TOP > 研究報告検索 > エピタキシャル成長による磁性体と半導体の一体化

エピタキシャル成長による磁性体と半導体の一体化

研究報告コード R993100985
掲載日 2002年9月30日
研究者
  • 田中 雅明
研究者所属機関
  • 東京大学大学院工学系研究科電子工学専攻
研究機関
  • 東京大学大学院工学系研究科電子工学専攻
報告名称 エピタキシャル成長による磁性体と半導体の一体化
報告概要 半導体と磁性体の分野は、数十年にわたって物性物理から工学的応用まで広く研究されてきたが、材料作製の方法と物性が非常に異なり研究開発の手法も異なっていたため、両分野の間には交流が少なく、両方の材料の特徴を結合させた物性機能やデバイス開発を進めようという試みはまれであった。本研究では,分子線エピタキシー(MBE)という原子レベルの制御が可能な結晶成長技術を用いて,結晶最上表面の状態を制御することにより,従来は不可能であった強磁性体と半導体との異種物質ヘテロエピタキシーを実現し,原子レベルで構造・膜厚を制御した磁性体と半導体のエピタキシャル超構造を形成することに成功した。具体的には、
(1)SiやGaAs等の半導体とこれらの半導体上で熱力学的に安定なMn-IIIやMn-V化合物強磁性体という異種材料を、原子レベルで構造や膜厚を制御しながら積層することによって,磁性体と半導体の特徴を合せ持つ異種物質ヘテロ構造材料を作製した。
(2)光エレクトロニクスや高速電子デバイスに使われるIII-V属化合物半導体中に磁性元素を混入させた磁性混晶半導体やその量子半導体ヘテロ構造を作製した。
(3)III-V属化合物半導体中に強磁性金属微粒子を埋め込んだ磁性体/半導体ハイブリッド材料を作製した。
さらにそれら半導体と磁性体が一体化した新しい人口材料の構造、物性機能を明らかにし、デバイス応用への指針を示した。これによって半導体デバイス技術と融合可能な高密度不揮発性メモリデバイスやスピンバルブ効果を用いた高感度の磁気センサ、また、光アイソレータなど非相反性を用いた磁気光学デバイス等への応用の道筋を示すとともに、従来の半導体エレクトロニクス分野にスピンテクノロジーという新しい自由度をもたらす新しい研究の流れを作ることに貢献した。
研究分野
  • 結晶成長一般
  • 半導体の結晶成長
  • 半導体の表面構造
  • 磁性一般
  • 固体デバイス材料
関連発表論文 (1)M. Tanaka, “Epitaxial Ferromagnetic Thin Films and Multilayers of Mn-based Metallic Compounds on GaAs”, J. Mater. Sci & Eng. B31, pp.117-122 (1995).
(2)M. Tanaka, J.P. Harbison and G.M. Rothberg, “Epitaxial Ferromagnetic MnAs Thin Films on (001) GaAs: Template and Epitaxial Orientations”, J. Crystal Growth 150, pp.1132-1138 (1995).
(3)K. Akeura, M. Tanaka, M. Ueki and T. Nishinaga, “Epitaxial Ferromagnetic MnAs Thin Films Grown by Molecular Beam Epitaxy on Si(001) Substrates”, Appl. Phys. Lett. 67, pp.3349-3351 (1995).
(4)S. Huang, Z.H. Ming, Y.L. Soo, Y.H. Kao, M. Tanaka, H. Munekata, “X-ray Scattering and Absorption Studies of MnAs/GaAs Heterostructures”, J. Appl. Phys. 79, pp.1435-1440 (1996).
(5)K. Akeura, M. Tanaka, T. Nishinaga, and J. De Boeck, “Epitaxial Growth and Magnetic Properties of MnAs Thin Films Directly Grown on Si(001)”, J. Appl. Phys. 79, pp.4957-4959 (1996).
(6)M.C. Park, Y. Park, T. Shin, G.M. Rothberg, M. Tanaka, and J.P. Harbison, “Galvanomagnetic Properties and Magnetic Domain Structure of Epitaxial MnAs Thin Films on GaAs”, J. Appl. Phys. 79, pp.4967-4969 (1996).
(7)M. Tanaka, J.P. Harbison and G.M. Rothberg, “Epitaxial MnAs/NiAs Magnetic Multilayers on (001)GaAs Grown by Molecular Beam Epitaxy”, J. Magn. & Magn. Mater. 156, pp.306-308 (1996).
(8)T. Shin, M.C. Park, Y. Park, G.M. Rothberg, J.P. Harbison, and M. Tanaka, “Magnetism of Epitaxial MnxNi1-xAs Films on GaAs(001)”, Appl. Phys. Lett. 70, pp.258-260 (1997).
(9)M. Tanaka, T. Hayashi, T. Nishinaga and H. Shimada, “Epitaxial Growth and Magnetic Properties of New III-V Diluted Magnetic Semiconductors: GaMnAs” (in Japanese), J. Magnetics Society of Japan 21, pp.293-296 (1997).
(10)T. Hayashi, M. Tanaka, T. Nishinaga and H. Shimada, “GaMnAs: New III-V Based Diluted Magnetic Semiconductors Grown by Molecular Beam Epitaxy”, 8th Int, Conf. on Molecular Beam Epitaxy, Malibu, August 1996, J. Crystal Growth 175/176, pp.1063-1068 (1997).
(11)T. Hayashi, M. Tanaka, T. Nishinaga and H. Shimada, “Magnetic and Magnetotransport Properties of a New III-V Diluted Magnetic Semiconductor: GaMnAs”, J. Appl. Phys. 81, pp.4865-4867 (1997).
(12)K. Saito, M. Tanaka, M. Hamamura, and T. Nishinaga, “Epitaxial Growth and Properties of MnAs/GaAs/MnAs Trilayers on GaAs(111)B and on Si(111) Substrates”, Record of the 16th Electronic Materials Symposium, Minoo, July 1997, pp.53-56 (1997).
(13)T. Hayashi, M. Tanaka, K. Seto, T. Nishinaga, and K. Ando, “New III-V Based Magnetic(GaMnAs)/Nonmagnetic(AlAs) Semiconductor Superlattices”, Appl. Phys. Lett. 71, pp.1825-1827 (1997).
(14)T. Hayashi, M. Tanaka, K. Seto, T. Nishinaga, H. Shimada, and K. Ando, “Hall Effect and Magnetic Properties of III-V Based (Ga1-xMnx)As/AlAs Magnetic Semiconductor Superlattices”, J. Appl. Phys. 83, pp.6551-6553 (1998).
(15)K. Ando, T. Hayashi, M. Tanaka, A. Twardowski, “Magnetooptic Effect of Ferromagnetic Diluted Magnetic Semiconductor Ga1-xMnxAs”, J. Appl. Phys. 83, pp.6548-6550 (1998).
(16)R. Shioda, K. Ando, T. Hayashi, M. Tanaka, “Local Structures of III-V Diluted Magnetic Semiconductor GaMnAs Studied by Extended X-ray Absorption Fine Structure”, Phys. Rev. B58, pp.1100-1102 (1998).
(17)M. Tanaka, “Epitaxial Ferromagnetic Thin Films and Heterostructures of Mn-based Metallic and Semiconducting Compounds on GaAs”, Physica E2, pp.372-380 (1998).
(18)T. Hayashi, M. Tanaka, K. Seto, T. Nishinaga, and H. Shimada, “Magnetotransport Properties of New III-V Based Magnetic (GaMnAs)/Nonmagnetic(AlAs) Semiconductor Superlattices”, Physica E2, pp.404-407 (1998).
(19)M. Tanaka, “Epitaxial Growth and Properties of III-V Based Ferromagnetic Semiconductor (GaMn)As and Its Heterostructures”, J. Vac. Sci. & Technol. B16, pp.2267-2274 (1998).
(20)J. Okabayashi, A. Kimura, A. Fujimori, T. Hayashi, and M. Tanaka, “Core-level Photoemission of (GaMn)As”, Phys Rev. B58, pp.R4211-R4214 (1998).
(21)K. Shimada, O. Rader, A. Fujimori, A. Kimura, N. Kamakura, A. Kakizaki, K. Ono, M. Tanaka, M. Shirai, “Spin and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy of Ferromagnetic MnAs”, J. Electron Spectroscopy and Related Phenomena 88-91, pp.207-212 (1998).
(22)田中雅明 解説“エピタキシャル強磁性金属/半導体構造の成長・構造・機能”、日本応用磁気学会誌 Vol.20,No.6 pp.950-959(1996).
(23)田中雅明 最近の展望“磁性体/半導体ハイブリッド構造の新展開”、応用物理 第66巻2号,pp.132-136(1997).
(24)電子情報通信学会誌(1997年4月号p419)ニュース欄“エピタキシャル成長による強磁性体/半導体の一体化を実現”
(25)田中雅明”半導体と磁性体の一体化による新機能ヘテロ構造材料の形成”、機能材料1997年7月号,Vol.17,No.7,pp.5-12(1997).
(26)田中雅明”半導体と不揮発性磁気メモリのハイブリッド化”、オプトロニクス1998年3月号pp.123-128
(27)T. Shin, M. C. Park, Y. Park, Hayashi, G. M. Rothberg, M. Tanaka, J. P. Haribson. “Electric Field Effects on Magnetic and Optical Properties of MnAs/GaAs (001) Thin Films”, IEEE Transactions on Magnetics 34, pp.10421-1044 (1998).
(28)M. Tanaka, K. Saito, and T. Nishinaga, “Epitaxial MnAs/GaAs/MnAs Trilayer Magnetic Heterostructures” Appl. Phys. Lett. 74, pp.64-66 (1999).
(29)H. Shimizu, T. Hayashi, T. Nishinaga, and M. Tanaka, “ Magnetic and Transport Properties of III-V Based Magnetic Semiconductor (GaMn)As : Growth Condition”, Appl. Phys. Lett. 74, pp.398-400 (1999).
(30)H. Shimizu, T. Hayashi, T. Nishinaga, and M. Tanaka, “ Properties of III-V Based Ferromagnetic Semiconductor (Ga1-xMnx)As : As Pressure Dependence”, J. Magn. Soc. Jpn. 23, pp.96-980 (1999).
(31)M. Tanaka, K. Saito, M. Goto, T. Nishinaga “Epitaxial Growth and Properties of MnAs/GaAs/MnAs Trilayer Heterostructures”, J. Magnetism & Magnetic Materials 198., pp.7198-721 (1999).
(32)M. Tanaka, “Ferromagnetic/Semiconductor Hybrid Structures Grown by Molecular Beam Epitaxy ”, J. Crystal Growth 201/202, pp.660-669 (1999).
(33)T. Hayashi, H. Shimada, H. Shimizu, and M. Tanaka, “Tunneling Spectroscopy and Magnetoresistance in (GaMn)As/AlAs/(GaMn)As Ultrathin Magnetic Semiconductor”, J. Crystal Growth 201/202, pp.689-692 (1999)
(34)J. Szczytko, A. Towardowski, K. Swiateck, M. Palczewska, T. Hayashi, M. Tanaka, and K. Ando, “Mn Impurity in (GaMn)As Epilayers”, Phys. Rev. B60, 8304 (1999).
研究制度
  • さきがけ研究21、「場と反応」領域/科学技術振興事業団
研究報告資料
  • 田中 雅明. エピタキシャル成長による磁性体と半導体の一体化. 「さきがけ研究21」研究報告会「場と反応」領域 講演要旨集(研究期間1995-1998),1998. p.77 - 92.

PAGE TOP