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2013 年度 実施状況報告書

室温スピン注入を実現するInPベーススピントロニクス

研究課題

研究課題/領域番号 25390052
研究種目

基盤研究(C)

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)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード半導体スピントロ二クス
研究概要

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。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

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。

今後の研究の推進方策

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。

次年度の研究費の使用計画

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。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2013

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Magnetotransport properties of MnAs/ZnSnAs2/ZnSnAs2:Mn ferromagnet/semiconductor hybrid structures2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Oomae, Yoshio Jinbo, Hideyuki Toyota, Naotaka Uchitomi
    • 雑誌名

      Phys.Status.Solidi A

      巻: 210 ページ: 1336-1339

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study of Sb template for heteroepitaxial growth of GaSb thin film on Si (111) substrate2013

    • 著者名/発表者名
      H.Toyota, A.Okabe, T.Endoh, Y.Jinbo, N.Uchitomi,
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 378 ページ: 129-133

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Studies of zinc-blende type MnAs thin films grown on InP (001)2013

    • 著者名/発表者名
      H. Oomae, S.Irizawa, Y.Jinbo, H.Toyota, T.Kambayashi, N.Uchitomi,
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 378 ページ: 410-414

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In-situ annealing effect of zinc-blende MnAs thin films grown on InP substrates2013

    • 著者名/発表者名
      H.Oomae, T.Shimazaki, H.Toyota, S.Nakamura, N.Uchitomi
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi C

      巻: 10 ページ: 1481-1484

    • 査読あり
  • [学会発表] Progress and Prospect of Ferromagnetic Materials for InP-based Semiconductor Spintronics2013

    • 著者名/発表者名
      Naotaka Uchitomi
    • 学会等名
      The III Baku International Humanitarian Forum
    • 発表場所
      Baku Azerbaijan
    • 年月日
      20131031-20131101
    • 招待講演
  • [学会発表] Magnetic. Electrical and structural properties of annealed ferromagnetic ZnSnAs2:Mn thin films on InP substrates: comparison with undoped ZnSnAs22013

    • 著者名/発表者名
      N.Uchitomi, H.Oomae, H.Toyota, K.Yamagami, T.Kambayashi
    • 学会等名
      Joint European Magnetic Symposia 2013
    • 発表場所
      Rodos Palace Covention Center, RHODES, Greece,
    • 年月日
      20130825-20130830
  • [学会発表] XAFS studies of diluted magnetic semiconductor Mn-doped ZnSnas2 thin films on InP substrates2013

    • 著者名/発表者名
      H.Oomae, H.Toyota, S.Emura, H.Asahi, N.Uchitomi
    • 学会等名
      Joint European Magnetic Symposia 2013
    • 発表場所
      Rodos Palace Covention Center, RHODES, Greece,
    • 年月日
      20130825-20130830
  • [学会発表] In-situ annealing effect of zinc-blende MnAs thin films grown on InP substrates2013

    • 著者名/発表者名
      H.Oomae, T.Shimazaki, H.Toyota, S.Nakamura, N.Uchitomi,
    • 学会等名
      40th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS2013)
    • 発表場所
      Kobe
    • 年月日
      20130519-20130523

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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