Estudo das propriedades ópticas e vibracionais de filmes de GaN dopados com Mn elaborados por RF Magnetron Sputtering Reativo

Abstract

O nitreto de Gálio (GaN) têm recebido grande atração nos últimos anos devido a sua possível aplicação em semicondutor magnético diluído (DMS) pela incorporação de íons como o Manganês (Mn). No entanto, a preparação destes tipos de amostras tem sido conseguida nos últimos anos usando Epitaxia por Feixe Molecular (Molecular Beam Epitaxy, MBE) e Deposição de Vapor Químico com precursoresMetalorgânicos (Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), que são técnicas de crescimento muito caras e necessitam de condições especiais de substrato, tal como alta temperatura de crescimento. Uma alternativa é a utilização de técnicas de crescimento como o Sputerring. A vantagem desta técnica de sputerring é o baixo custo e a possibilidade de crescimento de filme em temperatura relativamente baixa. Neste trabalho, foram realizadas medidas de fotoluminescência, espectroscopia Raman e espectroscopia no infravermelho nos filmes de Ga1-xMnxN e GaN obtidos por RF Magnetron Sputtering Reativo. Os espectros de fotoluminescência proporcionaram o entendimento da concentração máxima de Mn incorporado nos filmes de Ga1-xMnxN. Ainda, os dados revelaram a presença de emissões de fotoluminescência em aproximadamente 3,31 eV atribuída à incorporação de Mn, em aproximadamente 3,35 eV atribuída à contaminação por Hidrogênio e em 3,36 eV atribuída a éxciton ligado a falta de empilhamento. Os dados de fotoluminescência são consistentes com os dados de espectroscopia Raman que mostram o efeito da tensão sobre os modos vibracionais com o aumento de concentração de Mn. Isto ocorre devido à diferença de raio iônico do Mn em relação ao Ga que gera tensão na estrutura do cristal. Estes resultados proporcionaram um melhor entendimento do processo de crescimento de filmes de GaN e Ga1-xMnxN por RF Magnetron Sputtering Reativo

Galium nitride (GaN) has gained an unprecedented attention in the last years due to their possible application in dilute magnetic semiconductor (DMS) by incorporation of ions like Mn. However, the preparation of these samples is very complicated and has been achieved only in the past few years by using Molecular Beam Epitaxy and Metal Organic Chemical Vapor Deposition, which are very expensive techniques and require special condition like high temperature of growth. One alternative route is to use growth techniques like reactive magnetron sputtering. The advantage of sputtering technique is the low cost and the possibility to grow film at relatively low temperature. In this work, we perform measurements of photoluminescence, Raman spectroscopy and infrared spectroscopy in Ga1-xMnxN and GaN films obtained by RF Reactive Magnetron Sputtering. The photoluminescence spectra have provided he understanding of the maximum Mn concentration in Ga1-xMnxN films. In addition, the data revealed the presence of photoluminescence emission, around 3.31 eV assigned by incorporation of Mn, around 3.35eV assigned by hydrogen and 3.36eV assigned by exciton bound to stacking faults. The photoluminescence data is consistent with Raman spectroscopy data that show the tension effect at the vibrational models with increasing Mn concentration. This is due to the difference in ionic radius of Mn relative to Ga that generates tensions in the crystal lattice. These allow understanding the growth process of GaN and Ga1-xMnxN films by RF Reactive Magnetron Sputtering