专利名称：以二氧化硅为掩模定位生长量子点的方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，为里子占材料的生
长技术，特别是指 一 种以二氧化硅为掩模定位生长
子点、的方法
北 冃景技术
在半导体材料领域中量子点具有许多独特的光学
性质和电学性质，如光吸收、光增益及光反射;並 i曰更尖
锐激子和杂质的束缚能增大，if干涉效应、子
隧穿效应及库仑阻塞效应(Co 1umbb1a_ sk ade等这
些性质使得量子点在光电子、微电子领域員有极大的
应用潜力，如研制阈值更低、效率更咼、执 "、、稳定性更
好的1:子点、激光器，更高速度的微电子器件HEMT ，FET )和单电子存储器件等。在量子点材料的制备中， 通常采用的方法是自组装生长量子点，应变自组装法 能制备出高密度、无缺陷的量子点，但也存在尺寸均 匀性不够高、分布随机等缺点。
一 些器件对量子点的分布有特殊的要求如子细胞白动机、单电子曰 曰曰体
管、单电子存储器等器件要求量子点生长在特定的位
置，而这胜器件正是纳米电子学发展的重要叫 益件因
此，如何实现量子点的定位、可控生长正成为量子点
材料研内的个执 八"点、定位生长量子点的方法，近年
来已有很多研究，如利用埋层的位错网格影响量子,点
的成核位置，使量子占 乂 、、^沿位错分布达到控制量子点生
长的巨的生长多层量子占 j 、、、使量子占 '"、经过多层堆垛生
长之后呈有序分布在临曰 曰曰面上进行生长利用临晶面
上的原子台阶控制量子点的生长等但这些方法定位
生长量子点的效果不佳，但量子点在衬底上的定位生
长仍是复杂的过程，需要提供有效的方法实现子点
的选择性定位生长0
发明内容
本发明的目的在于，提供 一 种以二氧化硅为掩模
定位生长量子点的方法，其是在GaAs衬底上采用图形 化的二氧化硅掩模技术，可以精确控制量子点生长的位置。
本发明提供 一 种以二氧化硅为掩模定位生长量子 点的方法，其特征在于，该方法包括以下制备步骤-
步骤 一 选择 一 衬底，在该衬底上面蒸镀二氧化硅层；
步骤二在二氧化硅层的上面涂一层光刻胶，在 光刻胶上电子束曝光刻出所需图形结构；
步骤三对样品进行干法刻蚀，将所需图形结构
转移到二氧化硅层的表面；
步骤四对样品进行去除光刻胶处理和清洁处理；
步骤五将处理好的样品放入生长室生长GaAs材
料；
步骤六将生长之后的样品采用氢氟酸溶液腐蚀，
去除剩余的二氧化硅层。
其中所述的衬底的材料为GaAs。
其中步骤一所述的在衬底上蒸镀的二氧化硅层的
厚度为5 0nm
其中步骤二所述的电子束曝光刻出的图形直径小
于1 0 0 nm
其中步骤四所述的对样品进行去胶和清洁处理，
是指采用去胶液去除样表面的光刻胶之后，按以下
顺序在煮沸的有机溶剂中去有机物和杂质，并将此过
程循环2次，其中包括:石油醚2 --3分钟、无水乙醇
2-3分钟、丙酮2-3分钟、三氯乙烯8分钟-2次、 丙酮2- 3分钟、无水乙醇2- 3分钟，再进行数遍高纯去离子水冲洗。
中步骤五所述的将样品放入生长室生长GaAs材
料， 其是采用固态分子束外延在高温下进行生长，生
长温度为620°C，生长速度为O.O 9ym/h， As压
保持在4X10-6 Pa， 生长厚度为3 Onm。
为了进一步说明本发明的特征和效果，下面结合
附图和实施例对本发明做进 一 步的说明如后，其中
图1是在光刻胶上刻出图形的结构示意图2是生长GaAs材料之前衬底与二氧化硅掩模的
结构示思图
員体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明
白，以下参照附图，对本发明进一步详细说明。
请参阅图1及图2所示，本发明以二氧化硅为掩
模定位生长量子点的方法，包括
1首先在半绝缘的平面GaAs衬底1 0上面采
用等离子i曾强化学气相沉积技术(PECVD)蒸镀上50
nm左右的二氧化硅层2 0。蒸镀二氧化硅层2 O的目的是为定位生长量子点提供掩模，采用PECVD技术蒸 镀二氧化硅层2 0的目的是为了得到平整的掩模。
(2)蒸镀有二氧化硅层2 0的GaAs衬底1 0上 涂上光刻胶层3 0，采用电子束曝光技术刻出直径为 9 0 nm左右，中心距为2 0 0 nm左右的圆孔。目的是 为定位生长量子点提供窗口 ，如图1所示。
(3 )采用干法刻蚀和去胶和清洁处理，其中采 用干法刻蚀是将图形窗口中的二氧化硅层2 0刻蚀 掉，将图形结构转移到二氧化硅层2 0的表面。干法
刻蚀采用的气体为四氯化硅和氩气的混合气体，然后 将光刻胶3 0去除，使图形窗口中的GaAs暴露于生长 表面，如图2所示；其中对样品进行清洁处理，是指 采用去胶液去除样品表面的光刻胶3 0之后，按以下
顺序在煮沸的有机溶剂中去有机物和杂质，并将此过 程循环2次，其中包括石油醚2-3分钟、无水乙醇 2- 3分钟、丙酮2- 3分钟、三氯乙烯8分钟-2次、 丙酮2-3分钟、无水乙醇2- 3分钟，再进行数遍高 纯去离子水冲洗。
(4)将带有二氧化硅层2 0的衬底1 O清洗之
后送入分子束外延设备的生长室进行生长。生长温度 为6 2 0 °C，生长速度为O.O 9 um/h，生长了3 0 nm的 GaAs。
由于在高温6 2 0 。C下生长 GaAs， GaAs在二氧化硅层20上的吸附性很小，在通过开出的窗
口而暴露于生长表面的GaAs上吸附性很大，通过Ga 原子在表面上的迁移，GaAs将主要沉积在图形窗口里， 实现GaAs量子点的定位生长。
(5 )将生长之后的样品取出，采用氢氟酸溶液 进行腐蚀，由于氢氟酸溶液对于二氧化硅层2 0与 GaAs有良好的选择性，即能以很快的速度将二氧化硅 层2 0腐蚀掉，却不腐蚀GaAs衬底1 0以及所生长的 量子点。所以氢氟酸溶液将二氧化硅层2 0完全腐蚀 掉后，只留下定位生长在图形窗口中的GaAs量子点，
采用本发明的方法生长的量子点的排列有序，都排列 在电子束曝光所刻的二氧化硅层2 0的图形窗口中，
实现了量子点的定位生长。
权利要求
1.一种以二氧化硅为掩模定位生长量子点的方法，其特征在于，该方法包括以下制备步骤步骤一选择一衬底，在该衬底上面蒸镀二氧化硅层；步骤二在二氧化硅层的上面涂一层光刻胶，在光刻胶上电子束曝光刻出所需图形结构；步骤三对样品进行干法刻蚀，将所需图形结构转移到二氧化硅层的表面；步骤四对样品进行去除光刻胶处理和清洁处理；步骤五将处理好的样品放入生长室生长GaAs材料；步骤六将生长之后的样品采用氢氟酸溶液腐蚀，去除剩余的二氧化硅层。
2.按权利要求l所述的以二氧化硅为掩模定位生长量子点的方法，其特征在于，其中所述的衬底的材料为GaAs 。
3. 按权利要求1所述的以二氧化硅为掩模定位 生长量子点的方法，其特征在于，其中步骤一所述的在衬底上蒸镀的二氧化硅层的厚度为5 0 nm。4 按权利要求1所述的以二氧化硅为掩模定位生长量子点的方法，其特征在于，其中步骤二所述的电子束曝光刻出的图形直径小于1 0 0 nm 。5按权利要求1所述的以二氧化硅为掩模定位生长量子点的方法，其特征在于，其中步骤四所述的对样n 口FI进行去胶和清洁处理，是指采用去胶液去除样p BO表面的光刻胶之后，按以下顺序在煮沸的有机溶剂中去有机物和杂质，并将此过程循环2次，其中包括石油醚2-3分钟、无水乙醇2- 3分钟、丙酮2-3分钟、二氯乙烯8分钟-2次、丙酮2 - 3分钟、无水乙醇2- 3分钟，再进行数遍高纯去离子水冲洗。6按权利要求1所述的以二氧化硅为掩模定位生长量子点的方法，其特征在于，其中步骤五所述的将样叩放入生长室生长GaAs材料，其是采用固态分子束外延在高温下进行生长，生长温度为6 2 0。C，生长速度为0.0 9 um/h， As压保持在4Xl 0-- 6Pa，生长厚度为 3 0 nm 。
全文摘要
一种以二氧化硅为掩模定位生长量子点的方法，其特征在于，该方法包括以下制备步骤步骤一选择一衬底，在该衬底上面蒸镀二氧化硅层；步骤二在二氧化硅层的上面涂一层光刻胶，在光刻胶上电子束曝光刻出所需图形结构；步骤三对样品进行干法刻蚀，将所需图形结构转移到二氧化硅层的表面；步骤四对样品进行去除光刻胶处理和清洁处理；步骤五将处理好的样品放入生长室生长GaAs材料；步骤六将生长之后的样品采用氢氟酸溶液腐蚀，去除剩余的二氧化硅层。
文档编号H01L21/203GK101315882SQ20071009986
公开日2008年12月3日 申请日期2007年5月31日 优先权日2007年5月31日
发明者任芸芸, 明 刘, 周惠英, 波 徐, 李志刚, 王占国 申请人:中国科学院半导体研究所