过渡族和稀土族元素掺杂氮化镓基稀磁半导体性能比较

摘要

GaN基稀磁半导体有望应用于未来的自旋电子器件领域,近年来得到各国学者的广泛关注。实验中采用离子注入结合快速退火工艺,在MOCVD外延生长的n型GaN薄膜表面分别注入Mn、Cr、Gd、Sm离子,得到了厚度约200nm的稀磁半导体薄膜,并用XRD、RBS、SQUID对三种样品的微结构和磁性能进行了测试分析。结果表明,稀土族元素Gd、Sm掺杂的GaN样品在掺杂浓度远低于过渡族Mn、Cr掺杂样品的情况下,仍能得到相同量级的饱和磁化强度,计算得到的Gd、Sm离子有效磁矩近似甚至大于其原子本征磁矩,而Mn、Cr的离子有效磁矩远小于其原子本征磁矩,说明在过渡族和稀土族元素掺杂的GaN基稀磁半导体中,有着两种完全不同的磁耦合机制。