专利名称：用于改善GaAs微探尖质量的生长液旋转倾倒脱片方法
技术领域：
本发明属于信息技术领域，涉及到超高密度光信息存储技术，特别涉及到基 于GaAs材料的用于超高密度光信息写入和读出的集成式扫描近场光学显微(SNOM， scanning near-field optical microscopy)传感器的微探尖生长质量的改进方法。
背景技术：
SNOM是一种微纳尺度物质结构、形貌和理化、生化性质研究的先进光电子 学技术，其利用局限在物体表面小于一个光波长范围内的隐失波提取物体表面结构与 形貌细节，分辨率可远远超过经典光学的衍射极限，达到纳米尺度。SNOM的最重要 的应用之一是超高密度光信息存储。用于此目的的结构紧凑、微型化和适于半导体技 术批量生产的理想集成式SNOM传感头应包括垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL， vertical-cavity surface-emitting-laser)、光探测器和微探尖三个基本结构单元。其中，担 负着光信息写入和读出的微探尖质量的优劣对SNOM传感头的性能有着重要影响。发明人曾提出了一种制备GaAs微探尖的选择液相外延(SLPE， selectiveliquid-phase epitaxy)方法并获得了国家发明专利(专利名称用于超高密度光存 储的集成式微探尖选择生长方法，专利号ZL031334040.0，授权日期2006.3.29)。这 种方法利用液相外延晶体生长对衬底表面材料的选择性和生长过程中的快生长面消失、 慢生长面长大原理，在具有异质掩膜(如SiO2)窗口的GaAs衬底上自动地生长出金字塔 状GaAs微探尖，微探尖的大小和分布可由光刻窗口控制，并且微探尖的尖顶尺寸理论上 可小至原子尺度。这种方法制备的微探尖非常适合采用半导体工艺批量制作基于GaAs 材料的集成式SNOM传感器。目前这种微探尖选择生长技术已取得了重要进展，已经 能够按需要可重复地生长出尺寸与位置精确可控的微探尖，在近场超高密度光存储领域 表现出了潜在的应用价值和前景。但是作为这项技术的提出者和为之努力工作了几年的 实践者，发明人也清楚地了解这项技术还存在一种重要缺陷，尚不能满足实际应用的需 要。这种缺陷就是生长的所有金字塔状微探尖总是有一个塔面上残留生长液，如图1所 示。这种残留的生长液大大降低了微探尖的质量。经许多次实验观察发现，残留生长液 的塔面是确定的，如果将图1中的每个金字塔的四个塔面分别记为左面、右面、上面和 下面，那么残留生长液的塔面均为各金字塔的上面。仔细分析表明，这种现象与常规液 相外延生长结束时采取的水平滑动生长液脱片方式有关。所谓水平滑动生长液脱片方式 是指在外延生长结束时使生长后的外延片与生长液沿水平方向做一相对运动而彼此分离 的方式，由水平滑动式石墨舟完成。这种生长液脱片方式用于大面积二维平面生长的外 延片效果很好，但用于有相当高度的三维金字塔状微探尖结构就会出现问题，就容易在 与外延片水平移动方向相反的金字塔背面(图1中的上面)上留下生长液，如图2所示。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够有效改善GaAs微探尖质量的方法，以解决利用目前的选择液相外延技术制备GaAs微探尖时通过水平滑动方式使生长液与生长后的微 探尖分离所遇到的生长液残留问题。为此，本发明提出了另外一种新的生长液脱片方 法一生长液旋转倾倒脱片方法。该方法能够简单有效地解决水平滑动脱片方法的生长 液残留问题。本发明的技术方案是在按常规方法完成微探尖的选择外延生长之后，通过绕水 平轴将用于生长的石墨舟旋转180度，使已完成生长使命的生长液在重力作用下自动地 从外延片上脱落下来，从而不会残留在微探尖表面上。实现这一技术并不困难，只需将 常规的石墨舟结构稍作改动，由水平滑动式改为可旋转式即可。生长时，衬底片需要固 定在可旋转石墨舟中的衬底卡槽中，以免生长完成后旋转石墨舟时随其上面的生长液一 起脱落下来。另外，生长液的上方应留有足够的空间，以便石墨舟旋转后生长液能够完 全脱落下来，实现与旋转到上方的外延片的分离，如图3所示。本发明的效果和益处是能够简单有效地解决基于选择液相外延技术制备的GaAs 集成式SNOM传感器微探尖表面的生长液残留问题，从而改进传感器的工作性能。此 外，这种质量改进后的GaAs微探尖也可广泛用于原子力显微镜(AFM，atomic force microscope) > 扫描隧道显微镜(STM, scanning tunnelingmicroscope)禾口电光米样(EOS, electro-optic sampling)等设备上。
附图1是采用水平滑动生长液脱片方式制备的GaAs金字塔状微探尖阵列的扫描 电子显微镜(SEM)照片，照片的放大倍数为550倍。很明显，每个微探尖除其上塔面留 有明显的生长液残斑外，其余三个塔面均很光滑。箭头所指是生长液与生长后的微探尖 分离时，微探尖相对生长液的移动方向。附图2与附图3是用以说明水平滑动生长液脱片方式造成的微探尖表面生长液残 留示意图。图2是生长结束后但生长液尚未与微探尖分离时的情形。图中右向和左向两 个箭头分别表示分离时生长液与微探尖的相对移动方向。图3是生长液与微探尖分离后 的情形。由于微探尖有一定高度，造成与其相对移动方向相反的塔面上残留生长液，这 种情形与山峰的背阴面相似。附图4与附图5是用以说明生长液旋转倾倒脱片方法可避免微探尖表面生长液残 留示意图。图4是生长结束后但生长液尚未与微探尖分离时的情形。图中箭头表示分离 时生长液与微探尖一起绕水平轴旋转180度；图5是生长液与微探尖分离后的情形。由 于重力作用，旋转过程中生长液会自动从微探尖表面脱落下来，从而避免了生长液的残留。
具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式
。步骤1在(001)向GaAs衬底片表面采用电子束蒸发方法或其他方式沉积一层厚度为 20 30nm的SiO2薄膜，然后利用常规光刻和腐蚀方法在SiO2薄膜上刻蚀出周期性方形 窗口阵列。窗口的尺寸可根据需要调整，通常为20μιηΧ20μιη-40μιηΧ40μιη。
步骤2将通过步骤1加工过的衬底片和由GaAs多晶与Ga液配制的生长源分别装入可 旋转石墨舟的衬底槽和源槽中进行常规液相外延，在周期性方形窗口中生长出金字塔状 GaAs微探尖阵列。步骤3GaAs微探尖阵列生长结束后，通过旋转倾倒方式将石墨舟绕水平轴旋转180 度，使生长液在重力作用下自动地从转到上部的外延片上脱落下来，从而不会残留在微 探尖表面上。生长时，衬底片需要固定在可旋转石墨舟中的衬底片卡槽中，以免生长完 成后旋转石墨舟时随其上面的生长液一起脱落下来。另外，生长液的上方应留有足够 的空间，以便石墨舟旋转后生长液能够完全脱落下来，实现与旋转到上方的外延片的分 离，如图3所示。
权利要求
1. 一种用于改善GaAs微探尖质量的生长液旋转倾倒脱片方法，是在利用选择液相外 延技术制备GaAs微探尖时为避免生长液在微探尖表面上的残留而采取的一种新的生长液 与外延片分离方法，其特征在于在采用选择液相外延技术完成了 GaAs微探尖生长之 后，通过绕水平轴将石墨舟旋转180度的方式使已完成生长使命的生长液在重力作用下 自动地从外延片上脱落下来。
全文摘要
一种用于改善GaAs微探尖质量的生长液旋转倾倒脱片方法，属于信息技术领域。本发明的技术特征是通过绕水平轴将石墨舟旋转180度的方式使已完成生长使命的生长液在重力作用下自动地从外延片上脱落下来，从而可避免由较高的微探尖造成的生长液在微探尖的表面上的残留问题。本发明的效果和益处是能够简单有效地改进基于选择液相外延技术制备的GaAs集成式SNOM传感器的工作性能。
文档编号B82Y40/00GK102012438SQ201010296998
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者张贺秋, 曲光伟, 梁秀萍, 胡礼中, 赵宇, 邱宇, 骆英民 申请人:大连理工大学