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《大连理工大学》 2007年
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稀磁半导体GaMnN薄膜的ECR-PEMOCVD生长和特性研究

王叶安  
【摘要】: 本论文是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)项目的支持下进行的。 GaN基稀磁半导体,尤其是GaMnN以其超过室温的居里温度和本底材料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。 本文是在生长GaN薄膜工艺基础之上,通过掺入Mn而对GaMnN稀磁半导体薄膜的生长与特性进行研究。实验是在自行研制的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。采用二茂锰(Cp_2Mn)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(α-Alv_O_3)(0001)衬底上外延生长GaMnN稀磁半导体薄膜。 实验研究了生长温度、二茂锰流量和N_2流量对薄膜中Mn摩尔含量的影响。实验发现,提高二茂锰的流量,合适的生长温度和提高N_2的流量都可以提高Mn的含量。实验中,温度太低,不利于二茂锰的离解,造成薄膜中Mn不高;温度太高,反而造成沉积到薄膜中的Mn挥发,所以锰含量减小;680℃时为合适的生长温度。提高N_2流量,能够提高氮等离子体密度,这显然有利于促进二茂锰的离解,所以提高N_2流量更易于获得高Mn含量的GaMnN薄膜。实验生长出了Mn含量高达为2.952%,且晶质较好的稀磁半导体薄膜。 同时还研究了Mn含量对晶体质量的影响。对于Mn摩尔含量0.134%~2.952%的GaMnN薄膜,反射高能电子衍射(RHEED)可以看出衍射点亮而规则,说明GaMnN薄膜的结晶质量很好。X射线衍射(XRD)均表现出良好的(0002)择优取向,表明制备的薄膜倾向于C轴方向生长,薄膜保持很好的纤锌矿结构。同时原子力显微镜(AFM)还表征了GaMnN薄膜的表面形貌。表面形貌是由许多亚微米量级的晶粒按一致的取向规则堆砌而成的。 超导量子干涉仪(SQUID)分析表明,薄膜呈铁磁性,铁磁性仅可能来源于三元相GaMnN,薄膜的居里温度高于350K。而且,高Mn的含量可以提高薄膜的居里温度。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O472;O484

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