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SPIN POLARIZED ELECTRON GENERATING ELEMENT commons

Patent code P09P004758
File No. NU-0078
Posted date Jan 12, 2010
Application number P2006-060673
Publication number P2008-198360A
Patent number P4769941
Date of filing Mar 7, 2006
Date of publication of application Aug 28, 2008
Date of registration Jul 1, 2011
Inventor
  • (In Japanese)宇治原 徹
  • (In Japanese)竹田 美和
  • (In Japanese)中西 彊
  • (In Japanese)山本 将博
  • (In Japanese)陳 博
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title SPIN POLARIZED ELECTRON GENERATING ELEMENT commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarized electron beam generating element capable of obtaining high quantum efficiency QE.
SOLUTION: On one side of the semiconductor substrate 12 of a polarized electron beam generating element 10, the lattice constant αbuffer of a buffer layer 15 is set at a value between the respective lattice constant α1 and lattice constant α2 of a first semiconductor layer 16a and a second semiconductor layer 16b composing a semiconductor photoelectric layer 16 made to grow on the buffer layer. Thereby, tension and contraction in these first semiconductor layer 16a and second semiconductor layer 16b alternate, distortion is not easily accumulated, and lattice defects are reduced. Therefore, the numbers of lamination of the first semiconductor layer 16a and the second semiconductor layer 16b composing the semiconductor photoelectric layer 16 can be increased, and high quantum efficiency QE can be obtained.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


スピン方向が2種類のうちの一方に偏在しているスピン偏極電子群から成る偏極電子線は、たとえば、高エネルギ素粒子の実験分野においては素粒子間の相互作用に関する理論の検証実験での次世代型電子線加速器において、また、物性物理の実験分野においては物質表面の磁区構造を探査する装置においてそれぞれ有効な手段として利用されている。この偏極電子線は、価電子帯にバンドスプリッテイングを有する半導体光電層を備えたスピン偏極電子発生素子を用い、その半導体光電層に円偏光レーザ光である励起光を入射させることにより取り出すことが可能である。このスピン偏極電子発生素子としては、たとえばGaAsP半導体の上に、それよりもバンドギャップが小さく且つ格子定数が異なるGaAs半導体を半導体光電層として結晶成長させたストレインド半導体が知られている。これによれば、GaAsP半導体に対して格子定数の異なるGaAs半導体が結合されることによりそのGaAs半導体には格子歪みが付与されるため、そのGaAs半導体の価電子帯にバンドスプリッティングが発生し、ヘビーホール(重い正孔)のミニバンドとライトホール(軽い正孔)のミニバンドとの間にエネルギ準位差が生じる一方、両サブバンドの励起によって取り出される電子のスピン方向が反対であるため、エネルギ準位の高い方すなわち伝導帯とのエネルギギャップが小さい方のミニバンドのみを励起できる光エネルギをGaAs半導体に注入すれば、一方のスピン方向の偏極電子群が発生し、それを高電場をかけて半導体表面から真空中へ引き出すことにより、高いスピン偏極度を備えた電子線が得られるのである。



たとえば、特許文献1に記載のスピン偏極電子発生素子がそれである。これら従来のスピン偏極電子発生素子では、半導体光電層が量子化されたエネルギ順位を形成する歪み超格子により構成され、比較的高いスピン偏極度(偏極率)ESP(%)および量子効率QEが得られるとされている。
【特許文献1】
特開2000-90817号公報

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、スピン方向が偏在している偏極電子線を発生するスピン偏極電子発生素子の改良に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
半導体基板と、該半導体基板の一面に結晶成長させられ該半導体基板とは異なる格子定数を有するバッファ層と、格子定数が互いに相違し且つ互いに隣接する第1半導体層および第2半導体層が交互に該バッファ層の上に複数対成長させられることにより構成されて価電子帯にバンドスプリッティングを有する半導体光電層とを備え、該半導体光電層に励起光が入射されることにより該半導体光電層からスピン方向が偏在しているスピン偏極電子を発生するスピン偏極電子発生素子であって、
前記バッファ層の格子定数は、前記第1半導体層の格子定数と前記第2半導体層の格子定数との間の値を有していることを特徴とするスピン偏極電子発生素子。

【請求項2】
 
前記バッファ層の格子定数をαbuffer、前記第1半導体層の格子定数をα1 、前記第2半導体層の格子定数をα2 としたとき、次式を満足することを特徴とする請求項1のスピン偏極電子発生素子。
αbuffer=α1 +(1/2)(1+k)・(α2 -α1
但し、kは範囲を設定する定数であり、-1≦k≦1である。

【請求項3】
 
前記半導体光電層は、前記第1半導体層としてのGaAs層と前記第2半導体層としてのGaAsP層とが交互に積層されることにより厚み方向に複数の井戸型ポテンシャルを有する超格子構造によるミニバンドが形成された歪み超格子層から構成されていることを特徴とする請求項1または2のスピン偏極電子発生素子。

【請求項4】
 
前記バッファ層と前記基板との間には、該基板の格子定数から該バッファ層の格子定数へ段階的または連続的に変化する格子定数を備えた1または2以上のグレーディドバッファ層が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかのスピン偏極電子発生素子。

【請求項5】
 
半導体基板と、該半導体基板の一面に結晶成長させられたバッファ層と、格子定数が互いに相違し且つ互いに隣接する第1半導体層および第2半導体層が交互に該バッファ層の上に複数対成長させられることにより構成されて価電子帯にバンドスプリッティングを有する半導体光電層とを備え、該半導体光電層に励起光が入射されることにより該半導体光電層からスピン方向が偏在しているスピン偏極電子を発生するスピン偏極電子発生素子であって、
前記バッファ層は、前記基板から成長させられ、該基板の格子定数差が小さい状態から大きくなるように段階的に順次変化する格子定数をそれぞれ備えた複数のグレーディドバッファ層を含むことを特徴とするスピン偏極電子発生素子。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2006060673thum.jpg
State of application right Registered
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