GaMnN稀磁半導(dǎo)體的ECR-PEMOCVD生長研究.pdf

1、摻有Mn、Fe等過渡金屬元素的Ⅲ-Ⅴ族稀磁半導(dǎo)體(DMS)材料和鐵磁/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料，由于其具備半導(dǎo)體和磁性材料的綜合特性，可望廣泛應(yīng)用于未來的磁(自旋)電子器件，從而使傳統(tǒng)的電子工業(yè)面臨一場新的技術(shù)革命。絕大部分稀磁半導(dǎo)體在遠低于常溫時就已失去磁性。摻Mn的氮化鎵(GaN)基DMS-(Ga,Mn)N的居里溫度超過室溫，是能實現(xiàn)室溫或更高溫度下載流子誘導(dǎo)鐵磁性的優(yōu)選材料。本論文的主要工作是在本實驗室自行研制的半導(dǎo)體薄膜生長裝置(ESP

2、D-U)上，采用電子回旋共振等離子體增強金屬有機化學(xué)氣相沉積(ECR-PEMOCVD)方法，以高活化氮，氫等離子體為氮和氫源，以三乙基鎵(TEGa)作為鎵源，研究在藍寶石襯底上自組織生長(Ga,Mn)N稀磁量子點的初始薄膜低溫生長工藝，包括襯底的預(yù)處理(氫等離子體清洗、氮等離子體氮化、緩沖層生長)，晶質(zhì)較好的GaN異質(zhì)外延，以及稀磁半導(dǎo)體GaMnN薄膜的初步生長。另外，在比較近幾年實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過實驗初步探討了微波功率對于氮化的影

3、響，得到了微波功率對于氮化的“溫度窗”。在整個實驗過程中，用反射高能電子衍射(RHEED)原位監(jiān)測膜生長。在實驗室以往的最佳清洗條件下，通過改變氫氮等離子體、氮化時間和氮化溫度得到了較好的氮化條件，并用GaN緩沖層的生長情況進行驗證。通過RHEED、X射線衍射(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)、拉曼光譜和電子探針測試結(jié)果的詳細分析，得出了較優(yōu)化的工藝條件，生長出了晶質(zhì)較好、表面較平整的氮化層和GaN緩沖層，在此基礎(chǔ)上采用二茂錳作為錳源，