磁性半導体スピントロニクスデバイスに用いる電気的磁気計測技術の開発

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K04656
• 研究機関: 高知工業高等専門学校
• 研究代表者: 赤崎 達志 高知工業高等専門学校, ソーシャルデザイン工学科, 教授 (10393779)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: スピントロニクス / 磁性半導体 / 超伝導接合

研究実績の概要

H28年度は，半導体微細加工技術を用いて作製した磁性半導体 InMnAs微細構造の輸送特性及び磁気特性の評価を行った。InMnAs微細構造は，バルク薄膜とは異なる微細構造特有の輸送特性及び磁気特性を持つ可能性がある。また，微細化プロセスでの加工ダメージによる特性変化の有無についても評価する必要がある。用いたInMnAs薄膜は，分子線エピタキシー法により，GaAs基板上にGaSbバッファ層を形成した後，層厚 20 nm，Mn濃度 12 %で成膜したものである（連携研究者（宗片教授）が成膜を担当）。微細加工前のInMnAs薄膜の磁気特性は，キュリー温度が ~65 K，磁化容易軸が面直方向であることが分かっている。このInMnAs薄膜を半導体微細加工技術を用いてチャネル幅100 nmから2000 nm，チャネル長300 nmから6000 nmの細線に加工した（連携研究者（入江氏）が加工を担当）。このInMnAs細線の異常ホール効果の温度依存性・印加磁場角度依存性の測定を行った。試料サイズの減少によりホール電圧が微少となるため，ロックインアンプ測定法を用いた。その結果，チャネル幅200 nmまでの試料において，異常ホール効果を確認することができた（チャネル幅100 nm試料は，未測定）。これにより，半導体微細加工技術を用いて作製したInMnAs微細構造が，バルク薄膜と同様に磁気特性を有することがわかった。得られた実験結果を詳細に分析し，薄膜との比較により，サイズ効果による磁気特性の変化を明らかにしていく。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

H27年度は，本研究を進める上で，最初の課題である磁性半導体 InMnAs薄膜の磁気特性評価を行い，InMnAs薄膜のMn濃度や膜厚等の層構造及び薄膜の成長条件により，キュリー温度，保磁力，磁化容易軸等のバルクの磁気特性がどのように変化するかについて基礎的な知見を得ることが出来た。並行して，InMnAs薄膜に対して，従来の半導体微細加工技術をそのまま利用することができるかどうかの検討を行い，電子ビーム露光によるパターン形成、ドライエッチングによる低ダメージ加工により、InMnAs薄膜をチャネル幅100 nm程度の微細構造に加工できることを確認し，作製条件の最適化を行うことが出来た。これを受けてH28年度は，次の課題となる半導体微細加工技術を用いて作製した磁性半導体 InMnAs微細構造の輸送特性及び磁気特性の評価を行った。
試料サイズの減少によりホール電圧が微少となるため，ロックインアンプ測定法を用いてホール測定を行った。その結果，チャネル幅200 nmまでの試料において，異常ホール効果を確認することができ（チャネル幅100 nm試料は，未測定），半導体微細加工技術を用いて作製したInMnAs微細構造が，バルク薄膜と同様に磁気特性を有することがわかった。このような成果が得られつつあったが，年度途中に基幹の測定装置である無冷媒型物理特性測定システムが故障のため半年程度使用できなくなったため，残念ながら進捗がやや遅れている。

今後の研究の推進方策

H29年度は，引き続き，半導体微細加工技術を用いて作製したInMnAs微細構造の輸送特性及び磁気特性の評価を行う。得られた実験結果を詳細に分析することで，微細構造特有の輸送特性及び磁気特性や微細化プロセスでの加工ダメージによる特性変化の有無について評価していく。並行して，次の課題となる超伝導体／磁性半導体接合の実現に向けて，接合作製プロセス，接合構造の最適化に取り組む。