スピン自由度を生かした新しい強磁性半導体量子ヘテロ構造とデバイスの創製

创建利用自旋自由度的新型铁磁半导体量子异质结构和器件

基本信息

批准号：
04J10778
负责人：
大矢忍
金额：
$ 0.64万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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

近年、強磁性半導体GaMnAsをベースとした量子ヘテロ構造を用いて、量子サイズ効果と磁性を組み合わせることによって、トンネル磁気抵抗効果(Tunneling Magnetoresistance ; TMR)を増大させたり、スイッチング機能付き不揮発性メモリが実現できたりすると期待されている。理論計算により、非磁性GaAsを量子井戸として有するGaMnAs共鳴トンネルダイオード(Resonant tunneling diode ; RTD)や、強磁性GaMnAs量子井戸を有するGaMnAs RTDにおいては、量子サイズ効果によって、それぞれ800%、10^6%程度もの大きなTMRが得られると予測されている。今まで、GaMnAsをベースとした量子構造の作製が行われ、量子サイズ効果の観測が試みられてきた。しかし、今のところ、GaAs量子井戸構造、GaMnAs量子井戸構造のいずれにおいても、量子サイズ効果および量子サイズ効果に起因したTMRは全く観測されていない。またその理由も明らかにされていない。そこで、本研究では、InGaAsを量子井戸として有するGa_<0.94>Mn_<0.06>As/AlAs(dnm)/In_<0.4>Ga_<0.6>As(0.42nm)/AlAs(dnm)/Ga_<0.94>Mn_<0.06>As RTDを分子線エピタキシー法を用いて作製し、量子サイズ効果に起因したTMRの観測を試みた。その結果、強磁性半導体ヘテロ構造において初めて、負のTMRおよび、AlAs膜厚の増加に伴うTMR比の振動現象を観測した。さらに、Luttinger-Kohn k・pモデルを用いてこの構造におけるTMRの理論計算を行った。その結果、共鳴トンネル効果によって、TMR比がAlAs膜厚の増加に対して振動するという結果が得られた。この結果は、実験的に得られたTMRの振動現象が共鳴トンネル効果に起因することを示唆している。

近年来，可以预期，通过基于铁电磁半导体Gamnas使用量子异质结构组合量子尺寸效应和磁性，就可以增加隧道磁磁磁力（TMR）并通过开关功能实现非挥发性。理论计算预测，在Gamnas共振隧道二极管（RTDS）中，具有非磁性GAA作为量子孔和gamnas RTD，具有铁磁性GAMNAS量子孔，TMR分别可以通过量子大小效应来获得800％和10^6％的TMR。到目前为止，已经制造了基于GAMNA的量子结构，并尝试观察量子大小效应。但是，目前，由于GAAS或GAMNAS量子井结构中的量子大小和量子大小效应，尚未观察到TMR。原因也没有得到揭示。 Therefore, in this study, we fabricated Ga_<0.94>Mn_<0.06>As/AlAs(dnm)/In_<0.4>Ga_<0.6>As(0.42nm)/AlAs(dnm)/Ga_<0.94>Mn_<0.06>As RTDs with InGaAs as quantum wells using molecular beam epitaxy, and attempted to observe TMR due to the quantum size effect.结果，在铁磁半导体异质结构中，第一次观察到TMR比的振动现象伴随着Alas厚度的增加。此外，使用Luttinger-Kohn K.P模型对TMR进行了理论计算。结果，谐振隧道效应导致TMR比随着ALAS膜厚度的增加而振荡。该结果表明，实验获得的TMR振动现象是由于谐振隧道效应所致。