JP3223155B2 - 薄膜スピンプローブ - Google Patents

薄膜スピンプローブ

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JP3223155B2 JP02444798A JP2444798A JP3223155B2 JP 3223155 B2 JP3223155 B2 JP 3223155B2 JP 02444798 A JP02444798 A JP 02444798A JP 2444798 A JP2444798 A JP 2444798A JP 3223155 B2 JP3223155 B2 JP 3223155B2
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    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/10STM [Scanning Tunnelling Microscopy] or apparatus therefor, e.g. STM probes
    • G01Q60/16Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y35/00Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スピン偏極走査型
トンネル顕微鏡に用いる薄膜スピンプローブに関するも
のであり、特に試料表面に平行なスピン偏極成分と垂直
なスピン偏極成分の測定が可能な薄膜スピンプローブに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡で試料表面のスピ
ン偏極成分の測定を可能にするために半導体単結晶をへ
きかいして作製したプローブの利用が試みられている。
このプローブを使用してスピン偏極成分を測定する一例
を図6を参照して簡単に説明すると、図6において10
1は半導体単結晶をへきかいして作製したプローブ、1
02はスピン偏極成分が測定される試料体であり、この
試料体102は透明基板(ガラス、マイカ等)102a
の上に励起光が透過するほど薄くした磁性体薄膜(試
料)102bを載せて作製されている。そして、励起光
を図のように試料に垂直方向から透過させ、透過光をプ
ローブ101に照射することで試料102b表面の垂直
なスピン偏極を検出できるようになっている。
【0003】しかし上述のような測定方法では、 a)プローブを光励起するために、励起光を薄くした試
料側より試料を透過させる必要があり、試料の厚さに制
約が生じる。 b)半導体をへきかいして作製したプローブではプロー
ブが厚いため、光を試料面に垂直にプローブ側から照射
しても励起光の吸収定数が大きく高々1μm程度しか励
起光が進入できず、先端で効率良い電子励起は期待でき
ない。 c)試料面内成分(平行成分)の測定時にはプローブ側
面より励起光を照射するが、プローブが3次元的に広が
りを持っており、効率良く励起できない。 d)薄膜スピンプローブに励起電子スピン偏極状態の制
御や発光効率向上のための量子構造を造り込むことが難
しく、発光型の薄膜スピンプローブを作製することが困
難である。 等の問題点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、G
aAsの基板上に薄膜形成装置を用いてGaAs/Al
GaAsの薄膜を形成し、前記基板の一部を選択エッチ
ングにより除去することによって薄膜スピンプローブを
作製することにより、上記問題点を解決することを目的
とする。また、GaAsからなる基板上に薄膜形成装置
によりAlGaAsなどからなる透明な支持膜を形成
し、その上に発光領域を構成する薄膜を形成し、さらに
その上に薄い障壁層し、前記基板の一部を選択エッチン
グにより除去することによって発光型の薄膜スピンプロ
ーブを作製することにより、上記問題点を解決すること
を目的とする。
【0005】本発明では、薄膜スピンプローブにおいて
プローブが励起光を透過するほど十分に薄く作ることが
可能であるためにプローブ側からの励起光の照射が可能
であり、試料の厚さに制約がなくなる。試料励起光が透
過する時に発生する磁気円2色性効果の影響も軽減でき
る。半導体ヘテロ接合の作製技術を利用することにより
励起キャリアを有効に閉じ込める構造あるいはスピン偏
極状態を制御するための構造をもったプローブを作製す
ることができる。薄膜スピンプローブでは試料面に水平
なスピン偏極成分の測定も有効である。この時半導体ヘ
テロ接合を持つ薄膜スピンプローブではキャリアの有効
閉じ込めが可能であり、単結晶へきかいプローブで問題
とされている減偏極効果を低減することができる。ま
た、単結晶へきかいプローブでは検出しずらかった発光
も量子井戸構造を利用することによって発光効率を上げ
ることができ、感度の高いスピン偏極測定が可能とな
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、基板
上に透明な支持膜を形成し、その上に発光領域を構成す
る薄膜を形成し、さらにその上に薄い障壁層を形成し、
基板の所定箇所を選択エッチングにより除去して構成し
たことを特徴とする薄膜スピンプローブであり、前記基
板はGaAsからなり、前記透明な支持膜はAlGaA
sからなり、発光領域を構成する薄膜はGaAsからな
り、薄い障壁層はAlAsなどからなることを特徴とす
る薄膜スピンプローブであり、前記基板への薄膜の形成
は薄膜形成装置により形成したことを特徴とする薄膜ス
ピンプローブである。
【0007】
【実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に基づい
て説明すると、図1(イ)は第1実施形態に係わる薄膜
スピンプローブの側面図、同(ロ)は正面図である。図
1において、1は、たとえばGaAsからなる薄膜スピ
ンプローブを構成する基板であり、この基板1上にモレ
キュラービームエピタキシー装置(MBE)、液相成長
装置(LPE)、化学気相成長装置(CVD)、有機金
属CVD(MOCVD)装置など現在III-V属半導体多
層膜作成に用いられる装置等からなる薄膜形成装置によ
りAlGaAsの薄膜2を形成し、さらにその上にGa
Asの薄膜3を形成する。
【0008】AlGaAsの薄膜2は、励起光に対して
は透明であり、活性探針領域を支える支持機能を有して
いる。GaAsの薄膜3は、活性探針領域であり、光励
起キャリアの閉じ込め機能をもつとともに量子井戸、多
量子井戸構造等の量子構造からなる。この薄膜3ではキ
ャリア寿命、スピン寿命、スピン偏極度の制御が成され
ている。
【0009】上記のように基板上に2層の薄膜を形成し
たものを、その後、アルカリエッチャントを用いて、プ
ローブ材料の基板1の一部分4を選択エッチングにより
除去し〔図(イ)参照〕、残った薄膜部分の中央を2方
向にへきかいして図1に示すような薄膜スピンプローブ
を形成する。
【0010】上記第1実施形態に係わる薄膜スピンプロ
ーブを使用して試料面内のスピン偏極を測定する例を説
明する。図2は試料面と平行なスピン偏極成分を測定す
る方法であり、薄膜スピンプローブを図のように試料に
対してほぼ垂直に配置し、薄膜スピンプローブに対して
ほぼ垂直(試料面に対してはほぼ平行)の励起円偏光を
照射すると、図2に示すように電子がトンネルし、その
時の電流を測定することで、試料面内と平行なスピン偏
極成分を測定することができる。また、図3は試料面と
垂直なスピン偏極成分を測定する方法であり、薄膜スピ
ンプローブを図のように試料に対してほぼ平行に配置
し、薄膜スピンプローブに対してほぼ垂直(試料面に対
してはほぼ垂直)の励起円偏光を照射すると、図3に示
すように電子がトンネルし、その時の電流を測定するこ
とで、試料面内と平行なスピン偏極成分を測定すること
ができる。
【0011】図4は本発明の第2実施形態に係わる光発
光型の薄膜スピンプローブの側面図である。図4におい
て、10は、たとえばGaAsからなる薄膜スピンプロ
ーブを構成する基板であり、この基板10上にモレキュ
ラービームエピタキシー装置(MBE)、液相成長装置
(LPE)、化学気相成長装置(CVD)、有機金属C
VD(MOCVD)装置など現在III-V属半導体多層膜
作成に用いられる装置等からなる薄膜形成装置によりA
lGaAsからなる透明な支持膜11を形成し、その上
に発光領域を構成するGaAsの薄膜12を形成し、さ
らにその上にAlAsなどからなる薄い障壁層13を形
成する。
【0012】上記のように基板上に3層を積層したもの
を、その後、アルカリエッチャントを用いて、プローブ
材料の基板1の一部分を第1実施形態と同様に選択エッ
チングにより除去し、残った薄膜部分の中央を2方向に
へきかいして薄膜スピンプローブを形成する。
【0013】図5は第2実施形態に係わる薄膜スピンプ
ローブを用いて試料面内のスピン偏極成分を測定方法で
あり、図5に示すように試料面とほぼ平行に薄膜スピン
プローブを配置すると、試料中の偏極電子は薄膜スピン
プローブの障壁層を透過して発光領域で再結合して発光
する。この発光状態を測定することで試料面内のスピン
偏極成分を測定することができる。
【0014】以上本発明に係わる実施の形態について説
明したが、例えば、基板材料、支持膜材料、探針領域材
料、発光材料などは上記したものに限定されることな
く、同様の機能を奏する材料であれば、種々の材料(た
とえば、InP、InAs、GaP、GaN等のIII-V
属化合物半導体およびそれらの混晶)を使用することが
できる。また本発明はその精神または主要な特徴から逸
脱することなく、他のいかなる形でも実施できる。その
ため、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎ
ず限定的に解釈してはならない。
【0015】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、 (1)試料面内の平行、垂直のスピン偏極成分の測定を
精度良く、かつ簡単に行うことができる。 (2)試料の厚さに制約が無く、試料表面より励起照射
することが可能であり、試料に垂直なスピン偏極成分の
測定が可能となる。 (3)発光型検出プローブでは、界面制御したヘテロ構
造をプローブとして利用することが可能となる。 等の優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (イ)は本発明の第1実施形態に係わる薄膜
スピンプローブの側面図、同(ロ)は正面図である。
【図2】 試料面と平行なスピン偏極成分を測定する方
法の説明図である。
【図3】 試料面と垂直なスピン偏極成分を測定する方
法の説明図である。
【図4】 本発明の第2実施形態に係わる光発光型の薄
膜スピンプローブの側面図である。
【図5】 第2実施形態に係わる薄膜スピンプローブを
用いて試料面内のスピン偏極成分を測定方法の説明図で
ある。
【図6】 従来の試料面内のスピン偏極成分を測定する
方法の説明図である。
【符号の説明】
1 基板 2 AlGaAs等の薄膜 3 GaAs等の薄膜 4 基板除去部分 10 基板 11 透明なAlGaAs等の支持膜 12 発光領域を構成するGaAs等の薄膜 13 AlAsなどからなる薄い障壁層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 13/10 - 13/24 G12B 21/00 - 21/24 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板10上に透明な支持膜11を形成し、
    その上に発光領域を構成する薄膜12を形成し、さらに
    その上に薄い障壁層13を形成し、基板の所定箇所を選
    択エッチングにより除去して構成したことを特徴とする
    薄膜スピンプローブ。
  2. 【請求項2】前記基板はGaAsからなり、前記透明な
    支持膜はAlGaAsからなり、発光領域を構成する薄
    膜はGaAsからなり、薄い障壁層はAlAsからなる
    ことを特徴とする請求項1に記載した薄膜スピンプロー
    ブ。
  3. 【請求項3】前記基板への薄膜の形成は薄膜形成装置に
    より形成したことを特徴とする請求項1または請求項2
    に記載の薄膜スピンプローブ。
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