[发明专利]一种新型的氮化镓镍氮空位色心及其制备方法

权利要求书

1.一种新型的氮化镓镍氮空位色心，其特征在于：在氮化镓晶格中，利用镍原子取代一个镓原子和该镓原子最近邻的氮空位形成复合体，即氮化镓镍氮空位色心；所述复合体的原子排列呈现C_3v对称，且C_3v对称轴穿过镍原子和氮空位的中心，并与三个间距相等的镓原子所在平面相垂直。

2.一种新型的氮化镓镍氮空位色心的制备方法，其特征在于利用离子注入的方法，掺杂特定种类的镍离子并经高温退火修复晶格损伤后，通过电子辐照产生大量单个空位，随后再快速退火，完成制备；具体包括如下步骤：

(1)选用衬底并对其进行预处理，得到预处理后的平整衬底；

(2)在平整衬底上采用金属有机化学气相沉积法MOCVD生长非故意掺杂的外延层，即立方相氮化镓薄膜；

(3)对外延层进行离子注入：

将170keV镍离子注入到氮化镓薄膜中，得到离子注入后的样品，并在氮气氛围下，对该样品进行800℃的快速退火；

(4)对步骤(3)得到的样品使用10MeV能量、5×10¹⁷cm^-2剂量的电子辐照，并对电子辐照后的样品在氮气氛围下进行600～800℃的快速退火；

(5)完成氮化镓镍氮空位色心的制备。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(1)中选用的衬底包括砷化镓衬底、蓝宝石衬底、氮化镓衬底。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述预处理，包括将衬底在超声清洗机中清洗，随后依次用丙酮清洗3～5分钟、乙醇清洗3～5分钟、异丙酮清洗3～5分钟，用于去除衬底表面的油污；再用盐酸水溶液浸泡3～5分钟，用于去除表面的氧化层；最后使用去离子水进行超声清洗，取出后用氮气吹干。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(2)中采用金属有机化学气相沉积法MOCVD生长非故意掺杂的外延层，分别以三甲基镓TMGa和氨气NH₃作镓源和氮源，以H₂作为镓源载气；是首先在1150℃的H₂气氛下对衬底烘烤10分钟，然后降温至550℃～580℃生长5分钟的GaN缓冲层，再升温至900℃生长未掺杂的GaN外延层。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述镓源和氮源的流量分别为120sccm和1200sccm。

7.根据权利要求2或5所述的方法，其特征在于：所述外延层厚度为2～5μm。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(3)中将170keV镍离子注入到氮化镓薄膜中，注入剂量为1×10¹⁶cm^-2。