磁性元素を含む半導体超格子における磁気光学特性の空間的制御とその応用

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06452102
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 滝田 宏樹 筑波大学, 物質工学系, 教授 (00011213)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 黒田 真司 筑波大学, 物質工学系, 講師 (40221949)
• Keywords: 希薄磁性半導体 / 多重量子井戸 / 磁気光吸収 / typeI→II転移 / ヘテロ界面物性

Research Abstract

1.磁場誘起のtypeI→typeII転移
磁場誘起typeI→typeIIに関して、昨年度までの研究により、Mn濃度が10%以下の量子井戸では転移磁場の前後で励起子のエネルギー及び振動子強度は滑らかに変化し、特にキンク等の特徴的な変化は認められないことが明らかになった。
一方、Mn濃度の比較的大きい(30%程度)の試料では、typeI→typeII転移は100T以上の強磁場で起こると予想されるが、我々は一巻きコイル法によるパルス強磁場下での吸収測定を行い、typeI→typeII転移磁場付近で励起子の吸収強度が急激に減少し、また励起子エネルギーの磁場依存性に明らかな折れ曲がりが生じることを見い出した。有効質量近似による励起子エネルギー・振動子強度の計算と比較し、詳しい解析を行った。
超格子界面のMn^<2+>の磁化
超格子界面付近に位置するMn^<2+>スピンによる磁化は、Cd_<1-x>Mn_xTe障壁層内部におけるMn^<2+>の磁化よりも大きくなり、量子井戸層に閉じ込められた励起子のZeeman分裂エネルギーは、主に界面のMn^<2+>の磁化によって支配され、Cd_<1-x>Mn_xTe障壁層の磁化から予想される値より大きくなることが最近になって明らかになってきた。この界面でのMn^<2+>の磁化の増大の要因としては、(1)非磁性のCdTe層側に隣接するMn^<2+>を欠くことに起因するMn^<2+>間の反強磁性相互作用の抑制、及び(2)結晶成長時のMn原子の拡散ないし偏析による界面の急峻性の欠如の2つの原因が考えられている。
本研究では、(2)の要因の磁化の増大に焦点を当て、MBE成長時の基板温度を変える、ないし結晶作製後に熱アニールを施す等の方法で、Mnの拡散の程度を意図的に変えた試料の磁気光吸収測定を行い、観測された励起子のZeeman分裂エネルギーを有効質量近似計算の結果と比較することにより、Mn原子のCdTe層内への拡散の程度を見積もった。これから得られた拡散係数と基板温度との関係は熱活性化型の関係式で表され、結晶成長時の急峻性欠如の原因はMn原子の熱拡散であり、その活性化エネルギーが2.7eV程度であることがわかった。

Research Products

• [Publications] 黒田真司: "Magnetic-Field Induced TypeI-TypeII Transition in CdTe/Cd_<1-x>Mn_xTe Multiple Quantum Wells" J. Crystal Growth. (in press).
• [Publications] 黒田真司: "Magneto-optical Study of Interface Diffusion in CdTe/Cd_<1-x>Mn_xTe Multiple Quantum Wells" Material Science Forum. 182-184. 615-618 (1995)
• [Publications] 黒田真司: "Magneto-Optical Study of CdTe/Cd_<1-x>Mn_xTe Multiple Quantum Wells in the Mega-Gauss Field Range" Proc. of 11th Internat. Conf. High Magnetic Fields in Semicond. Phys.662-665 (1995)