Zn 1 −x Mn x S ‰ ˜ m+ s ÇX N Ë U c lT c l8 ý + s ÇX N ˏ Œ º õ m Í ° Ë Ñ® o° Ë Ñ — ¤V R Ë

Zn 1 −x Mn x S ‰ ˜ m+ s ÇX N Ë U c lT c l8 ý + s ÇX N ˏ Œ º õ m Í ° Ë Ñ®  o° Ë Ñ — ¤V R Ë

L

|÷ 7 B6 0 ^∗

3

l q" é ¶ @ /† < Ɠ § F  g ·„   Ó ü t o † < Æõ , @ /„   302-729 (2004¸   8 Z 4 14{ 9  ~ à Î6 £ §)

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H hot-wall epitaxy ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð GaAs(100) l ó ø Í 0 A\  Zn

Mn

S é ß –  & ñ ~ à Ì} Œ •`  ¦ $ í  © œ 

%

i  . $ í  © œ ) a r « э  H Nomarski ‰ & ³p  â õ  AFM(atomic force microscope)`  ¦ s 6   x # Œ ~ à Ì} Œ •_  ³ ð€  `  ¦ ì

 r$ 3  % i  . XRD(X-ray diffraction)– РÒ'  Mn › ¸$ í q ü < Á º › ' a >  — ¸Ž  H Zn

Mn

S é ß –  & ñ ~ à Ì} Œ •“ É r



o† < ƀ ª œ : r& h “   zincblende ½ ¨› ¸– Ð $ í  © œ % i 6 £ §`  ¦ S X ‰ “   % i “ ¦, DCRC(double-crystal rocking curve)– Ð Â

Ò'  Mn › ¸$ í q  7 £ x  €   ~ à Ì} Œ •_    & ñ $ í s 
 t   H  כ `  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3  . EPMA(electron probe X-ray micro analyzer)\  ¦ s 6   x # Œ ½ ¨ô  Ç  o† < Æ& h “   › ¸$ í q ü < DCRC– РÒ'  ½ ¨ô  Ç     © œÃ ºü <_  › ' a > – Ð Â

Ò'  zincblende ½ ¨› ¸“   MnS_      © œÃ º\  ¦ ½ ¨ % i  . Õ ªo “ ¦ ü @Â Ò  l  © œs  \ O `  ¦ M : Mn › ¸$ í q \ 



 É r Zn

Mn

S é ß –  & ñ ~ à Ì} Œ •_  10 K F  gµ 1 ÏF  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦ 8 £ ¤& ñ % i  .

PACS numbers: 68.55.-a, 78.20.-e, 78.55.Et

Keywords: é ß –  & ñ , F  gµ 1 ÏF  g , Hot-wall epitaxy, Zn

Mn

S ~ à Ì} Œ •

I. " e  ] Ø

II-VI  o½ + ËÓ ü t ì ø ͕ ¸^ ‰\  …  ;s F K5 Å q`  ¦ ' ‘  # Œ + þ A$ í ÷ &  H



B~ à Ì $ í ì ø ͕ ¸^ ‰(diluted magnetic semiconductor, DMS)



 H D h– Ðî  r > h¥ Æ _  Û ¼— 2 ; › ' aº   „   ™ è \  ¦ ë ß –[ þ t l  0 Aô  Ç  0

p

x$ í M :ë  H \  ´ ú §“ É r < É ª p \  ¦ s = å J “ ¦ e ”  . þ j  H \  Cr • ¸i ç  ) a II-VI DMS“   ZnCrTe  © œ“ : r \ " f y © œ $ í : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Г   



 H ˜ Г ¦ µ 1 ϳ ð÷ &€  " f ´ ú §“ É r › ' a d ” `  ¦ = å J “ ¦ e ”   [1]. „  : Ÿ x& h  Ü

¼– Ð ´ ú §“ É r ƒ  ½ ¨ ÷ &# Q“ : r Mn s “ : r s  ' ‘   ) a DMS[ þ t ×  æ

\

" f Zn 1 −x Mn x S  H  © œ@ /& h Ü ¼– Ð  _  ƒ  ½ ¨ ÷ &t  · ú §“ É r Ó

ü t| 9 s  . Z O ß ¼ $ í  © œ`  ¦ : Ÿ x # Œ ˜ Г ¦  ) a Zn _{1 −x} Mn _x S_  \ 

-t  { ç ß –  “ É r  © œ“ : r \ " f 3.7 ∼ 3.9 eVs “ ¦,     © œÃ º  H 5.409 ∼ 5.614 ˚ A s   [2]. Zn 1 −x Mn _x S\  ¦ + þ A$ í   H s " é ¶



o½ + ËÓ ü t“   ZnS  H q  $ í ì ø ͕ ¸^ ‰– Ð" f î ß –& ñ ô  Ç zincblende ½ ¨

›

¸\  ¦ ° ú t ë ß – MnS  H N´ eel “ : r • ¸ 152 K“   ì ø Íy © œ $ í ì ø ͕ ¸

^

‰– Ð" f î ß –& ñ ô  Ç NaCl(α-phase) ½ ¨› ¸(    © œÃ º 5.223 ˚ A) ü <

Ô

 ¦î ß –& ñ ô  Ç zincblende(β-phase) ½ ¨› ¸(    © œÃ º 5.614 ˚ A)
 wurtzite(γ-phase) ½ ¨› ¸(    © œÃ º c = 6.446 ˚ A)\  ¦ | 9  à º e ”

 .   " f Z O ß ¼ Zn ¹ −x Mn x S  H s [ þ t ¿ º  o½ + ËÓ ü t“   ZnS ü

< MnS_  ½ ¨› ¸\  % ò † ¾ Ó`  ¦ ~ à Î  Mn › ¸$ í q  x < 0.1\ " f zincblende ½ ¨› ¸\  ¦
 ? /“ ¦, 0.1 < x < 0.6\  " f wurtzite

½

¨› ¸\  ¦
  · p  [2].

∗

E-mail: [email protected]

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H hot-wall epitaxy(HWE) ~ ½ ÓZ O `  ¦  6   x

# Œ GaAs(100) l ó ø Í\  zincblende ½ ¨› ¸_  Zn _{1 −x} Mn x S é

ß –  & ñ ~ à Ì} Œ •`  ¦ $ í  © œ % i  . $ í  © œ ) a r « э  H €  $  XRD(X-ray diffraction) ü < DCRC(double-crystal rocking curve)\  ¦ s 6   x # Œ   & ñ ½ ¨› ¸ü <     © œÃ º Õ ªo “ ¦   & ñ $ í

`

 ¦ · ú ˜ ˜ Ѐ Œ ¤“ ¦ s  Qô  Ç r « Ñ[ þ t_  F  gµ 1 ÏF  g 8 £ ¤& ñ `  ¦ ¶ ú ˜( R˜ Ð

€

Œ ¤ .

II. ÷ m Ç ] M ö

Zn 1 −x Mn x S é ß –  & ñ ~ à Ì} Œ •`  ¦ $ í  © œ l  0 Aô  Ç l ó ø ͓ É r 4 ⁰⁰ ì

ø Í] X ƒ   GaAs(100) l ó ø Í`  ¦ 5 × 10 mm ² ß ¼l – Ð ¸ ú ˜   6   x

% i  . " é ¶ « ÑÓ ü t| 9 “ É r ZnS(5N, Kurt J. Lesker)    & ñ ì  r

´

ú ˜õ  Mn(4N, Õë¦Á) ì  r´ ú ˜`  ¦  6   x % i “ ¦ Mn_  › ¸$ í q

\  ¦ ~ 1 >  › ¸] X  l  0 A # Œ Z  }“ É r “ : r • ¸\ " f 7 £ xµ 1 Ï   H Mn

"

é

¶ « Ñ Ò\  ¦ $ “ : r_  ZnSü < l ó ø Í  s \  C u  % i  . GaAs l

ó ø ͓ É r trichloroethylene(TCE),  [ j— : r x 9  B j 9  · ú ˜ ï`  ¦

\

 y Œ •y Œ • 5 ì  rm ”  œ í6 £ §   [ j' ‘ ô  Ç Ê ê 50 ∼ 60 ^◦ C_  H 2 SO 4 : H ₂ O ₂ : H ₂ O = 3 : 1 : 1_  6   xÓ  o 5 Å q \ " f 1 ì  rç ß –  o† < Æ \ g A

% i  . Õ ªo “ ¦ â ìØ Ô  H œ íí  H à º(q $ † ½ Ó:18.6 MΩ · cm)\  V ,

# Q Ø  æì  r y  '  ½ ¨“ ¦,  Œ ™r  B jò ø Í`  ¦ \  { Œ ™€ Œ ¤  “ ¦í  H • ¸ Ar

Û ¼– Ð Ô  ¦ # Q | › ¸r (   . Õ ª Ê ê\  HWE  © œu  5 Å q_  l ó ø Í t

t @ /\  ’  5 Å q >  GaAs l ó ø Í`  ¦ `  ¦  9Z  ~€ Œ ¤ . ~ à Ì} Œ •`  ¦ $ í



© œ l  „  \   o† < Æ \ g A Ê ê\ • ¸ z Œ ™  e ”   H ï ß –# ŒÔ  ¦í  HÓ ü t õ 

-271-

í

ß – o} Œ •`  ¦ ] j  l  0 A # Œ ”  / B N • ¸ ∼ 10 ⁻⁷ torr 5 Å q \ " f 590 ^◦ C_  “ : r • ¸– Ð 20 ì  rç ß – \ P  \ g A Ê ê " f" fy  $ í  © œ “ : r • ¸

–

Ð ± ú Æ Ò% 3  . ~ à Ì} Œ •_  $ í  © œÒ  ¦“ É r $ í  © œ Ê ê ¿ ºa  8 £ ¤& ñ `  ¦ 

#

Œ $ í  © œr ç ß –\  @ /ô  Ç q Ö  ¦ – Ð   & ñ % i “ ¦ 1 ∼ 2 ˚ A/sec_ 

$ í

 © œÒ  ¦ s  ÷ &• ¸2 Ÿ ¤ $ í  © œ› ¸| `  ¦ › ¸] X  % i  .

Zn 1 −x Mn x S ~ à Ì} Œ •_  ¿ ºa   H ì  rF  gF  g • ¸> (Shimadzu, UV-2401) – Ð  © œ“ : r \ " f ì ø Í Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 _  Franz-Keldysh ”   1

l

x`  ¦ 8 £ ¤& ñ # Œ   & ñ % i  . s  Qô  Ç ì ø Í Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦ 8 £ ¤& ñ

# Œ % 3 “ É r ~ à Ì} Œ •_  ¿ ºa   H @ /> h 1 µm & ñ • ¸ s % 3  . $ í  © œô  Ç é

ß –  & ñ ~ à Ì} Œ •_  ³ ð€  “ É r Nomarski ç ß –[ O ‰ & ³p  â (Nikon)õ  AFM(atomic force microscope) Ü ¼– Ð › ' a¹ 1 Ï % i  . AFM



© œq   H PSIA XE-100 — ¸4 S qs “ ¦, ] X 8 ú ¤ — ¸× ¼– Ð 8 £ ¤& ñ % i 



. Zn ¹ −x Mn x S é ß –  & ñ ~ à Ì} Œ •_    & ñ ½ ¨› ¸,   & ñ $ í , Õ ªo “ ¦

 

  © œÃ º\  ¦ › ¸  l  0 A # Œ XRDü < DCRC\  ¦ 8 £ ¤& ñ % i 



. Zn 1 −x Mn _x S_  Mn › ¸$ í q   H SEM \   © œ‚ à Ì÷ &# Q e ”   H EPMA(electron probe x-ray micro analyzer) 8 £ ¤& ñ Ü ¼– Ð   

&

ñ % i  . F  gµ 1 ÏF  g(Photoluminescence, PL) Û ¼& 7 ˜à Ô! 3  8 £ ¤

&

ñ “ É r # Œl  F  g " é ¶ Ü ¼– Ð" f He-Cd Y Us $  325 nm\  ¦  6   x % i 



. 8 £ ¤& ñ “ : r • ¸  H ` ‚ W$ “ : r © œu \  ¦  6   x # Œ 10-300 K\ 

"

f 8 £ ¤& ñ % i  .  Ž Ø  ¦ l – Ѝ  H head-on type“   PMT[EMI, 9558QB] ü < Ÿ í— : r î  r '  \  ¦  6   x % i  . 8 £ ¤& ñ ½ + É M : ì  rF  g l

_  — ¸Ž  H _ þ ta Å @“ É r 200 µm \ P % 3 “ ¦, s M :_  ì  r K 0 p x“ É r 500 nm   © œ\ " f 0.05 nm s   s % 3  .

III. ÷ m Ç] M ö + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

Fig. 1“ É r Mn › ¸$ í q \    É r Zn 1 −x Mn x S é ß –  & ñ ~ à Ì} Œ • [

þ

t_  X-‚    r] X  Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 s  . Fig. 1_  Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 \ " f α- MnS phase
 ZnSü < Mn, Zn, S1 p x õ  › ' aº   ) a  r] X x ß ¼  H

› '

a8 £ ¤ ÷ &t  · ú §“ ¦, zincblende ½ ¨› ¸_  Zn _{1 −x} Mn x S (200) õ  (400)  r] X x ß ¼ü < GaAs l ó ø Í_  (200)ü < (400)  r] X x ß ¼ ë

ß – › ' a8 £ ¤ ) a  . s – РÒ'  Mn › ¸$ í q  x 0.0 ≤ x < 0.8



s \ " f zincblende ½ ¨› ¸_  Zn 1 −x Mn x S (100) é ß –  & ñ

~ Ã

Ì} Œ •s  $ í  © œ÷ &% 3 6 £ §`  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3  . Z O ß ¼ Zn ¹ −x Mn x S  H Mn › ¸$ í q  x x < 0.1\ " fë ß – zincblende ½ ¨› ¸s “ ¦, 0.1

< x < 0.6  s \ " f  H wurtzite ½ ¨› ¸\  ¦ ° ú   H   [2]. ‘ : r ƒ  

½

¨\ " f  H zincblende ½ ¨› ¸_  GaAs(100) l ó ø Í_  % ò † ¾ Ó M : ë

 H \  x > 0.1\ " f• ¸ Zn 1 −x Mn _x S  zincblende ½ ¨› ¸– Ð $ í



© œô  Ç  כ Ü ¼– Ð ì  r$ 3  “ ¦ e ”  .

Table 1“ É r zincblende ½ ¨› ¸\  ¦ ° ú   H r « Ñ[ þ t \  @ / # Œ EPMA – Ð 8 £ ¤& ñ ô  Ç ZnMnS é ß –  & ñ ~ à Ì} Œ •_  › ¸$ í q \  ¦
 



· p . › ¸$ í q    É r @ / Òì  r_  r « Ñ\ " f II7 á ¤(Zn, Mn) õ  VI7 á ¤(S) " é ¶ ™ è_  q Ö  ¦“ É r  _  1\   î  r ° ú כ`  ¦
  · p .

Fig. 1. XRD spectra of Mn composition dependence of Zn 1 −x Mn x S epilayers.

Table 1. EPMA data of Zn 1 −x Mn x S epilayers having zincblende structure.

Sample II : VI

No. Zn Mn S ration

46 9.8 39.3 50.9 0.96

47 18.7 30.5 50.8 0.97

78 30.3 19.7 50.0 1.00

52 35.3 13.7 51.0 0.96

76 39.2 10.6 50.2 0.99

73 44.9 5.2 49.9 1.00

68 48.0 1.0 51.0 0.96



 " f  o† < ƀ ª œ : r& h Ü ¼– Ð { 9 u    H ZnMnS é ß –  & ñ ~ à Ì} Œ •s 

$ í

 © œ÷ &% 3 6 £ §`  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3  .

Fig. 2  H › ¸$ í q  x = 0.10õ  0.39“   Zn 1 −x Mn x S é ß –

 

& ñ ~ à Ì} Œ •_  Nomarski ³ ð€   ”  s  . ¹ ¢ ¤î ß –Ü ¼– Ð › ' a¹ 1 Ïô  Ç

³

ð€    © œI ü < F  g† < Æ ‰ & ³p  â \  _ ô  Ç ³ ð€    © œI   H zincblende

½

¨› ¸_  „  ^ ‰ r « Ñ\  @ / # Œ B Ä º € ª œ  ñô  Ç  Ö  ¦ €  % ƒ! 3  L :

 F

Mô  Ç  © œI % i  . Õ ª Q
 AFM`  ¦ s 6   x # Œ 8 £ ¤& ñ ô  Ç ³ ð€  + þ A I

(topography)  H Fig. 3 \ 
  · p  כ õ  ° ú  s  " f– Ð   É r

€

ª œ © œ`  ¦
 ? /% 3  . Mns  x ≤ 0.2– Ð ™ è| ¾ Ó Ÿ í† < ʝ ) a  â Ä º

³

ð€  “ É r  H Ï ã J/ B G“ É r e ” t ë ß – „  ^ ‰& h Ü ¼– Ð ¨ î ¨ î ô  Ç  © œI \  ¦ ˜ Ð

“

  . Õ ª Q
 x > 0.2\ " f  H ³ ð€  \   Œ •“ É r Ï ã J/ B G s 
 

“ ¦ › ¸$ í q  7 £ x † < Ê\     ³ ð€  _   } 9 l  7 £ x † < Ê

`

 ¦ · ú ˜ à º e ”  . AFM  ”  \ " f ³ ð€  _   } 9 l \  ¦
 ? /

Fig. 2. Nomarski microscope photographs for the Zn 1 −x Mn x S epilayer surfaces of x = 0.10 and 0.39.

Fig. 3. AFM images of Zn 1 −x Mn x S epilayers of x = 0.02, 0.10, 0.39 and 0.61.



 H rms ° ú כ“ É r x = 0.02, 0.10, 0.39, 0.61_  r « Ñ\ " f y Œ • y

Œ • 12.8, 16.4, 16.7, 17.2 nm– Ð › ¸$ í q  7 £ x \     7 £ x

 % i  . s  כ “ É r  Œ ™" é ¶  o½ + ËÓ ü t \ " f_  ½ + ËF K Á º| 9 " f(alloy disorder) \  _ ô  Ç % ò † ¾ ÓÜ ¼– Ð ^  ¦ à º e ”  . ¢ ¸ô  Ç x > 0.1“   Z O

ß ¼  © œI _  Zn _{1 −x} Mn _x S  H wurtzite ½ ¨› ¸– Ð · ú ˜ 94 R e ”   H X

<, s    Zn _{1 −x} Mn _x S  GaAs l ó ø Í 0 A\  zincblende ½ ¨› ¸

–

Ð $ í  © œ   H  כ õ  ZnS ? / @ / Òì  r_  Zn ²⁺ s “ : r`  ¦ Mn ²⁺

s

“ : r Ü ¼– Ð u  ¨ 8 Š   H õ & ñ \ " f Mn ²⁺ s “ : r s  î ß –& ñ ô  Ç  o 

\

 ¦ & h Ä » t  3 l w   H ë  H ] j 1 p x s  4 Ÿ ¤½ + Ë& h Ü ¼– Ð  Œ •6   x l  M :

Fig. 4. DCRC spectra of Mn composition dependence of Zn _{1 −x} Mn _x S epilayers. Inset shows the variation of FWHM for DCRC as a function of Mn composition x.

ë

 H \  ³ ð€    © œI   } 9 # Qt   H  כ Ü ¼– Ð [ O " î ½ + É Ã º e ”  .

Fig. 4  H Zn 1 −x Mn _x S é ß –  & ñ ~ à Ì} Œ •_  › ¸$ í q \   



É r DCRC Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦
  · p . Mn › ¸$ í q  7 £ x † < Ê

\

    Zn 1 −x Mn x S  r] X x ß ¼  H l ó ø Í x ß ¼– РÒ' _  y Œ • ì

 r o  y Œ ™™ è “ ¦ ì ø Íu ; Ÿ ¤“ É r 7 £ x ô  Ç . GaAs  r] X x ß ¼ü <

Zn 1 −x Mn x S  r] X x ß ¼  s _  y Œ • ì  r o ü < (1)d ” `  ¦ s 6   x 

#

Œ Zn 1 −x Mn x S_      © œÃ º\  ¦ ½ ¨½ + É Ã º e ”   [3].

a _⊥ = a _GaAs

 sin θ _GaAs sin(θ GaAs + ∆θ)



(1)

#

Œl " f a ⊥   H Zn 1 −x Mn x S_  > €  \  à ºf ” “       © œÃ º s

“ ¦, a ^GaAs   H GaAs l ó ø Í_      © œÃ º 5.6533 ˚ A s  .

sin θ GaAs   H GaAs l ó ø Í_  Bragg y Œ •• ¸s “ ¦, ∆θ  H ZnMnS (400)  r] X x ß ¼ü < GaAs (400)  r] X x ß ¼  s _  y Œ • ì  r o  s

 . Fig. 4_  ¶ ú š o  H Mn_  › ¸$ í q \    É r DCRC Û ¼

&

7 ˜à Ô! 3 _  ì ø Íu ; Ÿ ¤_     o\  ¦
  · p . Mn › ¸$ í q  7 £ x 

† <

Ê\     ì ø Íu ; Ÿ ¤“ É r / å L  y  7 £ x  # Œ Ÿ í o÷ &  H  ⠆ ¾ Ó`  ¦

˜

Ð% i  . ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f ¿ ºa  1 µm & ñ • ¸“   Zn 1 −x Mn x S (100) é ß –  & ñ ~ à Ì} Œ •_  ì ø Íu ; Ÿ ¤“ É r 600 ∼ 1800 arcsec  s _ 

° ú

כ`  ¦
  · p . s    õ   H · ú ¡\ " f ƒ  / å Lô  Ç  כ % ƒ! 3  ' Í P :,



Œ ™" é ¶  o½ + ËÓ ü t \ " f_  ½ + ËF K Á º| 9 " f\  _ ô  Ç % ò † ¾ Óõ  Ñ ü t P :, Z O  ß

¼ü <  Ø Ô>  Ô  ¦î ß –& ñ ô  Ç   & ñ ½ ¨› ¸\  ¦ ° ú   H  כ õ  ! Ó P :, u  ¨ 8 Š

Fig. 5. Relationship between the Mn composition x and the lattice constant of Zn 1 −x Mn x S epilayers.

 )

a Mn ²⁺ s “ : r s  î ß –& ñ ô  Ç  o \  ¦ & h Ä » t  3 l w   H ë  H ] j 1

p

x s  4 Ÿ ¤½ + Ë& h Ü ¼– Ð  Œ •6   x ÷ &l  M :ë  H Ü ¼– Ð ‘ : r  .

Fig. 5  H Zn 1 −x Mn _x S é ß –  & ñ ~ à Ì} Œ •\  @ / # Œ DCRC– Ð

 

& ñ ô  Ç     © œÃ ºü < EPMA 8 £ ¤& ñ Ü ¼– Ð   & ñ ô  Ç Mn_   o† < Æ

›

¸$ í q ü <_  › ' a > \  ¦
  · p . Zn ¹ −x Mn x S é ß –  & ñ ~ à Ì} Œ • _

     © œÃ º  H 5.40 ∼ 5.48 ˚ A  s  ° ú כ\ " f Mn › ¸$ í q  7

£

x \     ‚  + þ A& h Ü ¼– Ð 7 £ x ô  Ç . s  כ “ É r › ¸$ í q ü <   



 © œÃ º  s \  ‚  + þ A › ' a >  e ”    H Z …× ¼ Z O g Ë :õ  { 9 u  ô 

Ç . ZnS\  Mn " é ¶   u  ¨ 8 Š| ¨ c  â Ä º     © œÃ º 7 £ x 

  H  כ “ É r Mn_  / B N Ä »  ½ + Ë ì ø Í â s  Zn ˜ Ð  ß ¼l  M :ë  H \ 

›

¸$ í q  x 7 £ x ½ + Éà º2 Ÿ ¤     © œÃ º 7 £ x    H  כ Ü ¼– Ð ‘ : r



. EPMA– РÒ'    & ñ ô  Ç › ¸$ í q \  @ /ô  Ç Ã ºf ”      © œÃ º a _⊥ `  ¦ ‚  + þ AÜ ¼– Ð x h Aô  Ç   õ   H a _⊥ = 5.4077 + 0.1669x

˚ A_  › ' a > d ” `  ¦ % 3 % 3  . s  כ “ É r Yoder-Short 1 p x s  s  : r& h  Ü

¼– Ð   & ñ ô  Ç a = 5.416 + 0.197x ˚ A   õ ü <  © œ{ © œô  Ç s 

\

 ¦
  · p  [2]. ¢ ¸ô  Ç 0 A_  à ºf ”      © œÃ º\  @ /ô  Ç ‚  + þ A

› '

a > d ” Ü ¼– РÒ'  ü @ƒ   # Œ   & ñ ô  Ç zincblende MnS_    



 © œÃ º  H 5.5746 ˚ A s  . s  ° ú כ“ É r β-MnS     © œÃ º 5.614

˚ A (JCPDS, PDF No. 40-1288) õ  1 % & ñ • ¸_  s \  ¦ ˜ Ð

“

  . s  Qô  Ç s   H  f ”  " î S X ‰ t  · ú §“ ¦ ˜ Ð  ´ ú §“ É r ƒ  

½

¨ € 9 כ ¹  . # QP :Ž  H,     © œÃ ºü < › ¸$ í q   s _  ‚  + þ A

› '

a >  e ”    H  כ “ É r DCRC 8 £ ¤& ñ Ü ¼– РÒ'  Zn ¹ −x Mn x S_ 

›

¸$ í q \  ¦   & ñ ½ + É Ã º e ” 6 £ §`  ¦
  · p .

Fig. 6“ É r ü @Â Ò  l  © œs  \ O `  ¦ M : Mn › ¸$ í q \    É r Zn 1 −x Mn x S é ß –  & ñ ~ à Ì} Œ •_  10 K F  gµ 1 ÏF  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 s  .

Fig. 6. PL spectra for the Zn 1 −x Mn x S epilayers at 10 K as a function of Mn composition x with no external magnetic field.1.

x = 0.0“   í  H à ºô  Ç ZnS_  F  gµ 1 ÏF  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 “ É r \  -t  {  ç ß –

 

   H % ƒ\ " f " l or — : r › ' aº   …  ;s  ; Ÿ ¤ s   Å Ò a % v “ ¦ [ jl 

y

© œ >  µ 1 ÏF  g “ ¦ e ”   H  כ `  ¦ ^  ¦ à º e ”  . Õ ª Q
  l   Ö ¸

$ í

 o(self-activation, SA) ) a x ß ¼ x 9  Å Ò> h-~ à Î> h Š © œ(donor- acceptor pair, DAP) x ß ¼ü < ° ú  “ É r µ 1 ÏF  g“ É r  © œ@ /& h Ü ¼– Ð   _  ˜ Ðs t  · ú §  H  . ¢ ¸ô  Ç ~ à Ì} Œ • $ í  © œr  Ò q t$ í ÷ &  H Zn ‘    o


 S ‘   o  Õ ªo “ ¦ _ • ¸& h Ü ¼– Ð • ¸i ç ÷ &t  · ú §“ É r Ô  ¦í  H Ó

ü

t[ þ t õ  › ' aº   ) a U  ·“ É r ï  r0 A\  _ ô  Ç µ 1 ÏF  g s   _  \ O   H  כ Ü ¼

–

Ð ˜ Ð  DCRC   õ ü < ° ú  s  € ª œ| 9 _  ZnS ~ à Ì} Œ •s  $ í  © œ÷ &

%

3 6 £ §`  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3  .

Fig. 6 \ 
  · p  כ % ƒ! 3  Zn 1 −x Mn x S_  F  gµ 1 ÏF  g : £ ¤$ í “ É r ZnS \  Mns  ™ è| ¾ Óë ß – u  ¨ 8 Š ÷ &# Q• ¸ B Ä º / å L  ô  Ç    o
 

z Œ ™`  ¦ · ú ˜ à º e ”  . Mn › ¸$ í q  2 % & ñ • ¸– Ð & h >  † < ÊÄ »

 )

a r « Ñ\ " f F  gµ 1 ÏF  g : £ ¤$ í “ É r í  H à ºô  Ç ZnS_  µ 1 ÏF  g õ  q “ §

# Œ \  -t  {  ç ß –     H % ƒ_  x ß ¼ „  ) € › ' a8 £ ¤ ÷ &t  · ú §“ ¦ 3.4 eV   H % ƒ_  €  •ô  Ç µ 1 ÏF  g x ß ¼ü < 2.1 eV   H % ƒ_  y © œô  Ç µ 1 Ï F 

g x ß ¼
 z Œ ™`  ¦ ^  ¦ à º e ”  . ¢ ¸ô  Ç Mn › ¸$ í q  7 £ x 

† <

Ê\     3.4 eV   H % ƒ_  x ß ¼  H [ jl  y Œ ™™ è # Œ x >

0.2 \ " f › ' a8 £ ¤ ÷ &t  · ú §“ ¦, 2.1 eV   H % ƒ_  t C & h “   µ 1 ÏF  g x  ß

¼  H Mn › ¸$ í q     o # Œ• ¸ Õ ª x ß ¼_  & ñ & h s   _ 

 

 o÷ &t  · ú §  H  . 3.4 eV   H % ƒ_  µ 1 ÏF  g x ß ¼\  @ /ô  Ç   H" é ¶

“ É

r  f ”  " î S X ‰ t  · ú § .

2.1 eV   H % ƒ_  t C & h “   µ 1 ÏF  g x ß ¼  H II-VI7 á ¤ DMS \ 

"

f / B N: Ÿ x& h Ü ¼– Ð
 
  H intra-Mn ²⁺ …  ;s _  µ 1 ÏF  g x ß ¼ü <

_  { 9 u ô  Ç . t F K  t  ´ ú §“ É r ƒ  ½ ¨ ÷ &# Q“ : r ZnMnTe



o½ + ËÓ ü t \ " f     ? / Mn ²⁺ s “ : r[ þ t“ É r Å Ò0 A 4> h 6 £ § s “ : r[ þ t

–

РÒ'  µ 1 ÏÒ q t÷ &  H   & ñ  { © œ (crystal field)_  % ò † ¾ Ó ~ à Î  Mn ²⁺ s “ : r_  \  -t   © œI   { Œ • © œI “   ⁶ A 1 õ  # Œl  © œ I

“   ⁴ T ₁ , ⁴ T ₂ , ⁴ A ₁ , ⁴ E – Ð
¾ º# Qt >  ÷ &“ ¦, { „   [ þ t

\

 _ ô  Ç š ¸] j (Auger) F   ½ + Ë\  _ K  Mn ²⁺ s “ : r_   { Œ •



© œI  „    # Œl  © œI – Ð …  ;s , 7 £ ¤ intra-Mn ²⁺ …  ;s  { 9 

#

Qè ß –  [4]. s  …  ;s \  @ /K " f  H # Œ Q  | à Ð[ þ t s  f  ¨ à º Û ¼

&

7 ˜à Ô! 3 õ   l -ì ø Í  Û ¼& 7 ˜à Ô! 3  8 £ ¤& ñ Ü ¼– Ð S X ‰ “   “ ¦ [4,5], 2.0 eV   H % ƒ_  F  gµ 1 ÏF  g x ß ¼ \  -t   H Mn ²⁺ s “ : r_  ⁶ A ₁

→ ⁴ T 1 – Ð_  f  ¨ à º \  -t  2.2 eV– РÒ'  Stokes-shift  ) a  כ Ü

¼– Ð ˜ Г ¦ % i   [5]. Õ ª Q
 ‘ : r ƒ  ½ ¨ Õ ªÒ  ¨ \ " f ˜ Г ¦ô  Ç II-VI7 á ¤ DMS“   ZnMnTe
 ZnMnSe\ " f / B N: Ÿ x& h Ü ¼– Ð
 


~   : £ ¤$ í õ   H   É r  כ `  ¦ · ú ˜ à º e ”  . 7 £ ¤, ZnMnTe
 ZnMnSe \ " f  H Mn › ¸$ í q  7 £ x \     intra-Mn ²⁺ …  ; s

_  µ 1 ÏF  g [ jl  7 £ x  “ ¦ x ß ¼ \  -t • ¸ & h & h  7 £ x   H

 â

† ¾ Ó`  ¦ ˜ Г   . Õ ª Q
 ZnMnS   É r II-VI7 á ¤ DMS ü <



 É r : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ðs   H " é ¶ “  “ É r  f ”  " î S X ‰ t  · ú §“ ¦, ZnS\  Ô

 ¦í  HÓ ü t – Ð ' ‘ ÷ &  H Mn_  % i ½ + É`  ¦ › ¸ † < ÊÜ ¼– Ð" f Õ ª   H" é ¶

`

 ¦ ¹ 1 Ô`  ¦ à º e ” `  ¦  כ Ü ¼– Ð ˜ Г   .

IV. + s Ç Â ] Ø

HWE ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð GaAs (100) l ó ø Í 0 A\  Mn › ¸$ í q  x

0.0 ≤ x < 0.8“   zincblende ½ ¨› ¸_  Zn _{1 −x} Mn _x S é ß –  

&

ñ ~ à Ì} Œ •`  ¦ $ í  © œ % i  . ~ à Ì} Œ •_  ³ ð€   © œI  Nomarski ‰ & ³ p

 â Ü ¼– Ð › ' a¹ 1 Ͻ + É M :  H  Ö  ¦€  % ƒ! 3  L :  F Mô  Ç  © œI s % 3 Ü ¼
 AFM Ü ¼– Ѝ  H Mn › ¸$ í q  7 £ x † < Ê\     ³ ð€  _   } 9  l

 7 £ x † < Ê`  ¦
 ? /% 3  . Zn ¹ −x Mn x S é ß –  & ñ ~ à Ì} Œ •_  DCRC Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 “ É r Mn › ¸$ í q  7 £ x  €  " f l ó ø Í x ß ¼

–

РÒ'  y Œ • ì  r o  y Œ ™™ è “ ¦, ì ø Íu ; Ÿ ¤“ É r / å L  y  7 £ x   

 Ÿ í o÷ &  H  ⠆ ¾ Ó`  ¦ ˜ Ð% i  . Mn › ¸$ í q ü <     © œÃ ºü <

_

 › ' a >   H Vegard Z O g Ë :`  ¦ ë ß –7 á ¤ % i Ü ¼ 9 s – РÒ' 

zincblende ½ ¨› ¸_  MnS     © œÃ º  H 5.5746 ˚ A“    כ Ü ¼– Ð

 

& ñ ÷ &% 3  . ü @Â Ò  l  © œs  \ O s  10 K\ " f 8 £ ¤& ñ ô  Ç F  gµ 1 Ï F 

g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 “ É r 3.4 eV   H % ƒ\ " f €  •ô  Ç µ 1 ÏF  g x ß ¼ ” > r F 


 Mn › ¸$ í q  7 £ x  €  " f   & ’  . Õ ª Q
 2.1 eV



 H % ƒ\ " f  H intra-Mn ²⁺ …  ;s ü < › ' aº   ) a y © œô  Ç µ 1 ÏF  g x ß ¼

 ” > r F ô  Ç .

s

 © œõ  ° ú  “ É r ƒ  ½ ¨  õ – Ð ˜ Ð  Z O ß ¼  © œI \ " f  H Zn 1 −x Mn x S  Mn › ¸$ í q  x x < 0.1\ " fë ß – zincblende

½

¨› ¸s % 3 Ü ¼
 é ß –  & ñ ~ à Ì} Œ •  © œI \ " f  H 0.0 ≤ x < 0.8“   q

“ §& h  V , “ É r # 3 0 A\ " f zincblende ½ ¨› ¸ $ í  © œH † d`  ¦ · ú ˜€ Œ ¤



.

P c

p 8 ý ò k >

s

  7 Hë  H“ É r 2002¸  • ¸ ô  Dz D G† < ÆÕ ü t”  < É ª F é ß –_  t " é ¶ \  _  

#

Œ ƒ  ½ ¨÷ &% 3 6 £ §. (KRF-2002-070-C00036)

Y c

p w Š à U Ø ”  ô

[1] H. Saito, V. Zayets, S. Yamagata and K. Ando, Phys.

Rev. Lett. 90, 207202 (2003).

[2] J. K. Furdyna and J. Kossut, Diluted Magnetic Semiconductors, in Semi-conductors and Semimetals (Academic Press, 1988), Vol. 25.

[3] V. Swaminathan and A. T. Macrander, Materials As- pects of GaAs and InP Based Structures (Prentice- Hall, Englewood Cliffs, 1991).

[4] J. Lee, E. S. Koteles and M. O. Vassell, Phys. Rev.

B 33, 5512 (1986).

[5] M. M. Moriwaki, W. M. Becker, W. Gebhardt and R.

R. Galazka, Phys. Rev. B 26, 3165 (1982).

Crystal structure and Photoluminescence of Zn _{1 −x} Mn _x S Epilayers

Yong Dae Choi ^∗

Department of Optical and Electronic Physics, Mokwon University, Daejeon 302-729 (Received 14 August 2004)

Zn

Mn

S epilayers were grown on GaAs(100) using hot-wall epitaxy. The surface state of the grown epilayers was observed by using a Nomarski microscope and an atomic force microscope. X- ray diffraction revealed that the Zn

Mn

S films had a zinc-blende structure, and double-crystal rocking-curve spectra showed that the crystal quality got worse with increasing Mn composition.

The Mn composition was determined with an electron probe X-ray microanalyzer and a relation between the Mn composition and the lattice constant was found. The Mn composition dependence of the photoluminescence was measured at 10 K without a external magnetic field.

PACS numbers: 68.55.-a, 78.20.-e, 78.55.Et

Keywords: Crystal structure, Photoluminescence, Hot-wall epitaxy, Zn

Mn

S thin film

∗

E-mail: [email protected]