专利名称：磁性p－n结薄膜材料及制备方法
技术领域：
本发明提供一种磁性薄膜材料及制备方法，特别是指一种磁性p-n结薄膜材料及制备方法。
迄今为止，已有大量的磁体/半导体异质结构以及磁体/半导体/磁体三明治结构制备成功的报道，磁体/半导体超晶格的研制也取得了进展。但由于磁体/半导体间晶格失配的影响，异质结构的应变较大、稳定性不好。对于半导体材料的研究多集中在II-Mn-VI和III-Mn-V，即A1-xMnxB化合物上，由于晶格失配问题Mn离子的浓度不能太高。而Si(硅)是当今应用最广的半导体材料，所以硅基的磁性半导体材料也是最重要的。
低能离子束外延技术的一个优点是利用磁分析器的离子提纯分析功能，在超高真空条件下可制备其它工艺不易实现的、难提纯、难化合、易氧化的特殊材料。稀土元素是易氧化、难提纯的物质，用这种方法就可克服这种弱点，使离子达到同位素纯度。
p-n结和磁性材料是现代信息技术中不可缺少的基本器件和材料，制备具有磁性的p-n结，对磁电子学发展具有非常重要意义，具有广泛的应用前景。
本发明的另一目的是制备高温磁性p-n结，以用于相关器件和电路。
本发明一种磁性p-n结薄膜材料，磁性p-n结是在半导体衬底上制备磁性半导体材料，并且使其载流子和衬底属于不同的类型；其特征在于，包括一半导体衬底；在该半导体衬底上直接生长磁性半导体材料，或根据需要在衬底上先外延一层或多层缓冲层后再生长磁性半导体材料。
其中所述的半导体衬底是硅、锑化镓、砷化镓等单晶片。
其中所述的磁性半导体是新型的稀磁半导体材料，如硅钆、镓锰砷、镓锰锑等。
其中所述的缓冲层可以是非磁性层，如铝镓砷，硅锗等；也可以是磁性层，如镓锰砷。
其中所述的磁性半导体既可以是单晶形式也可以是多晶形式。
本发明一种磁性p-n结的制备方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1首先选择一半导体衬底；步骤2用离子束外延、液相外延、溅射、真空沉积或分子束外延等方式在硅、锑化镓、砷化镓等单晶片衬底上直接生长磁性外延层。
其中步骤1所述的半导体衬底是硅、锑化镓、砷化镓等单晶片。
其中步骤2所述的磁性半导体是新型的稀磁半导体材料，如硅钆、镓锰砷、镓锰锑等。
其中步骤2所述的磁性半导体既可以是单晶形式也可以是多晶形式。
其中所述的缓冲层可以是非磁性层，如铝镓砷，硅锗等；也可以是磁性层，如镓锰砷。
图2是Gd～Si/Si的I-V曲线图，
在该半导体衬底上直接生长磁性半导体材料，或根据需要在衬底上先外延一层或多层缓冲层后再生长磁性半导体材料，该缓冲层可以是非磁性层，如铝镓砷，硅锗等；也可以是磁性层，如镓锰砷。所述的磁性半导体是新型的稀磁半导体材料，如硅钆、镓锰砷、镓锰锑等。所述的磁性半导体既可以是单晶形式也可以是多晶形式。
一种磁性p-n结的制备方法，包括如下步骤步骤1首先选择一半导体衬底，所述的半导体衬底是硅、锑化镓、砷化镓等单晶片。步骤2用离子束外延、液相外延、溅射、真空沉积或分子束外延等方式在硅、锑化镓、砷化镓等单晶片衬底上直接生长磁性外延层，或根据需要在衬底上先外延一层或多层缓冲层后再生长磁性半导体材料，该缓冲层可以是非磁性层，如铝镓砷，硅锗等；也可以是磁性层，如镓锰砷；所述的磁性半导体是新型的稀磁半导体材料，如硅钆、镓锰砷、镓锰锑等。所述的磁性半导体既可以是单晶形式也可以是多晶形式。
4)测得Gd～Si/Si的I-V曲线如图2所示，说明样品具有整流特性。
本发明与现有技术相比具有的积极效果与其它p-n结相比，磁性p-n结兼备了磁性和整流的特征，而且磁性半导体材料具有居里温度高的优点，具有广泛的应用前景。实现本发明的最好方式(1)实现发明的主要设备半导体薄膜制备设备(如离子束系统、分子束外延系统或激光淀积系统等)；机械真空泵+扩散真空泵(或其它真空设备)；温度控制系统；半导体热处理设备；(2)根据生长设备的具体情况，对生长技术路线进行适当调整。
(3)对于离子束外延系统，靶室静态真空度优于5×10-8pa，动态真空度优于2×10-5Pa；离子能量10～1500eV(连续可调)；可分选原子量为1～207(H-Pb)；衬底温度RT(室温)～500℃连续可调。
(4)对于其它半导体薄膜制备系统的设备参数，视具体情况而定。
(5)磁性p-n结的制备步骤以GaSb(锑化镓)、GaAs(砷化镓)、Si(硅)等单晶片为衬底；选择适当的制备条件，包括衬底温度，沉膜速率，沉积能量等，设备不同，制备条件也不同；根据需要可以在GaSb(锑化镓)、GaAs(砷化镓)、Si(硅)等单晶片衬底上直接生长磁性外延层，也可以先在衬底上生长缓冲层，然后再生长磁性半导体外延层；用离子束外延、液相外延、溅射、真空沉积或分子束外延等设备生长磁性半导体(如GaMnAS(镓锰砷)，GaMnSb(镓锰锑)、Gd-Si(钆硅)等)，并且使外延和基片的载流子属于不同的类型；根据需要可以对获得的p-n结进行其它工艺处理，如热处理，光刻，制作电极等。
权利要求
1.一种磁性p-n结薄膜材料，磁性p-n结是在半导体衬底上制备磁性半导体材料，并且使其载流子和衬底属于不同的类型；其特征在于，包括一半导体衬底；在该半导体衬底上直接生长磁性半导体材料，或根据需要在衬底上先外延一层或多层缓冲层后再生长磁性半导体材料。
2.根据权利要求1所述的磁性p-n结薄膜材料，其特征在于，其中所述的半导体衬底是硅、锑化镓、砷化镓等单晶片。
3.根据权利要求1所述的磁性p-n结薄膜材料，其特征在于，其中所述的磁性半导体是新型的稀磁半导体材料，如硅钆、镓锰砷、镓锰锑等。
4.根据权利要求1所述的磁性p-n结薄膜材料，其特征在于，其中所述的磁性半导体既可以是单晶形式也可以是多晶形式。
5.根据权利要求1所述的磁性p-n结薄膜材料，其特征在于，其中所述的缓冲层可以是非磁性层，如铝镓砷，硅锗等；也可以是磁性层，如镓锰砷。
6.一种磁性p-n结的制备方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1首先选择一半导体衬底；步骤2用离子束外延、液相外延、溅射、真空沉积或分子束外延等方式在硅、锑化镓、砷化镓等单晶片衬底上直接生长磁性外延层，或根据需要在衬底上先外延一层或多层缓冲层后再生长磁性半导体材料。
7.根据权利要求6所述的磁性p-n结的制备方法，其特征在于，其中步骤1所述的半导体衬底是硅、锑化镓、砷化镓等单晶片。
8.根据权利要求6所述的磁性p-n结的制备方法，其特征在于，其中步骤2所述的磁性半导体是新型的稀磁半导体材料，如硅钆、镓锰砷、镓锰锑等。
9.根据权利要求6所述的磁性p-n结的制备方法，其特征在于，其中步骤2所述的磁性半导体既可以是单晶形式也可以是多晶形式。
10.根据权利要求6所述的磁性p-n结的制备方法，其特征在于，其中所述的缓冲层可以是非磁性层，如铝镓砷，硅锗等；也可以是磁性层，如镓锰砷。
全文摘要
本发明一种磁性p－n结薄膜材料，磁性p－n结是在半导体衬底上制备磁性半导体材料，并且使其载流子和衬底属于不同的类型；包括一半导体衬底；在该半导体衬底上直接生长磁性半导体材料，或根据需要在衬底上先外延一层或多层缓冲层后再生长磁性半导体材料。
文档编号H01L21/02GK1452216SQ02105698
公开日2003年10月29日 申请日期2002年4月18日 优先权日2002年4月18日
发明者周剑平, 陈诺夫, 张富强, 刘志凯, 杨少延, 柴春林 申请人:中国科学院半导体研究所