磁性体低次元量子サイズ構造の分子線エピタキシ法による精密制御作製と物性

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磁性体/半導体ハイブリッドデバイスの実現を目的として、分子線エピタキシ(MBE)法によりMnAs/GaAsヘテロ構造の作製を行った。はじめに、MnAs薄膜のMBE成長条件の確立を図り、200°C以上で単結晶エピタキシャル膜の成長が可能であること、MnAsの成長面方位が基板面方位および基板温度に依存して変化することが分かった。また、磁気光学カ-測定では、スペクトルがMnAsの成長面方位に依存することが分かった。しかし、MnAs膜表面モルフォロジーを観察した結果、表面には3次元成長島が見られた。そこで、MnAs膜表面の平坦性の向上を目的として、原子状水素(H・)を照射しながらMnAs薄膜のMBE成長を行い、原子間力顕微鏡によりMnAs表面モルフォロジーを観察したところ、H・照射ありではGaAs[110]方位に伸びる広く均一なファセット状のうねりのみが見られ、3次元成長島は全く見られなかった。次に、段差を設けたGaAs基板上にMnAsのMBE成長を行った結果、Mnフラックスの方向で薄膜の成長位置(段差基板の表面のみ、または斜面のみなど)を制御できることが分かった。さらに、SiN_Xによりパタ-ニングしたGaAs基板にMnAsを成長したとき、SiN_X上には全く成長せず、GaAs上のみに成長が起こるMnAsの選択成長を試みた。その結果、成長レートを遅くして成長中にH・を照射したときに選択成長が可能であることが分かった。これらの結果は、高品質ナノスケールの磁性体細線、ドットの作製の礎となるものである。