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《大连理工大学》 2009年
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蓝宝石和石英衬底上(Ga,Mn)N薄膜的生长和特性研究

宋世巍  
【摘要】: 稀磁半导体(DMS)因其可以利用电子的电荷和自旋特性同时来工作,在新一代光电器件、传感器件、量子计算和量子通信器件等方面具有广阔的应用前景,尤其是(Ga,Mn)N更以超过室温的Tc和本底材料GaN可以在高温、大功率光电器件领域广泛应用而得到密切的关注.同时,(Ga,Mn)N在太阳能电池方面也极具前景,在(Ga,Mn)N中,Mn的掺入会引进中间带,大大提高了太阳能电池效率。 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)装置上进行的。本文采用二茂锰(Cp_2Mn)作为锰源,高纯氮气(N_2)作为氮源,分别利用三乙基镓(TEGa)和三甲基镓(TMGa)作为镓源,在蓝宝石(a-Al_2O_3)衬底上和石英衬底上生长(Ga,Mn)N薄膜。 利用RHEED、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)表征(Ga,Mn)N薄膜的表面形貌和结构特征,利用光致发光(PL)谱表征薄膜的光学性质,超导量子干涉仪(SQUID)用来表征薄膜的磁性。 a-Al_2O_3衬底上生长的(Ga,Mn)N薄膜Mn含量可达3%,具有良好的(0002)择优取向和纤锌矿结构,薄膜为单一相,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,具有一个结合能为453meV的Mn的浅受主,薄膜在室温下具有铁磁性,没有发现超顺磁性和自旋玻璃态,居里温度可达400K。 在石英衬底上生长的(Ga,Mn)N薄膜Mn含量较少,适当的TMGa流量、低的生长温度和较低的N_2流量有利于提高薄膜中的Mn含量。薄膜为多晶,有Mn_3Ga杂相出现。室温PL谱测量表明低Mn含量薄膜具有带边发射峰和一个Mn相关的2.51eV的缺陷发光峰,较高Mn含量样品中带边发射峰消失,增加一个2.97eV的与Mn有关的缺陷发光峰,Mn是一个浅受主,薄膜在室温下具有反铁磁性。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN304.055

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【参考文献】
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