III-V族希釈磁性半導体による磁気電子デバイスおよび磁気光デバイスの開発

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555004
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 宗片 比呂夫 東京工業大学, 工学部, 助教授 (60270922)
• Keywords: 希薄磁性半導体 / 磁気光学効果 / 光誘起磁性 / 超構造 / 分子線蒸着法

Research Abstract

1.融合系ヘテロ構造(In,Mn)As/(Al,Ga)Sbの光誘起強磁性の研究。ヘテロ構造試料に赤外光を照射して生成する光キャリアの磁性に及ぼす効果を調べた結果、光生成した過剰正孔が(In,Mn)As層に蓄積し、試料の強磁性的な性質が強くなり、試料や光照射の条件によっては常磁性から強磁性に相転移を起こすことを見出した。また、強磁性は光照射を中断した後も保持されることを見出した。ここで得られた成果は、この分野の基礎・応用研究上のブレークスルーと考えている。
2.融合系ヘテロ構造(In,Mn)As/(Al,Ga)Sbの磁性と伝導の研究。試料のキャリア輸送を系統的に調べ、キャリア濃度と磁性との関連を研究した結果、キャリア誘起強磁性について以下のことが明らかとなった。すなわち、
(1)正孔濃度が強磁性を誘起する臨界値よりも高い場合、ホール効果係数の符号は恒に正(+)である、
(2)正孔濃度が臨界値近傍だと、ホール効果係数の符号が負(-)に反転して、見かけ上n型伝導を示す、
(3)正孔濃度が臨界値を大きく下回ると、ホール効果係数の符号は再び正(+)となる。
これらの結果は、磁性によるバンド構造の変化に起因している可能性があり、学術上極めて興味深い問題である。
3.強磁性・半導体多層膜融合系ZnSe/Feの作製と評価。第二世代の新しい半導体・磁性体の融合系超構造としての磁性体薄膜と半導体薄膜との多層膜構造に関する研究を開始した。半導体層として、ワイドキャップ半導体のZnSeを用い、ZnSe/Fe多層膜の作製と評価を行った。多層膜試料の磁気光学効果が半導体(ZnSe)や磁性体(Fe)の単層膜と大きく異なり、両層の磁気的ないし光学的相互作用に起因している可能性が強いことを実験的に示した。
3.まとめ。今後、ア)キャリア誘起磁性の解明と制御、イ)電界あるいは光による磁性の制御、ウ)ワイドギャップ半導体・磁性体融合系超構造の作製と評価、に関する研究を更に追究する。

Research Products

• [Publications] Hiro MUNEKATA: "Investigation on Carrier-Induced Ferromagnetic Order in(In,Mn)As/(Al,Ga)Sb Heterostructures" Record of 15th Electronic Materials Symposium. 297-301 (1996)
• [Publications] Y.L.Soo: "III-V Diluted Magnetic Semiconductor:Substitutional Doping of Mn in InAs" Phys.Rev.B 53. 4905-4909 (1996)
• [Publications] P.Fumagalli: "Magneto-optic Properties and Ferromagnetism of(In,Mn)As/(In,Al)As/(Ga,Al)Sb Heterostructures" Phys.Rev.B 53. 15045-15053 (1996)
• [Publications] S.Huang: "X-ray Scattering and Absorption Studies of MnAs/GaAs Heterostructures" J.Appl.Phys.79. 1435-1440 (1996)
• [Publications] Kenichi SHIRAISHI: "Growth and Optical Properties of Strained(AlP)n(GaP)n Short-Period Superlattices" J.Electronic Materials. 25. 1801-1805 (1996)