ホットウォール法による強磁性化合物薄膜の半導体基板への成長と評価

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磁性体-半導体ハイブリッドデバイスへの応用を目的として、GaAs及びSi半導体基板上に、結晶構造、化学結合の異なるMnSbの結晶成長を行った。成長法としては、装置が安価でメンテナンスも容易なホットウォールエピタキシ-法を採用し、成長法を確立するとともに薄膜の成長条件依存性、薄膜構造を明らかにした。GaAs(100)基板を用いた成長においてSb/Mn供給比をSb過剰下において1に近い領域で成長した場合に平坦なMnSb/GaAs界面を有するエピタキシャル薄膜が得られる事が分かった。このときMnSbの成長方位は(101^^-1)であり、C軸の傾き方位の異なる2つのドメインが成長する。しかし、オフ基板の使用によりドメインの一つの成長が抑制され単結晶薄膜が得られる事が分かった。GaAs(111)面状にはMnSb(0001)薄膜が成長する。GaAs(111)B面に成長したMnSb薄膜はGaAs(111)A面のそれよりも結晶性の良好な薄膜が得られた。これは、(111)A面上ではMn原子はMn及びSb双方と結合するため良好なC面成長が得られないのに対し(111)B面上ではAs原子はMnのみとしか結合しないためである。Si(111)基板上への成長に関しては低い基板温度、Sb過剰下でMnを十分に供給した場合に、薄く平坦なMnSi(111)薄膜を中間層として良好な単結晶MnSbエピタキシャル薄膜が成長できる事が分かった。