不純物の空間分離ドーピングによるGaMnAs磁気特性の向上

通过空间分离的杂质掺杂改善 GaMnAs 磁性能

• 批准号: 17760258
• 负责人: 河原塚 篤
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760258/
• 关键词: 希薄磁性半導体; GaMnAs; スピントロニクス; MBE; MEE; 空間分離ドーピング; キュリー温度

近年、半導体と磁性体を合わせ持つ希薄磁性半導体GaMnAsの研究が注目を集めている。しかしながら、この材料のキュリー温度は非常に低く、室温デバイス応用には、キュリー温度の上昇が不可欠である。本研究では、正孔濃度を増加させるために、P型不純物としてMgを用い、δドーピングの手法を用いて、Mnの空間分離ドーピングを行った。空間分離ドーピングにより、MnとMgの複合体に起因する欠陥の形成を抑制し、かつ正孔濃度の増加によりキュリー温度の上昇、磁化率の向上が期待される。はじめに、空間分離ドーピングGaMnAsのGaAsスペーサー層の厚さによる影響を調べるため、GaMnAsを一原子面にドーピングしスペーサー層の厚さを変化させたサンプルを製作した。1層あたりのMn濃度を6%とし、Mn層の数はすべて同じ100層とした。帯磁率測定により評価を行ったところ、スペーサー層の厚さを増加させるとあ5MLまで飽和磁化が増加し、それ以上では一定となった。このことは、スペーサー層の導入により、反響磁性結合を持つ格子間Mn減少し、5ML以上ではほぼ完全に消失したためであると考えられる。しかしながら一方で、スペーサー層を厚くするとキュリー温度は単調に減少する。これは、スペーサー層を厚くすることによってMn原子同志の強磁性結合が弱くなるためではないかと考えられる。そこでP型不純物であるMgをドープして、正孔濃度を増加させ、キュリー温度の向上させることを試みた。GaMnAs層の層間隔を5MLとし、その中心にMgをドープした。この結果正孔濃度は1.24×1015cm-2から2.47×1015cm-2へと増加した。この増加はMgドーピング量と同程度である。さらに磁化特性を評価したところ、正孔濃度の増加の寄与により、飽和磁化、キュリー温度が増加した。

In recent years, semiconductor and magnetic materials have been studied in thin magnetic semiconductor GaMnAs. The temperature of the material is very low, the room temperature is very low, and the temperature of the material is very high. In this study, the concentration of positive and negative pores increased, and the spatial separation of P and Mn impurities was studied. The formation of defects due to spatial separation, Mn and Mg complexes, the increase of pore concentration, the increase of temperature and the upward trend of magnetic susceptibility are expected. The thickness of GaMnAs layer is affected by the spatial separation of GaMnAs. The Mn concentration in the first layer is 6% and the Mn concentration in the second layer is 100%. The saturation magnetization increases by 5ML. In this case, the introduction of the layer, the reflection of magnetic bonding, the reduction of Mn between the cells, and the disappearance of the layer above 5ML. If you are on one side, the space layer will be thicker, and the temperature will be reduced if you adjust it uniformly. The ferromagnetic bonding of Mn atoms is weak. P-type impurities, Mg, Mg GaMnAs layer spacing is 5ML, and the center of the Mg layer is 5 ML. As a result, the positive pore concentration increased from 1.24×1015cm-2 to 2.47×1015cm-2. The amount of water added to the soil is the same. In addition, the magnetization characteristics are evaluated, the positive pore concentration increases, and the saturation magnetization increases.