SIFAT STRUKTUR SEMIKONDUKTOR FEROMAGNETIK GaN-Mn YANG DITUMBUHKAN DENGAN METODE PA-MOCVD

Abstract

SIFAT STRUKTUR SEMIKONDUKTOR FEROMAGNETIK GaN-Mn YANG DITUMBUHKAN DENGAN METODE PA-MOCVD. Semikonduktor feromagnetik film tipis GaN-Mn yang ditumbuhkan dengan metode Plasma-Assited Metalorganic Chemical Vapor Deposition (PA-MOCVD) di atas substrat safir bidang-c. Efek inkorporasi Mn dalam film tipis GaN-Mn terhadap sifat struktur dan magnetik akan dibahas dalam makalah ini. Trimethylgallium (TMGa), nitrogen (N₂) dan Cyclopentadienyl Manganese Tricarbonyl (CpMnTc) masing-masing digunakan sebagai sumber Ga, N dan Mn, dan gas hidrogen digunakan sebagai gas pembawa untuk TMGa dan CpMnT. Penumbuhan dilakukan dengan cara memvariasikan suhu penumbuhan, rasio fluks V/III dan fraksi molar Mn/Ga masing-masing dalam selang 625 ^oC sampai dengan 700 ^oC, 440 sampai dengan 1080, dan 0,1 sampai dengan 0,6. Pola difraksi sinar-X dari film tipis GaN-Mn yang ditumbuhkan pada suhu 650 ^oC memperlihatkan satu puncak GaN-Mn (0002) untuk konsentrasi Mn 6,4 % yang mengindikasikan bahwa film ini berorientasi kristal tunggal. Sementara pada suhu yang lebih tinggi (Tg = 700^oC) diperoleh fase kristal tunggal untuk film dengan konsentrasi Mn 3,2 %. Harga konstanta kisi dan FWHM (Full-Width at Half Maximum) dari film kristal tunggal sangat bergantung pada konsentrasi Mn. Hasil pengukuran magnetisasi film GaN-Mn menunjukkan perilaku histeresis pada suhu kamar. Harga momen magnetik per atom Mn tertinggi diperoleh sampel dengan konsentrasi Mn 2,5 %. Kenaikan konstanta kisi pada konsentrasi Mn di atas 2,5% bersama-sama dengan penurunan momen magnetik mengindikasikan bahwa harga solubilitas Mn maksimum mensubstitusi Ga dalam GaN-Mn adalah sebesar 2,5 %.