GaNベースの透明強磁性半導体の創製及びデバイス応用に関する研究

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本研究の目的は、分子線エピタキシー(MBE)法を用いて、CrやDy、Gdなどの遷移金属及び希土類金属元素をGaNに添加し、GaNベース新磁性半導体の結晶成長を行い、それらの物性を明らかにすること、更にそれらの材料を用いてデバイスの作製を試みることである。既に、遷移金属及び希土類金属元素をGaNに添加した新磁性半導体は、室温において強磁性秩序を確認した。今年度は、デバイス作製に有利な立方晶GaCrNを成長した。六方晶のGaCrNとGaGdNなどを用いて、デバイスの基本となる超格子構造、三層構造及びデバイスの試作を行い、それらの特性を明らかにした。ノンドープGaAs及びMgO(001)基板上に立方晶のGaCrNを結晶成長し、室温において強磁性を観察した。分子線エピタキシー法を用いて作製したDyN/GaN超格子に対して透過磁気円二色性スペクトルを測定、DyNの強磁性が起因とする磁気光学効果を確認した。また、超格子GaGdN/GaN及び単層膜のGaGdNを作製し、磁化測定から、単層膜よりも、超格子構造の方が単位体積あたの磁化が大きく、温度変化が大きいことを観察した。単層膜より、超格子中のGaGdN膜により高いキャリア濃度が存在し、そのため、キャリア誘起により超格子の磁化が増大したことを推測した。GaCrN/AlN/GaCrNトンネルダイオードの作製を試み、77Kで約0.1%のトンネル磁気抵抗比を確認した。