III-V半導体/磁性体融合系(GaAs:Mr)の形成とその物性

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455006
• 研究種目: 基盤研究(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: ゲルハルト ファーソル 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: 半導体 / 磁性体融合体 / エピタキシャル強磁性薄膜 / MnAs / GaMnAs / 希薄磁性半導体 / III-V半導体 / 低温MBE / 磁気異方性

研究概要

平成8年度はIII-V半導体/磁性体融合系の形成に重点をおいた研究を行い、以下の成果を得た。
(1)半導体基板上へのエピタキシャルMnAs面内磁化薄膜の形成とその磁性
MnAsはNiAs型の六方晶の結晶構造をもつ強磁性金属間化合物であるが、閃亜鉛鉱型の結晶構造をもつGaAs(001)基板上で、<-1100>方向にエピタキシャル成長し、強い一軸磁気異方性があること、磁化容易軸は面内の<11-20>方向であることがわかった。さらに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)新しい希薄磁性半導体GaMnAsの形成
MBEを用いてMnをGaAs中に均一に分布させた新しい3元混晶のIII-V希薄磁性半導体である(Ga_<1-x>Mn_x)Asを、強い非平衡成長条件である低温MBE法を用いてGaAs基板上にエピタキシャル成長することに初めて成功した。GaMnAs薄膜はp型伝導を示し、低温では強磁性に転移し、面内磁化を示した。これによってIII-V半導体と磁性との融合系材料の新しい研究分野の端緒を開いた。

研究成果

• [文献書誌] T.Hayashi,M.Tanaka,T.Nishinaga and H.Shimada: "GaMnAs:New III-V Based Diluted Magnetic Semiconductors Grown by Molecular Beam Epitaxy" J.Crystal Growth. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] M.Tanaka,T.Hayashi,T.Nishinaga and H.Shimada: "Magnetic and Magnetotransport Properties of a New III-V Diluted Magnetic Semiconductor:GaMnAs" J.Appl.Phys.(印刷中). (1997)
• [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. 4957-4959 (1996)
• [文献書誌] S.Huang,Z.H.Ming,Y.L.Soo,Y.H.Kao,M.Tanaka,H.Munekata: "X-ray Scattering and Absorption Studies of MnAs/GaAs Heterostructures" J.Appl.Phys.79. 1435-1437 (1996)