GaN:Gd - A dilute magnetic semiconductor?

In dieser Arbeit werden die magnetischen Eigenschaften von mit Molekularstrahlepitaxie (MBE) hergestellten GaN:Gd Schichten untersucht. Strukturelle Untersuchungen bestätigen den substitutionellen Einbau des Gd auf Ga Plätzen im dreifach geladenen Zustand (3+). Die Proben weisen eine schlechte Reproduzierbarkeit hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften auf und es werden starke Hinweise gefunden, daß Defekte mit einer Konzentration von ca. 1019 cm-3 eine wichtige Rolle für die magnetischen Eigenschaften spielen. Der in der Literatur vorgeschlagene Zusammenhang der magnetischen Eigenschaften mit Galliumleerstellen wird direkt mit Positronen-Vernichtungsspektroskopie (PAS) adressiert, aber die Ergebnisse können diesen nicht bestätigen. Eine Sauerstoff co-Dotierung der GaN:Gd Schichten führt zu Raumtemperaturferromagnetismus und unterstreicht die Rolle von Sauerstoffverunreinigungen für die magnetischen Eigenschaften in GaN:Gd.In this thesis the magnetic properties of GaN:Gd layers grown by molecular beam epitaxy (MBE) are adressed. Structural analysis confirmes the substitutional incorporation of Gd on a Ga site with a 3+ valence. The samples show poor reproducibility with respect to the magnetic properties and strong indications that defects with a concentration of the order of 1019 cm−3 play an important role for the magnetic properties are found. The suggested connection between the ferromagnetism in GaN:Gd and the Ga vacancy is directly adressed by positron annihilation spectroscopy (PAS), but is not supported by the results. Oxygen co-doping of GaN:Gd promotes ferromagnetism at room temperature and points to the role of oxygen for the ferromagnetism in Gd doped GaN