ZnMnSe/GaAs(100) U c lT c l8 ý V R ËX ê sÊ Ý M m Æ X Øy ¢; c  \ ¥ V ê s ì Å× D ¤V R Ë
»6 0^ ï B · ¤* å ' Ö < · T ¢ 9< · L |÷ 7 B6 0 ∗
3
l q" é ¶ @ / < Æ § F g · Ó ü t o < Æõ , @ / 302-729
T
ø ¶ B4 w H
ô
ǵ 1 ×@ / < Æ § F « Ñ/ B N < Æõ , @ / 305-719
+ ä
è ¡+ Ö <
3 l
q í@ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , 3 l q í 534-729 (2003¸ 9 Z 4 19{ 9 ~ Ã Î6 £ §)
Hot-wall epitaxy Z O Ü ¼ Ð l ó ø Í_ : r ¸\ ¦ 260 ∼ 380
◦C t 40
◦C ç ß Ü ¼ Ð or v " f Zn- MnSe/GaAs(100) ~ Ã Ì} ` ¦ $ í © r ( . $ í © ) a ~ Ã Ì} _ & ñ ½ ¨ ¸ H XRD\ ¦ 8 £ ¤& ñ ô Ç õ ¿ º t _ ½ ¨
¸ 7 £ ¤, NaCl ½ ¨ ¸ü < $ 3 F g ½ ¨ ¸ Ð $ í © ÷ &% 3 . ~ à Ì} _ $ í ì r q o\ ¦ · ú Ðl 0 A # EDX\ ¦ s 6
x # ¸ ô Ç õ l ó ø Í : r ¸ 7 £ x Mn ¸$ í q 7 £ x H כ ` ¦ · ú Ã º e % 3 . ¢ ¸ô Ç ~ Ã Ì} _ ³ ð
` ¦ ' a¹ 1 Ï l 0 A # l ó ø Í : r ¸\ AFM` ¦ 8 £ ¤& ñ % i . Õ ª õ l ó ø Í : r ¸ 7 £ x \ ~ Ã Ì} _
³
ð © I ª > o÷ &% 3 Ü ¼ 9 © o õ & ñ s { 9 # Qz ` ¦ · ú Ã º e % 3 .
PACS numbers: 61, 64, 66
Keywords: HWE, AFM, EDX , © o
I. " e  ] Ø
ZnMnSe H þ j H \ ´ ú § É r ½ ¨ ' ÷ & ¦ e H B~ Ã Ì
$ í
ì ø Í ¸^ (diluted magnetic semiconductor, DMS)_ { 9 7
á
x Ü ¼ Ð ª s : r Zn
2+\ ¦ Mn
2+Ü ¼ Ð u ¨ 8 # $ í © r
. ;s F K5 Å q s : r_ ¸$ í q \ ¦ ¸] X # ª ô Ç \ -t {
ç ß ` ¦ or ~ ´ Ã º e l M :ë H \ # Q t < É ª p Ð î
r l & h , F g < Æ& h Õ ªo ¦ Ã º5 Å x B ^ Ð" f_ : £ ¤$ í s è
ß [1–4]. s Ó ü t| 9 [ þ t_ ½ ¨ ¸ H d \ _ #
© I : £ ¤$ í s & h Ä » ) a ¦ ½ + É Ã º e ¦ " l or : r õ © " l or : r
`
¦ : x K " f µ 1 ÏF g s { 9 # Q Z } É r ´ òÖ ¦_ F g è _ n
\ 6 £ x6 x| ¨ c à º e l M :ë H \ 8¹ ¡ ¤ < É ª p \ ¦ t H כ Ü
¼ Ð Ð [5]. Õ ª Q s Qô Ç µ 1 Ï| Ê ê\ ¸ f ] X ;s + þ
A ½ × ¼ Ì s\ " f H Ú Ôw n =À Ò © % ò % i H % \ " fë ß " l or : r \ _ # ;s { 9 # Q l M :ë H \ ´ ú § É r & ñ Ð H · ú Ã º \ O
%
3 . { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð Zn\ Mn` ¦ ' H â Ä º & ñ ½ ¨ ¸
H { 9 ~ ½ Ó& ñ , $ 3 F g Õ ªo ¦ Ä ºØ Ô s à Ô ½ ¨ ¸ 1 p x [ j t
+ þ AI Ð H X < s Qô Ç Ó ü t| 9 [ þ t É r © à ºü < l
& h oy © ¸ Mn_ " é ¶ Ã º ´ ú § f \ 7 £ x
H : £ ¤$ í ` ¦ t ¦ e [6,7]. II-VI7 á ¤ o½ + ËÓ ü t_ l 8 £ x \
∗
E-mail: [email protected]
"
f Mn$ í ì r s 0.05 ∼ 0.09 %{ 9 M : ° ú f s þ j@ / ÷ & H
@ / ] jë ß ° ú t l Ð ¸@ /ü < @ /\ " f ½ × ¼ ` v
!
Ó (offset)` ¦ F G4 ¤ ¦, l 8 £ x É r Û ¼ 2 ; \ O © I \ " f ü
< f . Ë_ © # 4 Ü ¼ Ð 6 x ÷ & ¦ Û ¼ 2 ; î r © I \ " f H ª Ä
ºÓ ü t_ © # 4 Ü ¼ Ð 6 x ) a [8].
: r ½ ¨\ " f H hot-wall epitaxy(HWE) Z O Ü ¼ Ð l ó ø Í
: r ¸\ ~ Ã Ì} ` ¦ $ í © r ( . $ í © ) a ZnMnSe ~ Ã Ì}
É
r & ñ ½ ¨ ¸\ ¦ ¸ l 0 A # XRD\ ¦ 8 £ ¤& ñ ô Ç õ l ó
ø Í : r ¸ 7 £ x \ É r © o\ ¦ ' a¹ 1 Ͻ + É Ã º e % 3 . ¢ ¸ô Ç ZnMnSe ~ à Ì} _ $ í ì r q \ ¦ · ú Ðl 0 A # EDX\ ¦ s 6
x % i Ü ¼ 9 ~ Ã Ì} _ ³ ð É r AFM ` ¦ s 6 x # ©
o\ ¦ ' a¹ 1 Ï % i .
II. ÷ m Ç ] M ö
ZnMnSe \ x } É r ì ø Í] X GaAs(100±2
◦) l ó ø Í0 A\ HWE Z O Ü ¼ Ð $ í © r ( . " é ¶ « Ñ Ó ü t| 9 É r Mn(5N, { 9 : r Fu- ruuchi )õ ZnSe(5N { 9 : r Furuuchi ) & ñ ì r´ ú ` ¦
6 x % i . GaAs l ó ø Í É r à Ôo 9 þ t Ð Ð\ 9 E $ , [ j : r x 9 B
j 9 · ú ï` ¦ \ y y 5 ì 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
-336-
Õ
ªa Ë > 1. l ó ø Í : r ¸\ É r ZnMnSe/GaAs(100) ~ Ã Ì} _
$ í
© Ò ¦ o.
1 ì rç ß o < Æ \ g A % i . ¢ ¸ô Ç â ìØ Ô H íí H à º\ 3 ì r
&
ñ ¸ [ j' ¦ B jò ø Í` ¦ \ V , É r Ê ê ¦í H ¸ Ar Û ¼ Ð Ô ¦ # Q
|
¸r ( . Õ ª Ê ê\ HWE © u 5 Å q_ l ó ø Í t t @ /\ 5
Å
q > GaAs l ó ø Í` ¦ ` ¦ 9Z ~ ¤ . ~ 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 # / B N ¸ ∼ 10
−7torr 5 Å q \ " f 590
◦C_ : r
¸ Ð 20 ì rç ß \ P \ g A Ê ê " f" fy $ í © : r ¸ Ð ± ú Æ Ò% 3 .
HWE © u _ / B N ¸ H ∼ 1 × 10
−7torr & ñ ¸ Ð Ä »t
% i .
ZnMnSe ~ Ã Ì} $ í © r " é ¶ « ÑÂ Ò_ : r ¸\ ¦ 700
◦C Ð ¦
&
ñ ¦ l ó ø Í : r ¸ H 260
◦C \ " f 380
◦C t or ( .
$ í
© ô Ç ~ Ã Ì} _ ¿ ºa H ì rF g F g ¸> Ð © : r ì ø Í Û ¼& 7 à Ô
!
3 _ Franz-Keldysh 1 l x` ¦ s 6 x # 8 £ ¤& ñ % i . ~ Ã Ì} _
& ñ ½ ¨ ¸\ ¦ ¸ l 0 A # XRD\ ¦ 8 £ ¤& ñ % i ¦ ³ ð
` ¦ ' a¹ 1 Ï l 0 A # AFM` ¦ 8 £ ¤& ñ % i .
III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý
$ í
© ) a ZnMnSe ~ Ã Ì} _ ¿ ºa \ ¦ · ú Ðl 0 A # ì r F
gF g ¸> Ð © : r ì ø Í Û ¼& 7 à Ô! 3 _ Franz-Keldysh 1 l x` ¦ s
6 x # 8 £ ¤& ñ õ ~ Ã Ì} _ ¿ ºa H 1 ∼ 2 µm\ ¦ Ä »t
%
i . l ó ø Í_ $ í © Ò ¦ É r Õ ªa Ë > 1\ è ß כ % ! 3 l ó ø Í : r
¸ 240
◦C{ 9 M : l ó ø Í_ $ í © Ò ¦ É r 0.5 ˚ A/s% i ¦ l ó ø Í : r
¸ 7 £ x " f 340
◦C{ 9 M : 0.85 ˚ A/s Ð > 5 Å q 7 £ x H
â
¾ Ó` ¦ Ð% i . s Qô Ç õ H l ó ø Í : r ¸ 7 £ x \ o
<
Æ f ¨ à ̽ + É Ã º e H Ö ¸$ í o \ -t 7 £ x l M :ë H Ü ¼ Ð
^
¦ Ã º e . Õ ª Q 340
◦C\ ¦ t " f y è s À Ò# Qt
¦ 380
◦C \ " f H 0.55 ˚ A/s Ð z ¤ . s Qô Ç s Ä » Ð H l
# ) a Ö ¸$ í o \ -t -Á º & 4 R" f o < Æ& h Ü ¼ Ð f ¨ Ã Ì Õ
ªa Ë > 2. l ó ø Í : r ¸\ É r ZnMnSe/GaAs(100) ~ Ã Ì} _ XRD Û ¼& 7 à Ô! 3 (Log scale).
)
a { 9 [ þ t s l ó ø Í ³ ð Ü ¼ ÐÂ Ò' F 7 £ xµ 1 Ïs { 9 # Q l M : ë
H s [9].
Õ
ªa Ë > 2 H $ í © ô Ç ZnMnSe ~ Ã Ì} _ & ñ ½ ¨ ¸\ ¦ ¸ l
0 A # XRD\ ¦ 8 £ ¤& ñ ô Ç õ s . l ó ø Í : r ¸ 7 £ x < Ê
\
~ Ã Ì} _ & ñ ½ ¨ ¸ o H כ Ü ¼ Ð z ¤ [10]. P. Tomasini 1 p x É r α © õ β © _ ¿ º t x ß ¼ XRD 8
£
¤& ñ õ \ " f 1 l x r \ : r ¦ Ð ¦ô Ç e [11]. Õ ª a Ë
>\ è ß כ % ! 3 l ó ø Í : r ¸ 260
◦C{ 9 â Ä º l ó ø Í x ß
¼_ ¸ É rA á ¤ \ H α © ` ¦ ° ú H ZnMnSe(400) x ß ¼
H l ó ø Íx ß ¼ ¢ , aA á ¤ \ H β © ` ¦ ° ú H ZnMnSe(400) x
ß ¼ Ð É r כ ` ¦ ^ ¦ Ã º e . Õ ª Q l ó ø Í : r ¸ 7 £ x
α © _ ZnMnSe(200, 400) x ß ¼ H Ì º§  ô Ç 7 £ x \ ¦
Ð ì ø Í β © _ ZnMnSe(200, 400) x ß ¼ H y è H כ
`
¦ ^ ¦ Ã º e . l ó ø Í : r ¸ 7 £ x ÷ & Mn_ ¸$ í q 7 £ x
÷ &# Q β © _ ZnMnSe x ß ¼ H y è ¦ 380
◦C{ 9 M : H
_ 4 R © ì r o { 9 # Q t · ú § É r כ ` ¦ ^ ¦ Ã º e .
Õ
ªa Ë > 3 É r ZnMnSe ~ Ã Ì} _ ¸$ í q \ ¦ · ú Ðl 0 AK EDX\ ¦ 8 £ ¤& ñ ô Ç כ s . l ó ø Í : r ¸ 7 £ x © { © y ± ú
É
r ª _ Mn ¸$ í q 7 £ x " f Zn_ ¸$ í q H © @ /& h Ü
¼ Ð y è H כ ` ¦ · ú à º e . s כ É r l ó ø Í : r ¸ü < Mn
¸$ í q _ ' a > © { © y x 9 ] X ¦ ½ + É Ã º e [12,13].
Õ
ªa Ë >\ " f · ú Ã º e 1 p w s Zn
2+o \ Mn
2+s u ¨ 8 ÷ &# Q Mn_ " é ¶ Ã º ´ ú § t ¦ Zn_ " é ¶ Ã º H × ¦ # Q× ¼ H כ Ü ¼
Ð z ¤ . s Qô Ç õ Ð ^ ¦ M : l ó ø Í : r ¸ 7 £ x H Mn
¸$ í q 7 £ x H " é ¶ Ü ¼ Ð 6 x ¦ e H כ ` ¦ · ú Ã
º e % 3 Ü ¼ 9, © I _ ZnMnSe H β © Ü ¼ Ð > r F t ë
ß ü @Â Ò\ " f \ P 1 p x` ¦ # { 9 & ñ | ¾ Ó_ \ -t \ ¦ / B N/ å L K Å
Ò © Ü ¼ Ð oô Ç H כ ` ¦ · ú Ã º e % 3 .
Õ
ªa Ë > 3. EDX\ _ # 8 £ ¤& ñ ) a ZnMnSe/GaAs(100) ~ Ã Ì}
¸$ í q _ l ó ø Í : r ¸ _ > r$ í .
Õ
ªa Ë > 4 H X- r] X x ß ¼ Ð % 3 É r \ x } _ © Ã º\ ¦ q
§ô Ç כ s . { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð α © _ ZnMnSe H NaCl ½ ¨
¸({ 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð 6 % s _ Zns ' ÷ & α-MnSe Ð g A
<
Ê)s 9 © Ã º H 5.46 ˚ A s ¦, β © _ ZnMnSe H $ 3
F g ½ ¨ ¸s 9 © Ã º H 5.89 ˚ A Ü ¼ Ð · ú 94 R e [9].
Õ
ª Q s ½ ¨\ " f H 15 %\ " f ¸ α © _ x ß ¼
z ¤ . s כ É r α-MnSe ¦ l Ð H γ-ZnMnSe
¦ Ð ½ + É כ Ü ¼ Ð Ò q ty ) a . Õ ªa Ë >\ " f l ó ø Íx ß ¼ ¸ É r A
á
¤ \ > r F H α © _ ZnMnSe H © Ã º : r ¸ 7 £ x
\
y è H â ¾ Ó` ¦ ^ ¦ Ã º e . s כ É r l ó ø Í : r ¸
± ú ` ¦ M : H $ 3 F g ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H β © _ ZnMnSe $ í
¾ Ó_ ~ Ã Ì} s + þ A$ í ÷ &t ë ß l ó ø Í : r ¸ 7 £ x " f Mn $ í ì
r s 7 £ x > ÷ & ¦ NaCl ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H α © _ ZnMnSe Ð
© o { 9 # Qè ß H כ ` ¦ · ú Ã º e % 3 . ¢ ¸ô Ç l ó ø Íx ß ¼
¢ ,
aA á ¤ \ H β-ZnMnSe H l ó ø Í : r ¸ 7 £ x < Ê\
© Ã º 7 £ x H â ¾ Ó` ¦ ^ ¦ Ã º e % 3 ¦ 380
◦C \
"
f H © ì r o { 9 # Q t · ú § ~ 1 > ¸ > í ß ` ¦ ½ + É Ã º \ O
% 3 .
Õ
ªa Ë > 4. l ó ø Í : r ¸\ É r ZnMnSe/GaAs(100) ~ Ã Ì} _ α © õ β © _ © Ã º o.
Õ
ªa Ë > 5. l ó ø Í : r ¸\ É r ZnMnSe/GaAs(100) ~ Ã Ì} _ AFM .
Õ
ªa Ë > 5 H ZnMnSe ~ Ã Ì} _ ³ ð \ @ /ô Ç AFM s
. l ó ø Í_ : r ¸ 7 £ x \ ~ Ã Ì} ³ ð s o÷ & H כ Ü
¼ Ð Ð . l ó ø Í : r ¸ 260
◦C{ 9 M : ³ ð \ é ß t Y > > h _
& h (dot)Ü ¼ Ð $ í © ) a כ ` ¦ ^ ¦ Ã º e . l ó ø Í : r ¸ 300
◦
C ÷ & 8 ´ ú § É r & h [ þ t s $ í © ) a כ Ü ¼ Ð Ðs 9 340
◦C
\
" f H ³ ð \ Y > > h_ & ê ø Í é # Qo Ð + þ A$ í ) a כ ` ¦ ^ ¦ Ã
º e . 380
◦C_ â Ä º H & h _ + þ AI Ð H & ê ø Í é # Q o
[ þ të ß ' a8 £ ¤ ) a . l ó ø Í : r ¸ 340
◦C s © s ÷ & l ó ø Í
³
ð \ " f F 7 £ xµ 1 Ïõ < Êa ç ß _ 6 xÖ 6 x s { 9 # Q é # Qo + þ
AI Ð o ) a כ Ü ¼ Ð Ð . s Qô Ç õ H EDX 8 £ ¤& ñ õ
XRD õ \ " f ¶ ú ( R : r ü < ° ú s l ó ø Í : r ¸ 7 £ x ÷ &
Mn " é ¶ ´ ú § t ¦ α © _ ZnMnSe Ð © o { 9
#
Q " f é # Qo + þ AI Ð + þ A$ í ÷ & H כ Ü ¼ Ð Ð . l ó ø Í
³
ð _ o H l ó ø Í_ : r ¸7 £ x \ É r Mn " é ¶ 7 £ x ü <
x 9
] X ô Ç ' aº s e H כ Ü ¼ Ð Ðs 9 ~ Ã Ì} _ : £ ¤$ í ` ¦ o r
v H × æ כ ¹ô Ç כ ¹ s ) a H כ ` ¦ · ú Ã º e .
IV. + s Ç Â ] Ø
HWE Z O ` ¦ s 6 x # GaAs(100) l ó ø Í 0 A\ ZnMnSe
~ Ã
Ì} ` ¦ $ í © r ( . ~ Ã Ì} _ & ñ ½ ¨ ¸\ ¦ ¸ l 0 A
#
XRD\ ¦ 8 £ ¤& ñ # : r õ α © õ β © ` ¦ ° ú H ZnMnSe
~ Ã
Ì} s $ í © ÷ &% 3 . $ í © ) a ~ Ã Ì} É r l ó ø Í_ : r ¸ o
<
Ê\ $ í © Ò ¦ É r 340
◦C t H + þ A& h Ü ¼ Ð 7 £ x
%
i Ü ¼ Õ ª s Ê ê\ H y è % i . ¢ ¸ô Ç $ í © Ò ¦ õ ' a > \ O s
~ Ã Ì} _ © o H : r ¸ 7 £ x > 5 Å q& h Ü ¼ Ð { 9 # Q
H כ ` ¦ · ú Ã º e % 3 . 260
◦C \ " f H β © _ ZnMnSeÜ ¼
Ð $ í © ÷ &% 3 l ó ø Í : r ¸ © 5 p x © s { 9 # Q
" f Mn ¸$ í q 7 £ x % i Ü ¼ 9 © @ /& h Ü ¼ Ð Zn_ " é ¶
H y è H כ Ü ¼ Ð z ¤ . ~ Ã Ì} _ ³ ð & ñ $ í ` ¦
¶
ú ( R Ðl 0 A # AFM` ¦ 8 £ ¤& ñ # : r õ & h _ + þ AI Ð
$ í
© ) a + ' 6 xÖ 6 x s { 9 # Q t ë ß $ í © \ H H % ò ¾ Ó` ¦ p u t
· ú § H כ Ü ¼ Ð z ¤ . Õ ª Q l ó ø Í : r ¸ © 5 p xH d \
& h _ + þ AI 6 xÖ 6 x õ F $ í © s ì ø Í4 ¤ # { 9 # Q H
כ
` ¦ ^ ¦ Ã º e % 3 . s Qô Ç õ Ð ^ ¦ M : ZnMnSe ~ Ã Ì} _
$ í © É r l ó ø Í : r ¸ü < x 9 ] X ô Ç ' a > e 6 £ §` ¦ · ú à º e % 3
.
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 ¶ \ _
# ½ ¨÷ &% 3 6 £ §(SEM-2002-070-C00036).
: r ½ ¨_ EDX 8 £ ¤& ñ É r 3 l q í@ / < Æ § / B N1 l xz ´+ « > z ´_ þ v ' a_
© q \ ¦ s 6 x % i 6 £ §.
Y c
p w à U Ø ô
[1] Su-Huai Wei and Alex Zunger, Phys. Rev. B35, 2340 (1985).
[3] C. S. Kim, M. Kim, S. Lee, J. K. Furdyna et al., J.
Crystal Growth 214/215, 395 (2000).
[4] S. L. Lu, J. N. Wang, J. S. Huang, et al., J. Crystal Growth 249, 538 (2003).
[5] J. L. Freeouf, Phys. Rev. B7, 3810 (1973).
[6] Hyunjung Kim, R. Vogelgesang et al., Phys. Rev.
B58, 6700 (1998).
[7] Donald L. Decker and R. L. Wild, Phys. Rev. B4, 3425 (1971).
[8] J. P. Walter, M. L. Cohen, Y. P troff et al. Phys.
Rev. B1, 2661 (1970).
[9] M. A. Herman and H. Sitter, Moleculer Beam Epi- taxy 2nd Edition Material Science, Vol. 7 (Springer New York, 1996).
[10] S. I. Molina, P. D. Brown, C. J. Humphrey, J. Crys- tal Growth 156, 163 (1995).
[11] P. Tomasini, A. Haidoux, J. C. Tedenac, M. Maurin, J. Crystal Growth 193, 572 (1998).
[12] J. Kocinski, J. of Mag. and Mag. Material, 140-144, 631 (1995).
[13] T. R. Yang and C. C. Lu, et al., Phys. Rev. B60,
16058 (1999).
Effect of Substrate Temperature on the Crystal Growth and Properties of and Phase Changes in ZnMnSe/GaAs(100) Epilayers
Dae-Jung Kim, Young-Moon Yu, Kwang-Jae Lee and Yong Dae Choi
∗Department of Optical & Electronic Physics, Mokwon University, Daejeon 302-729
Jongwon Lee
Department of Materials Engineering, Hanbat National University, Daejeon 305-729
Yang-June Jung
Department of Physics, Mokpo National University, Muan 534-729 (Received 19 September 2003)
ZnMnSe epilayers were grown on GaAs(100) substrates by using a hot-wall epitaxy technique. The epilayers were grown at a constant the source temperature of 700
◦C for the substrate temperatures from 260
◦C to 380
◦C. We investigated the crystal growth and the structure of the ZnMnSe epilayers by using an X-ray diffractometer. The Crystals had two structures, NaCl and zinc blende.
The energy-dispersive X-ray spectral analysis showed that the atomic ratios of the epilayers had a substrate-temperature dependance. Atomic force microscope images were used to determine the surface roughness. Finally, we identified the phase changes in epilayers due to increasing substrate temperature.
PACS numbers: 61, 64, 66
Keywords: HWE, AFM, EDX , Phase change
∗
