希土類元素添加半導体の新展開:秩序制御による新しいスピン物性の発現

稀土元素掺杂半导体的新进展：通过有序控制表达新的自旋物理性质

基本信息

批准号：
16031211
负责人：
藤原康文
金额：
$ 3.33万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、「デバイスの性能向上をめざした半導体スピントロニクス材料の追究」という観点から「希土類元素添加半導体」を新しい希薄磁性半導体として捕らえ、希土類元素に起因するスピン物性を解明/制御することにターゲットを定める。具体的には、『原子レベルでの結晶成長・不純物添加技術(有機金属気相エピタキシャル(OMVPE)法)』、『ミクロ構造の直接的評価技術(シンクロトロン放射光を用いた蛍光EXAFS法やX線CTR散乱法)』、『各種スピン物性の評価技術(PL法、ESR法、SQUID法)』の有機的結合を基盤として、[1]Er添加GaAsに発現する新奇なスピン物性を、局在スピンを構成する4f電子と遍歴キャリアとの交換相互作用という観点から解明すること、[2]また、その知見を基にして、GaAs中にErを原子のレベルで精密配置したり、不純物添加や外部刺激を用いて遍歴キャリアの種類と量を操作することにより、交換相互作用を人為的に設計・制御し、新しいスピン物性を効果的に発現させること、を目指した。今年度は、OMVPE法により作製した各種Er添加GaAsにおいて、その電気的・磁界的・光学的特性を系統的に調べた。その結果、秩序制御されたEr,O共添加GaAsやEr,Zn,O共添加GaAsにおいて、(1)面直磁場下で、わずかな正の磁化挙動が観測されること、(2)新奇な温度依存性を示す特徴的なESR信号が観測されること、また、(3)Er,O共添加GaAsにおいて特徴的な光反射率変化が観測されることを明らかにした。以上の結果はマクロ物性の発現には原子レベルでの構造の制御が重要であることを示唆している。

本研究从“追求以提高器件性能为目标的半导体自旋电子材料”的角度出发，将“稀土元素掺杂半导体”视为新型稀磁半导体，旨在阐明和控制稀土元素引起的自旋特性。建立。具体来说，我们提供“原子水平的晶体生长和杂质添加技术（有机金属气相外延（OMVPE）法）”和“直接显微结构评估技术（使用同步辐射和X射线的荧光EXAFS法）”的有机组合。通过“射线CTR散射法”和“各种自旋物性评价技术（PL法、ESR法、SQUID法）”，我们开发了一种出现在[1]Er掺杂GaAs中的新型自旋材料。 [2]此外，基于这些知识，我们将在原子水平上精确排列GaAs中的Er，我们的目的是通过添加杂质来操纵流动载流子的类型和数量，人为地设计和控制交换相互作用，并有效地表达新的自旋物理性质。或使用外部刺激。今年，我们系统地研究了使用 OMVPE 方法制造的各种掺铒 GaAs 的电学、磁场和光学性质。结果，在有序控制的Er,O共掺杂GaAs和Er,Zn,O共掺杂GaAs中，（1）在垂直磁场下观察到轻微的正磁化行为，以及（2）观察到新的现象。结果表明，观察到表现出温度依赖性的特征ESR信号，并且在(3)Er,O共掺杂GaAs中观察到光学反射率的特征变化。上述结果表明，在原子水平上控制结构对于宏观物理性质的表达具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量（16）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Effects of growth sequence on atomic level interfacial structures and characteristics of GaInP/GaAs/GaInP double heterostructures grown by low-pressure OMVPE

生长顺序对低压OMVPE生长GaInP/GaAs/GaInP双异质结构原子级界面结构及特性的影响

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
Applied Surface Science 237
影响因子：
0
作者：
高橋公也;池田研介;K.Nakamura;M.Yoshida;M.SUZUKI;T.YOSHIKANE
通讯作者：
T.YOSHIKANE

Pump and probe reflection study on photoexcited carrier dynamics in Er,O-codoped GaAs

Er,O共掺杂GaAs光生载流子动力学的泵浦和探针反射研究

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Physics of Semiconductors, AIP Conference Proceedings 772
影响因子：
0
作者：
M.de Boissieu;S.Francoual;Y.Kaneko;T.Ishimasa;K.Nakamura;S.Takemoto;K.Hidaka;T.Tokuno;Y.Fujiwara
通讯作者：
Y.Fujiwara

Behaviors of nonequilibrium carriers in Er,O-codoped GaAs for 1.5μm light-emitting devices with extremely stable wavelength

Er,O共掺杂GaAs中非平衡载流子行为用于1.5μm波长极其稳定的发光器件

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Materials Science Forum 512
影响因子：
0
作者：
K.Nakamura;Y.Fujiwara;Y.Fujiwara
通讯作者：
Y.Fujiwara

Nonequilibrium carrier dynamics studied in Er,O-codoped GaAs by pump-probe reflection technique

利用泵浦探针反射技术研究 Er,O 共掺杂 GaAs 中的非平衡载流子动力学

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Materials Research Society Symposium Proceedings, Rare-Earth Doping for Optoelectronic Applications 866
影响因子：
0
作者：
K.Nakamura;Y.Fujiwara;Y.Fujiwara;Y.Fujiwara
通讯作者：
Y.Fujiwara

Direct observation of trapping of photoexcited carriers in Er,O-codoped GaAs

直接观察 Er,O 共掺杂 GaAs 中光生载流子的捕获

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Physica B 376-377
影响因子：
0
作者：
M.de Boissieu;S.Francoual;Y.Kaneko;T.Ishimasa;K.Nakamura
通讯作者：
K.Nakamura

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山内あさひ;小松天太;池田和久;上杉謙二郎;正直花奈子;三宅秀人;彦坂年輝;布上真也;森川隆哉;藤原康文;上向井正裕;谷川智之;片山竜二;M. Uemukai，S. Yamaguchi，A. Yamauchi，D. Tazuke，A. Higuchi，R. Tanabe，T. Tanikawa，T. Hikosaka，S. Nunoue，Y. Hayashi，H. Miyake，Y. Fujiwara and R. Katayama;Y. Morioka，M. Uemukai，T. Tanikawa，K. Uesugi，K. Shojiki，H. Miyake2，T. Morikawa，Y. Fujiwara and R. Katayama;T. Komatsu，R. Noro，M. Uemukai，T. Tanikawa and R. Katayama;D. Tazuke，A. Higuchi，T. Hikosaka，T. Oka，S. Nunoue，M. Uemukai，T .Tanikawa and R. Katayama;A. Higuchi，D. Tazuke，T. Hikosaka， T. Oka，S. Nunoue，M. Uemukai，T. Tanikawa and R. Katayama;T. Nagata，S. Umeda，T. Hikosaka，S. Nunoue，T. Morikawa，Y. Fujiwara，M. Uemukai，T. Tanikawa and R. Katayama;S. Umeda，T. Nagata，T. Hikosaka，S. Nuoue，T. Morikawa，Y. Fujiwara，M. Uemukai，T. Tanikawa and R. Katayama;Y. Morioka，M. Uemukai，K. Uesugi，K. Shojiki，H. Miyake，T. Morikawa，Y. Fujiwara，T. Tanikawa and R. Katayama;A. Yamauchi，T. Komatsu，K. Ikeda，K. Uesugi，K. Shojiki，H. Miyake，T. Hikosaka，S. Nunoue，T. Morikawa，Y. Fujiwara，M. Uemukai，T. Tanikawa and R. Katayama;Ryo Tanabe，Naoki Yokoyama，Masahiro Uemukai，Tomoyuki Tanikawa and Ryuji Katayama;Takumi Nagata，Masahiro Uemukai，Toshiki Hikosaka，Shinya Nunoue，Takaya Morikawa，Yasufumi Fujiwara，Tomoyuki Tanikawa and Ryuji Katayama
通讯作者：
Takumi Nagata，Masahiro Uemukai，Toshiki Hikosaka，Shinya Nunoue，Takaya Morikawa，Yasufumi Fujiwara，Tomoyuki Tanikawa and Ryuji Katayama