巨大磁気光学効果を有する半導体ナノ構造の作製と光によるその磁性制御

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450004
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 滝田 宏樹 筑波大学, 物質工学系, 教授 (00011213)
• 研究分担者: 尾崎 信彦 筑波大学, 物質工学系, 助手 (30344873) ; 高増 正 筑波大学, 物質・材料研究機構・ナノマテリアル研究所, 主任研究員 (60212015) ; 黒田 眞司 筑波大学, 物質工学系, 講師 (40221949)
• キーワード: 希薄性半導体 / 2次元電子系 / 量子ドット / スピントロニクス / 磁気発光特性 / 磁気輸送特性

研究概要

II-VI族化合物半導体(ZnTe, CdTe)を母体とした希薄磁性半導体(DMS)をベースに、原子層レベルでの結晶成長制御が可能なMBE法を利用することによってDMSの低次元量子構造(量子井戸や量子ドット)を人工的、自己組織的に作製し、その物性評価を行い以下のような成果を得ている。
(1)(Cd, Mn)Te/(Cd, Mg)Te内に作製された磁性2次元電子系(2DEG)の研究
これについては前年度までにII-VI族では初めて磁気輸送特性と磁気発光特性の両方を同時に測定できる試料の作製に成功している。本年度は更にMn濃度とキャリア濃度を広範囲に変化させた試料を作製し、「量子ホール効果」、「励起子および荷電励起子発光」、「ランダウ占有数υに対応した磁場での発光エネルギーおよび強度の振動」等、量子効果に起因した様々な現象を観測することができ、解析が進捗している。
(2)格子歪により自組織に作製された(Cd, Mn)Te量子ドットの研究
これについては昨年までにZnTe(100)面上に直径約20nmの(Cd, Mn)Teドットを形成し、その磁気光学測定から、量子閉じ込め効果による発光とその磁場依存性を観察しているが、本年度にはドットの下地層を(Zn, Mg)Teや(Zn, Cd)Teにすることで、閉じ込め効果をより強める試みを行った。また、単一ドット層の上にさらにドット層を積み重ねた積層量子ドットを作製し、その評価を行った。その結果、下地を(Zn, Mg)Teにすることで、閉じ込め効果が強まったと思われる発光の温度特性の改善がみられ、積層ドットからはドット同士の相関によると考えられる新たな発光が観測された。

研究成果

• [文献書誌] Y.H Matsuda et al.: "Effective mass of conduction electrons in Cd_<1-x>Mn_xTe"Phys.Rev.B. 65. 115202 (2002)
• [文献書誌] K.-T.Nam et al.: "Conductivity control in nitrogen-doped p-Zn_<1-x>Mn_xTe and magneto-transport properties"Physica Status Solidi (b). 229. 261 (2002)
• [文献書誌] K.-T Nam et al.: "Magneto-transport properties of p-Zn_<1-x>Mn_xTe by nitrogen doping"Journal of Superconductivity(to be published). (印刷中). (2003)
• [文献書誌] F.Takano et al.: "Magneto-photoluminescence spectra around ν=1 in magnetic two-dimensional electron gas"Proc.of 15^<th> International Conference on High Magnetic Fields in Semiconductor Physics. (in press). (印刷中).
• [文献書誌] F.Takano et al.: "Anomalous behaviors of magneto-photoluminescence in n-type modulation-doped Cd_<1-x>Mn_xTe/Cd<1-y>Mg_yTe single quantum wells"Proc.of 26^<th> International Conference on the Physics of Semiconductors. (in press). (印刷中).