[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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Al_0.13Ga_0.87N左势垒层，接着在Al0.13Ga0.87N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Al_0.13Ga_0.87N右势垒层。但此种材料的居里温度T_C03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和时，T_C03＝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T_C03进行调节。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提出一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_0.13Ga_0.87N，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。

本发明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，本发明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，详细说明本发明的技术方案。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Al_0.13Ga_0.87N，左势垒层2的宽度

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10¹¹cm^-2，左量子阱3的宽度L_WL介于

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Al_0.13Ga_0.87N，中间势垒层4的宽度L_D为

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10¹¹cm^-2，接着再对右量子阱5进行Mnδ掺杂，Mnδ载流子浓度为10¹¹cm^-2，右量子阱5的宽度