Cd 1−x Mn x S/GaAs(100) U c lT c l8 ý Ì ¦ RÄ Z ذ Ë Ñ] K ¡X ì Ä ¤V R Ë
»6 0^ ï B ∗
3
l q" é ¶ @ / < Æ § _ ß ¼ ¸õ < Æ ½ ¨ è, @ / 302-729
¦
? # Ü
Ø
æ z @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , @ / 305-764
L
| ÷ 7 B6 0
3
l q" é ¶ @ / < Æ § F g· Ó ü t o < Æõ , @ / 302-729 (2006¸ 6 Z 4 26{ 9 ~ Ã Î6 £ §)
\ P
# 4 & h 8 £ x $ í © Z O ` ¦ s 6 x # Mn $ í ì r q o\ É r Cd
1−xMn
xS/GaAs(100) ~ Ã Ì} ` ¦ $ í © % i
. $ í © ) a ~ Ã Ì} _ F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ · ú Ðl 0 A # ì rF g < Æ& h Ó s qw n èp à Ôo \ ¦ s 6 x # 8 £ ¤& ñ % i .
8
£ ¤& ñ ) a X <s ' \ ¦ ì r$ 3 # ~ Ã Ì} _ 4 ¤ è Ä » © Ã º ε
1(E), ε
2(E)\ ¦ · ú Ð ¤Ü ¼ 9, s Qô Ç Ä » < Êà ºü <
x 9
] X ô Ç ' a > \ ¦ t ¦ e H Ï ã J] X t à º n(E), è F g > à º k(E), ì ø Í > à º R(E) Õ ªo ¦ f ¨ à º> à º α(E)ü <
° ú
É r F g < Æ& h : £ ¤$ í 1 p x` ¦ ¸ % i . ¢ ¸ô Ç 8 £ ¤& ñ ) a ì rF g < Æ& h X <s ' _ s > ¸ < ÊÃ º\ ¦ s 6 x # Mn $ í ì
r q 7 £ x \ É r e > & h x ß ¼_ s 1 l x` ¦ ' a8 £ ¤ ¦ ì r$ 3 % i .
PACS numbers: 70, 78.20.C
Keywords: Cd
1−xMn
xS, ì rF g < Æ& h Ó s qw n èp à Ôo , \ P # 4 & h 8 £ x $ í © Z O , Ä » < ÊÃ º
I. " e  ] Ø
B~ Ã Ì $ í ì ø Í ¸^ (diluted magnetic semiconductor;
DMS) H q $ í ì ø Í ¸^ \ l í\ ¦ ¿ º ¦ e ¦, Mn ° ú É r
$ í " é ¶ è (Fe, Co 1 p x)\ ¦ © { © | ¾ Ó (Ã º % ¢ ¸ H Õ ª s © ) í
< Ê H q $ í ì ø Í ¸^ _ ½ + ËF K \ _ # % 3 # Q [1]. { 9 ì
ø Í& h " é ¶ o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ ü < ° ú s DMS H s F K5 Å q s
: r _ ¸$ í q \ ¦ or & \ -t { ç ß x 9 © Ã º\ ¦
Ü ã J Ã º e ¦, # Q t < É ª p Ðî r l & h : £ ¤$ í ` ¦ Ðs
H כ Ü ¼ Ð Ð ¦ ÷ & ¦ e [2-4]. : £ ¤ y s Qô Ç Ó ü t| 9 \ " f
H u ¨ 8 ) a s F K5 Å q s : r _ l ¸F ' pà Ôü < { _ Û ¼
2 ; s \ s, p-d § ¨ 8 © ñ 6 x É r l © 5 Å q \ " f giant Zeeman splitting s giant Faraday rotationõ ° ú É r l
F g < Æ& h ´ òõ \ ¦ l r . ¢ ¸ô Ç ] j Ð " é ¶ ½ ¨ ¸\ " f
_ Û ¼ 2 ; ' a > H 5 Å q ÷ & H _ · ú » ¡ ¤ ´ òõ \ _
#
y © > + þ A| ¨ c à º e . Mn
2+s ' ÷ & H II-VI7 á ¤ ª
& h [ þ t _ F g < Æ& h $ í | 9 É r Mn
2+_ d ü < sp
3½ + Ë
s \ " f ¾ Ó © ) a © ñ 6 x \ _ # ´ ú § É r µ 1 Ï s ÷ &
#
Q M ® o [2,4].
∗
E-mail: [email protected]
s
p ´ ú § É r 7 Hë H \ " f Mn
2+' ) a CdS ª & h [ þ t s
CdSü < MnS_ 1 l x r 6 x` ¦ l í Ð H §| 9 À Òà Ô (colloidal route) \ _ # + þ A$ í ) a H כ s Ð ¦ ÷ &% 3
. Mn
2+\ ¦ ° ú H II-VI7 á ¤ ì ø Í ¸^ [ þ t É r Õ ª[ þ t _ W 1à Ô0 >ß ¼ î
ß \ Ô ¦ç H{ 9 > ì r í ) a ª s : r [ þ t s ª ¦ B § 4 & h
F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ · p . : £ ¤ y CdSü < ° ú s V , É r \ - t
½ × ¼ Ì s` ¦ ° ú H Ó ü t| 9 [ þ t É r ± ú É r Mn $ í ì r (< 1 %)` ¦
° ú
H â Ä º\ ¸ µ 1 ß É r ¸E $ t Ò o µ 1 Ï F g` ¦ H כ Ü ¼ Ð ¸ ú · ú
94 R e ¦ Mn
2+3d C u \ É r
4T
1→
6A
1;s
µ 1 ÏÒ q t H כ Ü ¼ Ð ¸ ¸ ú · ú 94 R e [4]. s Qô Ç : £ ¤$ í
`
¦ · ú l 0 AK " f " l or : r s í 7 H _ 6 x` ¦ · ú ? /# Q F g
< Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ ' a8 £ ¤ ½ + É Ã º e H F g µ 1 Ï F g : £ ¤$ í , È Òõ Õ ªo ¦ f
¨ à º & ñ ¸ë ß s Ð ¦ ÷ &% 3 ` ¦ ÷ r É r ½ ¨ p ô Ç © I s
[5-9]. { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð s Qô Ç ½ ¨[ þ t É r ± ú É r í : r \
-t © I \ " f ' a8 £ ¤ ) a F g < Æ& h : £ ¤$ í [ þ t s 9 V , É r \ -t
% ò
% i \ " f ' a8 £ ¤ ) a F g < Æ& h : £ ¤$ í [ þ t s p ô Ç © I s . : £ ¤ y
CdMnS_ Mn $ í ì r q \ É r ì rF g < Æ& h Ó s qw n èp à Ôo (spectroscopic ellipsometry; SE) 8 £ ¤& ñ \ ' a ô Ç 7 Hë H É r _
Ð ¦ ÷ &t · ú § ¦ e H z ´& ñ s .
: r ½ ¨\ " f H $ í © ) a Cd
1−xMn
xS ~ Ã Ì} _ F g < Æ& h : £ ¤
$ í
` ¦ ¸ l 0 A # SE\ ¦ s 6 x % i .
-232-
½ ¨ 7 Hë H Cd
1−xMn
xS/GaAs(100) ~ Ã Ì} _ " é ¶ì rF g < Æ& h : £ ¤$ í – ^ @ /× æ 1 p x -233-
II. ÷ m Ç ] M ö
CdMnS é ß & ñ ~ Ã Ì} É r \ P # 4 & h 8 £ x $ í © Z O ` ¦ s 6 x #
$ í
© % i . Ä º GaAs(100) l ó ø Í` ¦ 5 × 10 mm
2ß ¼l
Ð ï r q ô Ç Ê ê = å X H TCE 6 xÓ o\ 5ì r 1 l x î ß 2 Y V [ j'
¦, [ j : r x 9 B jò ø Í` ¦ \ y y 5ì rm í6 £ § [ j' ô Ç Ê ê 50
∼ 60
◦C _ H
2SO
4: H
2O
2: H
2O = 3 : 1 : 1 _ 6 xÓ o 5 Å q
\
" f 1ì r ç ß o < Æ\ g A % i . Õ ªo ¦ â ìØ Ô H íí H à º\ 2
∼ 3ì r ç ß ' ç H Ê ê B jò ø Í` ¦ \ { H . s # Q" f Ar Û ¼ Ð |
¸r + ' l ó ø Í t t @ /\ GaAs l ó ø Í` ¦ © Ã Ì % i .
~ Ã
Ì} ` ¦ $ í © l \ o < Æ\ g A Ê ê z e H ï ß # Ô ¦ í
HÓ ü t õ í ß o} ` ¦ ] j l 0 A # ∼ 10
−7Torr / B N
¸_ Õ þ ! Q î ß \ " f l ó ø Í` ¦ 590
◦C \ " f 20ì r ç ß \ P \ g A` ¦ ô
Ç Ê ê $ í © ¸| Ü ¼ Ð ± ú Æ Ò% 3 . ~ Ã Ì} _ $ í © Ò ¦ É r 1
˚ A/sec s % 3 . ~ à Ì} $ í © r l ó ø Í : r ¸ü < " é ¶ « ÑÂ Ò : r ¸ H y
y 380
◦C ü < 660
◦C Ð ¦& ñ ¦ Mn_ : r ¸ë ß ¸] X
#
z ´+ « > % i . s M : \ P # 4 Â Ò : r ¸ H 530
◦C Ð ¦& ñ
%
i . $ í © ) a ~ Ã Ì} _ & ñ ½ ¨ ¸ H XRD\ ¦ s 6 x # 8 £ ¤& ñ
% i . ~ Ã Ì} _ F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ · ú l 0 A # 6 x ) a SE
© u H ¿ »à Ô : r Ï þ á Ôü < ] j 7 H Ï þ á Ô\ ¦ F g " é ¶ Ü ¼ Ð 6 x H
¦ / B N ü @ % ò % i _ ì rF g < Æ& h Ó s qw n èp à Ôo (Woolam VUV-VASE system) \ _ K " f 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 . 8 £ ¤& ñ # 3 0 A H 2.0 - 6.5 eV t 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 Ü ¼ 9 { 9 y É r 70
◦s % 3 ¦ z ´
: r \ " f 8 £ ¤& ñ % i . s z ´+ « >\ " f 8 £ ¤& ñ ° ú כ É r " é ¶ì rF g
< Æ& h ~ ½ Ó0 Ay õ ° ú כÜ ¼ Ð S \ 1 p q % i Ü ¼ 9, s כ É r { 9 \ Ã
ºf õ à º¨ î $ í ì r \ ' a ô Ç כ s . Õ ª QÙ ¼ Ð ~ à Ì} _ 4 ¤ è Ä
» Ä » < ÊÃ º < ε(E) > H 6 £ § õ ° ú É r d \ _ #
&
ñ ÷ &% 3 [10].
< ε(E) >= ε
a{sin
2φ + sin
2φ tan
2φ[(1 − ρ)/(1 + ρ)]
2} (1)
#
l " f ρ = tan Ψe
i∆; ε
a= n
2a= 1 õ φ H y y ¹ ¡ § f
s H B | 9 _ Ä » Ä » < Êà ºü < y t F g _ { 9 y s .
III. + s ÇÊ Ý õ m Í w ² o
Fig. 1 É r SE \ _ # 2.0 - 6.5 eV s \ " f 8 £ ¤& ñ ) a Cd
1−xMn
xS/GaAs(100) ~ Ã Ì} _ Ä » < ÊÃ º Û ¼& 7 à Ô! 3 _ z ´ Ã
º Â Òì r ε
1(E)` ¦ Ð# ï r . z ´+ « > X <s ' [ þ t É r ¸ H \
-t % ò % i \ 5 g" f L : F M ô Ç ½ ¨ ¸\ ¦ ? / 9 Mn $ í ì r s 7
£
x < Ê\ y y _ e > & h ½ ¨ ¸[ þ t s o H כ ` ¦
'
a8 £ ¤ ½ + É Ã º e . : £ ¤ y F g < Æ& h \ -t Ì s\ K { © H E
0x
ß ¼ H Mn $ í ì r s x = 0 { 9 M : H 2.50 eV H % \ " f
z ¤Ü ¼ 9 Mn $ í ì r q 7 £ x < Ê\ p [ j > $ \ -
Fig. 1. The pseudodielectric constant < ε
1(E) > spectra of Cd
1−xMn
xS/GaAs(100) epilayers obtained from the SE measurement at room temperature.
t
A á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l x H כ ` ¦ ' a8 £ ¤ ½ + É Ã º e % 3 . s Qô Ç & ³ ©
É
r @ /^ & h Ü ¼ Ð II-VI7 á ¤ o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ \ " f H ô a
´
òõ (bowing effect)\ _ # µ 1 ÏÒ q tô Ç כ Ü ¼ Ð [ O " î ½ + É Ã º e
[9]. Levy 1 p x _ Ð ¦\ _ Z O ß ¼ Ð H ~ Ã Ì} \
"
f \ -t Ì ss ß ¼> z ¤Ü ¼ 9 ¿ ºa 7 £ x ½ + Éà º2 ¤ \
-t Ì s É r $ \ -t A á ¤ \ " f è ß H כ ` ¦ ' a8 £ ¤ % i
[6]. Õ ª[ þ t É r ¢ ¸ô Ç Mn $ í ì r s 10 % s \ " f Z O ß ¼÷ r ë
ß m ~ Ã Ì} \ " f ¸ s Qô Ç ô a ´ òõ è ß H כ
`
¦ Ð ¦ % i . Õ ª Qô Ç õ \ q Æ Ò# Q Ð , : r ½ ¨\
"
f Mn $ í ì r s 2.8 % s \ " f ' a8 £ ¤ ) a SE X <s ' _ õ
\
" f \ -t Ì ss $ \ -t A á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l x H כ É r · ú ¡" f l
Õ ü t ô Ç ? /6 x õ ¸ ú { 9 u ô Ç ¦ ^ ¦ Ã º e .
Õ
ªa Ë >\ " f 4.80 eV\ " f 5.35 eV s \ " f ¿ º > h_ e >
&
h x ß ¼ H X < H E
1x ß ¼s ¦ É r H Û
¼ 2 ;-C ¸ ° ú t l (spin-orbit splitting)\ _ ô Ç E
1+
∆
1x ß ¼s [12]. $ Ú Ôw n =À Ò © > r _ Γ → A ~ ½ Ó ¾ Ó` ¦
" f µ 1 ÏÒ q t H ;s ü < ' a ÷ &# Q e H " l or : r \ _
#
4.80 eV Â Ò H \ " f H E
1x ß ¼ H Mn $ í ì r s 7 £ x
< Ê\ ¦ \ -t A á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l x H כ ` ¦ " î S X >
^
¦ Ã º e . { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð II-VI7 á ¤ o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ \ " f Mn
$ í
ì r s ' ÷ &# Q " é ¶ o½ + ËÓ ü t s ë ß [ þ t # Q| 9 M : E
1x ß ¼\ l
# H " l or : r _ y © ô Ç 6 x É r Mn
2+s : r[ þ t s  Òì r& h
Fig. 2. The pseudodielectric constant < ε
2(E) > spectra of Cd
1−xMn
xS/GaAs(100) epilayers obtained from the SE measurement at room temperature.
Ü
¼ Ð ½ + Ë ) a -f . Ë © _ \ -t à º5 Å x` ¦ : x # µ 1 ÏÒ q t ) a
. Õ ª Qô Ç õ Ð Mn $ í ì r s 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ s Qô Ç " l or
: r \ % ò ¾ Ó` ¦ Å Ò H \ -t [ þ t s ´ ú § t > ÷ & ¦ E
1x ß ¼
¦ \ -t A á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l x H " é ¶ s ÷ & H כ s [11]. ¿ º
P : Ð 5.35 eV\ " f è ß E
1+ ∆
1x ß ¼ H spin-orbit splitting \ _ ô Ç כ s . s Qô Ç ½ ¨ ¸ H Ú Ôw n =À Ò © > r _ U
~
½ Ó ¾ Ó` ¦ " f { 9 # Q H ;s ÐÂ Ò' l " é ¶ ô Ç ¦ ½ + É Ã º e
. ∆
1_ ° ú כ É r @ /| Ä Ì 0.4 eV Ð · ú 94 R e ¦ [13] s Qô Ç
° ú
כ É r Ä ºo _ SE X <s ' _ õ ü < 0.15 eV & ñ ¸ Ð s
H כ Ü ¼ Ð S X ÷ &% 3 . Õ ª Q s Qô Ç E
1+ ∆
1e
> & h x ß ¼ H x = 0{ 9 M :ë ß z ¤ ¦ Mn $ í ì r s 7 £ x
< Ê\ _ ' a8 £ ¤ ÷ &t · ú § ¤ .
Fig. 1 \ ¶ ú { 9 ) a Õ ªa Ë > É r [ j t ~ Ã Ì} _ XRD r] X J
s . Õ ªa Ë >\ " f · ú Ã º e H ü < ° ú s % 6 £ § Mn s '
÷
&t · ú § É r CdS ~ à Ì} \ " f H ¹ ¢ ¤ ~ ½ Ó& ñ ½ ¨ ¸ü < { 9 ~ ½ Ó& ñ ½ ¨ ¸
1 l x r \ H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e . Õ ª Q Mn $ í ì
r s 7 £ x < Ê\ & h & h Ü ¼ Ð ¹ ¢ ¤ ~ ½ Ó& ñ ½ ¨ ¸ H t
¦ { 9 ~ ½ Ó& ñ ½ ¨ ¸_ x ß ¼ë ß z ` ¦ · ú à º e . Õ ª Qô Ç
õ Ð CdS ~ Ã Ì} \ Mns 7 £ x < Ê\ { 9 ~ ½ Ó& ñ ½ ¨ ¸ Ð
$ í
© ô Ç H כ É r © l l Õ ü t ) a ¹ ¢ ¤ ~ ½ Ó& ñ ½ ¨ ¸\ " fë ß
H E
1+ ∆
1e > & h x ß ¼ { 9 ~ ½ Ó& ñ ½ ¨ ¸\ " f H
t · ú § H כ õ { 9 u ô Ç H כ ` ¦ · ú Ã º e . ¢ ¸ô Ç Γ-» ¡ ¤
Fig. 3. The refractive index n(E) spectra of Cd
1−xMn
xS/GaAs(100) epilayers obtained from the SE measurement at room temperature.
`
¦ " f 6.15 eV\ " f H E
00x ß ¼ ¸ Mn $ í ì r q
± ú ` ¦ M :\ H x ß ¼ > r F H כ Ü ¼ Ð ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 t ë ß Mn $ í ì r q 7 £ x < Ê\ x = 0.013 Ò re ¦ \ " f H Õ ªa Ë >
\
è ß ü < ° ú s y y _ x ß ¼[ þ t É r V , # Qt " f K t
H כ ` ¦ ^ ¦ Ã º e % 3 .
Fig. 2 H SE \ _ # 8 £ ¤& ñ ) a Cd
1−xMn
xS/GaAs(100)
~ Ã
Ì} _ Ä » < Êà º Û ¼& 7 à Ô! 3 _ ) à ºÂ Òì r ε
2(E)` ¦ Ð# ï
r . Õ ªa Ë >\ è ß ¸ H ½ ¨ ¸[ þ t s ε
1(E) Û ¼& 7 à Ô! 3 õ H
² ú
o Ì º§  > H כ ` ¦ ^ ¦ à º e . : £ ¤ y Ú Ôw n =À Ò
© > r _ Γ- ;s \ _ # 2.50 eV\ " f H E
0x ß
¼ H " î S X > $ \ -t A á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l x H כ ` ¦ ^ ¦ Ã º e
. s ° ú כ É r Cardona 1 p x \ _ # ì ø Í Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f ½ ¨ ô
Ç ° ú כ 2.55 eVü < 0.05 eV_ s z ` ¦ · ú Ã º e % 3
[14]. ¢ ¸ô Ç 4.80 eV Â Òì r \ " f H E
1x ß ¼ H " l o r
: r ;s \ _ ô Ç כ s H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 ¦ s x ß
¼ H É r # Q " x ß ¼ Ð ¸ ß ¼ H כ ` ¦ ' a8 £ ¤ ½ + É Ã º e % 3
. ¢ ¸ô Ç Û ¼ 2 ; ì r o © I \ " f H 5.35 eV \ 0 Au ô
Ç E
1+ ∆
1e > & h x ß ¼ H · ú ¡ z ´Ã ºÂ Òì r õ H ² ú o Mn
$ í
ì r q x = 0.013\ " f ¸ ç ß É r ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 .
Fig. 3 õ 4 H SE \ _ # 8 £ ¤& ñ ) a Cd
1−xMn
xS/GaAs (100) ~ à Ì} _ Ï ã J] X t à º n(E)ü < è F g > à º k(E)_ z ´+ « >
X
<s ' \ ¦ Ð# ï r . 4 ¤ è Ï ã J] X t à ºü < ° ú É r F g < Æ& h ì r F
g É r z ´6 x& h < Êà º Ð" f ~ 1 > % 3 ` ¦ à º e ¦ Ä » © à ºü <
½ ¨ 7 Hë H Cd
1−xMn
xS/GaAs(100) ~ Ã Ì} _ " é ¶ì rF g < Æ& h : £ ¤$ í – ^ @ /× æ 1 p x -235-
Fig. 4. The extinction coefficient k(E) spectra of Cd
1−xMn
xS/GaAs(100) epilayers obtained from the SE measurement at room temperature.
f
] X & h ' a s e Ü ¼ 9 ¢ ¸ô Ç ì rF g _ > r$ í ` ¦ Ð# ï r .
Õ
ª Qô Ç õ Ð Ï ã J] X t à º n(E)ü < è F g > à º k(E) ° ú É r F g
< Æ& h Û ¼& 7 à Ô! 3 É r Ä » < ÊÃ º ε(E)ü < y © > ' a ÷ &# Q e
¦ ½ + É Ã º e . 4 ¤ è Ï ã J] X t à º ¦ { 9 ( # Qt H n
∗(E) H n
∗(E) = n(E) + ik(E) = ε(E)
1/2 Ð è q à º e
. # l " f n(E) H Ï ã J] X t à ºs 9 k(E) H è F g > à ºs 9
6 £ § õ ° ú É r d Ü ¼ Ð è q à º e .
n(E) = (ε
21+ ε
22)
1/2+ ε
12
1/2, (2)
k(E) = (ε
21+ ε
22)
1/2− ε
12
1/2¿
º Õ ªa Ë >\ " f E
0x ß ¼ü < E
1x ß ¼ H y y 2.50 eVü < 4.80 eV \ " f " î S X > H כ ` ¦ Ð# Å Ò H X <, Ï ã J] X t à º n(E) Õ ªA á Ô\ " f H E
0x ß ¼ © ß ¼> z ¤ ¦, è F g
>
à º k(E) Õ ªA á Ô\ " f H 2 " é ¶ " l or : r ;s \ _ ô Ç E
1x
ß ¼ © ß ¼> è ß H כ ` ¦ ' a8 £ ¤ ½ + É Ã º e . s Q ô
Ç x ß ¼[ þ t É r Mn $ í ì r q 7 £ x < Ê\ E
0x ß ¼ H $
\
-t A á ¤ Ü ¼ Ð Õ ªo ¦ E
1x ß ¼ H ¦ \ -t A á ¤ Ü ¼ Ð e >
&
h x ß ¼_ oô Ç H כ ` ¦ ' a8 £ ¤ ½ + É Ã º e % 3 . : £ ¤ y è F
g > Ã º k(E)\ " f H Û ¼ 2 ; ì r o © I \ " f 5.35 eV\ " f
Fig. 5. The reflectivity R(E) spectra of Cd
1−xMn
xS/GaAs(100) epilayers obtained from the SE measurement at room temperature.
H E
1+ ∆
1e > & h x ß ¼ Å Ò x ß ¼ E
1e > & h x ß
¼ Ð ¸ 8 ß ¼> ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 .
Fig. 5 H SE \ _ # 8 £ ¤& ñ ) a Cd
1−xMn
xS/GaAs(100)
~ Ã
Ì} _ Ã ºf { 9 ì ø Í Ö ¦ R(E) \ @ /ô Ç כ s . Ã ºf { 9
ì ø Í Ö ¦ R(E) H 6 £ § õ ° ú s è q à º e .
R(E) = (n − 1)
2+ k
2(n + 1)
2+ k
2(3)
%
3 # Q Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f y y _ e > & h [ þ t s Ì º§  >
H כ ` ¦ ^ ¦ Ã º e . Ã ºf { 9 ì ø Í Ö ¦ R(E) ü < ° ú É r F
g < Æ& h Û ¼& 7 à Ô! 3 É r z ´6 x& h < ÊÃ º Ð" f ~ 1 > % 3 ` ¦ Ã º e
¦ Ä » © à ºü < f ] X & h ' a s e Ü ¼ 9 ¢ ¸ô Ç ì rF g _ > r
$ í
` ¦ Ð# ï r . F g < Æ& h \ -t Ì s\ K { © ÷ & H 2.50 eV \
"
f % 3 # Q e > & h x ß ¼ H Ì º§  > H כ ` ¦ ^ ¦ à º e
. Cardona 1 p x É r ì ø Í Û ¼& 7 à Ô! 3 Ü ¼ ÐÂ Ò' % 3 É r \ -t
½ × ¼ Ì ss 2.53 eV H כ ` ¦ Ð ¦ % i [14]. s כ É r Ä º o
_ õ ü < _ { 9 u ô Ç ¦ ^ ¦ Ã º e . ¢ ¸ô Ç 2 " é ¶& h
"
l or : r \ _ # 4.80 eV Â Ò H \ " f H E
1x ß ¼ H
É r # Q " x ß ¼ Ð ¸ " î S X > z ¤ ¦ Mn $ í ì r q
7
£
x ½ + Ét ¸ Ì º§  < Ê` ¦ Ä »t " f ¦ \ -t A á ¤ Ü ¼ Ð s 1
l
x H כ ` ¦ ^ ¦ Ã º e . Õ ª Q s ° ú כ É r Cardona 1 p x \ _
# ì ø Í Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f S \ 1 p q ô Ç ° ú כ 4.93 eVü < H 0.13
eV _ s e H כ Ü ¼ Ð S X ÷ &% 3 [15]. ¢ ¸ô Ç 5.35 eV
Fig. 6. The absorption coefficient α(E) spectra of Cd
1−xMn
xS/GaAs(100) epilayers obtained from the SE measurement at room temperature.
Â
Ò H \ " f H E
1+ ∆
1e > & h x ß ¼ H Mn $ í ì r q
x = 0{ 9 M :\ H " î S X > z ¤ . s ° ú כ É r Cardona 1
p
x s % 3 É r 5.50 eV Ð H ç ß É r 0 Au \ " f z ¤ [14,15]. s Qô Ç x ß ¼ H Mn ¸$ í q 7 £ x < Ê\ x = 0.013{ 9 M :\ H _ 4 R ' a8 £ ¤ ½ + É Ã º \ O % 3 .
Fig. 6 É r SE \ _ # 8 £ ¤& ñ ) a Cd
1−xMn
xS/GaAs(100)
~ Ã
Ì} _ f ¨ Ã º > Ã º α(E)\ ¦ Ð# ï r . f ¨ Ã º> Ã º α(E) H A
d \ " f Ð# Å Ò H כ % ! 3 Ä » < Êà º_ z ´Ã ºÂ Òü < ) à º Â
Ò, ε
1(E) ü < ε
2(E) ¸¿ º\ _ > r ¦ A (4) d ` ¦ s 6 x
# ½ ¨½ + É Ã º e % 3 . Ï ã J] X t à º n(E), è F g > à º k(E)\
"
fü < ° ú s f ¨ Ã º> Ã º α(E) H 2.50 eV \ " f H E
0e
> & h x ß ¼ H " î S X > z ¤ ¦ è F g > Ã º k(E)\ " f ü
< ° ú s E
1+ ∆
1e > & h x ß ¼ H Å Ò x ß ¼ E
1e > & h x
ß ¼ Ð ¸ 8 ß ¼> ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 .
α(E) = 4π
λ κ(E) (4) Fig. 7 É r SE \ _ # 8 £ ¤& ñ ) a Cd
1−xMn
xS/GaAs(100)
~ Ã
Ì} _ X <s ' \ ¦ s p ì r ô Ç ° ú כÜ ¼ Ð Ä » < ÊÃ º Û ¼& 7 à Ô
! 3
d
2ε(E)/dE
2` ¦ ? /% 3 . \ -t ½ × ¼ ½ ¨ ¸ s e
> & h \ ' a ô Ç ε(E) Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f ' a8 £ ¤ ) a ½ ¨ ¸_ ì r$ 3
É r SE X <s ' \ _ K 0 p x ¦ SE X <s ' _ s p ì r
É
r Û ¼& 7 à Ô! 3 \ @ /ô Ç ì r$ 3 ` ¦ 8¹ ¡ ¤ ~ 1 ¦ & ñ S X > & ñ ½ + É
Fig. 7. Fits to the second derivatives of the pseudodielectric constant < ε(E) > spectra of Cd
1−xMn
xS/GaAs(100) epilayers obtained from the SE measurement at room temperature. To show the quality of the fits clearly, we reduced the number of the data points in the graph by one-third. The circle and the square are the SE data and the solid line and dash-dotted line are the fitted data.
Ã
º e . ¢ ¸ô Ç " î S X ô Ç e > & h x ß ¼\ ¦ · ú ^ ¦ Ã º e H ©
&
h s e l ¸ . Õ ª Qô Ç õ Ð z ´+ « >X <s ' ÐÂ Ò' s `
Ì º§  ô Ç E
0, E
1, E
1+ ∆
1Õ ªo ¦ E
00e > & h x ß ¼[ þ t
`
¦ ^ ¦ Ã º e . SE Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f % 3 # Q X <s ' _ p ì r
É r Fig. 1 õ 2_ Û ¼& 7 à Ô! 3 Ð s ` 8 ± ú \ v ¦ Û æ Â Òô Ç
½
¨ ¸\ ¦ t ¦ e ¦ í : r \ -t % ò % i \ 5 g" f z ´+ « >
° ú
כ\ @ /ô Ç e > & h B > h à º_ y © ô Ç _ > r$ í ` ¦ ¦¹ 1 Ͻ + É Ã º e
. Õ ªa Ë >\ " f Ð# Å Ò H ü < ° ú s Mn $ í ì r s 7 £ x < Ê
\
e > & h x ß ¼[ þ t _ o\ ¦ ^ ¦ Ã º e % 3 . E
0e >
&
h x ß ¼ H ¢ - a ë ß > $ \ -t A á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l x H ¸_ þ v` ¦
'
a8 £ ¤ ½ + É Ã º e % 3 . Õ ª Q { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð II-VI7 á ¤ o½ + ËÓ ü t ì ø Í
¸^ \ " f H ô a ´ òõ H s ½ ¨\ " f Mn $ í ì r q
a % v É r # 3 0 A ? /\ " f 8 £ ¤& ñ ) a ' a > Ð ~ 1 > ¸ ' a8 £ ¤ ½ + É Ã º
\ O
% 3 . s " é ¶ " l or : r ;s \ _ # µ 1 ÏÒ q t H 4.80 eV
\
" f H E
1e > & h x ß ¼ ¸ % i r x = 0.028 t
¢ -
a ë ß > ¦ \ -t A á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l x H ¸_ þ v` ¦ ^ ¦ Ã º e % 3
. Û ¼ 2 ; ì r o © I \ " f H 5.35 eV \ 0 Au ô Ç E
1+ ∆
1e > & h x ß ¼ H x = 0{ 9 M :ë ß z ¤ ¦ Mn $ í ì r q 7
£
x ü < 8Ô ¦ # Q ¢ - a y 4 R t · ú § ¤ . ¢ ¸ô Ç E
00 ½ ¨ 7 Hë H Cd
1−xMn
xS/GaAs(100) ~ Ã Ì} _ " é ¶ì rF g < Æ& h : £ ¤$ í – ^ @ /× æ 1 p x -237-
Fig. 8. The change of the peak position energy of the critical point E
0and E
1as a function of Mn composition.
x
ß ¼ H x = 0 \ " f H S X z ´ > e > & h x ß ¼\ ¦ S X z ´ >
'
a8 £ ¤ ½ + É Ã º e % 3 Ü ¼ x = 0.013\ " f H _ 4 R ô Ç e
> & h x ß ¼ Ð è ß H כ ` ¦ · ú Ã º e % 3 ¦ Õ ª s Ê ê\
H 4 R Ðs t · ú § ¤ . e > & h [ þ t _ & ñ S X ô Ç 0 Au \ ¦ · ú l
0 A # Ã º < Æ& h Ü ¼ Ð > í ß ) a s > ¸ < ÊÃ º_ (5) d ` ¦ 6
x ½ + É Ã º e ¦ S \ 1 p q ) a X <s ' [ þ t É r s " é ¶& h e > & h [ þ t` ¦
° ú
H ì r$ 3 6 x ¸ ª (analytical line-shapes)Ü ¼ Ð ³ ð & ³½ + É Ã
º e [16,17].
< ε(E) >= C − Aln(E − E
i− −Γ) exp[iΦ] (5)
#
l " f à ºd É r \ -t E, V , # Qt l © à º Γ, ; ¤ A, 0 A
© y Φ ü < ° ú É r W 1 > h_ B j' [ þ t Ð ½ ¨$ í ÷ &# Q e .
Õ
ªa Ë >\ " f " é ¶ õ W 1 ¸ ¸+ þ A É r 8 £ ¤& ñ ) a SE X <s ' \ ¦
?
/ ¦ z ´ õ { 9 & h W É r x h A ) a X <s ' \ ¦ · p . Õ ª a Ë
>\ Ðs H כ % ! 3 z ´+ « >° ú כõ x h A° ú כs í : r \ -t
#
3 0 A\ ¦ : x # ¸ ú { 9 u % i . ô Ǽ # 4 eV\ " f H e
> & h x ß ¼ H t F K t · ú 9 \ O H e > & h x ß ¼
Ð" f · ú ¡Ü ¼ Ð ½ ¨ ' ÷ &# Q ½ + É כ Ü ¼ Ð Ò q ty ) a .
Fig. 8 É r E
0x ß ¼ü < E
1x ß ¼_ Mn ¸$ í q o\
É r e > & h x ß ¼_ s 1 l x` ¦ · p Õ ªa Ë >s . Õ ªa Ë >\ " f · ú Ã
º e H ü < ° ú s Mn $ í ì r _ F G è| ¾ Ós ' ÷ &% 3 l M : ë
H \ x ß ¼ \ -t ° ú כs Ì º§  > o÷ & H כ ` ¦ ^ ¦ à º
\ O
% 3 . ë ß , E
0x ß ¼_ â Ä º H $ \ -t A á ¤ Ü ¼ Ð p [ j
> s 1 l x % i ¦ E
1x ß ¼ ¸ % i r ¦ \ -t A á ¤ Ü ¼ Ð ç ß s
1 l x H כ ` ¦ · ú Ã º e % 3 . II-VI7 á ¤ o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ CdMnS _ â Ä º \ -t Ì s E
0 H Mn $ í ì r q ± ú ` ¦ M : ô a
´
òõ H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R e [5]. Ä ºo _ z ´+ « > õ
¸ % i r F G è| ¾ Ó_ Mn $ í ì r q \ " f E
0° ú כs × ¦ # Q× ¼ H
õ Ð Ð ¸ ú { 9 u H כ Ü ¼ Ð Ð .
IV. + s Ç Â ] Ø
$ í
© ) a ~ à Ì} _ XRD r] X J ` ¦ S X ô Ç õ % 6 £ § Mn s ' ÷ &t · ú § É r CdS ~ à Ì} \ " f H ¹ ¢ ¤ ~ ½ Ó& ñ ½ ¨ ¸ü < { 9
~
½ Ó& ñ ½ ¨ ¸ 1 l x r \ z ¤ ¦ Mn $ í ì r s 7 £ x < Ê\
&
h & h Ü ¼ Ð ¹ ¢ ¤ ~ ½ Ó& ñ ½ ¨ ¸ H t ¦ { 9 ~ ½ Ó& ñ ½ ¨ ¸_ x ß
¼ë ß z ¤ .
Cd
1−xMn
xS/GaAs(100) ~ Ã Ì} _ Ä » < ÊÃ º Û ¼& 7 à Ô! 3 \
"
f F g < Æ& h \ -t Ì s\ K { © H E
0x ß ¼ H Mn $ í ì r s x = 0{ 9 M : H 2.50 eV H % \ " f z ¤Ü ¼ 9 Mn $ í ì r q
7 £ x < Ê\ $ \ -t A á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l x H כ ` ¦ Ì º§ Â
> ' a8 £ ¤ ½ + É Ã º e % 3 . " l or : r \ _ # 4.80 eV Â Ò H \
"
f H E
1x ß ¼ H Mn $ í ì r s 7 £ x < Ê\ ¦ \
-t A á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l x H כ ` ¦ " î S X > ^ ¦ Ã º e % 3 . ¢ ¸ô Ç 5.35 eV \ 0 Au ô Ç E
1+ ∆
1e > & h x ß ¼ H Û ¼ 2 ; ì r o © I
\ " f H x ß ¼ Ð" f x = 0{ 9 M :ë ß z ¤ ¦ Mn
$ í
ì r q ç ß s ¸ 7 £ x ) a Ò re ¦ \ " f H ) t
· ú
§ ¤ . s Qô Ç õ H Mn $ í ì r q 7 £ x " f ¹ ¢ ¤ ~ ½ Ó
&
ñ ½ ¨ ¸ü < { 9 ~ ½ Ó& ñ ½ ¨ ¸ 1 l x r \ t ë ß Mn s '
÷ & " f { 9 ~ ½ Ó& ñ ½ ¨ ¸ Ð $ í © ô Ç כ õ ' a ÷ &# Q e % 3 .
¢
¸ô Ç E
00x ß ¼ ¸ Mn $ í ì r q ± ú ` ¦ M :\ H x ß ¼ > r F
H כ Ü ¼ Ð ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 t ë ß Mn $ í ì r q 7 £ x < Ê\
_ t H כ ` ¦ ' a8 £ ¤ ½ + É Ã º e % 3 . s Qô Ç õ ÐÂ Ò '
Mn $ í ì r q 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ í H Ã ºô Ç CdS\ " f µ 1 Ï| ÷ & H e
> & h x ß ¼ t f ¨ à º÷ &# Q t · ú § H H
כ
` ¦ · ú Ã º e % 3 . ¢ ¸ô Ç Õ ªa Ë >\ è ß ü < ° ú s y y _
x ß ¼[ þ t É r Mn _ ª s 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ x ß ¼ V , # Qt " f
K t H כ ` ¦ ^ ¦ Ã º e % 3 .
P
c p 8 ý ò k >
s
7 Hë H É r 2005¸ ¸ & ñ  ÒF " é ¶ Ü ¼ Ð ô Dz D G < ÆÕ ü t < É ª F é ß _
t " é ¶` ¦ ~ à Π½ ¨÷ &% 3 6 £ § (KRF-2005-075-C00012).
Y
c p w à U Ø ô
[1] N. Feltin, L. Levy, D. Ingert, E. Vincent and M. P.
Pileni, J. Appl. Phys. 87, 1415 (2000).
[2] N. Feltin, L. Levy, D. Ingert and M. P. Pileni, J.
Phys. Chem. B 103, 4 (1999).
[3] G. Counio, T. Gacoin, and J. P. Boilot, J. Phys.
Chem. B 102, 5257 (1998).
[4] Q. Pang, B. C. Guo, C. L. Yang, S. H. Yang, M. L.
Gong, W. K. Ge and J. N. Wang, J. Cryst. Growth 269, 213 (2004).
[5] L. Levy, N. Feltin, D. Ingert and M. P. Pileni, J.
Phys. Chem. B 101, 9153 (1997).
[6] L. Levy, D. Ingert, M. N. Feltin and P. Pileni, J.
Cryst. Growth 184-185, 377 (1998).
[7] D. Kim, M. Miyamoto and M. Nakayama, phys. stat.
sol. (c) 0, 1233 (2003).
[8] M. A. Chamarro, V. Voliotis, R. Grousson, P. Laval- lard, T. Gacoin, G. Counio, J. P. Boilot and R.
Cases, J. Cryst. Growth 159, 853 (1996).
[9] C. T. Tsai, S. H. Chen and D. S. Chuu, Phys. Rev.
B 54, 11555 (1996).
[10] K. J. Kim, M. H. Lee, T. W. Kang and M. S. Han,
Solid State Commun. 106, 597 (1998).
[11] M. Tanaka, J. Lumin. 100, 163 (2002).
[12] S. Ninomiya and S. Adachi, J. Appl. Phys. 78, 1183 (1995).
[13] D. J. Stukel, R. N. Euwema and T. C. Collins, Phys.
Rev. 179, 740 (1969).
[14] M. Cardona, M. Weinstein and G. A. Wolff, Phys.
Rev. 140, a633 (1965).
[15] M. Cardona and G. Harbeke, Phys. Rev. 137, a1467 (1965).
[16] C. S. Cook, S. Zollner, M. R. Bauer, P. Aella, J.
Kouvetakis and J. Menendez, Thin Solid Films 455- 456, 217 (2004).
[17] L. Vina, S. Logothetidis and M. Cardona, Phys.
Rev. B 30, 1979 (1984).
½ ¨ 7 Hë H Cd
1−xMn
xS/GaAs(100) ~ Ã Ì} _ " é ¶ì rF g < Æ& h : £ ¤$ í – ^ @ /× æ 1 p x -239-
The Optical Properties of Cd 1−x Mn x S/GaAs(100) Epilayers Obtained by Using Spectroscopic Ellipsometry
D. J. Kim
∗Institute of Science and Technology, Mokwon University, Daejeon 302-729
T. G. Koo
Department of Physics, Chungnam National University, Daejeon 305-764
Y. D. Choi
Department of Optical & Electronic Physics, Mokwon University, Daejeon 302-729 (Received 26 June 2006)
Cd
1−xMn
xS epilayers were grown on GaAs(100) substrates by using a hot-wall epitaxy method.
The epilayers had mixed hexagonal and cubic structures, and their optical properties were investi- gated in the photon energy range between 2.0 - 6.5 eV at room temperature by using spectroscopic ellipsometry. The obtained data were analyzed for the critical points of the pseudodielectric func- tion spectra, < ε(E) > = < ε
1(E) > + i < ε
2(E) >, such as the E
0, E
1, E
1+ ∆
1, and E
00structures. Also, the pseudodielectric function related optical constants of Cd
1−xMn
xS, such as the refractive index, the extinction coefficient, and the absorption coefficient, are presented and ana- lyzed. Numerically calculated second-derivative spectra of the pseudodielectric functions < ε(E) >
of our Cd
1−xMn
xS epilayers were deremined for a further analysis of the critical points. We could also observe peak shift of the respective critical points with increasing Mn composition.
PACS numbers: 70, 78.20.C
Keywords: Cd
1−xMn
xS, Spectroscopic ellipsometry, Hot-wall epitaxy, Dielectric function
∗