Optically controlled spin-polarization memory effect on Mn delta-doped heterostructures

Abstract

We investigated the dynamics of the interaction between spin-polarized photo-created carriers and Mn ions on InGaAs/GaAs: Mn structures. The carriers are confined in an InGaAs quantum well and the Mn ions come from a Mn delta-layer grown at the GaAs barrier close to the well. Even though the carriers and the Mn ions are spatially separated, the interaction between them is demonstrated by time-resolved spin-polarized photoluminescence measurements. Using a pre-pulse laser excitation with an opposite circular-polarization clearly reduces the polarization degree of the quantum-well emission for samples where a strong magnetic interaction is observed. The results demonstrate that the Mn ions act as a spin-memory that can be optically controlled by the polarization of the photocreated carriers. On the other hand, the spin-polarized Mn ions also affect the spin-polarization of the subsequently created carriers as observed by their spin relaxation time. These effects fade away with increasing time delays between the pulses as well as with increasing temperatures.

Управление циркулярной поляризацией электролюминесценции в спиновых светоизлучающих диодах на основе гетероструктур InGaAs/GaAs/delta<Mn>

“…Структуры сформированы комбинированным методом МОС-гидридной эпитаксии (МОСГЭ) в сочетании с импульсным лазерным осаждением (ИЛО) [6][7][8] [6][7][8]. Структура А не содержала дополнительных слоев, легированных акцеп-торами (за исключением δ Mn -слоя).…”

“…Контакт к n-GaAs подложке формировался искровым вжигани-ем Sn-фольги. Таким образом формировались светоиз-лучающие диоды аналогично [6][7][8]. Для исследований электролюминесценции на образцы подавалось прямое смещение (на Au-контакт подавался положительный потенциал по отношению к потенциалу подложки).…”

“…К прак-тическим преимуществам эффекта близости можно от-нести возможность создания спиновой поляризации в полупроводнике без использования явления спиновой инжекции, в то время как большинство полупровод-никовых гетероструктур ферромагнетик / полупроводник используют именно принцип спиновой инжекции для генерации спин-ориентированных носителей [4,5]. Одной из разновидностей структур, в которых проявляется эффект близости, является квантовая гетерострукту-ра InGaAs/GaAs с дельта-слоем Mn, встроенным в GaAs барьер на небольшом удалении от квантовой ямы InGaAs [3,6,7]. Ранее было показано, что на-магниченный ферромагнитный δ Mn -слой обеспечива-ет спиновую поляризацию носителей в квантовой яме InGaAs.…”

“…Ранее было показано, что на-магниченный ферромагнитный δ Mn -слой обеспечива-ет спиновую поляризацию носителей в квантовой яме InGaAs. В режиме люминесценции спин-поляризованные носители рекомбинируют с испусканием циркулярно-поляризованного света [6,7]. В [8] был предложен ме-ханизм спиновой поляризации дырок в квантовой яме, связанный с обменным взаимодействием с ионами Mn в δ Mn -слое.…”

Бесконтактная Характеризация Дельта-Слоев Марганца И Углерода В Арсениде Галлия

“…Особый интерес представляет δ-легирование GaAs акцепторной приме-сью марганца, поскольку оно приводит к возникнове-нию ферромагнитных свойств у структуры, а также к преимущественной спиновой поляризации носителей в δ-слое [2,3] и в расположенной вблизи δ-слоя квантовой яме (КЯ) [4]. Размещение с другой стороны от этой КЯ δ-слоя углерода [5] добавляет в систему дополнительные дырки, что приводит к усилению наблюдаемых спиновых явлений. Введенные с углеродом дырки, возможно, ком-пенсируют нежелательные электроны, образовавшиеся за счет попавших в междоузлия атомов Mn.…”