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2013 年度 実績報告書

シリコン上の強磁性体/半導体ナノワイヤによるスピン偏極発光素子の研究

研究課題

研究課題/領域番号 23360129
研究機関北海道大学

研究代表者

原 真二郎  北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 准教授 (50374616)

研究分担者 本久 順一  北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (60212263)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワード半導体ナノワイヤ / 強磁性体ナノ構造 / 選択成長 / スピン偏極発光素子 / ボトムアップ形成 / 複合ナノ構造 / 半導体ナノテクノロジ / スピントロニクス
研究概要

独自技術を駆使し、(1)化合物半導体ナノワイヤ(NW)に強磁性体ナノクラスタ(NC)を複合した強磁性体・半導体ヘテロ接合NWによるナノスピン発光素子を提案し、(2)Si(111)基板上で位置・サイズ制御可能な全く新しいボトムアップ型作製技術の確立を目的とする。本年度は(a)縦型強磁性体・半導体ヘテロ接合NWおよび複合NW構造の最適化と構造評価、(b)縦型ヘテロ接合NWを用いたデバイス試作を中心に研究を推進した。
GaAs-NW上のNCと異なり、InAs-NWでは側面と同時にNWの上面である(111)B面上にも、比較的均一性良くNCが形成されるとの知見を得たため、本年度はInAs-NW上の複合構造を中心に、縦型ヘテロ接合NWの作製と素子試作を行った。断面TEM観察の結果、InAs-NW成長後エンドタキシと呼ばれる成長様式を駆使し、580度Cの比較的高温でMnAs-NCを成長すると、そのc軸がNWの<111>B方向とほぼ平行なMnAs-NCがInAs-NWの上面およびほぼ中央部に形成される。MnAs-NCのc面結晶ファセットが比較的安定なため、強磁性体上の半導体成長自体が極めて困難であったが、本手法により今回初めて縦型MnAs/InAsダブルヘテロ接合NWを実現した。この構造によりスピン偏極キャリアの半導体NWへの注入が可能となる。海外研究協力先との電気的特性評価を推進中で、デバイスプロセスと素子試作を進めている。さらにSi(111)および非晶質ガラス基板上にAl2O3薄膜を堆積した基板を用いてNW作製実験を行った。非晶質ガラス基板上に堆積したAl2O3薄膜を熱処理(900度C以上)により部分的に結晶化することで、ガラス基板上でも六角柱AlGaAs半導体ナノ構造の選択形成が可能となった。構造の均一性向上に向け最適作製条件を検討しており、ガラス基板上でNW発光素子を実現する。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (14件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Composition-Dependent Growth Dynamics of Selectively Grown InGaAs Nanowires2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Kohashi, S. Hara, and J. Motohisa
    • 雑誌名

      Mater. Res. Express

      巻: Vol.1,No.1 ページ: 015036(11)

    • DOI

      10.1088/2053-1591/1/1/015036

  • [雑誌論文] Selective-Area Growth of InAs Nanowires with Metal/Dielectric Composite Mask and Their Application to Vertical Surrounding-Gate Filed-Effect Transistors2013

    • 著者名/発表者名
      Yuta Kobayashi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: Vol. 6 ページ: 045001-1-4

    • DOI

      doi:10.7567/APEX.6.045001

    • 査読あり
  • [学会発表] Selective-Area Growth of AlGaAs Nanostructures on Al2O3/Glass Substrate2014

    • 著者名/発表者名
      Shinya Sakita
    • 学会等名
      the 17th International Conference on Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE-XVII)
    • 発表場所
      Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (Switzerland)
    • 年月日
      20140713-20140718
  • [学会発表] Magnetic Characterization of Lateral MnAs Nanowires Selectively Grown by Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Kato
    • 学会等名
      the 17th International Conference on Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE-XVII)
    • 発表場所
      Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (Switzerland)
    • 年月日
      20140713-20140718
  • [学会発表] Formation of Vertical MnAs/InAs Heterojunction Nanowires (Invited Paper)

    • 著者名/発表者名
      Shinjiro Hara
    • 学会等名
      the Nano Science + Engineering Conferences, the SPIE Optics + Photonics Conferences 2014, 9174-1
    • 発表場所
      San Diego Convention Center (USA)
    • 招待講演
  • [学会発表] Growth of AlGaAs Nanowires on Planar Al2O3 Layers Deposited on Si (111) and Amorphous Glass Substrates

    • 著者名/発表者名
      Shinya Sakita
    • 学会等名
      the 2014 Material Research Society (MRS) Spring Meeting, UU3.18
    • 発表場所
      Marriott Marquis San Francisco (USA)
  • [学会発表] Composition-Dependent Growth Dynamics of InGaAs Nanowires in Selective-Area Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Kohashi
    • 学会等名
      the 2013 International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology (ISANN 2013), Thu2-5
    • 発表場所
      Sheraton Kauai Resort (USA)
  • [学会発表] A New Growth Mode of InP Nanowires in Selective-Area Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy

    • 著者名/発表者名
      Shogo Yanase
    • 学会等名
      the 2013 International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology (ISANN 2013), PI-18
    • 発表場所
      Sheraton Kauai Resort (USA)
  • [学会発表] Magnetotransport Measurements on Individual MnAs Nanoclusters and Nanocluster Arrangements

    • 著者名/発表者名
      Martin Fischer
    • 学会等名
      the 2013 Material Research Society (MRS) Fall Meeting, U5.05
    • 発表場所
      Hynes Convention Center Boston (USA)
  • [学会発表] Bottom-Up Formation of Vertical Free-Standing Semiconductor Nanowires Hybridized with Ferromagnetic Nanoclusters (Invited Paper)

    • 著者名/発表者名
      Shinjiro Hara
    • 学会等名
      the 8th International Conference on Processing and Manufacturing of Advanced Materials (THERMEC 2013), L1-4, p. 224
    • 発表場所
      Rio Hotel Las Vegas (USA)
    • 招待講演
  • [学会発表] Fabrication and Characterization of Laterl MnAs Nanowires by Selective-Area Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Kato
    • 学会等名
      the 26th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2013), 7D-4-2
    • 発表場所
      ホテルロイトン札幌 (北海道札幌市)
  • [学会発表] Fabrication and Structural Characterization of Vertical Free-Standing InAs Nanowires Hybridized with Ferromagnetic MnAs Nanoclusters

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Fujimagari
    • 学会等名
      the 2013 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2013), PS-13-6
    • 発表場所
      ヒルトン福岡シーホークホテル (福岡県福岡市)
  • [学会発表] Difference in Formation of Ferromagnetic MnAs Nanoclusters on III-V Semiconducting Nanowire Templates (Invited Paper)

    • 著者名/発表者名
      Shinjiro Hara
    • 学会等名
      the Nano Science + Engineering Conferences, the SPIE Optics + Photonics Conferences 2013, 8820-30
    • 発表場所
      San Diego Convention Center (USA)
    • 招待講演
  • [学会発表] Study on the Lateral Growth on GaAs Nanowires

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Wada
    • 学会等名
      the 32nd Electronic Materials Symposium (EMS-32), Fr1-12
    • 発表場所
      ラフォーレ琵琶湖 (滋賀県守山市)
  • [学会発表] Selective-Area Growth of MnAs Nanoclusters for New Planar Magnetoelectronic Devices

    • 著者名/発表者名
      Martin Fischer
    • 学会等名
      the 4th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2013), P1-55, p. 101
    • 発表場所
      石川県立音楽堂 (石川県金沢市)
  • [学会発表] Influence of V/III Ration on the Growth of InGaAs Nanowires in Selective-Area MOVPE

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Kohashi
    • 学会等名
      the 40th International Sympsium on Compound Semiconductors (ISCS 2013), WeB2-2
    • 発表場所
      神戸コンベンションセンター (兵庫県神戸市)

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公開日: 2015-05-28  

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