GaAs õ m Í AlN Ñ ÷ Cr ¶ ¥ £ ?8 ý m £ ? Ò × ¤V R Ë
~ ç
¡( å ) כ
∗· = ¢ 9 ¢
|
² D G@ / < Æ § & ñ Ð / B N, Ø æÅ Ò 380-701
~ ç
¡r )<
Ø
æ· ¡ ¤@ / < Æ § Ó ü to < Æõ , ' õ AÅ Ò 361-763
(2006¸ 10 Z 4 16{ 9 ~ Ã Î6 £ §, þ j7 á x : r 2006¸ 10 Z 4 19{ 9 ~ Ã Î6 £ §)
(Ga,Cr)As, (Al,Cr)N, (Al,Cr)As, Õ ªo ¦ CrAs(001) > \ @ /ô Ç & h $ í | 9 x 9 $ í ` ¦ full-potential linear muffin-tin orbital (FP-LMTO) ~ ½ ÓZ O ` ¦ 6 x # ½ ¨ % i . AlN ü < GaAs ? /_ Cr _ l
¸F ' pà Ô H y y 2.3µ
Bü < 2.9µ
B X < AlAs ? / Cr _ â Ä º H s ü < s \ ¦ Ð . Cr _ 0 l x ¸\
l ¸F ' pà Ô H ² ú t ¦ ¶ ú ½ Ó © Ã º o\ @ /K B Ä º y ô Ç : £ ¤$ í ` ¦ Ð . Wurtzite (Al
1−xCr
x)N, zinc-blende (Al
1−xCr
x)As x 9 (Ga
1−xCr
x)As H ì ø ÍF K5 Å q : £ ¤$ í É r ? /t ë ß Cr 0 l x ¸\ Õ ª : £ ¤$ í
É
r ç ß ² ú | Ã Û . ¢ ¸ô Ç, Cr 0 l x ¸_ 7 £ x\ @ /ô Ç (Al,Cr)N > _ \ -t { ç ß _ o\ ¦ ¸ % i .
PACS numbers: 71.15.Mb, 73.61.Ey, 75.50.Pp Keywords: (Al,Cr)N, ì ø ÍF K5 Å q, ] j{ 9 " é ¶o
I. " e  ] Ø
$ í ì ø Í ¸^ èF 6 £ x6 xÜ ¼ Ð 3d s F K5 Å q/ì ø Í ¸^ s 7 á x
½ +
ËF K ½ ¨ ¸ H Ã ºz ¸ 1 l xî ß > 5 Å q& h ' ad ` ¦ = å J ¦ e . ì ø Í
¸^ ? /Â Ò\ $ 0 l x ¸ Ð Å Ò{ 9 ) a $ í F K5 Å q_ Û ¼ 2 ;` ¦
¸& ñ ½ + É Ã º e H 0 p x$ í \ ´ ú § É r ½ ¨ü < ¸§ 4 ` ¦ l Ö ¦s
¦ e H z ´& ñ s [1]. y © $ í III-V 7 á ¤ ½ + ËF K\ l ì ø Í` ¦ é
H $ í ì ø Í ¸^ \ : £ ¤y ´ ú § É r ' ad ` ¦ Ðs ¦ e . s F
K5 Å q Crs Å Ò{ 9 ) a GaAs > \ @ /K þ j H Shirai H zinc- blende CrAs ü < (Ga
7/8Cr
1/8)As ½ ¨ ¸ H y © $ í : £ ¤$ í ` ¦
Ðs ¦ y © $ í © I ì ø Íy © $ í © I Ð 8 î ß & ñ & h e
`
¦ µ 1 ϳ ð % i [2]. GaAs (100) ³ ð \ CrAs ~ à Ì} ½ ¨ ¸
\
" f y © $ í _ ì ø ÍF K5 Å q CrAs \ @ / # X- f ¨Ã º p [ j
½
¨ ¸(EXAFS) z ´+ « > ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ½ ¨ µ 1 ϳ ð÷ &% 3 ¦ [3], ~ à Ì} CrAs ½ ¨ ¸ zinc-blende e ` ¦ s : r x 9 MBE (molecular- beam epitaxy)\ _ ô Ç z ´+ « > ½ ¨ à º' ÷ &% 3 [4].
$ í F K5 Å qs Å Ò{ 9 ) a ì ø Í ¸^ ? /Â Ò\ $ í _ y è\ ¦ × ¦s
H כ É r × æכ ¹ô Ç ë H] js . Õ ª Qô Ç ë H] j_ כ ¹ É r ì ø ÍF K 5
Å
q : £ ¤$ í ` ¦ [ þ t à º e . ` Ø Ôp ï r0 A\ " f èà º(minority)
½
× ¼ Ì ss t · ú §> | ¨ c M : ` Ø Ôp ï r0 A\ " f _
¼
#
F G& ñ ¸ H ß ¼> ± ú . s כ É r Û ¼ 2 ;-ì ø Í6 £ x è \ " f Û
¼ 2 ; Ã º5 Å x0 p x§ 4 \ B Ä º u " î & h { 9 Ã º e ` ¦ כ s . : r
∗
E-mail: [email protected]
½
¨_ 3 l q& h É r CrAs(001), (Ga,Cr)As, (Al,Cr)N, Õ ªo ¦ (Al,Cr)As ½ ¨ ¸> \ @ / # ì ø ÍF K5 Å q : £ ¤$ í ` ¦ ½ ¨ < Ê\ e
. AlN H GaN % ! 3 ½ × ¼{ ç ß s V , É r F « Ñs l M : ë
H\ & h x 9 F g < Æ& h 6 £ x6 x` ¦ 0 Aô Ç ' ad ` ¦ ¸Ü ¼ ¦ e
H F « Ñ× æ s . s Qô Ç F « Ñ zinc-blende ½ ¨ ¸
0 p x H s : r x 9 z ´+ « > ½ ¨ Ð ¦\ ¦ ¦ e [5–11].
:
r ½ ¨\ " f H Ã ºu K $ 3 & h ~ ½ ÓZ O ( É Ó' > í ß ` ¦ : x
# s F K5 Å q Cr s 5% \ " f 25% t # Qt 0 l x ¸
\
¦ t H ½ ¨ ¸> _ & h $ í | 9 x 9 $ í : £ ¤$ í ` ¦ ½ ¨ô Ç
. ¢ ¸ô Ç, Cr 0 l x ¸ o\ É r ì ø Í ¸^ \ -t { ç ß _
o ¸ ¸ ô Ç .
II. 4 m U ê s0 n É
· ú
¡\ " f / å L ) a y y _ > \ @ /ô Ç Ã ºu & h K $ 3 É r Perdew ü < Wang [12] _ © ñ §¨ 8 ` J $ [ > ` ¦ t H GGA (general gradient approximation) ¨ 8 â ` ¦ t H ] j{ 9 " é ¶ o
& h ~ ½ ÓZ O FP-LMTO (full-potential linear muffin- tin orbitals) ~ ½ ÓZ O ` ¦ [13] 6 x # Ã ºu & h > í ß ` ¦ Ã º'
% i
. 6 x ) a > í ß ~ ½ ÓZ O \ " f & ñ _ ( J $ [ > õ x 9 ¸ _
¸ ª Ã º& ñ É r t · ú § ¤ . > _ LMTO l $ < ÊÃ º ü
< x 9 ¸ H è0 A Q 2 ; 2 ;(muffin-tin) ½ ¨ ? /Â Ò\ l (C
¸ ª Ã º) þ j@ / 6 t H ½ ¨ ¸ o < ÊÃ º Ð > h % i ¦,
-399-
Ù þ
d H ¢ - a © @ / : r& h Ü ¼ Ð À Ò% 3 . H Û ¼
2
;-C ¸_ © ñ 6 x` ¦ C ] jô Ç ï r © @ / : r& h Ü ¼ Ð 2 [/ å L
% i
. Q 2 ; 2 ; ½ ¨_ ì ø Ít 2 £ § É r 2.2a.u. ü < 2.3a.u.\ ¦ Cr (< Ê
É
r Ga)" é ¶ ü < As " é ¶ \ & h 6 x % i . (Al,Cr)N ü <
É
r ½ ¨ ¸> \ ¸ > á ¤° ú s & h 6 x % i . Cr õ Ga (< Ê É r As) Cu " é ¶ _ 4s, 4p, x 9 3d \ ¦ l $ Ð ¦ s Qô Ç l
$ \ @ /ô Ç ï r 1 l x < ÊÃ º (pseudo-wave function)\ @ / ô
Ç Â ú a Ë > (cut-off) \ -t H y y 204.0 (189.04), 296.48 (276.08), Õ ªo ¦ 436.56 eV (403.92 eV) s . Õ ªo ¦, Al (< Ê É r N) _ s ü < p l $ < ÊÃ º\ @ /ô Ç Â ú a Ë > \ -t H y y 265.2 (352.24) ü < 384.88 eV (510.0 eV) s . " é ¶ 0 Au
\
É r ^ x 9 ¸ & ñ Ð\ ¦ 8 ú x \ -t > í ß \
"
f ( J $ [ > \ -t _ { 9 § 4 õ Ø ¦§ 4 _ s 1 × 10
−6(eV)
t ^ Ø æ7 á ¤õ & ñ ` ¦ ÷ &Û ¦s % i . > í ß _ à º§ 4 & ñ ¸
H Brillouin % ò % i _ & h ì r> í ß \ " f k ° ú כ\ ç ß s
\ ¦ Ð . > í ß õ _ ø @$ í ` ¦ y î ß ¦, @ /^ & h Ü ¼
Ð ª ñô Ç Ã º§ 4 $ í ` ¦ Ðs H 64 k 7 ' à º\ ¦ 6 x % i .
s
כ É r > _ 8 ú x\ -t à º§ 4 $ í s 1 meV/cell & ñ ¸\ ¦ Ðs
H k 7 ' Ã ºs .
III. + s ÇÊ Ý õ m Í º8 ý
1. GaAs 5 8 ý Cr õ m Í CrAs(001)
Fig. 1 É r zinc-blende CrAs(001) ½ ¨ ¸\ @ /ô Ç ¶ ú ½ Ó © Ã
º < Êà ºü < > _ 8 ú x\ -t x 9 l ¸F ' pà Ô_ > í ß õ \ ¦
· p כ s . CrAs(001)_ " é ¶ ½ ¨ ¸ H 15 " é ¶ 8 £ xÜ ¼ Ð
½
¨$ í ÷ &# Qe ¦, ³ ð ` ¦ + þ A$ í l 0 A # ! s q(supecell) s
_ ç ß ` ¦ 6 8 £ x_ " é ¶ 8 £ xÜ ¼ Ð % i . > í ß õ & ñ \ " f
½
¨ ¸ ³ ð _ _ + þ As s ¢ - a É r ¦ 9÷ &t · ú § ¤ .
>
_ q $ í © I ü < q § % i ` ¦ M : l © I _ ½ ¨ ¸
\
-t s 1 p q` ¦ Ð% i . 7 £ ¤ l © I q $ í © I Ð
\
-t & h Ü ¼ Ð 8 î ß & ñ & h s . y © $ í © I ì ø Íy © $ í © I
Ð \ -t & h Ü ¼ Ð 8 î ß & ñ < Ê` ¦ Ð% i . î ß & ñ ô Ç $ í
©
I H ³ ð õ ^ & h > \ " f Å Ò q 5 p wô Ç ª © ` ¦ · p
. Fig. 1(b)\ " f Ð1 p ws ³ ð x 9 ^ & h > Cr_ ² D G è l
¸F ' pà Ô H ¶ ú ½ Ó © Ã º o\ _ > r& h s . s Qô Ç õ H VAs(001)\ @ / # ' ) a > í ß õ ü < Å Ò Ä » ô Ç õ
s [14]. V õ Cr _ l ¸F ' pà Ô° ú כ_ s H ç ß e
. CrAs(001) _ ¨ î + þ A © I _ ¶ ú ½ Ó © Ã º H GaAs Ð
ç ß . GaAs\ @ / # > í ß ô Ç õ H 5.60˚ As . s
כ
É r É r ½ ¨ [ þ t_ õ [2] Ð ç ß É r ° ú כs . z ´ +
«
>° ú כ 5.65 ˚ A Ð 0.9% ½ ¨ ¸ à º» ¡ ¤` ¦ Ðs H õ s
. Cr " é ¶ _ 0 l x ¸ x=1\ @ /ô Ç zinc-blende_ ½ ¨ ¸
-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3
5.0 5.2 5.4 5.6 5.8 6.0
2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
: paramagnetic (a) CrAs (zinc-blende)
: ferromagnetic
Total energy difference (eV)
: antiferromagnetic
(b)
Bulk
Surface
Magnetic moment
Lattice parameter / : ferromagnetic
/
: antiferromagnetic
Fig. 1. (a) The differences in total energy for the regerence-system of nonmagnetic state, (b) magnetic mo- ments (µ
B/Cr) of (001) surface and bulk Cr as a function of lattice parameter (˚ A) in zinc-blende GaAs.
H T
d2/ B Nç ß ç H(space group)s . x=1/4 õ 1/8\ @ /K " f
H y y T
d1ü < T
d2/ B Nç ß ç Hs ¦, é ß 0 A[ j í ^ & h É r x=1_
â
Ä º Ð 8C 8 ß ¼ . x=1 õ 1/4 (< Ê É r 1/8) \ @ /ô Ç > í
ß
) a © Ã º ° ú כ É r y y a
o=5.405 ˚ Aõ 5.570 ˚ As . í
½ ¨ ¸ (Ga
1/2Cr
1/2)As_ ¨ î + þ A © I _ ¶ ú ½ Ó © Ã º H 5.632 ˚ As . x=1/4_ â Ä º\ ¿ º > h_ s Ö © H Cr " é ¶
s _ o , d
Cr−Cr, H √
2a
o/2s . GaAs ? /_ ¿ º > h _
Cr " é ¶ d
Cr−Cro \ ¦ t H ½ ¨ ¸ 1a
o_ o \ ¦
t H â Ä º Ð \ -t & h Ü ¼ Ð 8 î ß & ñ < Ê` ¦ Ð% i (! s q {
©
0.1 eV & ñ ¸). s Qô Ç ¿ º > h_ Cr " é ¶ H y © $ í © I
ì ø Íy © $ í © I Ð \ -t & h Ü ¼ Ð 8 î ß & ñ & h s .
&
ñ
½ ¨ ¸ ? /Â Ò_ / B Nç ß & h Ü ¼ Ð o Cr-As1 õ Cr-As2 _
o H y y √
3a
o/4 ü < √
11a
o/4 s .
Table 1 É r CrAs(001) x 9 (Ga,Cr)As ½ ¨ ¸_ Cr 0 l x ¸
\
@ /ô Ç l ¸F ' pà Ôü < ì ø ÍF K5 Å q \ -t { ç ß ` ¦
·
p כ s . Cr " é ¶ _ l ¸F ' pà Ô H _ ¸ H Cr 0 l x ¸
\
@ /K " f q 5 p wô Ç ° ú כ` ¦ . As " é ¶ _ 4p _ Û ¼
2
; É r Cr " é ¶ _ 3d ü < ì ø Íy © $ í © I Ð & ñ § > =` ¦ ô Ç .
−0.12µ
B_ É r Õ ªÒ ¨_ > í ß õ ü < [15] q §| ¨ c à º e H
כ
s . Cr " é ¶ H 1.2e, As (< Ê É r Ga) " é ¶ H 1.2e (< Ê É r 1.3e)_ o ( ^ ½ ¨ ¸_ î rX < o
) x 9 " é ¶ [ þ t s _ o (interstitial regins) Ð s 1 l x < Ê
`
¦ Ð . o Ð s 1 l x H Ga (< Ê É r As) " é ¶ _
H o { © 0.9e (< Ê É r 0.7e) s . As 4p H o # Q (f . Ë)ü < Cr 3d s H D ¥$ í s { 9 # Q Ù ¼ Ð ¢ - a ô Ç y ©
$ í © I \ ¦ Ðs t · ú § H . : r ½ ¨\ " f o (empty sites) H ^ ½ ¨ ¸_ î rX < 0 Au \ ¦ ´ ú 9, \ V\ ¦[ þ t
! s q? /_ (3/4,1/4,3/4), (1/4,3/4,3/4), (1/4,1/4,1/4), (3/4,3/4,1/4), Õ ªo ¦ (1/2,1/2,1/2)_ " é ¶ 0 Au \ ¦ ´ ú ô Ç
.
Fig. 2 H CrAs(001) õ (Ga
1−xCr
x)As _ Cr " é ¶ \ @ / ô
Ç © I x 9 ¸\ ¦ · p כ s . s Qô Ç õ H KKR (Korrringa-Kohn-Rostker) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ½ ¨ô Ç Galankis _
õ ü < B Ä º Ä » ô Ç õ s [16]. ³ ð x 9 ^ & h > _ Cr
"
é
¶ _ Û ¼ 2 ; î r(minority-spin) ? / ` Ø Ôp ï r0 A H 8 Z }
É
r \ -t % ò % i Ü ¼ Ð ` ç ß . CrAs(001) ½ ¨ ¸_ 5.40˚ A
\ " f ³ ð " é ¶ Cr É r ì ø ÍF K5 Å q y © $ í ` ¦ I · p . Õ ª
Q , ^ & h > Cr " é ¶ H s ¶ ú ½ Ó © Ã º A \ " f H ì ø ÍF K5 Å q
$ í
| 9 ` ¦ Ðs t · ú § H . Õ ªo ¦, ` Ø Ôp ï r0 A Ð A 0.5eV_ \ -t { ç ß ` ¦ ^ ¦ Ã º e .
2. AlN õ m Í AlAs 5 8 ý Cr
Fig. 3 É r wurtzite (¹ ¢ ¤~ ½ Ó& ñ ½ ¨ ¸) AlN ? /\ Cr " é ¶ _ Y
>
t 0 l x ¸\ @ /ô Ç Cr " é ¶ _ © I x 9 ¸\ ¦ · p
כ
s . Cr " é ¶ _ 0 l x ¸ 5% x 9 11%\ " f ì ø ÍF K5 Å q : £ ¤$ í ` ¦ S
X
½ + É Ã º e ¦, 16% 0 l x ¸\ " f H ì ø ÍF K5 Å q : £ ¤$ í s f
`
¦ · ú Ã º e . ¢ ¸ô Ç, Fig. 2 \ " f Ð ¤1 p ws (Ga
1−xCr
x)As
½
¨ ¸> _ Cr 0 l x ¸ x=1/2, 1/4, Õ ªo ¦ 1/8 _ â Ä º\ " f
Table 1. The Cr magnetic moments (µ
B/cell) and the half-metallic bandgap (E
g) for the systems of GaAs and (Ga
1−xCr
x)As .
CrAs(001) x = 1/2 x = 1/4 x = 1/8 Total (µ
B) 2.87 3.00 2.86 2.83
E
g(eV) 2.05 1.85 1.42 2.21
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4
x=1 CrAs
Energy (eV) Ga
1/2Cr
1/2
As x=1/2
DOS (states/eV atom spin)
Ga
3/4Cr
1/4
As x=1/4
4s 4p 3d
Ga
7/8Cr
1/8
As x=1/8
Fig. 2. The DOS in the ferromagnetic state of (Ga
1−xCr
x)As with x=1, 1/2, 1/4, and 1/8 at their cal- culated equilibrium lattice constant, with spin-up posi- tive and spin-down negative. The Fermi level is set to zero (dotted lines).
ì ø
ÍF K5 Å q y © $ í © I \ ¦ ^ ¦ Ã º e % 3 . Õ ª QÙ ¼ Ð, Fig. 2 ü <
Fig. 3 Ü ¼ ÐÂ Ò' ` Ø Ôp ï r0 A Û ¼ 2 ; î r % ò % i _ \ -t {
? /Â Ò\ > rF H ì ø ÍF K5 Å q : £ ¤$ í _ { 9 ì ø Í& h & ³ © ` ¦ µ 1 Ï
|
½ + É Ã º e . (Al,Cr)N > _ ì ø ÍF K5 Å q : £ ¤$ í É r (Ga,Cr)As
>
ü < q § # ç ß _ s \ ¦ Ðs ¦ e . Zinc-blende (Ga
1−xCr
x)As ½ ¨ ¸_ â Ä º H Cr 0 l x ¸ 0.125 s © _ 0
l
x ¸\ " f ì ø ÍF K5 Å q : £ ¤$ í ` ¦ Ðs H ì ø Í (Al
1−xCr
x)N ½ ¨
¸_ â Ä º H Cr 0 l x ¸ 0.125 A \ " f ì ø ÍF K5 Å q : £ ¤$ í ` ¦ Ð
(Fig. 3 \ " f 0.125_ 0 l x ¸\ @ /ô Ç DOS H Ò q t| Ä Ì
% i .). " f, Cr_ 0 l x ¸ 0.125\ " f ì ø ÍF K5 Å q : £ ¤$ í s
" f Ð ì ø Í@ /_ ª © ` ¦ Ð . ¢ ¸ô Ç, (Al
1−xCr
x)N ½ ¨ ¸ _
â Ä º\ " f n-+ þ A $ í ì ø Í ¸^ _ : £ ¤$ í ` ¦ ? / ¦ e .
Zinc-blende (Al
1−xCr
x)As ½ ¨ ¸> _ â Ä º Cr " é ¶ _ 0 l x
0 1 2 3
-6 -4 -2 0 2 4
-3 -2 -1 0 0 1 2 3
-3 -2 -1 0 0 1 2 3
-3 -2 -1 0
(16% Cr) (Al
0.84Cr
0.16)N
Energy (eV) (11% Cr)
(Al
0.89Cr
0.11
)N
DOS (states/eV.atom.spin)
(5% Cr) (Al
0.95Cr
0.05
)N 4s
4p 3d
Fig. 3. The DOS in the ferromagnetic state of wurtzite (Al
1−xCr
x)N with x=0.05, 0.11, and 0.16 with spin-up positive and spin-down negative. The Fermi level is set to zero (dotted lines).
¸ 1/8 õ 1/4\ " f l ¸F ' pà Ô ° ú כ É r y y 1.38µ
B/Cr ü
< 2.86µ
B/Cr s . s ° ú כ É r GaAs ? /\ " f Ð & h ¦ Cr _
0 l x ¸ Z }` ¦ M : Ð ± ú ` ¦ M :\ Cr l ¸F ' pà Ô ° ú כ É r & h
. s כ É r zinc-blende (Al,Cr)As ½ ¨ ¸_ Cr $ í s ¶ ú
½
Ó © Ã º\ B Ä º y l M :ë Hs . : r 7 Hë H_ > í ß \ " f zinc-blende _ AlAs x 9 GaAs ¨ î + þ A © I © Ã º H y y 5.681 ˚ Aü < 5.600 ˚ A\ ¦ % 3 % 3 . s Qô Ç s H b ± b ± , GaAs Ð AlAs ? /_ Cr " é ¶ _ $ í s 8 y < Ê` ¦ Ð
. \ V\ ¦ [ þ t , AlAs > _ © Ã º 5.63˚ A{ 9 M : Cr
l ¸F ' pà Ô H 2.2µ
B/Cr (1.38µ
B/Cr Ð ß ¼ .)\ ¦ ° ú H
. " f ¶ ú ½ Ó © Ã º_ É r o\ l ¸F ' pà Ô H H
o\ ¦ Ð . s כ É r Al " é ¶ ü < Cr " é ¶ s _ D ¥$ í s Cr 0 l x ¸ 7 £ x½ + É M : y èô Ç . Õ ª QÙ ¼ Ð, (Al
1−xCr
x)As
19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 21.5 22.0 -0.98
-0.96 -0.94 -0.92 -0.90 -0.88
Total energy change (-32334 eV)
Volume (A
3, unit cell)
Fig. 4. The total energy for wurtzite AlZ in the volume of unit cell.
0.96 0.98 1.00 1.02 1.04 -0.9810
-0.9805 -0.9800 -0.9795 -0.9790 -0.9785
Total Energy(-68096(eV))
V/Vo
Fig. 5. The total energy of zinc-blende with respect tp the change in the volume of unit cell.
½
¨ ¸_ x=1/8\ " f Cr _ l ¸F ' pà Ô H x=1/4 _ â Ä º
Ð ± ú .
Fig. 4 H í HÃ º wurtzite AlN ½ ¨ ¸\ @ /ô Ç ¨ î + þ A © I _
¶ ú ½ Ó © Ã º\ ¦ Ð# Å Ò H õ s . > í ß ) a ¶ ú ½ Ó © Ã º ° ú כ
É
r É r s : r& h ½ ¨ õ ü < q § % i ` ¦ M : É r õ
s ¦, z ´+ « >° ú כ Ð 2.3% _ É r õ s [17]. s
Qô Ç s H > í ß \ 6 x ) a ~ ½ ÓZ O _ s ÐÂ Ò' Ä »µ 1 Ï ) a
¦ Ð# . < Ê x 9 + þ A§ 4 \ _ ô Ç s ¢ - a É r
¦ 9÷ &t · ú § É r õ s . (Al,Cr)N > _ \ -t { H í H Ã
º AlN > \ " f Ð \ -t ± ú É r A á ¤Ü ¼ Ð s 1 l xô Ç ( 2.1eV). AlN ? /_ Cr 0 l x ¸ 7 £ x½ + Éà º2 ¤ ï r (quasi) \ - t
{ × æç ß \ e
g- © I (d
3z2−r2x 9 d
x2−y2C ¸ ) x 9 ¸
7 £ xô Ç . " f, Cr " é ¶ _ 0 l x ¸ 7 £ x ï r \
-t { ç ß É r × ¦# Q× ¼ H & ³ © ` ¦ 4 R : r . Fig. 4 \ " f
Ð ¤1 p ws , ì ø ÍF K5 Å q \ -t { ç ß É r 5 % 0 l x ¸{ 9 M : 2.38 eV, 11 % 0 l x ¸\ " f 2.15 eV s . ì ø ÍF K5 Å q : £ ¤$ í ` ¦ ? /
H â > _ 0 l x ¸ Ð ç ß Z } É r 16 % _ 0 l x ¸\ " f H 1.96 eV s . " f, Cr 0 l x ¸ 7 £ x½ + ÉÃ º2 ¤ ì ø ÍF K5 Å q \ -t {
ç ß É r a % v t H & ³ © ` ¦ Ð# ï r . s > _ Cr " é ¶ _
l ¸F ' pà Ô H 0 l x ¸ 0.05, 0.11, x 9 0.16 \ " f y y 2.32µ
B, 2.37µ
B, Õ ªo ¦ 2.26µ
B_ ° ú כÜ ¼ Ð ¸¿ º q 5 p wô Ç
õ \ ¦ Ð . s Qô Ç õ H zinc-blende _ (Ga,Cr)As
>
Ð ç ß ± ú É r l ¸F ' pà Ô_ ° ú כs . Õ ªo ¦, s [ þ t
½
¨ ¸> H y © $ í © I \ -t & h Ü ¼ Ð î ß & ñ < Ê` ¦ · p
. Fig. 5 H zinc-blende AlAs _ ¨ î + þ A © I \ @ /ô Ç ¶ ú ð ø Í
©
à º\ ¦ Ð# Å Ò H õ s . > í ß ) a ¶ ú ½ Ó © à º H 5.679 ˚ A s
. s ° ú כ É r · ú 9 ° ú כ (z ´+ « >) 5.66 ˚ A Ð 0.35 % Ø ½ Ó _
õ s .
IV. + s Ç Â ] Ø
]
j{ 9 " é ¶o & h ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð (Ga,Cr)As, (Al,Cr)N, Õ ªo ¦ (Al,Cr)As > \ @ / # & h ½ ¨ ¸ x 9 $ í : £ ¤$ í ` ¦
½
¨ % i . (Ga
1−xCr
x)As x 9 (Al
1−xCr
x)N ½ ¨ ¸> H ¸
¿
º y © $ í © I © $ í < Ê É r ì ø Íy © $ í © I Ð \ -t
&
h
Ü ¼ Ð 8 î ß & ñ < Ê` ¦ Ð% i . (Al
1−xCr
x)N > _ â Ä º H n-+ þ A $ í ì ø Í ¸^ : £ ¤$ í ` ¦ Ðs ¦, (Al,Cr)N ü < (Al,Cr)As _
ì ø ÍF K5 Å q : £ ¤$ í É r (Ga,Cr)As _ Õ ª כ õ ç ß s \ ¦ Ð
% i
. (Al,Cr)As > _ \ -t { ½ ¨ ¸ H (Ga,Cr)As > _
\
-t { ½ ¨ ¸ü < Ä » % i ¦, ì ø ÍF K5 Å q : £ ¤$ í É r s [ þ t ¿ º>
Cr " é ¶ _ 0 l x ¸ 0.125 s © \ " f ì ø ÍF K5 Å q: £ ¤$ í ` ¦
?
/ H Ä » $ í ` ¦ Ð# Å Ò% 3 . Õ ª Q , (Al,Cr)N > _ â Ä º
\
" f H 0.125 0 l x ¸ Ð ± ú É r > \ " f ì ø ÍF K5 Å q : £ ¤$ í _ õ
\
¦ Ð# Å Ò% 3 . s Qô Ç > \ @ /K ª ô Ç 0 l x ¸\ @ /ô Ç
©
[ jô Ç q § 9 כ ¹ Ð t ë ß , : r 7 Hë H\ " f ¦ 9ô Ç Cr _
# Qt 0 l x ¸ î rX < 0.125 _ ° ú כs > \ ì ø ÍF K 5
Å
q : £ ¤$ í _ o\ ¦ 4 R ¸ H 0 l x ¸e ` ¦ · ú Ã º e % 3 .
P c
p 8 ý ò k >
s
½ ¨ H ô Dz D G < ÆÕ ü t < É ªF é ß ½ ¨õ ] j(õ ] j ñ:
R01-2004-000-10882-0)_ t " é ¶\ _ ô Ç כ { 9 m .
Y c
p w à U Ø ô
[1] G.A. Prinz, Phys. Today 48(4), 58 (1995).
[2] Masafumi Shirai, Physica E 10, 143 (2001).
[3] H. Ofuchi, M. Mizuguchi, K. Ono, M. Oshima, H.
Akinaga and T. Manago, Nucl. Instru and Meth. in Phys. Research B 199, 227 (2003).
[4] H. Akinaga, T. Manago and M. Shirai, Jpn. J. Appl.
Phys. 39, L1118 (2000).
[5] I. Petrov, E. Mojab, R. C. Powell, J. E. Greene, L.
Hultman and J.-E. Sundgren, Appl. Phys. Lett. 60, 1491 (1992).
[6] S. Porowski and I. Grzegory, in Properties of Group III Nitrides, J. H. Edgar (Ed.), (INSPEC, IEE, Lon- don, 1994), Chap. 1 and Chap. 4.
[7] Y. Mizuhara, R. Mitsuhashi, T. Nagatomi, Y. Takai, M. Inoue and R. Shimizu, Surf. Interface Anal. 31, 99 (2001).
[8] Chuanling Men, Zheng Xu, Zhenghua An, Xinyun Xie, Miao Zhang and Chenglu Lin, Physica B 324, 229 (2002).
[9] Hao, Cheng, Yong Sun and Peter Hing, Surf. Coat.
Tech. 166, 231 (2003).
[10] C. Ristoscu, C. Ducu, G. Socol, F. Craciunoiu and I. N. Mihailescu, Appl. Surf. Sci. 248, 411 (2005).
[11] T. Matsumoto and M. Kiuchi, Nucl. Instru. and Methods in Phys. Research B 242, 424 (2006).
[12] P. Perdew and Y. Wang, Phys. Rev. B 33, 8800 (1986).
[13] S. Yu. Savrasov, Phys. Rev. B 54, 16470 (1996), and references therein.
[14] Byung-Sub Kang, Suhk-Kun Oh, Jean-Soo Chung and Hee-Jae Kang, Thin Solid Films 488, 204 (2005).
[15] Jia-Au Yan, Chong-Yu Wang and Shan-Ying Wang, Phys. Lett. A 324, 247 (2004).
[16] I. Galanakis, Phys. Rev. B 66, 012406 (2002).
[17] A. E. Merad, M. B. Kanoun, J. Cibert, H. Aourag
and G. Merad, Materials Chem. and Phys. 82, 471
(2003).
The Half Metallicity of Cr in GaAs and AlN
Byung Sub Kang
∗and Kwang Pyo Chae
Department of Applied Physics, Konkuk University, Chungju 380-701
Hee Jae Kang
Department of Physics, Chungbuk National University, Cheongju 361-763 (Dated: Received 16 October 2006, in final form 19 October 2006)
The electronic and the magnetic properties of zinc-blende CrAs(001), (Ga,Cr)As, and (Al,Cr)N are determined by using the first-principles full-potential linear muffin-tin orbital method. The local magnetic moments of Cr are about 2.3µ
Band 2.9µ
Bfor (Al,Cr)N and (Ga,Cr)As, respectively. The (Ga
1−xCr
x)As and zinc-blende CrAs(001) show half-metallic characters. The wurtzite (Al,Cr)N, shows a half-metallic behavior for low concentrations of Cr. The gap of energy gap in the wurtzite (Al,Cr)N is noted to decrease with increasing Cr concentration.
PACS numbers: 71.15.Mb, 73.61.Ey, 75.50.Pp Keywords: (Al,Cr)N, Half-metallicity, First-principles
∗