セル選択機能を有する超高速半導体不揮発性メモリの実現

• 研究課題/領域番号: 18760230
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 大矢 忍 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教 (20401143)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2007年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2006年度: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
• キーワード: 量子ヘテロ構造 / 分子線エピタキシー / スピンエレクトロニクス / 量子サイズ効果 / トンネル効果 / 強磁性半導体 / 微粒子 / 共鳴トンネル効果 / ナノ微粒子 / トンネル磁気抵抗効果 / ホットエレクトロントランジスタ

研究概要

1.高濃度MnドープGa_1-xMn_xAs(x=10%〜20%)におけるキュリー温度の成長温度依存性の測定:成長温度を高温化することによって、キュリー温度を172.5Kまで増大させられることを明らかにした。(III-V族強磁性半導体における最高値は、英国ノッティンガム大学グループの173K。本研究の値は世界第2位。)
2.MnデルタドープAlGaAs/GaAsヘテロ構造におけるプレーナーホール効果を用いた面内磁気異方性定数の決定:プレーナーホール効果の詳細な測定を行い、磁壁のピンニングエネルギーを考慮したストーナーウォルファース単磁区理論を用いて、強い面内一軸異方性を有するMnデルタドープ層の面内磁気異方性定数を求めた。
3.MnAs微粒子を含むGaAs障壁ヘテロ構造におけるバリスティック伝導の実証:MnAs/GaAs/GaAs:MnAs強磁性トンネル接合において、GaAsのMnAsに対する障壁高さがlmeVと大変低く、電子がバリステッィクにGaAs障壁をFNトンネルすることを明らかにした。FNトンネリングを用いた半導体への高効率スピン注入の可能性を示唆している。
4.MnAs微粒子を含む磁気トンネル接合における磁気抵抗効果と静磁場による起電力の観測:MnAs/AlAs/GaAs:MnAs強磁性トンネル接合において、低温において静磁場による起電力を観測した。起電力は、数分〜数十分もの程度の非常に長い緩和時間を有していることが分かった。
5.GaMnAsをべ一スとした量子ヘテロ構造におけるトンネル磁気抵抗効果の増大を目指した研究:GaMnAs量子井戸2重障壁ヘテロ構造において、上部障壁層にAlMnAsを用いることによって、GaMnAs量子井戸のキュリー温度を増大させて、TMRを増大させられることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Planar Hall effect and uniaxial in-plane magnetic anisotropy in Mn -doped GaAs/p-AlGaAs heterostructures (2008)
  • 著者名/発表者名: A. M. Nazmul, H. T. Lin, S. N. Tran, S. Ohya, and M.Tanaka
  • 雑誌名: Physical Review B 77 ページ: 155203-155203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Planar Hall effect and uniaxial in-plane magnetic anisotropy in Mn -doped GaAs/p-AlGaAs heterostructures (2008)
  • 著者名/発表者名: A. M. Nazmul, H. T. Lin, S. N. Tran, S. Ohya, and M. Tanaka
  • 雑誌名: Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum-size effect and tunneling magnetoresistance in ferromagnetic-semiconduct or quantum heterostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Ohya, et. al.
  • 雑誌名: Physical Review B 75 ページ: 155328-155328
  • 査読あり
• [雑誌論文] Properties of Heavily Mn-doped GaMnAs with Curie Temperature of 172.5 K (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Ohno, S. Ohya, and M. Tanaka
  • 雑誌名: J. Supercond. Nov. Magn. 20 ページ: 417-420
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-dependent transport properties in GaMnAs-based spin hot-carrier transistors (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuno, S. Ohya, P. N. Hai, and M. Tanaka
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 90 ページ: 162505-162505
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-dependent transport properties in GaMnAs-based spin hot-carrier transistors (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuno, S. Ohya, P. N. Hai, and M. Tanaka
  • 雑誌名: Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology 15
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum-size effect and tunneling magnetoresistance in ferromagnetic-semiconductor quantum heterostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Ohya, P. N. Hai, Y. Mizuno, and M. Tanak
  • 雑誌名: Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic properties of MnAs nanoclusters embedded in a GaAs semiconductor matrix (2007)
  • 著者名/発表者名: P.N.Hai, K.Takahashi, M.Yokoyama, S.Ohya., M.Tanaka
  • 雑誌名: J.Magn.Magn.Mater. 310 ページ: 1932-1934
• [雑誌論文] Molecular beam epitaxy growth, magnetic and structural properties of MnAs thin films grown on InP(001) and InGaAsP (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Yokoyama, S.Ohya, M.Tanaka
  • 雑誌名: J.Cryst.Growth 301-302 ページ: 615-617
• [雑誌論文] Fabrication, structural and magnetic properties of InAlMnAs and InAlAs : MnAs granular thin films (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Yokoyama, S.Ohya, M.Tanaka
  • 雑誌名: J.Cryst.Growth 301-302 ページ: 627-630
• [雑誌論文] Magneto-optical and magnetotransport properties of heavily Mn-doped GaMnAs (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Ohya, K.Ohno, M.Tanaka
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 90 ページ: 112503-112503
• [雑誌論文] Spin-dependent transport properties in GaMnAs-based spin hot-carrier transistors (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Mizuno, S.Ohya, P.N.Hai, M.Tanaka
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 90 ページ: 162505-162505
• [雑誌論文] Spin-dependent transport properties in GaMnAs-based spin hot-carrier transistors (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Mizuno, S.Ohya, P-N.Hai, M.Tanaka
  • 雑誌名: Virtual Journal of Nanoscale Science ＆ Technology Volume 15, Issue 17, April 30, 2007. http://www.vjnano.org/nano/ 15
• [雑誌論文] Quantum-size effect and tunneling magnetoresistance in ferromagnetic-semiconductor quantum heterostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Ohya, P.N.Hai, Y.Mizuno, M.Tanaka
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 75 ページ: 155328-155328
• [雑誌論文] Spin polarized tunneling in III-V based heterostructures with a ferromagnetic MnAs thin film and GaAs : MnAs nanoclusters (2006)
  • 著者名/発表者名: P.N.Hai, M.Yokoyama, S.Ohya, M.Tanaka
  • 雑誌名: Physica E 32 ページ: 416-418
• [雑誌論文] Growth and magnetic properties of epitaxial MnAs thin films grown on InP (001) (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Yokoyama, S.Ohya, M.Tanaka
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 88 ページ: 12504-12504
• [雑誌論文] Resonant tunneling effect and tunneling magnetoresistance in GaMnAs quantum-well double-barrier heterostructures (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Ohya, P.N.Hai, Y.Mizuno, M.Tanaka
  • 雑誌名: Phys.Stat.Sol.(c) 3 ページ: 4184-4187
• [雑誌論文] Tunneling magnetoresistance of MnAs thin film/GaAs/AlAs/GaAs : MnAs nanoclusters and its AlAs barrier thickness dependence (2006)
  • 著者名/発表者名: P.N.Hai, M.Yokoyama, S.Ohya, M.Tanaka
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 89 ページ: 242106-242106
• [学会発表] 亜鉛鉱型MnAs微粒子を含む半導体ナノ構造における巨大な磁気抵抗効果(〜100,000%) (2008)
  • 著者名/発表者名: ファムナムハイ, ユビョンホ, 大矢忍, 田中雅明
  • 学会等名: 平成20年春季応用物理学会関連連合講演会;28p-F-4
  • 発表場所: 日本大学
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] Electrical spin injection and detection by ballistic transport in MnAs/GaAs/GaAs: MnAs spin-valve hybrid heterostructures (2008)
  • 著者名/発表者名: Pham Nam Hai, Yusuke Sakata, Masafumi Yokoyama, Shinobu Ohya and Masaaki Tanaka
  • 学会等名: 2008 Applied Physics Society Annual March Meeting; K1.00213
  • 発表場所: New Orleans, Louisiana, USA
  • 年月日: 2008-03-11
• [学会発表] Huge tunneling magnetoresistance (>18300%) in semiconductor based magnetic tunnel junctions with zinc-blende MnAs nanoparticles (2008)
  • 著者名/発表者名: Pham Nam Hai, ByungHo Yu, Shinobu Ohya and Masaaki Tanaka
  • 学会等名: 2008 Applied Physics Society Annual March Meeting; D33.00010
  • 発表場所: New Orleans, Louisiana, USA
  • 年月日: 2008-03-10
• [学会発表] 強磁性半導体量子ヘテロ構造におけるスピン依存共鳴とトンネル効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 大矢 忍、ファム ナム ハイ、田中 雅明 (招待講演)
  • 学会等名: 日本磁気学会 第159回研究会・第20回スピンエレクトロニクス専門研究会
  • 発表場所: 化学会館(東京・御茶ノ水)
  • 年月日: 2008-03-03
• [学会発表] 強磁性半導体GaMnAs量子井戸二重障壁ヘテロ接合におけるトンネル磁気抵抗効果と共鳴トンネル効果 (2007)
  • 著者名/発表者名: 大矢 忍、Pham Nam Hai、水野 洋輔、田中 雅明
  • 学会等名: 第31回日本応用磁気学会学術講演会 13aC-3
  • 発表場所: 学習院大学(東京)
  • 年月日: 2007-09-13
• [学会発表] 強磁性金属(MnAs)/半導体(GaAs)スピンバルブ構造におけるバリスティック伝導によるスピン注入・検出 (2007)
  • 著者名/発表者名: ファム ナム ハイ、坂田 祐輔、横山 正史、大矢 忍、田中 雅明
  • 学会等名: 第31回日本応用磁気学会学術講演会 13aC-4
  • 発表場所: 学習院大学
  • 年月日: 2007-09-13
• [学会発表] 強磁性MnAs微粒子を含む半導体ヘテロ構造におけるメモリ効果 (2007)
  • 著者名/発表者名: ファム ナム ハイ, 横山 正史, 大矢 忍, 田中 雅明
  • 学会等名: 平成19年秋季応用物理学会関連連合講演会8a-S-3
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-08
• [学会発表] 磁性(InGaMn)As薄膜における磁気異方性に対する熱処理効果 (2007)
  • 著者名/発表者名: 横山 正史, 大矢 忍, 田中 雅明
  • 学会等名: 平成19年秋季応用物理学会関連連合講演会8a-S-5
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-08
• [学会発表] III-V族強磁性半導体ヘテロ構造におけるトンネル磁気抵抗効果と共鳴トンネル効果 (2007)
  • 著者名/発表者名: 大矢 忍、ファム ナム ハイ、水野 洋輔、田中 雅明 (招待講演)
  • 学会等名: 平成19年秋季応用物理学会関連連合講演会シンポジウム ナノスピントロニクスにおける量子効果と関連現象6p-S-5
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-06
• [学会発表] Recent Progress in Ferromagnetic Semiconductor Heterostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Ohya and M. Tanaka (Invited)
  • 学会等名: The 1st ISAMMA (International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Applications) conference, GC05
  • 発表場所: Hotel Shilla in Jeju island, Korea
  • 年月日: 2007-06-01
• [学会発表] Tunneling magnetoresistance and colossal electro-resistance in magnetic tunnel junctions with ferromagnetic MnAs nanoclusters (2007)
  • 著者名/発表者名: P. N. Hai, M. Yokoyama, S. Ohya, and M. Tanaka
  • 学会等名: Spintech IV International Conference and School Semiconductor Spintronics and Quantum Information Technology; P8
  • 発表場所: Hawaii, USA
• [学会発表] Electrical spin injection and detection by ballistic transport in MnAs/GaAs: MnAs spin-valve heterostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: P. N. Hai, Y. Sakata, M. Yokoyama, S. Ohya, and M. Tanaka
  • 学会等名: Spintech IV International Conference and School Semiconductor Spintronics and Quantum Information Technology; P93,
  • 発表場所: Hawaii, USA
• [学会発表] Semiconductor spin hot-carrier transistor with amplification capability (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuno, S. Ohya, P. N. Hai, and M. Tanaka
  • 学会等名: Spintech IV International Conference and School Semiconductor Spintronics and Quantum Information Technology; P77,
  • 発表場所: Hawaii, USA
• [学会発表] Magneto-optical, magnetotransport, and magnetization properties of ferromagnetic GaMnAs thin films with high Mn concentrations (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Ohno, S. Ohya, and M. Tanaka
  • 学会等名: Spintech IV International Conference and School Semiconductor Spintronics and Quantum Information Technology; P31
  • 発表場所: Hawaii, USA
• [学会発表] Spin-dependent resonant tunneling effect in GaMnAs quantum-well double-barrier heterostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Ohya, P. N. Hai, Y. Mizuno, and M. Tanaka
  • 学会等名: Spintech IV International Conference and School Semiconductor Spintronics and Quantum Information Technology; P72,
  • 発表場所: Hawaii, USA
• [学会発表] Electrical spin injection and detection by ballistic transport in MnAs/GaAs/GaAs:MnAs spin-valve hybrid structures (2007)
  • 著者名/発表者名: P. N. Hai, Y. Sakata, M. Yokoyama, S. Ohya, and Masaaki Tanaka
  • 学会等名: Conference on Nonequilibrium Carrier Dynamics in Semiconductors, ThA-9
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] Spin-Dependent Transport Properties in GaMnAs-based Spin Hot-Carrier Transistors (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuno, S. Ohya, P.N. Hai, and M. Tanaka
  • 学会等名: Conference on Nonequilibrium Carrier Dynamics in Semiconductors, MoP-37
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] Spin-dependent Resonant Tunneling Effect in Ferromagnetic-semiconductor Quantum Heterostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Ohya, P.N. Hai, Y. Mizuno, and M. Tanaka
  • 学会等名: 15th International Conference on Nonequilibrium Carrier Dynamics in Semiconductors, ThA-7
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] Magnetic Anisotropy of Ferromagnetic Semiconductor [(In_yGa_<1-y>)_<1-x>Mn_x] As Thin Films (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Yokoyama, S. Ohya, and M. Tanaka
  • 学会等名: The 34th International Symposium on Compound Semiconductors, TuC P14
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] Magnetic Anisotropy of Ferromagnetic Semiconductor [(In_yGa_<1-y>)_<1-x>Mn_x] As (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Yokoyama, S. Ohya, and M. Tanaka
  • 学会等名: 52nd Magnetism and Magnetic Materials Conference; CG-07
  • 発表場所: Tampa, USA
• [図書] TMR in Semiconductors (Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials Vol.5 Spintronics and Magnetoelectronics)(TMR in Semiconductors, p.1-20) (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Ohya and M. Tanaka (Invited Review)
  • 総ページ数: 3064
  • 出版者: John Wiley & Sons Ltd. (Chichester, UK)
• [図書] "Tunneling Magnetoresistance in Semiconductors", Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials-Volume 5 (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Ohya, M.Tanaka
  • 出版者: John Wiley ＆ Sons, Ltd(出版予定)(未定)