スピン制御された半導体超構造の作製

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09244102
• 研究種目: 特定領域研究(A)
• 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, 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 / 希薄磁性半導体 / ナノ構造 / 磁性イオン / 交換相互作用 / キャリアー

研究概要

1) 岡は、希薄磁性半導体量子ナノ構造成長装置に表面評価装置を組み込み、エピタキシー法により制御された希薄磁性半導体超構造を系統的に作成した。これらの量子ナノ構造における磁気光学効果、励起子磁気ポーラロンのスピンダイナミクス、トンネル過程を、フェムト秒分光を主体として解明した。また、班員全体の有機的な研究推進を行った。
2) 吉野は、GaMnAsにおけるn型とp型の磁気抵抗の相違の起源を明らかにすることを目的として、比較のためn型ZnMnSeの磁気抵抗を測定し、GaMnAsと異なり、Mn濃度の増加に伴って磁気抵抗の符号が、負から正に転換することを見いだした。また、新材料探索の観点からFeドープGaAsの成長し、2K以上の温度で常磁性を示すことを見いだした。
3) 中山は、高効率な発光デバイスやスピンエレクトロニクスデバイスをの開発には、%オーダーの高濃度に機能性不純物をドープしたSi系薄膜材料の開発が不可欠である。本年度の成果として、光・熱励起分子線CVD法により、通常の不純物拡散法に比べて4,5桁高い、%オーダーの高Mn濃度Si:Mn薄膜の作製に成功した。また、第一原理計算による電子・磁気構造の研究と試料の光学的、磁気的性質の評価を行い、超高濃度Si:Mnが従来の不純物ドープSiにない、新しい不純物物性を示すことを明らかにした。
4) 宗片は、III-V族半導体ベースの半導体・磁性体複合(融合)構造を、光キャリャ誘起磁性のための素材として研究し、(Ga,Fe)As混晶半導体薄膜の作製に成功すると共に、GaAs/Fe複合構造での室温における異常な光照射効果を見出し、更に光誘起磁性を応用した光磁気記録媒体の提案を行うことができた。

研究成果

• [文献書誌] Y.Oka,S.Takano,K.Egawa: "Magneto-Optical Properties and Exciton Dynamics in Cd _<1-x>Mn_xSe Quantum Dots and Cd_<1-x>Mn_xTe/ZnTe Quantum Wells" Institute of Physics.Conf.Ser.152. 503-506 (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] 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] A.Nagashima,T.Kimura,and J.Yoshino: "Formation of an ordered surface compound consisting of Ag,Si,and H on Si(001)" Appl.Surf.Sci.130-132. 248-253 (1998)
• [文献書誌] S.Abe,H.Nakayama,T.Nishino et al.: "Valence States Analysis of Ca and Si in CaSi_2 during CaSi_2-H_2O Reaction" J.Mater.Res.13. 1401-1404 (1998)
• [文献書誌] H.MUNEKATA,S.KOSHIHARA: "Carrier-induced magnetism:how and what we pursue with III-V-based magnetic semiconductor heterostructures?" Superlattices and Microstructures. in print. (1999)
• [文献書誌] 岡泰夫(共著): "半導体結晶成長" コロナ社, 265(22) (1998)