GaN系磁性混晶半導体におけるキャリヤ誘起強磁性発現と磁気光学効果の電界制御

GaN基磁性混晶半导体中载流子诱导铁磁性和磁光效应的电场控制

• 批准号: 14750007
• 负责人: 近藤 剛
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750007/
• 关键词: 磁性混晶半導体; 希釈磁性半導体; III族窒化物半導体; キャリヤ誘起強磁性; 磁気光学効果; 円偏光発光素子; 希薄磁性半導体

GaN系磁性混晶半導体(MAS)におけるキャリヤ誘起強磁性(CIF)発現とその現象を利用した新しい磁気光学素子の創製を目指して研究をおこなった。本年度は、GaN系MASでは不純物バンドにおける2重交換相互作用による強磁性発現とバンド端発光の評価に焦点を絞り研究をおこなった。(Al,Ga)N/(In,Ga,Mn)N/(Al,Ga)N量子井戸構造において観測されるバンド端発光について異なるIn組成をもつ試料おける発光特性の比較をおこなった。その結果、In組成増加に対し、Mn^<2+>イオン内殻d-d遷移からの発光はシフトしないのにもかかわらず、バンド端付近の発光ピークは低エネルギー側ヘシフトすることが観測され、この発光がバンド間遷移に強く関連した発光であることが確認された(JJAP投稿中)。また磁場下での発光スペクトル測定をおこなったが、発光ピーク幅が広く期待したバンドのスピン偏極による発光ピークの分裂を観測するまでには至らなかった。昨年度の研究成果から(Ga,Mn)N中のMnアクセプタ準位がバンドギャップ内の深い位置に形成されること、また結晶欠陥が原因と考えられる電荷補償によってその不純物バンドが電子で満たされているため強磁性が発現していないことが明らかになっていた。そこで、本年度は光照射、電界印加などの手法を用いて不純物バンドから電子を引き抜き、強磁性を発現させることをねらった実験をおこなったが、強磁性発現を確認することはできなかった。本研究で得られた成果をまとめと次の2点となる;(1)GaN系MASにおいて不純物バンドの存在を実験的に明らかにし、強磁性発現への指針を得た、(2)GaN系MASの円偏光発光素子材料としての可能性を見出した。また結晶成長の方法などの改良などによって、電荷補償の原因となっている結晶欠陥を低減することで将来的にはGaN系MASにおいて強磁性が発現できることが本研究の研究成果から期待される。

GaN magnetic mixed crystal semiconductor (MAS) has been used to study the phenomenon of induced ferromagnetism (CIF) and the creation of new magnetic optical elements. In this year, GaN MAS has been studied for the evaluation of ferromagnetic emission and light emission due to the two-fold exchange interaction of impurities. (Al,Ga)N/(In,Ga,Mn)N/(Al,Ga)N quantum well structure In the middle of the measurement of the end of the light emission in the composition of the sample in the comparison of the light emission characteristics. The results show that the increase of In composition, Mn^<2+>, d-d migration in the inner shell, light emission in the middle of the shell, and light emission in the vicinity of the end of the shell are confirmed (JJAP submission). In the magnetic field, the emission of light is measured, and the emission of light is expected to be polarized. Last year's research results showed that the Mn access level in (Ga,Mn)N was formed at a deep position in the magnetic field, and the crystal defects were the cause and consideration of the charge compensation. The impurities in the magnetic field became electronic and the ferromagnetism appeared. This year, the method of light irradiation, electric field induction and magnetic field induction was used to confirm the existence of impurities, electrons and ferromagnetism. The main results of this study are as follows: (1) The existence of impurities in GaN MAS and the indication of ferromagnetic phenomena are obtained;(2) The possibility of polarization of GaN MAS is revealed. The improvement of crystal growth method, the reason of charge compensation, the decrease of crystal defect and the development of ferromagnetism in GaN MAS in the future are expected.

项目成果

T.Kondo, H.Owa, H.Munekata: "(Ga,Mn)N:Sn epilayers"Journal of Superconductivity : Incorporating Novel Magnetism. (2003)

T.Kondo、H.Owa、H.Munekata：“(Ga,Mn)N:Sn 外延层”超导杂志：结合新颖的磁性。