2015 Fiscal Year Annual Research Report
III-V族化合物半導体ベーススピントランジスタの開発
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26630150
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中根 了昌 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50422332)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 電子材料 / 薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、自己整合技術によってIII-V族化合物半導体ベースのスピン電界効果型トランジスタを作製することを目的としている。この時、１）III-V族化合物半導体基板と基板上に蒸着したメタルを熱処理により反応させて強磁性体化合物を作製すること、２）未反応のメタルを選択的エッチングによって取り除くことができること、３）強磁性体と半導体のショットキー障壁高さが、電子に対して低いこと、の３つが求められる条件である。
本研究では、半導体基板としてInP(001)を用い、メタルとしてMnを用いた。半導体基板上へのMn薄膜の蒸着にはKセルを用いた。硫黄終端された表面をもつInP基板を超高真空蒸着器に搬送して、蒸着をおこなった。その後、熱反応には、蒸着機内で加熱する方法と大気に取り出した後にN2雰囲気中でランプをもちいて加熱する方法の二つを用いた。結晶の評価にはX線回折法と透過型電子顕微鏡を用い、電気特性はショットキーダイオードを作製して評価した。
初めに、真空蒸着器内で200-500℃、30分-1時間の条件で熱処理したサンプルを塩酸エッチングの後に評価したところ、反強磁性のM2Pなどを含む沢山のMnxP相が見られた。N2雰囲気中で30分アニールしたサンプルを塩酸エッチング後に評価したところ、300℃、350℃の条件ではMn2PとMnPの二つの相、400℃、450℃では強磁性MnPのみが作製されたことが明らかとなった。このMnPのみが作製される条件でダイオードを作製して評価したところ、正確なショットキー障壁高さは見積もっていないものの、電子に対して0.2-0.3eV程度の低い値であることが予想された。同条件で作成したダイオードの透過型電子顕微鏡像を観察したところ、MnP薄膜は数nm程度の膜厚で不連続であった。従って、この条件で電界効果型トランジスタを作製することは難しいことがわかった。
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