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2010 Fiscal Year Annual Research Report

インジウムリンベース・室温スピントロニクスデバイスの研究

Research Project

Project/Area Number 22560005
Research InstitutionNagaoka University of Technology

Principal Investigator

内富 直隆  長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (20313562)

Keywords結晶工学 / 結晶成長 / 界面・界面物性 / 半導体
Research Abstract

II-IV-V2型化合物半導体ZnSnAs2薄膜は分子線エピタキシー法によりInP基板にエピタキシャル成長することができ、強磁性転移温度が330Kを越える室温強磁性半導体であることを確認している。このようなMn添加ZnSnAs2膜はInP基板に格子整合するInGaAsやInAlAsとヘテロ接合を作製できると期待されInPベースのスピントロニクス半導体として有望である。このような半導体スピントロニクスデバイスを作製するために、Mn添加量を変えたZnSnAs2:Mn薄膜を成長し、その磁気特性や電気特性、光学特性について調べた。ZnSnAs2薄膜はバルク結晶ではカルコパイライト型結晶構造を示すが、非平衡な分子線エピタキシー法による結晶成長では、カルコパイライト型とスファレライト型が混在した結晶構造をとると予想される。一方、この磁性半導体が室温強磁性を示す起源についてはまだ理解されていない。本研究において、Mn添加量を変化させた試料を作製し、その組成比について分析すると、磁性原子MnはII-IV族半導体で予想されるII族のZnサイトを置換するよりもIV族のSnサイトを多く置換していることが分かってきた。この実験結果から、Snサイトを置換したMn^<4+>は2個のホールを供給すると予想され、Znサイトを置換したMn^<2+>に対してもホールが介在した強磁性的相互作用を及ぼすと考えられる。これらの結論は今後理論的見地から検証を必要とするが、多元系磁性半導体の室温強磁性を説明できる糸口になると考えられる。あわせて、ZnSnAs2/ZnSnAs2:Mn/ZnSnAs2積層構造についてエピタキシャル成長を確認することができた。今後、磁性半導体ZnSnAs2:Mnを含むヘテロ接合の結晶成長を検証することで半導体スピントロニクスデバイスへの展開を行う。

  • Research Products

    (16 results)

All 2011 2010

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Anomalous Hall Effect and Magnetoresistance in Mn-Doped ZnSnAs2 Epitaxial Film on InP Substrates2011

    • Author(s)
      Hiroto Oomae
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 50 Pages: 01BE12-1,01BE12-4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Three Dimensional Local Structure Analysis of ZnSnAs2 : Mn by X-ray Fluorescence Holography2011

    • Author(s)
      K.Hayashi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 50 Pages: 01BF05-1,01BF05-4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ferromagnetic ZnSnAs2 : Mn Chalcopyrite Semiconductors for InP-based Spintronics2011

    • Author(s)
      N.Uchitomi
    • Journal Title

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology

      Volume: 9 Pages: 95,102

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Experimental evidence for site preference of Mn substitution in ferromagnetic (Zn,Mn,Sn)As2 films2011

    • Author(s)
      N.Uchitomi
    • Journal Title

      Materials Science and Engineering

      Volume: 21 Pages: 012005

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Annealing Effects on Impurity Band Conduction of ZnSnAs2 Epitaxial Ffilms2011

    • Author(s)
      J.T.Asubar
    • Journal Title

      Materials Science and Engineering

      Volume: 21 Pages: 012031

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evidence of Pseudomorphic Growth of ZnSnAs2 Epitaxial Layers on Nearly Lattice Matched InP Substrates2011

    • Author(s)
      H.Endo
    • Journal Title

      Materials Science and Engineering

      Volume: 21 Pages: 012030

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dependence of MBE-grown ZnSnAs2 : Mn epitaxial film properties on Mn doping level2011

    • Author(s)
      H.Oomae
    • Journal Title

      Materials Science and Engineering

      Volume: 21 Pages: 012026

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photoluminescence study of epitaxial grown ZnSnAs2 : Mn thin films2011

    • Author(s)
      E.Mammadov
    • Journal Title

      Materials Science and Engineering

      Volume: 21 Pages: 012015

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Experimental evidence for site preference of Mn substitution in ferromagnetic (Zn,Mn,Sn)As2 films2011

    • Author(s)
      N.Uchitomi
    • Organizer
      International Symposium on Global Multidisciplinary Engineering 2011
    • Place of Presentation
      Nagaoka
    • Year and Date
      20110124-20110125
  • [Presentation] Room-temperature Ferromagnetic Mn : ZnSnAs2 Films for InP-Based Spintronics2010

    • Author(s)
      N.Uchitomi
    • Organizer
      International Symposium on Hybrid Nano Materials Toward Future Industries (HNM 2010)
    • Place of Presentation
      Nagaoka
    • Year and Date
      20101119-20101120
  • [Presentation] Ferromagnetic and transport properties of highly Mn-doped ZnSnAs2 epitaxial layers on InP substrates2010

    • Author(s)
      N.Uchitomi
    • Organizer
      International Conference of Asian Union of Magnetic Society (ICAUMS2010)
    • Place of Presentation
      Jedu Island, Korea
    • Year and Date
      20101105-20101106
  • [Presentation] Room-temperature ferromagnetism in (Zn,Mn,Sn)As2 thin films applicable to InP-based spintronics devices2010

    • Author(s)
      N.Uchitomi
    • Organizer
      17^<th> International Conference on Ternary and Multinary Compounds
    • Place of Presentation
      Baku Azerbaijan
    • Year and Date
      20100927-20100930
  • [Presentation] Growth and properties of zinc-blende MnAs thin films on InP(001) substrates2010

    • Author(s)
      H.Oomae
    • Organizer
      The 6^<th> International Conference on the Physics and Applications of Spin Related Phenomena in Semiconductors (PASPS-VI)
    • Place of Presentation
      Tokyo
    • Year and Date
      20100801-20100804
  • [Presentation] Anomalous Hall Effect and Magnetoresistance in Mn-doped ZnSnAs2 Epitaxial Film on InP Substrates2010

    • Author(s)
      H.Oomae
    • Organizer
      The 2010 International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies
    • Place of Presentation
      Toyama
    • Year and Date
      20100622-20100625
  • [Presentation] 3D Local Structure Analysis of ZnSnAs2 : Mn by X-Ray Fluorescence Holography2010

    • Author(s)
      K.Hayashi
    • Organizer
      The 2010 International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies
    • Place of Presentation
      Toyama
    • Year and Date
      20100622-20100625
  • [Presentation] Effect of Thermal Annealing Time on the Properties of ZnSnAs2 Epitaxial Films on InP(001) Substrates2010

    • Author(s)
      H.Endo
    • Organizer
      The 2010 International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies
    • Place of Presentation
      Toyama
    • Year and Date
      20100622-20100625

URL: 

Published: 2012-07-19  

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