半導体/磁性複合量子ナノ構造を用いた光・スピン制御素子

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12305002
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 尾嶋 正治 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (30280928)
• 研究分担者: 大渕 博宣 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (40312996) ; 小野 寛太 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (70282572) ; 藤岡 洋 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (50282570)
• キーワード: 量子ナノ構造 / 磁性ドット / 自己組織化 / 光電子顕微鏡 / スピン制御

研究概要

メゾスコピック領域のナノエレクトロニクスにおいて新しい研究展開をはかるには、原子オーダの選択成長制御技術とナノ加工技術を組み合わせた極限微細構造形成技術の開発、およびスピンの活用の2点が不可欠である。そこで本研究では「半導体/磁性複合量子ナノ構造」に焦点を当て、最先端ナノテクノロジーと選択成長制御技術を組み合わせて新しい量子効果物性の探求を行った。
1.半導体/磁性複合量子ナノ構造を準自己組織化的形成と新物性解明
GaAs基板表面を硫黄原子でpassivateし、その上にGaSbナノ結晶をヘテロエピ成長させ、これに2端子電極を取り付けることによって、0.1Tの磁場で数万%の極めて高い室温磁気抵抗素子が実現出来ることを初めて見出した。この成長条件を制御して約30nmサイズの磁性ドットを<110>方向に配列させることに成功し、<1-10>方向での磁気抵抗効果に異方性が存在すること、その電流特性はvariable range hopping機構でよく説明出来ることが判った。また、電子線露光技術によるSiナノピラー形成およびその上への磁性ナノドット形成(0.25 Tera bit/inch^2)、溶液反応を用いた自己組織化によるSmCo超微粒子アレー(9nmサイズで6 Tera bit/inch^2)の形成に成功した。
2.磁性ナノ構造の放射光解析
上記磁性ドットの構造および物性を調べるため、EXAFS解析および円偏光放射光利用MCD光電子顕微鏡測定を行った。得られた光電子顕微鏡イメージはLandau-Lifshitz方程式による磁化解析結果でよく再現出来ることを見出した。今後は磁性ドット間相互作用の時間依存解析を行う予定である。

研究成果

• [文献書誌] H.Ofuchi,M.Oshima,M.Tabuchi,Y.Takeda,H.Akinaga,S.Nemeth,J.De Boeck,and G.Borghs: "Fluorescence x-ray absorption fine structure study on local structures around Fe atoms heavily doped in GaN by low temperature molecular beam epitaxy"Appl.Phys.Lett.. In press.. xx (2001)
• [文献書誌] H.Akinaga,S.Nemeth,J.De Boeck,L.Nistor,H.Bender,G.Borghs,H.Ofuchi and M.Oshima: "Growth and characterization of low temperature grown GaN with high Fe doping "Appl.Phys.Lett.. 77. 4377-xxx (2000)
• [文献書誌] K.Ono,M.Mizuguchi,T.Uragami,H.Akinaga,H.Fujioka,M.Oshima: "Electron localization in nanoscale MnAs and MnSb dots on GaAs"Physica B. 284-288. 1778-xxxx (2000)
• [文献書誌] H.Akinaga,M.Mizuguchi,S.Miyanishi,K.Ono and M.Oshima: "Room temperature photoinduced magnetoresistance effect in GaAs including MnSb nanomagnets"Appl.Phys.Lett.. 76. 357-xxx (2000)
• [文献書誌] H.Akinaga,M.Mizuguchi,S.Miyanishi,K.Ono and M.Oshima: "Room temperature thausand magnetoresistance change in MnSb granular films : magnetoresistive swith effect"Appl.Phys.Lett.. 76. 2600 (2000)