Stany Mn 3d w paśmie walencyjnym Ga1-xMnxSb

Bogdan J. Kowalski 1Robert Nietubyć 2Janusz Sadowski 1,3

1. Instytut Fizyki PAN, Al. Lotnikow 32/46, Warszawa 02668, Poland
2. Instytut Problemów Jądrowych im. Andrzeja Sołtana, Otwock-Świerk 05-400, Poland
3. Lund University, MAX-lab, Lund SE-221 00, Sweden

Abstract
Wkład stanów Mn 3d do pasma walencyjnego Ga1-xMnxSb, ważny czynnik determinujący, własciwości tego półprzewodnika, został określony za pomocą spektroskopii fotoemisyjnej. Badania metodą rezonansowej spektroskopii fotoemisyjnej, prowadzone w zakresie energii fotonów odpowiadającym wzbudzeniu Mn 3p-3d, pozwoliły zidentyfikować struktury widm odpowiadające emisji ze stanów Mn 3d. Zbadanie przebiegu pasma walencyjnego wzdłuż kierunku [100] zostało dokonane za pomocą kątowo-rozdzielczej spektroskopii fotoemisyjnej. Uzyskane wyniki wykazały, że bezdyspersyjna struktura obserwowana przy energii wiązania 3.8 eV (względem energii Fermiego) jest związana ze stanami Mn 3d.  

Ga1-xMnxSb jest rozcieńczonym półprzewodnikiem magnetycznym z grupy III-V wykazującym własności ferromagnetyczne, jednakże we względnie niskich temperaturach (TC=25 K [1]). Zapewne z tego względu był on badany znacznie mniej intensywnie niż Ga1-xMnxAs, jednak skupia na sobie uwagę ze względu na możliwość zbadania w nim oddziaływania jonów magnetycznych z anionami chemicznie odmiennymi od arsenowych a także ze względu na strukturę pasmową przydatną w konstrukcji nowych urządzeń elektronicznych, takich jak ferromagnetyczna rezonansowa dioda tunelowa  [2].

Eksperymenty fotoemisyjne były wykonywane za pomocą spektrometru fotoemisyjnego na linii 41 laboratorium synchrotronowego MAX-lab Uniwersytetu w Lund w Szwecji. Widma fotoemisyjne były zbierane w warunkach emisji normalnej dla energii fotonów z zakresu 30-51 eV (w celu obserwowania rezonansu Mn 3p-3d) oraz z zakresu 50-106 eV (w celu zbadania dyspersji pasm wzdłuż kierunku [100]). 

Badane próbki Ga1-xMnxSb przygotowywano metodą epitaksji z wiązek molekularnych w układzie bezpośrednio połączonym ze spektrometrem fotoemisyjnym. Były więc przenoszone do spektrometru w ultra wysokiej próżni, co zapobiegało adsorpcji zanieczyszczeń na powierzchni warstw i konieczności ich oczyszczania inwazyjnymi metodami wprowadzającymi ryzyko zaburzenia ich struktury i składu chemicznego. Warstwy epitaksjalne Ga1-xMnxSb o zawartości manganu od 1 do 3% hodowano na podłożach GaSb(100) we względnie niskiej temperaturze około 2300C. Wzrost metodą MBE był monitorowany za pomoca odbiciowej dyfrakcji wysokoenergetycznych elektronów (RHEED). Obrazy dyfrakcyjne odpowiadające dwuwymiarowemu wzrostowi (prążki) oraz wyraźne oscylacje refleksu zwierciadlanego RHEED obserwowano w ciągu całego procesu wzrostu, aż do osiągnięcia ich końcowej grubości (od 50 do 300 Å). Nie zaobserwowano także w obrazach RHEED żadnych przejawów tworzenia się wytrąceń obcej fazy (na przykład segregacji nanokryształów MnSb [3]). Powierzchnie (100) warstw Ga1-xMnxSb wykazywały obrazy dyfrakcji niskoenergetycznych elektronów (LEED) charakterystyczne dla asymetrycznej rekonstrukcji (1x3). Nieobecność wytrąceń MnSb w badanych próbkach została potwierdzona także przez badania porównawcze (z próbkami zawierającymi wytrącenia) przeprowadzone metodą skaningowej mikroskopii elektronowej.

Przeprowadzone badania otrzymały wsparcie finansowe w ramach projektu "European Community's Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) grant agreement no. 226716".

Referencje:

[1] F. Matsukura, E. Abe, H. Ohno, J. Appl. Phys. 87, 6442 (2000)

[2] I. Vurgaftman, J.R. Meyer, Appl. Phys. Lett. 82, 2296 (2003)

[3] K. Lawniczak-Jablonska, A. Wolska, M.T. Klepka, S. Kret, J. Gosk, A. Twardowski, D.Wasik, A. Kwiatkowski, B. Kurowska, B.J. Kowalski, J. Sadowski, J. Appl. Phys. 109, 074308 (2011)

 

Related papers
  1. Critical exponents of dilute ferromagnetic semiconductors (Ga,Mn)N and (Ga,Mn)As
  2. Optical properties of GaAs:Mn nanowires
  3. Photoreflectance study of Ga(Bi,As) and (Ga,Mn)As epitaxial layers grown under tensile and compressive strain
  4. MBE growth, structural, magnetic, and electric properties of (In,Ga)As-(Ga,Mn)As core-shell nanowires
  5. Quaternary (Ga,Mn)BiAs ferromagnetic semiconductor -MBE growth, structural and magnetic properties
  6. Resonant photoemission study of Sm atoms on ZnO surface
  7. X-ray photoemission from CdTe/PbTe/CdTe nanostructure in normal and grazing-incidence modes
  8. Can we control the process of room temperature ferromagnetic clusters formation in GaMnAs matrix?
  9. ZnO and core/shell ZnO/ZnS nanofibers: Characterization and applications
  10. Structural transformations of GaMnAs layer annealed under enhanced hydrostatic pressure
  11. Zinc oxide grown by Atomic Layer Deposition - a material for novel 3D electronics
  12. Dimethylzinc and diethylzinc as precursors for monocrystalline zinc oxide grown by Atomic Layer Deposition
  13. Effects related to deposition temperature of ZnCoO films grown by Atomic Layer Deposition – uniformity of Co distribution, structural, electric and magnetic properties
  14. Diffusion profiles of transition metals (TM= Co or Mn) in ZnO and GaN incorporated by annealing of thin TM film
  15. Gd atoms on Si (111) surface – AFM and photoemission study
  16. Electronic structure of Mn atoms in (Ga,Mn)As layers modified by high temperature annealing
  17. Mn 3d electrons in the valence band of Mn/Ge0.9Mn0.1Te- a resonant photoemission study
  18. X-ray Absorption Fine Structure study of nickel grains embedded in the carbonaceous films
  19. Effect of high pressure annealing on defect structure of GaMnAs
  20. Influence of high temperature annealing on the local atomic structure around Mn atoms and magnetic properties of (Ga,Mn)As layers
  21. Catalytic growth by molecular beam epitaxy and properties of ZnTe-based semiconductor nanowires
  22. Effect of stress on structural transformations in GaMnAs
  23. Tunneling Anisotropic Magnetoresistance effect in p+-(Ga,Mn)As/n+-GaAs Esaki diode structure.
  24. Formation of epitaxial MnSb and MnBi layers on GaMnAs
  25. Magnetotransport properties of ultrathin GaMnAs layers
  26. Giant planar Hall effect in ferromagnetic (Ga,Mn)As layers
  27. Magneto-conductance through nanoconstriction in ferromagnetic (Ga,Mn)As film
  28. GaN(0001) surface Fe atoms doped
  29. Defects in GaMnAs - influence of annealing and growth conditions
  30. Photoemission study of the LT-GaAs
  31. Gallium nitride surface formation and modification by Mn deposition - photoemission studies with use of synchrotron radiation
  32. Lattice parameters changes of GaMnAs layers induced by annealing

Presentation: Poster at IX Krajowe Sympozjum Użytkowników Promieniowania Synchrotronowego, by Bogdan J. Kowalski
See On-line Journal of IX Krajowe Sympozjum Użytkowników Promieniowania Synchrotronowego

Submitted: 2011-07-25 14:52
Revised:   2011-07-26 15:27