2002 Fiscal Year Annual Research Report
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14350169
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
中山 弘 大阪市立大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30164370)
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| Keywords | GaN / Mn4N / 強磁性半導体 / MBE / グラニュラー磁性半導体 / 室温強磁性 / フェリ磁性 |
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| Research Abstract |
本研究では、室温で動作する希薄磁性半導体の開発を目指し、GaN系材料へ%レベルに遷移金属を添加した新規スーパードープ半導体の合成をめざしている。GaNの結晶成長はアンモニアガスをGaNのNの原料として用いる分子線エピタキシー装置を用いた。基板としてはサファイヤ(Al_2O_3)のC面を主に用いた。特に工夫した点は、成長の際は成長室を加熱して150℃程度の温度に保つことである。この成長室加熱法を採用することによって、窒化物の原料であるアンモニア(NH_3)分子の成長室内部壁面への吸着を制限し成長中のアンモニア分圧を安定化させることができた。
作製されたGaN:Mn薄膜のX線構造解析の結果、Mnセル温度が850℃以上においてMn_4N化合物の析出がおこることがわかった。Mn_4Nはペロブスカイト構造をしており、Mn 1サイト(コーナー)、Mn 2サイト(面心)の2種のMnサイトがあり、これらのスピンは逆方向を向きいわゆるフェリ磁性体で、そのキュリー温度は約500℃である。NとMn系には種々の化合物相が存在するが、薄膜の形成温度を700℃から900℃程度の温度に保つと磁性相のMn_4N相のみの析出がおこる。この磁性化合物の微細な析出物をGaNなどの窒化物半導体のマトリックスのなかに形成するといわゆるグラニュラー磁性半導体が形成されることがわかった。このグラニュラー磁性半導体のキュリー温度は析出物の大きさ、密度に依存する。また、SQUIDを用いたMn_4Nの析出を含むGaN:Mnの磁化測定(室温)の結果、明瞭なヒステリシス特性が観測された。これはGaN:Mn-Mn_4N系における初めての室温における磁気ヒステリシスの観測である。また光吸収スペクトル測定により、これらの薄膜がエネルギーギャップを有し、磁性半導体として振舞っていることを確認した。
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[Publications] E.Kulatov et al.: "Electronic sturcture, magnetic ordering, and optical properties of GaN and GaAs doped with Mn"Phys.Rev.B. 66. 045203-1-045253-9 (2002)
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[Publications] H.Nakayama et al.: "MBE growth and properties of room-temperature (Ga, Mn)N-Mn4N granular magnetic semiconductors"J.Magnetism and Magnetic Materials. (In press). (2002)
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[Publications] Yu.Uspenskii et al.: "Ab initio study of the magnetism in GaAs, GaN, ZnO, and ZnTe based diluted magnetic semiconductors"J.Magnetism and Magnetic Materials. (In press). (2002)
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[Publications] E.Kulatov et al.: "Ab initio study of magnetism in III-V and II-VI based diluted magnetic semiconductors"Proceedings of PASPS 2002, The International Conference on the Physics and Application of Spin-Related Phenomena in Semiconductors, Wuerzburg, Germany,2002. (In press). (2000)
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[Publications] H.Nakayama et al.: "Catalytic CVD growth of Si-C and Si-C-O alloy fillms by using alkylsilande and related compounds"Thin Solid Films. (In press). (2003)
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[Publications] K.Takatsuji et al.: "Characterization of Cat-CVD grown Si-C and Si-C-O dielectric films for ULSI applications"Thin Solid Films. (In press). (2003)
