Plenarvorträge - DPG-Tagungen

Halbleiterphysik Montag
ics. In this contribution we investigate the growth of these materials by
molecular-beam epitaxy. In situ RHEED measurements of the in-plane
lattice parameter are used to monitor the elastic and plastic strain relaxation
in thin MnSe layers deposited on top of ZnSe. Additionally, transmission
electron microscopy of samples containing several MnSe layers
with increasing thickness is used in order to determine the critical thickness
for MnSe/ZnSe. Finally, we have fabricated n-doped Zn1−xMnxSe:Cl
material with various compositions. The grown epilayers are characterized
electrically by Hall measurements in the van der Pauw geometry
and optically by infrared reflection spectroscopy carried out in a Fourier
transform spectrometer.
HL 12.75 Mo 16:30 Poster A
Bestimmung des effektiven Mn-Gehalts und der Landé-
Faktoren von semimagnetischen Zn1−xMnxSe Schichten —
•Daniel Tröndle, Hendrik Burger, Wolfgang Löffler,
Bruno Daniel, Michael Hetterich, Elena Tsitsishvili und
Heinz Kalt — Institut für Angewandte Physik, Wolfgang-Gaede-Str.1,
76128 Karlsruhe
Das semimagnetische Halbleitermaterial ZnMnSe spielt in der aktuellen
Forschung im Bereich Spintronic eine bedeutende Rolle als Spinaligner.
Im Magnetfeld zeigen Leitungs- und Valenzband aufgrund von sd-
bzw. p-d-Austauschwechselwirkung eine erhebliche Aufspaltung, durch
die sich spinpolarisierte Ladungsträger in Nanostrukturen wie z.B. Quantenpunkte
injizieren lassen.
Wir haben verschiedene Zn1−xMnxSe-Schichten mit einem Mangangehalt
x von 0 bis 0.28 mit MBE gewachsen und daran Photolumineszenz
in Abhängigkeit vom Magnetfeld (0-14T) sowie der Temperatur (4-77K)
gemessen. Daraus bestimmen wir den effektiven Mn-Gehalt sowie die
effektiven Landé-Faktoren.
Bis ca. x = 0.15 steigt die Magnetisierung mit zunehmender Mn-
Konzentration an, bei höherem Gehalt sinkt sie wieder. Dies ist auf die
antiferromagnetische Kopplung benachbarter Mn-Ionen zurückzuführen,
die mit zunehmender Konzentration Cluster bilden und nicht mehr zur
Erhöhung der Magnetisierung beitragen. Als effektive Landé-Faktoren
ergeben sich Werte von g ≫ 10 bei T = 4 K und B = 0 T , die für
steigende Temperaturen und Magnetfelder deutlich abnehmen. Die Werte
sind jeweils in guter Übereinstimmung mit theoretischen Rechnungen.
HL 12.76 Mo 16:30 Poster A
Composition-dependent structural and optical material parameters
of Zn1−xMnxSe epilayers grown by molecular-beam epitaxy
— •M. Hetterich 1 , B. Daniel 1 , P. Baumann 1 , C. Klingshirn
1 , P. Pfundstein 2 , D. Litvinov 2 , D. Gerthsen 2 , K. Eichhorn
3 , and D. Spemann 4 — 1 Institut für Angewandte Physik and
Center for Functional Nanostructures (CFN), Universität Karlsruhe,
D-76131 Karlsruhe — 2 Laboratorium für Elektronenmikroskopie and
CFN, Universität Karlsruhe — 3 Institut für Kristallographie, Universität
Karlsruhe — 4 Fakultät für Physik und Geowissenschaften, Universität
Leipzig, D-04103 Leipzig
Zn1−xMnxSe has recently been demonstrated to be useful as a spin
aligner, an important ingredient for a possible spin-based electronics. We
investigate cubic Zn1−xMnxSe epilayers grown by MBE on GaAs(001).
The film quality is assessed by transmission electron microscopy. To determine
the Mn concentration, RBS, PIXE and EDX are used. ZnSe and
short-period ZnSe/MnSe superlattices serve as a reference for the careful
calibration of the EDX system, because the average composition of
such pseudoalloys can easily be determined by measuring the individual
layer thicknesses through RHEED oscillations. In the next step we determine
the elastic constants of Zn1−xMnxSe and measure the concentrationdependent
lattice parameter using X-ray diffraction. Finally, low temperature
absorption, photoluminescence (PL), reflectance and PL excitation
spectroscopy (PLE) are applied to learn more about the influence of Mn
on the Zn1−xMnxSe band gap as well as the exciton binding energy.
HL 12.77 Mo 16:30 Poster A
Preparation of Mn-doped ZnO thin films for spintronics —
•Erick Guzmán, Holger Hochmuth, Michael Lorenz, Daniel
Spemann, Holger von Wenckstern, Rüdiger Schmidt-Grund,
Peter Busch, Annette Setzer, Pablo Esquinazi, Heidemarie
Schmidt, and Marius Grundmann — Universität Leipzig, Fakultät
für Physik und Geowissenschaften
Room temperature ferromagnetism has been theoretically predicted
in p-type Mn-doped ZnO [1]. We have grown Mn-doped ZnO thin films
on c-plane sapphire substrates by pulsed laser deposition (PLD). The
first target was prepared from ZnO and MnO powders above 1000 ◦ C.
The structural, electrical, and magnetical thin film properties have been
determined by RBS, AFM, ellipsometry, Hall, SQUID, and MFM. The
Mn concentration amounts to 4% and is higher than that of the target
(nominally 3%). All investigated films are strongly compensated (n ≤
10 16 cm −3 ) with respect to undoped, naturally n-type ZnO thin films. At
10 K the saturation magnetization of one of those Mn-doped ZnO thin
films amounts to 0.018 emu/g, i.e., 0.006 µB/Mn-site, whereas at room
temperature no significant ferromagnetic contribution was observed. Encouraged
by [2], we prepared another target from ZnO and MnO2 powders,
at temperatures below 500 ◦ C. In that way the dependence of the
magnetic behaviour in Mn-doped ZnO on charge carrier compensation
and Mn clustering can be discussed comparing the two different sample
series.
[1] T. Dietl et al.,Science 287 (2000) 1019.
[2] K. V. Rao et al., Nature Materials 2 (2003) 673.
HL 12.78 Mo 16:30 Poster A
Nitrogen doping of ZnO and post-growth rapid thermal annealing
— •Nikolay Oleynik 1 , Armin Dadgar 1 , Daniel Forster 1 ,
Frank Bertram 1 , Jürgen Bläsing 1 , Andre Krtschil 1 , Annette
Diez 1 , Thomas Hempel 1 , Karsten Fehse 1 , Jürgen Christen 1 ,
Alois Krost 1 , Markus Seip 2 , and Arnd Greiling 2 — 1 Otto-von-
Guericke University Magdeburg IEP, FNW, Postfach 4120, 39016 Magdeburg,
Germany — 2 mochem GmbH, Marburg, Germany
Nitrogen doping is a promising way to achieve p-type doping of ZnO
layers. We have systematically investigated MOVPE grown N-doped ZnO
layers. For N doping we have used NH3, NO or UDMHy as precursors.
ZnO layers were grown using a two step growth procedure on GaN on
Sapphire templates starting with a low-temperature buffer layer on which
a high-temperature ZnO layer is grown using N2O and DMZn at 750 -
1050 ◦ C. The UDMHy flows were varied from 0-150 sccm, and NO flows
were varied from 0-750 sccm. We observe a brownish color of the ZnO
layers either at low growth temperature or high UDMHy or NH3 flows.
Upon annealing under O2 ambient at 800-900 ◦ C the color is bleached out.
No change in color was observed for NO-doped ZnO. We will report on
structural, morphological, optical and electrical properties of the films.
HL 12.79 Mo 16:30 Poster A
Zeitaufgelöste Spektroskopie von ZnO - Epitaxieschichten
— •Robert Hauschild 1 , Heiko Priller 1 , Thomas Gruber 2 ,
Christoph Kirchner 2 , Andreas Waag 3 , Claus Klingshirn 1
und Heinz Kalt 1 — 1 Institut für Angewandte Physik der Universität
Karlsruhe (TH), Wolfgang-Gaede Str. 1, 76131 Karlsruhe — 2 Abteilung
Halbleiterphysik, Universität Ulm, Albert Einstein Allee 45, 89081 Ulm
— 3 Institut für Halbleitertechnik, TU Braunschweig, Hans Sommer Str.
66, 38106 Braunschweig
Für auf ZnO basierende optoelektronische Anwendungen im ultravioletten
Spektralbereich ist die Untersuchung der Relaxationsdynamik von
Exzitonen relevant. Hierzu wird als Anregungsquelle ein frequenzverdreifachter
Ti:Sa-Laser mit einer Leistung von bis zu 12 mW bei einer Anregungswellenlänge
im Bereich von 280 nm verwendet. Wir erreichen eine
Zeitauflösung von 5 ps durch eine Anregung mit Femtosekunden - Pulsen
kombiniert mit der Detektion durch eine Synchroscan - Streakkamera,
die an ein Spektrometer angekoppelt ist. In Abhängigkeit der Temperatur
und der Anregungsintensität werden zeitaufgelöste Spektren von
ZnO - Epitaxieschichten, ZnO/ZnMgO - Quantenfilmen und ZnO - Nanorods
vorgestellt. Der Einfluss von nichtlinearen Effekten, wie Exziton
- Exziton - Streuung und die Bildung von Biexzitonen, wird diskutiert.
HL 12.80 Mo 16:30 Poster A
Temperaturverlauf der Bandlücke von ZnO bei hohen Temperaturen
— •Jan Brückner, Heiko Priller, Claus Klingshirn
und Heinz Kalt — Institut für Angewandte Physik der Universität
Karlsruhe (TH), Wolfgang-Gaede Str. 1, 76131 Karlsruhe
Zur Bestimmung der Bandlücknenenergie wurden an einer ZnO-
Epitaxieschicht Transmissionsmessungen im Temperaturbereich von 10 K
bis 800 K durchgeführt. Dazu wurde das Licht einer Xenonlampe auf die
sich in einem Ofen bzw. in einem Kryostaten befindende Probe fokussiert
und das transmittierte Licht mit Hilfe eines Doppelmonochromators
mit aufmontiertem Photomultiplier detektiert. Aus den gewonnenen
Spektren läßt sich zu jeder Temperatur eine untere Grenze für die
Bandlückenenergie angeben. Zusätzlich wurde durch Photolumineszenzmessungen,
wobei ein He-Cd-Laser mit einer Wellenlänge von 325 nm als