JAIST Repository: デルタドープ半導体構造における局在スピンの研究

全文

(1)JAIST Repository https://dspace.jaist.ac.jp/. Title. デルタドープ半導体構造における局在スピンの研究. Author(s). 岩崎, 晋. Citation Issue Date. 2007-03. Type. Thesis or Dissertation. Text version. none. URL. http://hdl.handle.net/10119/3669. Rights Description. Supervisor:大塚信雄, 材料科学研究科, 修士. Japan Advanced Institute of Science and Technology.

(2) II1-V ~~~1lf!'~~~f~q:t1A:*(1)~~f*7'/~-1 A ~ (1)*J3.Jj.~t>1t t.& <. ;m~-1-~it-1-*? let~' (1)m~tf"F ~ ~Tv\. =.. ~. let ~iF' G A. 1:::0~. r P:::':7 A7j-Jf-C(1)~ l, v \iftf-r ~ l, -cm~m~ n. fJU;z fi GaAs f:tm:(±J.t <Jtj V\ Gn -C v\ g ~~f*-C lb g iJ~ J!t±l ~ n. Jf.:m*. -C v\ go L iJ::.l, 7'/~-1. A ~. iJ~,. L -CmJ]f"F ~ 1t g. -Cv\ go. Mn let ~'~~j]IJT g =. ~ -C5i1lf!'r1 (1)~m. ~;:J:t q:-.::r.. !J ~7ml.8tiJ~f~v \ =.. r 7~:; A -7 ~;:;fUJtjT g tc..lh(1)A 1:::°~aAJ;::Jov\-Cm1itJi8tiJ~/J\. ~. v\ =.. ~. ~ ~,. let ~',. A. e. ~m. M~T""~. ~~~JmiJ~lbgo. =. (1))Jj{[Zg~;:f:t1lf!'~%~(1)l1IDm8tiJ~f~v\=. ~ let ~iJ~lbgo ~@](1){jJf5'e-Cf:t Be ~ Si ~ v\ 5 im~(1) r'~ 1:::0~ ~~l ~;:~t>n -Cv \ g %~ ~ Jtj V\ -C ftD:(±A 1:::0~ (1)1'¥:(± ~ J!t±lT =. ~ ~ ~ I¥J~;: L tc; =. =. -C f:t Be ~ Si ~ v\ 5 #1lf!'~%~ ~ Jtj v\ -c:Jo ~, ~ =. iJ::. G ftD:(±A 1:::0~ (1) 1'¥:(± (1) PJtlli'r1iJ~ lb g ~ =. -6 ~;:~m:r1iJ~ lb go ~ tc..~~f*.:r. v:7 r P:::':7 A -Cf:tPX;~ L tc..ttVW ~ let "0 -Cv \ g FT~, 7:7 -e 7' -7 ~(1) F~ 7'~;: J: ~ ~m ~ n g (1) -C, =. (1){jJf5'e(1) PX;*iJ~7'/~-1 A (1) ~m~;::Jo:Jov \ ~;:Jt~T g PJtllij~iJ~lbgo. ~ G~;:~l,V\~(1)ftD:(±A 1:::°~~;:J:gA 1:::0/~'~~ l,-C£iil{jJf5'e(1)&::\~t1:.Cg ~. ~;zGngo. ~~f*~-C~FT~~7:7-e7'-7~iJ::.G~t±l~n~q:-~!J7~~m-C*~)Jj{-1-~.~~go. (1)*~)Jj{-1-~'~-Cf:t-1 /.t"~1~.:r.*/v:¥~ ~ ~9JJ~~7 ~®H:t~n~n. a~ = (41rEOEn2)/(m*e2) ~ ~T =. ~ iJ~-C~ v\(1)-C~@~~;:J:t""-C:7 ~. ~ t#~~;:*~. <,. ~ ~;fUJtj. =. (e4m*)/(2(41rEOEn)2),. go ~~f*~-Cf:t~m?¥iJ~*~. <~ tc..~:mWitiJ~/J\ ~. 7F~~~;:~§. <*~~ngo. ~~7~~f:t~-1-~~J:. -~~;:-1 /.t"/1~.:r.*/v:¥~f:t~7ml.m.8t(1)~.:r.*/v:¥~~. tc..lh, ='(1)*-Cf:t&it(1). (1) =.. P /fJf:t~& l". E. =.. IRJm.8t-Clbg o ='(1). F~1:::°/:7"~;:J: ~ f:t*~)Jj{-1-~.(1)?ElmJ]M~(1)mlet ~ ~mu~-c~. go =. 0/:7" L tc..* ~;::Jo ~t g ~~MS~f*~~/et ~'(1){jJf5'eiJ~:@'~I¥J, ~ L -C Si ~~;: p ~ ~~'~ 1:::. ~1¥J~;:1Tt>ntc..o. =. (1)*~;::Jov\-C7F~~~~il8t~;:B-tr~.-Cf:t, ~~}~(1)JlI. m-1-f:t 7. <-Cf:t*1lf!?¥~J:t~iJ~ =. =. -CT~~ngf~iJ::.. .:e/v ~. G*~. mEf*(1) J: 5 ~;:1JlR. 50 l,iJ::.l,. <Tn -Cv\g =. ~ iJ~J!v\t=~ ntc..o. Hirsch et at. [1] f:t~~*§~;::Jov\-C~~Tgm-1-~ftD:(±m-1-iJ~3t1'¥Tg-=mEf*.:c7'/v~;:J: Tn~mlj,Ej-C~. g. ~~1!r. (1)7'/v-7. ='(1). l,tc.. o. {jJf5'e~;:Jtjv\g~f-r~7j--1-~.:r.. ~ Si. ~,. e-7 q:-"S/~ (MBE). F~7'~~B-tro GaAs ~-Cf:t Be. -C buffer ~(1)PX;*~1TV\, RHEED. ¥:t~;:J:"0-CPX;ftl,tc.. o ='(1)~f-rf:t~~;:/et"0tc... f:t7 :7-e7'-7~, Si f:t. FT~ ~. ~;:J:"0-C~rnJ(1)m~~.J?~Tgo 400°C. 1. Be. l, -Cth< 580°C. 0. -C Be 7'/v-7. F~7'.

(3) ]j, Ga.As spacer B, It~W2;tt;:~$+~v\. SiT'!v~ F~7"]j, GaAs c ap]jO)JI~ilH::'ptftTQo .:cO)I~t. <--::n'ppx;* L.-1;:o. pX;* L.-1;:~t-H;J: van der Pauw It:d;:J: ~. F~l:::° /y'ml. *~!vWJ~jjl~JE~1T. v\, ~m:~ {iiiJNO)t.ffil.N~1f·r1:~ffi ~JE l.-1;: o *- t: PPMS ~tI~ JtJv\--C*~!v~m ~ $%~m:O)t.ffil. It~1f 'I1:~mIJJELJ;:o $%~m~mIJ JETQ~, 9TO)$~*---CFlJ1JP1.-, .:cO)jJrPJlj:T'!v~ F ~7"iii ~;: ¥1T~;:. 1.- tt:. 0. No. 2 iJ~ G No. 6 O)~t-H;t Be ~ Si O)T'!v ~ p'~7"mm~ ~'0. --C:to ~, No. Ilj: Be T'!v~. F ~7"Jjtclt~~--::> o I@. 1. Ij: 6 flO)~t-H;:--::>v\--C van der Pauw ~ ~;:J:. ~ "S/~ r~m~. ffilJJE 1.- t;:~* --Cib Q. G Ij:kt-J 200K J:. ~. t. 0. ~mO) t.ffil.It~1ft'£iJ ~. ~t.ffil.fJtIj--CIj: ~~i¥Jit{~ ~iJ~Jt. {~~'I1:JE1t ~ fijH±JE:rLiJ~=*1f iJ~5'JiJ~'0. tr.;. ~ 1 ;: * -9-. 1.- --Cv\ Q o. ~;:. Ght;: o. 1.- t;: {tlJ. 2X104 ,...--. -. v\fhO)~t--l-t. \ t § ~ tt'0. --C v \ Q -:.. -. -. -. -. ______-. ---,. 6. ~. fijj:f:E:l7\~iJ~ G{iiiJIt fIlffi~;:Dlb~ ~ht;:JE:rLiJ~{~ fE;t.ffil.fJlJJ--CO)~mO)ffi1Jp~j:~DlbJEaO)~p. J: ~ {~~'I1:JE:rLO)itJl'iJ~~P 1.- tt: -:. ~. ~;:. J: Q 200K iJ~ G. c:. ~'". 0. <it Q -:. ~ 1j: 7 ~ /. rWJt.ffil.fJlJH;:rtlJiJ~'0 --C~miJ~*~. /~iLO). -. ~.ffi.<~'0~~~~~;tGhQ o. I@. -. ------~. 2 1j:$%~mO)mIt~1f'11: ~ *~ !v~iiJ ~ O)t.ffii.lt~1f. 'l1: ~ m~ JE 1.-t;:. t O)--Cib s .. ~m~~T-:. ~ iJ~5'J iJ~'0. $%~mO)mIjJEiJ~ Glj:jlO)$%. t-;. jlO)$%~miJ~ *~. ~1. o. <it Q t.ffil.. 100. 200. 300. T(K). It ~ {iiiJlt iJ~ W21 ~ T Qt.ffil.ltiJQ9:I;f'fP] e --C ib Qo fE;t.ffii.fJtIJ--cO). f@:iJ ~ ~"O)~t--l*0). 7. ~. FV7 /. t fP]. e f@: ~ ~. '0 --Cv\ Q. 0. -:.. h G O)~ ~iJ~ G*. r{iiiJIt~ik:~ Q~iL~mlj: ~'h t. / ~iL it ~--Clj:it. 0.015 ,...--. -. -. <. -. ff!1O)~ml;:. -. -. -. J: Q t. -. fP] e tc ~~;t GhQ O)--C, 0) ~ ~;t. ~ t.ffii.fJtl1 --CO)t.ffil.Jjt W21~1j:. GhQ o. -----,. 0.010. 0.005. o!' ~ <I. 0.000 .. -0.00 5. o. 50. 100. 150. 200. 250. o. '----------'-~-'-----'----'-~-'---'-----'-~---'----'. o. 300. TOO. 50. 100. 150. TOO. 2. 200. 250. 3 00.

(4) ~ 31j:~t*~ f~jrtO)mYr~m~~ L-t;::. No . 5 0)~f-l-I~-Jv\-C1T-:d;::*-lv~mO)~*-c'&;;;S 0. ~1.ffil.1Jt1J-c'm~I~J;~{jtlT;S M1*iJ ~ G O)--rniJ ~ Jt. Gn;S o. Tf~:bi:>~~*-IV5<JJ*iJ~.7Jl1J ~n -Cv\;S o. ~~*-lv~*Ij:Jm~O)*-lv~*I~JJo;t -C~f-l-O)m1~f~J;~17tlT;SJliJ~mn, *-lv~mlj:7JzO). it-c'~it;S. : RHall=R~B + cpM , :=.:=. -c' R~. ;S JlO)1*~fj:¥~1*f~ ~. L.J;::.A 1::°/ 200. ~ I;J:~ 1v~';j:1Ui1'fffl~it--rf;:~mtE~~~1*-:::>-Cv\ 11tl.ffil.f~f~;S f~. L-t;::iJ L':) -C }ljJtE.A 1::0/Ij:j!lffkff:f~~m. G&;; ;S ~ff:~ ~ ~. ~. ;S :=.. ~ f~ f~. ;S r:. J: -o -C 5DK -c(0):=' O) • • O){~ ~ iJ~ G R~ ~. 300,-----,-------.-= 140K. :=.n~ ~m-c'~~~O)J.ERffi~~L-~~. ~ f~ ~, !\t·'::d;::jr~O)}ljJtE L-t;::J.E:rU~MIIm. lj:mJ ~ ;S iJ~, ,~ i». [2]0. 3 ~Jt;S ~, ~1.ffil.-c'Ij:~'ffi'*-IV5<j]*iJ~JtGn;SiJ~ 5DK. -c'~ • •-c'&;;;So. !J 7. ~'-c'Ij:~m*f~J;~{jtlT;S. .... 1j:J.E~O)*-lv1*~-c'&;; ~, - jj , m1~f~J;~{jtlT. ~ ~ ~ ;t. 100. Gn ;S a. -c'*~;S:=' ~ iJ~-c'. a. 0. ;S o :=.:=. -c'~m'~~~O)m1~1j::1'!J Iv7 / ~ ~ -c'~T :='. -c'~;S 0 M. =. N, <8 >= N , < 8>= NsSBs(x). ~ iJ". ~ t~;So. -100. :=. -200. :='-c'<8>~m~~-j/~O).~~,N~}ljJtEL-km~ ~-j/~o)@~-c'&;;~,s~~O)m~~-j/~O).A~. -300. L...J.....>.....l....L...I................--'--'--L.......L.-<--.1.-L--'-'-J................ -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10. /O)*~ ~-c'&;;;S o. .A 1::°/~mJl.Ij~~u~*ff:L-t;::~m* [3] 2 Ps =21f (kFm2f;x)j(pe2h3)Ns [S (S + 1)- <8>2] ~, -f!J. Bm. Iv7 /~~f~ J:;S ~m'~~~O)m1~~~lltf~An;S ~, :=. nGO)~*iJ~J:. <~~-c'~t;:: o. ~. 41j:7JlIJJE L-t;::mYrmm{tf~:=' o)~~o)~*~~-Clj:~t;:: t o)-c'&;;;S o ~~-c'1~tdt ~ :=. O)~ 1lffiliJ~ G ~ -C 1j:~kitl j:f;J:f£if'0 -Cv\;S o ~v\Ij:.A 1::0 /~mJl.U~~I~.tolt ;S~~ § S31T~0)5fJJ*I~ J: -o -C~~ ~ n;S o L- t;::iJ~ -o -C,. 7"IV~ F-7"~~f~:J3v \ -C }ljJ:(£.A. 1::0/iJ ~ff:t:ET;S 1iJ1m'~ ~ .w.tI:J. T:=' ~ iJ"-c'~ t;:: ~ ~1lffil-c'~;S 0 ~ t;:: :=. 0) ~~ iJ~.w. tI:J ~ n;S t;:: ~ 0) Ift:& ~{tj: f~ -J v\ -C ~ A: k. o. P'-l:::"/~l71~~~J! L-t~ to)~v\. <-JiJ~Ift:&~11'-:::>. tc, L-iJ~ L-*~ t~~~*-lv 5fJJ*~jrtO)mYr~m~~T~. 4360. f-l-~~;S:=' ~ iJ"-c'~ f~iJ~'0t;:: o Jm~O)¥:5to) As :5t-T.5~J3t ~ 4350. -c'Ift:& ~ 11' '0 k ~if f~ Ij:, ~mtJ3t 0)}ljJ t:E.A 1::0 /0) ff:t:E ~ ~ ~ Ili:T ;S*~ f~~mtJJ3tO)W21~~~T~f-l-iJq~ Gnt;::o :=.n G O)JJX;:&~{tj:iJ"Ift:&~iIDf~~~~-9-;t, ~ G f~~niJ~:=' O)~ ~f~J: ~ ~<. 0)}ljJt:E.A 1::°/~~lftL-m Yr~itS~,~~W21~~ it-C v\;S ~ ~ ;t;s :=. ~ iJ~ -c' ~ ;S a. 4340 4330 L....L.......--'---'-...l....-.L..........l--L-----'---"--,---,-'---'---'---'-.J.......J. -10 -8 -6 -4 -2 0. 4. 6. 8 10. srn ~. 4: No. 5 ~f-l-O)mYr~m 07JlIJJE. {t, -. 3. 2. m-~{t.

(5) [1] M. J. Hirsch, D. F. Holcomb, R. N. Bhatt, and M. A. Paalanen, Phys. Rev. Lett. 68, 1418 (1992) . [2] F. Matsukura, H. Ohno, A. Shen, and Y. Sugawara, Phys. Rev. B 57, R2037 (1998). [3] P. G. de Gennes and J. Friedel, J. Phys. Chern. Solids 4, 71 (1958).. 4.

(6)