2002 Fiscal Year Annual Research Report
半導体スピントロニクス・ヘテロ構造電子デバイスの研究
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14076207
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田中 雅明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30192636)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 順一郎 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60115532)
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| Keywords | スピントロニクス / ヘテロ構造電子デバイス / 強磁性トンネル接合 / キャリアスピン / トンネル磁気抵抗効果 / 電子スピントロニクスデバイス / MnAs / GaMnAs |
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| Research Abstract |
半導体では意識されなかったスピン自由度を、半導体ベースの材料と電子伝導デバイスにおいて積極的に活用できるようにし、スピン依存伝導現象を用いた電子デバイスをつくる。そのために本研究では、(a)強磁性金属(MnGa,MnAs)と半導体(GaAs,Si)から成るヘテロ構造、(b)強磁牲混晶半導体(GaMnAs)とそのヘテロ構造、について、(1)エピタキシャル成長による作製技術を確立し、(2)スピン依存伝導現象(電子伝導とスピンの相互作用)、特に強磁性トンネル接合におけるトンネル磁気抵抗(TMR)効果を実験的・理論的に解明、最適化し、制御する、さらに、(3)半導体エレクトロニクスと融合可能な半導体スピントロニクス・ヘテロ構造電子デバイスの設計と作製を目指す。特に、半導体ベースで単結晶ヘテロ構造を用いた強磁性トンネル接合とトンネル磁気抵抗効果(TMR)デバイスの作製を行う。(4)さらに半導体バンドエンジニアリングを駆使することにより既存デバイスの性能を越えるTMRデバイスの高機能化を実現することを目標に研究を開始した。
平成14年度は半導体をベースとしたエピタキシャル磁性ヘテロ構造の作製と構造評価を行った。
・強磁性金属(MnAs)とIII-V族化合物半導体を組み合わせたヘテロ構造を用い、MnAs/AlAs/MnAsからなるすべて単結晶から成るエピタキシャル強磁性トンネル接合をGaAs(111)BおよびSi(111)基板上へ成長した。
・MnAs/AlAs/MnAs強磁性トンネル接合の構造評価、ヘテロ界面の急峻性を確認した。
・強磁性半導体(GaMnAs)と非磁性III-V族化合物半導体を組み合わせたヘテロ構造を用い、GaMnAs/AlAs/GaMnAsから成る強磁性トンネル接合をGaAs(001)基板上に作製し、大きなトンネル磁気抵抗効果(TMR)を得た。TMRのトンネル障壁膜厚依存性により、スピン依存トンネルがキャリアの横方向結晶運動量を保存して起こることを明らかにした。
・強磁性金属(MnAs)と強磁性半導体(GaMnAs)の電子状態、スピン偏極率、トンネル磁気抵抗効果等を理論的に明らかにしつつある。
・新しい半金属を含むトンネル磁気抵抗デバイスを提案・解析した。
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[Publications] S.Sugahara, M.Tanaka: "Tunneling Magnetoresistance in Fully Epitaxial MnAs/AlAs/MnAs Ferromagnetic Tunnel Junctions Grown on Vicinal GaAs(111)B Substrates"Applied Physics Letters. Vol.80. 1969-1972 (2002)
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[Publications] A.M.Nazmul, S.Sugahara, M.Tanaka: "Transport Properties of Mn delta-doped GaAs and the effect of selective doping"Applied Physics Letters. Vol.80. 3020-3022 (2002)
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[Publications] M.Tanaka: "Ferromagnet(MnAs)/III-V Semiconductor Hybrid Structures"Semiconductor Science and Technology. Vol.17, No.4. 327-341 (2002)
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[Publications] M.Tanaka, Y.Higo: "Tunneling magnetoresistance in GaMnAs/AlAs/GaMnAs ferromagnetic semiconductor heterostructures"Physica E. Vol.13. 495-503 (2002)
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[Publications] S.Sugahara, M.Tanaka: "Growth Characteristics and Tunneling magnetoresistance of MnAs/AlAs/MnAs Trilayer Heterostructures Grown on Vicinal GaAs(111)B Substrates"Physica E. Vol.13. 582-588 (2002)
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[Publications] H.Shimizu, M.Tanaka: "Quantum size effect and ferromagnetic ordering in ultrathin GaMnAs/AlAs heterostructures"Journal of Applied Physics. Vol.91. 7487-7489 (2002)
