【技术实现步骤摘要】
本公开涉及半导体材料制备，尤其涉及一种iii-v族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法。
技术介绍
1、基于majorana束缚态的容错拓扑量子计算是一种近年来被提出并得到认可的解决量子计算机纠错问题的方案。在固态体系中有多种探测majorana束缚态的方案。其中，具有强自旋轨道耦合相互作用的半导体纳米线与s波超导体近邻时，在外磁场辅助下，可以实现p波配对，并在纳米线两端产生majorana束缚态。该方案的物理机制简单明了，成为证majorana束缚态最经典的方案。为使体系更容易进入拓扑超导态，通常要求半导体纳米线材料具有强自旋轨道耦合相互作用和大的朗德g因子。因此，inas和insb纳米线是该方案的理想材料。
2、探测majorana束缚态需要制备半导体/超导体异质结纳米线，并要求其拥有绝佳的异质结界面，当前唯有通过分子束外延技术进行低温原位外延超导金属(如a1)的方式可获得原子级平整且干净的半导体/超导体异质结界面。而对于进一步利用majorana束缚态进行拓扑量子计算，需要对majorana束缚态进行编织。因此，制备出高质量半导体/超导体异质纳米线网络，是该材料体系实现拓扑量子计算的前提。而首要任务，则是制备出高质量半导体纳米线网络。
3、近几年来，人们开展了基于选区外延技术生长平面inas、insb纳米线网络的研究。选区外延技术与分子束外延、金属有机物化学气相外延和化学束外延等用于外延生长iii-v族半导体纳米线的主流技术均可兼容。其中，分子束外延所独有的超高真空环境和超高纯度的源材料可以保证外
4、在选区分子束外延技术中，iii族和v族源材料通常为固态单质源，材料的生长主要涉及原子的吸附、脱附、扩散、结合、分解等一系列物理过程，其在掩膜和衬底表面实现选择性生长的驱动力来源于二者之间的粘附系数差异。由于v族元素的脱附速率通常远高于iii族元素，在选区分子束外延中实现选择性生长的关键因素是iii族元素的脱附。要在选区分子束外延中获得具有良好选择性的平面iii-v族纳米线网络，要求iii族元素在掩膜(siox、sinx以及al2o3等)表面具有高的脱附率和大的扩散长度，以避免因iii族元素在掩膜层上聚集从而破坏生长的选择性。这通常由温度来调控并需要较高的衬底温度，而过高的衬底温度下，iii-v族半导体纳米线无法进行外延生长，这使得利用传统的选区分子束外延生长iii-v族半导体纳米线网络的生长条件窗口狭窄，优化iii-v族半导体纳米线晶体质量的空间有限；还会出现选择性生长窗口与成核生长窗口没有重合区间的情况，导致半导体纳米线无法进行选区分子束外延生长。当前，虽已成功在iii-v族半导体衬底上制备出inas、insb纳米线网络，但纳米线中仍然普遍存在位错、层错、孪晶等缺陷；此外，纳米线在掩膜上的横向生长，会导致纳米线直径增大；纳米线和iii-v族衬底之间还可能产生互扩散掺杂。受制于材料质量问题，尚未在平面inas、insb纳米线中探测到量子化电导平台等关键输运特征。
5、当前，亟需探索扩展iii-v族半导体纳米线选区分子束外延的生长参数区间的方法，以提高iii-v族半导体纳米线的晶体质量；此外，当前平面iii-v族半导体纳米线的选区分子束外延研究局限于iii-v族衬底，亟需探索在其它衬底上选区外延半导体纳米线网络的可能性，以制备出更高质量的iii-v族半导体纳米线网络。
技术实现思路
1、有鉴于此，本公开提供一种iii-v族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，用于解决上述技术问题。
2、本公开提供一种iii-v族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，包括：将图形化衬底放置于分子束外延设备中，在图形化衬底上同时生长iii-v族半导体形核层和iii族液滴；以iii族液滴和iii族源炉束流同时作为iii-v族半导体低维结构生长所需的iii族源材料，在iii-v族半导体形核层上原位外延生长iii-v族半导体低维结构。
3、根据本公开的实施例，在图形化衬底上生长iii-v族半导体形核层对应的生长参数与在iii-v族半导体形核层上原位外延生长iii-v族半导体低维结构对应的生长参数相同或不同，生长参数包括衬底温度、iii族元素束流、v族元素束流、v族元素种类中的至少之一。
4、根据本公开的实施例，iii-v族半导体形核层和iii族液滴中包含的iii族元素相同。
5、根据本公开的实施例，iii-v族半导体形核层和iii-v族半导体低维结构包含的iii族元素相同，iii-v族半导体形核层和iii-v族半导体低维结构包含的v族元素相同或不同，且v族元素包括至少一种元素。
6、根据本公开的实施例，制备iii-v族半导体低维结构的材料包括化合物半导体inas、化合物半导体inp、化合物半导体insb、化合物半导体inassb、化合物半导体gaas、化合物半导体gap、化合物半导体gasb中的其中一种；iii-v族半导体低维结构包括inas外延层、insb外延层或inassb外延层。
7、根据本公开的实施例，图形化衬底为覆盖无定型掩膜的衬底。
8、根据本公开的实施例，无定型掩膜包括siox、sinx或alox，衬底包括iii-v族半导体衬底、硅衬底或锗衬底。
9、根据本公开的实施例，图形化衬底上暴露出衬底的开孔区域，iii-v族半导体形核层和iii族液滴在图形化衬底上暴露出衬底的开孔区域中进行局域的选择性生长，不在无定型掩膜上生长。
10、根据本公开的实施例，iii-v族半导体低维结构包括iii-v族半导体纳米线或iii-v族半导体纳米线交叉网络。
11、根据本公开的实施例，iii-v族半导体低维结构的取向、长度和宽度基于图形化衬底的图形化开口控制。
12、根据本公开实施例提供的iii-v族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，至少包括以下有益效果：
13、iii-v族半导体低维结构先后分为两步生长，第一步选择性生长iii-v半导体成核层和iii族液滴，第二步以iii族液滴和iii族源炉束流同时作为iii族源材料，在iii-v族半导体成核层上继续外延生长iii-v族半导体低维结构，通过双iii族源的生长方式可扩展第二步生长过程中iii-v族半导体纳米线外延生长的生长参数区间，如生长温度、束流大小及v/iii比等，在扩展的生长参数区间中，外延生长的iii-v族半导体低维结构可获得更高的晶体质量。iii-v族半导体低维结构与图形化衬底之间的晶格失配，通过在界面处产生周期性失配位错进行良好的非弹性弛豫，确保iii-v族半导体低维结构内部具有高的晶体质量。iii-v族半导体低维结构在图形化衬底上本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种III-V族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，包括：
2.根据权利要求1所述的III-V族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，其中，在所述图形化衬底上生长III-V族半导体形核层对应的生长参数与在所述III-V族半导体形核层上原位外延生长所述III-V族半导体低维结构对应的生长参数相同或不同，所述生长参数包括衬底温度、III族元素束流、V族元素束流、V族元素种类中的至少之一。
3.根据权利要求1所述的III-V族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，其中，所述III-V族半导体形核层和所述III族液滴中包含的III族元素相同。
4.根据权利要求1或3所述的III-V族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，其中，所述III-V族半导体形核层和所述III-V族半导体低维结构包含的III族元素相同，所述III-V族半导体形核层和所述III-V族半导体低维结构包含的V族元素相同或不同，且所述V族元素包括至少一种元素。
5.根据权利要求4所述的III-V族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，其中，制备所述III-V族
6.根据权利要求1所述的III-V族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，其中，所述图形化衬底为覆盖无定型掩膜的衬底。
7.根据权利要求6所述的III-V族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，其中，所述无定型掩膜包括SiOx、SiNx或AlOx，所述衬底包括III-V族半导体衬底、硅衬底或锗衬底。
8.根据权利要求1或7所述的III-V族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，其中，所述图形化衬底上暴露出所述衬底的开孔区域，所述III-V族半导体形核层和所述III族液滴在所述图形化衬底上暴露出所述衬底的开孔区域中进行局域的选择性生长，不在所述无定型掩膜上生长。
9.根据权利要求1所述的III-V族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，其中，所述III-V族半导体低维结构包括III-V族半导体纳米线或III-V族半导体纳米线交叉网络。
10.根据权利要求9所述的III-V族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，其中，所述III-V族半导体低维结构的取向、长度和宽度基于所述图形化衬底的图形化开口控制。
...【技术特征摘要】
1.一种iii-v族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，包括：
2.根据权利要求1所述的iii-v族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，其中，在所述图形化衬底上生长iii-v族半导体形核层对应的生长参数与在所述iii-v族半导体形核层上原位外延生长所述iii-v族半导体低维结构对应的生长参数相同或不同，所述生长参数包括衬底温度、iii族元素束流、v族元素束流、v族元素种类中的至少之一。
3.根据权利要求1所述的iii-v族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，其中，所述iii-v族半导体形核层和所述iii族液滴中包含的iii族元素相同。
4.根据权利要求1或3所述的iii-v族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，其中，所述iii-v族半导体形核层和所述iii-v族半导体低维结构包含的iii族元素相同，所述iii-v族半导体形核层和所述iii-v族半导体低维结构包含的v族元素相同或不同，且所述v族元素包括至少一种元素。
5.根据权利要求4所述的iii-v族半导体低维结构的选区分子束外延制备方法，其中，制备所述iii-v族半导体低维结构的材料包括化合物半导体inas、化合物半导体inp、化合物半导体insb、化...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘东，刘磊，赵建华，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
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