一种制备InMnP:Zn稀磁半导体的方法，采用真空镀膜后热扩散工艺，具体包括以下步骤：步骤1：将一衬底在煮沸的浓盐酸中进行化学腐蚀清洗，然后用去离子水反复冲洗5遍；步骤2：将衬底用氮气吹干，然后迅速置于真空镀膜机，并使之处于真空环境；步骤3：使用真空镀膜机在衬底上蒸镀Mn薄膜；步骤4：将附有Mn薄膜的衬底置入高温真空管式炉，在真空环境中进行高温扩散；步骤5：使用稀盐酸腐蚀清洗衬底表面残余的Mn原子和其他杂质原子，完成器件的制作。
Method for preparing Mn doped InP:Zn base diluted magnetic semiconductor
A method for preparation of InMnP:Zn diluted magnetic semiconductors, thermal diffusion process using vacuum coating, including the following steps: Step 1: a substrate by chemical corrosion cleaning in boiling concentrated hydrochloric acid, then rinsed repeatedly with deionized water 5 times; step 2: the substrate is dried by nitrogen, then quickly placed in the vacuum coating machine, and make it in a vacuum environment; step 3: the use of vacuum coating machine deposited Mn thin film on a substrate; step 4: substrate in Mn films will be accompanied by high temperature vacuum tube furnace, the high temperature diffusion in a vacuum environment; step 5: to dilute hydrochloric acid corrosion residual cleaning of the substrate surface and Mn atoms the other impurity atoms, complete the fabrication of devices.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及InP基稀磁半导体材料
，尤其涉及一种采用真空镀膜后热扩 散制备InP基稀磁半导体材料的方法。
技术介绍
稀磁半导体作为当前自旋电子学领域研究的热点，可以有效地将材料的半导体特 性和磁特性结合起来加以综合应用。自旋电子器件具有非易失性，信息处理速度快、功率损 耗低以及集成度高等优点，如若能实现对其电子自旋度的优良控制，则将大大推动电子学 和信息科学领域的发展。稀磁半导体(Diluted Magnetic Semiconductor)是指在非磁性 II-VI族，IV-VI族，II-V族，III-V族化合物中掺入3d过渡族金属或稀土金属离子而形成 的新型半导体材料，具体很多独特的磁光、磁电和磁光电性质，因而广受关注。InP具有优异的光学性质，一直以来都是光学和高速电子器件的热点研究材料。近 年来人们希望通过对InMnP稀磁半导体的研究，对其自旋性质也加以利用。理论预测InMnP 的居里温度在70K左右，但是最近^on等人通过Mn，Si共掺，成功获得了居里温度约360K 的InMnP:ai样品，为该材料的实际应用提供了可能。目前，InMnP材料主要通过MBE分子束外延生长或离子注入技术制备获得，这些方 法不仅设备成本以及材料生长成本高昂，而且工艺程序复杂，难以操作。因此研究低成本， 易操作的InMnP材料生长方法对该材料未来的实际应用具有重要的价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种工艺简单，成本较低，易于实现工业化生产的InMnPJn 稀磁半导体材料制备方法。通过真空镀膜和真空热扩散获得具有良好磁学性能的InMnP Si 材料。本专利技术一种制备InMnPJn稀磁半导体的方法，采用真空镀膜后热扩散工艺，具体 包括以下步骤步骤1 将一衬底在煮沸的浓盐酸中进行化学腐蚀清洗，然后用去离子水反复冲 洗5遍；步骤2 将衬底用氮气吹干，然后迅速置于真空镀膜机，并使之处于真空环境；步骤3 使用真空镀膜机在衬底上蒸镀Mn薄膜；步骤4:将附有Mn薄膜的衬底置入高温真空管式炉，在真空环境中进行高温扩 散；步骤5 使用稀盐酸腐蚀清洗衬底表面残余的Mn原子和其他杂质原子，完成器件 的制作。其中所述衬底采用由提拉法制得的ΙηΡ:&!单晶。其中所述进行化学腐蚀清洗时，采用的浓盐酸浓度为34-38%，腐蚀清洗时间为 25-35s。其中所述使用真空镀膜机在衬底上蒸镀Mn薄膜时，真空镀膜机的内部压强为 2. 8-3. 2X10-3Pa。其中所述Mn薄膜的厚度为0. 5 μ m-1. 5 μ m。其中所述高温真空管式炉的内部压强为l_5Pa。其中所述高温扩散时，扩散温度为600-700°C。其中所述高温扩散时，扩散时间为2小时。其中所述用于清洗表面残余Mn原子和其他杂质原子的稀盐酸，其盐酸的浓度为 8-10%。本专利技术提供的一种制备InMnPJn稀磁半导体的方法。通过该方法，获得了具有较 好磁学性能的，居里温度高于220K的InP基稀磁半导体材料。此方法成本低，工艺流程简 单，采用常规的生产设备进行材料制备。相比以往使用的分子束外延或离子注入等方法而 言，该方法更加容易实现大规模的工业化生产，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。附图说明为使本专利技术的目的，技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明，其中图1为本专利技术提供的制备InMnP:ai稀磁半导体薄膜的方法流程图；图2为根据本专利技术的实施例生长的InMnP = Si薄膜样品与未掺Mn的衬底 的XRD图谱比较图；图3为利用超导量子干涉仪(SQUID)在温度为220K时测得的实施例制备的 InMnP Zn薄膜样品的M-H图。具体实施例方式如图1所示本，专利技术提供一种制备InMnPJn稀磁半导体的方法，采用真空镀膜后 热扩散工艺，具体包括以下步骤步骤1 采用由提拉法制得的单晶作为衬底，将其在煮沸的浓盐酸中进行 化学腐蚀清洗，采用的浓盐酸浓度为；34-38%，腐蚀清洗时间为25-35S，以去除表面氧化 物、金属微粒等杂质，然后用去离子水反复冲洗5遍，使衬底表面无废酸液残余；步骤2 将衬底用氮气迅速吹干，然后立即置于真空镀膜机，并使之处于真空环 境，以避免样品长时间暴露于空气中而被氧化；步骤3 使用真空镀膜机在衬底上蒸镀Mn薄膜，该真空镀膜机的内部压强 为2. 8-3. 2X 10 ,几乎没有氧气的存在，保证样品不被氧化，所述Mn薄膜的厚度为 0. 5 μ m-1. 5 μ m,过厚的薄膜会导致粘附性不高并在扩散后会留下过多Mn单质残余，而过 薄的薄膜不利于足够的Mn原子进行扩散，只有适当厚度的Mn薄膜才能实现最佳的扩散效 果；步骤4 将附有Mn薄膜的衬底置入高温真空管式炉，在真空环境中进行高温扩散， 所述高温真空管式炉的内部压强为l_5Pa，所述高温扩散时，扩散温度为600-700°C，扩散 时间为2小时，过高温度或过长时间的扩散会导致^P的分解，形成二次相，而过低的温度 或过短的时间会导致扩散不充分，只有适当的温度和时间才能在避免明显二次相形成的同时保证充分的Mn扩散进入InP衬底； 步骤5 使用稀盐酸腐蚀清洗衬底表面残余的Mn原子和其他杂质原子，所述稀盐 酸的盐酸浓度为8-10%，适当的盐酸浓度可以在避免InMnP薄膜被过多腐蚀的同时清洗干 净样品表面残留的少量Mn单质，随即完成器件的制作。 从图2可以看出制备得到的InMnP Zn具有较好的结晶性，且该InMnP Zn薄膜样 品没有出现明显的二次相(MnP)的XRD峰，从图3可以看出，由SQUID测试得到该样品在 220K时形成标准的磁滞回线，具有明显的铁磁性能。实施例步骤1 将一衬底在煮沸的浓盐酸中进行化学腐蚀清洗，采用的浓盐酸浓度为 36%，腐蚀清洗时间为33s，然后用去离子水反复冲洗5遍，该衬底采用由提拉法制得的 InP: Si 单晶；步骤2 将衬底用氮气吹干，然后迅速置于真空镀膜机，并使之处于真空环境；步骤3:使用真空镀膜机在衬底上蒸镀Mn薄膜，该真空镀膜机的内部压强为 3. OX 10_3Pa，所述Mn薄膜的厚度为1 μ m ；步骤4 将附有Mn薄膜的衬底置入高温真空管式炉，在真空环境中进行高温扩散， 所述高温真空管式炉的内部压强为3Pa，所述高温扩散时，扩散温度为650°C，扩散时间为2 小时；步骤5 使用稀盐酸腐蚀清洗衬底表面残余的Mn原子和其他杂质原子，所述稀盐 酸的盐酸浓度为9 %，完成器件的制作。以上所述的具体实施例，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施例而已，并不用于限制本专利技术，凡 在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保 护范围之内。权利要求1.一种制备InMnP:ai稀磁半导体的方法，采用真空镀膜后热扩散工艺，具体包括以下 步骤步骤1 将一衬底在煮沸的浓盐酸中进行化学腐蚀清洗，然后用去离子水反复冲洗5遍；步骤2 将衬底用氮气吹干，然后迅速置于真空镀膜机，并使之处于真空环境； 步骤3 使用真空镀膜机在衬底上蒸镀Mn薄膜；步骤4 将附有Mn薄膜的衬底置入高温真空管式炉，在真空环境中进行高温扩散； 步骤5 使用稀盐酸腐蚀清洗衬底表面残余的Mn原本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种制备ＩｎＭｎＰ：Ｚｎ稀磁半导体的方法，采用真空镀膜后热扩散工艺，具体包括以下步骤：步骤１：将一衬底在煮沸的浓盐酸中进行化学腐蚀清洗，然后用去离子水反复冲洗５遍；步骤２：将衬底用氮气吹干，然后迅速置于真空镀膜机，并使之处于真空环境；步骤３：使用真空镀膜机在衬底上蒸镀Ｍｎ薄膜；步骤４：将附有Ｍｎ薄膜的衬底置入高温真空管式炉，在真空环境中进行高温扩散；步骤５：使用稀盐酸腐蚀清洗衬底表面残余的Ｍｎ原子和其他杂质原子，完成器件的制作。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨冠东，朱峰，李京波，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11
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