磁性体多層膜界面の原子レベル構造とその特性の研究

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最近日本で発見された希薄磁性半導体GaMnNは、室温を大幅に超えたTcを持つ強磁性半導体であり、基礎科学・デバイス応用研究に多大なインパクトを与え、物質科学における一大トピックスとなった。本研究では、採用当初使用予定であったAPFIM装置に替え、GaAsのMBE成長の実績のある、MBE-STMシステムを使用することとし、GaMnNのヘテロ成長における原子レベル解析を最終目的として目指しながら、まず、GaNのMBE成長における異種金属蒸着における表面合金層の成長モード及び表面構造解析の準備研究を行った。GaN(0001)√7x√7表面や1x1表面上にAuを吸着させた際に現れるAu-Ga表面合金相の構造をSTMを用いて詳細に調べた結果、線状構造を持つ周期性の高いc(2x12)構造が出現した。線状構造に伴って円環状構造も共存するが、c(2x12)構造と比してその割合は小さかった。Au被覆率校正の結果、c(2x12)単位胞中には0.2個存在し、最外Ga層中のGaと置換しAuが入る構造モデルを提案した。この合金層は450℃まで安定であるが、それ以上の加熱によりc(5x2)構造に転移することが確認された。また、√7x√7表面へのAu蒸着では、AuはGaNと表面合金層を形成せず、Auクラスターが生成するのみであった。従ってより平坦性の高い良質なAu-GaNヘテロ接合を実現するには1x1構造を出発表面として準備したc(2x12)またはc(5x12)表面を初期表面構造とするのが適切である。また、GaAs(001)表面へMnを蒸着し、その成長モフォロジーと表面原子配列構造をSTMにより調べた。低被服率においては下地にエピタクシャル関係に高い異方性を持った3次元島状成長が生じ、また、数十原子層程度では、平坦なGaMnAs層が歪を界面での界面での歪を緩和しながら層状成長することが明らかとなった。