2009 Fiscal Year Annual Research Report
半導体中の磁性元素凝集ワイヤの自己形成の制御とデバイスへの応用
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21310070
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
黒田 眞司 University of Tsukuba, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (40221949)
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| Keywords | スピントロニクス / 強磁性半導体 / 分子線エピタキシー / 不純物ドーピング / 強磁性クラスター / 磁気異方性 |
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| Research Abstract |
本課題では、磁性半導体において母体半導体結晶中での磁性元素の凝集という現象を対象とし、凝集が生じるメカニズムを解明し、凝集を人為的に制御する手法を確立し、それに基づいて半導体結晶中で磁性元素が凝集した系の物性を解明してデバイス応用の可能性を探索することを目的としている。対象物質としてはII-VI族混晶半導体(Zn,Cr)Teを取り上げ、分子線エピタキシー(MBE)法で成長した(Zn,Cr)Te中のCrの凝集領域の形成と磁化特性を研究した。MBE成長のさまざまな成長パラメーターを系統的に変化させて(Zn,Cr)Te薄膜を成長し、Cr凝集領域の形成の様子がどのように変化するかを調べた。その結果、成長した薄膜結晶の構造、Cr分布および磁性は成長中の基板温度T_Sにより大きく変化することが明らかとなった。Crの平均組成が5%程度と小さい場合は、T_S=300℃の標準的な条件では、クラスター状のCr凝集領域が形成されるが、T_Sの上昇に伴い積層欠陥の密度が減少し結晶性に大幅な改善が見られる一方で、Cr分布の不均一度にそれほど変化は見られなかった。一方、Crの平均組成が20%程度ではT_Sに係らずCrの凝集が生じるが、凝集領域の形状はT_Sにより変化した。T_S=300℃ではCr凝集領域は孤立したクラスター形状であるが、T_S=360℃では1次元の柱状領域となった。このCr凝集柱状領域は成長面方位が(001)面のときは成長方向に対して斜め方向に形成され、(111)面のときは成長面に対しほぼ垂直に形成された。この結果は、Cr原子が結晶の{111}面に沿って凝集する傾向があることを示唆している。Cr凝集領域が柱状となるのは、基板温度の上昇に伴う成長表面での原子のマイグレーションの促進によると考えられる。さらに成長面方位を磁化測定では、柱状領域が形成されている(Zn,Cr)Te薄膜において、磁化の温度依存性に現れるブロッキング温度が上昇し、かつ磁場の印加方向による異方性が見られた。
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[Journal Article] Reversible ferromagnetic spin ordering governed by hydrogen in Co-doped ZnO semiconductor2009
Author(s)
Y.C.Cho, S.J.Kim, S.Lee, S.J.Kim, C.R.Cho, H.H.Nahm, C.H.Park, I.K.Jeong, S.Park, T.E.Hong, S.Kuroda, S.Y.Jeong
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Journal Title
Applied Physics Letters 95
Pages: 1-3
Peer Reviewed
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