WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«Дорохин Михаил Владимирович СПИН-ЗАВИСИМЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ЦИРКУЛЯРНО-ПОЛЯРИЗОВАННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ В ГИБРИДНЫХ СТРУКТУРАХ ФЕРРОМАГНЕТИК/ПОЛУПРОВОДНИК А3В5 ...»

На правах рукописи

Дорохин Михаил Владимирович

СПИН-ЗАВИСИМЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ЦИРКУЛЯРНО-ПОЛЯРИЗОВАННАЯ

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ В ГИБРИДНЫХ СТРУКТУРАХ

ФЕРРОМАГНЕТИК/ПОЛУПРОВОДНИК А3В5

Специальность 01.04.10 – физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Нижний Новгород - 2016

Работа выполнена в Научно-исследовательском физико-техническом институте и на кафедре физики полупроводников и оптоэлектроники Физического факультета федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И .

Лобачевского»

Научный консультант: Павлов Дмитрий Алексеевич доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой Физики полупроводников и оптоэлектроники ННГУ им. Н.И .

Лобачевского

Официальные оппоненты Тагиров Ленар Рафгатович доктор физико-математических наук, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет», заведующий кафедрой Физики твёрдого тела .

Голик Леонард Леонидович доктор физико-математических наук, Фрязинский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт радиотехники и электроники им .

В.А. Котельникова Российской академии наук, заведующий лабораторией Функциональной электроники Буданов Александр Владимирович доктор физико-математических наук, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий", Заведующий кафедрой Физики, теплотехники и теплоэнергетики

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук

Защита состоится «26» декабря 2016 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.166.01 при Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского по адресу: 603950, Нижний Новгород, пр. Гагарина, д.23, корп.3, конференц-зал .

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского и на сайте diss.unn.ru/644 .

–  –  –

Актуальность темы. Спинтроника – это динамично развивающаяся область науки и технологии, основанная на использовании, кроме заряда электронов в твердых телах, другого их фундаментального свойства – спина. Целью спинтроники является создание элементной базы микросхемотехники, функционирующей на основе новых физических принципов, которая станет перспективным направлением развития современной микроэлектроники .

Фундаментальные спин-зависимые явления могут быть использованы для улучшения параметров интегральных микросхем и приборов на их основе:

1) Снижение энергопотребления достигается за счёт использования схем с переносом спина без переноса заряда. В таких схемах ток, переносимый электрическим зарядом, равен нулю, а спиновый ток не равен нулю. Управление спином требует значительно меньших затрат энергии, чем перенос электрического тока .





2) Повышение быстродействия/производительности/объёма оперативной памяти. Современная электроника базируется на интеграции дискретных элементов. Для повышения производительности необходимо увеличивать число элементов на кристалле, что достигается за счёт уменьшения их размеров. Такой подход технически сложен и имеет пределы, связанные с достижением атомных размеров .

Спинтроника формирует методы реализации базовых функций электронной аппаратуры, основываясь непосредственно на спин-зависимых явлениях в твёрдом теле. В результате в приборах спинтроники уже на этапе выполнения базовых функций уменьшается количество необходимых элементов. Таким образом, экономится площадь кристалла, либо повышается производительность микросхемы .

3) Повышение надёжности/износостойкости. Достигается в перспективе за счёт отсутствия схем, использующих протекание электрического тока через полупроводниковую структуру. В случае отсутствия электрического тока становятся несущественными физические явления, приводящие к деградации полупроводниковых приборов: разогрев током, диффузия, электромиграция. Кроме того, переключение состояния элементов (с логического «нуля» на логическую «единицу») можно осуществлять путём перемагничивания, в этом случае элемент выдерживает большое количество циклов переключения .

Решение практических задач полупроводниковой спинтроники связано с использованием фундаментальных эффектов, обусловливающих спиновую поляризацию носителей заряда в неферромагнитных полупроводниках. Известен ряд подобных эффектов: спиновая поляризация в результате облучения циркулярно-поляризованным светом (Книга «Оптическая ориентация»

под ред., Б.П. Захарчени, Ф. Майера, 1989), спиновая инжекция из ферромагнитного металла (обзоры I. Zutic, S. Maekawa, M. Holub, 2004-2007), спиновая поляризация носителей в полупроводниках за счёт обменного взаимодействия с близкорасположенным ферромагнитным слоем (работы D.D. Awschalom, 2002-2005 гг., Б.П. Захарчени, 2003-2005 гг.). Наибольшие практические перспективы, на наш взгляд, имеют последние два из указанных выше эффектов, первый же, наиболее часто используется для анализа динамики спин-поляризованных носителей в полупроводниковых структурах .

В направлении применения эффектов инжекции и взаимодействия активные научные исследования ведутся по настоящее время (об этом можно судить по большому количеству публикаций 2014-2015 годов). Отдельно следует отметить работы, посвящённые созданию и исследованию приборов на основе эффекта спиновой инжекции: спинового светоизлучающего диода, спинового транзистора.

Прогресс последнего времени в указанных исследованиях таков, что основные параметры работы приборов уже находятся на уровне коммерческих применений:

значения степени спиновой поляризации выше 50 %, работа при комнатной температуре, низкий диапазон магнитных полей (например, исследования групп P .

Barate, R. Wang (2014 год), T. Manago, H. Akinaga (2007-2008)). В то же время существует ряд нерешённых задач как фундаментального, так и технологического характера. К задачам технологического характера относится необходимость расширения спектра методов формирования приборов спинтроники, т.к. уже разработанные методы отличаются сложностью, дороговизной и низкой производительностью (это замечание в полной мере применимо к наиболее распространённому для создания приборов спинтроники методу молекулярно-лучевой эпитаксии). Сложность методов получения связана с главной тенденцией в технологии спинтроники – созданием совершенных структур с близкими к идеальным границами раздела. Поэтому, актуальным вопросом для применения более простых технологических подходов является максимальная степень неидеальности гетерограниц в структурах, при которой параметры работы приборов не выйдут за рамки допустимых диапазонов .

С указанным вопросом связаны задачи фундаментального характера, а именно, изучение влияния ростовых дефектов на спин-зависимый транспорт и спин-зависимую люминесценцию .

Описанные выше вопросы в литературе почти не исследованы. Например, нами не было обнаружено сообщений о изучении эффекта спиновой инжекции или спиновой поляризации в структурах, сформированных методом газофазной эпитаксии, который, наряду с молекулярнолучевой эпитаксией, является самым распространённым способом создания полупроводниковых эпитаксиальных структур (метод газофазной эпитаксии характеризуется наличием ростовых дефектов на границе ферромагнетик/полупроводник). В связи с вышеизложенным, затрагиваемые в настоящей работе вопросы создания ферромагнитных наноструктур методом газофазной эпитаксии и исследования в них эффектов спиновой инжекции и обменного взаимодействия представляются актуальными для развития направления «спинтроника» .

Цели и задачи работы .

Целью работы является поиск путей применения технологии газофазной эпитаксии из металлорганических соединений и гидридов – МОС-гидридной эпитаксии (МОСГЭ) и импульсного лазерного осаждения (ИЛО) для создания полупроводниковых наноструктур, обеспечивающих управление спиновой поляризацией носителей заряда на основе эффектов спиновой инжекции и обменного взаимодействия .

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

- Анализ эффектов спиновой инжекции и обменного взаимодействия на основе известных экспериментальных результатов и теоретических моделей, а также с учётом свойств реальных структур, формируемых методами МОСГЭ и ИЛО;

- Создание методами МОСГЭ и ИЛО гетероструктур ферромагнетик/полупроводник, обеспечивающих управление спиновой поляризацией носителей заряда;

- Изучение свойств гетерограниц в сформированных структурах: степени разупорядочения, диффузионного перемешивания, влияния дефектов на рекомбинационные характеристики;

- Анализ влияния свойств границы раздела ферромагнетик/полупроводник на эффективность управления спиновой поляризацией носителей заряда путём исследования магнитоуправляемой циркулярно-поляризованной люминесценции сформированных структур. Определение условий, обеспечивающих спиновую поляризацию носителей .

Объекты исследования .

Объектами исследования являлись полупроводниковые гетеронаноструктуры с квантовыми ямами InxGa1-xAs/GaAs (x 0,1-0,25), содержащие ферромагнитные слои. В качестве ферромагнитных использованы наиболее изученные в мировой литературе слои разбавленного магнитного полупроводника (A3,Mn)В5 (A=In,Ga; B=As,Sb) и слои ферромагнитного металла Ni, Co, CoPt, кроме того, рассмотрена оригинальная конструкция, полученная при участии автора работы: ферромагнитные Mn-легированные слои в матрице GaAs. Структуры формировались комбинированным эпитаксиальным методом, сочетающим МОС-гидридную эпитаксию и импульсное лазерное осаждение, объединённые в одном реакторе. Геометрия слоёв и легирование полупроводниковой эпитаксиальной структуры обеспечивали формирование светоизлучающих диодов: диодов с барьером Шоттки, структур металл/туннельно-тонкий окисел/полупроводник, p-i-n диодов, диодов с туннельным барьером (A3,Mn)В5/n++GaAs. При этом ферромагнитные слои используются как инжекторы спинполяризованных электронов или дырок .

Методы исследования. Исследования структуры поверхности металлических контактов и поверхности полупроводника под металлическим контактом были выполнены с помощью метода дифракции электронов на отражение на электронографе ЭМР-102. Исследования структуры и состава поперечного среза образцов проведены на просвечивающем электронном микроскопе JEM-2100F (JEOL) с термо-полевым катодом. Снимки высокого разрешения обрабатывались в программе Digital Micrograph. Элементный состав определялся методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS), реализованным посредством детектора X-max компании Oxford Instruments, смонтированного на микроскопе JEOL .

Элементный анализ приповерхностных областей структур осуществлялся с применением методик рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) на базе сверхвысоковакуумного комплекса Omicron Multiprobe RM, а также вторично-ионной масс спектрометрии на масс-спектрометре МС-7201М .

Магнитополевые зависимости намагниченности исследовались при анализе измерений аномального эффекта Холла, а также измерялись на магнетометре переменного градиента силы, разработанном в Научно-исследовательском физико-техническом институте Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского (НИФТИ ННГУ) .

Электрические свойства сформированных диодов изучались при измерении вольтамперных характеристик (ВАХ). Для измерений ВАХ в НИФТИ ННГУ разработан специальный измерительный алгоритм с использованием источника-измерителя токов и напряжений Keithley 2400. Для анализа ВАХ были выполнены расчёты зонной диаграммы и распределения носителей заряда в модельных одномерных структурах аналогичных сформированным в настоящей работе диодам. Расчёты выполнялись помощью программы 1D Poisson/Schrdinger для температур 10 К и 77 К .

Исследования спектров фото- и электролюминесценции выполнялись на универсальных спектральных установках, расположенных в НИФТИ ННГУ, которые включают монохроматоры МДР-3, МДР-23, набор лазеров для исследований фотолюминесценции, источники тока Keithley-6221, Keithley 2400 для исследований электролюминесценции. Также контрольные исследования выполнялись с использованием установок, расположенных в Институте Физики твёрдого тела РАН, г. Черноголовка, и в лаборатории Оптических свойств твёрдых тел Института Физики Глеб Ватагин (IFGW) при Университете г. Кампинас (UNICAMP), Кампинас, Бразилия .

Исследования циркулярно-поляризованной электролюминесценции выполнялись на базе перечисленных выше спектральных установок. Для измерений исследуемые образцы помещались во внешнее магнитное поле, электромагнитов (для измерений в диапазоне ±0,3 Тл) либо сверхпроводящих соленоидов (для измерений в диапазоне ± 10 Тл) .

Варьирование температуры измерений в электрических и люминесцентных методах измерения осуществлялось путём помещения образцов в сосуд Дьюара с жидким азотом (для измерений при 77 К) либо путём помещения образцов в криостат (гелиевый криостат замкнутого цикла Janis CCS-300S/202, гелиевый проточный криостат, гелиевый заливной криостат) .

Достоверность результатов в экспериментальной части работы обеспечена использованием взаимодополняющих методов анализа, воспроизводимостью характеристик исследуемых объектов, многократной экспериментальной проверкой результатов измерений, использованием аттестованной измерительной техники. Также достоверность обеспечена совпадением в пределах погрешности характеристик структур, измеренных с использованием разного научного оборудования в разных научных группах (ИФТТ РАН, IFGW университет г .

Кампинас) .

Научная новизна работы .

1) Впервые показана возможность спиновой инжекции как электронов, так и дырок в прямосмещенных диодах Шоттки Ni(Co)/GaAs. Из экспериментов на образцах спиновых светоизлучающих диодов (ССИД) с различной глубиной залегания активной области по отношению к границе раздела металл/GaAs определена эффективная длина потери спиновой ориентации дырок в эпитаксиальном слое GaAs (~ 67 нм при 1,5 К; ~ 60 нм при 10 К) .

2) Впервые изучена природа дефектов границы раздела ферромагнетик/полупроводник (GaAs) в спиновых светоизлучающих диодах, а также выполнен анализ влияния этих дефектов на эффективность инжекции спин-поляризованных носителей .

3) Впервые была обнаружена немонотонная зависимость степени циркулярной поляризации, обусловленной спиновой инжекцией, от величины пространственного разделения ферромагнитного инжектора (CoPt) и активной области (квантовой ямы InGaAs) .

Обнаруженный эффект позволяет управлять параметрами циркулярно-поляризованного излучения, в том числе и знаком, при варьировании толщины покровного слоя в структурах .

Предложена качественная модель, объясняющая полученный эффект; модель основана на эффекте спиновой прецессии инжектированных носителей заряда в магнитном поле ферромагнитного контакта CoPt .

4) Впервые показана возможность формирования спиновых светоизлучающих диодов, содержащих слои разбавленного магнитного полупроводника, с применением метода МОСгидридной эпитаксии. Высокое совершенство и однородность формируемых слоёв достигаются за счёт комбинации метода МОС-гидридной эпитаксии с методом импульсного лазерного осаждения. Впервые показана возможность спиновой инжекции электронов и дырок в структурах, содержащих слои разбавленного магнитного полупроводника, сформированных комбинированным методом МОСГЭ и ИЛО .

5) Впервые получена инжекция спин-поляризованных носителей при комнатной температуре в структурах на основе разбавленного магнитного полупроводника. Результат получен в структурах с инжектором типа (Ga,Mn)Sb и гетероструктуры InGaAs/GaAs .

6) Впервые был сформирован спиновый светоизлучающий диод на основе ферромагнитной гетероструктуры, представляющей собой квантовую яму InGaAs/GaAs и ферромагнитный Mn-легированный слой, расположенный вблизи квантовой ямы, в матрице GaAs .

Отличительной особенностью диода является принцип циркулярно-поляризованной люминесценции, основанный на спиновой поляризации носителей в активной области в результате взаимодействия с близкорасположенным ферромагнитным слоем. Подобный принцип позволяет получить циркулярную поляризацию как фото- так и электролюминесценции .

7) Для спиновых светоизлучающих диодов, работающих на основе эффекта обменного взаимодействия, впервые продемонстрирована возможность управления знаком циркулярной поляризации ЭЛ при варьировании ростовых параметров .

Практическая значимость работы .

1) Разработана лабораторная технология создания спиновых светоизлучающих диодов, испускающих частично-циркулярно-поляризованный свет при комнатной температуре и в нулевом магнитном поле (за счёт остаточной намагниченности ферромагнитного слоя). Таким образом, выполнено большинство требований, предъявляемых к промышленным источникам циркулярно-поляризованного излучения .

2) Показано, что технология МОС-гидридной эпитаксии, в случае объединения с импульсным лазерным осаждением, применима для формирования спиновых светоизлучающих диодов, содержащих слои разбавленного магнитного полупроводника. Это открывает потенциальную возможность применения альтернативного метода - МОСГЭ, для создания приборов спинтроники (данный метод отличается дешевизной и высокой производительностью) .

3) Показана возможность получения в диодах на основе разбавленных магнитных полупроводников циркулярно-поляризованной электролюминесценции при комнатной температуре .

4) Показана принципиальная возможность спиновой инжекции электронов, так и дырок для диодов, сформированных с применением подобных технологических операций. Вид спинполяризованных носителей определяется геометрией структур. Использование обоих видов носителей расширяет функциональные возможности приборов спинтроники .

5) Показана принципиальная возможность применения эффекта взаимодействия носителей в активной области и ионов марганца в близкорасположенном ферромагнитном слое (Mnслое) для создания спиновых светоизлучающих диодов с магнитоуправляемой циркулярнополяризованной фото- и электролюминесценцией. Подобное технологическое решение отличается простотой, при этом обеспечивает степень спиновой поляризации, сравнимую с полученной для «стандартных» диодов, работающих на основе эффекта спиновой инжекции .

Внедрение научных результатов .

Основные научные результаты использованы при выполнении следующих НИР: Базовый госбюджет (РНП 2.2.2.2.4737, 2.2.2.2/4297, 2.1.1.3778, контракт 02.740.11.0672), РФФИ (03-02моб_ст, 10-02-00739, 11-02-00645, 12-07-00433, 12-02-31230, 13-07-00982, 13-02-97140, 14-07-31280, 15- 02-07824, 15-38-20642), ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (гранты № 14.B37.21.0346, 02.740.11.0672, П-1279), гранты Президента РФ (16.120.11.5359_МК, МК-2708.2013.2), Проектная часть государственного задания (8.1054.2014/К)), а также Программы ОФН РАН «Спин-зависимые явления в твёрдых телах и спинтроника». Научные результаты работы легли в основу патента РФ (Светоизлучающий диод / О.В. Вихрова, Ю.А. Данилов, М.В. Дорохин, С.В. Зайцев, Б.Н .

Звонков, В.Д. Кулаковский, М.М. Прокофьева / Патент Российской Федерации № 2400866, приоритет 22.05.2009, опубликовано 27.09.2010. Бюл. № 27.) .

Основные научные положения, выносимые на защиту .

1) В диодах Шоттки ферромагнитный металл/GaAs и ферромагнитный металл/туннельнотонкий диэлектрик/GaAs осуществляется спиновая инжекция неосновных носителей (электронов для p-GaAs, дырок для n-GaAs) в режиме прямого смещения диода. Спиновая инжекция неосновных носителей обусловливает циркулярную поляризацию возбуждаемого электролюминесцентного излучения .

2) В структурах CoPt/Al2O3/GaAs в режиме спиновой инжекции спин-поляризованные носители в GaAs находятся под воздействием внутреннего магнитного поля, которое обусловливает спиновую прецессию. Спиновая прецессия приводит к изменению знака и степени спиновой поляризации носителей. Источником внутреннего магнитного поля является неоднороднонамагниченный контакт CoPt .

3) Комбинированный метод МОС-гидридной эпитаксии и импульсного лазерного осаждения позволяет формировать спиновые светоизлучающие диоды, содержащие слои разбавленного магнитного полупроводника (А3,Mn)B5 (А3=Ga, B5=As, Sb). Разбавленные магнитные полупроводники, содержащие кластеры MnА3 или MnB5 в матрице (А3,Mn)B5, обеспечивают спиновую инжекцию электронов при комнатной температуре в диодах с туннельным барьером .

4) Комбинированное исследование фото- и электролюминесценции светоизлучающих диодов, в которых варьируется расстояние между ферромагнетиком и активной областью излучающей полупроводниковой структуры, представляет собой метод анализа временных процессов спинполяризованных носителей (спиновой релаксации, спиновой прецессии, спиновой поляризации), не требующий измерений с разрешением по времени .

5) Близкое расположение (менее 10 нм) ферромагнитного дельта-слоя Mn и квантовой ямы в структурах Mn/GaAs/InGaAs приводит к спиновой поляризации дырок в квантовой яме в результате обменного взаимодействия с атомами Mn в намагниченном дельта-слое. Спиновая поляризация дырок обусловливает циркулярную поляризацию люминесценции .

6) В структурах Mn/GaAs/InGaAs реализуется как ферромагнитное, так и антиферромагнитное взаимодействие дырок в квантовой яме и ионов Mn в Mn-слое в зависимости от ростовых параметров. Это обусловливает экспериментальную регистрацию положительного и отрицательного знаков степени циркулярной поляризации люминесценции, соответственно .

Апробация работы .

Основные результаты работы докладывались на международных симпозиумах «Нанофизика и наноэлектроника» (Нижний Новгород, 2005-15 гг.); Международных симпозиумах «Nanostructures: Science and technology» (С.-Петербург, 2005,2006,2010 гг., Новосибирск 2007 г., Нижний Новгород 2012 г.), Международной научной конференции «Тонкие пленки и наноструктуры» (Москва, 2005 г.), XIII конференции «Высокочистые вещества и материалы. Получение, анализ, применение» (Нижний Новгород, 2007 г., 2015 г.);

Международной научной конференции «75 лет высшему образованию в Удмуртии», Ижевск, 2006; Евразийском симпозиуме по магнетизму (Казань 2007 г.); Российской конференции по физике полупроводников (2007,2009,2011,2013,2015 гг.), 14-м Евразийском симпозиуме по магнетизму EASTMAG (Екатеринбург, 2010 г.), Московском международном симпозиуме по магнетизму MISM (Москва 2011, 2014), II международной конференции по современным проблемам физики поверхности и наноструктур (Ярославль 2012), 5-й международной школеконференции по спинтронике и технологиям квантовых вычислений Spintech (Краков, Польша 2009 г.), 31-й международной конференции по физике полупроводников ICPS-12 (Цюрих, Швейцария, 2012 г.), 18-м российском симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твёрдых тел (РЭМ-2013, г. Черноголовка), международной конференции «Физика, химия и применение наноструктур» Nanomeeting-2013 (Минск, Беларусь, 2013, 2015 г.), 15-м Европейском симпозиуме по газофазной эпитаксии EWMOVPE (Аахен, Германия, 2013 г.); 12 международной конференции-школы: Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики, физические свойства и применение (Саранск, 2013); Международной конференции «Спиновая физика, химия и технология» SPCTС. Петербург, 2015 г.), ряде других молодёжных конференций, а также на семинарах физического факультета и НИФТИ ННГУ им. Н.И. Лобачевского .

Публикации .

По материалам диссертации опубликовано более 100 научных работ, включая 32 статьи, входящие в перечень ВАК, 2 учебно-методических пособия .

Личный вклад автора .

Автором внесён определяющий вклад в получение основных экспериментальных результатов и доработку методики исследования циркулярной поляризации применительно к электролюминесценции и фотолюминесценции гетероструктур InGaAs/GaAs. Также автор принимал участие в постановке, обсуждении и анализе всех экспериментов, которые не были выполнены лично им. Планирование экспериментов, обсуждение и анализ результатов проводились совместно с к.ф.-м.н., в.н.с. НИФТИ Ю.А. Даниловым и д.ф.-м.н., проф. Д.А .

Павловым. Постановка ряда экспериментов и обсуждение результатов проведены со с.н.с .

НИФТИ ННГУ, к.ф.-м.н. Е.А. Усковой, н.с. НИФТИ ННГУ к.ф.-м.н. А.В. Здоровейщевым (исследование диодов Шоттки), с зав.лаб. ЛНЭП ИФТТ РАН д.ф.-м.н. В.Д. Кулаковским (исследования циркулярной поляризации) .

Исследования фото- и электролюминесценции, а также часть исследований циркулярнополяризованной люминесценции проведены автором самостоятельно. Часть экспериментов по исследованию циркулярно-поляризованной электролюминесценции, выполненных в НИФТИ ННГУ, произведена совместно с м.н.с. НИФТИ П.Б. Дёминой (исследования диодов Шоттки ферромагнитный металл/GaAs), м.н.с. НИФТИ Е.И. Малышевой (исследование диодов с инжектором, выполненным в виде (A3,Mn)B5, а также диодов с Mn-легированным слоем), измерения циркулярной поляризации электролюминесценции структур, помещённых в сильное магнитное поле, проведены автором в Институте физики твёрдого тела РАН (г. Черноголовка) совместно с сотрудниками Лаборатории нелинейных электронных процессов к.ф.-м.н. С.В .

Зайцевым, к.ф.-м.н. А.С. Бричкиным, к.ф.-м.н. А.В. Черненко, а также совместно со с.н.с .

НИФТИ, к.ф.-м.н. Н.В. Байдусем. Исследования циркулярно-поляризованной люминесценции в Лаборатории Оптических свойств твёрдых тел IFGW выполнены совместно с Ю.А. Даниловым и профессором Университета г. Кампинос Ф. Икава (F. Iikawa) .

Анализ экспериментальных результатов и разработка теоретических моделей выполнены автором самостоятельно, а также совместно с П.Б. Дёминой (описание механизмов инжекции неосновных носителей в диодах Шоттки), Е.И. Малышевой (анализ и описание циркулярной поляризации в структурах InGaAs/GaAs с Mn-слоем), м.н.с. И.Л. Калентьевой (анализ ферромагнитных свойств и моделирование прыжковой проводимости в структурах GaAs с Mn-слоем) .

Ферромагнитные свойства структур, а также аномальный эффект Холла исследованы н.с., к.ф.-м.н. А.В. Кудриным. Исследования кристаллической структуры и фазового состава выполнены в группе проф. Д.А. Павлова (асп. А.И. Бобров, асп. Н.В. Малехонова, студ. Ю.В .

Усов). Исследования электронографии на отражение выполнены к.ф.-м.н. Е.А. Питиримовой .

Исследования профилей концентрации в структурах ФМ металл/полупроводник выполнены сотрудником ФТИ УрО РАН Ф.З. Гильмутдиновым. Исследования фазового состава методом РФЭС выполнены доц. Физич. ф-та ННГУ, к.ф.-м.н. Д.Е. Николичевым, асп. Р.Н. Крюковым и м.н.с. НОЦ ФТНС С.Ю. Зубковым .

Светоизлучающие структуры изготовлены при участии автора в группе эпитаксиальной технологии НИФТИ ННГУ вед.н.с., к.ф-м.н. Б.Н. Звонковым (выращивание структур), м.н.с .

П.Б. Дёминой и с.н.с., к.ф.-м.н. А.В. Здоровейщевым (нанесение металлических и диэлектрических плёнок) .

Структура и объём диссертации .

Диссертация состоит из введения, литературного обзора, четырёх оригинальных глав, списка литературы и двух приложений. Общий объём диссертации составляет 454 страницы, включая 155 рисунков и 27 таблиц. Объём приложений составляет 5 страниц. Список цитируемой литературы содержит 405 наименований .

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель работы, основные задачи, научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту .

В первой главе выполнен литературный обзор по физическим принципам генерации и детектирования спин-поляризованных носителей в гибридных гетероструктурах ферромагнетик/полупроводник. Наибольшее внимание уделено эффектам спиновой инжекции и спиновой поляризации в результате обменного взаимодействия. Эффект спиновой инжекции заключается в инжекции спин-поляризованных носителей в неферромагнитный полупроводник из намагниченного ферромагнитного (ФМ) электрода [1]. Эффект обменного взаимодействия носителей в полупроводнике с близкорасположенным ФМ слоем обусловливает равновесную спиновую поляризацию [2]. Для экспериментального исследования указанных эффектов предложено формирование спинового светоизлучающего диода (ССИД) – одного из базовых элементов спинтроники. Спиновые светоизлучающие диоды построены на гетероструктурах ферромагнетик/полупроводник, ферромагнитный слой используется для создания спиновой поляризации носителей в неферромагнитной активной области. Степень спиновой поляризации рассчитывается по степени циркулярной поляризации рекомбинационного излучения, которое генерирует ССИД [1] .

Классификация ССИД выполняется по виду структуры ферромагнетик/полупроводник, которая и обусловливает конкретный механизм спиновой поляризации носителей в активной области.

Наибольшее распространение получили 4 вида структур:

1) Структуры ферромагнитный металл/полупроводник или ферромагнитный металл/туннельнотонкий диэлектрик/полупроводник. Такие приборы работают на основе эффекта инжекции спин-поляризованных носителей из ФМ металла в полупроводник [1,3] .

2) Структуры полуметалл MnB5(MnA3)/полупроводник, для которых характерны подобные первому случаю принципы спиновой инжекции [4] .

3) Структуры на основе разбавленных магнитных полупроводников (РМП) (A3,Mn)B5/A3B5 .

Слои (A3,Mn)B5 играют роль областей р-типа проводимости в светоизлучающих p-i-n диодах и диодах с туннельным барьером [5] .

4) Структуры ферромагнетик/полупроводник, функционирующие на основе эффекта обменного взаимодействия. В этом случае активная область ССИД расположена на небольшом (1-10 нм) удалении от ферромагнитного слоя [6] .

В заключительной части главы изложены основные методы получения гетероструктур ферромагнетик/полупроводник .

Во второй главе описаны применённые в работе методы формирования спиновых светоизлучающих диодов, а также рассмотрены кристаллическая структура и фазовый состав гетерограниц ферромагнетик/полупроводник для всех видов исследованных диодов. Для формирования структур использовалась оригинальная технология, представляющая собой комбинацию методов МОС-гидридной эпитаксии и импульсного лазерного осаждения в одном технологическом цикле.

Были сформированы гетероструктуры, для которых ранее была показана возможность инжекции спин-поляризованных носителей из ферромагнитного слоя в неферромагнитный полупроводник:

1) структуры разбавленный магнитный полупроводник (А3,Mn)B5/GaAs;

2) структуры ферромагнитный металл/полупроводник;

3) ферромагнитные полупроводниковые гетероструктуры Mn/GaAs/InGaAs .

При формировании диодов на основе РМП и Mn-легированных слоёв светоизлучающая полупроводниковая структура ССИД выращивается методом МОСГЭ при атмосферном давлении водорода, а ферромагнитные слои – в том же технологическом цикле в реакторе для МОСГЭ методом импульсного лазерного осаждения при пониженном давлении .

Использование такого подхода связано с необходимостью снижения ростовой температуры до 350-450 С, чего невозможно достичь методом МОСГЭ (для которого минимальное значение ~ 500 С соответствует температуре разложения металл-органических соединений). Снижение температуры осаждения позволяет повысить однородность слоёв структуры и резкость гетерограниц, что является существенным фактором для наблюдения спин-зависимых эффектов. При формировании диодов с контактом ФМ метал/полупроводник светоизлучающая полупроводниковая структура ССИД выращивалась методом МОСГЭ, а ферромагнитный металлический электрод осаждался методом электронно-лучевого испарения в комбинированной вакуумной установке (при этом в технологический процесс вводился этап межоперационного хранения) .

Во втором разделе второй главы приведены результаты исследований кристаллической структуры и фазового состава границы раздела ферромагнетик/полупроводник. Показано, что при осаждении ферромагнитного слоя в приповерхностную область полупроводниковой структуры вносятся дефекты различной природы. Основными видами дефектов являются нарушения кристаллической структуры, а также примесные атомы ферромагнетика, проникающие в полупроводниковую структуру в результате диффузии .

Особенностью формирования металлического инжектора является прерывание технологического процесса, связанное с перемещением образцов между ростовыми установками после выращивания полупроводниковой структуры ССИД. Это приводит к осаждению металла на окисленную, частично разупорядоченную поверхность, что обусловливает комплекс эффектов, связанных с диффузией атомов ФМ металла в область полупроводника. Профили концентрации элементов в области границы Co/GaAs, полученные методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, представлены на рисунке 1 .

По данным исследований имеет место ат.% 100 без Al2O3 диффузия атомов Co в GaAs на глубину до 30 содержание, ат.%

–  –  –

1,6 1,4 1,2

–  –  –

где – компонента степени циркулярной поляризации, связанная со спиновой аккумуляцией основных носителей; – компонента поляризации, связанная со спиновой инжекцией неосновных носителей; – компонента поляризации, связанная с Зеемановским расщеплением уровней .

Выделение вклада в выражении (2) выполняется путём сопоставления значений РЭЛ для контрольной структуры (для которой ). Разделение и выполняется путём измерений циркулярной поляризации в структурах, отличающихся расстоянием от активной области до ФМ инжектора (dC). Такое исследование было выполнено для структур с контактом Co/Al2O3/GaAs/InGaAs/n-GaAs и AuCoAu/GaAs/InGaAs/n-GaAs. Для диодов на основе n-GaAs основными носителями заряда являются электроны, неосновными – дырки, т.е. реализуется ситуация спиновой аккумуляции электронов ( ) и спиновой инжекции дырок ( ) .

На рисунке 6 представлены зависимости степени поляризации ЭЛ от величины dC для диодов, помещённых в магнитное поле различной величины.

Согласно теории [1,11] степень поляризации максимальна на границе металла и полупроводника, а по мере удаления вглубь структуры РЭЛ убывает по закону:

, (3)

–  –  –

направление спина носителей меняется на противоположное (здесь – дрейфовая скорость) .

Это обусловливает изменение знака степени циркулярной поляризации на обратный для структур с dC60 нм при инжекции дырок и dC110 нм при инжекции электронов (рисунок 7) .

В четвёртой главе приводятся результаты исследования спиновой инжекции в диодах, содержащих слои разбавленного магнитного полупроводника (A3,Mn)B5 (A=Ga,In; B=As,Sb) .

Рассмотрены две конструкции ССИД, обеспечивающие спиновую инжекцию дырок и электронов: p-i-n диод, содержащий слой (A3,Mn)B5 в качестве полупроводника p-типа, и p-n+ip диод с туннельный барьером на границе (A3,Mn)B5/n+GaAs (рисунок 8), соответственно .

Диоды сформированы комбинированным методом МОС-гидридной эпитаксии и ИЛО, особенности метода рассмотрены в рамках описания Главы 2. Диоды (A3,Mn)B5/iGaAs/InGaAs/n-GaAs представляют собой структуры с p-n переходом (рисунок 8, слева). В режиме прямого электрического смещения (положительный потенциал на (A3,Mn)B5 по отношению к базе n-GaAs) из разбавленного магнитного полупроводника в активную область инжектируются спин-поляризованные дырки .

–  –  –

Рисунок 12 - Изображение зонной диаграммы туннельного диода в магнитном поле и при подаче прямого смещения: (а) толщина dtun меньше области обеднения; (б) dtun больше области обеднения. Стрелками обозначены токи спин-поляризованных носителей .

Зависимость степени поляризации от кристаллического совершенства гетерограниц для структур с туннельным слоем выражена гораздо слабее, по сравнению со случаем p-i-n диодов .

Так, значение РЭЛ при насыщении намагниченности (Ga,Mn)Sb для структур с контактом (Ga,Mn)Sb/n+-GaAs/n-GaAs/InGaAs/p-GaAs сопоставимо с таковым для диодов с (Ga,Mn)As инжектором с подобными параметрами полупроводниковой структуры (РЭЛ =0,006) .

На рисунке 13 показаны магнитополевые зависимости степени циркулярной поляризации ЭЛ диода на основе структуры (Ga,Mn)Sb/n+GaAs с туннельным слоем, измеренные при температуре 10 К (1) и 300 К (2) .

Зависимость РЭЛ(В) для Т=300 К подобна 0,006 200 Намагнич-ть, эме/см3

–  –  –

где – компонента степени циркулярной поляризации, связанная с ферромагнитными свойствами Mn-слоя. Величина насыщается в магнитном поле ~ 100 мТл,

–  –  –

являющихся функциями температуры измерений и внешнего магнитного поля [21,22]. Таким образом, прямое сопоставление намагниченности и невозможно. Для структур Mn/GaAs/InGaAs прямая связь намагниченности (M) ФМ слоя и степени циркулярной поляризации ( подтверждается подобием магнитополевых зависимостей степени ) поляризации и относительной намагниченности, определённой из измерений аномального эффекта Холла (рисунок 16). Исследование зависимости РЭЛ(Т) диодов, введённых в магнитное поле 100 мТл, позволяет, таким образом, анализировать механизмы ферромагнитного упорядочения Mn-слоя. Согласно результатам анализа, для структур с Mn-легированием характерен перколяционный механизм ФМ упорядочения, рассмотренный ранее для разбавленных магнитных полупроводников [23,24]. Согласно [23,24], подобный механизм характерен для (Ga,Mn)As со сравнительно низкой концентрацией дырок, что вполне соответствует исследованным структурам [25] .

Согласно перколяционной модели, 0,14 0,12 РЭЛ

–  –  –

поляризованной компоненты (вставка к рисунку 18), превышает интенсивность положительный знак степени поляризации всегда характерен для слагаемого PЭЛZ, связанного с Зеемановским расщеплением уровней в КЯ. В случае «отрицательного» знака PЭЛ I( ) I( + ). Для таких структур компоненты PЭЛFM и PЭЛZ входят в формулу (6) с разным знаком. В небольшом магнитном поле и при низкой температуре |PЭЛFM|PЭЛZ, это обусловливает отрицательную суммарную степень поляризации (рисунок 18б). При повышении температуры или B величина PЭЛZ становится выше |PЭЛFM|, что обусловливает инверсию знака на положительный (рисунок 18, Т=25 К). Полученный эффект связывается с варьированием знака спиновой поляризации дырок в квантовой яме. Согласно [18,20] циркулярная поляризация ЭЛ в структурах Mn/GaAs/InGaAs обусловлена спиновой поляризацией дырок в КЯ, которая, в свою очередь связана с обменным взаимодействием с ионами Mn в -слое .

Гамильнониан обменного взаимодействия дырок и ионов Mn обсуждался в [27], общее выражение:

, (8)

–  –  –

В силу низкой концентрации дырок в исследованных структурах (концентрация дырок на порядок ниже концентрации Mn) можно предположить наличие как ионизованных (A-), так и нейтральных (A0) акцепторов. В этом случае величина является усреднённым по площади значением. Знак зависит от параметров структур и может меняться при варьировании расстояния от Mn до поверхности (в силу захвата носителей на поверхностные состояния), а также других ростовых параметров (содержания Mn в структурах (QMn), толщины спейсерного слоя dS) .

В Заключении сформулированы основные результаты работы .

В диссертационной работе рассмотрены эффекты спиновой инжекции и обменного взаимодействия носителей в гетероструктурах ферромагнетик/полупроводник, сформированных с применением комбинированного метода МОС-гидридной эпитаксии и импульсного лазерного осаждения. Получены и исследованы основные известные из литературы материалы для инжекции спин-поляризованных носителей: ферромагнитные металлы (структура металл/туннельно-тонкий диэлектрик/полупроводник- МТОП) и разбавленные магнитные полупроводники (структуры p-i-n диодов и диодов с туннельным барьером (A3,Mn)B5/n+-GaAs). Предложена оригинальная конструкция светоизлучающего диода на основе структуры InGaAs/GaAs с ферромагнитным Mn-легированным слоем в GaAs барьере .

1) Впервые показана спиновая инжекция неосновных носителей в диодах Шоттки ферромагнитный металл/GaAs и ферромагнитный металл/туннельно-тонкий диэлектрик/GaAs .

Спиновая инжекция обусловливает циркулярно-поляризованную электролюминесценцию .

2) Помимо спиновой инжекции для диодов ФМ металл/GaAs вклад в циркулярную поляризацию электролюминесценции вносит эффект спиновой аккумуляции (накопления спинполяризованных носителей в приконтактной области полупроводника из-за спин-зависимого сопротивления ФМ контакта). Вклады спиновой инжекции и аккумуляции в циркулярнополяризованную люминесценцию являются аддитивными, т.е. эффект спиновой аккумуляции повышает измеряемое в эксперименте значение степени поляризации ЭЛ. В структурах МТОП ток основных носителей не переносится в область ферромагнитного электрода, а расходуется на излучательную рекомбинацию с неосновными носителями, в таком случае эффект спиновой аккумуляции пренебрежимо мал .

3) Получена немонотонная зависимость степени циркулярной поляризации электролюминесценции от толщины спейсерного слоя GaAs для МТОП структур с контактом CoPt/Al2O3/GaAs/InGaAs. Подобный вид зависимости связывается с прецессией спинполяризованных носителей заряда при переносе к активной области в магнитном поле неоднородно-намагниченного слоя CoPt .

4) Комбинированный ростовый метод, объединяющий МОС-гидридную эпитаксию с импульсным лазерным осаждением в одном реакторе, позволяет формировать спиновые светоизлучающие диодные структуры на основе квантовых ям InGaAs/GaAs и слоёв разбавленного магнитного полупроводника (A3,Mn)B5 (A=Ga,In; B=As,Sb), причём слои РМП играют роль областей р-типа проводимости в светоизлучающих p-i-n диодах и диодах с туннельным барьером. Механизм электролюминесценции зависит от вида зонной диаграммы контакта (A3,Mn)B5/GaAs, при этом может быть реализовано несколько случаев: прямая инжекция дырок, туннелирование электронов, инжекция или туннелирование со вкладом термического заброса .

5) Получена циркулярно-поляризованная электролюминесценция ССИД с инжектором (A3,Mn)B5/GaAs, которая связана со спиновой инжекцией из слоя РМП: в режиме p-i-n диода инжектируются спин-поляризованные дырки, в режиме диода с туннельным барьером – электроны. При уменьшении расстояния между (Ga,Mn)As слоем и активной областью значение степени циркулярной поляризации повышается, что связано с уменьшением деполяризации за счёт спинового рассеяния носителей при переносе к активной области. В структурах с туннельным барьером (Ga,Mn)Sb/n+GaAs получена спиновая инжекция при комнатной температуре, что является рекордом для разбавленных магнитных полупроводников .

6) В структурах ферромагнетик/полупроводник с реальной границей раздела эффективность спиновой инжекции снижается по сравнению со случаем идеального контакта вследствие спинового рассеяния на дефектах, вносимых в приповерхностную область полупроводника в результате осаждения ферромагнитного слоя. К таковым дефектам относятся разупорядочение кристаллической структуры и примесные центры ферромагнитного слоя в полупроводнике .

Формирование кристаллически-упорядоченной границы, а также использование промежуточных защитных слоёв, замедляющих диффузию магнитной примеси, позволяет понизить концентрацию дефектов и повысить эффективность спиновой инжекции и степень циркулярной поляризации ССИД .

7) Сформированы и исследованы спиновые светоизлучающие диоды на основе гетероструктур i-GaAs/InGaAs/n-GaAs, содержащих Mn-легированный слой в i-GaAs барьере. Структуры представляют собой промежуточный случай между диодом с барьером Шоттки и p-i-n диодом, и характеризуются высокой интенсивностью электролюминесценции, а также циркулярнополяризованной компонентой в люминесцентном излучении. Последнее связывается с влиянием Mn-слоя на спиновую поляризацию носителей в КЯ .

8) Для структур Mn/i-GaAs/InGaAs/n-GaAs показано совпадение магнитополевых зависимостей степени циркулярной поляризации фото- и электролюминесценции, а также подобие этих зависимостей магнитополевой зависимости относительной намагниченности. Это позволяет сделать вывод, что циркулярная поляризация люминесценции связана со спиновой поляризацией носителей в квантовой яме, которая появляется в результате взаимодействия с ионами Mn в близкорасположенном дельта-слое .

9) Ферромагнитное упорядочение в Mn-слое, как и взаимодействие дырок в квантовой яме с ионами Mn в -слое, подчиняются закономерностям, характерным для теории неупорядоченных разбавленных ферромагнетиков. В рамках указанной теории, магнитные свойства структур существенно зависят от конкретной технологической конфигурации. Для исследованных структур это проявляется в варьировании магнитополевой и температурной зависимостей степени поляризации люминесценции при изменении технологических параметров. В частности, при варьировании толщины спейсерного слоя и/или содержания Mn в -слое зарегистрировано изменение знака PЭЛ,ФЛ, что объясняется сложным характером взаимодействия ионов Mn и дырок в КЯ, включающим возможность как ферромагнитного, так и антиферромагнитного обменного взаимодействия (с заряженными или нейтральными акцепторами) .

Список цитированной литературы:

[1] Holub, M. Spin-polarized light-emitting diodes and lasers / M. Holub, P. Bhattacharya // J. Phys .

D: Appl. Phys. - 2007. - V.40. - P.R179–R203 .

[2] Захарченя, Б.П. Интегрируя магнетизм в полупроводниковую электронику / Б.П. Захарченя, В.Л. Коренев // УФН. - 2005. - Т.175, вып.6. - С.629-635 .

[3] Comparison of Fe/Schottky and Fe/Al2O3 tunnel barrier contacts for electrical spin injection into GaAs / O.M.J. van’t Erve, G. Kioseoglou, A.T. Hanbicki, et.al. // Appl. Phys. Lett. - 2004. - V.84, n.21. - P.4334-4336 .

[4] Efficient electron spin injection in MnAs-based spin-light-emitting-diodes up to room temperature / E.D. Fraser, S. Hegde, L. Schweidenback, et.al.// Appl. Phys. Lett. - 2010. - V.97. - P. 041103 .

[5] Optical, electrical and magnetic manipulation of spins in semiconductors / D.K. Young, J.A .

Gupta, E. Johnston-Halperin, et.al. // Semicond. Sci. Tech. - 2002. - V.17. - P.275-284 .

[6] Myers, R.C. Tunable spin polarization in III-V quantum wells with a ferromagnetic barrier / R.C .

Myers, A.C. Gossard, D.D. Awschalom // Phys.Rev. B. - 2004. - V.69. P.161305(R) .

[7] Electrical spin injection in forward biased Schottky diodes based on InGaAs–GaAs quantum well heterostructures / N.V. Baidus, M.I. Vasilevskiy, M.J.M. Gomes, et.al. // Appl. Phys. Lett. - 2006. - V .

89, n. 18. - P. 181118 .

[8] Ферромагнитный инжектор CoPt в светоизлучающих диодах Шоттки на основе наноразмерных структур InGaAs/GaAs / А.В. Здоровейщев, М.В. Дорохин, П.Б. Демина, и др. // Физика и техника полупроводников. – 2015. – Т.49, В.12. – C.1649-1653 .

[9] Zeeman spin splittings in semiconductor nanostructures / R. Kotlyar, L.T. Reinecke, M. Bayer, A .

Forchel // Phys. Rev. B. - 2001. - V.63. - P.085310 .

[10] Spin accumulation near Fe/GaAs (001) interfaces: The role of semiconductor band structure / Q.O. Hu, E.S. Garlid, P.A. Crowell, C.J. Palmstrom // Phys. Rev. B. - 2011. - V.84. - P. 085306 .

[11] Spintronics: Fundamentals and applications / I. Zutic, J. Fabian, S. Das Sarma // Rev. Mod. Phys .

- 2004. - V.76. - P.323-410 .

[12] Giant enhancement of spin detection sensitivity in (Ga,Mn)As/GaAs Esaki diodes / J. Shiogai, M .

Ciorga,M. Utz, et.al. // Phys. Rev. B. - 2014. - V.89. - P.081307(R) .

[13] Оптическая ориентация // под. ред. Б.П. Захарчени, Ф. Майера. Ленинград: Наука (ленингр .

отделение). - 1989. - 408 С .

[14] Влияние напряжений сжатия и растяжения в слоях GaMnAs на их магнитные свойства / Б.Н. Звонков, О.В. Вихрова, Ю.А. Данилов, и др. // ФТТ. - 2010. - Т.51, вып.11. - С.2124-2127 .

[15] Исследования структуры ферромагнитного слоя GaMnSb / А.И. Бобров, Е.Д. Павлова, А.В .

Кудрин, Н.В. Малехонова // ФТП. - 2013.- Т.47, в.12. - C.1613-1616 .

[16] Very high spin polarization in GaAs by injection from a (Ga,Mn)As Zener diode / P. Van Dorpe, Z. Liu, W. Van Roy, et.al. // Appl. Phys. Lett. - 2004. - V.84, n.18. - P.3495-3497 .

[17] Effect of n+-GaAs thickness and doping density on spin injection of GaMnAs/n+-GaAs Esaki tunnel junction / M. Kohda, Y. Ohno, F. Matsukura, H. Ohno // Physica E - 2006. - V.32. - P.438-441 .

[18] Emission properties of InGaAs/GaAs heterostructures with delta Mn -doped barrier / M.V .

Dorokhin, Yu.A. Danilov, P.B. Demina, et.al // J. of Phys. D-Appl. Phys. – 2008. – V. 41 – P. 24 .

[19] Schmidt, G. Spin injection into semiconductors, physics and experiments / G. Schmidt, L.W .

Molenkamp // Semicond.Sci.Tech. - 2002. - V.17. - P.310-321 .

[20] Myers, R.C. Tunable spin polarization in III-V quantum wells with a ferromagnetic barrier / R.C .

Myers, A.C. Gossard, D.D. Awschalom // Phys.Rev. B. - 2004. - V.69. P.161305(R) .

[21] Вонсовский, С.В. Магнетизм / С.В. Вонсовский // М. Наука. - 1971. - 1032 С .

[22] Concepts in spin electronics / Ed. by S. Maekawa. - New York: Oxford University Press. - 2006. Р .

[23] Magnetic and transport percolation in diluted magnetic semiconductors / A. Kaminski, S. Das Sarma // Phys. Rev. B. - 2003. - V.68. - P.235210 .

[24] Polaron percolation in diluted magnetic semiconductors / A. Kaminski, S. Das Sarma // Phys .

Rev. Lett. - 2002. - V.88, n.24. - P.247202 .

[25] Влияние концентрации примесей на люминесцентные свойства спиновых светоизлучающих диодов InGaAs/GaAs с -слоем Mn / А.В. Рыков, М.В. Дорохин, Е.И .

Малышева, и др. // ФТП. – 2016. – Т.50, В.1. – С.3-8 .

[26] Коренблит, И.Я. Ферромагнетизм неупорядоченных систем / И.Я. Коренблит, Е.Ф. Шендер // УФН. 1978. т.126. С.233-268 .

[27] Ферромагнитное воздействие -Mn-слоя в GaAs барьере на спиновую поляризацию носителей в InGaAs/GaAs квантовой яме / С.В. Зайцев, М.В. Дорохин, А.С. Бричкин, и др. // Письма в ЖЭТФ. – 2009. – Т.90, в.10. – С.730-735 [28] Govorov, A.O. Optical properties of a semiconductor quantum dot with a single magnetic impurity: photoinduced spin orientation / A.O. Govorov, A.V. Kalameitsev // Phys. Rev. B. - 2005. V.71. - P.035338 .

[29] Tuning of the average p-d exchange in (Ga,Mn)As by modification of the Mn electronic structure / T. Hartmann, S. Ye, P.J. Klar, et.al. // Phys. Rev.B. - 2004. - V.70. - P.233201 .

Список основных публикаций автора по теме диссертации:

[А1] Исследование эффектов спиновой инжекции носителей заряда из ферромагнитного контакта Шоттки Ni (Co) /GaAs в гетероструктурах с квантовой ямой / М.В. Дорохин, С.В .

Зайцев, Н.В. Байдусь, Ю.А. Данилов, П.Б. Демина, Б. Н. Звонков, В.Д. Кулаковский, Е.А .

Ускова // Известия РАН. Серия физическая. - 2008. - Т. 72, вып.2. - С. 180-183 .

[А2] Применение лазерного распыления для получения полупроводниковых структур / Б.Н .

Звонков, О.В. Вихрова, Ю.А. Данилов, Е.С. Демидов, П.Б. Демина, М.В. Дорохин, Ю.Н .

Дроздов, В.В. Подольский, М.В. Сапожников // Оптич. Журнал. 2008. - Т.75, вып.6. - С.56-61 .

[А3] Emission properties of InGaAs/GaAs heterostructures with delta Mn -doped barrier / M.V .

Dorokhin, Yu.A. Danilov, P.B. Demina, V.D. Kulakovskii, O.V. Vikhrova, S.V. Zaitsev, B.N .

Zvonkov // J. of Phys. D-Appl. Phys. – 2008. – V. 41 – P. 24 .

[А4] Circularly polarized electroluminescence in LED heterostructures with InGaAs/GaAs quantum well and Mn d-layer / S.V. Zaitsev, M.V. Dorokhin, V.D. Kulakovskii, Yu.A. Danilov, P.B. Demina, M.V. Sapozhnikov, O.V. Vikhrova, B.N. Zvonkov // Physica E. - 2009. - V.41. - P.652-654 .

[А5] Излучательные свойства квантовых ям GaAs/InGaAs с GaAs барьером, -легированным атомами Mn / О.В. Вихрова, Ю.А. Данилов, П.Б. Дёмина, М.В. Дорохин, Б.Н. Звонков, Ю.Н .

Дроздов, М.В. Сапожников // Изв. РАН. Серия физическая. - 2009. - Т.73, вып.1. - С.14-17 .

[А6] Ферромагнетизм в GaAs структурах с дельта-легированным Mn слоем / О.В. Вихрова, Ю.А. Данилов, М.В. Дорохин, Б.Н. Звонков, И.Л. Калентьева, А.В. Кудрин // Письма в Журнал Технической Физики. – 2009. - Т.35, в.14. - С.8-17 .

[А7] Ферромагнитное воздействие -Mn-слоя в GaAs барьере на спиновую поляризацию носителей в InGaAs/GaAs квантовой яме / С.В. Зайцев, М.В. Дорохин, А.С. Бричкин, О.В .

Вихрова, Ю.А. Данилов, Б.Н. Звонков, В.Д. Кулаковский // Письма в ЖЭТФ. – 2009. – Т.90, в.10. – С.730-735 .

[А8] Electrical spin-injection and depolarization mechanisms in forward biased ferromagnetic Schottky diodes / S.V. Zaitsev, M.V. Dorokhin, P.B. Demina, N.V. Baidus, E.A. Uskova, B.N .

Zvonkov // Phys. Status Solidi B, – Basic Solid State Physics. - 2009. – V.246, n.5. – P.1132-1137 .

Электролюминесценция квантово-размерных гетероструктур InGaAs/GaAs с [А9] ферромагнитными инжекторами вида (AIII,Mn)BV и Ni / М.В. Дорохин, Ю.А. Данилов, А.В .

Кудрин, О.В. Вихрова, М.М. Прокофьева // ФТП, 2010, Т. 44, вып. 11. С. 1447-1450 .

[А10] Инжекционная электролюминесценция в квантово-размерных структурах InGaAs/GaAs с контактом металл/полупроводник и металл/окисел/полупроводник / М.В. Дорохин, П.Б .

Демина, Н.В. Байдусь, Ю.А. Данилов, Б.Н. Звонков, М.М. Прокофьева // Поверхность .

Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования.». 2010. - вып.5. - С.34-39 .

[А11] Температурная стабильность фотолюминесценции в гетероструктурах с InGaAs/GaAs квантовой ямой и акцепторным дельта Mn -слоем в GaAs барьере // М.В. Дорохин, Ю.А .

Данилов, М.М. Прокофьева, А.Е. Шолина // ПЖТФ. - 2010. - Т.36, вып.17. - С.87-95 [А12] Влияние параметров дельтаMn-легирования GaAs-барьера на циркулярно поляризованную люминесценцию гетероструктур GaAs/InGaAs / М.В. Дорохин, С.В. Зайцев, А.С. Бричкин, О.В. Вихрова, Ю.А. Данилов, Б.Н. Звонков, В.Д. Кулаковский, М.М .

Прокофьева, А.Е. Шолина // ФТТ. – 2010. - Т.52, вып.11. - С. 2147-2152 .

[А13] Дорохин М.В., Измерение поляризационных характеристик излучения наногетероструктур / М.В. Дорохин, Ю.А. Данилов // Учебно-методическое пособие. 2010 .

http://www.unn.ru/books/resources.html [А14] Светодиоды на основе гетероструктур с магнитоуправляемой InGaAs/GaAs электролюминесценцией / А.В. Кудрин, М.В. Дорохин, Ю.А. Данилов, Е.И. Малышева // Письма в журнал технической физики. – 2011. – Т.37, в.24. – С.57-65 .

[А15] Фотолюминесцентный отклик квантовой ямы на изменение магнитного поля дельта-слоя Mn в гетероструктурах InGaAs/GaAs /А.И. Дмитриев, А.Д. Таланцев, С.В. Зайцев, Ю.А .

Данилов, М.В. Дорохин, Б.Н. Звонков, О.В. Коплак, Р.Б. Моргунов // Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики. – 2011. – Т.140, в.1(7). – С.158-169 .

[А16] Формирование спиновых светоизлучающих диодов на основе гетероструктур InGaAs/GaAs, содержащих ферромагнитные включения / М.М. Прокофьева, М.В. Дорохин, Ю.А. Данилов, Е.И. Малышева, А.В. Кудрин, И.Л. Калентьева, О.В. Вихрова, Б.Н. Звонков // Изв. РАН. Сер. Физ. – 2012. – Т.76, в.2. – С.255-258 .

[А17] Спиновые светоизлучающие диоды на основе гетероструктур с квантовой ямой GaAs/InGaAs/GaAs и ферромагнитным инжектирующим слоем GaMnSb / М.В. Дорохин, Е.И .

Малышева, А.В. Здоровейщев, Ю.А. Данилов // Письма в журнал технической физики. – 2012. – Т.38, в.16. – С.69-77 .

[А18] Особенности формирования методом газофазной эпитаксии квантовых точек InAs/GaAs, легированных атомами Mn / М.В. Дорохин, А.В. Здоровейщев, Е.И. Малышева, Ю.А. Данилов, Б.Н. Звонков, А.Е. Шолина // Поверхность. Рентгеновские, синхронные и нейтронные исследования. - 2012. - вып.6. - С.55-58 .

[А19] Светоизлучающие диоды с ферромагнитным инжектирующим слоем на основе гетероструктур GaMnSb/InGaAs/ GaAs / М.В. Дорохин, Е.И. Малышева, А.В. Здоровейщев, Ю.А. Данилов, А.В. Кудрин // ФТП. – 2012. – Т.46, в.12. – С.1554-1560 .

[А20] Свойства гетероструктур MnSb/GaAs / О.В. Вихрова, Ю.А. Данилов, М.В. Дорохин, Ю.Н .

Дроздов, Б.Н. Звонков, А.В. Здоровейщев. А.В. Кудрин, И.Л. Калентьева // Известия РАН. Сер .

Физическая. – 2013. – Т.77, в.1. – С.79-81 .

[А21] Химический и фазовый состав спиновых светоизлучающих диодов GaMnAs/GaAs/InGaAs / Д.Е.Николичев, А.В.Боряков, С.Ю.Зубков, Р.Н.Крюков, М.В.Дорохин, А.В.Кудрин // ФТП. Т.48, вып.6. С.839-844 .

[А22] Влияние особенностей дизайна гетероструктур InGaAs/GaAs с магнитной примесью на их гальваномагнитные и излучательные свойства / И.Л. Калентьева, О.В. Вихрова, Ю.А. Данилов, М.В. Дорохин, Ю.Н. Дроздов, Б.Н. Звонков, А.В. Кудрин, П.А. Юнин // Известия РАН. Серия физическая. - 2014. - Т.78, вып.1. - С.24-29 .

[А23] Структурное совершенство и распределение примеси в магнитных полупроводниковых наногетеросистемах на основе GaAs / А.И. Бобров, О.В. Вихрова, Ю.А. Данилов, М.В. Дорохин, Ю.Н. Дроздов, М.Н. Дроздов, Б.Н. Звонков, Н.В. Малехонова, Е.Д. Павлова // Известия РАН .

Серия физическая. – 2014. – Т.78, №1. – С.18-21 .

[А24] Эпитаксиальное выращивание слоев MnGa/GaAs для диодов со спиновой инжекцией / М.В. Дорохин, Д.А. Павлов, А.И. Бобров, Ю.А. Данилов, П.Б. Дёмина, Б.Н. Звонков, А.В .

Здоровейщев, А.В. Кудрин, Н.В. Малехонова, Е.И. Малышева // Физика твердого тела. – 2014. – Т.56, В.10. – C.2062-2065 .

[А25] Спиновая инжекция электронов в светоизлучающих диодах на основе структур GaMnAs/GaAs/InGaAs с туннельным переходом / М.В. Дорохин, Е.И. Малышева, Б.Н. Звонков, А.В. Здоровейщев, Ю.А. Данилов, Д.Е. Николичев, А.В. Боряков, С.Ю. Зубков // Журнал технической физики. – 2014. – Т.84, В.12. – C.102-106 .

[А26] Еffects of a nearby Mn delta layer on the optical properties of an InGaAs/GaAs quantum well / M.A.G. Balanta, M.J.S.P. Brasil, F. Iikawa, J.A. Brum, Udson, C. Mendes, Yu.A. Danilov, M.V .

Dorokhin, O.V. Vikhrova, B.N. Zvonkov // Journal of Applied Physics. – 2014. – V.116. – P.203501 .

[А27] Температурная зависимость циркулярной поляризации люминесценции спиновых светоизлучающих диодов на основе гетероструктур InGaAs/GaAs / М.В. Дорохин, Е.И .

Малышева, Ю.А. Данилов, А.В. Здоровейщев, А.В. Рыков, Б.Н. Звонков // Поверхность .

Рентгеновские, синхронные и нейтронные исследования. - 2014. - вып.5. - С.28-34 .

[А28] Циркулярно-поляризованная электролюминесценция светоизлучающих диодов InGaAs/GaAs/(A III,Mn)BV на основе структур с туннельным барьером / Е.И. Малышева, М.В .

Дорохин, М.В. Ведь, А.В. Кудрин, А.В. Здоровейщев // Физика и техника полупроводников. – 2015. – Т.49, В.11. – C.1497-1500 .

[А29] Оптические и магнитотранспортные свойства структур InGaAs/GaAsSb/GaAs, легированных магнитной примесью / И.Л. Калентьева, Б.Н. Звонков, О.В. Вихрова, Ю.А .

Данилов, П.Б. Демина, М.В. Дорохин, А.В. Здоровейщев // Физика и техника полупроводников .

– 2015. – Т.49, В.11. – C.1478-1483 .

[А30] Ферромагнитный инжектор CoPt в светоизлучающих диодах Шоттки на основе наноразмерных структур InGaAs/GaAs / А.В. Здоровейщев, М.В. Дорохин, П.Б. Демина, А.В .

Кудрин, О.В. Вихрова, М.В. Ведь, Ю.А. Данилов, И.В. Ерофеева, Р.Н. Крюков, Д.Е. Николичев // Физика и техника полупроводников. – 2015. – Т.49, В.12. – C.1649-1653 .

[А31] Применение кобальта в спиновых светоизлучающих диодах Шоттки с квантовыми ямами InGaAs/GaAs / Бобров А.И., Данилов Ю.А., Дорохин М.В., Здоровейщев А.В., Малехонова Н.В., Малышева Е.И., Павлов Д.А., Сайед С. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования.- 2015.- № 7.- С. 57-60 .

[А32] The circular polarization inversion in /InGaAs/GaAs light-emitting diodes / M.V. Dorokhin, Yu.A. Danilov, B.N. Zvonkov, M.A. Gonzalez Balanta, M.J.S.P. Brasil, F. Iikawa, U.C. Mendes, J.A .

Brum, P.B. Demina, E.I. Malysheva, A.V. Zdoroveischev, A.V. Kudrin // Applied Physics Letters. – 2015. – V.107, N.4. – P.028531 .

[А33] Влияние концентрации примесей на люминесцентные свойства спиновых светоизлучающих диодов InGaAs/GaAs с -слоем Mn / А.В. Рыков, М.В. Дорохин, Е.И .

Малышева, П.Б. Демина, О.В. Вихрова, А.В. Здоровейщев // Физика и техника полупроводников. – 2016. – Т.50, В.1. – С.3-8 .

Подписано к печати 26.09.2016 Формат 6084/16 Авт. л. 2. Тираж 120 экз .

Отпечатано в типографии «Оливер»

г.Нижний Новгород, ул. Артельная д.15




Похожие работы:

«ВЕСТНИК ДАГЕСТАНСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА. 2014. № 55. С. 84–87. УДК 94(470/67) ИСТОРИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПОЧТОВО-ТОРГОВОГО ТРАКТА ТЕМИР-ХАН-ШУРА – ГУНИБ – КУМУХ А. Г. Мансурова, М. И. Абдуллаева Институт истории, археологии и этнографии ДНЦ РАН В статье впервые на основе новых арх...»

«1 Протокол № АЭФ-АХО-115/1 заседания Единой комиссии по допуску заявок на участие в открытом аукционе в электронной форме (АО "КСК") г. Москва 13 октября 2016 г. Заказчик: Акционерное общество "Курорты Северного Кавказа" 1. (далее АО "КСК", ИНН 2632100740).На засед...»

«Руководство по эксплуатации и устранению неполадок Компания Hewlett-Packard предоставляет только те гарантии на свои продукты и услуги, которые изложены в положениях прямой гарантии, сопровождающей соответствующие продукты и услуги. Никакие части данного до...»

«Объединение независимых экспертов в области минеральных ресурсов, металлургии и химической промышленности _ Обзор рынка аммиачной селитры для производства промышленных взрывчатых веществ и рынка буровзрывных работ в России Демонстрационная версия Москва ноябрь,...»

«МСмета msmeta.com.ua ЕНиР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОМИТЕТ СССР Единые нормы и расценки на строительные, монтажные и ремонтно-строительные работы Общая часть Информационные данные УТВЕРЖДЕНЫ постановлением Государственного строительного комитета СССР, Государственного комитета СССР по труду и социальным вопрос...»

«УДК 621.384.633.8 ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ И ТОКА ПУЧКА УСКОРИТЕЛЯ ЛУЭ-40М В.Н. Борискин, Л.В. Репринцев, А.Н. Савченко, В.И. Татанов, В.А. Шендрик Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт", Харьков, Украина Приведены результаты разработки измерителей тока и положения пучка на входе и выходе 2-с...»

«      I.I.S.S”J.C.MAXWELL” ISTITUTO TECNICO: settore tecnologico Техникум Факультет:Технология INDIRIZZO:ELETTRONICA Направление: ЭЛЕКТРОНИКА La formazione tecnica e scientifica di base necessaria a un inserimento altamente qualificato nel mondo del lavo...»

«Всесоюзный научяоНаучно-проиавоцстЦентральный научно" венное объединение иосле цовательский исследовательский и и конструкторский Лакокраспокрнтяе проектный институт институт автоген­ строительных метал­ локонструкций ного машиностроения Ц И П ЕКТСТА ЬКО Н И РО ЛН Б ИАТ ГН А Н И В ОЕ М Ш нпо ‘•Л АнокРАСПокгатав СТРУ Ц...»

«ЧАН ЛЕ ДОНГ НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ГРАНИТОИДНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ НЕФТИ И ГАЗА Специальности: 25 00.17 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений; 25.00.12 Геология, поиски и разведка горючих ископаемых АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технически...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.