含不对称双量子阱结构GaMnN铁磁半导体异质结材料及其制备制造技术

一种含不对称双量子阱结构ＧａＭｎＮ铁磁半导体异质结材料及其制备，由Ｓｉ衬底、左势垒层、左量子阱、中间势垒层、右量子阱和右势垒层组成，后五层薄膜依次生长在Ｓｉ衬底上，构成左势垒层、中间势垒层和右势垒层的材质是Ａｌ↓［０．１３］Ｇａ↓［０．８７］Ｎ，构成左量子阱的材质是Ｂ掺杂的ＧａＮ，构成右量子阱的材质是Ｂ和Ｍｎδ掺杂的ＧａＮ，左势垒层、左量子阱、中间势垒层、右量子阱和右势垒层的宽度分别为３０＊、１０＊～２００＊、１０＊、２０＊和３０＊。该材料的量子阱结构可调性为制备所需的高居里温度Ｔ↓［Ｃ］的ＧａＭｎＮ铁磁半导体异质结材料提供了可靠而有效的技术手段，制备方法简单，成本低，重复性好，能与ＩＣ制备工艺兼容。该材料特别适于用作制造光电子器件的材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含不对称双量子阱结构GaMnN铁磁半导体异质 结材料及其制备，属于铁磁半导体异质结材料及其制备的

技术介绍
近年来半导体自旋电子学发展迅速，从实际应用的角度出发，人 们希望材料在较高温度下仍能有效地产生自旋极化载流子，所以如何 使材料提高居里温度已成为人们关注的焦点。而寻找宽带隙DMS材 料就是提高居里温度的途径之一。GaN就是一种宽带隙材料，与其它 化合物半导体相比，它具有很强的压电和自发极化效应，是一种很有 前景的制作光电子器件的材料。目前，人们就利用这种宽带隙DMS 材料GaMnN来增加材料的居里温度，这种结构的材料是在Si衬底上 通过分子束外延技术首先生长AlQ.13Gac.87N左势垒层，接着在 A10.13Ga0.87N左势垒层上生长Mn掺杂的GaN右量子阱，右量子阱 的宽度一定，最后在右量子阱上生长一层Alc.I3Ga().87N右势垒层。但 此种材料的居里温度Tco3仍然很低，当左势垒层的宽度、右量子阱 的宽度和右势垒层的宽度分别为30 A、 20 A和30人时，Tco3-92K， 与室温300K相比，还有相当大的一段距离，而且由于此种材料仅含 单量子阱结构，阱的宽度是固定的，在没有外加电场或磁场的情况下，很难通过改变阱的生长参数对其居里温度Tco3进行调节。
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个技术问题是提出 种含不对称双量子阱 结构GaMnN铁磁半导体异质结材料。为解决上述的技术问题，本发 明采用以下的技术方案。该材料包括由Si衬底K左势垒层2、右量 子阱5和右势垒层6组成的含单量子阱结构的GaMnN铁磁半导体异 质结材料，左势垒层2、右量子阱5和右势垒层6通过分子束外延技 术依次生长在Si衬底1上，其特征在于，它还含左量子阱3和中间 势垒层4，中间势垒层4通过分子束外延技术生长在左量子阱3上，两个叠合在一起的左量子阱3和中间势垒层4嵌接在左势垒层2和右 量子阱5之间，构成左势垒层2、中间势垒层4和右势垒层6的材质 是AI(U3Gao.87N，构成左量子阱3的材质是B掺杂的GaN，构成右量 子阱5的材质是B和Mn S惨杂的GaN，左势垒层2、左量子阱3、 中间势垒层4、右量子阱5和右势垒层6的宽度分别为30A、 10A 200A、 IOA、 20A和30A。该材料在其Si衬底1上生长有不对称双量 子阱，在生长时，其一的宽度为恒定，另一的宽度可以改变，从而可 以在较大范围内调节该材料的居里温度。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种含不对称双量子阱 结构GaMnN铁磁半导体异质结材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下的技术方案。用分子束外 延技术将五层薄膜左势垒层2、左量子阱3、中间势垒层4、右量 子阱5和右势垒层6依次生长在Si衬底1上。现结合附图，详细说明本专利技术的技术方案。 一种含不对称双量子 阱结构GaMnN铁磁半导体异质结材料的制备方法，其特征在于，具 体操作步骤第一步在Si衬底1上生长左势垒层2把Si衬底l清洗干净，放入生长炉中，用分子束外延技术在Si 衬底1上生长左势垒层2，构成左势垒层2的材质是AlQ.13GaQ87N， 左势垒层2的宽度LBL=30 A;第二步在左势垒层2上生长左量子阱3在第一步制得的左势垒层2上用分子束外延技术生长一层左量 子阱3，构成左量子阱3的材质是GaN，通过离子注入的方法对左量 子阱3进行B掺杂，掺杂载流子浓度为10uCm'2，左量子阱3的宽度 Wl介于10A 200A;第三步在左量子阱3上生长中间势垒层4在第二步制得的左量子阱3上用分子束外延技术生长一层中间 势垒层4，构成中间势垒层4的材质是Alo.13Gao.87N，中间势垒层4 的宽度Lo为IOA;第四步在中间势垒层4上生长右量子阱5在第三步制得的中间势垒层4上用分子束外延技术生长一层右量子阱5， 构成右量子阱5的材质是GaN，通过离子注入的方法对 右量子阱5进行B掺杂，B掺杂载流子浓度为10nCnT2，接着再对右 量子阱5进行MnS掺杂，MnS载流子浓度为10ucm—2，右量子阱5 的宽度LWR=20 A;第五步在右量子阱5上生长右势垒层6在第四步制得的右量子阱5上用分子束外延技术生长一层右势 垒层6，构成右势垒层6的材质是Al().13GaQ.87N，右势垒层6宽度 LBR=30A，至此，制得含不对称双量子阱结构GaMnN铁磁半导体异 质结材料。用上法制得的含不对称双量子阱结构GaMnN铁磁半导体异质结 材料，因其内生长有双量子阱左量子阱3和右量子阱5，右量子阱 5的宽度Lwr固定(20A)，通过生长左量子阱3时在一定范围(10A 200 A)内调节其宽度LwL，从而使制得的所述材料的居里温度Tc随 之在一定范围(276K H9K)内得到调节。当左量子阱3宽度LwL 为10A时，所述材料的居里温度Tc可高达276K,接近于室温。与本 专利技术的含不对称双量子阱结构GaMnN铁磁半导体异质结材料相对应 的含单量子阱结构GaMnN铁磁半导体异质结材料，其居里温度TC()3 为92K。与
技术介绍
相比，本专利技术具有以下的有益效果1、 本专利技术的材料的不对称双量子阱结构的可调性为制备所需的 高居里温度Tc的GaMnN铁磁半导体异质结材料提供了可靠而有效的 技术手段。2、 本专利技术的材料的制备方法简单，成本低和重复性好，且制备 工艺能与已有的IC制备工艺兼容。附图说明图1为本专利技术所述的GaMnN铁磁半导体异质结材料的剖面结构 示意图，图中，l是Si衬底，2是左势垒层，3是左量子阱，4是 中间势垒层，5是右量子阱和6是右势垒层。图2为本专利技术所述的GaMnN铁磁半导体异质结材料的左量子阱 3的宽度Lw与Tc/Tc()3比的依从关系曲线，其中，Tc是本专利技术所述的GaMnN铁磁半导体异质结材料的居里温度，单位是K; Tcm是与 本专利技术所述的GaMnN铁磁半导体异质结材料对应的含单量子阱结构 GaMnN铁磁半导体异质结材料的居里温度，单位是K; LBL， LD， LBR， Lwr和LwL分别是左势垒层2的宽度，中间势垒层4的宽度，右势垒 层6的宽度，右量子阱5的宽度和左量子阱3的宽度，单位是A。当 LBL， Lbr和LwR分另U为30A ， 30A和20A时，TC03约为92K。具体实施例方式现结合附图和实施例进一步说明本专利技术的技术方案。所有的实施 例均完全按照上述的操作步骤进行操作，以下每个实施例仅罗列关键 的技术数据。实施例一第二步中，左量子阱的宽度LWL =10A。本实施例制得的GaMnN铁磁半导体异质结材料具有与图1所示 结构完全相同的结构。当LwL二10A时，利用图2所示的曲线找出所 述材料的Tc/ TC03= 3 ，艮卩Tc = 3 X TC03 ，将TC03=92K代入，得Tc =276K 。实施例二第二步中，左量子阱的宽度LWL =100A。本实施例制得的GaMnN铁磁半导体异质结材料具有与图1所示 结构完全相同的结构。当LwL-100A时，利用图2所示的曲线找出所 述材料的TC/TC03=1.75，艮卩Tc =1.75XTC03，将TC03=92K代入，得 Te=161K。实施例三第二步中，左量子阱的宽度LWL =200A。本实施例制得的Ga本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含不对称双量子阱结构ＧａＭｎＮ铁磁半导体异质结材料，包括由Ｓｉ衬底（１）、左势垒层（２）、右量子阱（５）和右势垒层（６）组成的含单量子阱结构的ＧａＭｎＮ铁磁半导体异质结材料，左势垒层（２）、右量子阱（５）和右势垒层（６）通过分子束外延技术依次生长在Ｓｉ衬底（１）上，其特征在于，它还含左量子阱（３）和中间势垒层（４），中间势垒层（４）通过分子束外延技术生长在左量子阱（３）上，两个叠合在一起的左量子阱（３）和中间势垒层（４）嵌接在左势垒层（２）和右量子阱（５）之间，构成左势垒层（２）、中间势垒层（４）和右势垒层（６）的材质是Ａｌ↓［０．１３］Ｇａ↓［０．８７］Ｎ，构成左量子阱（３）的材质是Ｂ掺杂的ＧａＮ，构成右量子阱（５）的材质是Ｂ和Ｍｎ　δ掺杂的ＧａＮ，左势垒层（２）、左量子阱（３）、中间势垒层（４）、右量子阱（５）和右势垒层（６）的宽度分别为３０＊、１０＊～２００＊、１０＊、２０＊和３０＊。

【技术特征摘要】
1、一种含不对称双量子阱结构GaMnN铁磁半导体异质结材料，包括由Si衬底(1)、左势垒层(2)、右量子阱(5)和右势垒层(6)组成的含单量子阱结构的GaMnN铁磁半导体异质结材料，左势垒层(2)、右量子阱(5)和右势垒层(6)通过分子束外延技术依次生长在Si衬底(1)上，其特征在于，它还含左量子阱(3)和中间势垒层(4)，中间势垒层(4)通过分子束外延技术生长在左量子阱(3)上，两个叠合在一起的左量子阱(3)和中间势垒层(4)嵌接在左势垒层(2)和右量子阱(5)之间，构成左势垒层(2)、中间势垒层(4)和右势垒层(6)的材质是Al0.13Ga0.87N，构成左量子阱(3)的材质是B掺杂的GaN，构成右量子阱(5)的材质是B和Mnδ掺杂的GaN，左势垒层(2)、左量子阱(3)、中间势垒层(4)、右量子阱(5)和右势垒层(6)的宽度分别为和。2、 一种含不对称双量子阱结构GaMnN铁磁半导体异质结材料的 制备方法，其特征在于，具体操作步骤第一步在Si衬底(1)上生长左势垒层(2)把Si衬底(1)清洗干净，放入生长炉中，用分子束外延技术在 Si衬底(1)上生长左势垒层(2)，构成左势垒层(2)的材质是 Al0.13GaQ.87N，左势垒层(2)的竟度Lbl-30A;第二步在左势垒层(2)上生长左量子阱(3)在第一步制得的左势垒层(2)上用分子束外延技术生长一层左 量子阱(3)，构成左量子阱(3)的材质是GaN，通过离子注入的方 法对左量子阱(3)进行B掺杂，掺杂载流子浓度为10Hcm—2，左量 子阱(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳，王基庆，茅惠兵，张勇，张红英，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]