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在非磁性半导体中掺入微量的磁性原子会改变半导体的某些性质,使其呈现出一定的磁性,形成稀磁半导体,也称作半磁半导体(DMS)。GaMnAs是一种新典型的稀磁半导体化合物,这类材料兼有半导体及磁性化合物的特点,并在晶体结构、电性质及磁性质等方面表现出一些独特的性能,GaMnAs材料的研究和开发成为了DMS领域内的热点之一,具有巨大的应用潜力。
主要研究结果如下:
1)通过精确控制衬底温度以及As/Ga束流比例等生长参数,制备了高质量的GaMnAs单晶外延薄膜。研究了衬底温度和Mn蒸发源温度与反射式高能电子衍射(RHEED)图样之间的关系。
2)对具有不同RHEED衍射图样的GaMnAs样品测量了X—Ray衍射图案,通过比较不同样品衍射峰的形状,研究了不同温度退火温度及生长条件下晶格结构。
3)利用四探针测量方法测量了每种样品的电性质(载流子浓度、电阻率及载流子迁移率)。Mn元素掺杂剂量、生长温度以及退火温度,都会对样品的电性质产生影响。在退火温度与生长温度可比的范围内,样品的载流子迁移率随着退火温度的提高呈上升趋势。继续提高退火温度,样品的方块载流子浓度转为下降,这都是因为随着退火温度的提高,掺入的Mn离子不再提供载流子,而是形成了MnGa、MnAs等磁性第二相。
4)利用X射线光电子谱技术(XPS)、X射线吸收谱(XAS)等技术对样品进行光能谱的测量和分析,结合低温退火和Ar+离子溅射剥离技术,对样品作了深度分析,发现替位Mn原子浓度在退火前后有明显的区别。