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摘要：本文对比了两种在选择性液相外延生长GaAs微探尖结束后使生长液与衬底脱离的方法：平推法和旋转石墨舟法。利用扫描电子显微镜对两种方法得到的GaAs微探尖表面形貌进行了表征。结果表明，与平推法相比，通过旋转石墨舟法制得的GaAs微探尖表面残留的生长液体积大大减小，从而大大改善了GaAs微探尖的质量。

关键词：GaAs微探尖；扫描近场光学显微镜；生长液；液相外延

1引言

21世纪是高度信息化的时代，随着信息需求量的日益增长和光电子器件尺寸的日益缩小，高密度信息存储受到了越来越多的关注。为了提高信息存储的密度，研究者们提出了各种各样的存储技术。扫描近场光学显微术（SNOM）就是高密度信息存储研究中的一个有力工具，它突破了传统光学显微镜由于光的衍射效应产生的分辨率限制，从而可以实现超高密度大容量信息存储。

在SNOM系统中，探尖是一个重要部件，它的质量和性能直接影响到整个系统的分辨率，对整个系统起到了举足轻重的作用。我们曾提出过一种选择液相外延(LPE)制备GaAs微探尖的方法，这种方法生长的GaAS微探尖阵列分布周期和尺寸可控，表面平整，质量高，适于批量生产。但是这种方法存在着一个明显的缺陷，制备的金字塔状GaAs微探尖几乎都有一个锥面上残留有生长液，从而影响了微探尖的形貌和性能。针对此问题，本文提出一种改善GaAs微探尖表面质量的生长液脱片方法。

2实验

整个实验分为四部分：掩膜的制备；液相外延生长窗口的制备；GaAs微探尖的外延生长；生长液与沉底的分离。

实验中采用的是N型（001）GaAs衬底。首先在预处理好的GaAs衬底上面用电子束蒸发方法沉积一层厚度约为30nm的SiO2薄膜。然后采用传统的光刻和湿法刻蚀手段在GaAs薄膜上面开出边长为45μm的正方形周期性生长窗口。

启动外延炉，待温度升至870℃时,将1g的生长溶剂Ga(纯度为99.9999%)装入石墨舟源槽中,通入氢气(纯度大于99.9999%,流量为5mL/s)30分钟,排除管中的空气。然后将外延炉推至石英反应管上,对Ga在氢气氛下进行高温脱氧2个小时，以便除去Ga表面的氧化物。脱氧结束后，将石英管退出炉膛,待温度降到接近室温时,将处理好的衬底片及生长源快速装入石墨舟相应的衬底片槽和生长源槽中。再次通氢30分钟，排除管中的空气后,重新将外延炉推至反应管上，在氢气氛和850℃恒温下，熔源50分钟。熔源结束后，开始以1℃/min的速率降温,降到815℃时,将衬底推到生长源的下方，使生长源与衬底接触,开始微探尖的生长，此时降温速率仍保持1℃/min,生长时间5分钟。

生长结束后，将生长液与衬底进行分离。作为对比，我们设计了两种方法：平推法和旋转石墨舟法。在第一种方法中，在外延生长结束后，通过石英杆将生长液水平推离衬底；第二种方法，在生长结束时，将石墨舟旋转180度，使生长液因重力的作用与衬底脱离。

3实验结果及分析

平推法制备的GaAs微探尖阵列的SEM图像。这种方法制得的GaAs微探尖，表面的残留生长液非常明显。利用石墨舟旋转法制备的GaAs微探尖阵列的SEM图像。从图中可以看出，石墨舟旋转法没有完全消除微探尖表面的生长液，但与平推法相比，残留的生长液小了很多，改进的效果是比较明显的。

用平推法和石墨舟旋转法制得的单个GaAs微探尖的SEM图像。微探尖的底面边长为45μm。通过估算可知，采用平推法制备的GaAs微探尖表面残留的生长液底面直径为15μm左右，而石墨舟旋转法制得的微探尖残留的生长液底面直径仅为5μm左右。残留生长液体积的显著减小，可以大大改进GaAs微探尖的表面形貌，从而使微探尖的质量得到很大提高。

4结论

用旋转石墨舟法代替原来的平推法，使制备的微探尖表面残留的生长液体积大为减小，因而显著地改善了微探尖的形貌和性能。这对于提高SNOM系统的分辨率，进而提高整个SNOM系统的性能，起到了重大作用。

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