Efeito da concentração de Manganês na frequência dos fônons ópticos polares em ligas de CdMnTe

Abstract

Na última década, o interesse por semicondutores magnéticos diluídos (SMD) aumentou devido às suas potenciais aplicações tecnológicas que demandam uma compreensão pro- funda das técnicas de crescimento bem como das propriedades fundamentais deste tipo de material. Dentro desta classe de materiais, as ligas de Cd1−x Mnx Te (CMT) apresentam grande potencial para aplicações em larga escala. Através da alteração da concentração x de manganês, é possível variar o parâmetro de rede do material, e como consequên- cia o gap de energia do semicondutor, o que possibilita a concepção de, por exemplo, superredes, poços quânticos e heterojunções. Devido a isso, o CMT tem inúmeras apli- cações tecnológicas, incluindo lasers operacionais, detectores de radiação de raios-X e γ de alto desempenho e células solares, todos capazes de operar em temperatura am- biente. Sintetizar dispositivos baseados em SMD de alta qualidade para aplicações em optoeletrônica é um dos principais objetivos da epitaxia por feixe molecular (MBE). As- sim, para compreender os efeitos ópticos da inclusão de manganês em CMTs, é preciso primeiro compreender os mecanismos de crescimento associados a esta técnica. Pensando nisso, este trabalho propôs o experimento de sintetizar filmes de CMT com concentra- ções distintas de manganês, usando a técnica de crescimento MBE. Existem dois modos de fônons ópticos longitudinais no CMTs, like-CdTe (LO1 ) e like-MnTe (LO2 ), para os quais trabalhos anteriores mostram que há uma dependência linear da frequência com a concentração de Mn. Porém, no presente trabalho, observou-se por meio da técnica de espectroscopia Raman que para determinadas combinações da frequência da luz incidente e da concentração de Mn das amostras há um pronunciado efeito de espalhamento Raman ressonante, no qual as frequências aparentes dos modos LO1 e LO2 permanecem constan- tes à medida que a concentração de Mn aumenta. Com intuito de investigar este problema, foram realizadas medidas de fotoluminescência (PL) nas amostras de CMT produzidas, o que possibilitou avaliar as transições eletrônicas permitidas à medida que a concentração de manganês aumenta. A largura dos picos de PL sugerem que há uma distribuição de concentrações de Mn nos filmes produzidos. Esta heterogeneidade assegura as condições para o espalhamento Raman ressoante, que será observado toda vez que a energia do fóton incidente se aproximar de uma transição eletrônica do material. Palavras-chave: Epitaxia por Feixe Molecular. Espalhamento Raman Ressonante. Telu- reto de Cádmio-Manganês.

In the last decade, interest in dilute magnetic semiconductors (DMS) has increased due to their technological applications that require a deep understanding of potential growth techniques as well as the fundamental properties of this type of material. Within this class of materials, Cd1−x Mnx Te (CMT) alloys have great potential for large-scale appli- cations. By changing the concentration x of manganese, it is possible to vary the lattice parameter of the material and, consequently, its semiconductor energy gap, which enables the design of, for example, superlattices, quantum wells, and heterojunctions. Because of this, CMT has numerous technological applications, including operational lasers, high- performance X-ray and γ radiation detectors, and solar cells, all capable of operating at room temperature. Synthesizing high-performance DMS-based devices for optoelectronics applications is one of the main goals of molecular beam epitaxy (MBE). There are two longitudinal optical phonon modes in CMTs, like-CdTe (LO1 ) and like-MnTe (LO2 ), for which previous works have shown that there is a linear dependence of frequency on the concentration of Mn. However, in the present work, it was observed through the Raman spectroscopy technique that for certain combinations of the incident light frequency and the Mn concentration of the samples there is a pronounced resonant Raman scattering effect, in which the apparent frequencies of the LO1 and LO2 modes remain constant as the Mn concentration increases. In order to investigate this problem, photolumines- cence (PL) measurements were performed on the CMT samples produced, which made it possible to evaluate the electronic transitions allowed as the manganese concentration increases. The width of the PL peaks suggests that there is a distribution of Mn con- centrations in the produced films. This heterogeneity ensures the conditions for resonant Raman scattering, which will be observed every time the energy of the incident photon approaches an electronic transition of the material. Keywords: Molecular Beam Epitaxy. Resonant Raman Scattering. Cadmium Manganese Telluride.