Модифицирование границы раздела металл/полупроводник в спиновых светоизлучающих диодах СoPt/(In)GaAs / Дёмина П.Б., Дорохин М.В., Здоровейщев А.В., Ведь М.В., Кудрин А.В., Буданов А.В., Власов Ю.Н., Котов Г.И., Крюков Р.Н., Вихрова О.В.

Abstract

Создание неравновесной спиновой поляризации носителей заряда в полупроводниковых материалах является одним из основополагающих принципов полупроводниковой спинтроники [1]. Известно, что одним из важнейших параметров, влияющих на степень инжекции спинполяризованных носителей заряда из ферромагнитного металлического электрода в полупроводниковую гетероструктуру, является качество границы раздела, которое должно обеспечивать минимальное спиновое рассеяние. В процессе формирования диодной структуры при нанесении металла на поверхность полупроводника туннельно-тонкая прослойка диэлектрика позволяет существенно снизить количество дефектов на границе раздела. Кроме того, такая прослойка изменяет механизм протекания носителей на границе раздела с дрейфово-диффузионного на туннельный [2], что позволяет решить проблему рассогласования проводимостей в системе металл/полупроводник. В настоящей работе приведены результаты исследования спиновой инжекции в спиновых светоизлучающих диодах (ССИД) с контактом СoPt/туннельно-тонкий оксид/ (In)GaAs. Выполнено варьирование свойств гетерограниц за счёт использования различных оксидов: Al2O3:MgO (поликор), Al2O3:Ti (сапфир), HfO2, стабилизированный ZrO2-Y2O3, MgO, термический TiO2. Кроме того, были проведены дополнительные обработки поверхности перед нанесением оксидов, в том числе отжиг в парах селена (с образованием на поверхности Ga2Se3) и отжиг в кислородной плазме. В качестве метода определения эффективности инжекции спин-поляризованных носителей использовалось измерение магнитополевой зависимости степени циркулярной поляризации электролюминесценции диодов (PEL) в диапазоне температур от 15 до 300К. При всех прочих равных условиях, максимальное значение PEL получено для стабилизированного ZrO2. Такой эффект, вероятно, обусловлен снижением спинового рассеяния за счет получения более качественной границы раздела оксид/полупроводник благодаря лучшему совмещению решетки GaAs с кубической решеткой стабилизированного ZrO2. Аналогично достаточно высокая степень поляризации излучения достигается при использовании оксида магния, но такие диоды обладают низкой стабильностью и быстрой деградируют с течением времени. Вероятно, это обусловлено высокой гигроскопичностью MgO. Эффект значительного повышения PEL также даёт обработка поверхности диода в кислородной плазме перед нанесением Al2O3. Наблюдаемое повышение РEL после отжига в парах селена связано с уменьшением скорости спиновой релаксации при инжекции через гетерограницу CoPt/Al2O3/Ga2Se3/GaAs по сравнению с CoPt/Al2O3/GaAs, что обусловлено пассивацией поверхностных состояний образовавшимся слоем Ga2Se3. Отметим, что наибольшая стабильность диодов и широкий интервал рабочих токов были характерны для случая прослойки из TiO2.