スピン制御された半導体超構造の光物性と応用

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09244106
• 研究種目: 重点領域研究
• 研究機関: 姫路工業大学
• 研究代表者: 獄山 正二郎 姫路工業大学, 理学部, 助教授 (20163446)
• 研究分担者: 安藤 功兒 電子技術, 総合研究所・材料科学部, 主任研究官 ; 平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10183097) ; 藤森 淳 東京大学, 大学院・理学系・研究科, 助教授 (10209108) ; 滝田 宏樹 筑波大学, 物質工学系, 教授 (00011213)
• キーワード: 希薄磁性半導体超構造 / 励起子磁気ポーラロン / 高圧強磁場発光 / 磁性半導体量子ドット / 超伝導体 / 希薄磁性半導体複合超構造 / 光導波路 / 光電子分光 / 超高速光励起スピン現象

研究概要

1.希薄磁性半導体量子井戸で、1)励起子磁気ポーラロンの2次元空間閉じ込め効果、磁場・温度効果に関する新たな知見を得た。また、「励起子空間分岐」に付随した現象を初めて観測した。2)高圧・強磁場下の磁気光学測定を通して、スピン機能発現機構の解明に関する知見を得た。3)II-VI族化合物半導体量子井戸中の高移動度2次元電子ガスを実現し、強磁場量子極限で電荷・スピン複合励起状態が関与する発光の偏光異常を見出した。(獄山)2.1)TeベースII-VI族半導体で自己組織化による数〜数十nmサイズのセン亜鉛鉱型-MnTe,CdTeの量子ドットの作製に成功した。特にCdTeドットからの室温発光観測にも成功した。2)第2種超伝導体NbSe_2と希薄磁性半導体Cd_<1-X>Mn_XTeの複合構造を作製し、磁束渦糸による空間磁場変調による量子閉じ込め効果を実現することを目指した。Cd_<1-X>Mn_XTe/NbSe_2薄膜で自由励起子による発光が観測された。(滝田)3.GaAs中のMnの電子状態を、内殻光電子分光により調べた。光電子スペクトルのクラスター・モデル解析から電子構造パラメータを見積り、Mnイオンのd電子数、ホールとMn^<2+>イオンの束縛状態形成の可能性、p-d交換相互作用などについて定量的に議論した。また、MnSb,MnAsのスピンに依存したバンド構造を、スピン角度分解光電子分光により調べ、バンド計算と比較した。(藤森)4.III-V族希薄磁性半導体GaMnAsの遠赤外領域における光学的伝導度をフーリエ分光法により測定し、Mn3d軌道および強磁性発現機構に関する知見を得た。GaMnAs中の強い電子相関が関与した特異な伝導を観測し、明らかにした。(平川)5.新しいスピン制御半導体の創出と、光デバイスへの応用をめざし、(1)イオン打ち込みによる希薄磁性半導体の合成と評価,(2)Ga_<1-X>Mn_XAsの電子状態の評価、(3)Cd_<1-X>Mn_XTeを用いた光導波路の作製と評価および(4)CdTe/Cd_<1-X>Mn_XTe量子井戸における光励起キャリアースピンの超高速緩和速度制御に関する検討を行った。(安藤)

研究成果

• [文献書誌] S.Adachi: "Polarization choices in exciton-biexciton system of GaAs quantum wells" Phys.Rev.55. 1654-1660 (1997)
• [文献書誌] S.Takeyama: "On the possibility of real exciton free-magnetic polarons in two-dimensional diluted maenetic semiconductors semiconductors" Nonlinear Optics.18(2-4). 199-206 (1997)
• [文献書誌] S.Takeyama: "Magneto-photoluminescence study on fractional quantum Hell effect in CdTe-CdMgTe modulation n-doped single quantum wells" Physica B. (1998)
• [文献書誌] S.Takeyama: "An spproach to the exciton magnetic polaron bigurcation problem studied in Cd_<1-X>Mn_XTe-CdTe-Cd_<1-y>Mg_YTe asymmetricquantum wells" 1998.
• [文献書誌] S.Takeyama: "Exciton magentic polaron localization dynamics in bulk Cd_<1-X>Mn_XTe" J.Crystal Growth. (1998)
• [文献書誌] H.Kunimatsu: "Magneto-photol uminescence anomalies at integer and fractional quantum Hell regiemes in CdTe-CdMgTe modulation n-doped single quantum wells" Physea B. (1998)
• [文献書誌] H.Yokoi: "High magnetic fieldstudy of pressureeffect on the spin-spin coupling among excitons and Mn ionsin 2D and 3D-CdMnTe svstems." Physica B. (1998)
• [文献書誌] H.Yokoi: "High magnetic field photoluminescence study of pressure effect on spin exchangeinteraction in a CdTe/Cd_<1-X>Mn_XTe single quantum well structure." The Review of High Pressure Science and Technology. 7. (1998)
• [文献書誌] H.Ykoi: "Pressure effect on spin exchangeinteraction betweenexcitons andmagenetic ions in a CdTe/Cd_<1-X>Mn_XTe single quantum wellstructure" Inst.Phys.Conf.Series.(Institute of Phys.英国). (1998)
• [文献書誌] S.Kuroda: "Magneto-optical study of interface broadening of CdTe/Cd_<1-X>Mn_XTe" Journal of Crystal Growth. (1998)
• [文献書誌] S.Kuroda: "Self-organized quantum dots of zinc-blende MnTe grown by molecularbeam eqitaxy" Journal of Crystal Growth. (1998)
• [文献書誌] T.Mizokawa: "The p-d exchange interaction for 3d transition-metal impurities in II-VI semiconductors" Phys.Rev.B. 56. 6669-6672 (1997)
• [文献書誌] O.Rader: "Exchange splittings on Mn-and Sb-derived states by spin-resolved valence-band photoemission of MnSb" Phys.Rev.B. 56. 689-692 (1998)
• [文献書誌] O.Rader: "Surface preparation and spin-resolved photoemission fo epitaxial MnSb(0001) Films on GaAs (111)" J.Electron Spectrosc.Relat.Phenomen.
• [文献書誌] K.Shimada: "Spin-and angle-resolved photoemission spectroscopy of ferromagnetic MnAs" J.Electron Spectrosc.Relat.Phenomen.
• [文献書誌] K.Yamanaka: "Far Infrared Photoresponse of the Diagonal Magnetoresistance of the Two-Dimensional Electron System near the n=1 Spin-Gan Quantum Hall State" Physica Status Solidi (B). 204. 310-313 (1998)
• [文献書誌] Y.Shimada: "Time Constant for High-Field Domain Formation in Multiple Quantum Well Sequential Resonant Tunneling Diodes" Japanese Journal of Applied Physics. 36. 1944-1947 (1997)
• [文献書誌] Y.Shimada: "Sequential Resonant Magnetotunneling through Landau Lavels in GaAs/AlGaAs Multiple Quantum Well Structures" Physica Status Solidi (B). 204. 427-430 (1997)
• [文献書誌] H.Sakakibara: "Interaction effects on cyclotron resonance in semiconductor double quantum well" Surface Science.
• [文献書誌] Y.Shimada: "Transport and optical properties of single quantum well infrared photodetectors" Japanese Journal of Applied Physics.
• [文献書誌] N.Sekine: "Terahertz emission from qunatum beats in coupled quantum wells" Japanese Journal of Applied Physics.
• [文献書誌] K.Yamanaka: "Far Infrared Photoresponse of the AlGaAs/GaAs Low-Dimensional Electron Systems Constricted by Split-Gates" Soild State Electronics.
• [文献書誌] W.Zaets: "Cd_<1-X>Mn_XTe magneto-optical waveguide integrated on GaAs substrate" Appl.Phys.Lett.70. 2508-2510 (1997)
• [文献書誌] R.Akimoto: "Carrier spin dynamics in CdTe/Cd_<1-X>Mn_XTe quantum wells" Phys.Rev.B. 56. 9726-9733 (1997)
• [文献書誌] 秋本良一: "光を用いた超高速磁気現象の計測" OPTRONICS. 3. 138-143 (1998)
• [文献書誌] 安藤功兒: "希薄磁性半導体Cd_<1-X>Mn_XTeを用いた磁気光学光導波路" OPTRONICS. 3. 149-152 (1998)
• [文献書誌] K.Hirakawa: "Mesoscopic Physics and Electronics" Springer, 282 (1998)