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半導体をべ一スとした2重障壁をもつ強磁性トンネル接合(MTJ)を、分子線エピタキシー法によって半導体基板上に作製し、共鳴トンネル効果とトンネル磁気抵抗(TMR)効果を同時に発現させ、そのスピン依存トンネル伝導特性を制御しデバイスに応用する。特に、共鳴トンネル効果を用いたTMRの増大とバイアス依存性の改善を狙うとともに、スピン依存共鳴トンネル現象の機構を解明することを目的とした研究を行っている。強磁性半導体量子ヘテロ構造においては、量子サイズ効果によって様々な新しい機能が実現されると期待されている。しかし、これまで強磁性半導体ヘテロ構造における伝導特性の研究においては、明瞭な量子サイズ効果の観測は報告されてこなかった。本年度は、p-GaAs(001)基板上にGa_<0.95>Mn_<0.05>As(20nm)/GaAs(1nm)/Al_<0.5>Ga_<0.5>As(4nm)/GaAs(1nm)/Ga_<0.95>Mn_<0.05>As(dnm)/GaAs(1nm)/AlAs(4nm)/GaAs:Be(100nm)からなるGaMnAs量子井戸二重障壁ヘテロ構造を、分子線エピタキシー法を用いて作製した。強磁性半導体GaMnAsを量子井戸とする量子ヘテロ構造において、量子サイズ効果およびそれに起因したトンネル磁気抵抗効果(TMR)の振動現象を初めて明瞭に観測した。また、4×4 Luttinger-Kohn K・p Hamiltonian、pd交換相互作用行列、およびトランスファー行列法を用いて、実験的に得られたGaMnAs量子井戸の量子準位を良く説明できることが分かった。
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