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2013 Fiscal Year Research-status Report

室温スピン注入を実現するInPベーススピントロニクス

Research Project

Project/Area Number 25390052
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

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)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords半導体スピントロ二クス
Research Abstract

Mn添加ZnSnAs2:Mn薄膜は, InP基板上に格子整合して薄膜結晶成長することができ室温強磁性を示す磁性半導体薄膜である。このような理由から、InPベーススピントロ二クスを展開させていく磁性半導体として有望と考えられ研究を進めている。本研究テーマでは、デバイス応用のために微細パターン形成が必要であり、InP基板上に成長されたZnSnAs2:Mn薄膜のエッチング加工の可能性とそのプロセス条件について検討を行った。その結果、InP基板上のZnSnAs2:Mn薄膜は、硝酸あるいは硫酸をベースとしたエッチング溶液で、パターン形成できることが分かった。特に硝酸溶液は基板であるInPと選択性があり、ZnSnAs2:Mn膜の選択エッチング溶液として最適であることが確認できた。また、硫酸の場合には、ZnSnAs2とInP基板の両方に対してエッチングできることから、これらの溶液を組み合わせることで所望のパターン形成が可能であることが分かる。このような結果に基づいて適切なレジストを選択し、ホール効果測定用のホールバーを、サイドエッチイングの影響の少ない状態でパターン形成することができた。 デバイス応用の基本となるスピン注入を測定する方法であるハンレ効果測定の実験を行うためにp型InP基板上にZnSnAs2:Mn薄膜を成長させた。今後、これらの基板を用いてハンレ効果を測定するための微細パターン形成を予定している。本年度は、再度分子線エピタキシーによる結晶成長条件の見直しを行った。基板温度を変化させて化学量論比になるZnSnAs2薄膜の作製条件を確認し、最適な基板設定温度が340℃であることが分かった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ZnSnAs2:Mn薄膜のInPベーススピントロ二クスデバイスへの適用には、分子線エピタキシーによる薄膜成長の再現性と、微細パターン形成プロセスの確立が必要である。分子線エピタキシーによるZnSnAs2:Mn薄膜の結晶成長については基板温度の最適化により磁性半導体としての再現性が確認できた。デバイス応用に向けたパターン形成については、ZnSnAs2:Mnの選択エッチングができる硝酸の可能性を確認することができ、デバイスプロセスの一歩となっている。

Strategy for Future Research Activity

室温磁性半導体の成膜技術についてはほぼ確立したと考えられることから、デバイス応用を意図したパターン形成とそれらの磁気・電気・光学測定を行い、この材料のデバイス応用性を検討する。ホール効果素子の作製は主に学内で行い、異常ホール効果などについて測定を行う。一方、ホールスピン注入実験のパターン作製には精度が必要であることから、実験用クリーンルームを有して微細パターン形成装置を有する近隣の研究機関に協力をお願いしている。ハンレ効果の実験には昨年課題となったオーミック電極の問題がありこの検討を行うことも必要である。半導体スピントロ二クスの具体的なデバイス応用については、これからの検討課題であり、半導体デバイスの高機能化に向けた良い機会と捉えている。あわせて、強磁性発現のメカニズムについては十分理解するには至っていないことから、関連する研究機関の協力を得ながらその解明を進める。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

納品された物品の支払いが遅れている会計上の理由により次年度に繰り越されたものです。
平成26年度に消耗品購入の一部として使用する予定です。

  • Research Products

    (8 results)

All 2013

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Magnetotransport properties of MnAs/ZnSnAs2/ZnSnAs2:Mn ferromagnet/semiconductor hybrid structures2013

    • Author(s)
      Hiroto Oomae, Yoshio Jinbo, Hideyuki Toyota, Naotaka Uchitomi
    • Journal Title

      Phys.Status.Solidi A

      Volume: 210 Pages: 1336-1339

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Study of Sb template for heteroepitaxial growth of GaSb thin film on Si (111) substrate2013

    • Author(s)
      H.Toyota, A.Okabe, T.Endoh, Y.Jinbo, N.Uchitomi,
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 378 Pages: 129-133

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Studies of zinc-blende type MnAs thin films grown on InP (001)2013

    • Author(s)
      H. Oomae, S.Irizawa, Y.Jinbo, H.Toyota, T.Kambayashi, N.Uchitomi,
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 378 Pages: 410-414

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] In-situ annealing effect of zinc-blende MnAs thin films grown on InP substrates2013

    • Author(s)
      H.Oomae, T.Shimazaki, H.Toyota, S.Nakamura, N.Uchitomi
    • Journal Title

      Physica Status Solidi C

      Volume: 10 Pages: 1481-1484

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Progress and Prospect of Ferromagnetic Materials for InP-based Semiconductor Spintronics2013

    • Author(s)
      Naotaka Uchitomi
    • Organizer
      The III Baku International Humanitarian Forum
    • Place of Presentation
      Baku Azerbaijan
    • Year and Date
      20131031-20131101
    • Invited
  • [Presentation] Magnetic. Electrical and structural properties of annealed ferromagnetic ZnSnAs2:Mn thin films on InP substrates: comparison with undoped ZnSnAs22013

    • Author(s)
      N.Uchitomi, H.Oomae, H.Toyota, K.Yamagami, T.Kambayashi
    • Organizer
      Joint European Magnetic Symposia 2013
    • Place of Presentation
      Rodos Palace Covention Center, RHODES, Greece,
    • Year and Date
      20130825-20130830
  • [Presentation] XAFS studies of diluted magnetic semiconductor Mn-doped ZnSnas2 thin films on InP substrates2013

    • Author(s)
      H.Oomae, H.Toyota, S.Emura, H.Asahi, N.Uchitomi
    • Organizer
      Joint European Magnetic Symposia 2013
    • Place of Presentation
      Rodos Palace Covention Center, RHODES, Greece,
    • Year and Date
      20130825-20130830
  • [Presentation] In-situ annealing effect of zinc-blende MnAs thin films grown on InP substrates2013

    • Author(s)
      H.Oomae, T.Shimazaki, H.Toyota, S.Nakamura, N.Uchitomi,
    • Organizer
      40th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS2013)
    • Place of Presentation
      Kobe
    • Year and Date
      20130519-20130523

URL: 

Published: 2015-05-28  

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