子佔 乂 、、^沿位錯分布達到控制量子點生
長的巨的生長多層量子佔 j 、、、使量子佔 '"、經過多層堆垛生
長之後呈有序分布在臨曰 曰曰面上進行生長利用臨晶面
上的原子臺階控制量子點的生長等但這些方法定位
生長量子點的效果不佳，但量子點在襯底上的定位生
長仍是複雜的過程，需要提供有效的方法實現子點
的選擇性定位生長0
發明內容
本發明的目的在於，提供 一 種以二氧化矽為掩模
定位生長量子點的方法，其是在GaAs襯底上採用圖形 化的二氧化矽掩模技術，可以精確控制量子點生長的位置。
本發明提供 一 種以二氧化矽為掩模定位生長量子 點的方法，其特徵在於，該方法包括以下製備步驟-
步驟 一 選擇 一 襯底，在該襯底上面蒸鍍二氧化矽層；
步驟二在二氧化矽層的上面塗一層光刻膠，在 光刻膠上電子束曝光刻出所需圖形結構；
步驟三對樣品進行幹法刻蝕，將所需圖形結構
轉移到二氧化矽層的表面；
步驟四對樣品進行去除光刻膠處理和清潔處理；
步驟五將處理好的樣品放入生長室生長GaAs材
料；
步驟六將生長之後的樣品採用氫氟酸溶液腐蝕，
去除剩餘的二氧化矽層。
其中所述的襯底的材料為GaAs。
其中步驟一所述的在襯底上蒸鍍的二氧化矽層的
厚度為5 0nm
其中步驟二所述的電子束曝光刻出的圖形直徑小
於1 0 0 nm
其中步驟四所述的對樣品進行去膠和清潔處理，
是指採用去膠液去除樣表面的光刻膠之後，按以下
順序在煮沸的有機溶劑中去有機物和雜質，並將此過
程循環2次，其中包括:石油醚2 --3分鐘、無水乙醇
2-3分鐘、丙酮2-3分鐘、三氯乙烯8分鐘-2次、 丙酮2- 3分鐘、無水乙醇2- 3分鐘，再進行數遍高純去離子水衝洗。
中步驟五所述的將樣品放入生長室生長GaAs材
料， 其是採用固態分子束外延在高溫下進行生長，生
長溫度為620°C，生長速度為O.O 9ym/h， As壓
保持在4X10-6 Pa， 生長厚度為3 Onm。
為了進一步說明本發明的特徵和效果，下面結合
附圖和實施例對本發明做進 一 步的說明如後，其中
圖1是在光刻膠上刻出圖形的結構示意圖2是生長GaAs材料之前襯底與二氧化矽掩模的
結構示思圖
員體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明
白，以下參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
請參閱圖1及圖2所示，本發明以二氧化矽為掩
模定位生長量子點的方法，包括
1首先在半絕緣的平面GaAs襯底1 0上面採
用等離子i曾強化學氣相沉積技術(PECVD)蒸鍍上50
nm左右的二氧化矽層2 0。蒸鍍二氧化矽層2 O的目的是為定位生長量子點提供掩模，採用PECVD技術蒸 鍍二氧化矽層2 0的目的是為了得到平整的掩模。
(2)蒸鍍有二氧化矽層2 0的GaAs襯底1 0上 塗上光刻膠層3 0，採用電子束曝光技術刻出直徑為 9 0 nm左右，中心距為2 0 0 nm左右的圓孔。目的是 為定位生長量子點提供窗口 ，如圖1所示。
(3 )採用幹法刻蝕和去膠和清潔處理，其中採 用幹法刻蝕是將圖形窗口中的二氧化矽層2 0刻蝕 掉，將圖形結構轉移到二氧化矽層2 0的表面。幹法
刻蝕採用的氣體為四氯化矽和氬氣的混合氣體，然後 將光刻膠3 0去除，使圖形窗口中的GaAs暴露於生長 表面，如圖2所示；其中對樣品進行清潔處理，是指 採用去膠液去除樣品表面的光刻膠3 0之後，按以下
順序在煮沸的有機溶劑中去有機物和雜質，並將此過 程循環2次，其中包括石油醚2-3分鐘、無水乙醇 2- 3分鐘、丙酮2- 3分鐘、三氯乙烯8分鐘-2次、 丙酮2-3分鐘、無水乙醇2- 3分鐘，再進行數遍高 純去離子水衝洗。
(4)將帶有二氧化矽層2 0的襯底1 O清洗之
後送入分子束外延設備的生長室進行生長。生長溫度 為6 2 0 °C，生長速度為O.O 9 um/h，生長了3 0 nm的 GaAs。
由於在高溫6 2 0 。C下生長 GaAs， GaAs在二氧化矽層20上的吸附性很小，在通過開出的窗
口而暴露於生長表面的GaAs上吸附性很大，通過Ga 原子在表面上的遷移，GaAs將主要沉積在圖形窗口裡， 實現GaAs量子點的定位生長。
(5 )將生長之後的樣品取出，採用氫氟酸溶液 進行腐蝕，由於氫氟酸溶液對於二氧化矽層2 0與 GaAs有良好的選擇性，即能以很快的速度將二氧化矽 層2 0腐蝕掉，卻不腐蝕GaAs襯底1 0以及所生長的 量子點。所以氫氟酸溶液將二氧化矽層2 0完全腐蝕 掉後，只留下定位生長在圖形窗口中的GaAs量子點，
採用本發明的方法生長的量子點的排列有序，都排列 在電子束曝光所刻的二氧化矽層2 0的圖形窗口中，
實現了量子點的定位生長。
權利要求
1.一種以二氧化矽為掩模定位生長量子點的方法，其特徵在於，該方法包括以下製備步驟步驟一選擇一襯底，在該襯底上面蒸鍍二氧化矽層；步驟二在二氧化矽層的上面塗一層光刻膠，在光刻膠上電子束曝光刻出所需圖形結構；步驟三對樣品進行幹法刻蝕，將所需圖形結構轉移到二氧化矽層的表面；步驟四對樣品進行去除光刻膠處理和清潔處理；步驟五將處理好的樣品放入生長室生長GaAs材料；步驟六將生長之後的樣品採用氫氟酸溶液腐蝕，去除剩餘的二氧化矽層。
2.按權利要求l所述的以二氧化矽為掩模定位生長量子點的方法，其特徵在於，其中所述的襯底的材料為GaAs 。
3. 按權利要求1所述的以二氧化矽為掩模定位 生長量子點的方法，其特徵在於，其中步驟一所述的在襯底上蒸鍍的二氧化矽層的厚度為5 0 nm。4 按權利要求1所述的以二氧化矽為掩模定位生長量子點的方法，其特徵在於，其中步驟二所述的電子束曝光刻出的圖形直徑小於1 0 0 nm 。5按權利要求1所述的以二氧化矽為掩模定位生長量子點的方法，其特徵在於，其中步驟四所述的對樣n 口FI進行去膠和清潔處理，是指採用去膠液去除樣p BO表面的光刻膠之後，按以下順序在煮沸的有機溶劑中去有機物和雜質，並將此過程循環2次，其中包括石油醚2-3分鐘、無水乙醇2- 3分鐘、丙酮2-3分鐘、二氯乙烯8分鐘-2次、丙酮2 - 3分鐘、無水乙醇2- 3分鐘，再進行數遍高純去離子水衝洗。6按權利要求1所述的以二氧化矽為掩模定位生長量子點的方法，其特徵在於，其中步驟五所述的將樣叩放入生長室生長GaAs材料，其是採用固態分子束外延在高溫下進行生長，生長溫度為6 2 0。C，生長速度為0.0 9 um/h， As壓保持在4Xl 0-- 6Pa，生長厚度為 3 0 nm 。
全文摘要
一種以二氧化矽為掩模定位生長量子點的方法，其特徵在於，該方法包括以下製備步驟步驟一選擇一襯底，在該襯底上面蒸鍍二氧化矽層；步驟二在二氧化矽層的上面塗一層光刻膠，在光刻膠上電子束曝光刻出所需圖形結構；步驟三對樣品進行幹法刻蝕，將所需圖形結構轉移到二氧化矽層的表面；步驟四對樣品進行去除光刻膠處理和清潔處理；步驟五將處理好的樣品放入生長室生長GaAs材料；步驟六將生長之後的樣品採用氫氟酸溶液腐蝕，去除剩餘的二氧化矽層。
文檔編號H01L21/203GK101315882SQ20071009986
公開日2008年12月3日 申請日期2007年5月31日 優先權日2007年5月31日
發明者任芸芸, 明 劉, 周惠英, 波 徐, 李志剛, 王佔國 申請人:中國科學院半導體研究所