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-半導体エレクトロニクスと融合可能な不揮発性磁気メモリーのための材料開発-

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555412
• 応募区分: 試験
• 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 ; GERHARD Faso 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: MnAs / エピタキシャル強磁性体超薄膜 / 半導体基板 / 磁気異方性 / 半導体 / 磁性体多層構造 / 一軸異方性 / 磁性体薄膜 / 金属間化合物

研究概要

Mnをベースとした強磁性金属間化合物MnAsに着目し、半導体基板上にエピタキシャル単結晶強磁性体薄膜を形成し、その構造・電気的・磁気的性質を最適化することにより、半導体エレクトロニクス回路と融合可能なオンチップ不揮発性メモリ実現のための材料開発をおこなうことを主目的として以下の研究を行った。特に平成8年度は、エピタキシェル強磁性体薄膜の成長と物性の探索に重点をおいて研究を行った。
(1)エピタキシャル強磁性薄膜/半導体の磁気異方性
半導体基板の結晶方位を変えると、その上にMBEでエピタキシャル成長した強磁性薄膜の方位が変わり、M-H特性や電子伝導に影響を与えることが明らかになった。GaAsやSi基板の方位を従来の(001)に加えて(111)方位を使用することにより、MnAs(0001)面のエピタキシャル成長薄膜を得た。この強磁性薄膜は、その構造対称性を反映して面内で磁気異方性がないことがわかった。
(2)半導体/磁性体多層構造の作製
スピンとキャリア電荷の両方を利用したより高度な機能の実現を目指すため、MnAs/GaAs/MnAs/GaAs(111)B基板、及びMnAs/GaAs/MnAs/Si(111)基板のMBE成長を行い、多層構造が作製されていることを、電子顕微鏡観察およびX線回析の測定で確かめた。また、多層構造中のMnAsは良好な磁気特性を示すことを示した。

研究成果

• [文献書誌] M.Tanaka: ""Structures,Properties and Functions of Epitaxial Ferromagnetic Metal/Semiconductor Heterostructures"" J.Magnetics Society of Japan. 20. 950-959 (1996)
• [文献書誌] M.Tanaka,J.P.Harbison and G.M.Rothberg: ""Epitaxial MnAs/NiAs Magnetic Multilayers on (001)GaAs Grown by Molecular Beam Epitaxy"" J.Magnetism & Magnetic Materials. 156. 306-308 (1996)
• [文献書誌] K.Akeura,M.Tanaka.T.Nishinaga,and J.DeBoeck: ""Epitaxial Growth and Magnetic Properties of MnAs Thin Films Directly Grown on Si(001)"" J.Appl.Phys.79. 4957-3959 (1996)
• [文献書誌] M.C.Park,Y.Park,T.Shin,M.Tanaka,J.P.Harbison,: ""Galvanomagnetic Properties and Mgnetic Domain Structure of Epitaxial MnAs Thin Films on GaAs"" J.Appl.Phys.79. 4967-4969 (1996)
• [文献書誌] M.Tanaka,C.J.Palmstrom,M.Tsuda and T.Nishinaga: ""Epitaxial Semimetal(ErAs)/Semiconductor(III-V) Heterostructures: Negative Differential Resistance in Novel Resonant Tunneling Structures Having a Semimetallic Quantum Well"" J.Magnesism & Magnetic Materials. 156. 276-278 (1996)
• [文献書誌] M.Tanaka,M.Tsuda,T.Nishinaga and C.J.Palmstrom: ""Room Temperature Negative Differential Resistance in AlAs/ErAs/AlAs Heterostructures Grown on(001)GaAs"" Applied Physics Letters.68. 84-86 (1996)