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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11125209/
• 关键词: 希土類元素; III-V族半導体; 有機金属気相エピタキシャル法; 局所構造; 臨界成長温度; エルビウム; 共添加

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。

In this study,"Atomic Crystal Growth and Impurity Addition Technology" and "Direct Evaluation Technology of Crystal Structure" were studied.(X-ray CTR Scattering Method) The organic combination of rare earth elements and atoms in group III-V compound semiconductors has a precise arrangement of atoms in the matrix, a comprehensive arrangement of atoms in the matrix, and an exchange interaction between atoms in the matrix. This year, the rare earth elements and Er are selected from the group consisting of "Er,O co-addition" of various III-V semiconductors by the organic metal phase (OMVPE) method. GaAs is grown by adding trace amounts of acid atoms to the lattice structure of Er atoms, and Er-20 coordination is formed by substituting Ga atoms for Er atoms at the nearest lattice point. As a result, the emission intensity of Er increased by 2 degrees. On the one hand, the dependence of growth temperature on sample preparation, the existence of Er-20 coordination and the inhibition of Er-20 coordination on the high temperature side A new light emission method was developed to demonstrate the relationship between the atomic structure and the atomic structure of Er in InP and GaP. In particular, the formation of Er-20 coordination in GaAs and the formation of Er-20 coordination in GaP are discussed. The intensity and temperature extinction characteristics of GaAs are smaller than those of GaAs.

项目成果

Y.FUJIWARA: "Luminescence properties of Er, O-codoped III-V semiconductors by organometallic vapor phase epitaxy"Physica B. 273-274. 770-773 (1999)

Y.FUJIWARA：“有机金属气相外延法研究 Er、O 共掺杂 III-V 族半导体的发光特性”Physica B. 273-274。

Y. FUJIWARA: "Er-related luminescence from self-assmbled InAs quantum dots doped with Er by organometallic vapor phase epitaxy"Journal of Luminescence. (印刷中). (2000)

Y. FUJIWARA：“通过有机金属气相外延法掺杂 Er 的自组装 InAs 量子点的 Er 相关发光”（出版中）。

L.BOLOTOV: "Semimetal to semiconductor transition in ErP islands grown on InP(001) due to quantum size effects"Physical Review B. 59(19). 12236-12239 (1999)

L.BOLOTOV：“由于量子尺寸效应，在 InP(001) 上生长的 ErP 岛中半金属到半导体的转变”物理评论 B. 59(19)。

Y.FUJIWARA: "Thermal quenching of Er-related luminescence in GaInP doped with Er by organometallic vapor phase epitaxy"Japanese Journal of Applied Physics. 38(2B). 1008-1011 (1999)

Y.FUJIWARA：“通过有机金属气相外延法对掺杂 Er 的 GaInP 中与 Er 相关的发光进行热猝灭”，《日本应用物理学杂志》。

L.BOLOTOV: "Nanoscale ErP islands on the InP(100)substrate grown by organometallic vapor phase epitaxy"Japanese Journal of Applied Physics. 38(2B). 1060-1063 (1999)

L.BOLOTOV：“通过有机金属气相外延生长在 InP(100) 衬底上的纳米级 ErP 岛”《日本应用物理学杂志》。