[发明专利]一种表面自氧化的氮化镓自旋注入结制备方法

权利要求书

1.一种表面自氧化的氮化镓自旋注入结制备方法，其特征在于，采用原子层沉积系统的远端氧等离子体使干净GaN表面均匀附着氧；然后采用氧化物分子束外延系统，在臭氧环境下高温退火，使GaN表面形成结晶自氧化GaO_x层作为自旋隧穿介质层，其中1≤x≤2；最后通过磁控溅射以及光刻，在自氧化GaO_x层上形成平整连续铁磁金属注入电极，完成自旋注入结的制备。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将衬底上生长的GaN单晶薄膜样品置入原子层沉积系统，利用远端氧等离子体清洗样品表面；

2）将步骤1）清洗过的样品传送至氧化物分子束外延系统，利用臭氧氧化表面，在GaN单晶薄膜上形成自氧化GaO_x层，其中1≤x≤2；

3）将氧化后的样品传至磁控溅射系统，在自氧化GaO_x层上制备铁磁金属膜；

4）在磁控溅射系统中，在铁磁金属膜上溅射一层贵金属保护膜；

5）通过光刻和刻蚀制备铁磁金属注入电极结构，获得氮化镓自旋注入结器件。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤1）先对GaN单晶薄膜样品初始表面进行清洗，再传送至原子层沉积系统中；或者利用真空互联直接将金属有机化合物化学气相沉淀生长好的氮化镓单晶薄膜样品传送至原子层沉积系统中。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底；衬底上的GaN单晶薄膜厚度为0.3~2μm。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中原子层沉积系统在功率1200~1500W，温度300~400摄氏度条件下处理10~15分钟。

6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2）氧化气压为1×10^-5mbar到 1.5×10^-5mbar，氧化温度为650~850摄氏度，氧化时间为30~45分钟。

7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3）使用射频电源溅射，靶材为Co、Fe或CoFeB。

8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3）中所述铁磁金属膜厚度在25~30nm。

9.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤4）使用直流电源溅射，靶材为Pt或Ru。

10.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤5）中所述铁磁金属注入电极形状为“T”字形，其中竖条作为自旋注入结构，横条作为器件引脚。