2006 Fiscal Year Annual Research Report
室温強磁性窒化物半導体ナノ構造とナノスピントロニクスデバイス応用に関する研究
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18360009
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
朝日 一 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (90192947)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 繁彦 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (50189528)
江村 修一 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (90127192)
周 逸凱 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (60346179)
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| Keywords | スピンエレクトロニクス / 半導体物性 / MBE / ナノ材料 / 結晶工学 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、申請者らが初めて成長・実現した室温透明発光強磁性の遷移金属および希土類原子を添加したGaNベース希薄磁性半導体を基に、それらのナノ構造を作製し、強磁性特性への効果の把握、ナノ構造と磁化特性との関係の明確化、新規物性・特性探索を行い、高性能磁性半導体を創製するとともに新規な半導体ナノスピントロニクスデバイスのプロトタイプの創製・試作を行うことである。
この目的に向かって、本年度は次の成果を得た。
(1)プラズマ励起MBE法により遷移金属添加の強磁性半導体GaCrN/AlN多重量子井戸耕造を作製するために、GaCrNの成長温度700℃においてAlの表面偏析のない平坦なAlN層成長の条件を把握した。この結果に基づき、多重量子井戸耕造を作製し、X線回折により数次に亘るサテライトピークの観測より多重量子井戸耕造が形成されていることが確認された。SIMSにおいては、GaCrN井戸層内の表面側にCr濃度が高くなっていることが分かった。また、量子閉じ込めによるブルーシフトしたフォトルミネッセンス発光が観測された。さらに、室温で強磁性が観測され、AlN障壁層が薄いものでより強い磁化が現れることを見出した
(2)希土類添加強磁性半導体GaGdNと非磁性半導体GaNからなる超格子構造を作成に、磁化特性の各層厚さの依存性を調べた結果、相対的にGaN層が厚い超格子で大きな磁化が観測された。非磁性層GaN層からのキャリア流入によるキャリア誘起磁性が発現しているものと考えられる。
(3)GaCrN/AlN/GaCrN三層構造ダイオードを作製し、77Kにおいてダイオードの抵抗と磁場の関係にトンネル磁気抵抗(TMR)効果に特徴的なヒステリシスカーブが観測された。この結果は全半導体ベースのTMRデバイスでは最高の温度でのTMR効果の観測である。
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