縦型スピンデバイスに向けた(111)B上MnAs/III-V/MnAsヘテロ構造

半導体デバイス分野では高機能化・高集積化のため、縦型ゲートオールアラウンドFET(GAA-FET)が近年検討されている。スピンデバイスについても縦型GAAの検討は重要と考えられる。そこで本研究では、表面・基板側ともに強磁性体MnAsを有し、その間にIII-V半導体が挿入されたMnAs/III-V/MnAsヘテロ構造の結晶成長を行い、成長条件や膜厚・層構造に対する構造評価や電気・磁気特性評価を系統的に行う。さらに、それらヘテロ構造を利用して、縦型スピンデバイス作製技術の確立とデバイス特性評価を行い、特に縦型・短チャネル化によるスピン緩和抑制について検証する。以上を本研究の目的としている。今年度は、昨年度の進捗が十分でなかった、MnAs/InAs/MnAsヘテロ構造の分子線エピタキシー(MBE)成長条件の確立と、縦型スピンデバイスプロセス条件の確立を進め、さらにGAAのない2端子の縦型スピンバルブ素子の作製を行う予定であった。MBEを用いてGaAs(111)B上にMnAsを250℃程度の低温で成長し、その上に1000 nm厚のInAs薄膜と表面側MnAsの連続成長を達成することはできた。しかしながら、準備を進めていたInAsのマイグレーション促進成長については、担当した大学院生の実力不足やMBE装置の不具合により、実施に至らなかった。デバイスプロセス条件の確立については、担当予定だった大学院生の入学がコロナ禍のため遅れた他、ポスト構造の周囲を被覆するための原子層堆積（ALD）装置について、供給制御系の故障、バルブおよびポンプの破損、原料枯渇などが今年度相次ぎ、計画的な研究ができなかった。このこともあり、昨年に引き続き、スピンオングラス(SOG)材料を用いた埋め込みの検討には至らなかった。

半導体デバイス分野では高機能化・高集積化のため、縦型ゲートオールアラウンドFET(GAA-FET)が近年検討されている。スピンデバイスについても縦型GAAの検討は重要と考えられる。そこで本研究では、表面・基板側ともに強磁性体MnAsを有し、その間にIII-V半導体が挿入されたMnAs/III-V/MnAsヘテロ構造の結晶成長を行い、成長条件や膜厚・層構造に対する構造評価や電気・磁気特性評価を系統的に行う。さらに、それらヘテロ構造を利用して、縦型スピンデバイス作製技術の確立とデバイス特性評価を行い、特に縦型・短チャネル化によるスピン緩和抑制について検証する。以上を本研究の目的としている。今年度は、昨年度の進捗が十分でなかった、MnAs/InAs/MnAsヘテロ構造の分子線エピタキシー(MBE)成長条件の確立と、縦型スピンデバイスプロセス条件の確立を進め、さらにGAAのない2端子の縦型スピンバルブ素子の作製を行う予定であった。MBEを用いてGaAs(111)B上にMnAsを250℃程度の低温で成長し、その上に1000 nm厚のInAs薄膜と表面側MnAsの連続成長を達成することはできた。しかしながら、準備を進めていたInAsのマイグレーション促進成長については、担当した大学院生の実力不足やMBE装置の不具合により、実施に至らなかった。デバイスプロセス条件の確立については、担当予定だった大学院生の入学がコロナ禍のため遅れた他、ポスト構造の周囲を被覆するための原子層堆積（ALD）装置について、供給制御系の故障、バルブおよびポンプの破損、原料枯渇などが今年度相次ぎ、計画的な研究ができなかった。このこともあり、昨年に引き続き、スピンオングラス(SOG)材料を用いた埋め込みの検討には至らなかった。