Ferromagnetic (Ga,Mn)As Layers and ... - OPUS Würzburg

Contents
Zusammenfassung 5
Summary 9
1 Introduction 11
2 The (Ga,Mn)As Material System 15
2.1 Ferromagnetism in (Ga,Mn)As . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 Band Structure Calculations in (Ga,Mn)As . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3 Magnetic Anisotropy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.1 Transport Measurements and AMR . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.2 Anisotropy Fingerprints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4 Post Growth Annealing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3 MBE Growth of Ferromagnetic (Ga,Mn)As Layers 27
3.1 The UHV MBE Chamber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2 Epitaxial Growth of (Ga,Mn)As . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2.1 The Mn Cell Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2.2 The Growth Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.3 V/III Flux Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.4 Growth Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.5 Typical Growth Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3 Crystal Defects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.4 RHEED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.5 X-Ray Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.5.1 ω-2Θ Scans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.5.2 Reciprocal Space Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4 Finite Element Simulations of Strain Relaxation 43
4.1 Derivation of the Equation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.1.1 The Strain Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.1.2 Hooke’s Law and Equilibrium Equations . . . . . . . . . . . . . 45
4.1.3 Lattice Mismatch Strain as Isotropic Internal Pressure . . . . . 46
4.2 The FlexPDE Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.2.1 The Simulation File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.2.2 Simulation Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2.3 Graphical Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.3 Simulation Results – Physical Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . 49
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