蓝宝石和石英衬底上(Ga，Mn)N薄膜的生长和特性研究

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1、大连理工大学硕士学位论文蓝宝石和石英衬底上（Ga，Mn）N薄膜的生长和特性研究姓名：宋世巍申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：秦福文20090601大连理工大学硕士学位论文摘要稀磁半导体(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

2、能电子衍射(RHEED)原位监测设备的电子回旋共振一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(Cp2Mn)作为锰源，高纯氮气(呦作为氮源，分别利用三乙基镓(TEGa)和三甲基镓(TMGa)作为镓源，在蓝宝石(a捌203)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-A1203衬底上生长的(Ga，Mn)N薄膜Mn含量可达3％，具有良好的(0002)择

3、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N2流量有利于提高薄膜中的Mn含量。薄膜为多晶，有MnsGa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。关键词：稀

4、磁半导体；电子回旋共振一等离子体增强金属有机物化学气相沉积；居里温度；室温铁磁性；(Ga，Mn)N薄膜蓝宝石和石英衬底上(Ga,Mn)N薄膜的生长和特性研究StudyofGrowthandPropertiesof(Ga，Mn)NFilmsGrownonSapphireandQuartzSubstrateAbstractAsDilutedMagneticSemiconductors(DMS)canmakeuseofitselectronicchargeandspinpropertiessimultaneously，itcanbewideusedinanewgenerationofoptoel

5、ectronicdevices，sensors，quantumcomputing，quantumcommunicationdevices，andSOon．Inparticular，(Ga，Mn)NattractsthemostattentionfortheCruieTemperaturebeyondtheroomtemperatureanditsbackgroundmaterialGaNcanobtainthewidespreadapplicationinhightemperatureandhighefficiencyphotoelectricdevicearea．Besides,(Ga,

6、Mn)Nshowsgreatpotentialonsolarcells，Mn-dopedcallbringintermeditatebandwhichcouldimprovetheefficiencyofsolarcellsgreatly．TheexperimentswetecarriedoutontheElectronCyclotronResonance—PlasmaEnhancedMetalOrganicChemistryVaporDeposition(ECR-PEMOCVD)systemequippedwithReflectionHighEnergyElectronDiffracti

7、on(RHEED)insitu．(Ga，Mn)Nfilmsweregrownonthesapphire(a·A1203)andquartzsubstraterespectively．AndusingC犰MnasMnsource，TEGaorTMGaasGaSOUrCeS．Thecrystalstructureandsurfacetopographyofthe(Ga,Mn)Nfilmswerecharacterizedby