Ferromagnetic nanoclusters in Si:Mn and GaMnAs annealed at high temperature–pressure

Abstract

We report the results of defect structures studies of silicon implanted at different temperatures with Mn ions (Si:Mn) and of GaMnAs layers, next annealed under ambient and high pressures. An influence of annealing conditions on structural properties of Si:Mn and GaMnAs layers was investigated. It has been confirmed that annealing of the Si:Mn samples after implantation results in crystallization of silicon inside the buried postimplanted layer, as well as in the formation of ferromagnetic Mn4Si7 precipitates. A change of strain in the GaMnAs layer, from the compressive to the tensile one, related to a creation of nanoclustered MnAs, was found to be dependent on processing conditions and primary existing structural defects, while independent of the Mn concentration. An influence of primary defects on the structural transformations of the GaMnAs layer is discussed.

Приведено результати вивчення дефектних структур шарів кремнію, імплантованого іонами Mn (Si:Mn) при різних температурах, і GaMnAs з подальшим відпалом при зовнішньому і високому тиску. Досліджено вплив умов відпалу на структурні властивості шарів Si:Mn і GaMnAs. Показано, що відпал імплантованих зразків Si:Mn призводить до кристалізації кремнію усередині заглибленого постімплантованого шару, а також до утворення феромагнітних Mn4Si7-виділень. Виявлено, що зміна в GaMnAs-шарі напруження з того, що стискає, на те, що розтягує, пов'язана з утворенням нанокластерів MnAs, залежить від умов обробки і початкових дефектів структури і не залежить від концентрації Mn. Обговорюється вплив первинних дефектів на структурні перетворення в шарі GaMnAs.