希薄磁性半導体ナノ構造格子の開発と応用

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08555001
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 応募区分: 試験
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 岡 泰夫 東北大学, 科学計測研究所, 教授 (60013520)
• 研究分担者: 村山 明宏 旭コマグ(株), 開発部主任技師(研究 ; 梁田 興平 東北大学, 科学計測研究所, 助手 (70006146)
• キーワード: 希薄磁性半導体 / ナノ構造 / 磁気光学効果 / 量子ドット / 量子細線 / エピタキシ-成長 / 超高速分光 / 極微細加工

研究概要

本研究は遷移金属イオンを成分元素として含む希薄磁性半導体を用いて、次元性を十分に制御したナノ構造格子(量子ドット、量子細線、超格子)を開発し、これらの希薄磁性半導体ナノ構造格子に発現される新しい磁気光物性とその応用を開拓することを目的とする。このため、Cd_<1-x>Mn_xTe、Cd_<1-x>Mn_xSeなどをベースとした希薄磁性半導体のよく制御された低次元量子構造の作製技術を開発する。量子格子中で磁性イオンと相互作用をする電子や励起子のピコ・フェムト秒領域(10^<-10>〜10^<-13>)のダイナミクス、エネルギー緩和過程を明らかにする。これらの知見をもとに「ナノ構造磁気光学デバイス」への応用を研究する。
本年度はホット・ウォール・エピタキシ-法によりCd_<1-x>Mn_xTe系の非対称性2重量子井戸や多重量子井戸を作成、また、スパッタ法によるCd_<1-x>Mn_xSe系量子ドットの作成を行い、希薄磁性半導体ナノ構造格子を得た。さらに、磁性イオン蒸発源を備えた多元成分分子線エピタキシ-装置の開発を行った。
得られた高品位の希薄磁性半導体ナノ構造格子試料を、超短パルスレーザーを用いた時間分解分光法、非線形過渡分光法により調べ、量子格子中で磁性イオンと相互作用をする電子や励起子のピコ・フェムト秒領域(10^<-10>〜10^<-13>)のダイナミクス、超高速エネルギー緩和過程を明らかにした。その結果、2重量子井戸中での励起子やキャリアーの超高速トンネル過程、量子ドット中での励起子磁気ポーラロンの束縛状態、生成、消滅ダイナミクスなどについての新しい知見を得ることができ、フランスやトイツの研究者から注目された。
今後、これらの希薄磁性半導体ナノ構造格子系における非線形光学効果、レーザー発振現象を調べ、次元性制御によって生じる新しい機能性開拓を行う。

研究成果

• [文献書誌] Y.Oka and K. Yanata: "Excitonic properties of nanostructure semimagnetic semiconductors" Journal of Luminescence. 70. 35-47 (1996)
• [文献書誌] H. Okamoto, M. Takahashi and Y.Oka,: "Magnetic Tuning of Carrier Tunneling Processes in the Cd_<1-x>Mn_xTe/ZnTe Asymmetric Double Quantum Wells" Physics of Semiconductors (World Scientific,1996). 3. 2239-2242 (1996)
• [文献書誌] K. Yanata and Y.Oka,: "Exciton Luminescence and The Dynamics in Cd_<1-x>Mn_xSe Quantum Dots" Physics of Semiconductors (World Scientific,1996). 2. 1477-1480 (1996)
• [文献書誌] J. Y. Jen, Y.Oka et al,: "Stimulated blue emission processes in Zn_<1-x>Cd_xSe/ZnSe multi-quantum wells" Applied Surface Science. 92. 547-551 (1996)
• [文献書誌] J. R. Anderson, Y.Oka et al,: "Magnetization studies of Sn_<1-x>Eu_xTe" Physica B. 216. 307-309 (1996)
• [文献書誌] Y.Oka, M. Takahashi et al,: "Ultrafast Dynamic of Excitons in Cd_<1-x>Mn_xTe/ZnTe (x=0-0.2) Quantum Wells" Proc. Int. Conf. on the Application of High Magnetic Fields (Wurzburg). (印刷中). (1997)