カルコパイライト系室温強磁性半導体の物性評価

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13305003
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 佐藤 勝昭 東京農工大学, 工学部, 教授 (50170733)
• 研究分担者: 赤井 久純 大阪大学, 理学研究科, 教授 (70124873) ; 佐藤 英行 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (80106608) ; 高梨 弘毅 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00187981) ; 今田 真 大阪大学, 基礎工学研究科, 講師 (90240837)
• キーワード: MOMBE法 / カルコパイライト型半導体 / MnGeP2 / SQUID磁化測定 / 磁気光学スペクトル / 強磁性

研究概要

II-IV-V_2族カルコパイライト系磁性半導体のエピタキシャル薄膜を作製するため、Cd, Ge, MnのK-セルおよびTBPのクラッキングセルを装着したMOMBE装置の整備を行った。
この装置を用い、まず、CdGeP_2の成膜条件を調べる実験を行った。基板温度を150-250℃の範囲で変化させるとともにTBPの流量を変えて成膜実験を行った。この結果、基板温度が200℃以上になると、Cdの再蒸発のためCdがほとんど付着しないこと、150℃付近の低温では、構成元素は全て堆積するが、膜質が非常に悪くなることが明らかになり、最適の基板温度は190℃付近にあることがわかった。組成比はほぼ1:1:2であった。
得られた膜のXRDの解析結果からは、CdGeP_2の形成は確認されなかった。GaAs基板の回折線と重なっていることも考えられる。一方、PLスペクトルおよび反射スペクトルをバルク単結晶のそれと比較することによりCdGeP_2薄膜が得られていると考えられた。
次に、昨年度の理論的考察およびin-situのXPS観察からその存在が示唆されたMnGcP_2の成膜を行った。GaAsまたはInP基板を用い、サーマルクリーニング後、基板温度を下げて成膜を行った。基板による2×4のRHEEDストリークパターンが成膜開始後も見られ数十秒の間継続して観測された。逆格子マップを含む精密XRD測定の結果カルコパイライト構造のMnGeP_2の回折線が現れることが明らかになった。高温で成膜するとGeP、MnPなどの異相が現れるので、MnGeP_2を得るには400℃以下の基板温度で成膜することが必要であると結論された。SQUIDによる磁気測定では、室温で強磁性を示しキュリー温度は310-330Kにあった。1.5-5eVの範囲で磁気光学スペクトルの測定を行ったところカー回転は非常に小さく0.02°以下であったが低エネルギー側に向かって増大していく傾向を示した。

研究成果

• [文献書誌] K.Sato, G.A.Medvedkin, T.Iishibashi, S.Mitani, K.Takanashi, Y.Ishida, D.D.Sarma, J.Okabayashi, A.Fujimori, T.Kamatani, H.Akai: "Novel Mn-doped Chalcopyrites"J.Phys.Chem.Solids. 64, 9/10. 1461-1468 (2003)
• [文献書誌] Y.Ishida, D.D.Sarma, K.Okazaki, J.Okabayashi, J.Hwang, H.Ott, A.Fujimori, G.A.Medvedkin, T.Ishibashi, K.Sato: "In situ photoemission study of the room-temperature ferromagnet ZnGeP2:Mn"Phys.Rev.Lett.. 91, 10. 107202-1-107202-4 (2003)
• [文献書誌] K.Sato: "EPR Studies of Point Defects in Cu-III-VI2 Chalcopyrite Semiconductors"Mater.Sci.in Semicond.Processing. (In press).