JAIST Repository: 狭ギャプ半導体共鳴トンネル素子の研究
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(2) A18P2. 狭ギャップ半導体共鳴トンネル素子の研究 亀井 真悟（山田研究室） [ 背 景 ] InAs、GaSb、InGaAs 等の狭ギャップⅢ−Ⅴ族半導体からなる量子井戸構造で は結 晶構造自体の反転非対称性の他に、スピン軌道相互作用、ポテンシャルの非対称性のため に零磁場において伝導帯のスピン縮退が解けること（零磁場スピン分離）が期待される。 近年、このようなスピンバンドの分離を利用してスピンデバイスを実現しようという提案 がなされ、スピン軌道相互作用の強い系のデバイス構造に関する関心が高まっている。 [ 目 的 ] 零磁場スピン分離を評価する方法として、共鳴トンネル構造を用いてトンネル電 流 の ピー ク において評価する共鳴ト ンネルダイオード RTD（Resonant Tunneling Diode）を考案した。ところが RTD 構造は障壁層と井戸層間のバンド不連続が大きくな いと、量子準位が井戸内に形成されない。そこで、井戸層は狭バンドギャップ半導体の InGaAs、障壁層はワイドバンドギャップ半導体の InAlAs を採用した。本研究の目的は、 RTD を作製し電気的特性から零磁場スピン分離を評価することである。 [ 作 製 ] Sample は GaAs 基板上に共鳴トンネル構造をエピ成長させ、電極はエミッタ電 極（Ti/Ni/Au）、コレクタ電極（Ti/Au）としエミッタ電極に磁性金属(Ni)を採用し、ス ピン注入を試みた。 [ 評 価 ] クライオスタットを用いた極低温（1.5K）での I-V 測定の結果、明瞭な負性抵 抗が得られた。しかし、＋電圧側と−電圧側でのトンネルピーク電流値が非対称である。 また±0.1V 付近での微小領域で分離したトンネル電流のピークが見られる（Fig.2）これ は量子準位の存在しない所からの信号である。微小領域でのピーク分離についての詳細を 発表の中で行う。 . emitter electrode Si − doped In 0.5Ga 0.5As Si − doped In 0.5Ga 0.5As barrier layer un − doped In 0.5 Al0.5As asymmetry well un − doped In 0.75Ga 0.25As layer + In 0.66Ga 0.34As barrier layer un − doped In 0.5 Al0.5As collector electrode Si − doped In 0.5Ga 0.5As Si − doped In 0.5Ga 0.5As In x Al1− x As step buffer. Si − doping Thickness (nm) cm −3. ( ). 1× 1019 3× 1017. 10 100 5 5 5. 3× 1017 1× 1019. 5 50 150. S.l.GaAs. Fig.1 Schemetic layer structure of our RTD. . Fig.2 I-V characteristic of our RTD. [ k e y w o r d s ] 狭バンドギャップ半導体、共鳴トンネル電流、零磁場スピン分.
(3) 0.006 ) A 0.004 m ( t 0.002 n e r 0 r u C -0.002. injection from Ti/Ni/Au emitter injection from Ti/Au collector. -0.004. -0.006 -0.1. -0.05. 0. 0.05. 0.1. Voltage(V). 1 injection from Ti/Ni/Au emitter injection from Ti/Au collector. ) A m ( 0. 5 t n e r 0 r u C -0. 5. -1. -1. -0. 5. 0 Voltage(V). 0. 5. 1.
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