CN1134047C - 磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法 - Google Patents
磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1134047C CN1134047C CNB00129590XA CN00129590A CN1134047C CN 1134047 C CN1134047 C CN 1134047C CN B00129590X A CNB00129590X A CN B00129590XA CN 00129590 A CN00129590 A CN 00129590A CN 1134047 C CN1134047 C CN 1134047C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- growth
- semiconductor
- substrate
- epitaxial
- gallium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 title claims description 13
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 9
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims abstract description 5
- VTGARNNDLOTBET-UHFFFAOYSA-N gallium antimonide Chemical compound [Sb]#[Ga] VTGARNNDLOTBET-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 4
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 abstract description 11
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 abstract 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
一种磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法，步骤如下：以砷化镓单晶片为衬底；用石墨或石英制成生长容器；将纯镓、纯锰和砷化镓晶体按比例放入生长容器中，在外延炉中经充分溶解、混合后，在过冷度下进行外延生长；生长溶液中x和y为原子比；在砷化镓等单晶片衬底上直接生长外延层；在衬底上生长单层结构，或生长多层结构；生长温度范围：573K-1073K。
Description
技术领域
本发明提供一种半导体异质液相外延生长方法，特别是指一种磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法。
背景技术
半导体和磁体是固体物理的两大领域，而且是工业应用上的两种重要材料。将两者结合起来，使一种材料既具有半导体的特性又具有磁体的特性，无论对基础物理学还是材料科学都具有十分重要的学术意义。而在实际应用上更具有重大的价值。
实现磁体和半导体结合有两种途径。其一是，用磁性离子对半导体进行置代掺杂，形成磁性半导体合金，这类材料被称为稀磁半导体。它们具有一些奇特的性质，如巨塞曼分裂、巨法拉第旋转、巨负磁阻等。这类材料可望用于新型磁电、磁光和光电器件上。另一种方法是，把磁体和半导体结合成异质结构。这种异质结构包括单异质结、双异质结和多层异质结构。在许多这种结构中都发现了隧道磁电阻(TMR)，在近二十多年里引起了科学工作者的浓厚兴趣。它们在磁电器件上有巨大的潜在应用前景，可用于制造高密度存储器、平面和垂直晶体管等等。用磁性半导体制作的随机存储器，在断电时不会丢失存储信息。
迄今为止，制备磁体/半导体/异质结构的方法主要是分子束外延(MBE)、金属有机化学气相淀积(MOCVD)、蒸镀和溅射等，但未见用液相外延方法生长的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法，其液相外延，是在液相外延炉中，含溶质的溶液(或熔体)借助过冷而使溶质在衬底上以薄膜形式外延生长的方法；液相外延是在动力学平衡条件下生长的，其优点是外延层化学稳定性高，设备简单，生长费用低。
本发明的技术方案是：
本发明一种磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)用石墨或石英制成生长容器；
(2)以砷化镓、硅、锑化镓单晶片为衬底，将纯镓、纯锰和砷化镓晶体按比例GaxMnyAs1-x-y放入生长容器中，在外延炉中经充分溶解、混合后，在过冷度为2-10度的条件下进行外延生长；生长溶液GaxMnyAs1-x-y中x和y为原子比，其取值范围是：x：0.0-1.0；y：0.0-1.0；0.0＜x+y＜1.0。
其中在砷化镓、硅、锑化镓单晶片衬底上直接生长GaxMnyAs1-x-y外延层或先在衬底上生长缓冲层，然后再生长GaxMnyAs1-x-y外延层；所述的GaxMnyAs1-x-y外延层是单层结构或多层结构。
其中所述的生长方法的生长温度范围为：573K-1073K。
本发明一种磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)用石墨或石英制成生长容器；
(2)以锑化镓、硅、砷化镓单晶片为衬底，将纯镓、纯锰和锑化镓晶体按比例GaxMnySb1-x-y放入生长容器中，在外延炉中经充分溶解、混合后，在过冷度为2-10度的条件下进行外延生长；生长溶液GaxMnySb1-x-y中x和y为原子比，其取值范围是：x：0.0-1.0；y：0.0-1.0；0.0＜x+y＜1.0。
其中在锑化镓、硅、砷化镓单晶片衬底上直接生长GaxMnySb1-x-y外延层或先在衬底上生长缓冲层，然后再生长GaxMnySb1-x-y外延层；所述的GaxMnySb1-x-y外延层是单层结构或多层结构。
其中所述的生长方法的生长温度范围为：573K-973K。具体实施方式
为进一步说明本发明的特征和技术方案，以下结合实施例对本发明作一详细的描述；
与其它制备磁性半导体材料的方法相比，液相外延是在液相外延炉中，含溶质的溶液(或熔体)借助过冷而使溶质在衬底上以薄膜形式外延生长的方法。液相外延是在动力学平衡条件下生长的，其优点是外延层化学稳定性高，设备简单，生长费用低。用液相外延方法生长的磁性半导体材料既可制作巨磁阻器件，也可以制作隧道磁阻器件。
实施例1
(1)实现发明的主要设备：
液相外延炉
机械真空泵+扩散真空泵(或其它真空设备)
温度控制器
氢气发生器(或氢气纯化设备)
石英反应管
生长舟
(2)将经过化学清洗的纯镓(Ga)、纯猛(Mn)和砷化镓(GaAs)晶体按技术方案中规定的比例放入生长容器(石墨舟)中。
(3)将经过化学清洗的砷化镓(GaAs)单晶片放入生长容器(石墨舟)中。
(4)抽真空使生长石英反应管内的真空度优于2Pa。
(5)通氢气，流量0.1升/分钟，30分钟以后，将石英反应管送入外延炉中加热熔源。
(6)在800℃流动氢气环境中熔源2小时。
(7)在750℃，降温速率为0.1℃/分钟条件下生长30分钟。
按照上述生长工艺，在砷化镓单晶衬底上生长出GaMnAs薄膜，经电子能量散射谱分析，外延层的组分为：Ga48.2％，As51.4％，Mn0.4％。
实施例2
(1)实现发明的主要设备：
液相外延炉
机械真空泵+扩散真空泵(或其它真空设备)
温度控制器
氢气发生器(或氢气纯化设备)
石英反应管
生长舟
(2)将经过化学清洗的纯镓(Ga)、纯猛(Mn)和锑化镓(GaSb)晶体按技术方案中规定的比例放入生长容器(石墨舟)中。
(3)将经过化学清洗的锑化镓(GaSb)单晶片放入生长容器(石墨舟)中。
(4)抽真空使生长石英反应管内的真空度优于2Pa。
(5)通氢气，流量0.1升/分钟，30分钟以后，将石英反应管送入外延炉中加热熔源。
(6)在650℃流动氢气环境中熔源2小时。
(7)在600℃，降温速率为0.1℃/分钟条件下生长30分钟。
按照上述生长工艺，在锑化镓单晶衬底上生长出GaMnSb薄膜，经电子能量散射谱分析，外延层的组分为：Ga46.2％，As50.6％，Mn3.2％。
本发明与现有技术相比具有，外延层化学稳定性高，设备简单，生长费用低的优点。
Claims (6)
1、一种磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)用石墨或石英制成生长容器；
(2)以砷化镓、硅、锑化镓单晶片为衬底，将纯镓、纯锰和砷化镓晶体按比例GaxMnyAs1-x-y放入生长容器中，在外延炉中经充分溶解、混合后，在过冷度为2-10度的条件下进行外延生长；生长溶液GaxMnyAs1-x-y中x和y为原子比，其取值范围是：x：0.0-1.0；y：0.0-1.0；0.0＜x+y＜1.0。
2、根据权利要求1所述的磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法，其特征在于，在砷化镓、硅、锑化镓单晶片衬底上直接生长GaxMnyAs1-x-y外延层或先在衬底上生长缓冲层，然后再生长GaxMnyAs1-x-y外延层；所述的GaxMnyAs1-x-y外延层是单层结构或多层结构。
3、根据权利要求1所述的磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法，其特征在于，所述的生长方法的生长温度范围为：573K-1073K。
4、一种磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)用石墨或石英制成生长容器；
(2)以锑化镓、硅、砷化镓单晶片为衬底，将纯镓、纯锰和锑化镓晶体按比例GaxMnySb1-x-y放入生长容器中，在外延炉中经充分溶解、混合后，在过冷度为2-10度的条件下进行外延生长；生长溶液GaxMnySb1-x-y中x和y为原子比，其取值范围是：x：0.0-1.0；y：0.0-1.0；0.0＜x+y＜1.0。
5、根据权利要求4所述的磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法，其特征在于，在锑化镓、硅、砷化镓单晶片衬底上直接生长GaxMnySb1-x-y外延层或先在衬底上生长缓冲层，然后再生长GaxMnySb1-x-y外延层；所述的GaxMnySb1-x-y外延层是单层结构或多层结构。
6、根据权利要求4所述的磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法，其特征在于，所述的生长方法的生长温度范围为：573K-973K。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB00129590XA CN1134047C (zh) | 2000-10-08 | 2000-10-08 | 磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB00129590XA CN1134047C (zh) | 2000-10-08 | 2000-10-08 | 磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1347138A CN1347138A (zh) | 2002-05-01 |
| CN1134047C true CN1134047C (zh) | 2004-01-07 |
Family
ID=4593604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB00129590XA Expired - Fee Related CN1134047C (zh) | 2000-10-08 | 2000-10-08 | 磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1134047C (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100369203C (zh) * | 2004-12-03 | 2008-02-13 | 中国科学院半导体研究所 | 在镓砷衬底上生长铟砷锑薄膜的液相外延生长方法 |
| CN100457964C (zh) * | 2005-05-19 | 2009-02-04 | 中国科学院半导体研究所 | 用磁控溅射法在镓砷衬底上外延生长铟砷锑薄膜的方法 |
| CN102169820B (zh) * | 2011-01-18 | 2012-11-14 | 中国科学院半导体研究所 | 制备不同应力密度分布的GaAs图形化衬底的方法 |
| CN110634639A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-12-31 | 松山湖材料实验室 | 调节稀磁半导体磁性能的方法及其制品 |
-
2000
- 2000-10-08 CN CNB00129590XA patent/CN1134047C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1347138A (zh) | 2002-05-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Reed et al. | Room temperature magnetic (Ga, Mn) N: a new material for spin electronic devices | |
| EP1396867B1 (en) | Room temperature ferromagnetic semiconductor grown by plasma enhanced molecular beam epitaxy | |
| Kane et al. | Magnetic and optical properties of Ga1− xMnxN grown by metalorganic chemical vapour deposition | |
| CN1138025C (zh) | 一种控制氮化镓(GaN)极性的方法 | |
| CN1134047C (zh) | 磁性半导体/半导体异质液相外延生长方法 | |
| Dimakis et al. | The role of nucleation temperature in In-face InN-on-GaN (0001) growth by plasma-assisted molecular beam epitaxy | |
| CN112490112A (zh) | 氧化镓薄膜及其异质外延生长方法与应用 | |
| Kamilla et al. | New semiconductor materials for magnetoelectronics at room temperature | |
| Newman et al. | Recent progress towards the development of ferromagnetic nitride semiconductors for spintronic applications | |
| Yamada et al. | Growth of ferromagnetic semiconductor:(Ga, Cr) As | |
| Hara et al. | Selective-area growth and transport properties of MnAs/InAs heterojunction nanowires | |
| Pang et al. | Growth of wurtzite and zinc-blende phased GaN on silicon (100) substrate with sputtered AlN buffer layer | |
| CN101787561B (zh) | 一种Fe3N材料的生长方法 | |
| CN108511326A (zh) | 一种化合物半导体材料InGaN及其外延制备方法 | |
| CN111081762B (zh) | 一种hemt器件的外延结构 | |
| CN1822320A (zh) | 制备GaN基稀磁半导体材料的方法 | |
| Zhang et al. | Epitaxial Ferrimagnetic Mn 4 N Thin Films on GaN by Molecular Beam Epitaxy | |
| CN1174467C (zh) | 半导体/磁体/半导体三层结构的制备方法 | |
| Yamaguchi et al. | Growth of GaAs/ErAs/GaAs structures by migration‐enhanced epitaxy | |
| JP2000068497A (ja) | ＧａＮ系化合物半導体装置 | |
| CN1216406C (zh) | 磁性p－n结薄膜材料及制备方法 | |
| Yokota et al. | Effect of carrier for magnetic and magnetotransport properties of Si: Ce films | |
| CN101319400A (zh) | 一种Fe掺杂生长GaFeN稀释磁性半导体的方法及其用途 | |
| Tanaka | Ferromagnet/Semiconductor Heterostructures and Nanostructures Grown by Molecular Beam Epitaxy | |
| CN1288680C (zh) | 一种氢化物汽相外延制备GaMnN铁磁性薄膜的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |