GaMnAs / GaAs 접합의 터널링 비등방 자기저항 연구 = Tunneling Anisotropic Magneto-Resistance of GaAs spin diodes with ferromagnetic (Ga,Mn)As layer

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

We have fabricated epitaxial p-n and p-i-n diode structures, containing a single (Ga,Mn)As layer with 3% Mn concentration, by molecular beam epitaxy. For vertical transport measurements, the samples were patterned into mesa structures by using standard photolithography.
Low temperature magnetoresistance showed strong bias voltage dependence, even including sign-changes. The magnetoresistance seems to originate from inherent in-plane magnetic anisotropy and spin-orbit interaction of (Ga,Mn)As, called tunneling anisotropic magnetoresistance. The bias voltage dependence is (partly) in accord with theoretical calculations based on a coherent tunneling model.

국문 초록 (Abstract)

자성과 반도체의 특성을 동시에 가진 자성반도체로, DMS는 반도체 소자에 효율적인 스핀 주입과 반도체로만 구성된 스핀 소자에 대한 가능성을 보여주었다. 본 연구에서는 DMS 가운데 III-V 반도체인 GaAs에 소량의 Mn을 넣어 만든 (Ga,Mn)As를 p-type 반도체로 사용하여 다이오드 접합을 제작하였고, 외부에서 수직으로 자기장을 인가하여 자기저항을 측정하였다.
시료는 p-type/n-type의 p-n 구조와 p-type/insulator/n-type의 p-i-n 구조이며 LT-MBE로 GaAs 웨이퍼에 epitaxial하게 성장시켰다. (Ga,Mn)As의 전이 온도는 SQUID로 자성을 측정하여 얻었다. 시료들은 포토 리소그래피로 디스크 형태의 마스크로부터 20 ㎛ 크기의 패턴을 만들었고 습식식각 방법으로 원기둥 형태로 깎아내었다. Contact pad는 Ti/Au를 증착하고 lift-off layer 방법으로 만들었는데 p-type과 n-type 박막 사이의 diffusion이나 annealing 효과를 막기 위해 열처리는 하지 않았다.
상온과 저온 I-V Characteristic에서 Esaki Diode의 NDR 특성은 보이지 않았으나 single magnetic layer (Ga,Mn)As에 의한 자기 저항 현상을 보았고, 저온(T=15 K)에서부터 (Ga,Mn)As 전이 온도까지의 자기 저항을 측정하여 (Ga,Mn)As의 강자성에 의해 일어난 현상임을 확인하였다. 자기저항은 바이어스에 따라 대칭적이지 않은 모습으로 측정되었는데, 이러한 결과는 coherent tunneling model로 설명되었다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract in Korean 1
• 1. Introduction 2
• 1.1 (Ga,Mn)As 4
• 1.2 Magnetism in (Ga,Mn)As 7
• 1.3 Zener-Esaki diode 8
• 1.4 TAMR 10
• 2. Experiment 13
• 2.1 MBE growth 13
• 2.2 Lithography 15
• 2.3 Contact 17
• 2.4 Measurement 20
• 3. Result 22
• 3.1 p-n junction 22
• 3.2 p-i-n junction 24
• 3.3 Conclusion 28
• Abstract 29
• Bibliography 30