[发明专利]一种高Mn含量(In，Mn)As纳米点的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高Mn含量(In，Mn)As纳米点技术，特别是一种高Mn含量(In，Mn)As纳米点的制备方法。

背景技术

近20年以来，Mn掺杂的III-V族稀磁半导体由于被证实是本征的稀磁半导体，其自旋输运性质受到了众多研究者的关注。外延生长于GaAs(001)单晶衬底上的(In，Mn)As单晶薄膜是其中主要的一类。由于(In，Mn)As单晶薄膜和GaAs(001)单晶衬底之间存在着较大的晶格失配度，为抑制压应力引起的三维Stranski-Krastanov(S-K)生长模式，(In_1-xMn_x)As(x＜0.12)单晶薄膜中的Mn含量受到严格限制，且必须在较低的生长温度下(200-250℃)生长。

由于提高磁性半导体中的Mn含量可以增强半导体中的自旋与电子的相互作用，研究者将Mn引入到InAs/GaAs(001)量子点体系中，希望(In，Mn)As/GaAs(001)纳米点的S-K三维生长模式能够提高外延晶体中Mn的含量。S-K生长模式的关键要求在于提高材料的生长温度。基于此，Jeon等人将材料的生长温度提高到300℃，得到了In_0.84Mn_0.16As/GaAs(001)纳米点[Advanced Material，14(2002)23]，具有了室温附近的居里温度。尽管该方法得到的纳米点中Mn含量已经高于(In，Mn)As单晶外延薄膜中Mn含量，但是考虑到Mn含量的升高其实有利于减小纳米点外延生长中晶格失配带来的压应力，因此在三维纳米点生长机制中Mn含量还应有很大提升的空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种充分利用(In，Mn)As/GaAs(001)异质外延结构生长过程中的S-K生长模式，得到高Mn浓度的(In，Mn)As纳米点，应用于自旋电子学领域。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高Mn含量(In，Mn)As纳米点的制备方法，包括以下步骤：

(1)完成分子束外延设备/系统的各项生长准备程序：确认系统中安装有In、Mn、Ga、As源；在超净间将GaAs(001)单晶衬底切割并用In粘附于样品台上；在进出腔中对于衬底及样品台进行去水气烘烤，在缓冲腔中对于衬底及样品台进行去有机杂质的烘烤；用液氮冷却生长腔，以提高背景真空度；

(2)在生长腔中外延生长GaAs(001)高温缓冲层，以提高异质生长的界面质量；然后降温至设定生长温度，生长InAs浸润层，随后在该生长温度采用间歇式沉积的方法生长In_1-xMn_xAs纳米点，0.23≤x≤0.56；

(3)沉积结束后将衬底温度降温，将样品连同样品台自缓冲腔和进出腔取出，并从样品台上取下。

本发明与现有技术相比，其显著优点：利用分子束外延技术与设备，以GaAs(001)单晶为衬底，提高生长温度至350-400℃，引入1-1.5个分子层厚的InAs浸润层，并采用间隙式生长方式，得到的高Mn含量(In，Mn)As纳米点外延生长于GaAs(001)单晶表面，保持GaAs(001)单晶的闪锌矿结构，而其中Mn替代In的浓度高达23-56％。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是利用本发明的制备方法在380℃生长得到的(In，Mn)As/GaAs(001)纳米点的表面形貌和界面显微形貌图。

图2是利用本发明的制备方法在380℃生长得到的In_1-xMn_xAs/GaAs(001)纳米点的热磁曲线。

具体实施方式