[发明专利]包含GaAs二维电子系统的层状结构、人工晶格及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种包含GaAs二维电子系统的层状结构，其特征在于，所述层状结构包括：

衬底和从下至上依次设置于所述衬底上的：

GaAs/Al_xGa_1-xAs超晶格层；

第一GaAs层；

二维电子气层，设置于第一GaAs层与第一Al_xGa_1-xAs层界面处；

第一Al_xGa_1-xAs层；

掺杂层；

第二Al_xGa_1-xAs层；以及

第二GaAs层。

2.根据权利要求1所述的包含GaAs二维电子系统的层状结构，其特征在于，所述GaAs/Al_xGa_1-xAs超晶格层包含40-60个间隔周期，优选为50个间隔周期。

3.根据权利要求1所述的包含GaAs二维电子系统的层状结构，其特征在于，所述二维电子气层的材料为GaAs/AlGaAs异质结二维电子气；和/或

所述掺杂层的材料选自硅或锗，优选为硅；和/或

所述衬底的材料为GaAs。

4.一种基于GaAs二维电子系统的人工晶格，其特征在于，所述人工晶格通过权利要求1所述的包含GaAs二维电子系统的层状结构经电子束曝光和干法刻蚀制得。

5.根据权利要求4所述的人工晶格的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

对所述包含GaAs二维电子系统的层状结构涂胶及热板烘烤；

对涂胶后的包含GaAs二维电子系统的层状结构进行电子束曝光及显影；

对曝光后的包含GaAs二维电子系统的层状结构进行干法刻蚀；和

去胶。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

对所述包含GaAs二维电子系统的层状结构涂胶使用PMMA胶，使用台式匀胶机进行涂胶，转速为5000～7000rpm；

所述热板烘烤温度为100℃～250℃，优选为150℃～200℃，最优选为180℃；和/或

所述去胶过程使用丙酮溶液浸泡所述包含GaAs二维电子系统的层状结构，优选地，用铝箔覆盖加热，最优选地，加热温度为80℃，加热时间为10分钟。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，通过调节电子束曝光参数控制人工晶格周期在100-600nm。

8.根据权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于，对所述涂胶后的包含GaAs二维电子系统的层状结构进行电子束曝光时，显影使用MIBK与异丙醇的混合溶液，优选地，MIBK与异丙醇的体积比为1:3到1:4；最优选地，MIBK与异丙醇的体积比为1:3。

9.根据权利要求5-8任一项所述的方法，其特征在于，对所述曝光后的包含GaAs二维电子系统的层状结构进行干法刻蚀时，BCl₃流量为5.0～25.0sccm，Cl₂流量为1.0～5.0sccm，Ar流量为0.0～15.0sccm，压强为1.0～5.0mTorr，RF功率为5～25W，ICP功率为100～500W，温度为10～50℃，相应的刻蚀速率：150～500纳米/分钟；优选地，BCl₃流量为8.0～12.0sccm，Cl₂流量为2.0～4.0sccm，Ar流量为8.0～12.0sccm，压强为2.0～3.0mTorr，RF功率为10～20W，ICP功率为200～400W，温度为20～30℃，相应的刻蚀速率：200～400纳米/分钟；

最优选地，BCl₃流量为10.0sccm，Cl₂流量为2.5sccm，Ar流量为10.0sccm，压强为2.5mTorr，RF功率为15W，ICP功率为300W，温度为25℃，刻蚀速率：260～270纳米/分钟。

10.权利要求1或2所述的包含GaAs二维电子系统的层状结构或权利要求4所述的基于GaAs二维电子系统的人工晶格在制备半导体器件中的应用；优选地，所述半导体器件为新型量子器件。