Modulation photoreflectance spectroscopy and Raman spectroscopy have been applied to study the electronic- and band-structure evolution in (Ga,Mn)As epitaxial layers with increasing Mn doping in the range of low Mn content, up to 1.2%. Structural and magnetic properties of the layers were characterized with high-resolution X-ray diffractometry and SQUID magnetometery, respectively. The revealed results of decrease in the band-gap-transition energy with increasing Mn content in very low-doped (Ga,Mn)As layers with n-type conductivity are interpreted as a result of merging the Mn-related impurity band with the host GaAs valence band. On the other hand, an increase in the band-gap-transition energy with increasing Mn content in (Ga,Mn)As layers with higher Mn content and p-type conductivity indicates the Moss-Burstein shift of the absorption edge due to the Fermi level location within the valence band, determined by the free-hole concentration. The experimental results are consistent with the valence-band origin of mobile holes mediating ferromagnetic ordering in the (Ga,Mn)As diluted ferromagnetic semiconductor.

1.
A. H.
MacDonald
,
P.
Schiffer
, and
N.
Samarth
,
Nature Mater.
4
,
195
202
(
2005
).
2.
H.
Ohno
,
F.
Matsukura
, and
Y.
Ohno
,
Solid State Commun.
119
,
281
(
2001
).
3.
R. A.
Chapman
and
W. G.
Hutchinson
,
Phys. Rev. Lett.
18
,
443
(
1967
).
4.
A. M.
Yakunin
,
A.
Yu. Silov
,
P. M.
Koenraad
,
J. H.
Wolter
,
W.
Van Roy
,
J.
De Boeck
,
J.-M.
Tang
, and
M. E.
Flatté
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
216806
(
2004
).
5.
T.
Jungwirth
,
J.
Sinova
,
A. H.
MacDonald
,
B. L.
Gallagher
,
V.
Novák
,
K. W.
Edmonds
,
A. W.
Rushforth
,
R. P.
Campion
,
C. T.
Foxon
,
L.
Eaves
,
E.
Olejník
,
J.
Masek
,
S.-R.
Eric Yang
,
J.
Wunderlich
,
C.
Gould
,
L. W.
Molenkamp
,
T.
Dietl
, and
H.
Ohno
,
Phys. Rev. B
76
,
125206
(
2007
).
6.
A.
Richardella
,
P.
Roushan
,
S.
Mack
,
B.
Zhou
,
D. A.
Huse
,
D. D.
Awschalom
, and
A.
Yazdani
,
Science
327
,
665
(
2010
).
7.
S. R.
Dunsiger
,
J. P.
Carlo
,
T.
Goko
,
G.
Nieuwenhuys
,
T.
Prokscha
,
A.
Suter
,
E.
Morenzoni
,
D.
Chiba
,
Y.
Nishitani
,
T.
Tanikawa
,
F.
Matsukura
,
H.
Ohno
,
J.
Ohe
,
S.
Maekawa
, and
Y. J.
Uemura
,
Nature Mater.
9
,
299
(
2010
).
8.
N.
Samarth
,
Nature Mater.
11
,
360
(
2012
).
9.
M.
Berciu
and
R. N.
Bhatt
,
Phys. Rev. B
69
,
045202
(
2004
).
10.
K. S.
Burch
,
D. B.
Shrekenhamer
,
E. J.
Singley
,
J.
Stephens
,
B. L.
Sheu
,
R. K.
Kawakami
,
P.
Schiffer
,
N.
Samarth
,
D. D.
Awschalom
, and
D. N.
Basov
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
087208
(
2006
).
11.
B. L.
Sheu
,
R. C.
Myers
,
J.-M.
Tang
,
N.
Samarth
,
D. D.
Awschalom
,
P.
Schiffer
, and
M. E.
Flatté
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
227205
(
2007
).
12.
M.
Dobrowolska
,
K.
Tivakornsasisthorn
,
X.
Liu
,
J. K.
Furdyna
,
M.
Berciu
,
K. M.
Yu
, and
W.
Walukiewicz
,
Nature Mater.
11
,
444
(
2012
).
13.
T.
Dietl
,
H.
Ohno
, and
F.
Matsukura
,
Phys. Rev. B
63
,
195205
(
2001
).
14.
T.
Jungwirth
,
J.
Sinova
,
J.
Mašek
,
J.
Kučera
, and
A. H.
MacDonald
,
Rev. Mod. Phys.
78
,
809
(
2006
).
15.
O.
Yastrubchak
,
J.
Zuk
,
H.
Krzyzanowska
,
J. Z.
Domagala
,
T.
Andrearczyk
,
J.
Sadowski
, and
T.
Wosinski
,
Phys. Rev. B
83
,
245201
(
2011
).
16.
T. S.
Moss
,
Proc. Phys. Soc. London, Sect. B
67
,
775
(
1954
);
E.
Burstein
,
Phys. Rev.
93
,
632
(
1954
).
17.
T.
Jungwirth
,
P.
Horodyska
,
N.
Tesarova
,
P.
Nemec
,
J.
Surbt
,
P.
Maly
,
P.
Kuzel
,
C.
Kadlec
,
J.
Mašek
,
I.
Nemec
,
M.
Orlita
,
V.
Novák
,
K.
Olejník
,
Z.
Soban
,
P.
Vasek
,
P.
Svoboda
, and
J.
Sinova
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
227201
(
2010
).
18.
R. R.
Pela
,
M.
Marques
,
L. G.
Ferreira
,
J.
Furthmuller
, and
L. K.
Teles
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
202408
(
2012
).
19.
A. X.
Gray
,
J.
Minar
,
S.
Ueda
,
P. R.
Stone
,
Y.
Yamashita
,
J.
Fujii
,
J.
Braun
,
L.
Plucinski
,
C. M.
Schneider
,
G.
Panaccione
,
H.
Ebert
,
O. D.
Dubon
,
K.
Kobayashi
, and
C. S.
Fadley
,
Nature Mater.
11
,
957
(
2012
).
20.
D. C.
Look
,
D. C.
Walters
,
M. O.
Manasreh
,
J. R.
Sizelove
,
C. E.
Stutz
, and
K. R.
Evans
,
Phys. Rev. B
42
,
3578
(
1990
).
21.
M.
Kaminska
,
Z.
Liliental-Weber
,
E. R.
Weber
,
T.
George
,
J. B.
Kortright
,
F. W.
Smith
,
B.-Y.
Tsaur
, and
A. R.
Calawa
,
Appl. Phys. Lett.
54
,
1881
(
1989
).
22.
E. R.
Weber
,
H.
Ennen
,
U.
Kaufmann
,
J.
Windschief
,
J.
Schneider
, and
T.
Wosinski
,
J. Appl. Phys.
53
,
6140
(
1982
).
23.
J.
Sadowski
,
J. Z.
Domagała
,
J.
Bąk-Misiuk
,
S.
Koleśnik
,
M.
Sawicki
,
K.
Świątek
,
J.
Kanski
,
L.
Ilver
, and
V.
Ström
,
J. Vac. Sci. Technol. B
18
,
1697
(
2000
).
24.
O.
Yastrubchak
,
J.
Bak-Misiuk
,
E.
Łusakowska
,
J.
Kaniewski
,
J. Z.
Domagala
,
T.
Wosinski
,
A.
Shalimov
,
K.
Regiński
, and
A.
Kudla
,
Physica B
340–342
,
1082
(
2003
).
25.
W.
Limmer
,
M.
Glunk
,
S.
Mascheck
,
A.
Koeder
,
D.
Klarer
,
W.
Schoch
,
K.
Thonke
,
R.
Sauer
, and
A.
Waag
,
Phys. Rev. B
66
,
205209
(
2002
).
26.
V.
Bellani
,
C.
Bocchi
,
T.
Ciabattoni
,
S.
Franchi
,
P.
Frigeri
,
P.
Galinetto
,
M.
Geddo
,
F.
Germini
,
G.
Guizzetti
,
L.
Nasi
,
M.
Patrini
,
L.
Seravalli
, and
G.
Trevisi
,
Eur. Phys. J. B
56
,
217
(
2007
).
27.
G.
Irmer
,
M.
Wenzel
, and
J.
Monecke
,
Phys. Rev. B
56
,
9524
(
1997
).
28.
M. J.
Seong
,
S. H.
Chun
,
H. M.
Cheong
,
N.
Samarth
, and
A.
Mascarenhas
,
Phys. Rev. B
66
,
033202
(
2002
).
29.
W.
Franz
,
Z. Naturforsch.
13a
,
484
(
1958
);
L. V.
Keldysh
,
Sov. Phys. JETP
7
,
788
(
1958
).
30.
M.
Sydor
,
J.
Angelo
,
J. J.
Wilson
,
W. C.
Mitchel
, and
M. Y.
Yen
,
Phys. Rev. B
40
,
8473
(
1989
).
31.
J. P.
Estrera
,
W. M.
Duncan
, and
R.
Glosser
,
Phys. Rev B
49
,
7281
(
1994
).
32.
B. O.
Seraphin
and
N.
Bottka
,
Phys. Rev.
145
,
628
(
1966
).
33.
D. E.
Aspnes
,
Surf. Sci.
37
,
418
(
1973
).
34.
A.
Giordana
,
O. J.
Glembocki
,
E. R.
Glaser
,
D. K.
Gaskill
,
C. S.
Kyono
,
M. E.
Twigg
,
M.
Fatemi
, and
B.
Tadayon
,
J. Electron. Mater.
22
,
1391
(
1993
).
35.
D. E.
Aspnes
and
A. A.
Studna
,
Phys. Rev. B
7
,
4605
(
1973
).
36.
R. M.
Feenstra
,
J. M.
Woodall
, and
G. D.
Pettit
,
Phys. Rev. Lett.
71
,
1176
(
1993
).
37.
M.
Yildirim
,
S.
March
,
R.
Mathew
,
A.
Gamouras
,
X.
Liu
,
M.
Dobrowolska
,
J. K.
Furdyna
, and
K. C.
Hall
,
Phys. Rev. B
84
,
121202
R
(
2011
).
38.
J.
Szczytko
,
W.
Mac
,
A.
Twardowski
,
F.
Matsukura
, and
H.
Ohno
,
Phys.Rev. B
59
,
12935
(
1999
).
You do not currently have access to this content.