ZnO基稀磁半导体薄膜及其ZnO/GaN异质结自旋LED研究

室温稀磁半导体材料对于半导体自旋电子器件的应用具有十分重要的意义。本项目采用共掺杂技术制备出室温铁磁性ZnO基稀磁半导体薄膜和室温磁性ZnO/GaN异质结系列样品，测量不同磁场下和不同温度时的异质结的I-V特性，电致发光性质。结合异质结界面性能表征和理论分析的结果，从微观的角度探讨界面缺陷，界面的极性，界面态密度分布的行为及其与异质结的电子输运，磁性质和光学性质的联系。最终获得自旋取向的磁性ZnO/GaN异质结发光二极管原型器件的极化电致发光，为ZnO基DMS的应用和自旋电子学提供有创新性的成果。

围绕ZnO稀磁半导体中涉及的室温铁磁性，输运等课题，我们开展了一系列研究工作，在课题组的共同努力下，获得一些有意义的研究成果：（1）缺陷对纳米ZnO:Mn室温铁磁性影响的研究。选择纳米ZnO:Mn为研究对象，在不同的气氛条件下进行热处理，研究其室温铁磁性。研究发现，在氢气气氛下，ZnO:Mn的室温铁磁性有明显的提高， 其室温铁磁性与ZnO:Mn中的氧空位有关，而不能简单地归结为H-O键的作用。（2）Si，Al2O3和GaN衬底生长ZnO:Mn薄膜室温铁磁性研究。尽管在氢气气氛下热处理可以获得ZnO:Mn/GaN的室温铁磁性，但p-GaN的有效掺杂浓度会受到影响，从而会影响相关器件的性质。我们发现，在氢气处理后的样品，再进行多次的氧气处理，其饱和磁化强度可以保持不变。其微观机理可能与ZnO的结构重构有关联。（3）SrTiO3:Nb的电阻转换特性的研究。采用不同掺杂浓度的SrTiO3:Nb单晶样品（Nb = 0.05wt%,0.5wt%,1wt%）与金属Pt,Ag分别制备Ag/SrTiO3:Nb和Pt/SrTiO3:Nb结构。采用原位测量样品结电压的方法，研究Ag/SrTiO3:Nb和Pt/SrTiO3:Nb的超快响应机理。对Ag/SrTiO3:Nb，其响应时间达到5ns, 研究表明其响应时间与Schottky结的势垒高度存在着一定关联。通过对样品的热处理发现，热处理能提高开关的高低电阻转换速度。（4） La0.5Ca0.5MnO3/Nb:SrTiO3 异质结的输运特性及其电阻开关效应的研究。发现La0.5Ca0.5MnO3/Nb:SrTiO3具有从负的电阻变化率到正的转变，并对其机理进行了研究。我们还系统地研究了La1-xCaxMnO3/SrTiO3: Nb异质结的磁电容的性质。研究发现La1-xCaxMnO3的薄膜随着Ca含量将发生结构相的转变，这个转变可能与样品的低温下的电荷有序有关联，因而将影响薄膜的磁性质。. 项目迄今已发表SCI研究论文5篇。项目执行期间，指导培养研究生6人，本科毕业生5人。以上成绩说明课题按计划进行，并实现预期目标。