一种化合物半导体金属元素量子结构及其制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术的方法可在常压下、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。拓宽化合物半导体中金属元素应用。拓宽化合物半导体中金属元素应用。

【技术实现步骤摘要】
一种化合物半导体金属元素量子结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术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。
[0005]为实现上述目的，本专利技术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：
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]优选地，所述步骤S4中的保护性气体为氩气或氮气。
[0015]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。
[0016]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：
[0017]S1：在蓝宝石衬底上沉积GaN材料得到GaN薄膜；
[0018]S2：在GaN薄膜上方沉积AlN材料得到衬底AlN薄膜；
[0019]S3：将目标AlN薄膜覆盖于衬底AlN薄膜的上方；
[0020]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。
[0021]本专利技术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。
[0022]本专利技术采用上述技术方案的优点是：
[0023]本专利技术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。本专利技术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
[0024]为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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。
[0025]图1为本专利技术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；
[0026]图2为本专利技术实施例1中化合物半导体金属元素量子结构的制备结构示意图；
[0027]图3为本专利技术实施例1制备的Ga量子结构颗粒的光学显微图；
[0028]图4为本专利技术实施例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；
[0029]图5为本专利技术实施例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
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]本专利技术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：
[0032]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；
[0033]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；
[0034]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；
[0035]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。
[0036]本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓娟，贲建伟，黎大兵，张山丽，蒋科，吕顺鹏，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：