【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.03.28】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23GA0008
利用課題名 / Title
シリコンドープした半導体ガリウム砒素への磁性金属パタン埋め込み構造の作製と評価
利用した実施機関 / Support Institute
香川大学 / Kagawa Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions
キーワード / Keywords
スピントロニクスデバイス/ Spintronics device,リソグラフィ/ Lithography,スピントロニクス/ Spintronics
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
宮川 勇人
所属名 / Affiliation
香川大学 創造工学部 材料物質科学領域
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
竹村知晃,文谷公亮,太田伸太郎,坂崎佑馬
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
GA-003：スピンコータ－
GA-012：エリプソメータ
GA-002：マスクレス露光装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
シリコンをドープすることで電気伝導特性を付与したGaAs半導体の内部に遷移金属であるFe,Niを主体とした強磁性体を埋め込んだ３次元埋め込み構造を作製する。磁性金属の厚みとパターン形状に依存したGaAsの結晶性の変化を調べ、キャリアドープ量や外磁場が電気伝導ならびに内部のスピン配向に及ぼす影響について調べる。
実験 / Experimental
【利用した主な装置】マスクレス露光装置（大日本科研社製、MX-1204）【実験方法】上記装置を用いARIMの支援のもと、UV露光法によりGaAs(001)基板上に矩形（サイズ数μm～数10μm）の有機マスクのパタン描画を行った。次に香川大学創造工学部にてMBE(molecular beam epitaxy)チャンバー内にてArイオンエッチングを施工することで基板表面の酸化膜を除去後Fe埋込のための凹部を形成し、EBガンによって基板表面にFe膜を数 nmスパッタ蒸着した。MBEチャンバーから取り出した後、マスクのリフトオフを行い、さらに酸化膜を除去後、表層上にSiセル温度を制御しながらGaAs(約1μm)を成膜することでFe埋め込み構造を形成した。
結果と考察 / Results and Discussion
パターンとして矩形（１辺5μm、スペース5μm）を並べた構造を採用した。埋込み後のGaAs表面のSEM観察を行ったところ、中温度（400℃）以下の基板加熱で作製したSiドープGaAsの試料にて表面にナノワイヤ構造ならびに多結晶構造が見られた（Fig.1 参照）。TEM-EDS分析からは、高温成長をした試料においてFeが試料表面にまでナノワイヤの成長とともに表面まで拡散分布していた（Fig.2 参照）。基板加熱無しの試料では、FeがGaAs内部に埋め込まれていることが確認されたものの、Feの分布が50nmほど上部まで拡散していた。ホール測定からはSiによるn型ドープが成功し、アンドープFe埋め込み試料の場合はp型となるとわかった。スピンLEDや磁気抵抗メモリなどへの応用のためには、試料作製時のエッチングや蒸着条件のさらなる検討が必要となる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1 SEM image of the GaAs surface structure above Fe-embedded area
Fig.2 Cross-sectional TEM image at the interface around embedded iron film and the EDS mapping images
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Shintarou Ohta, Hayato Miyagawa, The 4th Joint Workshop of Advanced Materials Science and Engineering between Hanbat National University and Kagawa University, GO5, 2024.1.8 Oral Presentation
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件