III-V半導体/磁性体融合系(GaAs:Mn)の形成とその物性

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455006
• 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: 成塚 重弥 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (80282680) ; 西永 頌 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10023128)
• キーワード: GaMnAs / 磁性半導体 / 異常ホール効果 / キャリア誘起強磁性 / 磁気光学効果 / p-d交換相互作用 / 磁性半導体超格子 / 量子準位

研究概要

平成9年度は、III-V半導体/磁性体融合系の物性探索に重点をおいた研究を行い、以下の成果を得た。
◆強磁性半導体(Ga_<1-X>Mn_X)Asの磁気抵抗効果、異常ホール効果など大きな磁気伝導現象
MnをGaAs中に均一に分布させた新しい3元混晶のIII-Vベースの磁性半導体である(Ga_<1->Mn_X)Asは、非常に大きな負の磁気抵抗効果、異常ホール効果が見られた。これらの磁気伝導現象は、Mnのd電子とホストのGaAsのs,p軌道から成る電子が強い交換相互作用を持っていることを示している。異常ホール効果の温度依存性およびアロットプロットによる解析から、キュリー温度や正孔濃度などを見積もった。強磁性の発現のためには、10の19乗/cm3以上の正孔濃度が必要であり、(Ga_<1-X>Mn_X)Asはキャリア誘起の強磁性であることがわかった。
◆強磁性半導体(Ga_<1-X>Mn_X)Asおよび(Ga_<1-X>Mn_X)As/A1As超格子における大きな磁気光学効果
磁気光学効果を大きくすることは、レーザ光を用いた磁気情報の読み出しを行う上でも、バンド構造を理解する上でも重要である。(Ga_<1-X>Mn_X)Asの磁気光学効果は極めて大きいこと、バンド構造はGaAsとよく似た閃亜鉛鉱型であること、大きな負のp-d交換相互作用があることを明らかにした。さらに、強磁性半導体(Ga_<1-X>Mn_X)As/A1As非磁性半導体から成る超格子構造を形成し、磁気光学効果のスペクトルを測定することにより、量子準位の形成をIII-V族磁性半導体では初めて観測した。

研究成果

• [文献書誌] T.Hayashi, M.Tanaka, T.Nishinaga and H.Shimada,: ""Magnetic and Magnetotransport Properties of a New III-V Diluted Magnetic Semiconductor : GaMnAs"" J.Appl.Phys.81巻. 4865-4867 (1997)
• [文献書誌] T.Hayashi, M.Tnaka, T.Nishinaga and H.Shimada,: ""GaMnAs : New III-V Based Diluted Magnetic Semiconductors Grown by Molecular Beam Epitaxy"" J.Crystal Growth. 175/176巻. 1063-1068 (1997)
• [文献書誌] K.Saito, M.Tanaka, M.Hamamura, and T.Nishinaga: ""Epitaxial Growth and Properties of MnAs/GaAs/MnAs Trilayers on GaAs (111) B and on Si (111) Substrates"" Record of the 16th Electronic Materials Symposium,. 16. 53-56 (1997)
• [文献書誌] 田中雅明: "「半導体と磁性体の一体化による新機能ヘテロ構造材料の形成」" 機能材料. 17巻7号. 5-12 (1997)
• [文献書誌] T.Hayashi, M.Tanaka, K.Seto, T.Nishinaga, and K.Ando: ""New III-V Based Magnetic (GaMnAs)/Nonmagnetic (AlAs) Semiconductor Superlattices"" Appl.Phys.Lett.71. 1825-1827 (1997)
• [文献書誌] 田中雅明: "「半導体と不揮発性磁気メモリのハイブリッド化」" オプトロニクス. 1998年3月号(No.3). 123-128 (1998)