JP2008207996A - 磁性半導体とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁性元素を含む半導体において、n型またはp型のドーパントを添加するか、あるいは化合物半導体の場合は結晶成長時の原料供給量の調節により化合物における構成元素の組成割合における化学量論比からのずれを調整することにより、磁性元素イオンの結晶中での価数を変化させてイオン間の引力相互作用を調整することで、磁性元素を高濃度に含むナノ結晶の自律的な形成を人為的に制御することが可能となる。
【選択図】図3
Description
L. Gu, S. Y. Wu, H. X. Liu, R. K. Singh, N. Newman, D. J. Smith, ‘Characterization of Al(Cr)N and Ga(Cr)N dilute magnetic semiconductors’, Journal of Magnetism and Magnetic Materials vol.290−291, Pt. 2, pp.1395−1397 (2005). [著者: L. Gu, S. Y. Wu, H. X. Liu, R. K. Singh, N. Newman, D. J. Smith、タイトル: 「希薄磁性半導体Al(Cr)NおよびGa(Cr)Nのキャラクタリゼーション」、雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials、発行所: Elsevier B. V. (Amsterdam, Netherland)、発行日: 2005年4月、290−291巻、第2部、1395−1397頁] M. Jamet, A. Barski, T. Devillers, V. Poydenot, R. Dujardin, P. Bayle−Guillemaud, J. Rothman, E. Bellet−Amalric, A. Marty, J. Cibert, R. Mattana, S. Tatarenko, ‘High−Curie temperature ferromagnetism in self−organized Ge1−xMnx nanocolumns’, Nature Materials vol. 5, No. 8, pp. 653−659 (2006). [著者: M. Jamet, A. Barski, T. Devillers, V. Poydenot, R. Dujardin, P. Bayle−Guillemaud, J. Rothman, E. Bellet−Amalric, A. Marty, J. Cibert, R. Mattana, S. Tatarenko、タイトル: 「自己組織化Ge1−xMnx ナノカラムにおける高いキュリー温度の強磁性」、雑誌名: Nature Materials、発行所: Nature Publishing Group (London, Great Britain)、発行日: 2006年8月、5巻、8号、653−659頁] K. Sato, H. Katayama−Yoshida, P. H. Dederichs, ‘High Curie Temperature and Nano−Scale Spinodal Decomposition Phase in Diluted Magnetic Semiconductors’, Japanese Journal of Applied Physics vol. 44, No. 30, pp. L948−L951 (2005). [著者: 佐藤 和則、吉田 博、P. H. Dederichs、タイトル: 「希薄磁性半導体における高いキュリー温度とナノスケールスピノーダル分解」、雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics、発行所: 日本応用物理学会、発行日: 2005年7月15日、44巻、30号、L948−L951頁]
又、発明2は、発明1の磁性半導体において、前記半導体結晶中に含有されるナノ結晶内部の磁性元素濃度が20mol%以上であることを特徴とする。
又、発明4は、発明3の磁性半導体の製造方法において、前記磁性元素のイオン価調整の手段として、n型またはp型のドーパントを添加することを特徴とする。
半導体の構成元素の一部を磁性元素で置換した希薄磁性半導体において、結晶中で磁性元素が均一に分布せず、磁性元素が高濃度に凝集したナノ結晶が自律的に形成される場合があることは既に知られている。このようなナノ結晶が形成される原因として、半導体中の磁性元素イオン間の引力的相互作用に基づくスピノーダル分解が提唱されているが、このメカニズムの詳細に対する物理的考察から、本願発明を想定する基となった、ドーパント添加あるいは化合物半導体の場合は構成元素の組成割合の化学量論比からのずれによりナノ結晶の自律的形成を制御するという着想を得るに至った。これを以下に説明する。
磁性元素イオン間に大きな引力相互作用がはたらく場合には、結晶成長中に磁性元素イオンどうしが引き寄せられ、その濃度が高い領域と低い領域に分離し(スピノーダル分解)、薄膜中に磁性元素の濃度の高いナノ結晶が形成される。一方、磁性元素イオン間の引力が小さいか、または斥力となる場合には、結晶中で磁性元素イオンはランダムに配置し、その結果薄膜中の磁性元素の濃度は均一となる。
本発明に係る磁性半導体とその製造方法を実施するための具体的な製造装置、製造プロセスの例を説明する。
これらの組み合わせを表1に例示する。
(イ)はヨウ素濃度[I]=1×1019cm−3、(ロ)は[I]=2×1018cm−3、(ハ)は[I]=5×1016cm−3。
(ニ)はTeとZnの分子線供給量比[Te]/[Zn]=0.7、(ホ)は[Te]/[Zn]=3.0。
2 高周波電界励起気体プラズマ供給装置
3〜6 固体原料の蒸発供給源(Kセル)
7 基板保持加熱機構
8 基板
9 原料気体供給配管
10 高周波電力印加コイル
11 磁性半導体薄膜結晶
Claims (5)
- 磁性元素が含まれたナノ結晶を有する薄膜が基板上に形成されてなる磁性半導体であって、磁性元素イオンの価数が電気的に中性な価数であるナノ結晶を含有することを特徴とする磁性半導体。
- 請求項1に記載の磁性半導体において、前記半導体結晶中に、磁性元素濃度が20mol%以上のナノ結晶を含有することを特徴とする磁性半導体。
- 磁性元素が含まれたナノ結晶を有する薄膜が基板上に形成されてなる磁性半導体の製造方法であって、前記薄膜を基板上に蒸着するに当たり、磁性元素の結晶中でのイオンの価数を調整することにより、生成するナノ結晶の大きさを調整することを特徴とする磁性半導体の製造方法。
- 請求項3に記載の磁性半導体の製造方法において、前記磁性元素のイオン価調整の手段として、n型またはp型のドーパントを添加することを特徴とする磁性半導体の製造方法。
- 請求項3又は4に記載の磁性半導体の製造方法であって、前記磁性元素のイオン価調整の手段として化合物を構成する複数の元素間でその供給量の割合を調整することにより、化合物の組成割合における化学量論比からのずれを調節することを特徴とする磁性半導体の製造方法。
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JPN6012060101; 粂川竜巳 他: '高Cr組成(Zn,Cr)Teの電気伝導特性と磁性' 第52回応用物理学関係連合講演会講演予稿集 , 20050329, Page.528 * |
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