1997 Fiscal Year Annual Research Report

半導体中の希薄不純物スピンによる低温電子散乱とスピンキャリアー相互作用

Research Project

Project/Area Number	09740227
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	山本夕可北海道大学, 大学院・理学研究科, 助手 (50270781)
Keywords	半磁性半導体 / スピン-キャリアー相互作用 / 電子散乱 / 局在d電子
Research Abstract	GaAs:Mn InAs:Mnに関して発光測定を行ったところ、有意の発光は得られなかった。これは試料が非平衡温度において作成されているために導入された格子欠陥等が非常に有効な再結合中心となっていることが原因であると考えられる。このため発光測定は困難であると判明した。そこで発光と対照的な測定方法である、PAS測定を行ったところ、バンド端付近に信号の立ち上りがみられた。しかしこの測定も十分な信号強度を得るまでに至っていない。Si:Mnについての遠赤外サイクロトロン共鳴の実験では若干の共鳴線幅の拡がりを観測したものの、遠赤外光を使った場合に必要とされる高磁場状況下では、遷移金属不純物による散乱が電子の運動量緩和時間にそれほど大きな影響を与えないことがわかった。そこで視点を変え、II-IV属半導体中のMn不純物のd電子とバンド電子との相互作用の研究からスピンとバンド電子との相互作用を解明することを試みた。II-VI属半導体中のカチオンをMnで置換したものは半磁性半導体と呼ばれ、バンドギャップが2eV以上になるようなものでは、Mnの多重項遷移に伴う発光が観測される。この発光は通常の局在中心からの発光として低温での線幅や発光強度の温度変化が説明される一方、ある温度で急に振舞いが変わるなどの異常を見せており、バンド状態との相互作用が重要な役割を果していると予想されている。この中でCdMnTeに注目して、実験を行った。CdMnTeはMnのモル濃度が40%を越えるとバンドギャップがMn多重項遷移エネルギーの大きさを越え、多重項発光が観測されるようになる。この発光の詳細な時間分解測定を行ったところ、発光寿命と同程度の時定数で発光ネエルギーが低エネルギー側にシフトしていくことを観測した。このシフトに関してはこれまでにも報告はあるが、その詳細はよく分かっていない。そこで様々なパラメータを変えて、シフトの様子を詳しく測定してみると、このシフトの様子は励起エネルギーにより変わることが分かった。励起スペクトルのピークを境に低エネルギー側ではシフトは小さい、高エネルギー側ではシフトは大きい。また、発光線の線幅は発光エネルギーのシフトとともに若干狭くなることも観測した。これらの結果から、エネルギーシフトは不均一分布の中での緩和であることが予想されるが、Mnの多重項遷移は、約0.2eVのストークスシフトを持つ系であり、温度2Kという低温下でのエネルギー移動を説明できない。このため、現在バンドと局在d状態との混合を採り入れた新しいモデルを模索中である。

Research Products

(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] 朴載東: "Decay Profiles of Mn^<2+> Photoluminescence in CdMnTe" J.Phys.Soc.Jap.66・10. 3289-3293 (1997)
[Publications] 山本夕可: "Decay Profiles of Mn^<2+> Photoluminescence in CdMnTe" Proc 11 th International Conf.on Ternary & Multinary Compounds. 1.117-1.117 (1997)
[Publications] 篁耕司: "Excitation Spectra in CdMnTe" Proc.11th Int.Conf.on Ternary &Multinary Compounds. 1.115-1.115 (1977)
[Publications] 篁耕司: "Optical Properties in Zinc-blende MnTeSb Films" Proc.11th Int.Conf on Ternary & Multinary Compounds. 1.116-1.116 (1997)
[Publications] 伊藤和章: "Pressure Dependence of Photoluminescence Spectra in CuAlS_2 doped with Lanthanide" Proc.Int.Conf.on High Pressure Science and Technology (Joint Conf.AIRAPT16 & HPCJ98). 688-688 (1997)
[Publications] 篁耕司: "Temperature Dependence of Mn^<2+> Optical Transition in Mn Based Semiconductors" Proc.Sym.on the Physics and Application of 3rd Spin-Related phenomena in Semiconductors. 144-147 (1997)

1997 Fiscal Year Annual Research Report

半導体中の希薄不純物スピンによる低温電子散乱とスピンキャリアー相互作用

Principal Investigator

山本 夕可 北海道大学, 大学院・理学研究科, 助手 (50270781)

Research Products

[Publications] 朴載東: "Decay Profiles of Mn^<2+> Photoluminescence in CdMnTe" J.Phys.Soc.Jap.66・10. 3289-3293 (1997)

[Publications] 山本夕可: "Decay Profiles of Mn^<2+> Photoluminescence in CdMnTe" Proc 11 th International Conf.on Ternary & Multinary Compounds. 1.117-1.117 (1997)

[Publications] 篁耕司: "Excitation Spectra in CdMnTe" Proc.11th Int.Conf.on Ternary &Multinary Compounds. 1.115-1.115 (1977)

[Publications] 篁耕司: "Optical Properties in Zinc-blende MnTeSb Films" Proc.11th Int.Conf on Ternary & Multinary Compounds. 1.116-1.116 (1997)

[Publications] 伊藤和章: "Pressure Dependence of Photoluminescence Spectra in CuAlS_2 doped with Lanthanide" Proc.Int.Conf.on High Pressure Science and Technology (Joint Conf.AIRAPT16 & HPCJ98). 688-688 (1997)

[Publications] 篁耕司: "Temperature Dependence of Mn^<2+> Optical Transition in Mn Based Semiconductors" Proc.Sym.on the Physics and Application of 3rd Spin-Related phenomena in Semiconductors. 144-147 (1997)

山本夕可北海道大学, 大学院・理学研究科, 助手 (50270781)