半導体・強磁性体複合型ナノワイヤを用いた縦型ナノスピントランジスタの研究

利用半导体-铁磁复合纳米线垂直纳米自旋晶体管的研究

基本信息

批准号：
17656100
负责人：
原真二郎
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

化合物半導体への強磁性MnAsナノ構造のエピタキシャル成長技術確立を目的とし、本年度は主にプレーナGalnAs{111}面上の有機金属気相成長に関して、結晶面方位依存性や、供給ガス比率(V/Mn比)・成長時間等の成長条件依存性を評価し、ナノクラスタ形成制御の観点から詳細なデータ取得を行った。これまで断面格子像観察・電子線回折による構造評価及び、磁気異方性評価から.、(111)B面上のMnAs成長では、六方晶のNiAs型MnAsナノクラスタが立方晶の閃亜鉛鉱型GaInAs表面に形成され、MnAsのc軸がGalnAsの[111]B方向と平行であるとの知見を得た。今回矩形ナノクラスタが形成される(001)面上及び、よりサイズの小さい六角形ナノクラスタが高密度に形成される(111)A面上で詳細な構造評価を行った結果、いずれの結晶面方位においてもNiAs型ナノクラスタが形成するものの、(111)B面上とは異なりナノクラスタの結晶軸が下地GaInAsの[111]方向から僅かに傾く、あるいはばらつきを持つ傾向にあった。これはV族(As)原子に覆われた(111)B表面と異なり、特に完全なIII族面である(111)A面では、 GaInAs層に埋め込まれたMnAsナノクラスタが形成されやすいことに起因すると考えられる。ただ(111)A面上においてもV/Mn比を60から1125と大幅に増加させることにより、微小ナノクラスタがより高密度に形成され、周囲の結晶表面の平坦性も向上する。今回の結果は、MnAsの結晶成長では従来のIII-V族化合物半導体に比べ著しく高いV族分圧が必要であることを示唆しており、半導体・強磁性体複合構造形成のための有用な知見となった。またより格子不整合度の小さいGaAs(111)B面上のMnAs成長では、10μm^2以上の広範囲に渡って平坦に薄膜状成長する傾向にあった。

以建立化合物半导体上铁磁MnAs纳米结构的外延生长技术为目标，今年我们将主要研究晶面取向依赖性和供给气体比率（V/Mn我们评估了比率等生长条件的依赖性）和生长时间，以及从纳米团簇形成控制的角度获得了详细的数据。迄今为止，使用截面晶格图像观察和电子束衍射的结构评估以及磁各向异性评估表明，在(111)B平面上生长的MnAs中，六方NiAs型MnAs纳米团簇形成立方闪锌矿型MnAs纳米团簇。研究发现，MnAs的c轴形成在GaInAs表面上，并且与GaInAs的[111]B方向平行。通过对形成矩形纳米团簇的（001）面和高密度形成较小的六角形纳米团簇的（111）A面进行详细的结构评估，我们发现这两个晶面虽然都形成了NiAs型纳米团簇。与 (111)B 平面不同，纳米团簇的晶轴倾向于从下面的 GaInAs 的 [111] 方向稍微倾斜或变化。这是因为，与覆盖有V族(As)原子的(111)B表面不同，作为完整的III族表面的(111)A表面特别容易形成嵌入GaInAs层中的MnAs纳米团簇。认为这是由于这个原因。然而，即使在(111)A平面上，通过将V/Mn比从60显着增加到1125，可以以更高的密度形成细小的纳米团簇，并且周围晶体表面的平坦度也得到改善。目前的结果表明，MnAs 晶体生长需要比传统 III-V 族化合物半导体更高的 V 族分压，这对于形成半导体-铁磁复合结构非常有用。此外，在具有较小晶格失配的GaAs(111)B表面上生长的MnAs倾向于在10μm^2或更大的宽范围内平坦且薄地生长。