強磁性半導体のドーピングによる磁性制御と電界制御磁気デバイスへの応用

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18360006
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 滝田 宏樹 筑波大学, 名誉教授 (00011213)
• 研究分担者: 黒田 眞司 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (40221949) ; 高増 正 筑波大学, 物質・材料研究機構量子ドットセンターグループリーダー (60212015)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: スピントロニクス

研究概要

強磁性半導体(Zn,Cr)Teにおける荷電性の不純物ドーピングによる磁性の変化を調べた。(Zn,Cr)Teにアクセプター性不純物である窒素をドープすると強磁性が抑制されるが、分子線エピタキシー法により成長した窒素ドープ(Zn,Cr)Teにおいて、窒素のドーピング量と強磁性特性との定量的関係より、窒素ドーピングに伴うCrイオンの価数変化と強磁性抑制との関係を解析し、この系の強磁性メカニズムについての考察を行った。さらに、(Zn,Cr)Te層と非磁性半導体である窒素ドープ(Zn,Mg)Te層からなるρ型の変調ドープヘテロ構造を作製し、ヘテロ界面に生成される2次元正孔により(Zn,Cr)Te層の強磁性が抑制されることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Fluorescence XAFS analysis of local structures in iodine-doped Zn_<1-x>Cr_xTe (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Ofuchi, K. Ishikawa, K. Zhang, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 190 ページ: 1-4
• [雑誌論文] Formation of Cr-rich nano-clusters and columns in (Zn, Cr) Te grown by MBE (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishio, K. Ishikawa, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando
  • 雑誌名: Materials Research Society Symposium Proceedings vol. 1183 ページ: 1-6
• [雑誌論文] Inhomogeneous Cr distribution and superparamagnetic behavior in magnetic semiconductor (Zn, Cr) Te (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Ishikawa, N. Nishizawa, S. Kuroda, H. Ikeda, K. Takita, M. Mitome, Y. Bando, T. Dietl
  • 雑誌名: Physics of Semiconductors, AIP Conference Proceedings vol. 1199 ページ: 419-420
• [雑誌論文] Correlation between Cr Distribution and Ferromagnetism in Iodine-Doped (Zn, Cr) Te (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizawa, K. Ishikawa, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando, T. Dietl
  • 雑誌名: Journal of the Korean Physical Society 53 ページ: 2917-2920
• [雑誌論文] Magneto-optical properties of ntype modulation-doped (Cd, Cr) Te quantum well (2008)
  • 著者名/発表者名: F. Takano, T. Nishizawa, J. W. Lee, S. Kuroda, Y. Imanaka, T. Takamasu, H. Akinaga
  • 雑誌名: Physica E 40 ページ: 1166-1168
• [雑誌論文] Correlation between ferromagnetism and cluster formation in (Zn, Cr) Te co-doped with charge impurities (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizawa, S. Kuroda, K. Takita, M. Mitome, Y. Bando, T. Dietl
  • 雑誌名: Materials Research Society Symposium Proceedings vol. 999 ページ: 1-5
• [雑誌論文] Origin and control of high temperature ferromagnetism in semiconductors (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda, N. Nishizawa, K. Takita, M. Mitome, Y. Bando, K. Osuch, T. Dietl
  • 雑誌名: Nature Materials 6 ページ: 440-446
• [雑誌論文] Fluorescence XAFS stury on local study around Cr atoms doped in ZnTe AIP Conference Proceedings (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Ofuchi, N. Ozaki, N. Nishizawa, H. Kinjyo, S. Kuroda, K. Takita
  • 雑誌名: X-ray Absorption Fine Structure-XAFS13 : 13^<th> International Conference vol. 882 ページ: 517-519
• [雑誌論文] Magneto-optical study of ferromagnetic semiconductor (Zn, Cr) Te (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizawa, S. Marcet, N. Ozaki, S. Kuroda, K. Takita
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 3 ページ: 4102-4105
• [雑誌論文] Significant enhancement of ferromagnetism in Zn_<1-x>Cr_xTe doped with iodine as an ntype dopant (2006)
  • 著者名/発表者名: N. Ozaki, N. Nishizawa, S. Marcet, S. Kuroda, O. Eryu, K. Takita
  • 雑誌名: Physical Review Letters 97 ページ: 1-4
• [学会発表] Formation of Cr-rich nano-clusters and columns in (Zn, Cr) Te grown by MBE (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda, K. Ishikawa, K. Zhang, Y. Nishio, M. Mitome, Y. Bando
  • 学会等名: Materials Research Society (MRS) Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20090413-20090417
• [学会発表] ヨウ素ドープ (Zn, Cr) Teの蛍光XAFS法による局所構造評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 大渕博宣, 石川弘一郎, 張珂, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 20090330-20090402
• [学会発表] 磁性半導体 (Zn, Cr) Teにおける Cr凝集クラスターの形成と超常磁性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 黒田眞司, 石川弘一郎, 張珂, 西尾陽太郎
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 20090330-20080402
• [学会発表] 「半導体における磁性元素の高濃度ドーピングと非一様分布」(シンポジウム「高濃度ドーピングへの挑戦とそれに伴う格子欠陥の解決」) (2009)
  • 著者名/発表者名: 黒田眞司
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学、立教池袋中学・高校
  • 年月日: 20090327-20090330
• [学会発表] 軟X線磁気円二色性を用いたZn_<1-x>Cr_xTe薄膜の電子状態に関する研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 山崎陽, 片岡隆史, 坂本勇太, 藤森淳, F.-H. Chang, H.-J. Lin, D. J. Huang, C. T. Chen, 石川弘一郎, 黒田眞司
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学、立教池袋中学・高校
  • 年月日: 20090327-20090330
• [学会発表] (Zn, Cr) TeにおけるCr-richナノカラムの形成と磁化特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 張珂, 西尾陽太郎, 及川晴義, 石川弘一郎, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第13回半導体スピン工学の基礎と応用 (PASPS-13)
  • 発表場所: 東北大学電気通信研究所
  • 年月日: 20090127-20090128
• [学会発表] Inhomogeneous Cr distribution and superparamagnetic properties of (Zn, Cr) Te (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda, K. Ishikawa, M. Mitome, Y. Bando
  • 学会等名: 53^<rd> Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM-53)
  • 発表場所: Austin, USA
  • 年月日: 20081110-20081114
• [学会発表] (Zn, Cr) Teにおける高Cr組成の柱状領域の形成 (2008)
  • 著者名/発表者名: 石川弘一郎, 張珂, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第69回応用物理学学術講演会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 20080902-20080905
• [学会発表] Magnetic properties of magnetic semiconductors with inhomogeneous distribution of magnetic elements (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Ishikawa, S. Kuroda
  • 学会等名: 5^<th> International Conference on Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors (PASPS-V)
  • 発表場所: Foz do Iguacu, Brazil
  • 年月日: 20080803-20080806
• [学会発表] Control of nanocluster formation and ferromagnetic properties in diluted magnetic semiconductors (invited) (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: 29^<th> International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS-29)
  • 発表場所: Rio de Janeiro, Brazil
  • 年月日: 20080727-20080801
• [学会発表] Inhomogeneous Cr distribution and superparamagnetic behaviors in magnetic semiconductor (Zn, Cr) Te (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Ishikawa, N. Nishizawa, S. Kuroda, K. Ikeda, K. Takita, M. Mitome, Y. Bando, T. Dietl
  • 学会等名: 29^<th> International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS-29)
  • 発表場所: Rio de Janeiro, Brazil
  • 年月日: 20080727-20080801
• [学会発表] 強磁性半導体 (Zn, Cr) Teの磁場中反射スペクトル測定 (2008)
  • 著者名/発表者名: 清水翔, 西沢望, 黒田眞司, 高増正
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 日本大学理工学部
  • 年月日: 20080327-20080330
• [学会発表] 高Cr組成 (～20%) の (Zn, Cr) TeにおけるCr分布と強磁性特性の相関 (2008)
  • 著者名/発表者名: 石川弘一郎, 西沢望, 黒田眞司, 池田博, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 日本大学理工学部
  • 年月日: 20080327-20080330
• [学会発表] 「磁性半導体における磁性元素の不均一分布と強磁性特性」(シンポジウム「スピントロニクスはどこまで進んだか」) (2008)
  • 著者名/発表者名: 黒田眞司, 西沢望, 瀧田宏樹, 三留正則, 板東義雄, トーマス・ディートル
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 日本大学理工学部
  • 年月日: 20080327-20080330
• [学会発表] 磁性半導体における磁性元素の不均一分布と強磁性特性 (招待講演) (2008)
  • 著者名/発表者名: 黒田眞司
  • 学会等名: 日本物理学会第63回年次大会
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 20080322-20080326
• [学会発表] ヨウ素ドープ (Zn, Cr) TeにおけるCr組成分布と強磁性特性の成長条件依存性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 石川弘一郎, 西沢望, 黒田眞司, 池田博, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第12回半導体スピンエ学の基礎と応用 (PASPS-12)
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 20071220-20071221
• [学会発表] Control of nanocluster formation and ferromagnetic properties by co-doping charge impurities in ferromagnetic semiconductors (Zn, Cr) Te (invited) (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: Polish-Japanese Joint Seminar "Ferromagnetism and Magnetic Nanostructures in Semiconductors"
  • 発表場所: Leszno, Poland
  • 年月日: 20070927-20070928
• [学会発表] Correlation between Cr distribution and ferromagnetism in iodine-doped (Zn, Cr) Te (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizawa, K. Ishikawa, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando, T. Dietl
  • 学会等名: 13^<th> International Conference on II-VI Compounds (II-VI 2007)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 20070910-20070914
• [学会発表] ヨウ素ドープ (Zn, Cr) TeにおけるCr組成分布と強磁性特性のMBE成長温度依存性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 石川弘一郎, 西沢望, 黒田眞司, 池田博, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第68回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 20070904-20070908
• [学会発表] Correlation between ferromagnetism and cluster formation in (Zn, Cr) Te co-doped with charge impurities (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda, N. Nishizawa, K. Takita, M. Mitome, Y. Bando
  • 学会等名: Materials Research Society (MRS) Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20070409-20070413
• [学会発表] Effects of co-doping on ferromagnetism in (Zn, Cr) Te (invited) (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: American Physical Society (APS) 2007 March Meeting
  • 発表場所: Denver, USA
  • 年月日: 20070305-20070310
• [学会発表] Semiconductor spintronics based on ZnTe : the state of the art towards room-temperature ferromagnetism (invited) (2006)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: Handai International Symposium 'Nanoscience and Nanotechnology
  • 発表場所: Osaka University
  • 年月日: 20061120-20061122
• [学会発表] ヨウ素ドープ (Zn, Cr) TeにおけるCr組成の不均一と強磁性特性との相関 (2006)
  • 著者名/発表者名: 西沢望, 黒田眞司, 瀧田宏樹, 三留正則, 板東義雄, Tomasz Dietl
  • 学会等名: 第67回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 立命館大学
  • 年月日: 20060829-20060901
• [学会発表] ZnCrTeの磁性に対する光誘起効果 (2006)
  • 著者名/発表者名: 小林紘子, 近藤剛, 宗片比呂夫, 西沢望, 黒田眞司, 滝田宏樹
  • 学会等名: 第67回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 立命館大学
  • 年月日: 20060829-20060901
• [学会発表] Ferromagnetism in donor and acceptor doped (Zn, Cr) Te (invited) (2006)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: 4^<th> International Conference on Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 20060815-20060818
• [学会発表] Novel ferromagnetic semiconductor (Zn, Cr) Te-doping of charge impurities and magnetic properties (invited) (2006)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: 25^<th> International School on the Physics of Semiconducting Compounds "Jaszowiec 2006"
  • 発表場所: Jaszowiec, Poland
  • 年月日: 20060617-20060623
• [産業財産権] 磁性半導体とその製造方法 (2007)
  • 発明者名: 黒田眞司, 西沢望, 瀧田宏樹, 三留正則, 板東義雄, トーマス・ディートル
  • 産業財産権番号: 特願2007-46400
  • 出願年月日: 2007-02-27