Epitaxie von (Ga,Mn)As

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	9 October 2012
Referee:	Prof. Dr. Werner Wegscheider and Prof. Dr. Dominique Bougeard
Date of exam:	14 September 2012
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Alumni or Retired Professors > Group Werner Wegscheider
Keywords:	GaMnAs, spintronic, Manganese content, Curie temperature, thin layers, ferromagnetic semiconductor, annealing, molecular beam epitaxy
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	25892

Abstract (German)

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Verbesserung der magnetischen Eigenschaften des ferromagnetischen Halbleiters Galliummanganarsenid (GaMnAs), der ein wichtiges Ausgangsmaterial für die Forschung auf dem Gebiet der Spintronik darstellt. Es wird erläutert, wie mit Hilfe der Bandkanten-Absorptionsspektroskopie und einem speziellen Verfahren zur Eichung der Materialflüsse die Kontrolle ...

Abstract (German)

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Verbesserung der magnetischen Eigenschaften des ferromagnetischen Halbleiters Galliummanganarsenid (GaMnAs), der ein wichtiges Ausgangsmaterial für die Forschung auf dem Gebiet der Spintronik darstellt.
Es wird erläutert, wie mit Hilfe der Bandkanten-Absorptionsspektroskopie und einem speziellen Verfahren zur Eichung der Materialflüsse die Kontrolle über den Wachstumsprozess und die Reproduzierbarkeit der Proben gesteigert werden können. Auch die wichtigsten Methoden zur elektrischen Probencharakterisierung von GaMnAs werden einer kritischen Betrachtung unterzogen. So zeigt sich u.a., dass der anomale Hall-Effekt bei Raumtemperatur noch einen bedeutenden Beitrag zur Hallspannung leistet und die Bestimmung der Curie-Temperatur nach Novak für Proben mit geringen Defektdichten korrekte Werte liefert.
Des Weiteren wird mit der erhöhten Kontrolle über den Wachstumsprozess eine deutliche Erweiterung des nutzbaren Parameterraumes von GaMnAs erreicht: Es konnten Schichten hergestellt werden, welche mit bis zu 22% einen sehr hohen Mangananteil aufweisen bzw. Curie-Temperaturen von bis zu 172K erreichen. Weiterhin war es möglich GaMnAs-Proben zu wachsen, die durch eine gezielte Belastung des Materials mit Defekten trotz isolierenden Verhaltens ein starkes magnetisches Moment aufweisen.
Ein letzter Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Herstellung und Charakterisierung von wenigen Nanometer dünnen GaMnAs-Schichten, wodurch Perspektiven für gating-Experimente oder Experimente zum Proximity-Effekt von Eisen auf GaMnAs geboten werden, da hier hohe Curie-Temperaturen mit isolierendem Verhalten vereint werden konnten.

Translation of the abstract (English)

The focus of this work lies on the enhancement of the magnetic properties of the ferromagnetic semiconductor Gallium manganese arsenide (GaMnAs), which is a basic material for the research in spintronics: It is told, how a high sample reproducibility and a strong control over the growth process can be gained by applying band edge spectroscopy and a special procedure for the material flux ...

Translation of the abstract (English)

The focus of this work lies on the enhancement of the magnetic properties of the ferromagnetic semiconductor Gallium manganese arsenide (GaMnAs), which is a basic material for the research in spintronics:
It is told, how a high sample reproducibility and a strong control over the growth process can be gained by applying band edge spectroscopy and a special procedure for the material flux calibration. Also the most important methods for the electrical characterization of GaMnAs are discussed in a critical manner by showing that the anomalous Hall Effect contributes significantly to the Hall resistance even at room temperature and that Novak’s method for the termination of the Curie-temperature provides correct values for layers with low defect concentration.
Furthermore it is reported on the considerable enlargement of the useable parameter space of GaMnAs which was enabled by the enhanced control over the growth process: It was possible to grow layers with a very high Manganese content of 22% and Curie temperatures of 172K and even once were produced which showed a strong magnetic moment despite an insulating behaviour at low temperatures.
A last key aspect is the growth and characterization of ultra-thin GaMnAs layers, giving prospects for gating experiments or experiments on the proximity effect as these layers combine high Curie temperatures with insulating behaviour.

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