半导体纳米柱阵列结构的制作方法
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1.一种半导体纳米柱阵列结构的制作方法，包括如下步骤：
步骤1：在一半导体衬底上生长铝层；
步骤2：对铝层进行阳极氧化，形成孔洞由表面直达半导体衬底，形成多孔氧化铝膜；
步骤3：在多孔氧化铝膜的表面淀积金属，在多孔氧化铝膜的孔洞内形成金属点；
步骤4：将多孔氧化铝膜湿法腐蚀掉，从而在半导体衬底上形成金属点阵列；
步骤5：以金属点阵列为掩膜对半导体衬底进行刻蚀，去掉金属点阵列，在半导体衬底上形成半导体纳米柱阵列。
2.根据权利要求1所述的半导体纳米柱阵列结构的制作方法，其中铝层的生长方法是采用电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射的方法。
3.根据权利要求1所述的半导体纳米柱阵列结构的制作方法，其中在多孔氧化铝膜孔中淀积金属的方法是采用蒸发、溅射、化学气相沉积、原子层沉积或化学镀的方法。
4.根据权利要求1所述的半导体纳米柱阵列结构的制作方法，其中在多孔氧化铝膜的表面淀积的是金属单质、合金或金属化合物。
5.根据权利要求1所述的半导体纳米柱阵列结构的制作方法，其中半导体衬底的材料是体材料，或是量子阱或超晶格多层结构材料。
技术领域
本发明涉及半导体纳米结构的制备技术，更具体地说，本发明涉及到以多孔阳极氧化铝膜为模板，在孔中淀积金属点实现图形反转移，获得半导体纳米柱阵列结构的方法。
背景技术
由于PAA模板的孔直径已经达到几十纳米量级，在利用其制备纳米结构时对图形转移工艺提出了较高的要求。目前常见的是在PAA模板底部预先淀积一层金属作为导电层，通过电镀工艺制备金属纳米点或纳米线阵列，然而利用PAA制备半导体纳米结构还比较困难。本发明提供了一种获得半导体衬底上纳米柱阵列结构的方法。利用两步图形转移方法，先在PAA孔中沉积金属点，快速热退火使金属点与衬底结合紧密，去除PAA模板后以金属点阵列为掩膜刻蚀衬底，即可得到半导体纳米柱阵列。此方法便于调控纳米结构的几何参数，实现简单，效率高。
发明内容
本发明提供一种半导体纳米柱阵列结构的制作方法，包括如下步骤：
步骤1：在一半导体衬底上生长铝层；
步骤2：对铝层进行阳极氧化，形成孔洞由表面直达半导体衬底，形成多孔氧化铝膜；
步骤3：在多孔氧化铝膜的表面淀积金属，在多孔氧化铝膜的孔洞内形成金属点；
步骤4：将多孔氧化铝膜湿法腐蚀掉，从而在半导体衬底上形成金属点阵列；
步骤5：以金属点阵列为掩膜对半导体衬底进行刻蚀，去掉金属点阵列，在半导体衬底上形成半导体纳米柱阵列。
其中铝层的生长方法是采用电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射的方法。
其中在多孔氧化铝膜孔中淀积金属的方法是采用蒸发、溅射、化学气相沉积、原子层沉积或化学镀的方法。
其中在多孔氧化铝膜的表面淀积的是金属单质、合金或金属化合物。
其中半导体衬底的材料是体材料，或是量子阱或超晶格多层结构材料。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明的结构和特征作进一步的详细描述，其中：
图1(A)-(F)是本发明的一个制备硅基纳米柱阵列结构的工艺流程示意图。
具体实施方式
步骤1：在一半导体衬底1上生长铝层2，如图1(A)，铝层2的厚度为2μm，该铝层2的生长是采用电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射的方法，半导体衬底是Ⅳ族、Ⅲ-Ⅴ族化合物或Ⅱ-Ⅵ族化合物的体材料或多层结构材料；
步骤2：对铝层2进行阳极氧化，形成孔洞由表面直达半导体衬底1，形成多孔氧化铝膜3；
阳极氧化的过程采用二次氧化法，具体方法为以铝层2为阳极，铂片为阴极，在电解液中进行第一次氧化，电解液为草酸水溶液，氧化过程在水浴10℃下进行，接通直流恒压40V电源。第一次氧化时间为15’。阳极氧化后铝层表面形成孔呈六方排列的多孔氧化铝膜3，孔道与半导体衬底1表面垂直，底部阻挡层呈U型。多孔氧化铝膜3底部仍保留一层没有被氧化的铝层2，厚度由第一次氧化时间控制。
将第一次阳极氧化生成的多孔氧化铝层全部腐蚀掉。腐蚀后铝层表面形成排列有序的凹坑。对剩下的铝层进行第二次氧化，条件与第一次氧化相同。氧化过程进行到半导体衬底-铝界面时立即停止，时间为9’5”，在衬底1上获得多孔氧化铝膜3(其底部阻挡层为反型)，多孔氧化铝膜3的厚度为700nm。将氧化铝底部的阻挡层湿法腐蚀掉，获得孔底穿通的多孔氧化铝膜3(如图1(B))。二次氧化法的作用有二，一是提高多孔氧化铝膜3孔排列的有序度，二是通过控制一次氧化的时间减薄膜厚度。
步骤3：在多孔氧化铝膜3的表面淀积金属，使金属沉积在多孔氧化铝膜3的孔洞内形成金属点4(如图1(C))。其中在多孔氧化铝膜3的表面淀积的是金属单质、合金或金属化合物，淀积的方法是采用蒸发、溅射、化学气相沉积、原子层沉积或化学镀的方法。淀积金属时使金属沉积在孔底，与半导体衬底接触，同时控制金属的厚度，使金属在孔中部分填充而不能覆盖到孔表面。
步骤4：将多孔氧化铝膜3湿法腐蚀掉，选择只腐蚀多孔氧化铝而不腐蚀该金属的腐蚀液，从而在半导体衬底1上形成金属点阵列(如图1(D))。金属点呈圆柱状，彼此分立，平均高度为50nm，平均直径为80nm，平均间距为100nm。
步骤5：以金属点阵列为掩膜对半导体衬底1进行干法刻蚀或湿法腐蚀(如图1(E))，然后腐蚀去掉金属点阵列，在半导体衬底1上形成半导体纳米柱阵列5(如图1(F))。
以上只是举出一个实施的例子，在制备过程中衬底1可以选择不同的半导体材料和结构，如硅、锗、Ⅲ-Ⅴ族半导体材料以及p-n结、量子阱等结构。阳极氧化过程可以通过不同的电解液，如草酸、磷酸、硫酸、乳酸溶液等，不同的温度和电压条件来生长结构参数不同的氧化铝膜。在孔中淀积金属点的方法可以选择蒸发、溅射、化学气相沉积、原子层沉积、化学镀等多种方法，金属可以根据需要选择金属(包括合金)，金属化合物，如氧化锌、硫化镉等物质。对衬底的刻蚀也可以选择干法刻蚀或湿法腐蚀技术。
本发明的核心思想是用两步图形转移法实现半导体纳米柱阵列结构，几何参数(直径、高度、间距)达到几十纳米以下，便于调控，纳米结构阵列有序度高，且能够大面积制备，实现简单，效率高。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
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