IV-VI族希薄磁性半導体複合構造におけるスピン制御に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650347
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 浅田 裕法 山口大学, 工学部, 助教授 (70201887)
• 研究分担者: 小柳 剛 山口大学, 工学部, 教授 (90178385)
• キーワード: 希薄磁性半導体 / キャリア誘起 / IV-VI族 / 強磁性体 / GeTe / スピン半導体

研究概要

本年度は、新規IV-VI族希薄磁性半導体の合成、クラスタイオンビーム法によるGeMnTe薄膜作製における結晶性のイオン化加速条件依存性および積層構造の作製を行い以下の知見を得た。
(1)Cr、Co等の3d遷移金属をドープし、強磁性を示す新規IV-VI族希薄磁性半導体としてGeFeTeおよびGeCrTeの合成に成功した。特に、GeFeTeにおいてはGeMnTeに比べ、大きな磁性イオンとキャリア間の交換相互作用定数を得ており、その結果、Fe組成0.18で100Kと同組成のGeMnTeに比べ高いキュリー温度が得られた。
(2)積層構造を有するスピン依存型デバイスの作製において重要な界面の平坦性を改善するために、GeMnTe薄膜の結晶性についてイオン化加速条件依存性を調べた。その結果、GeTeクラスタのイオン化・加速により結晶性および膜表面の平坦性を改善できた。化学量論的組成を変化させることで、同Mn組成を持ちキャリア濃度が10^<19>〜10^<21>cm^<-3>と大きく変化している試料の作製に成功し、キャリア濃度の増加によって自発磁化の大きさが増加すること、および、それに伴って保磁力が低減することを明らかにし、キャリア制御による選択的磁化反転への可能性が得られた。
(3)GeTe/GeMnTe/GeTe/GeMnTe積層膜を作製し、磁気輸送特性を調べた。その結果、膜面内に電流を流す構造(CIP構造)においてはバッファー層の改善が必要であることがわかった。そこで、バッファー層としてPbSを検討し、GeTeバッファー層に比べ、高抵抗かつより平坦性のよい膜が得られることがわかった。また、電流を垂直方向に流す構造(CPP構造)を作製した。現在、磁気輸送特性について検討中である。

研究成果

• [文献書誌] Yasuhiro Fukuma: "Carrier-enhanced ferromagnetism in Ge_<1-x>Mn_xTe"Applied Physics Letters. Vol.80. 1013-1015 (2002)
• [文献書誌] Hironori Asada: "Growth and magnetic properties of Ge_<1-x>Mn_xTe"Proceeding of the 10^<th> Int. Conf. on Narrow Gap Semiconductors and Related Small Energy Phenomena, Physics and Applicatigns. IPAP Conf. Series 2(invited). 268-271 (2001)
• [文献書誌] Yasuhiro Fukuma: "Fabrication of Ge_<1-x>Mn_xTe ferromagnetic fine structure usig phase change technology"Journal of Applied Physics. Vol.89・No.11. 7389-7391 (2001)
• [文献書誌] Yasuhiro Fukuma: "Film growth of Ge_<1-x>Mn_xTe using ionized-cluster beam technique"Physica E. VoL10・No.1-3. 273-277 (2001)
• [文献書誌] YasuhiroFukuma: "Appearance of ferromagnetism by cristallizing a-Ge_<1-x>Mn_xTe film"Physica E. VoL10・No.1-3. 268-272 (2001)
• [文献書誌] Yasuhiro Fukuma: "Correlation between magnetic properties and carrier concentration in Ge_<1-x>Mn_xTe"Journal of Applied Physics. (印刷中).