WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Известно, что марганец относится к переходным элементам Периодической системы, его атомы имеют неза7. Аномальный эффект Холла и отрицательное магнитосопротивление в гетероструктурах GaInAsSb/InAs : Mn при высокой концентрации магнитной примеси Mn в подложке В гетероструктурах p-Ga1-x InxAsy Sb1-y /p-InAs : Mn при концентрации Mn в подложке p =(5-7) · 1018 см-при всех исследованных составах твердого раствора (x = 0.04, 0.09, 0.22) наблюдаются аномальные зависимости коэффициента Холла, подвижности и магнитостопротивления от магнитного поля и температуры [34].

Они принципиально отличаются от аналогичных зависимостей в таких же гетероструктурах, но выращенных на подложках p-InAs : Mn с концентрацией дырок p = 1017 см-3, где коэффициент Холла и повижность практически не изменяются с температурой и магнитным полем в интервале T = 77-200 K и в полях до 20 кЭ (см. рис. 17 и табл. 6) [34].

7.1. Аномальный эффект Холла (АХЭ) Рис. 17. Зависимости коэффициента Холла R от На рис. 17 представлены зависимости коэффициента напряженности магнитного поля H в гетероструктуре Холла R от магнитного поля H для трех образцов GaInAsSb/InAs : Mn при T = 77 K. Номера кривых соответствугетероструктуры с подложками p 1017 см-3 (образ- ют номерам образцов в табл. 6. Штриховая линия — значения цы 1, 2, 3) и трех образцов с p > 5 · 1018 см-3 (об- R в образце 6, измеренные со стороны подложки.

2 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 532 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, М.П. Михайлова, К.Д. Моисеев, А.Ф. Липаев, Ю.П. Яковлев полненную 3d оболочку и заполненную 4s (электронная конфигурация 3d54s2). Mn хорошо растворяется в InAs, занимая узлы в индиевой подрешетке. Когда концентрация Mn в InAs становится достаточно большой, он проявляет специфические свойства. При низких температурах он оказывается в зарядовом состоянии Mn3+ (электронная конфигурация 3d4) и обеспечивает электронный тип проводимости. С повышением температуры атомы марганца способны захватить по одному электрону из валентной зоны. В результате изменяется зарядовое состояние на Mn2+ (электронная конфигурация 3d5) и проявляется дырочный тип проводимости. При этом в InAs наблюдается аномальный эффект Холла: коэффициент Холла резко убывает с понижением температуры и в области температур 45-90 K изменяет знак с дырочного на электронный (рис. 18, a, штриховая линия) [35–37].

Этот аномальаный эффект Холла объясняется специфическим обменным взаимодействием носителей заряда с магнитными примесями Mn. Коэффициент Холла при низкой температуре определяется алгебраической суммой нормального коэффициента Холла RH, вызванного действием сил Лоренца на носители тока, и аномального коэффициента Холла RI Mn, связанного с намагниченностью образца [36]:

Rexp = RH + RI Mn, (12) где RI Mn — коэффициент Холла, определяемый магнетизмом Mn.

При высокой температуре магнитная восприимчивость Mn описывается законом Кюри [38]:

NMnµ2 Рис. 18. Коэффициент Холла в зависимости от температуры:

Mn =, (13) a — в p-InAs : Mn (подложка образца 6) при H = 10кЭ и 3kT H = 3кЭ (сплошные линии) и в p-InAs : Mn [27] (штриховая где NMn — концентрация ионов Mn, µ — магнитный линия); b — в гетероструктурах Ga1-x Inx Asy Sb1-y /InAs : Mn при H = 3кЭ (номера кривых соответствуют номерам образмомент.

цов в табл. 6).

В области низких температур, с появлением ионов Mn в зарядовом состоянии Mn3+(d4) в больших количествах, наблюдается отклонение от закона Кюри. При взаимодействии ионов Mn с электронами возникает рас(рис. 18, b), что в магнитном поле H = 3кЭ в интерщепление примесных уровней кристаллическим полем и вале температур T = 77-220 K преобладает электронспин-орбитальное взаимодействие.

ный тип проводимости, а вклад эпитаксиального слоя На рис. 18, a сплошными линиями представлены затвердого раствора p-типа и подложки p-типа в общий висимости коэффициента Холла RH от температуры измеренный эффект незначителен. Можно считать, что для подложки образца 6 (см. табл. 6) — объемнопри H = 3кЭ и T 200 K при измерениях со стороны го InAs, легированного Mn с концентрацией дырок эпитаксиального слоя твердого раствора мы исследуp = 7 · 1018 см-3 при двух магнитных полях H = 3кЭ ем электронный канал на гетеропереходе p-GaInAsSb/ и H = 10 кЭ. Видно, что при H = 3 кЭ коэффициент p-InAs : Mn при всех составах твердого раствора. ХаХолла с понижением температуры уменьшается гораздо рактер изменения коэффициента Холла с температурой сильнее, чем при H = 10 кЭ.

такой же, как для объемного InAs (рис. 18, a, штриховая Характер изменения коэффициента Холла с темпералиния), но при более низких температурах T < 50 K.

турой указывает на то, что эффект спин-орбитального взаимодействия при H = 3 кЭ начинает проявляться при Таким образом, аномальный эффект Холла в гетероболее высоких температурах, чем для H = 10 кЭ. структурах с электронным каналом, в слабом магнитном Измерения образцов гетероструктур 4-6 со сторо- поле H = 3 кЭ, наблюдается при более высоких темны эпитаксиального слоя твердого раствора показали пературах (T = 77-200 K), чем в объемном InAs : Mn Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Магнитотранспортные свойства гетеропереходов II типа на основе GaInAsSb/InAs и GaInAsSb/GaSb (T < 50 K) [34–37]. Он обусловлен магнитными свойствами InAs : Mn и взаимодействием ионов Mn3+(d4) с электронами на гетеропереходе.

7.2. Отрицательное магнитосопротивление (ОМС) Одновременно с проявлением АХЭ в гетероструктурах с p-GaInAsSb/p-InAs : Mn при высокой концентрации Mn (p =(5-7) · 1018 см-3) наблюдалось отрицательное магнитосопротивление (см. рис. 19, кривые 4–6), тогда как в образцах, выращенных на подложках с концентрацией Mn, соответствующей p = 1017 см-3 (см. рис. 19, кривые 1–3), имеет место положительное магнитосопротивление. Величина ОМС в гетероструктурах достигала 30% при 77 K, в то время как в объемных образцах InAs, сильно легированных марганцем, такой эффект достигался только при пониРис. 20. Зависимости эффективного магнитного момента жении температуры до T = 4.2K (см. рис. 19, штрихионов Mn µ = µ/µB от магнитного поля H. Номера кривых пунктирная кривая) [35].

соответствуют номерам образцов в табл. 6.

На рис. 19 можно видеть, что при T = 77 K ОМС пропорционально H2 в слабом магнитнеом поле (H < 5кЭ) и насыщается при H > 10 кЭ [39]. Появление ОМС в гетероструктурах может быть обусловлено взаимодействием носителей тока в электронном канале с магнитными моментами ионов Mn в InAs : Mn. Полученные экспериментальные результаты при всех составах твердого раствора хорошо описываются формулой для объемного Рис. 21. Зависимости ОМС от температуры при H = 3кЭ.

Номера кривых соответствуют номерам образцов в табл. 6.

материала [39]:

µH = th2, (14) kT exp sat здесь µ — магнитный момент ионов марганца, ( /)sat — величина ОМС при насыщении. Зная зависимость / от H, можно вычислить магнитный момент µ. Оказалось, что при T = 77 K в магнитных полях H 5 кЭ, когда ОМС квадратично зависит от H, магнитный момент ионов марганца при всех составах твердого раствора постоянен и равен µ = 200 µB, где µB — магнетон Бора (см. рис. 20). Величина ( /)sat, Рис. 19. Зависимости поперечного магнитосопротивления согласно [39], определяется концентрацией магнитных ( /) от напряженности магнитного поля H при T = 77 K.

центров NMn. Из наших экспериментов (см. рис. 19, Номера кривых соответствуют номерам образцов в табл. 6.

табл. 6) видно, что чем выше подвижность электронов Штриховая линия — ( /) при измерениях со стороны в образце, тем больше ( /)sat, т. е. тем больше конподложки образца 6, штрихпунктирная — данные работы [27], p = 8 · 1018 см-3, T = 4.2K. центрация магнитных центров.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 534 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, М.П. Михайлова, К.Д. Моисеев, А.Ф. Липаев, Ю.П. Яковлев Интересно, что ОМС сохраняется в исследованных наружены аномальный эффект Холла и отрицательное нами структурах вплоть до комнатной температуры. На магнитосопротивление, обусловленные обменным взарис. 21 представлены зависимости ОМС от темпера- имодействием ионов марганца в InAs c двумерными туры для образцов 4–6 при H = 3 кЭ. Видно, что при электронами на гетерогранице. Определена величина T = 77-250 K ОМС достигает 3-7% и уменьшается по эффективного магнитного момента µ = 200 µB.

абсолютной величине с повышением температуры.

7. Существование сильной зависимости параметров Подводя итог сказанному, можно сделать вывод, что (коэффициента Холла R, электропроводности ) от эффекты ОМС и АХЭ, наблюдающиеся в одних и тех магнитного поля и температуры в гетероструктурах же образцах при T = 77-200 K, имеют общую природу.

GaInAsSb/InAs : Mn с сильно легированной Mn подложБольшая величина эффективного магнитного момента кой может быть использовано на практике для создания µ = 200 µB, определенная из ОМС, свидетельствует о магнитных сенсоров, датчиков, индикаторов магнитного высокой степени намагниченности гетерограницы, что поля и других приборов [40].

связано со специфическими особенностями взаимодействия высокоподвижных s-электронов в электронном Работа поддержана грантами Отделения физических канале с магнитными примесями в подложке. наук и Президиума РАН.

8. Заключение Список литературы В результате проведенных исследований можно сде[1] A.N. Baranov, A.N. Imenkov, V.V. Sherstnev, Yu.P. Yakovlev.

лать следующие выводы.

Appl. Phys. Lett., 64, 2480 (1994).

1. На разъединенной гетерогранице II типа в оди[2] K.D. Moiseev, M.P. Mikhailova, B.I. Zhurtanov, T.I. Voronina, ночных изотипных гетероструктурах p-GaInAsSb/pO.V. Andreychuk, N.D. Stoyanov, Yu.P. Yakovlev. Appl. Surf.

InAs и p-GaInAsSb/p-GaSb, полученных методом жидSci., 252, 257 (1998).

кофазной эпитаксии, впервые обнаружен и изу[3] К.Д. Моисеев, М.П. Михайлова, О.Г. Ершов, Ю.П. Якочен электронный канал с высокой подвижностью влев. ФТП, 30, 21 (1996).

электронов: µ 50 000 см2/(В · с) в GaInAsSb/InAs и [4] T.S. Haserberg, R.H. Miles, L. West. IEEE J. Quant. Electron., µ 14 000 см2/(В · с) в GaInAsSb/GaSb при T = 77 K. 33, 1403 (1997).

[5] Н.Д. Стоянов, М.П. Михайлова, О.В. Андрейчук, К.Д. МоУстановлено, что разъедиенный геетропереход II типа исеев, И.А. Андреев, М.А. Афраилов, Ю.П. Яковлев. ФТП, реализуется в гетероструктурах Ga1-xInx AsySb1-y/InAs 35, 467 (2001).

в широком диапазоне составов: 0 < x < 0.22 при [6] L. Esaki, G.A. Sai-Halasz, W.A. Harrison. Phys. Rev. B, 18 (6), y = 0.22.

2812 (1978).

2. Показано, что в гетероструктурах [7] M. Nakao, S. Yoshida, S. Gonda. Sol. St. Commun., 49, Ga1-xInxAsy Sb1-y/GaSb (0.85 < x 0.95) могут (1984).

существовать как разъединенные гетеропереходы (при [8] M.P. Mikhailova, A.N. Titkov. Semicond. Sci. Technol., 9, x = 0.95), так и ступенчатые (при x = 0.85), а при (1994).

x 0.92 наблюдается переход от ступенчатого к [9] H. Sakaki, T. Noda, K. Hirakawa, M. Tanaka, T. Matsuse.

разъединенному в зависимости от температуры, что Appl. Phys. Lett., 51, 1934 (1987).

[10] W.R. Frensley, H. Kroemer. Phys. Rev. B, 16, 2642 (1977).

согласуется с теоретическими оценками.

[11] M.P. Mikhailova, T.I. Voronina, T.S. Lagunova, K.D. Moiseev, 3. Исследованы магнитотранспортные свойства (эфS.A. Obukhov, A.V. Ankudinov, A.N. Titkov, Yu.P. Yakovlev.

фект Холла, электропроводность, подвижность, магниAbstracts 3 Int. Symp. „Nanostructures: Physics and тосопротивление, эффект Шубинкова–де-Гааза) в таких Technology“ (1995) p. 49.

гетероструктурах в слабых и сильных (до 100 кЭ) маг[12] Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, М.П. Михайлова, К.Д. Моинитных полях при температурах 4.2-300 K.

сеев, Ю.П. Яковлев. ФТП, 30, 985 (1996).

4. При исследовании гетероструктур [13] Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, М.П. Михайлова, К.Д. МоиGa1-xInxAsy Sb1-y/InAs в магнитных полях до 30 кЭ сеев, М.А. Сиповская, Ю.П. Яковлев. ФТП, 31, 897 (1997).

получены данные об энергетическом спектре носителей, [14] Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, М.П. Михайлова, К.Д. Моисеев, А.Е. Розов, Ю.П. Яковлев. ФТП, 32, 218 (1998).

двумерной концентрации и эффективной массе элект[15] C.A. Hoffman, J.R. Meyer, E.R. Youngdale, F.J. Bartoli, ронов.

R.H. Miles, L.R. Ram-Mohan. Sol. St. Electron., 37, 5. Обнаружен и изучен эффект истощения элек(1994).

тронного канала при легировании твердого раствора [16] G.K. Bologesi, H. Kroemer, J.H. English. Appl. Phys. Lett., GaInAsSb акцепторами, приводящий к переходу от по51, 1934 (1992).

луметаллической проводимости к полупроводниковой и [17] К.Д. Моисеев, А.А. Ситникова, Н.Н. Фалеев, Ю.П. Якорезкому падению подвижности в электронном канале.

влев. ФТП, 34 (12), 1438 (2000).

6. В гетероструктурах GaInAsSb/InAs : Mn, выращен[18] P.S. Kop’ev, S.V. Ivanov, N.N. Ledentsov, B.Ya. Meltzer, ных на подложках, легированных Mn, с высокой конM.Yu. Nadtochii, V.M. Ustinov. Sov. Phys. Semicond., 24, центрацией Mn, соответствующей p > 5 · 1018 см-3, об- (1990).

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Магнитотранспортные свойства гетеропереходов II типа на основе GaInAsSb/InAs и GaInAsSb/GaSb [19] М.П. Михайлова, Г.Г. Зегря, К.Д. Моисеев, И.Н. Тимченко, Magnetotransport properties of the type II Ю.П. Яковлев. ФТП, 29, 687 (1995).

heterojunctions based on GaInAsSb/InAs [20] M.P. Mikhailova, G.G. Zegrya, K.D. Moiseev, Yu.P. Yakovlev.

and GaInAsSb/GaSb Sol. St. Electron., 40, 673 (1996).

[21] K.D. Moiseev, A. Krier, M.P. Mikhailova, Yu.P. Yakovlev.

T.I. Voronina, T.S. Lagunova, M.P. Mikhailova, Proc. SPIE, 5023, 340 (2003).

K.D. Moiseev, A.F. Lipaev, Yu.P. Yakovlev [22] M.P. Mikhailova, K.D. Moiseev, R.V. Parfeniev, N.L. BazheIoffe Physicotechnical Institute, nov, V.A. Smirnov, Yu.P. Yakovlev. IEE Proc. Optoelectron, 145, 268 (1998). Russian Academy of Sciences, [23] K.D. Moiseev, V.A. Berezovets, M.P. Mikhailova, V.I. Nizhan- 194021 St. Petersburg, Russia kovskii, R.V. Parfeniev, Yu.P. Yakovlev. Surf. Sci., 482–485, 1083 (2001).

Abstract

We report on results of a detailed study of magneto[24] Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, М.П. Михайлова, К.Д. Моtransport in the type II broken-gap GaInAsSb/InAs(GaSb) heteroисеев, А.Е. Розов, Ю.П. Яковлев. Письма ЖТФ, № 22, junction. The electron channel with a high carrier mobility (up (1996).

to 50 000-60 000 cm2/V · s) was observed for the first time in an [25] Т. Андо, А. Фаулер, Ф. Стерн. Электронные свойства isotype II broken-gap p-GaInAsSb/p-InAs single heterostructure.

двумерных систем (М., Мир, 1995).

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.