| Autor(en): |
Dillip Kumar Satapathy |
Titel: |
Molecular-beam epitaxy growth and structural characterization of semiconductor-ferromagnet heterostructures by grazing incidence x-ray diffraction |
| Gutachter: |
A. D. Wieck; Klaus H. Ploog; W. T. Masselink |
| Erscheinungsdatum: |
05.12.2006 |
| Volltext: |
pdf
(urn:nbn:de:kobv:11-10073003)
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| Fachgebiet(e): |
Physik |
| Schlagwörter (ger): |
Molekularstrahlepitaxie, Ferromagnet-Halbleiter Hybridstrukturen, Dünne Schichten, Beugung unter streifendem Einfall, Beugung hochenergetischer Elektronen, Periodische Versetzungsnetzwerke, Grenzfläche |
| Schlagwörter (eng): |
Ferromagnet-semiconductor hybrid structures, Molecular beam epitaxy, Thin films, Grazing incidence diffraction, Relfection high-energy electron diffraction, Periodic dislocation array, Interface |
| Einrichtung: |
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I |
| Zitationshinweis: |
Satapathy, Dillip Kumar:
Molecular-beam epitaxy growth and structural characterization of semiconductor-ferromagnet heterostructures by grazing incidence x-ray diffraction;
Dissertation,
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 05.12.2006, urn:nbn:de:kobv:11-10073003
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| Abstract (ger): |
| Diese Arbeit behandelt das Wachstum des ferromagnetischen Metalls
MnAs auf halbleitendem GaAs. Die MnAs-Filme werden auf GaAs mittels
der Molekularstrahlepitaxie (MBE) abgeschieden. Nukleation,
Entwicklung von Gitterverzerrungen, Morphologie und
Grenzflächenstruktur werden in-situ während des MBE Wachstums mit
Hilfe von Beugung unter streifendem Einfall (GID) und der Beugung
hochenergetischer Elektronen (RHEED) untersucht. Mit azimuthalen
RHEED Messungen wurden vier Abschnitte des Nukleationsprozesses von
MnAs auf GaAs(001) bestimmt. GID Messungen zeigen, dass das weitere
Wachstum des MnAs Films bei einer nominellen Bedeckung von 2.5 ML
über die Bildung relaxierter Inseln erfolgt, welche an Größe
zunehmen und schließlich einen durchgängigen Film bilden. In einem
Frühstadium bildet sich ein geordnetes Versetzungsnetzwerk an der
Grenzfläche, welches die Verzerrungen aufgrund der Fehlanpassung
bereits vor der vollständigen Ausbildung des durchgängigen Films
abbauen. Der faszinierend komplexe Nukleationsprozess von MnAs auf
GaAs(0 0 1) beinhaltet sowohl Elemente von Volmer-Weber,
als auch von Stranski-Krastanov Wachstum. Die nicht einheitliche Gitterfehlanpassung beträgt 0.66% entlang
der [1 -1 0] Richtung und 0.54% entlang der [1 1 0] Richtung, wie sich aus den Röntgenbeugungsmessungen ergibt.
Entlang der [1 1 0] Richtung wird eine hohe Korrelation der Defekte
beobachtet. Ein hochgradig periodisches Versetzungsnetzwerk mit
einer Periode von 4.95 +- 0.05 nm entlang der [1 1 0] Richtung wird
an
der Grenzfläche gebildet und relaxiert 7.5% der Fehlanpassung. Die inhomogenen Verzerrungen aufgrund dieser periodischen
Versetzungen an der Grenzfläche sind auf eine Schicht von 1.6nm
Dicke beschränkt. Die Fehlanpassung entlang der [1 -1 0] Richtung
wird durch die Bildung eines Koinzidenzgitters abgebaut.
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| Abstract (eng): |
| The present work is devoted to the growth of the ferromagnetic metal
MnAs on the semiconductor GaAs by molecular-beam epitaxy (MBE). The
MnAs thin films are deposited on GaAs by molecular-beam epitaxy
(MBE). Grazing incidence diffraction (GID) and reflection
high-energy electron diffraction (RHEED) are used in situ to
investigate the nucleation, evolution of strain, morphology and
interfacial structure during the MBE growth. Four stages of the
nucleation process during growth of MnAs on GaAs(001) are revealed
by RHEED azimuthal scans. GID shows that further growth of MnAs
films proceed via the formation of relaxed islands at a nominal
thickness of 2.5 ML which increase in size and finally coalesce to
form a continuous film. Early on, an ordered array of misfit
dislocations forms at the interface releasing the misfit strain even
before complete coalescence occurs. The fascinatingly complex
nucleation process of MnAs on GaAs(0 0 1) contains elements of both
Volmer-Weber and Stranski-Krastanov growth. A nonuniform strain amounting to 0.66%,
along the [1 -1 0] direction and 0.54%, along the [1 1 0] direction is
demonstrated from x-ray line profile analysis. A high correlation
between the defects is found along the GaAs[1 1 0] direction. An
extremely periodic array of misfit dislocations with a period of
4.95 +- 0.05 nm is formed at the
interface along the [1 1 0] direction which releases the 7.5% of misfit.
The inhomogeneous strain due to the periodic dislocations is
confined at the interface within a layer of 1.6 nm thickness. The
misfit along the [1 -1 0] direction is released by the formation of
a coincidence site lattice.
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