基于ECR-PEMOCVD技术的GaMnN薄膜的制备及其表征

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hexin123456789
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Dietl等人于2000年在理论上预测GaMnN的居里温度要高于室温,而且本底材料氮化镓(GaN)可以在高温、大功率光电器件领域得到广泛应用,而成为最有前景的稀磁半导体材料之一。在国家自然科学基金(GaN基稀磁半导体量子点的自组织生长与特性,项目批准号:60476008)项目的支持下,本文进行了GaMnN稀磁半导体薄膜的低温生长与特性研究。实验是在自行研制的且配有反射高能电子衍射(RHEED)原位监测设备的电子回旋共振—等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR-PEMOCVD)装置上进行的。本文是在我们已经研究出生长GaN薄膜成熟的工艺基础之上通过掺入Mn,而进一步研究稀磁半导体。采用二茂锰(Cp2Mn)作为锰源,高纯氮气作为氮源,三乙基镓(TEGa)作为镓源,在蓝宝石a-Al2O3(0001)衬底上外延生长GaMnN稀磁半导体薄膜。本文所采用的ECR-PEMOCVD方法与常规MOCVD相比,生长温度降低很多,非常有利于采用低温非平衡生长工艺,生长掺有Mn离子且单一晶相的GaMnN稀磁半导体。本文在a-Al2O3(0001)衬底上,以GaN为缓冲层外延生长出单晶GaMnN薄膜。并使用RHEED、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)等测试方法对薄膜的晶体结构和表面形貌进行了表征,利用电子探针对Mn含量进行了测量,超导量子干涉仪(SQUID)对薄膜的磁性进行了表征。RHEED图像呈现清晰的斑点状点阵,显示薄膜为单晶,表面不是很平整,为三维岛状生长模式。XRD分析表明薄膜为六方结构,沿C轴方向生长,结晶性良好。AFM显示薄膜是由许多亚微米量级的颗粒按一致的取向规则堆砌而成的。SQUID测量显示在室温下薄膜依然具有铁磁性,居里温度约为400K。同时经过综合分析,发现铁磁性仅可能来源于GaMnN,而且发现在Mn含量在2%附近每个Mn原子的磁矩最大。
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