Advances in wide bandgap materials for semiconductor spintronics

Materials Science and Engineering R: Reports

Volumn 40, Issue 4, 2003, Pages 137-168

  Pearton, S J ^a   Abernathy, C R ^a   Norton, D P ^a   Hebard, A F ^b   Park, Y D ^c   Boatner, L A ^d   Budai, J D ^d  

^a University of Florida   (United States)

^b University of Florida ^*  (United States)

^c Seoul National University   (South Korea)

^d OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

Semiconductor; Spintronics; Wide bandgap materials

Indexed keywords

CHARGE CARRIERS; ENERGY GAP; FERROMAGNETISM; FIELD EFFECT TRANSISTORS; LIGHT EMISSION;

PHOTONIC DEVICES; SPINTRONICS;

MAGNETIC SEMICONDUCTORS;

EID: 0037470283     PISSN: 0927796X     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1016/S0927-796X(02)00136-5     Document Type: Review

References (155)

1. http://www.almaden.ibm.com/sst/.
2. Ohno H., Chiba D., Matsukura F., Omiya T., Abe E., Dietl T., Ohno Y., Ohtani K. Nature. 408:2000;944.
3. Oiwa A., Mitsumori Y., Moriya R., Slupinski T., Munekata H. Phys. Rev. Lett. 88:2002;137202.
4. Park Y.D., Hanbicki A.T., Erwin S.C., Hellberg C.S., Sullivan J.M., Mattson J.E., Wilson A., Spanos G., Jonker B.T. Science. 295:2002;651.
5. Ohno H. J. Vac. Sci. Technol. B. 18:2000;2039.
6. Wolf S.A., Awschalom D.D., Buhrman R.A., Daughton J.M., von Molnar S., Roukes M.L., Chtchelkanova A.Y., Treger D.M. Science. 294:2001;1488.
7. S. Von Molnar, et al., "World Technology (WTEC) Study on Spin Electronics: Highlights of Recent US Research and Development Activities", 2001, http://www.wtec.org/spin_US_summary.pdf .
8. S.A. Chambers, Materials Today, April 2002, pp. 34-39.
9. Das Sarma S. Am. Scientist. 89:2001;516.
10. Ohno H., Matsukura F., Ohno Y. JSAP Int. 5:2002;4.
11. Awschalom D.D., Kikkawa J.M. Science. 287:2000;473.
12. Gould C., Schmidt G., Richler G., Fiederling R., Grabs P., Molenkamp L.W. Appl. Surf. Sci. 190:2002;395.
13. Hammar P.R., Bennett B.R., Yang M.J., Johnson M. Phys. Rev. Lett. 83:1999;203.
14. Monzon F.G., Tang H.X., Roukes M.L. Phys. Rev. Lett. 84:2000;5022.
15. G.A. Prinz, "Magnetic metal films on semiconductor substrates", in: B. Heinrich, J.A.C. Bland (Eds.), Ultrathin Magnetic Structures II, Springer-Verlag, New York, 1994.
16. Schmidt G., Ferrand D., Molenkamp L.W., Filip A.T., van Wees B.J. Phys. Rev. B. 62:2000;R4793.
17. Rashba E.I. Phys. Rev. B. 62:2000;R16267.
18. Zhu H.J., Ramsteiner M., Kostial H., Wassermeier M., Schönherr H.-P., Ploog K.H. Phys. Rev. Lett. 87:2001;016601.
19. Matsukura F., Ohno H., Shen A., Sugawara Y. Phys. Rev. B. 57:1998;R2037.
20. Ohno H., Shen A., Matsukura F., Oiwa A., Endo A., Katsumoto S., Iye Y. Appl. Phys. Lett. 69:1996;363.
21. Shioda R., Ando K., Hayashi T., Tanaka M. Phys. Rev. B. 58:1998;1100.
22. Y. Satoh, N. Inoue, Y. Nishikawa, J. Yoshino, in: H. Ohno, J. Yoshino, Y. Oka (Eds.), Proceedings of the Third Symposium on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Semiconductors, Sendai, Japan, November 1997, p. 23.
23. Hayashi T., Tanaka M., Nishinaga T., Shimoda H., Tsuchiya H., Otsuka Y. J. Cryst. Growth. 175:1997;1063.
24. Van Esch A., Van Bockstal L., de Boeck J., Verbanck G., vas Steenbergen A.S., Wellman R.J., Grietens G., Bogaerts R., Herlach F., Borghs G. Phys. Rev. B. 56:1997;13103.
25. Beschoten B., Crowell P.A., Malajovich I., Awschalom D.D., Matsukura F., Shen A., Ohno H. Phys. Rev. Lett. 83:1999;3073.
26. Tanaka M. J. Vac. Sci. Technol. B. 16:1998;2267.
27. Nagai Y., Kurimoto T., Nagasaka K., Nojiri H., Motokawa M., Matsukura F., Dietl T., Ohno H. Jpn. J. Appl. Phys. 40:2001;6231.
28. Sadowski J., Mathieu R., Svedlindh P., Domagala J.Z., Bak-Misiuk J., Swiatek J., Karlsteen M., Kanski J., Ilver L., Asklund H., Sodervall V. Appl. Phys. Lett. 78:2001;3271.
29. Shen A., Matsukura F., Guo S.P., Sugawara Y., Ohno H., Tani M., Abe A., Liu H.C. J. Cryst. Growth. 201-202:1999;379.
30. Shimizu H., Hayashi T., Nishinaga T., Tanaka M. Appl. Phys. Lett. 74:1999;398.
31. Grandidier B., Hys J.P., Delerue C., Stievenard D., Higo Y., Tanaka M. Appl. Phys. Lett. 77:2000;4001.
32. Kawakami R.K., Johnson-Halperin E., Chen L.F., Hanson M., Guebels N., Speck J.S., Gossard A.C., Awschalom D.D. Appl. Phys. Lett. 77:2000;2379.
33. Ando K., Hayashi T., Tanaka M., Twardowski A. J. Appl. Phys. 83:1998;65481.
34. Chiba D., Akiba N., Matsukura F., Ohno Y., Ohno H. Appl. Phys. Lett. 77:2000;1873.
35. Ohno H., Matsukura F., Owiya T., Akiba N. J. Appl. Phys. 85:1999;4277.
36. Hayashi T., Tanaka M., Nishinaga T., Shimada H. J. Appl. Phys. 81:1997;4865.
37. Hayashi T., Tanaka M., Seto K., Nishinaga T., Ando K. Appl. Phys. Lett. 71:1997;1825.
38. Twardowski A. Mater. Sci. Eng. B. 63:1999;96.
39. Hayashi T., Tanaka M., Asamitsu A. J. Appl. Phys. 87:2000;4673.
40. Akiba N., Chiba D., Natata K., Matsukura F., Ohno Y., Ohno H. J. App. Phys. 87:2000;6436.
41. Potashnik S.J., Ku K.C., Chun S.H., Berry J.J., Samarth N., Schiffer P. Appl. Phys. Lett. 79:2001;1495.
42. Schott G.M., Faschinger W., Molenkamp L.W. Appl. Phys. Lett. 79:2001;1807.
43. Munekata H., Ohno H., von Molnar S., Segmuller A., Chang L.L., Esaki L. Phys. Rev. Lett. 63:1989;1849.
44. Akai K.J. Phys. Rev. Lett. 81:1998;3002.
45. Ohno H., Munekata H., Penney T., von Molnar S., L Chang L. Phys. Rev. Lett. 68:1992;2864.
46. Munekata H., Zaslevsky A., Fumagalli P., Gambino R.J. Appl. Phys. Lett. 63:1993;2929.
47. Koshihara S., Oiwa A., Hirasawa M., Katsumoto S., Iye Y., Urano C., Takagi H., Munekata H. Phys. Rev. Lett. 78:1997;4617.
48. Soo Y.L., Huang S.W., Ming Z.H., Kao Y.H., Munekata H. Phys. Rev. B. 53:1996;4905.
49. Oiwa A., Slupinski T., Munekata H. Appl. Phys. Lett. 78:2001;518.
50. Nishikawa Y., Tackeuchi A., Yamaguchi M., Muto S., Wada O. IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. 2:1996;661.
51. H. Munekata, in: Proceedings of the Papers Presented at ICCG-13, August 2001.
52. Malajovich I., Kikkawa J.M., Awschalom D.D., Berry J.J., Samarth N. Phys. Rev. Lett. 84:2000;1015.
53. Hammar P.R., Bennet B.R., Yang M.Y., Johnson M. J. Appl. Phys. 87:2000;4665.
54. Hirohata A., Xu Y.B., Guetler C.M., Bland J.A.C. J. Appl. Phys. 87:2000;4670.
55. Johnson M. J. Vac. Sci. Technol. A. 16:1998;1806.
56. Cardelis S., Smith C.G., Barnes C.H.W., Linfield E.H., Ritchie J. Phys. Rev. B. 60:1999;7764.
57. Fiederling R., Kein M., Rerescher G., Ossan W., Schmidt G., Wang A., Molenkamp L.W. Nature. 402:1999;787.
58. Borghs G., De Boeck J. Mater. Sci. Eng. B. 84:2001;75.
59. Ohno Y., Young D.K., Bescholen B., Matsukura F., Ohno H., Awschalom D.D. Nature. 402:1999;790.
60. Jonker B.T., Park Y.D., Bennett B.R., Cheong H.D., Kioseoglou G., Petrou A. Phys. Rev. B. 62:2000;8180.
61. Park Y.D., Jonker B.T., Bennett B.R., Itskos G., Furis M., Kioseoglou G., Petrou A. App. Phys. Lett. 77:2000;3989.
62. Schmidt G., Ferrand D., Molenkamp L.W., Filip A.T., van Wees B.J. Phys. Rev. B. 62:2000;R4790.
63. Jin Y.Q., Shi R.C., Chou S.J. IEEE Trans. Magn. 32:1996;4707.
64. Hu C.M., Nitta J., Jensen A., Hansen J.B., Takayanagai H. Phys. Rev. B. 63:2001;125333.
65. Monzon F.G., Tang H.X., Roukes M.L. Phys. Rev. Lett. 84:2000;5022.
66. Gardelis S., Smith C.G., Barnes C.H.W., Matsukura F., Ohno H. Jpn. J. Appl. Phys. 40:2001;L1274.
67. Breve H., Nemeth S., Liu Z., De Boeck J., Borghs G. J. Magn. Magn. Mater. 226-230:2001;933.
68. Munekata H., Ohno H., von Molnar S., Segmuller A., Chang L.L., Esaki L. Phys. Rev. Lett. 63:1989;1849.
69. Zhu H.J., Ramsteiner M., Kostial H., Wassermeier M., Schononherr H.P., Ploog K.H. Phys. Rev. Lett. 87:2001;016601.
70. Kohda M., Ohno Y., Takamura K., Matsukura F., Ohno H. Jpn. J. Appl. Phys. 40:2001;L1274.
71. Katine J.A., Albert F.J., Buhrman R.A., Myers E.D., Ralph D.C. Phys. Rev. Lett. 84:2000;319.
72. Nitta J., Ahazaki T., Takayanngi H., Enoki T. Phys. Rev. Lett. 78:1997;1335.
73. S. Cho, S. Choi, G.B. Cha, S.C. Hong, Y. Kim, Y.-J. Zhao, A.J. Freeman, J.B. Ketterson, B.J. Kim, Y.C. Kim, B.C. Choi, Phys. Rev. Lett. 88 (2002) 257203-1.
74. Medvedkin G.A., Ishibashi T., Nishi T., Hiyata K. Jpn. J. Appl. Phys. 39:2000;L949.
75. Medvedkin G.A., Hirose K., Ishibashi T., Nishi T., Voevodin V.G., Sato K. J. Cryst. Growth. 236:2002;609.
76. Choi S., Cha G.B., Hong S.C., Cho S., Kim Y., Ketterson J.B., Jeong S.-Y., Yi G.C. Solid-State Commun. 122:2002;165.
77. Ueda K., Tahata H., Kawai T. Appl. Phys. Lett. 79:2001;988.
78. Matsumoto Y., Murakami M., Shono T., Hasegawa H., Fukumura T., Kawasaki M., Ahmet P., Chikyow T., Koshikara S., Koinuma H. Science. 291:2001;854.
79. F. Holtzberg, S. von Molnar, J.M.D. Coey, in: T. Moss (Ed.), Handbook on Semiconductors, North-Holland, Amsterdam, 1980.
80. Dietl T., Ohno H., Matsukura F., Cibert J., Ferrand D. Science. 287:2000;1019.
81. Zener C. Phys. Rev. B. 81:1951;440.
82. Van Schilfgaarde M., Myrasov O.N. Phys. Rev. B. 63:2001;233205.
83. Dietl T., Ohno H., Matsukura F. Phys. Rev. B. 63:2001;195205.
84. Dietl T. J. Appl. Phys. 89:2001;7437.
85. Jungwirth T., Atkinson W.A., Lee B., MacDonald A.H. Phys. Rev. B. 59:1999;9818.
86. Berciu M., Bhatt R.N. Phys. Rev. Lett. 87:2001;108203.
87. Bhatt R.N., Berciu M., Kennett M.D., Wan X. J. Supercond.: Incorp. Novel Magn. 15:2002;71.
88. Litvinov V.I., Dugaev V.A. Phys. Rev. Lett. 86:2001;5593.
89. Konig J., Lin H.H., MacDonald A.H. Phys. Rev. Lett. 84:2001;5628.
90. Schliemann J., Konig J., MacDonald A.H. Phys. Rev. B. 64:2001;165201.
91. Jungwirth T., Konig J., Sinova J., Kucera J., MacDonald A.H. Phys. Rev. B. 89:2002;107303.
92. Abernathy C.R. Mater. Sci. Rep. R16:1995;203.
93. Kororkov R.Y., Gregie J.M., Wessels B.W. Appl. Phys. Lett. 80:2002;1731.
94. Katayama-Yoshida H., Kato R., Yamamoto T. J. Cryst. Growth. 231:2001;438.
95. Goepfert I.D., Schubert E.F., Osinsky A., Norris P.E., Faleev N.N. J. Appl. Phys. 88:2000;2030.
96. Sato K., Katayama-Yoshida H. Jpn. J. Appl. Phys. 40:2001;L485.
97. N. Theodoropoulou, A.F. Hebard, M.E. Overberg, C.R. Abernathy, S.J. Pearton, S.N.G. Chu, R.G. Wilson, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 107203-1.
98. Overberg M.E., Gila B.P., Thaler G.T., Abernathy C.R., Pearton S.J., Theodoropoulou N., McCarthy K.T., Arnason S.B., Hebard A.F., Chu S.N.G., Wilson R.G., Zavada J.M., Park Y.D. J. Vac. Sci. Technol. B. 20:2002;969.
99. Zajac M., Gosk J., Kaminska M., Twardowski A., Szyszko T., Podliasko S. Appl. Phys. Lett. 79:2001;2432.
100. Reed M.L., Ritums M.K., Stadelmaier H.H., Reed M.J., Parker C.A., Bedair S.M., El-Masry N.A. Mater. Lett. 51:2001;500.
101. Reed M.L., El-Masry N.A., Stadelmaier H., Ritums M.E., Reed N.J., Parker C.A., Roberts J.C., Bedair S.M. Appl. Phys. Lett. 79:2001;3473.
102. Theodoropoulou N., Hebard A.F., Overberg M.E., Abernathy C.R., Pearton S.J., Chu S.N.G., Wilson R.G. Appl. Phys. Lett. 78:2001;3475.
103. Sonoda S., Shimizu S., Sasaki T., Yamamoto Y., Hori H. J. Cryst. Growth. 237-239:2002;1358.
104. Sasaki T., Sonoda S., Yamamoto Y., Suga K., Shimizu S., Kindo K., Hori H. J. Appl. Phys. 91:2002;7911.
105. Thaler G.T., Overberg M.E., Gila B., Frazier R., Abernathy C.R., Pearton S.J., Lee J.S., Lee S.Y., Park Y.D., Khim Z.G., Kim J., Ren F. Appl. Phys. Lett. 80:2002;3964.
106. Park S.E., Lee H.-J., Cho Y.C., Jeong S.-Y., Cho C.R., Cho S. Appl. Phys. Lett. 80:2002;4187.
107. Hashimoto M., Zhou Y.-K., Kanamura M., Asahi H. Solid-State Commun. 122:2002;37.
108. Yamada M. J. Appl. Phys. 91:2002;7908.
109. Inumaru K., Okamoto H., Yamanaka S.J. J. Cryst. Growth. 239-279:2002;2050.
110. Suzuki K., Kaneko T., Yoshida H., Morita H., Fujimori H. J. Alloys Compd. 224:1995;232.
111. Soo Y.L., Kioseoglou G., Kim S., Huang S., Kaa Y.H., Kubarawa S., Owa S., Kondo T., Munekata H. Appl. Phys. Lett. 79:2001;3926.
112. Sato M., Tanida H., Kato K., Sasaki T., Yamamoto Y., Sonoda S., Shimiyu S., Hori H. J. Jpn. Appl. Phys. 41:2002;4513.
113. Theodoropoulou N.A., Hebard A.F., Chu S.N.G., Overberg M.E., Abernathy C.R., Pearton S.J., Wilson R.G., Zavada J.M. Appl. Phys. Lett. 79:2001;3452.
114. Pearton S.J., Overberg M.E., Thaler G., Abernathy C.R., Theodoropoulou N., Hebard A.F., Chu S.N.G., Wilson R.G., Zavada J.M., Polyakov A.Y., Osinsky A., Park Y.D. J. Vac. Sci. Technol. A. 20:2002;583.
115. Akinaga H., Nemeth S., De Boeck J., Nistor L., Bender H., Borghs G., Ofuchi H., Oshima M. Appl. Phys. Lett. 77:2000;4377.
116. Hashimoto M., Zhou Y.Z., Kanamura M., Asahi H. Solid-State Commun. 122:2002;37.
117. Sato K., Katayama-Yoshida H. Jpn. J. Appl. Phys. 40:2001;L334.
118. Sato K., Katayama-Yoshida H. Jpn. J. Appl. Phys. 39:2000;L555.
119. Sato K., Katayama-Yoshida H. Physica E. 10:2001;251.
120. K. Sato, H. Katayama-Yoshida, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 666 (2001) F4.6.1.
121. Yamamoto T., Katayama-Yoshida H. Jpn. J. Appl. Phys. 38:1999;L166.
122. Fukumura T., Jin Z., Kawasaki M., Shono T., Hasegawa T., Koshikara S., Koshihara S., Koinuma H. Appl. Phys. Lett. 78:2001;958.
123. Wakano T., Fujimura N., Morinaga Y., Abe N., Ashida A., Ito T. Physica E. 10:2001;260.
124. Jin Z., Hasegawa K., Fukumura T., Yoo Y.Z., Hasegawa T., Koinuma H., Kawasaki M. Physica E. 10:2001;256.
125. Jung S.W., An S.-J., Yi G.-C., Jung C.U., Lee S.-I., Cho S. Appl. Phys. Lett. 80:2002;4561.
126. Ueda K., Tabota H., Kamai T. Appl. Phys. Lett. 79:2001;988.
127. Chambers S.A., Thevuthascan S., Farrow R.F.C., Marks R.G., Thiele J.U., Folks L., Sammant M.G., Kellock A.T., Ruzycki N., Ederer D.L., Diebold U. Appl. Phys. Lett. 79:2001;3467.
128. Matsumoto Y., Murakami M., Shono T., Hasegawa T., Fukumura T., Kawasaki M., Ahmet P., Chikyow T., Koshikara S., Koinuma H. Science. 291:2001;854.
129. P.A. Cox, Transition Metal Oxides, Oxford University Press, New York, 1992.
130. D.S. Ginley, C. Bright (Eds.) MRS Bulletin, vol. 25, no. 8, August 2000.
131. H.L. Hartnagel, A.L. Dawar, A.K. Jain, C. Jagadish, "Semiconducting Transparent Thin-Films, IOP Publishing, London, 1995.
132. Kim D.H., Yang J.S., Lee K.W., Bu S.D., Noh T.W., Oh S.J., Kim Y., Chang J., Tananka H., Lee H., Kawai T. Appl. Phys. Lett. 81:2002;2421.
133. Pearton S.J., Overberg M.E., Abernathy C.R., Theodoropoulou N.A., Hebard A.F., Chu S.N.G., Osinsky A., Zuflyigin V., Zhu L.D., Polyakov A.Y., Wilson R.G. J. Appl. Phys. 92:2002;2047.
134. Fiederling R., Kein M., Resescher G., Ossau W., Schmidt G., Wang W., Molenkamp L.W. Nature. 402:1999;787.
135. Fukumura H., Jin Z., Ohtomo A., Koinuma H., Kawasaki M. Appl. Phys. Lett. 75:1999;3366.
136. Tang H., Berger H., Schmid P.E., Levy F. Solid-State Commun. 92:1994;267.
137. Tobar M.E., Krupka J., Ivanov E.N., Woode R.A. J. Appl. Phys. 83:1998;1604.
138. Tang H., Prasad K., Sanjines R., Schmid P.E., Levy F. J. Appl. Phys. 75:1994;2042.
139. Yagi E., Hasiguti R.R., Aono M. Phys. Rev. B. 54:1996;7945.
140. DeFord J.W., Johnson O.W. J. Appl. Phys. 54:1983;889.
141. Ohno Y., Young D.K., Beschoten B., Matsukura F., Ohno H., Awschalom D.D. Nature. 402:1999;790.
142. Jonker B.T., Park Y.D., Bennet B.R., Cheong H.D., Kioseoglou G., Petrou A. Phys. Rev. B. 62:2000;8180.
143. Park Y.D., Jonker B.T., Bennet B.R., Itzkos G., Furis M., Kioseoglou G., Petrou A. Appl. Phys. Lett. 77:2000;3989.
144. Jonker B.T., Hanbicki A.T., Park Y.D., Itskos G., Furis M., Kioseoglou G., Petrou A. Appl. Phys. Lett. 79:2001;3098.
145. LeClair P., Ha J.K., Swagten H.J.M., Kohlhepp J.T., van de Vin C.H., de Jonge W.J.M. Appl. Phys. Lett. 80:2002;625.
146. A. Kaminski, S. Das Sarma, Phys. Rev. Lett. 88 (2002) 247202-1.
147. Kronik L., Jain M., Chelikowsky J.R. Phys. Rev. B. 66:2002;041203.
148. Kulakov E., Nakagawa H., Mariette H., Ohta H., Uspenski Y.A. Phys. Rev. B. 66:2002;045203.
149. Kennett M.P., Berciu M., Bhatt R.N. Phys. Rev. B. 66:2002;045207.
150. Dietl T., Matsukura F., Ohno H. Phys. Rev. B. 66:2002;033201.
151. Durst A.C., Bhatt R.N., Wolf P.A. Phys. Rev. B. 65:2002;235205.
152. Bouzerar G., Pareek T.P. Phys. Rev. B. 65:2002;153203.
153. Chudnoviskiy A.L., Pfannkoche D. Phys. Rev. B. 65:2002;165216.
154. Teraguchi N., Suzuki A., Nannishi Y., Zhou Y.K., Hashimoto M., Asashi H. Solid-State Commun. 122:2002;651.
155. Yang S.G., Pakhomov A., Hung S., Wong C. Appl. Phys. Lett. 81:2002;2148.