半導体基板上におけるエピタキシャル強磁性体超薄膜の形成とその応用

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555412
• 研究種目: 試験研究(B)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 田中 雅明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30192636)
• 研究分担者: 広野 滋 日本電信電話会社, 境界領域研究所, 主任研究員 ; ファーソル ゲルハルト 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10251472) ; 西永 頌 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10023128)
• キーワード: 強磁性MnGa薄膜 / 垂直磁化 / ヘテロエピタキシ- / 強磁性MnAs薄膜 / 交番力マグネトメータ / 磁気異方性

研究概要

平成7年度は半導体上へのエピタキシャル強磁性体薄膜の形成技術の確立をめざした研究を行っている。まず、分子線エピタキシ-(MBE)を用いてGaAs基板上へMnGaおよびMnAl垂直磁化薄膜を形成することに成功した。MnGaおよびMnAlは正方晶の結晶構造をもちa軸方向の格子定数がGaAsやAlAsの格子定数の約半分であるため、GaAs(001)基板上へのヘテロエピタキシ-の整合性が比較的よい強磁性金属間化合物である。c軸が容易な磁化方向であるため、MnGaおよびMnAlのc軸が基板面に垂直に向くようなエピタキシャル関係が得ることにより、膜厚の大小にかかわらず垂直磁化膜が得られた。また、強磁性MnAsについてもMBE成長を行い、GaAs(001)基板上およびSi(001)基板上に単結晶エピタキシャル薄膜を成長することに成功した。磁化測定は、本年度購入した交番力マグネトメータを用いて行った。MnAsエピタキシャル薄膜についても、保持力1000e程度、飽和磁化700emu/cc以上のきわめて良好な磁化特性を得ることができた。
MBE成長中の反射高エネルギー電子線解析(RHEED)観察に加えて、成長後のX線や走査型トンネル電子顕微鏡を用いた評価をおこない、成長機構の統一的理解と強磁性体金属間化合物形成技術の確立をおこないつつある。特に、このような異種材料のヘテロエピタキシ-の場合、成長前の半導体表面の状態と成長第1原子層が、エピタキシャル方位や磁気異方性を決定するうえできわめて重要な役割を果たしていることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] M. Tanaka: "Epitaxial Ferromagnetic Thin films and Multilayers of Mn-based Metallic Compounds on GaAs" J. Materials Science & Engineering. B31. 117-125 (1995)
• [文献書誌] M. Tanaka, J. P. Harbison G. M. Rothberg: "Epitaxial Ferromagnetic MnAs Thin Films on (001) GaAs: Template and Epitaxial Orientations" J. Crystal Growth. 150. 1132-1139 (1995)
• [文献書誌] K. Akeura, M. Tanaka M. Ueki, T. Nishinaga: "Epitaxial Ferromagnetic MnAs Thin Films Grown by Molecular Beam Epitaxy on si(001) Sbstrates" Applied Physics Letters. 67. 3349-3351 (1995)
• [文献書誌] K. Akeura, M. Tanaka, M. Ueki, T. Nishinaga: "Epitaxial Ferromagnetic MnAs Thin Films on Si(001) Substrates" Record of the 14th Electronic Materials Symposium, Izu-Nagaoka,. (1995)
• [文献書誌] 田中雅明: "エピタキシャル強磁性薄膜/半導体構造の形成とその物性" 物性研だより. 35. 36-37 (1995)
• [文献書誌] 明浦公彦、田中雅明: "Si基板上の強磁性MnAsの成長及びその評価" 物性研だより. 35. 71-72 (1995)