磁性体/半導体ラテラル積層構造の作製と物性

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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)法によりパターン基板上にMnAs/GaAsヘテロ構造の作製を行った。ストライプ状の段差を設けた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。また、得られた薄膜は下地の形状を維持していることから、この成長温度(250℃)ではMn原子の表面拡散が小さいことが分かった。この結果をもとに、V溝基板を用いることで片側斜面上にのみMnAs膜の成長が可能であると考え、V溝基板上へGaAs/MnAsラテラル多層構造の成長を行い、SEMおよびEDXを用いて評価した。その結果、GaAs成長時に基板温度を低く(600℃→520℃)することによってGa原子の表面拡散を抑え、かつ基板の角度を調節しGaフラックスの入射角度を制御することで片側斜面にのみGaAs成長を行い、その後反対側の斜面にMnAsの成長を行ことでGaAs/MnAsラテラル多層構造の作製に成功した。さらに、電子ビームリソグラフィーで幅500nmのV溝を形成し、その片側斜面上にMnAs磁性細線構造の作製に成功した。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。