スピン制御された半導体超構造の作製

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09244102
• 研究種目: 重点領域研究
• 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: 宗片 比呂夫 東京工業大学, 工学部, 助教授 (60270922) ; 中山 弘 神戸大学, 工学部, 助教授 (30164370) ; 吉野 淳二 東京工業大学, 理学部, 教授 (90158486)
• キーワード: スピン / 半導体超構造 / 磁性イオン / 希薄磁性半導体 / ナノ構造 / 励起子 / 交換相互作用 / キャリアー

研究概要

スピン制御を行った磁性半導体超構造の創製と応用を目標として、本研究組織により、半導体スピン超構造の形成と評価を系統的に行い、希薄磁性半導体の量子ドットや量子井戸の磁気光学特性の研究を推し進めた。
1)岡は、希薄磁性半導体量子ナノ構造成長装置の試作を行い、エピタキシ-法により制御された希薄磁性半導体超構造の作製を行い、AFMにより表面評価を行った。また量子ドットや量子井戸の励起子ダイナミクスと磁気光物性を、フエムト秒発光時間分解分光、過渡吸収分光により解明した。
2)吉野は、GaMnAsにおいてMn濃度とキャリア濃度を独立に制御することを目的として、低温MBEによりSnの高濃度ド-ピングを検討した。その結果,約4%までのSnを結晶性を乱すことなく導入すること、並びに1×10^<19>cm^<-3>のn型GaMnAsを得ることに成功した。Mn濃度を一定としてSnドープによって系統的にキャリア濃度を変化させた試料の磁化測定およびホール測定を通して、Mn間にはたらく通常のd-d相互作用の大きさを初めて求め,さらにキャリアを介してはたらく相互作用が、RKKY相互作用により定性的に説明できること示し、その相互作用の大きさを見積もった。
3)中山は、スピンエレクトロニクス材料の創製をめざし、購入備品の超高真空CVD装置を用いて、高濃度ドープSi:Erの薄膜成長を行った。ソースにはジクロルシランと有機金属Erをもちい、分子線の光熱励起によって良好な薄膜の作製に成功した。また、レーザーMBE法によって高濃度ドープSi:Mnの薄膜成長を系統的に行い、%レベルのMnを含むSi微粒子薄膜の作製に成功し、その磁気特性を測定した。一方理論家との共同によって六方晶CaSi_2型FeSi_2の強磁性相が存在する事を予言し、実験的研究を開始した。したがって当初の研究目標はほぼ達成した。
4)宗片は、(In,Mn)Asヘテロ構造試料に光を照射してキャリヤ濃度を変化させて物性を調べた結果、試料の磁性が常磁性から強磁性的な振る舞いへと大きく変化することを見出し、p型試料の強磁性的性質がキャリヤ(正孔)誘起磁性に起因していることを明らかにした。また、新しいIII-V族希薄磁性半導体の創成をめざし、Feを高濃度ドープしたGaFeAs膜のMBE法による作製を開始し、閃亜鉛鉱構造を保ち、大部分のFeがほぼ均一に分散して常磁性を示すエピタキシャル膜を得ることができた。

研究成果

• [文献書誌] Y.Oka, K.Yanata, S.Takano, K.Egawa, K.Matsui,: "Exciton Dynamics in Diluted Magnetic II-VI Semiconductor Nanostructures" J.Crystal Growth. in press.(1998)
• [文献書誌] Y.Oka: "Excitonic Effects in Cd_<1-x>Mn_xSe Quantum Dots and Cd_<1-x>Mn_xTe/ZnTe Quantum Wells" Phys.Stat.Sol.(b). 202. 795-804 (1997)
• [文献書誌] Y.Oka: "Excitonic Properties and Dynamics in Non-Magnetic and Diluted Magnetic II-VI Semiconductor Nanostructures" Nonlinear Optics. 18. 207-214 (1997)
• [文献書誌] Y.Satoh, Y.Nishikawa and J.Yoshino: "Ferromagnetic exchange interaction in Gal-xMnxAs" Symposium Records of Japan-Polish Symposium on Diluted Magnetic Semiconductors. 47-48 (1997)
• [文献書誌] S.Koshihara, H.Munekata, S.Katsumoto et al: "Ferromagnetic Order Induced by Photogenerated Carriers in Magnetic III-V Semiconductor Heterostructures of(In,Mn)As/GaSb" Phys.Rev.Lett.78. 4617-4620 (1997)
• [文献書誌] E.Kulatov, H.Nakayama and H.Ohta: "Influence of the Stacking Sequence on the Electronic Structure and Optical Properties of CaSi_2" J.Phys.Cond.Matt.9. 10159-10171 (1997)
• [文献書誌] H.Nakayama, T.Kita and T.Nishino: "Advances in the Understanding of Crystal Growth Mechanism T.NIshinaga et.al(editors)" Elsevier Science B.V.,Amsterdam, 163-183 (1997)