異なる陰イオン界面を利用した室温強磁性半導体の探索

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本研究は,キャリアドーピングを界面から試みることにより,最近盛んなワイドギャップ半導体研究において問題となっている少ないキャリアドーピング量を劇的に改善させることを目的としている。旧来の半導体では,自身の一部の原子を置換し,キャリアドーピングを行っていたが,キャリアドーピングを,伝導層を乱さないように,銅酸化物高温超伝導体のブロック層のように層状構造の界面を利用してできれば,大きなブレークスルーになることが期待される.もしこのようなことが実現させられれば,今まで不可能だったワイドギャップ半導体への十分なキャリアドーピングもできるようになり,紫外光レーザーや表題の室温強磁性半導体が実現でき,産業上の影響は計り知れない.今年度に研究室現有のNd : YAGレーザーを用いたレーザーアブレーション薄膜作成装置の整備として,多層膜を可能にするターゲット自動交換システムを導入した.現在,基板としてc面(0001)サファイア基板を用いて,ZnOを500℃でバッファー層として積層し,その後700℃で積層させ,Crを蒸着し,その後,AlNをAl基板を用いて窒素ガス中で積層させている.当初はMnを界面に挿入する予定であったが,Cr_2O_3はコランダム型の構造であり,a軸長は4.96Åで,α-Al_2O_3の4.76Åと格子ミスマッチが5%と十分に小さいことからCrへと方針を変えた.さらにCr_2O_3はc面内でのスピン構造が強磁性的であることから,もし面内のスピン構造を保ちながら,積層方向でも層間に挿入するZnO, AlNやα-Al_2O_3膜の厚さを調節して,強磁性相互作用が得られれば,試料全体が強磁性体となりうる.ちなみにZnOはウルツ鉱型であり,18%と大きな格子不整をもつことから,α-Al_2O_3層を含めて積層方法は実験を行いながら,現在最善の方法を模索している.