Mn⁺注入p型GaN薄膜的结构和磁学特性

Mn + 注入p型GaN薄膜的结构和磁学特性 Structural and Magnetic Studies of Mn + Implanted GaN Films 石瑛 SHI Ying 1 2 first-author 林玲 LIN Ling 1 2 蒋昌忠 JIANG Chang-zhong 1 2 付德君 FU De-jun 1 2 范湘军 FAN Xiang-jun 1 2 武汉大学物理科学与技术学院 武汉大学物理科学与技术学院 School of Physics and Technology, Wuhan University School of Physics and Technology, Wuhan University 武汉大学物理科学与技术学院,湖北,武汉,430072 武汉大学物理科学与技术学院,湖北,武汉,430072 用低压MOCVD法在（0001）面的蓝宝石衬底上生长纤锌矿结构的GaN.GaN膜总厚度为4μm,包括0.5μm掺Mg的p型表面层.Mn+离子注入的能量为90keV,剂量为1.0×1015～5.0×1016cm-2,被注入的p型GaN处于室温.对注入样品的快速热退火处理是在N2气流中进行的,温度约为800℃,时间为30～90s.采用X射线衍射（XRD）、卢瑟福背散射（RBS）和原子力显微镜（AFM）研究,发现Mn+注入GaN膜的结构受注入剂量和退火条件的控制.通过超导量子干涉仪（SQUID）分析,在Mn+注入剂量为5.0×1015cm-2、并经850℃退火30s的GaN膜中发现了铁磁性,表明离子注入方法是进行GaN掺杂改性的有效手段. Wurtzite GaN films are grown by low-pressure MOCVD on （0001）-plane sapphire substrates. The GaN films have a total thickness of 4 μm with a surface Mg-doped p-type layer, which has a thickness of 0.5 μm. 90 keV Mn + ions are implanted into the GaN films at room temperature with doses ranging from 1.0×10 15 to 5.0×10 16 cm -2 . After an annealing step at 770℃ in flowing N 2 , the structural characteristics of the Mn + implanted GaN films are studied by X-ray diffraction （XRD）, Rutherford backscattering spectrometry （RBS） and atomic force microscopy （AFM）. The structural and morphological changes brought about by Mn + implantation and annealing are characterized. The ferromagnetism with hysteresis loop of the Mn + implanted GaN films is revealed by the use of superconducting quantum interference device （SQUID）. It suggests that ion implantation is an effective method for GaN doping. GaN薄膜 离子注入 结构 磁性 GaN films ion implantation Structure magnetism O471.4 国家自然科学基金（10205010）;教育部留学回国人员科研启动基金;中国科学院核分析技术研究实验室资助项目 2004-05-01 2021-04-01 5