[发明专利]制备Mn掺杂InP：Zn基稀磁半导体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及InP基稀磁半导体材料技术领域，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。 

背景技术

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Yoon等人通过Mn，Zn共掺，成功获得了居里温度约360K的InMnP:Zn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。 

发明内容

本发明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InMnP:Zn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:Zn材料。 

本发明一种制备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。 

其中所述衬底采用由提拉法制得的InP:Zn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2.8-3.2×10-3Pa。 

其中所述Mn薄膜的厚度为0.5μm-1.5μm。 

其中所述高温真空管式炉的内部压强为1-5Pa。 

其中所述高温扩散时，扩散温度为600-700℃。 

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％。 

本发明提供的一种制备InMnP:Zn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

为使本发明的目的，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，对本发明进一步详细说明，其中： 

图1为本发明提供的制备InMnP:Zn稀磁半导体薄膜的方法流程图； 

图2为根据本发明的实施例生长的InMnP:Zn薄膜样品与未掺Mn的InP:Zn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。 

具体实施方式

如图1所示本，发明提供一种制备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：采用由提拉法制得的InP:Zn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；