希薄磁性半導体ナノ構造格子の開発と応用

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08555001
• 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 明弘 旭コマグ(株), 開発部, 主任技師 ; SHEN J.X. 東北大学, 科学計測研究所, 日本学術振興会 外国 ; 高橋 昌明 東北大学, 科学計測研究所, 助手 (80006147) ; 梁田 興平 東北大学, 科学計測研究所, 助手 (70006146)
• キーワード: 半導体 / 光 / レーザー / 磁性 / ナノ構造 / 薄膜 / 結晶成長 / 次元性

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し、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>秒)のダイナミクス、エネルギー緩和過程を明らかにし、さらに「ナノ構造磁気光学デバイス」への応用を研究する。
本年度は分子線・エビタキシー法によりCd_<1-x>Mn_xTe系の非対称2重量子井戸や多重量子井戸を作成、また、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、多元成分分子線エピタキシー装置の改造開発を行った。
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た。
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った。

研究成果

• [文献書誌] Y.Oka,S.Takano,K.Egawa: "Magneto-Optical Properties and Exciton Dynamics in Cd 1-xMnxSe Quantum Dots and Cd1-xMnxTe/ZnTe Quantum Wells" Institute of Physics.Conf.Ser.152. 503-506 (1998)
• [文献書誌] H.Okamoto,M.Takahashi,Y.Oka: "Dynamics of Exciton Magnetic Polaron in the Cd 1-xMnxTe/ZnTe Quantum Wells" J.Luminescence. 76/77. 211-213 (1998)
• [文献書誌] J.X.Shen,Y.Oka,W,Ossau: "Difference of Self-Energy Corrections for Charged and Uncharged States in Degenerate Two Dimensional Systems" Physica B. 249/251. 589-593 (1998)
• [文献書誌] Y.Oka,K.Yanata,S.Takano: "Exciton Dynamics in Diluted Magnetic II-VI Semiconductor Nanostructures" J.Crystal Growth. 184/185. 920-930 (1998)
• [文献書誌] Y.Oka,K.Yanata,H.Okamoto: "Giant Magneto-Optical Effects in Diluted Magnetic Semiconductor Nanostructures" Solid State Electronics. 42. 1267-1271 (1998)
• [文献書誌] J.X.Shen,Y.Oka,W.Ossau: "Vertical Transport of Photo-Excited Carriers for Excitonic Recombinations in Modulation Doped GaAs/Ga1-xAlxAs Heterojunctions" Solid State Commun.106. 495-499 (1998)
• [文献書誌] 岡 泰夫(共著): "半導体結晶成長" コロナ社, 265(22) (1998)