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

1、本論文是在國(guó)家自然科學(xué)基金(GaN基稀磁半導(dǎo)體量子點(diǎn)的白組織生長(zhǎng)與特性，項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：60476008)項(xiàng)目的支持下進(jìn)行的。 GaN基稀磁半導(dǎo)體，尤其是GaMnN以其超過(guò)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(zhǎng)GaN薄膜工藝基礎(chǔ)之上，通過(guò)摻入Mn而對(duì)GaMnN稀磁半導(dǎo)體薄膜的生長(zhǎng)與特性進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)是在自行研制的配有反射高能電子衍射(RHEED

2、)原位監(jiān)測(cè)設(shè)備的電子回旋共振一等離子體增強(qiáng)金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(ECR-PEMOCVD)裝置上進(jìn)行。采用二茂錳(Cp2Mn)作為錳源，高純氮?dú)庾鳛榈?，三乙基?TEGa)作為鎵源，在藍(lán)寶石(α-Al<,2>O<,3>)(0001)襯底上外延生長(zhǎng)GaMnN稀磁半導(dǎo)體薄膜。 實(shí)驗(yàn)研究了生長(zhǎng)溫度、二茂錳流量和N<,2>流量對(duì)薄膜中Mn摩爾含量的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，提高二茂錳的流量，合適的生長(zhǎng)溫度和提高N<,2>的流量都可以提高M(jìn)n的含

3、量。實(shí)驗(yàn)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?。?80℃時(shí)為合適的生長(zhǎng)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(jìn)二茂錳的離解，所以提高N<,2>流量更易于獲得高M(jìn)n含量的GaMnN薄膜。實(shí)驗(yàn)生長(zhǎng)出了Mn含量高達(dá)為2.952％，且晶質(zhì)較好的稀磁半導(dǎo)體薄膜。 同時(shí)還研究了Mn含量對(duì)晶體質(zhì)量的影響。對(duì)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(diǎn)亮而規(guī)則，說(shuō)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(zhǎng)，薄膜保持很好的纖鋅礦結(jié)構(gòu)。同時(shí)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(jí)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(lái)源于三元相GaMnN，