インジウムリンベース・室温スピントロ二クスデバイスの研究

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22560005
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 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: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 内富 直隆 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (20313562)
• 連携研究者: 石橋 隆幸 長岡技術科学大学, 工学部, 准教授 (20272635) ; 豊田 英之 長岡技術科学大学, 工学部, 技術職員 (90467085) ; 神保 良夫 長岡技術科学大学, 工学部, 教務職員 (10134975)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: スピントロ二クス

研究概要

次世代デバイス技術として期待される半導体スピントロ二クスでは、従来の半導体技術と整合性があり室温で強磁性を示す半導体材料の探査が必要である。本研究では、II-IV-V族多元化合物半導体であるZnSnAs2に磁性原子Mnを添加した磁性薄膜のエピタキシャル成長、その磁気特性について調べ、ハイブリッド磁気抵抗素子への応用を試みた。Mn添加ZnSnAs2薄膜は分子線エピタキシーによりInP基板上にエピタキシャル成長させることができ334Kの室温強磁性を示す。この磁性半導体とInP基板と格子整合するInGaAsやInAlAsとのヘテロエピタキシーにより磁性量子ナノ構造の可能性を示した。さらに、MnAsを含むハイブリッド磁気抵抗素子を作製し、II-IV-V族磁性半導体の応用について検討した。

研究成果

• [雑誌論文] Ferromagnetic and transportproperties of p-type (Zn,Mn,Sn)As2thin films grown on InP substrates forvarious Mn contents (2012)
  • 著者名/発表者名: N.Uchitomi, H.Endoh, H.Oomae, M.Yamazaki, H.Toyota, Y.Jinbo
  • 雑誌名: Physica StatusSolidi Proceedings, C9 ページ: 161-164
  • 査読あり
• [雑誌論文] Zinc-blende MnAsthin films directly grown on InP (001)substrates as possible source ofspin-polarized current (2012)
  • 著者名/発表者名: H.Oomae, J.T.Asubar, S. Nakamura, Y.Jinbo, N.Uchitomi
  • 雑誌名: Journal ofCrystal Growth 巻: 338 ページ: 129-133
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous Hall Effect and Magnetoresistance in Mn-Doped ZnSnAs2Epitaxial Film on InP Substrates Japanese Journal of Applied Physics 50 (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Oomae, J.T.Asubar, Y.Jinbo, N.Uchitomi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50 ページ: 01BE12-1,01BE12-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hosokawa Three Dimensional LocalStructure Analysis of ZnSnAs2:Mn byX-ray Fluorescence Holography 50 (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Hayashi,N.Uchitomi,N.Happo,W.Hu,S.
  • 雑誌名: Mn byX-ray Fluorescence Holography 巻: 50 ページ: 01BF05-1,01BF05-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] e- (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Uchitomi, J.T.Asubar, H.Oomae, H.Endoh, Y.Jinbo
  • 雑誌名: Journal of SurfaceScience and NanotechnologyFerromagnetic ZnSnAs2:Mn ChalcopyriteSemiconductors for In P-based pintronics 9 巻: 95 ページ: 102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimentalevidence for site preference of Mn substitution in ferromagnetic(Zn,Mn,Sn)As2 films Materials Scienceand Engineering 21 (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Uchitomi, H Endoh, H Oomae, Y Jinbo, E Mammadov, T Ishibashi
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering 巻: 21 ページ: 012005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Annealing Effects on Impurity Band Conduction of ZnSnAs2 Epitaxial Films (2011)
  • 著者名/発表者名: J.T.Asubar, Y.Agatsuma, Y.Jinbo, T. Ishibashi, N.Uchitomi
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering 巻: 21 ページ: 012031
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence of Pseudomorphic Growth ofZnSnAs2 Epitaxial Layers on NearlyLattice Matched InP Substrates (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Endo, J T Asubar, Y Agatsuma, T. Ishibashi, Y.Jinbo and N.Uchitomi
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering 巻: 11 ページ: 012030
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dependence of MBE-grownZnSnAs2:Mn epitaxial film propertieson Mn doping level (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Oomae, J.T.Asubar, M.Haneta1, Y. Agatsuma, T.Ishibashi, Y.Jinbo, N.Uchitomi
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering 巻: 11 ページ: 012026
  • 査読あり
• [雑誌論文] N. Uchitomi Photoluminescence study ofepitaxial grown ZnSnAs2:Mn thin films (2011)
  • 著者名/発表者名: E.Mammadov, M.Haneta, H.Toyota
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering 巻: 11 ページ: 012015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferromagnetic and transportproperties of highly Mn-doped ZnSnAs2 epitaxial layers on InP substrates,Thin Solid Films (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Uchitomi, H.Endo, H.Oomae, Y.Jinbo
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 319 ページ: 8207-8211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Room-temperatureferromagnetism in (Zn,Mn,Sn)As2 thinfilms applicable to InP-basedspintronic devices (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Uchitomi, H. Oomae, J. T. Asubar, H.Endo, Y.Jinbo
  • 雑誌名: Japanese Journalof Applied Physics 巻: 50 ページ: 05FB02-05FB02-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Studies ofZinc-blende type MnAs thin films grownon InP (001) substrates by XRD
  • 著者名/発表者名: H.Oomae, S.Irizawa, Y.Jinbo, H.Toyota, T.Kambayashi, N.Uchitomi
  • 雑誌名: Journalof Crystal Growth 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of Sb template for heteroepitaxial growth of GaSb thinfilm on Si (111) substrate
  • 著者名/発表者名: H.Toyota, A.Okabe, T.Endoh, Y.Jinbo,N.Uchitomi
  • 雑誌名: Journal ofCrystal Growth 巻: (in press)
  • 査読あり
• [学会発表] Study of Sb template forheteroepitaxial growth of GaSb thinfilm on Si (111) substrate (2012)
  • 著者名/発表者名: H.Toyota, A.Okabe, T.Endoh, Y.Jinbo, N.Uchitomi
  • 学会等名: The 17thInternational Conference on MolecularBeam Epitaxy
  • 発表場所: Nara,JAPAN
  • 年月日: 20120923-28
• [学会発表] Studies ofZinc-blende type MnAs thin films grownon InP (001) substrates by XRD (2012)
  • 著者名/発表者名: H.Oomae, S.Irizawa, Y.Jinbo, H.Toyota, T.Kambayashi, N.Uchitomi
  • 学会等名: The 17th International Conference onMolecular Beam Epitaxy
  • 発表場所: Nara, JAPAN
  • 年月日: 20120923-28
• [学会発表] Middle rangelocal structure analysis of dilutedmagnetic semiconductor ZnSnAs2:Mn thin films by X-ray fluorescenceholography (2012)
  • 著者名/発表者名: A.Suzuki, K.Hayashi, N.Happou, S.Hosokawa, K.Yamagami, W.Hu,M.Suzuki, N.Uchitomi
  • 学会等名: The 17th InternationalConference on Molecular Beam Epitaxy
  • 発表場所: Nara, JAPAN
  • 年月日: 20120923-28
• [学会発表] Structuralanalysis of ZnSnAs2 thin films by X-rayfluorescence holograpy (2012)
  • 著者名/発表者名: A.Suzuki, K.Hayashi, N.Happou, S.Hosokawa, K.Yamagami, W.Hu,M.Suzuki, N.Uchitomi
  • 学会等名: InternationalWorkshop on 3D atomic imaging atnano-scale active sites in materials
  • 発表場所: Kashiwa, JAPAN
  • 年月日: 20120806-08
• [学会発表] Analysis oflocal structure around Mn inferromagnetic ZnSnAs2:Mn thin films byx-ray fluorescence Holography (2012)
  • 著者名/発表者名: H.Oomae, K.Hayashi, N.Happou, S.Hosokawa, K.Yamagami, W.Hu,M.Suzuki, N.Uchitomi
  • 学会等名: International Workshop on 3D atomicimaging at nano-scale active sites inmaterials
  • 発表場所: Kashiwa,JAPAN
  • 年月日: 20120806-08
• [学会発表] Thermal annealing effect on themagnetic properties of (Zn,Mn,Sn)As2thin films epitaxially grown onInPsubstrates (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Yamazaki, H.Oomae, K.Yamagami, T.Kambayashi, H.Toyota, N.Uchitomi
  • 学会等名: Woldwide UniversityNetwork 4th International Conferenceon Spintronic
  • 発表場所: Sydney,Australia
  • 年月日: 20120723-25
• [学会発表] Growth and characterization of Mn-dopedZnSnAs2 based ferromagneticsemiconductor trilayer on InP (001) (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Oomae, Y.Jinbo, N.Uchitomi
  • 学会等名: 6^<th> International School and Conferenceon Spintronics and Quantum InformationTechnology
  • 発表場所: MatsueJapan
  • 年月日: 20110801-05
• [学会発表] Effect of thermal annealing onmagnetic properties of Mn-dopedZnSnAs2 thin films grown by MBE (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Yamagami, H. Oomae, H.Endo, E.Mammadov Y.Jinbo, N.Uchitomi
  • 学会等名: 6^<th> International School and Conference onSpintronics and Quantum InformationTechnology
  • 発表場所: MatsueJapan
  • 年月日: 20110801-05
• [学会発表] Ferromagnetic and transportproperties of p-type (Zn,Mn,Sn)As2thin films grown on InP substrates forvarious Mn contents (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Uchitomi, M.Yamazaki, H.Endoh,H.Oomae, H.Toyota, Y.Jinbo
  • 学会等名: 38^<th> InternationalSymposium on Compound Semiconductors(ISCS 2011)
  • 発表場所: Berlin,Germany
  • 年月日: 20110522-26
• [学会発表] Photoluminescence of MBEgrown ZnSnAs2:Mn / InP nanolayers (2011)
  • 著者名/発表者名: E. Mammadov, M.Haneta, H.Toyota, N.Uchitomi
  • 学会等名: 2011 Spring Meeting of EuropeanMaterials Research Society
  • 発表場所: Nice France
  • 年月日: 20110509-13
• [学会発表] Experimental evidence for sitepreference of Mn substitution inferromagnetic (Zn,Mn,Sn)As2 films (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Uchitomi, H.Endoh, H.Oomae, Y.Jinbo, E.Mamadov, T.Ishibashi
  • 学会等名: International Symposium on GlobalMultidisciplinary Engineering
  • 発表場所: Nagaoka
  • 年月日: 20110124-25
• [学会発表] Ferromagnetic and transportproperties of highly Mn-doped ZnSnAs2epitaxial layers on InP substrates (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Uchitomi, H.Oomae, H.Endoh, Y.Jinbo
  • 学会等名: International Conference of AsianUnion of Magnetic Society (ICAUMS2010)
  • 発表場所: Jedu Island, Korea
  • 年月日: 20101205-06
• [学会発表] Room-temperatureferromagnetism in (Zn,Mn,Sn)As2 thinfilms applicable to InP-basedspintronics devices (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Uchitomi, J.T.Asubar, H.Oomae, H.Endoh, Y.Jinbo
  • 学会等名: 17^<th> International Conference on Ternary thththand Multinary Compounds
  • 発表場所: Baku Azerbaijan
  • 年月日: 20100927-30
• [学会発表] Growth andproperties of zinc-blende MnAs thinfilms on InP(001) substrates (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Oomae, J.T.Asubar, S. Nakamura, Y.Jinbo, N.Uchitomi
  • 学会等名: The 6^<th> International Conference on thePhysics and Applications of SpinRelated Phenomena in Semiconductors(PASPS-VI)
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20100801-04
• [学会発表] Anomalous Hall Effect andMagnetoresistance in Mn-doped ZnSnAs2Epitaxial Film on InP Substrates (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Oomae, J.T.Asubar, Y.Jinbo, N.Uchitomi
  • 学会等名: The2010 International Symposium onOrganic and Inorganic ElectronicMaterials and RelatedNanotechnologies
  • 発表場所: Toyama
  • 年月日: 20100622-25
• [学会発表] 3D Local StructureAnalysis of ZnSnAs2:Mn by X-RayFluorescence Holography (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Hayashi,N.Uchitomi,N.Happo,W.Hu,S.Hosokawa
  • 学会等名: The 2010International Symposium on Organic andInorganic Electronic Materials andRelated Nanotechnologies
  • 発表場所: Toyama
  • 年月日: 20100622-25
• [備考]
  • URL: http://opt.nagaokaut.ac.jp/
• [産業財産権] 磁性半導体薄膜及び磁性半導体薄膜の製造方法 (2012)
  • 発明者名: 内富直隆
  • 権利者名: 長岡技術科学大学
  • 産業財産権番号: 特許 特許第5119434号
  • 取得年月日: 2012-11-02
• [産業財産権] 磁性半導体素子 (2012)
  • 発明者名: 内富直隆
  • 権利者名: 内富直隆
  • 産業財産権番号: 特許 特許第4919195号
  • 取得年月日: 2012-02-10