半金属zb-CrAs和稀磁半导体(Ga,Cr)As薄膜分子束外延生长和磁性质研究

来源 :中国科学院半导体研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:c42865
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本文通过优化生长参数,利用低温分子束外延方法在GaAs(001)衬底上制备出了高质量闪锌矿结构CrAs(zb-CrAs)薄膜,对薄膜的表面形貌、结构和磁性质进行了表征,验证了室温铁磁性存在于zb-CrAs中;进行了稀磁半导体(Ga,Cr)As薄膜分子束外延生长,讨论了不同Cr浓度下(Ga,Cr)As的磁性质和表面形貌,探讨了磁性质来源,证明了铁磁性是(Ga,Cr)As的内禀性质。主要的研究结果如下:   (1)利用低温分子束外延技术制备了两种CrAs薄膜:一种保持为生长态;一种经历了原位退火处理。未经退火处理的CrAs薄膜仍保持闪锌矿结构,磁性测量数据证明了其室温铁磁性,由此验证了Akinaga等人的闪锌矿结构CrAs具有室温铁磁性的实验结果,澄清了近年来关于CrAs化合物薄膜室温铁磁性来源的争议。经过退火的CrAs薄膜虽然仍具有室温铁磁性,但是部分外延层发生畸变,驰豫成非闪锌矿结构。   (2)系统地研究了分子束外延生长过程中Cr/As束流比、生长温度、外延层厚度和不同过渡层等生长条件对CrAs薄膜的表面形貌、结构和磁性质的影响,通过优化生长参数制备出了高晶体质量的zb-CrAs半金属薄膜。   (3)利用低温分子束外延的方法在GaAs(001)衬底上生长了(Ga,Cr)As样品。SQUID测量结果显示出其铁磁性行为,居里温度约30 K。MCD谱在光波长为830nm时磁场强度的依赖性揭示了其铁磁性行为。SQUID和MCD谱数据证明了样品铁磁性来源于(Ga,Cr)As稀磁半导体,即(Ga,Cr)As具有本征铁磁性。这是继(In,Mn)As、(Ga,Mn)As和(Zn,Cr)Te后另一种观察到了MCD信号的所谓的真正稀磁半导体材料。
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