Application of pulsed laser annealing to ferromagnetic GaMnAs

Abstract

In this experimental and theoretical work we focus on the technique of pulsed laser annealing applied to the metastable ferromagnetic semiconductor GaMnAs. Analytical heat-flow calculations are used to illustrate the position and time-dependent temperature distribution during the whole laser annealing process. Such heat-flow calculations will also play an indispensable role for the preparation of other new metastable diluted ferromagnetic semiconductors by ion implantation and subsequent laser annealing. The structural, magnetic, and magnetotransport properties of ferromagnetic GaMnAs have been probed in dependence on the annealing parameters, e.g., the number of laser pulses and the pulse length. Annealing with a single KrF laser pulse of 30 ns and 0.26 J / cm 2 with the photon energy above the GaAs band gap energy leads to similar magnetic properties like annealing with a single 3 ns Nd:YAG laser pulse with the photon energy below the GaAs band gap energy. We observed that possibly due to Mn diffusion and decreasing hole concentration, several laser pulses degrade the structural and magnetic properties of GaMnAs. Our results reveal the largest saturation magnetization in Mn-implanted GaAs annealed with a single KrF laser pulse.

High Curie temperature and perpendicular magnetic anisotropy in homoepitaxial InMnAs films

“…First, Mn ions were implanted into intrinsic InAs substrates with an energy of 100 keV. According to SRIM simulation [22], the projected range (R P ) and the longitudinal straggling (∆R P ) for Mn distribution are around 60 and 38 nm, respectively. The Mn fluences (Φ) were 410 15 , 810 15 A XeCl excimer laser (Coherent ComPexPRO201, wavelength of 308 nm and pulse length of 30 ns) with an energy density of 0.30 J/cm 2 was used for annealing the InMnAs samples.…”

О фазовом разделении в слоях (Ga,Mn)As, полученных ионной имплантацией и последующим лазерным отжигом

“…Однородный профиль лазерного луча составлял 5 × 5 mm 2 . Оптимизированная энергия отжига соответствовала 0.3 J/cm 2 Более подробная информация о получении образцов содержится в [18,19]. Результаты SIMS-исследований, просвечивающей электронной микроскопии (TEM), а также магнитометрических и электрических измерений представлены в [16].…”

Модифицирование Свойств Ферромагнитных Слоев На Основе Соединений a-=sup=-3-=/Sup=-B-=sup=-5-=/Sup=- Импульсным Лазерным Отжигом

“…Оценка толщины поглощающего слоя GaAs при длине волны 248 nm (коэффициент поглощения 2 · 10 6 cm −1 [15]) дает величину ∼ 5 nm. Далее за счет теплопроводности поток тепла за время импульса (∼ 30 ns) достигает глубины ∼ 1 µm [16] (на этой глубине температура уменьшается от поверхности в ∼ 2 раза). Маловероятно, что тем-пература слоя достигает температуры плавления GaAs (T F = 1240…”