[發明專利]一種Si摻雜AlN稀磁半導體薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201110297648.6
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102352485A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 吳榮;任銀拴;簡基康;潘東;婁陽;蔣小康;李錦;孫言飛;任會會
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;H01L43/12;H01F41/18;H01F10/193
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于新型半導體自旋電子器件材料制備領域，涉及非磁性主族元素摻雜的AlN基稀磁半導體薄膜及其制備方法，特別涉及具有室溫鐵磁性、高居里溫度的一種Si摻雜AlN稀磁半導體薄膜的制備方法。

背景技術

近年來，稀磁半導體(Diluted?Magnetic?Semiconductors,?DMSs)?迅速成為當今自旋電子學材料研究的熱點，這是由于DMSs材料兼備了電子的自旋極化和電荷屬性，且可以避免鐵磁金屬-半導體界面處傳導率失配的問題，其次DMSs在制造器件時能夠很好的和現有的半導體技術兼容。因而在高密度非易失性存儲器、磁感應器和半導體電路的集成電路、光隔離器件和半導體激光器集成電路以及量子計算機等領域具有廣闊的應用前景。

稀磁半導體對于信息傳輸和信息存儲來說是一個具有變革性質的材料，AlN作為帶隙寬度最大的氮化物半導體，具有優良的光電和壓電特性，它在藍光、紫外光發射及探測器件、高溫大功率光電器件、聲表面波器件、光電子器件等方面顯示出了廣闊的應用前景，成為光電研究領域熱門研究課題。AlN基DMSs不僅具有半導體的光電特性，而且具有新穎的磁電和磁光特性，已經成為新功能材料領域的研究熱點。

據有關報道，摻雜磁性過渡離子在AlN中獲得良好的鐵磁性，大多數可以達到室溫或者室溫以上，其中2004年H.X.?Liu等人采用分子束外延法在藍寶石襯底上生長了?Cr摻雜AlN薄膜的居里溫度高于900K，參閱Appl.?Phys.?Lett.第85卷4076-4079頁。到目前為止，研究較多的體系是Mn、Cr、Co、Fe等過渡金屬元素摻雜的AlN，但由于上述金屬或其化合物本身就有磁性，這就為研究鐵磁性來源增添了難度。而非磁性主族元素摻雜在AlN結構中的研究較少，1997年P.?Bogusawski等人的研究發現若Si若取代AlN中的陽離子，將在AlN中形成淺能級施主；若Si取代N的位置，則形成深能級受主。同時將Si摻入AlN中可以得到電學性能較理想的n型AlN薄膜材料，明顯提高AlN薄膜的導電率，降低Madelung能，改善薄膜的導電性質，參閱Phys.?Rev.?B.第56卷9496-9505頁。但是到目前為止，實驗上始終沒有Si摻雜AlN鐵磁性的報道。本研究采用射頻磁控濺射法首次在實驗上制備了具有室溫鐵磁性的非磁性主族元素Si摻雜AlN稀磁半導體薄膜，最重要的是：這將對自旋電子學是一個挑戰，同時也是對自旋電子學的一個擴展。

近年來，國內外很多研究小組對過渡、稀土金屬元素摻雜AlN基DMSs材料展開了廣泛研究。目前采用的方法主要有：電弧法、分子束外延法、離子注入法、化學氣相沉淀法、磁控濺射法等。

電弧法；2009年W.W.?Lei等人采用直流電弧放電等離子體法制備了Sc摻雜AlN六重對稱等級納米結構，參閱Appl.?Phys.?Lett.第95卷162501-162504頁。

分子束外延法：2005年R.M.?Frazier等人采用氣源分子束外延法制備了Cr摻雜AlN薄膜，參閱Appl.?Phys.?Lett.第86卷052101-052104頁。

離子注入法：如2003年Frazier等制備出Co、Cr以及Mn摻雜AlN薄膜，參閱J.?Appl.?Phys.第94卷1592-1596頁。

化學氣相沉淀法：2007年X.H.?Ji等人采用化學氣相沉積法在無催化劑的Si襯底上制備了Cu摻雜AlN納米棒，參閱Nanotechnology.第18卷?105601-105605頁。2007年Y.?Yang等人采用化學氣相沉積法通過Mn原位摻雜制備了Mn摻雜AlN納米線，參閱Appl.?Phys.?Lett.第90卷092118-092121頁。