Low temperature hetero-epitaxy of ferromagnetic silicide on Ge substrates for spin-transistor application

強磁性体シリサイド/Geの低温エピタキシャル成長とスピントランジスタ

安藤 裕一郎*; 上田 公二*; 熊野 守*; 佐道 泰造*; 鳴海 一雅; 前田 佳均; 宮尾 正信*

Ando, Yuichiro*; Ueda, Koji*; Kumano, Mamoru*; Sado, Taizo*; Narumi, Kazumasa; Maeda, Yoshihito; Miyao, Masanobu*

スピン偏極強磁性体シリサイドDO3型FeSiは、格子定数(0.565nm)がGeの格子定数(0.565nm)とほぼ一致しており、Ge基板上におけるFeSi層の高品位エピタキシャル成長が可能と期待される。本研究では、分子線エピタキシャル成長法を用いて、Fe/Si組成比及び成長温度がFeSi/Geの結晶性に与える効果を系統的に検討した。その結果、Fe/Si組成比を化学量論比(Fe:Si=3:1)とし、成長温度を低温化(300C)することで、結晶性が高く(ラザフォード後方散乱法による最小散乱収率: 23%)かつ界面が原子レベルで平坦なFeSi/Ge積層構造を実現した。さらに、この積層構造は、400Cまでの熱処理プロセスでは劣化しないことを確認した。

Ferromagnetic silicide FeSi (Currie temperature: 840 K) has three phases (A2, B2, and DO3), where the DO3-type is an ordered phase and calculated to be spin-polarized at the Fermi level. In addition, the lattice constant (0.565 nm) of FeSi is almost completely equal to that (0.565 nm) of Ge. Therefore, atomically controlled epitaxial growth of FeSi is expected on Ge. This will be a powerful tool to realize Ge channel spin transistors with ultrahigh speed operation and ultralow power consumption. This paper reviews our recent progress in novel epitaxial growth of FeSi on Ge for spintronics application.