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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Tunnelmikroskop, welches Spin-polarisierte
Elektroden verwendet, und genauer eine Sonde, die in einem derartigen
Tunnelmikroskop verwendet wird, und ein Verfahren zum Herstellen
der Sonde.
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HINTERGRUNDTECHNIK
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Wenn
eine herkömmliche
Sonde bei der Spinmessung verwendet wird, treten die folgenden Probleme
auf.
- (1) Da eine herkömmliche Sonde keinen optischen
Wellenleiter hat, wird Licht von außen auf die Spitze der Sonde
gestrahlt. Daher wird Licht auf die Sonde unter einem bestimmten
Winkel relativ zu der Sonde eingestrahlt, so dass nur ein Teil der
Sonde, der Licht empfängt,
in einen angeregten Zustand kommt. Das heißt, da Licht nicht gleichförmig auf
den Spitzenbereich der Sonde gestrahlt wird, kann eine Anregung
des gesamten Spitzenbereiches der Sonde nicht erreicht werden. Daher
ist die herkömmliche
Sonde schlecht, was den Wirkungsgrad der Elektronenanregung und
den Wirkungsgrad beim Herausziehen von Spin-polarisierten Elektronen
betrifft. Demgemäß muss starkes
Licht auf die Sonde eingestrahlt werden, um Spinpolarisierte Elektronen
zu erhalten, die für
die Betrachtung unter dem Mikroskop ausreichend sind.
- (2) Wenn jedoch starkes Licht auf die Sonde gestrahlt wird,
wird Anregungslicht auf eine Probenfläche in enger Nähe zu dem
Spitzenbereich der Sonde gestrahlt, und somit treten Reflexion und Absorption
des Anregungslichtes auf der Seite der Probenoberfläche auf.
- (3) Weiter wird die Sonde durch Licht angeregt, das von der
Probenoberfläche
gestreut wird. Da das gestreute Licht ungeordnet polarisiert ist, nimmt
der Grad der Spinpolarisation der Spin-polarisierten Elektronen
ab, was zu einer Abnahme bei dem Erfassungsgrad in der Spinmessung führt.
- (4) Die herkömmliche
Sonde ist aus GaAs oder einem ähnlichen
Material gebildet. Diese Materialien sind weich und für Rißbruch anfällig. Daher
ist die mechanische Festigkeit der Sonde gering, und während der
Verwendung reißt
die Sonde häufig beim
Kontakt mit einer Probe. Zusätzlich,
da GaAs einen niedrigen Schmelzpunkt hat, schmilzt das Spitzenende
der Sonde, wenn es mit starker Licht angeregt wird. Weiter, wenn
die GaAs-Sonde zum Reinigen aufgeheizt wird, verdampft As, das einen
hohen Dampfdruck hat. Als ein Ergebnis ändert sich die Struktur und
der Zustand der Elektronen des Spitzenendes der Sonde, so dass Spinpolarisierte
Elektronen mit einem hohen Grad der Spin-Polarisation nicht erhalten
werden können.
Weiter, aus demselben Grund, kann die herkömmliche Sonde dem Reinigen
durch Einbringen von Wärme
für die
erneute Verwendung nicht unterworfen werden.
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Die
US 5 394 741 offenbart einen
einseitig aufgehängten
Hebel, der eine Sonde auf einer Seite auf einem Endbereich und einen
Spiegel auf der gegenüberliegenden
Seite hat. Der einseitig aufgehängte
Hebel ist an einem Trägerelement über ein
piezoelektrisches Element befestigt. Ein Halbleiterlaser, der sich
oberhalb des Spiegels befindet, hat eine Reflexionsspaltebene und
bildet einen Fabry-Pérot-Resonator
zwischen dem Spiegel und der Reflexionsspaltebene. Die Ausgabe vom
Resonator ändert
sich entsprechend der Größe der Verlagerung des
Endbereiches des einseitig aufgehängten Hebels, das heißt, der
Oberflächenkonfiguration
der Probe. Diese Änderung
wird von einem Detektor über einen
Photodetektor erfaßt.
Eine Steuerschaltung steuert eine Treiberspannung, die an einen XYZ-Scanner
angelegt ist, um so die Änderung
der Ausgabe vom Resonator auszulöschen,
so dass der Abstand zwischen der Spitze der Sonde und der Oberfläche der
Probe konstant gehalten wird. Die Treiberspannung liefert Höhendaten
für die
Probenoberfläche.
Die Treiberspannung, zusammen mit einem Positionssignal, das in
bezug zu der Probenoberflächenausgabe
aus dem XYZ-Scanner steht, wird an eine bildgebende Einheit geliefert.
Die bildgebende Einheit erzeugt ein dreidimensionales Bild, welches
die Oberflächengestaltung
der Probe darstellt, auf der Basis der Eingangsspannung und des Signals.
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Die
EP 0 355 241 offenbart ein
Abtast-Tunnelmikroskop. Die Tunnelspitze besteht aus einem optisch
transparenten Körper,
der mit einer Halbleiterschicht, so wie einer GaAs-Schicht, beschichtet ist.
Die Probe, die untersucht werden soll, ist ein magnetisches Material,
und der Betrieb des Tunnelmikroskops erlaubt eine Untersuchung der
magnetischen Eigenschaften an oder nahe der Oberfläche der
Probe, die ausgeführt
wird, wenn ein Spin-polarisierter Licht strahl auf die Probe fällt, entweder
durch den transparenten Körper
der Tunnelspitze, von unterhalb (und durch) die Probe oder von der
Seite der Probe her. Das Tunnelmikroskop umfaßt einen oszillatorgesteuerten
phasenempfindlichen Detektor oder eine Gattereinrichtung und eine
Anzeigeeinheit zum direkten Betrachten der magnetischen Eigenschaften und
der Topographie der Probe.
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Die
JP 62-89035 offenbart eine
Sonde zur Verwendung bei einem Spin-abtastenden Tunnelmikroskopsystem.
Die Sonde weist eine Halbleiterverbindung auf, so wie GaAs mit einer
Sphelerit-Struktur. Die Spitze der Sonde ist spitz geformt, während der
Boden der Sonde aufgeweitet ist und die Seitenfläche mit zirkular polarisiertem
Licht bestrahlt wird. Die Seitenfläche bildet einen Super-Matis-Film
oder einen Spannungsgitterfilm, und ihre Dicke ist für den festgelegten
Bereich geeignet.
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Die
EP 0 860 726 offenbart eine
Sonde zum Erfassen oder Einstrahlen von Licht, die ein lagerbares
Trägerelement
auf einem Substrat umfaßt,
eine Spitze, die aus dem Trägerelement
gebildet ist, und eine Bindeschicht zum Anbinden der Spitze an dem Trägerelement.
Die Spitze hat eine Mikroöffnung. Wenn
eine lichtabschirmende Schicht weiter auf der Oberfläche der
Spitze gebildet ist, ist die Mikroöffnung auf der lichtabschirmenden
Schicht gebildet. Die Spitze besteht aus einem lichtdurchlässigen Material.
Dieses Dokument fällt
unter die Vorschriften des Artikel 54 (3) EPC.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben beschriebenen
Probleme zu lösen
und eine Sonde mit einem optischen Wellenleiter zur Verfügung zu
stellen, die (1) die Spin-messung
mit hohem Wirkungsgrad selbst bei schwachem Anregungslicht ermöglicht,
(2) hohe mechanische Festigkeit hat und weniger anfällig gegen
Reißen
ist, (3) unter starkem Anregungslicht benutzt werden kann, (4) das
Reinigen des Endes der Sondenspitze vereinfacht, (5) das Anregen
des Endes der Sondenspitze erlaubt und (6) den Einfluß des Anregungslichts
auf eine Probe unterdrückt;
d. h. eine Sonde mit einem optischen Wellenleiter, die robust und
sehr zuverlässig
ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Verfahren zum Herstellen der Sonde zur Verfügung zu stellen.
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Um
zu versuchen, die obigen Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende
Erfindung das Folgende zur Verfügung.
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Eine
Sonde mit einem optischen Wellenleiter, die aufweist:
- (a) ein Saphirsubstrat;
- (b) auf einer Oberfläche
des Saphirsubstrats gewachsen, einen optischen Wellenleiterabschnitt mit
einer doppelten Heterostruktur und mit einer In1-x'-y'Gax'Aly'N-Schicht und
einer In1-x''-y''Gax''Aly''N-Schicht, welche eine In1-x-yGaxAlyN-Schicht einschließen, wobei 0 ≤ x, y, x', y' x'', y'', x + y, x' + y', x'' + y'' ≤ 1 und wobei von den Schichten
die In1-x-yGaxAlyN-Schicht (4, 14) die
minimale Bandlückenenergie
hat; und
- (c) einen AlxGa1-xN-Sondenabschnitt,
der in einer konischen Form gewachsen ist, so dass der Sondenabschnitt
mit einem Teil der In1-x-yGaxAlyN-Schicht verbunden ist, wobei Licht, das
sich durch eine optische Wellenleiterschicht fortpflanzt, die durch
die In1-x-yGaxAlyN-Schicht gebildet wird, zu dem Sondenabschnitt
geführt
wird, um Elektronen an einem Spitzenende des Sondenabschnittes anzuregen.
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Vorteilhaft
ist die In1-x-yGaxAlyN-Schicht so gebildet, dass sie auf einer
Seite, auf der beim Einsatz Anregungslicht eingeführt wird,
im Vergleich zu einer Seite, auf der der Sondenabschnitt wachst,
eine größere Dicke
hat.
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Ein
Verfahren zum Herstellen einer Sonde mit einem optischen Wellenleiter,
das aufweist:
- (a) Wachsenlassen einer doppelten
Hetero-Struktur mit einer In1-x'-y'Gax'Aly'N-Schicht und
einer In1-x''-y''Gax''Aly''N-Schicht (3, 13),
welche eine In1-x-yGaxAlyN-Schicht einschließen, um somit einen optischen
Wellenleiter zu bilden, auf einer Fläche eines Saphirsubstrats,
wobei 0 ≤ x,
y, x', y', x'', y'', x + y, x' + y', x'' + y'' ≤ 1 und wobei von den Schichten
die In1-x-yGaxAlyN-Schicht die minimale Bandlückenenergie
hat; und
- (b) Freilegen eines Teiles der In1-x-yGaxAlyN-Schicht; und
- (c) Wachsenlassen eines AlxGa1-xN-Sondenabschnittes in einer konischen
Form auf dem freiliegenden Abschnitt der In1-x-yGaxAlyN-Schicht.
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Wie
oben beschrieben wird bei der vorliegenden Erfindung die Sonde aus
AlxGa1-xN gebildet,
das ein hartes Material mit einem hohem Schmelzpunkt ist; und ein
optischer Wellenleiter mit einer doppelten Heterostruktur und mit
einer In1-x'-y'Gax'Aly'N-Schicht, einer
In1-x-yGaxAlyN-Schicht und einer In1-x''-y''Gax''Aly''N-Schicht wird bevorzugt durch
Verwendung organometallischer Gasphasenepitaxie in die Sonde integriert.
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Das
wichtigste Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung
von AlxGa1-xN, welches
ein Material mit einer geringen Elektronenaffinität ist, als
ein Material für
die Sonde. Im Gegensatz zu der herkömmlichen Technik wird Anregungslicht zu
dem Spitzenende der Sonde über
einen Wellenleiter geführt,
der innerhalb der Sonde vorgesehen ist. Daher ist es weniger wahrscheinlich,
dass eine Probenoberfläche
durch Reflexion und Absorption von Anregungslicht beeinflußt wird.
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Weiter,
da der gesamte Spitzenendenbereich der Sonde angeregt wird, hat
die Sonde einen hohen Wirkungsgrad für die Elektronenanregung ebenso
wie einen hohen Wirkungsgrad beim Herausziehen von Spin-polarisierten
Elektronen.
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Darüber hinaus,
anders als die herkömmliche
Sonde, ist die Sonde der vorliegenden Erfindung aus einem harten
Material gebildet und ist daher weniger anfällig gegen Reißen. Zusätzlich,
da der Schmelzpunkt des Materials hoch ist, kann die Sonde einer
Elektronenanregung durch die Verwendung einer Anregungslichtquelle
mit hoher Ausgabe widerstehen, und Reinigen bei erhöhter Temperatur
kann durchgeführt
werden. Daher kann die Sonde wegen des Reinigens bei erhöhter Temperatur
erneut verwendet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1(a)–1(d) sind Schnittansichten, die die Schritte eines
Verfahrens zum Herstellen einer Sonde mit einem optischen Wellenleiter
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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2 ist
eine Schnittansicht der Sonde mit einem optischen Wellenleiter gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3(a)–3(c) sind Schnittansichten, die die Schritte eines
Verfahrens zum Herstellen einer Sonde mit einem optischen Wellenleiter
gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen; und
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4 ist
eine Schnittansicht der Sonde mit einem optischen Wellenleiter gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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BESTE ART, DIE ERFINDUNG AUSZUFÜHREN
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun in Einzelheiten beschrieben
werden.
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Die 1(a)–1(d) sind Schnittansichten, die die Schritte eines
Verfahrens zum Herstellen einer Sonde mit einem optischen Wellenleiter
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen; und die 2 ist eine
Schnittansicht der Sonde mit einem optischen Wellenleiter, die nach dem
Verfahren hergestellt ist.
- (1) Zunächst, wie
in der 1(a) gezeigt, werden mit Einsatz
der organometallischen Gasphasen-Epitaxie nacheinander eine In1-x''-y''Gax''Aly''N-Pufferschicht 2, eine In1-x''-y''Gax''Aly''N-Schicht 3, eine In1-x-yGaxAlyN-Schicht 4 und eine In1-x'-y'Gax'Aly'N-Schicht 5 auf
einer (0001) Fläche
eines Saphirsubstrats 1 wachsen gelassen.
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Wie
oben beschrieben wird, um einen ebenen Film zu erhalten, zu Beginn
des Wachstumsprozesses die In1-x''-y''Gax'Aly''N-Pufferschicht 2 bei
einer niedrigen Temperatur wachsen gelassen. Anschließend, um
eine Maske für
das Erreichen selektiven Wachstums zu bilden, wird ein Siliziumnitridfilm (Si3N4-Film) 6 mit
einer Dicke von 0.3 μm über der
gesamten Oberfläche
durch Plasma-CVD gebildet.
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Das
heißt,
es wird eine Hetero-Struktur, welche die In1-x'-y'Gax'Aly'N-Schicht 5,
die In1-x-yGaxAlyN-Schicht 4 und die In1-x''-y''Gax''Aly''N-Schicht 3 aufweist,
auf der (0001)-Fläche
des Saphirsubstrats durch organometallische Gasphasenepitaxie wachsengelassen.
Anschließend wird
der Siliziumnitridfilm (Si3N4-Film) 6,
der als eine Maske zum Erlangen selektiven Wachstums dient, gebildet.
- (2) Anschließend, wie in 1(b) gezeigt, wird ein hart gebackener Photoresistfilm 7,
der als eine Ätzmaske
dient, gebildet und der Strukturierung unterworfen. Anschließend werden
der Siliziumnitridfilm 6 und die In1-x'-y'Gax'Aly'N-Schicht 5 in
Bereichen entfernt, in denen Sonden gebildet werden sollen. Dieser
Prozess wird durch Verwendung einer Vorrichtung für reaktives
Ionenätzen
in einer solche Weise durchgeführt,
dass zunächst
der Siliziumnitridfilm mittels CF4 geätzt wird
und dann die In1-x'-y'Gax'Aly'N-Schicht 5 durch
Verwendung von Chlorgas geätzt.
- (3) Anschließend,
wie in der 1(c) gezeigt, wird die Photoresistschicht 7 durch
Verwendung einer Plasma-Veraschungsvorrichtung entfernt. Anschließend wird
AlxGa1-xN 8 in
einer konischen Form auf der In1-x-yGaxAlyN-Schicht 4 wachsen
gelassen, während
Bereiche des Siliziumnitridfilms 6, die nach dem Entfernen
der Photoresistschicht 7 verbleiben, als eine Maske zum
Erlangen des ausgewählten
Wachstums verwendet werden.
- (4) Anschließend,
wie in der 1(d) gezeigt, wird der Siliziumnitridfilm 6 entfernt
und das harte Saphirsubstrat 1 wird durch Verwendung von
Diamantpaste poliert, um das Schneiden des Substrates in Chips zu
vereinfachen. Anschließend
wird das Substrat 1 durch Verwenden eines Diamantschneiders
in Chips geschnitten. In 1(d) ist
die Sonde nach unten gerichtet, was die Ausrichtung während ihres
Einsatzes ist. Der nach unten gerichtete Kegel 8 aus AlxGa1-xN dient als der
Sondenteil, und die In1-x'-y'Gax'Aly'N-Schicht 5, die
In1-x-yGaxAlyN-Schicht 4 und die In1-x''-y''Gax''Aly''N-Schicht 3 bildet einen
optischen Wellenleiter.
- (5) In der oben beschriebenen Weise wird eine Sonde mit einem
optischen Wellenleiter, wie in der 2 gezeigt,
erhalten. Die Sonde umfasst den konischen Bereich 8, der
aus AlxGa1-xN gebildet ist,
und einen Plattenwellenleiter 10, der aus der In1-x-yGaxAlyN-Schicht 4 mit engem Spalt gebildet ist,
die mit dem konischen Bereich 8 verbunden und dazu ausgelegt
ist, Anregungslicht zu leiten, ebenso wie die In1-x''-y''Gax''Aly''N-Schicht 3 mit breitem
Spalt und die In1-x'-y'Gax'Aly'N-Schicht 5,
die die In1-x-yGaxAlyN-Schicht 4 einschließen.
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Als
nächstes
wird eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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3(a)–(c)
sind Schnittansichten, die die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen
einer Sonde mit einem optischen Wellenleiter gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen; und 4 ist eine
Schnittansicht der Sonde mit einem optischen Wellenleiter, die gemäß dem Verfahren
hergestellt worden ist.
- (1) Zunächst, wie
in der 3(a) gezeigt, werden nacheinander
unter Verwendung der organometallischen Gasphasenepitaxie eine In1-x''-y''Gax''Aly''N-Pufferschicht 12, eine In1-x''-y''Gax''Aly''N-Schicht 13 und eine
dicke In1-x-yGaxAlyN-Schicht 14 auf einer (0001)-Fläche eines
Saphirsubstrats 11 wachsengelassen. Anschließend wird
eine Photoresistschicht 15 gebildet und der Strukturierung
ausgesetzt. Darauf folgend wird das Ätzen so ausgeführt, dass
die In1-x-yGaxAlyN-Schicht 14 auf der Seite, in
die Anregungslicht eingeführt
wird, eine größere Dicke hat.
Anschließend
wird die Photoresistschicht 15 entfernt.
- (2) Danach, wie es in der 3(b) gezeigt
ist, wird eine In1-x'-y'Gax'Aly'N-Schicht 16 wachsen
gelassen, und ein Siliziumnitridfilm (Si3N4-Film) mit einer Dicke von 0.3 μm wird über der
gesamten Fläche
mittels Plasma-CVD gebildet. Anschließend wird eine Photoresistschicht 18 gebildet
und der Strukturierung ausgesetzt, und dann wird ein Wellenleiter
durch Verwenden des so gebildeten Musters gebildet.
- (3) Anschließend,
wie in 3(c) gezeigt, wird AlxGa1-xN 19 in
einer konischen Form wachsen gelassen, damit es als eine Sonde dient.
Anschließend
wird der Siliziumnitridfilm 17 entfernt und das harte Saphirsubstrat 11 wird
durch Verwenden von Diamantpaste poliert, um das Schneiden des Substrats
in Chips zu vereinfachen. Anschließend wird das Substrat 11 mit
Hilfe eines Diamantschneiders in Chips geschnitten.
- (4) Auf die oben beschrieben Weise wird eine Sonde mit einem
optischen Wellenleiter, wie sie in 4 gezeigt
ist, erhalten. Die Sonde umfasst den konischen Bereich 19,
der aus AlxGa1-xN
gebildet ist, und einen Plattenwellenleiter 20, der aus der
relativ dicken In1-x-yGaxAlyN-Schicht 14 mit engem Spalt gebildet
ist, die mit dem konischen Bereich 19 verbunden und dazu
ausgelegt ist, Anregungslicht zu leiten, ebenso wie die In1-x'-y'Gax'Aly'N-Schicht 13 und
die In1-x'-y'Gax'Aly'N-Schicht 16,
welche die In1-x''-y''Gax''Aly''N-Schicht 14 einschließen.
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Wie
oben beschrieben, da der Einlass, durch den Anregungslicht eintritt,
eine vergrößerte Fläche hat,
erhöht
sich der Wirkungsgrad beim Einkoppeln von Anregungslicht in die
Sonde, so dass Elektronen in effizienter Weise durch Verwendung
eines schwachen Anregungslichts angeregt werden. Das heißt, selbst
bei schwachem Licht kann der Wirkungsgrad der Elektronenanregung
verbessert werden.
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Die
oben beschriebene Sonde mit einem optischen Wellenleiter hat die
folgenden Merkmale.
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(1) Hoher Wirkungsgrad
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AlxGa1-xN wird als
das Material der Sonde eingesetzt. AlxGa1-xN ist ein Halbleiter mit breitem Spalt.
Da AlxGa1-xN Elektronen
bei Einstrahlung von Licht mit einer Wellenlänge von 362 nm oder weniger anregen
kann, können
ein He-Cd-Laser (325 nm), ein Ar-Laser (351 nm), ein SHG-Laser (257.25
nm), ein YAG-Laser (THG: 353 nm), ein N2-Laser
(337 nm) oder dergleichen als eine Lichtquelle verwendet werden.
In AlxGa1-xN koppeln
schwere Löcher
leicht mit TE-Lichtwellen, so dass Elektronen mit hohem Wirkungsgrad
angeregt werden.
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Demgemäß können hoch
effiziente Spinmessungen selbst bei schwachem Anregungslicht durchgeführt werden.
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(2) Festigkeit der Sonde
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AlxGa1-xN, welches
die Sonde bildet, ist ein Verbundnitrid mit hoher Härte. Daher
kann eine Sonde erhalten werden, die eine hohe mechanische Festigkeit
hat und die daher nicht zum Reißen
neigt.
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(3) Widerstand gegen starkes Anregungslicht
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AlxGa1-xN, welches
die Sonde bildet, ist ein Verbundnitrid mit einem hohem Schmelzpunkt.
Daher kann eine Sonde erhalten werden, deren Struktur am Spitzenende
sich selbst bei starkem Anregungslicht nicht ändert.
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(4) Reinigen der Spitze der Sonde
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AlxGa1-xN, welches
die Sonde bildet, ist ein Verbundnitrid mit einem hohem Schmelzpunkt.
Daher wird es möglich,
Gase und Verunreinigungen von dem Spitzenende der Sonde bei hoher
Temperatur durch elektrisches Heizen zu beseitigen. Somit kann das
Spitzenende der Sonde gereinigt werden.
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(5) Struktur des optischen Wellenleiters
zum Leiten von Anregungslicht an die Sonde, ohne Lichtverluste hervorzurufen.
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Um
den optischen Wellenleiter mit der Sonde zu integrieren, wird ein
Plattenwellenleiter, der aus Halbleiter gebildet ist, verwendet.
Eine doppelte Heterostruktur, bei der eine Halbleiterschicht mit
einem schmalen Bandspalt zwischen Halbleiterschichten mit einem
breiten Bandspalt eingeschlossen sind, wirkt als ein Plattenwellenleiter
für Licht.
Der Lichtmodus, der geleitet werden soll, kann durch Steuerung der
Dicke und des Brechungsindex des Materials der mittleren Schicht
gesteuert werden. Bei einem beispielhaften Fall, bei dem die Sonde
aus AlxGa1-xN, gebildet
ist und Licht mit einer Wellenlänge
von 325 nm (HeCd-Laser) als Anregungslicht verwendet wird, kann
ein Wellenleiter verwendet werden, bei dem eine In1-x-yGaxAlyN-Schicht (20
nm), die das Licht mit 325 nm nicht absorbiert, zwischen In1-x-yGaxAlyN-Schichten gelegt werden. Weiter ist die
Gesamtdicke des Wellenleiters in der Größenordnung einer Wellenlänge des
Lichtes, das geleitet werden soll, und die Breite des Wellenleiters
entspricht der Hälfte der
Wellenlänge
des Lichtes. Somit kann die Sonde in einfacher Weise auf ein Bauteil
gebracht werden, das kompakt sein muss.
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Da
Anregungslicht zu dem Spitzenende von dem inneren Bereich der Sonde
geführt
werden kann, werden die Nichtgleichförmigkeit bei der Intensität des Lichtes
und Fehlordnungen bei polarisierten Wellen, hervorgerufen durch
Reflexion und Absorption von Anregungslicht an einer Probenoberfläche, gemildert.
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(6) Integration des Sondenbereiches mit
dem optischen Wellenleiter
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Der
optische Wellenleiter wird durch Verwendung organometallischer Dampfphasenepitaxie
gebildet. Ein Einkristall aus AlxGa1-xN wird als ein Sondenbereich auf der Oberfläche der In1-x-yGaxAlyN-Schicht, die durch Ätzen des Mantelbereiches freilegt
worden ist, wachsengelassen.
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Demgemäß kann die
Sonde mit dem optischen Wellenleiter integriert werden. Da Anregungslicht
durch den Wellenleiter läuft
und direkt das gesamte Spitzenende der Sonde anregt, können Elektronen
mit hohem Wirkungsgrad angeregt werden. Zusätzlich werden die Nichtgleichförmigkeit
bei der Intensität
des Lichtes und Fehlordnungen bei polarisierten Wellen, hervorgerufen
durch Reflexion und Absorption von Anregungslicht an einer Probenoberfläche, gemildert.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt.
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Wie
in Einzelheiten beschrieben ist, liefern Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung die folgenden vorteilhaften Wirkungen.
- [A]
In AlxGa1-xN, welches
den Sondenbereich bildet, koppeln schwere Löcher in effizienter Weise mit
TE-Lichtwellen. Es wird Anregungslicht nicht in den optischen Wellenleiter
absorbiert oder streut nach außen,
während
Anregungslicht zu dem Sondenbereich über den optischen Wellenleiter
geführt
wird. Daher erreicht Anregungslicht in effizienter Weise das Spitzenende
der Sonde, so dass der gesamte Bereich des Spitzenendes der Sonde
angeregt werden kann.
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Da
der Bereich des optischen Wellenleiters, der Anregungslicht empfängt, eine
vergrößerte Fläche hat,
kann einfallendes Licht von einer Lichtquelle, die außerhalb
der Sonde angeordnet ist, in effizienter Weise zu dem optischen
Wellenleiter geführt
werden. Daher wird eine effiziente Spinmessungen bei schwachem Anregungslicht
erwartet. Weiter, da kein starkes Anregungslicht erforderlich ist
und eine Menge des Anregungslichtes, das zu einer Probenoberfläche streut,
klein ist, beeinflusst das Anregungslicht die Oberflächenbedingungen
der Probe nicht.
- [B] Da die Sonde aus einem
harten Material gebildet ist, reißt die Sonde beim Kontakt mit
einer Probe während
des Messens nicht.
- [C] Da die Sonde aus einem Material mit einem hohen Schmelzpunkt
gebildet ist, schmilzt die Sonde nicht durch starkes Anregungslicht,
selbst wenn starkes Anregungslicht verwendet wird, um den Wirkungsgrad
der Spinmessung zu erhöhen, und
die Struktur der Sonde ändert
sich nicht.
- [D] Da die Sonde aus einem Material mit einem hohen Schmelzpunkt
gebildet ist, kann der Spitzenendenbereich der Sonde durch eine
Reinigungsoperation gereinigt werden, wenn der Bereich des Spitzenendes
der Sonde verunreinigt ist, so dass die Temperatur der Sonde durch
Einstrahlung von Licht auf die Sonde oder Wärmeleitung von einem Heizer
erhöht
wird, um somit Verunreinigungen zu verdampfen. Um die Sonde für das elektrische Heizen
leitend zu machen, wird ein mit Si dotiertes Nitrid wachsen gelassen,
um die Sonde derart zu erzeugen, dass die Sonde einen spezifischen Widerstand
in der Größenordnung
von 0.01 Ω·cm hat.
Somit wird es möglich,
zu bewirken, dass Elektrizität
durch die Sonde fließt.
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Da
sich die Form und die Eigenschaften der Sonde nicht ändern, selbst
während
des Reimgens bei hoher Temperatur, das zum Beispiel durch Heizen über Aufgabe
von Elektrizität
bewirkt wird, kann der Zustand des Spitzenendes der Sonde konstant
gehalten werden. Weiterhin kann eine verunreinigte Sonde erneut
verwendet werden.
- [E] Der Einsatz organometallischer
Dampfphasenepitaxie ermöglicht
das gleichzeitige Wachsen einer Vielzahl von AlxGa1-xN-Schichten. Das heißt, da eine Vielzahl von Sonden
mit derselben Struktur hergestellt werden kann, kann eine Messung für die Vielzahl
der Sonden unter denselben Bedingungen durchgeführt werden. Weiter kann die Sonde
zu geringen Kosten massenproduziert werden.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die
vorliegende Erfindung kann auf dem Gebiet der Spinmessung verwendet
werden, um einen effizienten Wirkungsgrad bei der Spinmessung selbst bei
schwachem Anregungslicht zu ermöglichen.