稀磁半導(dǎo)體GaMnN薄膜的ECR-PEMOCVD生長和特性研究.pdf

1、本論文是在國家自然科學(xué)基金(GaN基稀磁半導(dǎo)體量子點的白組織生長與特性，項目批準號：60476008)項目的支持下進行的。 GaN基稀磁半導(dǎo)體，尤其是GaMnN以其超過室溫的居里溫度和本底材料GaN可以在高溫、大功率光電器件領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而成為最有前景的稀磁半導(dǎo)體材料。 本文是在生長GaN薄膜工藝基礎(chǔ)之上，通過摻入Mn而對GaMnN稀磁半導(dǎo)體薄膜的生長與特性進行研究。實驗是在自行研制的配有反射高能電子衍射(RHEED

2、)原位監(jiān)測設(shè)備的電子回旋共振一等離子體增強金屬有機物化學(xué)氣相沉積(ECR-PEMOCVD)裝置上進行。采用二茂錳(Cp2Mn)作為錳源，高純氮氣作為氮源，三乙基鎵(TEGa)作為鎵源，在藍寶石(α-Al<,2>O<,3>)(0001)襯底上外延生長GaMnN稀磁半導(dǎo)體薄膜。 實驗研究了生長溫度、二茂錳流量和N<,2>流量對薄膜中Mn摩爾含量的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，提高二茂錳的流量，合適的生長溫度和提高N<,2>的流量都可以提高Mn的含

3、量。實驗中，溫度太低，不利于二茂錳的離解，造成薄膜中Mn不高；溫度太高，反而造成沉積到薄膜中的Mn揮發(fā)，所以錳含量減??；680℃時為合適的生長溫度。提高N<,2>流量，能夠提高氮等離子體密度，這顯然有利于促進二茂錳的離解，所以提高N<,2>流量更易于獲得高Mn含量的GaMnN薄膜。實驗生長出了Mn含量高達為2.952％，且晶質(zhì)較好的稀磁半導(dǎo)體薄膜。 同時還研究了Mn含量對晶體質(zhì)量的影響。對于Mn摩爾含量0.134％～2.952％

4、的GaMnN薄膜，反射高能電子衍射(RHEED)可以看出衍射點亮而規(guī)則，說明GaMnN薄膜的結(jié)晶質(zhì)量很好。X射線衍射(XRD)均表現(xiàn)出良好的(0002)擇優(yōu)取向，表明制備的薄膜傾向于C軸方向生長，薄膜保持很好的纖鋅礦結(jié)構(gòu)。同時原子力顯微鏡(AFM)還表征了GaMnN薄膜的表面形貌。表面形貌是由許多亞微米量級的晶粒按一致的取向規(guī)則堆砌而成的。 超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)分析表明，薄膜呈鐵磁性，鐵磁性僅可能來源于三元相GaMnN，