閃亜鉛鉱型マンガンカルコゲナイド薄膜単結晶の成長と電子状態の研究

3d遷移金属化合物のひとつであるマンガンカルコゲナイドMnY(Y=S, Se, Te)は、常温常圧下で、NaCl型(MnS、MnSe)あるいはNiAs型(MnTe)をとる。一方、閃亜鉛鉱型をもつMnY(ZB-MnY)は薄膜の形態でのみ存在し、ここ10年の間に作られるようになってきた。ZB-MnYは、II-VI希薄磁性半導体の基本物質であり、その電子状態を調べることは希薄磁性半導体の物性を理解するうえで重要になる。前年度までに、GaAs(100)基板上に作製したZB-MnTe薄膜についてin situで光電子・逆光電子分光実験を行い、価電子帯および伝導帯における電子状態を調べた。得られたZB-MnTeのスペクトルを以前測定したNiAs型MnTeのものと比較したところ、前者は後者に比べてMn3d軌道とTe5P軌道の混成が小さくなり、価電子帯の幅が小さくなっていること、また実験から見積もったMn3d交換分裂エネルギーも、前者ではMn3d軌道間の混成が少ないため、大きくなっていることを見いだした。今年度は、ZB-MnSe薄膜単結晶を育成するため、蒸着速度、成長基板温度などの最適化を行った。ホットウォールエピタキシー装置を用いて、150deg.に加熱したGaAs(100)基板上に、バルクのNaCl型MnSe(C-MnSe)を蒸着した。x線回折を行ったところ、ZB-MnSeによる回折ピークが出現し、他の成分(例えばC-MnSe)は現れなかった。また出現した回折ピークの面指数から、単結晶薄膜が(100)方向に成長していることが判明した。得られたZB-MnSeについてin situで光電子・逆光電子分光実験を行った。その結果、MnTeと異なり、ZB-MnSeとC-MnSeの間でMn3d交換分裂エネルギーの大きさはほぼ同じであることが明らかになった。

3d遷移金属化合物のひとつであるマンガンカルコゲナイドMnY(Y=S, Se, Te)は、常温常圧下で、NaCl型(MnS、MnSe)あるいはNiAs型(MnTe)をとる。一方、閃亜鉛鉱型をもつMnY(ZB-MnY)は薄膜の形態でのみ存在し、ここ10年の間に作られるようになってきた。ZB-MnYは、II-VI希薄磁性半導体の基本物質であり、その電子状態を調べることは希薄磁性半導体の物性を理解するうえで重要になる。前年度までに、GaAs(100)基板上に作製したZB-MnTe薄膜についてin situで光電子・逆光電子分光実験を行い、価電子帯および伝導帯における電子状態を調べた。得られたZB-MnTeのスペクトルを以前測定したNiAs型MnTeのものと比較したところ、前者は後者に比べてMn3d軌道とTe5P軌道の混成が小さくなり、価電子帯の幅が小さくなっていること、また実験から見積もったMn3d交換分裂エネルギーも、前者ではMn3d軌道間の混成が少ないため、大きくなっていることを見いだした。今年度は、ZB-MnSe薄膜単結晶を育成するため、蒸着速度、成長基板温度などの最適化を行った。ホットウォールエピタキシー装置を用いて、150deg.に加熱したGaAs(100)基板上に、バルクのNaCl型MnSe(C-MnSe)を蒸着した。x線回折を行ったところ、ZB-MnSeによる回折ピークが出現し、他の成分(例えばC-MnSe)は現れなかった。また出現した回折ピークの面指数から、単結晶薄膜が(100)方向に成長していることが判明した。得られたZB-MnSeについてin situで光電子・逆光電子分光実験を行った。その結果、MnTeと異なり、ZB-MnSeとC-MnSeの間でMn3d交換分裂エネルギーの大きさはほぼ同じであることが明らかになった。