JP3537086B2 - スピンエレクトロニクス材料およびその作製方法 - Google Patents
スピンエレクトロニクス材料およびその作製方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、スピンに依存し
た電子現象を発揮するスピンエレクトロニクス材料およ
びその作製方法に関するものである。
た電子現象を発揮するスピンエレクトロニクス材料およ
びその作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、インフォメーションテクノロジー
（ＩＴ）革命という言葉がよく聞かれるようになった。
これは、エレクトロニクス等の飛躍的な技術革新に支え
られた情報産業のグローバリズムが実際のものとなりつ
つある現状を反映している。多量の情報を送り、受け取
り、蓄積し、そして必要な時に処理するためのエレクト
ロニクスがＩＴ革命の基盤技術として存在し、更なる技
術革新を目指して激しい研究開発が全世界的に行われて
いる。このような現状で、電子の持つスピンの属性を積
極的に活用する新しいエレクトロニクス、すなわちスピ
ンエレクトロニクスが注目を集めている。その理由を大
きく２つにわけて述べる。
（ＩＴ）革命という言葉がよく聞かれるようになった。
これは、エレクトロニクス等の飛躍的な技術革新に支え
られた情報産業のグローバリズムが実際のものとなりつ
つある現状を反映している。多量の情報を送り、受け取
り、蓄積し、そして必要な時に処理するためのエレクト
ロニクスがＩＴ革命の基盤技術として存在し、更なる技
術革新を目指して激しい研究開発が全世界的に行われて
いる。このような現状で、電子の持つスピンの属性を積
極的に活用する新しいエレクトロニクス、すなわちスピ
ンエレクトロニクスが注目を集めている。その理由を大
きく２つにわけて述べる。
【０００３】先ず、室温にてスピン偏極している、いわ
ゆる強磁性体を用いたストレージ技術である。既にデバ
イス実用化がなされており、例えばハードディスクの読
み取りヘッド等には、強磁性体金属からなる多層膜構造
が用いられている。更に、強磁性体のスピン偏極状態に
メモリー効果があることを利用した、消費電力無しでも
情報を記憶できる不揮発性の磁気ランダムアクセスメモ
リの研究開発も盛んに行われている（特開２０００−
４０３５５号公報、特開２０００−１５６５３１号公
報参照）。
ゆる強磁性体を用いたストレージ技術である。既にデバ
イス実用化がなされており、例えばハードディスクの読
み取りヘッド等には、強磁性体金属からなる多層膜構造
が用いられている。更に、強磁性体のスピン偏極状態に
メモリー効果があることを利用した、消費電力無しでも
情報を記憶できる不揮発性の磁気ランダムアクセスメモ
リの研究開発も盛んに行われている（特開２０００−
４０３５５号公報、特開２０００−１５６５３１号公
報参照）。
【０００４】一方、スピン偏極電子を用いた量子通信に
向けた研究も行われるようになった。スピンの特性を利
用した、量子コンピュータや量子通信は、暗号処理技術
を大幅に変える可能性があり、国家規模での研究が推進
されている分野でもある。磁性半導体から、既存のエレ
クトロニクスで既に使用されているＩＩＩ−Ｖ族半導体
（例えばＧａＡｓ）へのスピン偏極電子注入は、この量
子通信の単位操作の一つであり、低温ではその現象が確
認されている（Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４０２，７８
７−７９０（１９９９）、Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４
０２，７９０−７９２（１９９９）参照）。
向けた研究も行われるようになった。スピンの特性を利
用した、量子コンピュータや量子通信は、暗号処理技術
を大幅に変える可能性があり、国家規模での研究が推進
されている分野でもある。磁性半導体から、既存のエレ
クトロニクスで既に使用されているＩＩＩ−Ｖ族半導体
（例えばＧａＡｓ）へのスピン偏極電子注入は、この量
子通信の単位操作の一つであり、低温ではその現象が確
認されている（Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４０２，７８
７−７９０（１９９９）、Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４
０２，７９０−７９２（１９９９）参照）。
【０００５】さて、このような新しい技術の開発を支え
る、新しい材料が求められている。例えば、ストレージ
には、室温で磁石となるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉあるいはその
合金が用いられているが、これらは光エレクトロニクス
材料として活用されているＧａＡｓのようなＩＩＩ−Ｖ
族半導体とヘテロ構造を形成するには、極めて都合が悪
い。その理由は、これらの元素はＩＩＩ−Ｖ族半導体に
取り込まれると、電気的な不純物となったり、新しいス
ピン偏極電子を持たない副生成物となったりして、ＩＩ
Ｉ−Ｖ族半導体作製プロセスに馴染まないからである
（Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ ｄｅｖｉｃｅ，Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌ
ｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．ＩＳＢＮ ０−４７１−
０９８３７−Ｘ、磁性体ハンドブック（朝倉書店）、
ＩＳＢＮ ４−２５４−１３００４−Ｘ参照）。
る、新しい材料が求められている。例えば、ストレージ
には、室温で磁石となるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉあるいはその
合金が用いられているが、これらは光エレクトロニクス
材料として活用されているＧａＡｓのようなＩＩＩ−Ｖ
族半導体とヘテロ構造を形成するには、極めて都合が悪
い。その理由は、これらの元素はＩＩＩ−Ｖ族半導体に
取り込まれると、電気的な不純物となったり、新しいス
ピン偏極電子を持たない副生成物となったりして、ＩＩ
Ｉ−Ｖ族半導体作製プロセスに馴染まないからである
（Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ ｄｅｖｉｃｅ，Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌ
ｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．ＩＳＢＮ ０−４７１−
０９８３７−Ｘ、磁性体ハンドブック（朝倉書店）、
ＩＳＢＮ ４−２５４−１３００４−Ｘ参照）。
【０００６】その他、Ｍｎと、Ｖ族元素からなる化合物
強磁性体とＩＩＩ−Ｖ族半導体とのヘテロ構造も、基礎
的研究が活発に行われているスピンエレクトロニクス材
料の有力候補である（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６８，Ｎｏ．２０，２８
９０−２８９２（１９９６）、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７０，Ｎｏ．１
５，２０４６−２０４８（１９９７）参照）。この材料
は、安定なヘテロ界面を形成するために注目を集めてい
るが、ＭｎがＩＩＩ−Ｖ族半導体に取り込まれると浅い
不純物準位を形成し、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の電気的特性
を大きくかえるため、これらもＩＩＩ−Ｖ族半導体作製
プロセスには馴染まないという難点を持っている（Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅ
ｖｉｃｅ，Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆
Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．ＩＳＢＮ ０−４７１−０９８３
７−Ｘ参照）。
強磁性体とＩＩＩ−Ｖ族半導体とのヘテロ構造も、基礎
的研究が活発に行われているスピンエレクトロニクス材
料の有力候補である（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６８，Ｎｏ．２０，２８
９０−２８９２（１９９６）、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７０，Ｎｏ．１
５，２０４６−２０４８（１９９７）参照）。この材料
は、安定なヘテロ界面を形成するために注目を集めてい
るが、ＭｎがＩＩＩ−Ｖ族半導体に取り込まれると浅い
不純物準位を形成し、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の電気的特性
を大きくかえるため、これらもＩＩＩ−Ｖ族半導体作製
プロセスには馴染まないという難点を持っている（Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅ
ｖｉｃｅ，Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆
Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．ＩＳＢＮ ０−４７１−０９８３
７−Ｘ参照）。
【０００７】また、強磁性転移温度が高く、更にスピン
偏極度が高いと予想されているペロブスカイト酸化物
（特開平９−２６３４９５号公報、Ｎａｔｕｒｅ，
Ｖｏｌ．３９５，６７７−６８０（１９９８）参照）
や、Ｃｒ酸化膜（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．７６，Ｎｏ．２５，３７８９−
３７９１（１９９７）参照）も盛んに研究されている
が、これらはエレクトロニクスに活用されている半導体
と結晶構造が全く異なることから、根本的に半導体エレ
クトロニクス材料とは相性が悪く、半導体基板上に作製
することでさえ非常に難しいという大きな欠点がある。
偏極度が高いと予想されているペロブスカイト酸化物
（特開平９−２６３４９５号公報、Ｎａｔｕｒｅ，
Ｖｏｌ．３９５，６７７−６８０（１９９８）参照）
や、Ｃｒ酸化膜（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．７６，Ｎｏ．２５，３７８９−
３７９１（１９９７）参照）も盛んに研究されている
が、これらはエレクトロニクスに活用されている半導体
と結晶構造が全く異なることから、根本的に半導体エレ
クトロニクス材料とは相性が悪く、半導体基板上に作製
することでさえ非常に難しいという大きな欠点がある。
【０００８】その他、磁性半導体といわれている一群
も、スピンエレクトロニクス材料として注目を集めてお
り、実際、前述のスピン偏極電子注入実験は、これらの
材料を用いて行われた（Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４０
２，７８７−７９０（１９９９）、Ｎａｔｕｒｅ，Ｖ
ｏｌ．４０２，７９０−７９２（１９９９）参照）。し
かしながら、例えばその実験に用いられた（Ｇａ，Ｍ
ｎ）Ａｓの強磁性転移温度は、高々１２０Ｋであり、実
用デバイス材料として用いることは、実質的に不可能で
ある（Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．２８１，９５１−９５
６（１９９８）参照）。
も、スピンエレクトロニクス材料として注目を集めてお
り、実際、前述のスピン偏極電子注入実験は、これらの
材料を用いて行われた（Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４０
２，７８７−７９０（１９９９）、Ｎａｔｕｒｅ，Ｖ
ｏｌ．４０２，７９０−７９２（１９９９）参照）。し
かしながら、例えばその実験に用いられた（Ｇａ，Ｍ
ｎ）Ａｓの強磁性転移温度は、高々１２０Ｋであり、実
用デバイス材料として用いることは、実質的に不可能で
ある（Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．２８１，９５１−９５
６（１９９８）参照）。
【０００９】Ｃｒ元素に関しては、ＧａＡｓ等の半導体
エレクトロニクス材料に含まれた際に形成するエネルギ
ー準位がよく研究されている（Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅ，Ｓ．Ｍ．
Ｓｚｅ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｉｎ
ｃ．ＩＳＢＮ ０−４７１−０９８３７−Ｘ参照）。特
にＧａＡｓにおいては、その半絶縁化のためのドーパン
トとして、ごく普通に使われている元素である。このＣ
ｒとＡｓの化合物としては、ＭｎＰ型ＣｒＡｓ、Ｃｕ２
Ｓｂ型Ｃｒ２Ａｓが良く知られているが、ともに反強磁
性体であり、スピンエレクトロニクス材料としての応用
の道筋はなかった（磁性体ハンドブック，（朝倉書
店）、ＩＳＢＮ ４−２５４−１３００４−Ｘ参照）。
なお、ＣｒＡｓの磁気的状態を物理的専門用語を用いて
言うと、正確には「らせん磁性」という。また、結晶構
造や、その組成が明らかになっていない高次の化合物と
して、ＣｒＡｓ化合物における強磁性も報告されている
が、その強磁性転移温度は０℃より低い（Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ
ｏｆ Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．１１，２００
７−２０１２，１９６０参照）。即ち、ＣｒのＡｓ化合
物は、スピンエレクトロニクス材料としては、全く注目
されていなかったということである。
エレクトロニクス材料に含まれた際に形成するエネルギ
ー準位がよく研究されている（Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅ，Ｓ．Ｍ．
Ｓｚｅ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｉｎ
ｃ．ＩＳＢＮ ０−４７１−０９８３７−Ｘ参照）。特
にＧａＡｓにおいては、その半絶縁化のためのドーパン
トとして、ごく普通に使われている元素である。このＣ
ｒとＡｓの化合物としては、ＭｎＰ型ＣｒＡｓ、Ｃｕ２
Ｓｂ型Ｃｒ２Ａｓが良く知られているが、ともに反強磁
性体であり、スピンエレクトロニクス材料としての応用
の道筋はなかった（磁性体ハンドブック，（朝倉書
店）、ＩＳＢＮ ４−２５４−１３００４−Ｘ参照）。
なお、ＣｒＡｓの磁気的状態を物理的専門用語を用いて
言うと、正確には「らせん磁性」という。また、結晶構
造や、その組成が明らかになっていない高次の化合物と
して、ＣｒＡｓ化合物における強磁性も報告されている
が、その強磁性転移温度は０℃より低い（Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ
ｏｆ Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．１１，２００
７−２０１２，１９６０参照）。即ち、ＣｒのＡｓ化合
物は、スピンエレクトロニクス材料としては、全く注目
されていなかったということである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、スピンエレク
トロニクスを展開する上で、材料としての特性が優れて
いるのみならず、既存の半導体エレクトロニクス材料と
の相性も良好な新材料の開発が望まれている。ここで、
材料の特性としては、室温以上の転移温度と高いスピン
偏極率とを備えていることが最低限望まれており、既存
の半導体エレクトロニクス材料との相性としては、作製
プロセスの互換性、ヘテロ構造が作製可能であること、
ヘテロ構造作製時に特性を劣化させる副生成物が現れな
いことが望まれる。
トロニクスを展開する上で、材料としての特性が優れて
いるのみならず、既存の半導体エレクトロニクス材料と
の相性も良好な新材料の開発が望まれている。ここで、
材料の特性としては、室温以上の転移温度と高いスピン
偏極率とを備えていることが最低限望まれており、既存
の半導体エレクトロニクス材料との相性としては、作製
プロセスの互換性、ヘテロ構造が作製可能であること、
ヘテロ構造作製時に特性を劣化させる副生成物が現れな
いことが望まれる。
【００１１】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、材料の特性として、室温以上の転移温度と高
いスピン偏極率とを備え、また既存の半導体エレクトロ
ニクス材料との相性として、作製プロセスの互換性、ヘ
テロ構造が作製可能であること、ヘテロ構造作製時に特
性を劣化させる副生成物が現れないことといった要求を
満たすことができるスピンエレクトロニクス材料および
その作製方法を提供することを目的とする。
のであり、材料の特性として、室温以上の転移温度と高
いスピン偏極率とを備え、また既存の半導体エレクトロ
ニクス材料との相性として、作製プロセスの互換性、ヘ
テロ構造が作製可能であること、ヘテロ構造作製時に特
性を劣化させる副生成物が現れないことといった要求を
満たすことができるスピンエレクトロニクス材料および
その作製方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、スピンに依存した電子現
象を発揮するスピンエレクトロニクス材料において、閃
亜鉛鉱型ＣｒＡｓからなり強磁性転移温度が少なくとも
３５０Ｋより高い、ことを特徴としている。
に、請求項１に記載の発明は、スピンに依存した電子現
象を発揮するスピンエレクトロニクス材料において、閃
亜鉛鉱型ＣｒＡｓからなり強磁性転移温度が少なくとも
３５０Ｋより高い、ことを特徴としている。
【００１３】また、請求項２に記載の発明は、スピンに
依存した電子現象を発揮するスピンエレクトロニクス材
料において、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓあるいはそ
れらの混晶からなる閃亜鉛鉱型ＩＩＩ−Ｖ族半導体と、
閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓとのヘテロ接合からなる、ことを特
徴としている。
依存した電子現象を発揮するスピンエレクトロニクス材
料において、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓあるいはそ
れらの混晶からなる閃亜鉛鉱型ＩＩＩ−Ｖ族半導体と、
閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓとのヘテロ接合からなる、ことを特
徴としている。
【００１４】また、請求項３に記載の発明は、上記した
請求項１または２に記載の発明の構成に加えて、上記閃
亜鉛鉱型ＣｒＡｓに、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、
Ｐ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ｋ、Ｃ
ａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、
Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚ
ｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉ
ｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、
Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔ
ｌ、Ｐｂ、Ｂｉの元素のうち少なくとも一種類を添加
し、スピン偏極度、磁化の大きさや異方性、あるいは強
磁性転移温度の制御を行う、ことを特徴としている。
請求項１または２に記載の発明の構成に加えて、上記閃
亜鉛鉱型ＣｒＡｓに、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、
Ｐ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ｋ、Ｃ
ａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、
Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚ
ｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉ
ｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、
Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔ
ｌ、Ｐｂ、Ｂｉの元素のうち少なくとも一種類を添加
し、スピン偏極度、磁化の大きさや異方性、あるいは強
磁性転移温度の制御を行う、ことを特徴としている。
【００１５】請求項４に記載の発明は、スピンに依存し
た電子現象を発揮するスピンエレクトロニクス材料の作
製方法において、閃亜鉛鉱型半導体エレクトロニクス材
料からなる基板を３００℃を越えない温度に保持し、そ
の基板上に非熱平衡気相成長法を用いてＣｒとＡｓを同
時蒸着して作製する、ことを特徴としている。
た電子現象を発揮するスピンエレクトロニクス材料の作
製方法において、閃亜鉛鉱型半導体エレクトロニクス材
料からなる基板を３００℃を越えない温度に保持し、そ
の基板上に非熱平衡気相成長法を用いてＣｒとＡｓを同
時蒸着して作製する、ことを特徴としている。
【００１６】また、請求項５に記載の発明は、上記した
請求項４に記載の発明の構成に加えて、上記閃亜鉛鉱型
半導体エレクトロニクス材料からなる基板は、閃亜鉛鉱
型ＧａＡｓからなる基板である、ことを特徴としてい
る。
請求項４に記載の発明の構成に加えて、上記閃亜鉛鉱型
半導体エレクトロニクス材料からなる基板は、閃亜鉛鉱
型ＧａＡｓからなる基板である、ことを特徴としてい
る。
【００１７】また、請求項６に記載の発明は、上記した
請求項４に記載の発明の構成に加えて、上記蒸着時のＣ
ｒ分子線のビーム等価圧力をＡｓ４分子線のビーム等価
圧力より低く設定する、ことを特徴としている。
請求項４に記載の発明の構成に加えて、上記蒸着時のＣ
ｒ分子線のビーム等価圧力をＡｓ４分子線のビーム等価
圧力より低く設定する、ことを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。
面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】この発明では、結晶構造がＧａＡｓ等の半
導体エレクトロニクス材料と同じ閃亜鉛鉱型のＣｒＡｓ
化合物を開発した。結晶構造が閃亜鉛鉱型のＣｒＡｓ化
合物は今日まで全く知られておらず、今回世界で初めて
作製され、実現したものである。
導体エレクトロニクス材料と同じ閃亜鉛鉱型のＣｒＡｓ
化合物を開発した。結晶構造が閃亜鉛鉱型のＣｒＡｓ化
合物は今日まで全く知られておらず、今回世界で初めて
作製され、実現したものである。
【００２０】そして、この閃亜鉛鉱型のＣｒＡｓ化合物
は、材料の特性としては、室温以上の転移温度と高いス
ピン偏極率とを備え、また既存の半導体エレクトロニク
ス材料との相性としては、作製プロセスの互換性を有し
ている、ヘテロ構造が作製可能である、ヘテロ構造作製
時に特性を劣化させる副生成物が現れないといった良好
な特性を示し、したがって、従来スピンエレクトロニク
ス材料に要請されていた諸特性の多くを満たす画期的な
新物質となっている。
は、材料の特性としては、室温以上の転移温度と高いス
ピン偏極率とを備え、また既存の半導体エレクトロニク
ス材料との相性としては、作製プロセスの互換性を有し
ている、ヘテロ構造が作製可能である、ヘテロ構造作製
時に特性を劣化させる副生成物が現れないといった良好
な特性を示し、したがって、従来スピンエレクトロニク
ス材料に要請されていた諸特性の多くを満たす画期的な
新物質となっている。
【００２１】以下に、この閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓの特性の
理論的計算結果を図１〜図３を用いて説明し、その後、
試料の作製方法、および作製した試料あるいは作製段階
にある試料を測定して得られた結果について、図４〜図
９を用いて説明する。
理論的計算結果を図１〜図３を用いて説明し、その後、
試料の作製方法、および作製した試料あるいは作製段階
にある試料を測定して得られた結果について、図４〜図
９を用いて説明する。
【００２２】先ず、第１原理に基づく大規模計算により
この新物質の特性の予測を行った。
この新物質の特性の予測を行った。
【００２３】図１は第１原理計算による閃亜鉛鉱型Ｃｒ
Ａｓのバンド状態密度を示す図であり、強磁性状態での
電子状態密度を、アップスピン状態と、ダウンスピン状
態とに分けて示している。また、エネルギーの原点はフ
ェルミレベルＦにとり、Ｃｒの３ｄ電子の状態密度を点
線で示している。
Ａｓのバンド状態密度を示す図であり、強磁性状態での
電子状態密度を、アップスピン状態と、ダウンスピン状
態とに分けて示している。また、エネルギーの原点はフ
ェルミレベルＦにとり、Ｃｒの３ｄ電子の状態密度を点
線で示している。
【００２４】第１原理電子状態計算には、フルポテンシ
ャル線形化補強平面波（ＦＬＡＰＷ）法を用いた。この
手法では、結晶中での一電子ポテンシャルの形状に対し
て如何なる近似も用いておらず、閃亜鉛鉱型の化合物に
特徴的な原子間結合の異方性を正しく記述することがで
きる。
ャル線形化補強平面波（ＦＬＡＰＷ）法を用いた。この
手法では、結晶中での一電子ポテンシャルの形状に対し
て如何なる近似も用いておらず、閃亜鉛鉱型の化合物に
特徴的な原子間結合の異方性を正しく記述することがで
きる。
【００２５】図１において、少数スピン（ダウンスピ
ン）状態ではエネルギーギャップＥｇ中にフェルミレベ
ル（電子占有最高エネルギー準位）Ｆが位置しており半
導体的であるのに対して、多数スピン（アップスピン）
状態では、フェルミレベルＦの近傍で状態密度が連続し
ており、金属的な電子状態を示している。すなわち、閃
亜鉛鉱型ＣｒＡｓの強磁性状態は、フェルミレベルＦ付
近の電子が完全にスピン偏極しているハーフメタリック
状態であることが、電子状態密度計算により示された。
このように、閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓの強磁性状態では、電
気伝導に寄与する電子は、磁性不純物等によるスピン反
転散乱の影響を受けない限り、完全にスピン分極してお
り、通常の強磁性体のスピン偏極度が３０％程度である
のに対し、この閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓのスピン偏極度は１
００％となることがわかる。
ン）状態ではエネルギーギャップＥｇ中にフェルミレベ
ル（電子占有最高エネルギー準位）Ｆが位置しており半
導体的であるのに対して、多数スピン（アップスピン）
状態では、フェルミレベルＦの近傍で状態密度が連続し
ており、金属的な電子状態を示している。すなわち、閃
亜鉛鉱型ＣｒＡｓの強磁性状態は、フェルミレベルＦ付
近の電子が完全にスピン偏極しているハーフメタリック
状態であることが、電子状態密度計算により示された。
このように、閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓの強磁性状態では、電
気伝導に寄与する電子は、磁性不純物等によるスピン反
転散乱の影響を受けない限り、完全にスピン分極してお
り、通常の強磁性体のスピン偏極度が３０％程度である
のに対し、この閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓのスピン偏極度は１
００％となることがわかる。
【００２６】図２は閃亜鉛鉱型ＴＭ−Ａｓ化合物のエネ
ルギーのＴＭ依存性を示す図である。ここで、ＴＭは各
種の遷移金属元素（Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ）を表している。上記の第１原理計算は遷移金
属ＴＭの３ｄ軌道に代表される局在性の強い電子軌道に
対しても計算が可能であり、図２はその閃亜鉛鉱型ＴＭ
−Ａｓ化合物の非磁性・強磁性・反強磁性の各磁気状態
に対して結晶の総エネルギーを計算した結果を示してい
る。ここでは、閃亜鉛鉱型ＴＭ−Ａｓの磁気秩序（強磁
性または反強磁性）状態での総エネルギーを、各物質の
非磁性状態での総エネルギーを基準にして示している。
すなわち、各物質の磁気秩序状態でのエネルギー利得
（安定性）の目安を与えている。
ルギーのＴＭ依存性を示す図である。ここで、ＴＭは各
種の遷移金属元素（Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ）を表している。上記の第１原理計算は遷移金
属ＴＭの３ｄ軌道に代表される局在性の強い電子軌道に
対しても計算が可能であり、図２はその閃亜鉛鉱型ＴＭ
−Ａｓ化合物の非磁性・強磁性・反強磁性の各磁気状態
に対して結晶の総エネルギーを計算した結果を示してい
る。ここでは、閃亜鉛鉱型ＴＭ−Ａｓの磁気秩序（強磁
性または反強磁性）状態での総エネルギーを、各物質の
非磁性状態での総エネルギーを基準にして示している。
すなわち、各物質の磁気秩序状態でのエネルギー利得
（安定性）の目安を与えている。
【００２７】閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓの総エネルギーは、非
磁性状態、反強磁性状態に比べて強磁性状体で最も低
く、強磁性状態が安定であることが見出された。更に、
閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓの強磁性状態の安定性は、一連の閃
亜鉛鉱型ＴＭ−Ａｓ化合物の中で最も優れていることが
明かになった。
磁性状態、反強磁性状態に比べて強磁性状体で最も低
く、強磁性状態が安定であることが見出された。更に、
閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓの強磁性状態の安定性は、一連の閃
亜鉛鉱型ＴＭ−Ａｓ化合物の中で最も優れていることが
明かになった。
【００２８】図３は閃亜鉛鉱型ＴＭ−Ａｓの各磁気状態
での平衡格子定数のＴＭ依存性を示す図である。ＴＭが
Ｃｒのときの格子定数（すなわち閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓの
格子定数）のうち、非磁性状態での格子定数は、基板と
なるＧａＡｓの格子定数（５．６５×１０ -10 ｍ）と略
一致しており、非磁性状態での閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓは、
ＧａＡｓと良好な整合性を有している。また、閃亜鉛鉱
型ＣｒＡｓの強磁性状態では、磁気体積効果のために非
磁性状態より若干の体積膨張が生じ、そのため格子定数
も若干大きくなるが、それでもＧａＡｓとの格子整合性
は十分保持され、良好であると云える。
での平衡格子定数のＴＭ依存性を示す図である。ＴＭが
Ｃｒのときの格子定数（すなわち閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓの
格子定数）のうち、非磁性状態での格子定数は、基板と
なるＧａＡｓの格子定数（５．６５×１０ -10 ｍ）と略
一致しており、非磁性状態での閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓは、
ＧａＡｓと良好な整合性を有している。また、閃亜鉛鉱
型ＣｒＡｓの強磁性状態では、磁気体積効果のために非
磁性状態より若干の体積膨張が生じ、そのため格子定数
も若干大きくなるが、それでもＧａＡｓとの格子整合性
は十分保持され、良好であると云える。
【００２９】次に閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓの作製方法を説明
する。閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓを作製するために、その基板
としては閃亜鉛鉱型半導体エレクトロニクス材料を用い
る。例えば、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓあるいはそ
れらの混晶からなる、閃亜鉛鉱型のＩＩＩ−Ｖ族半導体
である。このような閃亜鉛鉱型半導体を基板とし、その
基板上に非熱平衡気相成長法を用いて成長させることに
より、蒸着されたＣｒとＡｓがその結晶構造の対称性を
継続する。非熱平衡気相成長法としては、分子線エピタ
キシー法の他に、ケミカル・ベーパー・デポジション
（ＣＶＤ）法、スパッタリング法、アブレーション法
等、いかなる手段を用いても良い。更に、本発明の薄膜
は、半導体エレクトロニクス材料を作製する温度より低
い温度で作製可能であり、Ｃｒは既存の半導体エレクト
ロニクスにおいて既に広く使用されている元素なので、
既存の生産プロセスとの互換性等の相性が非常によい。
する。閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓを作製するために、その基板
としては閃亜鉛鉱型半導体エレクトロニクス材料を用い
る。例えば、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓあるいはそ
れらの混晶からなる、閃亜鉛鉱型のＩＩＩ−Ｖ族半導体
である。このような閃亜鉛鉱型半導体を基板とし、その
基板上に非熱平衡気相成長法を用いて成長させることに
より、蒸着されたＣｒとＡｓがその結晶構造の対称性を
継続する。非熱平衡気相成長法としては、分子線エピタ
キシー法の他に、ケミカル・ベーパー・デポジション
（ＣＶＤ）法、スパッタリング法、アブレーション法
等、いかなる手段を用いても良い。更に、本発明の薄膜
は、半導体エレクトロニクス材料を作製する温度より低
い温度で作製可能であり、Ｃｒは既存の半導体エレクト
ロニクスにおいて既に広く使用されている元素なので、
既存の生産プロセスとの互換性等の相性が非常によい。
【００３０】基板としてＧａＡｓ（００１）基板を用い
る場合は、５００から６５０℃、望むべくは５８０〜６
２０℃で作製した清浄表面を持つＧａＡｓ（００１）基
板を用いることが望ましい。清浄表面を作製の後、閃亜
鉛鉱型ＣｒＡｓの成長を行う基板温度は、室温〜４００
℃、望むべくは２００〜３００℃であることが必要であ
る。また、非熱平衡気相成長法として分子線エピタキシ
ー法を用いる場合、基板位置におかれたヌードイオンゲ
ージのＣｒ及びＡｓ４分子線のビーム等価圧力について
は、Ｃｒ分子線のビーム等価圧力をＡｓ４分子線のビー
ム等価圧力より低く設定し、Ａｓ過剰であることが望ま
しい。この設定によって、Ａｓの蒸気圧がＣｒの蒸気圧
に比べて格段に高いことに起因して生じるＡｓの不足を
防止することができる。
る場合は、５００から６５０℃、望むべくは５８０〜６
２０℃で作製した清浄表面を持つＧａＡｓ（００１）基
板を用いることが望ましい。清浄表面を作製の後、閃亜
鉛鉱型ＣｒＡｓの成長を行う基板温度は、室温〜４００
℃、望むべくは２００〜３００℃であることが必要であ
る。また、非熱平衡気相成長法として分子線エピタキシ
ー法を用いる場合、基板位置におかれたヌードイオンゲ
ージのＣｒ及びＡｓ４分子線のビーム等価圧力について
は、Ｃｒ分子線のビーム等価圧力をＡｓ４分子線のビー
ム等価圧力より低く設定し、Ａｓ過剰であることが望ま
しい。この設定によって、Ａｓの蒸気圧がＣｒの蒸気圧
に比べて格段に高いことに起因して生じるＡｓの不足を
防止することができる。
【００３１】また、閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓには、そのスピ
ン偏極度、磁化の大きさや異方性の制御、あるいは強磁
性転移温度の調整は、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、
Ｐ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ｋ、Ｃ
ａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、
Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚ
ｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉ
ｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、
Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔ
ｌ、Ｐｂ、Ｂｉの元素のうち少なくとも一種類を添加す
ることで行うことができる。
ン偏極度、磁化の大きさや異方性の制御、あるいは強磁
性転移温度の調整は、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、
Ｐ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ｋ、Ｃ
ａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、
Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚ
ｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉ
ｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、
Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔ
ｌ、Ｐｂ、Ｂｉの元素のうち少なくとも一種類を添加す
ることで行うことができる。
【００３２】さらに、閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓの表面には、
半導体ヘテロ構造や、窒化シリコン、酸化シリコン等の
酸化防止及び絶縁膜を、必要に応じて設けるようにして
もよい。この閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓの結晶構造は、透過型
電子顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡、Ｘ線分析等で評価
することが出来る。
半導体ヘテロ構造や、窒化シリコン、酸化シリコン等の
酸化防止及び絶縁膜を、必要に応じて設けるようにして
もよい。この閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓの結晶構造は、透過型
電子顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡、Ｘ線分析等で評価
することが出来る。
【００３３】閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓの作製方法の一例は次
の通りである。基板として５９０〜６００℃で作製した
清浄表面を持つＧａＡｓ（００１）基板を用いた。この
表面の反射型高エネルギー電子回折像を図４に示す。電
子線の入射方向は［１１０］方向である。閃亜鉛鉱型の
回折パターンが見られている。
の通りである。基板として５９０〜６００℃で作製した
清浄表面を持つＧａＡｓ（００１）基板を用いた。この
表面の反射型高エネルギー電子回折像を図４に示す。電
子線の入射方向は［１１０］方向である。閃亜鉛鉱型の
回折パターンが見られている。
【００３４】清浄表面を作製の後、基板温度を２００〜
３００℃にして、その表面にＣｒとＡｓの同時蒸着を行
った。その結果、閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ薄膜が成長する。
この表面の反射高エネルギー電子回折像を図５に示す。
電子線の入射方向は［１１０］方向である。閃亜鉛鉱型
の回折パターンがそのまま引き継がれていることがわか
る。この際、ヌードイオンゲージのＣｒ及びＡｓ４分子
線のビーム等価圧力はそれぞれ、２．６７×１０ -7 Ｐ
ａ、９．３３×１０ -4 Ｐａであった。更に、酸化防止の
ためにＧａＡｓキャップ層を閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ層の上
に作製した。
３００℃にして、その表面にＣｒとＡｓの同時蒸着を行
った。その結果、閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ薄膜が成長する。
この表面の反射高エネルギー電子回折像を図５に示す。
電子線の入射方向は［１１０］方向である。閃亜鉛鉱型
の回折パターンがそのまま引き継がれていることがわか
る。この際、ヌードイオンゲージのＣｒ及びＡｓ４分子
線のビーム等価圧力はそれぞれ、２．６７×１０ -7 Ｐ
ａ、９．３３×１０ -4 Ｐａであった。更に、酸化防止の
ためにＧａＡｓキャップ層を閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ層の上
に作製した。
【００３５】このようにして作製した試料（閃亜鉛鉱型
ＣｒＡｓ）の結晶構造の観察および磁気的特性の評価を
行った。
ＣｒＡｓ）の結晶構造の観察および磁気的特性の評価を
行った。
【００３６】図６は作製した閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ層の断
面透過型電子顕微鏡写真である。下方がＧａＡｓ基板で
その上がＣｒＡｓ層である。下方のＧａＡｓ基板と同様
の結晶格子像が上方にも観察され、ＧａＡｓ基板上にヘ
テロ接合した閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓが成長し、ヘテロ構造
となっているのが確認される。なお、このヘテロ構造作
製時に特性を劣化させる副生成物は現れなかった。
面透過型電子顕微鏡写真である。下方がＧａＡｓ基板で
その上がＣｒＡｓ層である。下方のＧａＡｓ基板と同様
の結晶格子像が上方にも観察され、ＧａＡｓ基板上にヘ
テロ接合した閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓが成長し、ヘテロ構造
となっているのが確認される。なお、このヘテロ構造作
製時に特性を劣化させる副生成物は現れなかった。
【００３７】図７は作製した試料（閃亜鉛鉱型ＣｒＡ
ｓ）の磁化カーブを示す図である。この磁化カーブの測
定は室温（３００Ｋ）のもとで行った。磁場を印加する
ことによって磁化が増加していく様子が分かる。この磁
化カーブから求められるＣｒ原子一個当たりのモーメン
トは、約３ボーア磁子であり、この値は理論的計算から
閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓにおいて期待された値と等しい。
ｓ）の磁化カーブを示す図である。この磁化カーブの測
定は室温（３００Ｋ）のもとで行った。磁場を印加する
ことによって磁化が増加していく様子が分かる。この磁
化カーブから求められるＣｒ原子一個当たりのモーメン
トは、約３ボーア磁子であり、この値は理論的計算から
閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓにおいて期待された値と等しい。
【００３８】図８は図７の磁化カーブの零磁場付近の拡
大図である。この拡大図に示すように、零磁場付近で
は、磁場を零にした時にも残留磁化が存在し、強磁性体
の特徴が如実に現れている。
大図である。この拡大図に示すように、零磁場付近で
は、磁場を零にした時にも残留磁化が存在し、強磁性体
の特徴が如実に現れている。
【００３９】図９は残留磁化の温度依存性を示す図であ
る。残留磁化が零になる温度が、実用的には強磁性転移
温度に対応すると考えられる。測定器の都合により４０
０Ｋ以上の測定は不可能であるが、この図から、強磁性
転移温度は確実に４００Ｋを越えており、それほどに高
い強磁性転移温度が実現されていることがわかる。強磁
性転移温度は室温（３００Ｋ）より高く、実用材料とし
て十分な特性を示している。更に、このことより、この
物質が文献調査によりその可能性が指摘されている結晶
構造不明の強磁性Ｃｒ−Ａｓ化合物とは異なる物質であ
ることが証明された。
る。残留磁化が零になる温度が、実用的には強磁性転移
温度に対応すると考えられる。測定器の都合により４０
０Ｋ以上の測定は不可能であるが、この図から、強磁性
転移温度は確実に４００Ｋを越えており、それほどに高
い強磁性転移温度が実現されていることがわかる。強磁
性転移温度は室温（３００Ｋ）より高く、実用材料とし
て十分な特性を示している。更に、このことより、この
物質が文献調査によりその可能性が指摘されている結晶
構造不明の強磁性Ｃｒ−Ａｓ化合物とは異なる物質であ
ることが証明された。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のスピン
エレクトロニクス材料およびその作製方法により、結晶
構造がＧａＡｓ等の半導体エレクトロニクス材料と同じ
閃亜鉛鉱型のＣｒＡｓ化合物を実現することができた。
この閃亜鉛鉱型のＣｒＡｓ化合物は、材料の特性として
は、室温以上の転移温度と高いスピン偏極率とを備え、
また既存の半導体エレクトロニクス材料との相性として
は、作製プロセスの互換性を有している、ヘテロ構造が
作製可能である、ヘテロ構造作製時に特性を劣化させる
副生成物が現れないといった良好な特性を示し、したが
って、従来スピンエレクトロニクス材料に要請されてい
た諸特性の多くを満たす画期的な新物質となっている。
エレクトロニクス材料およびその作製方法により、結晶
構造がＧａＡｓ等の半導体エレクトロニクス材料と同じ
閃亜鉛鉱型のＣｒＡｓ化合物を実現することができた。
この閃亜鉛鉱型のＣｒＡｓ化合物は、材料の特性として
は、室温以上の転移温度と高いスピン偏極率とを備え、
また既存の半導体エレクトロニクス材料との相性として
は、作製プロセスの互換性を有している、ヘテロ構造が
作製可能である、ヘテロ構造作製時に特性を劣化させる
副生成物が現れないといった良好な特性を示し、したが
って、従来スピンエレクトロニクス材料に要請されてい
た諸特性の多くを満たす画期的な新物質となっている。
【００４１】このスピンエレクトロニクス材料は、スピ
ン偏極した電子を用いて、情報の伝達、記録、処理を行
う次世代のインフォメーションテクノロジー（ＩＴ）技
術を実現する基盤材料として、広く使われることが期待
される。
ン偏極した電子を用いて、情報の伝達、記録、処理を行
う次世代のインフォメーションテクノロジー（ＩＴ）技
術を実現する基盤材料として、広く使われることが期待
される。
【図１】第１原理計算による閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓのバン
ド状態密度を示す図である。
ド状態密度を示す図である。
【図２】閃亜鉛鉱型ＴＭ−Ａｓ化合物のエネルギーのＴ
Ｍ依存性を示す図である。
Ｍ依存性を示す図である。
【図３】閃亜鉛鉱型ＴＭ−Ａｓの各磁気状態での平衡格
子定数のＴＭ依存性を示す図である。
子定数のＴＭ依存性を示す図である。
【図４】ＧａＡｓ（００１）基板の清浄表面からの反射
型高エネルギー電子線回折像を示す図である。
型高エネルギー電子線回折像を示す図である。
【図５】基板上の閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓの反射型高エネル
ギー電子線回折像を示す図である。
ギー電子線回折像を示す図である。
【図６】作製した閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ層の断面透過型電
子顕微鏡写真である。
子顕微鏡写真である。
【図７】作製した試料（閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ）の磁化カ
ーブを示す図である。
ーブを示す図である。
【図８】図７の磁化カーブの零磁場付近の拡大図であ
る。
る。
【図９】残留磁化の温度依存性を示す図である。
Ｅｇ エネルギーギャップ
Ｆ フェルミレベル
ＴＭ 遷移金属
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 白井 正文
大阪府豊中市待兼山町１−３ 大阪大学
大学院基礎工学研究科内
(72)発明者 眞砂 卓史
茨城県つくば市東１丁目１番４ 工業技
術院 産業技術融合領域研究所内
(56)参考文献 特開 平10−206811（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−79899（ＪＰ，Ａ)
特開2000−156531（ＪＰ，Ａ)
特開2000−340425（ＪＰ，Ａ)
Ｍａｓａｆｕｍｉ ＳＨＩＲＡＩ ｅ
ｔ ａｌ．，Ｂａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕ
ｒｅｓ ｏｆ ｚｉｎｃ−ｂｌｅｎｄｅ
−ｔｙｐｅ ＭｎＡｓ ａｎｄ （Ｍｎ
Ａｓ）１（ＧａＡｓ）１ ｓｕｐｅｒｌ
ａｔｔｉｃｅ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ａｎｄ Ｍａｇｎ
ｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，1998
年， Ｖｏｌｓ．177−181，ｐｐ．1383
−1384
Ｈ． ＦＪＥＬＬＶＡＧ ｅｔ ａ
ｌ．，ＣＨＡＮＧＥ ＩＮ ＣＨＡＲＡ
ＣＴＥＲ ＯＦ ＴＨＥ ＰＡＲＡＭＡ
ＧＮＥＴＩＣ ＴＯ ＨＥＬＩＭＡＧＮ
ＥＴＩＣ ＴＲＡＮＳＩＴＩＯＮ ＩＮ
ＣｒＡｓ ＵＰＯＮ ＭｎＡｓ ＳＵ
ＢＳＴＩＴＵＴＩＯＮ，Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ａｎｄ
Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌ
ｓ，1987年， Ｖｏｌ．67，ｐｐ．354
−364
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C30B 1/00 - 35/00
ＣＡｐｌｕｓ（ＳＴＮ)
ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＯＩＳ)
Claims (6)
- 【請求項１】 スピンに依存した電子現象を発揮するス
ピンエレクトロニクス材料において、 閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓからなり強磁性転移温度が少なくと
も３５０Ｋより高い、ことを特徴とするスピンエレクト
ロニクス材料。 - 【請求項２】 スピンに依存した電子現象を発揮するス
ピンエレクトロニクス材料において、 ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓあるいはそれらの混晶か
らなる閃亜鉛鉱型ＩＩＩ−Ｖ族半導体と、閃亜鉛鉱型Ｃ
ｒＡｓとのヘテロ接合からなる、ことを特徴とするスピ
ンエレクトロニクス材料。 - 【請求項３】 上記閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓに、Ｌｉ、Ｂ
ｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、
Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｂ
ｒ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、
Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｃ
ｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、
Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉの元素のうち少な
くとも一種類を添加し、スピン偏極度、磁化の大きさや
異方性、あるいは強磁性転移温度の制御を行う、請求項
１または２に記載のスピンエレクトロニクス材料。 - 【請求項４】 スピンに依存した電子現象を発揮するス
ピンエレクトロニクス材料の作製方法において、 閃亜鉛鉱型半導体エレクトロニクス材料からなる基板を
３００℃を越えない温度に保持し、その基板上に非熱平
衡気相成長法を用いてＣｒとＡｓを同時蒸着して作製す
る、 ことを特徴とするスピンエレクトロニクス材料の作製方
法。 - 【請求項５】 上記閃亜鉛鉱型半導体エレクトロニクス
材料からなる基板は、閃亜鉛鉱型ＧａＡｓからなる基板
である、請求項４に記載のスピンエレクトロニクス材料
の作製方法。 - 【請求項６】 上記蒸着時のＣｒ分子線のビーム等価圧
力をＡｓ４分子線のビーム等価圧力より低く設定する、
請求項４に記載のスピンエレクトロニクス材料の作製方
法。
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