MBE成長した磁性元素添加GaNの陽電子消滅法による評価

Positron annihilation study of magnetic elements doped GaN grown by molecular beam epitaxy

薮内 敦*; 前川 雅樹; 河裾 厚男; Zhou, Y.*; 長谷川 繁彦*; 朝日 一*

Yabuuchi, Atsushi*; Maekawa, Masaki; Kawasuso, Atsuo; Zhou, Y.*; Hasegawa, Shigehiko*; Asahi, Hajime*

Cr添加GaN(GaCrN)はスピントロニクス材料として期待されているが、実用化に向け磁化率のさらなる向上が求められており、2つのアプローチが試みられている。1つはキャリア誘起強磁性を増強するためのSi添加であり、もう1つはCrN等の2次相を析出させずにCr濃度を増大させるための低温での分子線エピタキシー(MBE)成長である。ただし低温MBE成長ではデバイス特性を劣化させる空孔型欠陥の導入が予想される。そこで本研究では成長温度及びSi添加の有無を変えた、MBE成長GaCrN膜中の空孔型欠陥について低速陽電子ビームを用いて評価した。その結果、高温(700C)成長GaCrN膜からはSi添加の有無によらずGa空孔以上の空孔型欠陥は検出されないことが示された。一方、低温(540C)成長GaCrN膜には-の空孔クラスターが導入されることが明らかになった。さらに、低温成長であっても成長時にSiを同時添加することで空孔の凝集は抑制され、導入される欠陥は複空孔()に変化することが見いだされた。

Chromium-doped gallium nitride (GaCrN) has attracted much attention as a candidate material for spintronics devices. Two approaches have been utilized in improving the magnetization. Si-doping of GaCrN to enhance carrier-induced ferromagnetism and low temperature molecular beam epitaxy (MBE) growth to increase Cr atom concentration without formation of CrN precipitates. In this study, GaCrN films grown at high and low temperatures with and without Si-doping have been probed by a slow positron beam. As a result, no vacancy defects, which are larger than Ga vacancies, were detected in either the undoped or doped GaCrN films grown at 700C. In contrast, vacancy clusters with sizes of - were found to be responsible for positron trapping in undoped GaCrN films grown at 540C. Divacancies () were present in Si-doped GaCrN films grown at 540C, although vacancy clusters were eliminated by Si-doping.