[发明专利]具光磁性质含MnInAs/GaAs量子点样品的结构及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀磁半导体量子点制备技术领域，特别是一种具光磁性质含MnInAs/GaAs量子点样品的结构的制备方法。

背景技术

稀磁材料是近些年来研究热点，因为它可以用在磁光、信息存储、巨磁阻等方面应用。III-V族半导体是现在制备高速电子器件、激光器等的主要材料，开发III-V稀磁半导体可以将稀磁性能与现在的电子器件的光电性能结合在一起，而对GaAs、InAs、InSb而言，Mn离子与阳离子原子半径相近，并且Mn具有大的固有磁矩，因而被认为是III-V族半导体磁性掺杂离子的首选。但Mn在III-V族半导体中的低溶解度使制备III-Mn-V稀磁半导体很困难，直到1989年，Hono等人用低温外延的办法成功制成了InMnAs，自此GaMnAs等稀磁半导体的结构、磁学、输运方面的研究开展得非常多。一般制备III-Mn-V稀磁半导体的方法主要是低温外延，这种方法制备的GaMnAs、InMnAs晶格周期性较好，Mn含量甚至可以达到10％以上，研究发现Mn在材料中取代阳离子的位置，并形成受主同时电离出空穴，并且这些磁性Mn离子以空穴为媒介形成铁磁有序而使材料获得低温铁磁性，通过适当的低温退火处理，其居里转变温度可达到150K左右。

但是由于在低温外延制备过程中，生长条件决定必须在较大的As压和较低的温度下生长，因而材料中存在大量的As施主和缺陷，这使得低温外延生长出来的GaMnAs量子阱或InMnAs量子点都不具备发光性能，从而妨碍了这些材料的进一步的应用。

离子注入法是一种传统的掺杂方法，这种方法操作简单，离子掺杂的深度可控，在较高能量注入时，离子的分散度也较好，目前在微电子工艺中离子注入方法应用较为普遍。但由于离子注入给基体带来较大的损伤，对于光电材料，如GaAs，注入后的材料发光性能难以保证。

本发明利用到量子点材料较强的发光性能，实现了离子注入加退火后的量子点样品具有发光性能。其原理是由于载流子被量子点捕获后在三维方向上都受到限制，不易逃逸出去，从而减小了载流子(光生载流子或电激发载流子)被缺陷俘获的几率，这样虽然注入过程给材料带来了缺陷，但缺陷对量子点的发光性能影响受到抑制，因而材料仍然具有一定的发光性能。当选用适当的注入剂量和退火工艺时，注Mn量子点材料就同时具有光学和磁学性能。这使得这种材料可能更广泛的应用到磁光、自旋注入、量子存储等领域当中。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具光磁性质含MnInAs/GaAs量子点样品的结构的制备方法，其可应用于磁光、自旋注入、量子存储等技术领域中。

本发明一种具光磁性质含MnInAs/GaAs量子点样品的结构，其特征在于，包括：

一衬底；

一缓冲层，该缓冲层沉积在衬底，它可以有效地阻止衬底中的位错可能延伸到外延层中来；

一绝缘层，该绝缘层沉积在缓冲层上；

一量子点注入层，该量子点注入层沉积在绝缘层30上，它具有良好的发光性质；

一表面盖层，该表面盖层沉积在量子点注入层上。

其中所述的衬底的材料为GaAs。

其中所述的缓冲层的材料为n+-GaAs，该缓冲层的厚度为500纳米。

其中所述的绝缘层的材料为GaAs，该绝缘层的厚度为50纳米。

其中所述的量子点注入层是为3个周期的量子点注入层，每一周期包括2个分子单层含锰的InAs量子点层和20纳米厚的含锰的GaAs材料。

其中所述的表面盖层的材料为GaAs，厚度为45纳米。

本发明一种具光磁性质含MnInAs/GaAs量子点样品的结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在衬底上沉积缓冲层；

步骤2：在缓冲层上沉积绝缘层；

步骤3：在绝缘层上沉积量子点注入层；

步骤4：在量子点注入层上沉积表面盖层；

步骤5：采用离子注入的方法，在量子点注入层中注入Mn离子；

步骤6：将注入后的样品快速退火，完成样品结构的制作。

其中所述的衬底的材料为GaAs。

其中所述的缓冲层的材料为n+-GaAs，该缓冲层的厚度为500纳米。

其中所述的绝缘层的材料为GaAs，该绝缘层的厚度为50纳米。

其中所述的量子点注入层是为3个周期的量子点注入层，每一周期包括2个分子单层含锰的InAs量子点层和20纳米厚的含锰的GaAs材料。

其中所述的表面盖层的材料为GaAs，厚度为45纳米。