[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

说明书

本发明提供了一种在GaAs二维电子系统上构建人工晶格的制备方法和应用，这种人工晶格的晶格周期可以人为地设计，具有一定的灵活性，在电子技术方面有着巨大的应用价值；可以从电子调节为空穴，即电子型器件与空穴型器件间的转换，在电子技术方面有着巨大的应用价值。

技术领域

本发明属于半导体领域，具体涉及一种在GaAs二维电子系统上构建人 工晶格的制备方法。

背景技术

石墨烯所具有的特殊能带结构(线性色散关系)导致其具有许多新奇物 理特性，其特殊的π贝里相位可使载流子处于某些特殊的拓扑量子态，因 此石墨烯被广泛应用于研制新奇量子器件，具备用于拓扑量子计算的可能。 另外，石墨烯多数载流子可以从电子调节为空穴，即电子型器件与空穴型 器件间的转换，这在电子技术方面也有着巨大的应用价值。

理论预言在GaAs/AlGaAs二维电子系统施加周期调制势后所形成的类 似于石墨烯六角排列的人工晶格在一定条件下会初步呈现出线性色散关 系。相比石墨烯，这种人工晶格的晶格周期可以人为地设计，具有一定的 灵活性。在实验物理中制备出符合条件的人工晶格是验证该理论预言的首 要任务，本发明所涉及的微加工工艺提供了制备人工晶格的一种途径。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，本发明为半导体器 件的微加工工艺，利用电子束曝光和干法刻蚀技术相结合制备小周期的人 工晶格的制备方法和应用。曝光、显影与刻蚀参数是制备均匀晶格的关键。

在阐述本发明的技术方案之前，定义本文中所使用的术语如下：

术语“PMMA”是指：聚甲基丙烯酸甲酯。

术语“Hall Bar”是指：传统的四端法测电阻器件，呈“艹”形状。

术语“MIBK”是指：甲基异丁酮。

术语“二维电子气”是指：位于GaAs/AlGaAs界面的一层导电沟道， 厚度10nm量级，但沿厚度方向的运动忽略不计，只考虑沿着界面内的载流 子运动，故属于二维。

术语“EHT”是指：极高压，电子束曝光的参数。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种包含GaAs二维电子系 统的层状结构，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。

优选地，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。

优选地，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。

本发明的第二方面提供了一种基于GaAs二维电子系统的人工晶格，所 述人工晶格通过本发明第一方面所述的包含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。