III-V族化合物半導体における希土類原子配置による局在スピンの制御と物件

III-V族化合物半导体中稀土原子排列对局域自旋和性能的控制

基本信息

批准号：
11125209
负责人：
藤原康文
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、『原子レベルでの結晶成長・不純物添加技術』と『ミクロ構造の直接的評価技術(蛍光EXAFS法やX線CTR散乱法)』の有機的結合を基盤として、III-V族化合物半導体中に「局在スピン」を有する希土類元素を原子のレベルで精密配置することにより、遍歴キャリアと「局在スピン」間のスピン交換相互作用を人為的に設計・制御し、新しい物性・機能を効果的に発現させることを目的とする。本年度は、希土類元素としてErを取り上げ、その原子周辺局所構造を特定化することを目的に、有機金属気相エピタキシャル(OMVPE)法により各種III-V族半導体への「Er,O共添加」に取り組んだ。GaAsにおいては成長雰囲気に微量の酸素を添加することによりEr原子周辺の局所構造が単一化され、「Er-20配位(その局所構造はGaサイトを置換したErの最近接格子点に2つの酸素原子を有する)」が選択的に形成されることを明らかにした。その結果として、Er発光強度が2桁程度増大した。一方、試料作製時の成長温度依存性より、Er-20配位の単一化には「臨界成長温度」が存在し、それより高温側では単一化が抑制されることを見出した。一方、InPやGaPにおいてはEr原子周辺に酸素の関与した局所構造の形成を示唆する新しいEr発光線が観測された。特に、発光スペクトルの比較より、GaAsで見られた「Er-20配位」がGaPにおいても部分的に形成されることを見出した。さらに、その発光強度の温度消光特性がGaAsに比べて、3桁程度小さいことを明らかにした。

在本研究中，我们将基于“原子水平的晶体生长和杂质添加技术”和“直接微观结构评估技术（荧光EXAFS法和X射线CTR散射法）”的有机结合来开发III-V族化合物。通过在原子水平上将具有“局域自旋”的稀土元素精确排列在半导体中，可以人为地设计和控制流动载流子与“局域自旋”之间的自旋交换相互作用，创造新的物理性质和功能，从而有效地表达出来。。今年，我们将重点关注稀土元素Er，利用有机金属气相外延（OMVPE）方法研究“Er和O共掺杂”到各种III-V族半导体中，旨在明确我研究了它的原子周围的局部结构。在GaAs中，通过在生长气氛中添加少量的氧，使Er原子周围的局域结构统一，形成“Er-20配位”（局域结构为2），揭示了含2-氧的1选择性地形成含氧的2-氧原子。结果，Er发射强度增加了大约两个数量级。另一方面，基于样品制备过程中的生长温度依赖性，我们发现Er-20配位的统一存在一个“临界生长温度”，并且在较高温度下统一受到抑制。另一方面，在 InP 和 GaP 中观察到新的 Er 发射线，表明在 Er 原子周围形成了涉及氧的局部结构。特别是，通过比较发射光谱，我们发现在GaAs中观察到的“Er-20配位”在GaP中也部分形成。此外，还发现发光强度的温度猝灭特性比GaAs低约三个数量级。