分子線エピタキシにおける化合物半導体の成長過程と成長層の特性

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10450002
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大野 英夫 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (00152215)
• 研究分担者: 大野 裕三 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (00282012) ; 松倉 文ひろ 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (50261574)
• キーワード: 分子線エピタキシ(MBE) / 低温成長MBE / 強磁性半導体 / 反射高エネルギ電子線回折 / GaMnAs / GaMnSb / モンテカルロシミュレーション / InMnAs

研究概要

現有の分子線エピタキシ装置を用いた低温成長分子線エピタキシ(LT-MBE)法により、種々のIII-V族希薄磁性半導体およびそのナノ構造を形成し、現有の原子間力(AFM)・磁気力(MFM)顕微鏡や新規に購入した磁気特性測定システム(SQUID)などを用いてそれらの成長過程及び構造、光・磁気・輸送特性について調べた。本年度に得られた主な成果を以下に記す。
1.(Ga,Mn)Sbの作製とその磁気特性 数パーセントの濃度のMnを導入した(Ga,Mn)sb をMBE法により形成し、その物性と成長温度との関係を調べた。高温(560℃)成長の試料では MnSbと思われる矩形のクラスターが観測され、室温で強磁性を示した。一方、LT-MBEO(300℃)では、室温で強磁性を示すものの、20K以下で別の秩序相が現れることを確認した。これは低温で強磁性を示す(Ga,Mn)Sbが形成されていることを示唆する。
2.InAs及び(In,Mn)As量子ナノ構造の形成 LT-MBEによりGaAs(211)B面上に形成した(In,Mn)Asナノ構造のAFM観察より、Mnがサイズを均一化するサーファクタント効果を有することを明らかにした。また、(211)B面上に形成したInAs量子ダッシュの形状異方性が、成長温度およびV/III比等の成長条件に強く依存することを明らかにした。
3.強磁性体/非磁性体/強磁性体3層構造の磁気抵抗効果・磁性層間結合 すべて半導体から成る(Ga,Mn)As/(AI,Ga)As/(Ga,Mn)As3 層構造を作製し、層間の結合力を磁化曲線から調べるなどし、非磁性層の厚さ・障壁高さでそれらの磁気的結合を制御できることを示した。また、層と平行に電流を流したときのスピン依存散乱について調べ、このような系において初めて巨大磁気抵抗効果を確認した。

研究成果

• [文献書誌] F.Matsukura: "Molecular beam epitaxy of GaSb with high Concentration of Mn"Applied Surface Science. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] T.Omiya: "Magnetotransport Properties of (Ga,Mn) As investigated at low temperature and high magnetic field"Physica E. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] E.Abe: "Molecular Beam Epitaxy of III-V Diluted Magnetic Semiconductor (Ga,Mn)Sb"Physica E. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] S.P. Guo: "Surfactant effect of Mn on the formation or self-origanied InAs nanostructures"Journal of Crystal Growth. 208. 799-803 (2000)
• [文献書誌] H.Ohno: "Ferromagnetic III-V semiconductors and their heterostrucures"Proceedings of the "24th International Conference on the Physics of Semiconductors (Jerusalem,Israel,August 2-7,1998,Ed.D.Gershoni, World Scientific, Singapore). 139-146 (1999)
• [文献書誌] H.Ohno: "Properties of ferromagnetic III-V semiconductors"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 200. 110-129 (1999)
• [文献書誌] F.Matsukura: "Properties of (Ga,Mn)As and their dependece on molecular beam growth conditions"Inst Phys/Conf.Ser.No.162: Chaptar 10,Paper presented at 25th Int.Symp.Compound Semiconductors,Nara,Japan,12-16 Octoer 1998. 547-522 (1999)
• [文献書誌] H.Yasuda: "Monte Carlo simulation of reentrant reflection high- energy electron diffraction intensity oscillation observed during low-temperature GaAs growth"Applied Physics Letters. 72・22. 3275-3277 (1999)
• [文献書誌] H.Ohno: "III-V based ferromagnetic semiconductors"Journal of Magnetics Society of Japan. 23. 88-92 (1999)
• [文献書誌] F.Matsukura: "Magnetotransport properties of (Ga,Mn) As/GaAs/(Ga,Mn)As trilayer structures"Journal of Magnetics Society of Japan. 23. (1999)
• [文献書誌] H.Ohno: "Spin-dependent tunneling and properties of ferromagnetic(Ga, Mn)As"Journal of Applied Physics. 85・8. 4277-4282 (1999)
• [文献書誌] A.Shen: "Low-temperature molecular beam epitaxial growth of GaAs and (Ga,Mn)As"Journal of Crystal Growth. 201-202. 679-683 (1999)
• [文献書誌] S.P.Guo: "InAs and (In,Mn)As nanostructures Grown on GaAs (100),(211)B,and(311)B Substrates"Journal of Crystal Growth. 201-202. 684-688 (1999)