JPH0311703A - 磁気物質及びその製造方法 - Google Patents

磁気物質及びその製造方法

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JPH0311703A
JPH0311703A JP2140167A JP14016790A JPH0311703A JP H0311703 A JPH0311703 A JP H0311703A JP 2140167 A JP2140167 A JP 2140167A JP 14016790 A JP14016790 A JP 14016790A JP H0311703 A JPH0311703 A JP H0311703A
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レロイ・リーゴング・チヤング
Leo Esaki
レオ・エサキ
Hiro Munekata
ヒロ・ムネカタ
Hideo Ohno
ヒデオ・オオノ
Stephan Vonmolnar
ステフアン・ボンモールナー
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固体デバイスのための新種の磁気材料又は化
合物、及びその製造のための新しい方法に関するもので
ある。これらの新しい磁気材料又は化合物は、これまで
に製造されたことのない■−Ｖ型の希薄磁性半導体（Ｄ
ＭＳ）を含む。従来技術のＤＭＳ材料は、代表的に■〜
■型である。
〔従来の技術〕
１ｌ−Ｖｌ型のＤＭＳ材料の外延的な論文が、アカデミ
ツク・プレス社からの“′半導体及び半金属”Ｖｏｌ、
　２５希薄磁性半導体（副題）１９８８年に、発表され
ている。ｎ−ＶＩＤＭＳ化合物は、この技術分野におい
て周知の方法によって、様々な遷移金属を結晶構造に混
入させて調整される。
１１ｅｇｅｎ＋ｓらによるＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐ
ｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｖｏｌ。
４６、Ｎｏ、７．１９７５年７月、ｐｐ、３０５９〜３
０６５は、マンガン（Ｍｎ）等の遷移金属を不純物とし
て注入（ドープ）したガリウムヒ素（ＧａＡｓ）のよう
なＩＩ［−Ｖ化合物の製造について記述している。達成
されたマンガンの濃度は最高１０”ｃｒｎ−”である。
基板温度が５６０　’Ｃ〜６００℃の範囲ではドーピン
グのレベルはその基板温度には依存しないということを
、著者らは報告している。化合物の分子線エビキタシ（
ＭＢＥ）製造のクヌーセン流出計算及び測定によってマ
ンガンの混入の達成率を制限し、クヌーセン・セル温度
でドープされたマンガンの量を制御できることを示した
。
Ｄｅｓ　ｉｍｏｎｅらによる、Ｊ、ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ
、Ｖｏｌ、　５３　（７）、Ｐ、４９３Ｂ、１９８２年
７月は、Ｉ　１ｅｇｅ＋ｎｓらの研究をさらに発展させ
、基板内へのマンガンの混入と競合ないしは拮抗して、
ＭｎをドープしたＧａＡｓ層の成長表面上で、マンガン
が脱着及び蓄積することを示すデータを明らかにした。
基板温度を高くすると、この拮抗が大きくなるというこ
とも認められた。さらにヒ素及びマンガンは、マンガン
原子のモビリティを減少させる表面会合錯体を形成し、
それによって脱着や混入を阻害し、表面上の蓄積マンガ
ンを増加させる。例えば５００°Ｃ〜６００°Ｃの基板
温度を採用するような成長条件では、拡散はそれ程顕著
ではなかった。組成中のマンガンの最大量は、約１０　
＋　ｌ　ｃｖａ　−３であった。
Ａｓａｈｉらによる、Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａ
ｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌ。
Ｐｈｙｓ、、Ｖｏｌ、　１　Ｂ　、Ｎｏ、　３　、　１
９７９年３月、ｐｐ、　５６５〜５７３は、１０”ｃｍ
弓を超えないインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）
中のマンガンのキャリア濃度について開示している。こ
のような濃度では、局所的に秩序化された磁性状態（ｌ
ｏｃａｌｌｙｏｒｄｅｒｅｄ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　５ｔ
ａｔｅ）は現われない。著者は、ＩｎＧａＡｓエピ層の
製造に、リン化インジウム（ＩｎＰ）基板を使用すると
記述している。例えば５００°Ｃのような、高温に保つ
と、ＩｎＰ基板の表面は容易に破壊されるので、エビ層
を数百大成長させるまでは４２０°Ｃ付近に基板を保ち
、その後５２０°Ｃまで上げる。低温でドープするＩｎ
ＧａＡｓエピ層は開示されていない。クヌーセン流出の
データは、Ｉｌｅｇｅｍｓ　らの同データと関係付けら
れる。
この文献は化合物の製造に使用される異なる元素が別の
炉又はセルに入れられる（すなわち、ＭＢＥ付着前には
混合されない）ようなＭＢＥによるこのような材料の製
造について詳細に記述している。
Ｆｒｅｙらによる、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉ
ｃ：固体物理学、Ｖｏｌ、　２１．１９８８年、ｐｐ、
５５３９〜５５４５は、５．　Ｉ　Ｘ　１０　”ｃｒａ
−”程度までマンガンをＧａＡｓにドープすることを明
らかにしている。これらのドーピングの程度は、局所的
に秩序化された磁性状態を生じさせない。
Ｒａｎｔｉｅｎらによる、Ｉｎ５ｔ、Ｐｈｙｓ、Ｃｏｎ
ｔ、Ｓｅｒ、Ｎｏ、　９１：第３章、Ｈｅｒａｋｌｉｏ
ｎ　Ｇｒｅｅｃｅ、１９８７年、ｐｐ。
２３９〜２４２は、ＡｌＧａＡｓ中のマンガンのいくつ
かの特定なドーピングのレベルを示し、この材料の中に
存在するマンガンの濃度は、局所的に秩序化された磁性
状態を生むのに不十分であるということを、他の測定か
ら明らかにしている。著者は、化合物の研究に光ルミネ
センス測定を用いている。
Ｐｒ１ｎｚらによる米国特許第４，８２３，１７７号は
、■−■型の希薄磁性半導体材料について論じている。
これらの化合物はＧａＡｓ基板上に成長させられ、クロ
ム、マンガン、鉄、コバルト及びニッケルを含む。Ｇａ
Ａｓは基板として用いられるにすぎず、希薄磁性半導体
材料として用いられるというわけではない。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、固体デバイスのための新種磁気材料、
及びそのような材料の製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は望ましい磁性相転移を示し、従来の
半導体と整合する新種の磁気材料又は化合物を提供する
ことである。本発明の他の目的は、ＤＭＳ化合物と同じ
機能を持つ式■−■の半導体化合物及びこのような化合
物の製造方法を提供することである。本発明の他の目的
は、磁気光学及び磁気電子デバイス、特に一体化に適す
る新材料又は化合物を提供することである。
本発明の他の目的は常磁性から強磁性へのはっきりした
転移を経験する化合物を含む、強い磁性秩序（ｍａｇｎ
ｅｒｉｃ　ｏｒｄｅｒｉｎｇ）を示す物質又は化合物を
提供することである。本発明の他の目的は、常磁性から
局所的に秩序化された磁性状態に移る新材料又は化合物
を提供することである。本発明の他の目的は、以上のよ
うな特性を、室温及び室温よりもそれ程高くならない温
度で示すような材料又は化合物を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
ＤＭＳ材料及びその応用は、この技術分野では周知であ
り、しばしば半磁性半導体と呼ばれる。
これらの従来技術の組成は一般に、Ｍｎ”のような磁気
イオンがＩＩ−Ｖｌ結晶格子の置換位置に混入される、
混合半導体結晶である。
ＤＭＳ材料は、記憶機能を有し、そこで磁気光学的な書
き込み／読み取りに使用でき、電界（又は磁界）誘導磁
性及び電子のスイッチとして使うことができる磁性秩序
及び電子伝導性を示す。
おそらく、磁気特性を与える■−■物質の中にかなりの
量の元素を入れることが困難であるために、良好なりＭ
ＳＩ［［−Ｖ化合物は、いままで製造されていない。こ
の点で前出のＤｅＳｉｍｏｎｅらは、ＧａＡｓＪｉｉの
中へマンガンを混入させる時のいくつかの問題点を記述
している。ＧａＡｓは、マンガン原子のモビリティを減
少させる表面会合錯体を形成し、マンガンの脱着及び混
入を阻害し、さらに成長表面上のマンガンの蓄積を増加
させる。
１ｌ−Ｖｌ型のＤＭＳ材料に、磁気特性を与えるために
使用される一般的な元素は、遷移元素である。
マンガンのような、■−■化合物と関連する材料は、ｌ
　Ｑ　＋　＠　ＣＯ＋　−３を超える濃度でこれらの化
合物の中に混入されたことはなかった。このレベルにお
いて、遷移元素は不純物（ドーパント）として最もよい
と考えられる。
本発明は、固体デバイスのための新種の磁気材料又は化
合物及びそれらの材料の製造方法からなる。そして、本
発明の材料又は化合物は、常磁性状態から局所的に秩序
化された磁性状態に、材料又は化合物を変えるのに十分
な量の任意の遷移元素又は任意の希土類元素を、物質又
は化合物の一部として含む式ＩＩＩ−■又は■の材料又
は化合物からなる。この弐ｍ−ｖ又は■で、 （ａ）上記の式■−ＶにおけるＩＩＩは、典型元素であ
るＩＢ族（周期表によってはＩＵＡ族ということもある
）のホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム及び
タリウム（特にアルミニウム、ガリウム及びインジウム
）のうちの１つ又はこれらの混合物である。
（ｂ）上記の式■−■におけるＶは、典型元素であるＶ
Ｂ族（周期表によってはＶＡ族ということもある）窒素
、リン、ヒ素、アンチモン及びビスマス（特にリン、ヒ
素、アンチモン）のうちの１つ又はこれらの混合物であ
る。
（ｃ）上記式は■は一つの単体半導体（ｅｌｅｍｅｎｔ
ａｌ　ｓｅｍｉ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）で、典型元素で
あるＩＶＢ族（周期表によってはＩＶＡ族ということも
ある）のうちの少なくとも１つである。
遷移元素とは、一般には最外殻よりその内側の殻が完全
には満たされていない元素である。尚、本明細書で遷移
元素という時は、説明の都合上希土類元素を除いたもの
を指すことがある。希土類元素とは、いわゆるランタノ
イドであり、原子番号５７〜７１の元素を含む。好まし
い遷移元素は、前述の族の第４周期における元素、特に
元素周期表のＶＡ、ＶＩＡ、■Ａ及び■族における元素
からなる。特にクロム、マンガン、鉄、コバルト及びニ
ッケルである。
上記のように、例えば強磁性状態、フェリ磁性状態、（
例えば遷移元素の混合材料が使用される場合は）スピン
・グラス又は反強磁性状態のような、常磁性状態から局
所的に秩序化された磁性状態に新材料又は化合物を変換
するのに十分な量の、遷移元素又は希土類元素が含まれ
ている。本発明の新材料又は化合物は、前述のような様
々な磁性状態の秩序を持つことができる。
添付した図のデータは、ここで記述された材料の強磁性
状態を測定することによって得られた。
そして前述のように、添付した図に正規化した温度に対
する正規化した磁化をプロットした。
他の実施例において、新材料又は化合物中の遷移元素の
濃度を、約１０　！０ＣＩ１１−３より多く、特には約
Ｉ　Ｑ　２０　ｃｍ　−３ないし約Ｉ　Ｑ　２１　ｃｍ
　−３とした。
本発明の新材料又は化合物は、特にＤＭＳ材料に重要で
ある。なぜなら常磁性状態から局所的に秩序化された磁
性状態への変換は、室温よりもわずかに高い温度範囲ま
で、特には約ＩＫないし約３５０にで起こるからである
。−船釣には■−■物質の中に非常に入りに（いとされ
ている様々な元素は、合成の際の強い非平衡の付着又は
成長の状態で、そのような材料に混入することができる
という本発明の知見に基づいて、本発明の材料又は化合
物を調整できる。非平衡は、遷移元素と化合される■−
■材料の平衡によって、より理解される。前出のＤｅＳ
ｉｍｏｎｅらは、ＭＢＥプロセスによってマンガンが導
入されるＧａＡｓのような■−■材料又は化合物の下記
の製造方法を開示している。
この方法によればその表面にＭｎＡｓの第１層を平衡状
態で有する約１０１１１ｃｍ″３の量のマンガンをドー
ピングしたＧａＡｓ層が形成されるため、第２層である
このＧａＡｓ中へのこれ以上のマンガン混入が防止され
る。すなわち、この■−Ｖ系（第２層）は、遷移元素−
Ｖ族材料（第１層）と平衡状態であり、遷移元素は、約
１０”ｃｎ＋−”の量がｍ−ｖ層の中にドーパントとし
て平衡状態で存在すると考えられる。遷移元素を導入す
る際の■−■系の平衡は、遷移元素が約１０　”ｃｍ−
’の量で存在する場合に到達されるということを、従来
の技術は確立した。
遷移元素がより多い！（つまりきわめて多量のオーダ）
で存在する場合は、準安定と考えられる本発明のＩ［１
，、ＴＥ、Ｖ材料又は化合物が得られる。
そしてそのような準安定の材料又は化合物の製造プロセ
スの条件は、非平衡状態であると考えられる。本発明の
材料又は化合物を製造する好ましい方法は、ＭＢＥ法、
ＣＶＤ法及びイオン注入法からなる。
非平衡の付着又は成長の状態を本発明の新材料又は化合
物の前述の製造方法に導入するいくつかの方法があるが
、遷移元素がその上に付着される■−■基板のような基
板の温度を低くする方法が好ましい。
ＭＢＥ製造方法の場合、非平衡状態を得るために、ＩＩ
Ｉ−Ｖ化合物又は材料と遷移元素の間の非平衡の準安定
状態を実現するように、基板温度を低くさせる方法が好
ましい。その結果、■−Ｖ材料又は化合物中に混入させ
る遷移元素の濃度は、平衡濃度（約１０　”ｃ１３）を
超えることができる。
本発明の方法を採用することで、この平衡状態の濃度よ
りもきわめて高い（オーダが異なる）約１０２６ｃｍ−
３から約１０°ｃｍ　−’の■−■材料又は化合物中の
遷移元素濃度が得られる。例のように、本発明に従った
ＭＢＥによるＧａ＋−ｘ　Ｍｎｘ　Ａｓ層の製造におい
て、層の表面上のＭｎＡｓの形成は、層の形成される基
板上の温度を低くすることで相当減少される。
代表的には、従来の技術の方法では約５００°Ｃないし
約６００°Ｃの基板温度を採用した。本発明に従えば、
基板の付着温度は約１５０°Ｃないし約４５０°Ｃで、
特には約１５０°Ｃないし約４００°Ｃである。
■−Ｖ物質中への遷移元素の導入の総時間を減らすこと
によっても、前述の方法に非平衡状態を取り入れること
ができる。本発明の方法における遷移元素に対するＶ族
元素の分圧比を従来の技術を採用するよりも高いレベル
に保持することによっても、非平衡状態が生じる。
このように、基板温度を低下させるか、遷移元素に対す
るＶ族元素の分圧比を上げるか、又は付着時間を少な（
することによって、前述のプロセスの間の強い非平衡状
態を維持することができ、その結果、■−Ｖ材料を“ド
ープ”するのに必要な量よりも多い量で（すなわち、結
果として得られる材料又は化合物が常磁性から局所的に
秩序化された磁性に移るのに十分な量で）　ＩＩ［−Ｖ
材料と組み合わせることができる。これらの結果を得る
ために温度、分圧比、時間についての３つの方法は自由
に組み合わせてもよい。
“化合物（ｃｏａ＋ｐｏｕｎｄ）”という語は、共有結
合、配位共有結合又はイオン結合のような周知の化学的
結合によって互いに結合される、本発明の原子又は分子
元素を含む。
゛材料（ｍａｔｅｒｉａｌ）″という語は、元素間に化
学結合が形成されないような様々な元素の混合物を含む
。“材料パは、“化合物”を伴う“材料°°の混合物を
も含む。
“°物質（ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）”という語は、ＩＩ化
合物゛′及び“材料”を含む。
一般的に基板温度が約１５０°Ｃから約４５０″Ｃの範
囲又は約１５０°Ｃから約４００“Ｃ以下の範囲では、
この範囲の上端で材料の製造が有利であるのに対し、化
合物の製造はこの範囲の下端で有利となる。
本明細書で“遷移元素”という語は、説明の都合上、希
土類元素を除いたものを指すことがある。
〔実施例〕
次の例は、１０！Ｏｃ「３より多い量の遷移元素を化合
させた■−■化合物の製造を示している。例は何度か繰
り返され、得られた結果は再現可能であることが実験に
より確認された。
Ｇａ＋−ｘ　ＭｎＸＡｓの調整 ガリウム、マンガン及びヒ素に対して個別の流出セルを
持つＭＢＥ装置が使用された。セルは、基板に向けられ
た。それぞれのセルは、セルの開口部とＧａＡｓ　（１
００）からなる基板との間にはさまれた、独立して制御
できるシャッタを有する。
基板温度は、２００°Ｃから４５０°Ｃの間に調節され
、付着前に、イオンゲージによってビーム比が検定され
た。マンガン（９５０°Ｃ）ビーム強度は４　Ｘ　１０
−’Ｔｏｒｒ、に８周節され、ガリウム（９９８’ｃ　
）ビーム強度は８．５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ、に調節
され、ヒ素（２３０°Ｃ）ビーム強度は４　Ｘ　１０−
７Ｔｏｒｒ。
に調節された。２００人／ｍｉｎの正味の成長速度が、
約２．５　ｐ　ｍの膜厚を持つＧａ５０ｇ　Ｍｎｏ、　
ＩへＳ化合物を得るために維持された。
Ｇａ／Ｍｎ／＾Ｓの比を測定するために、電子マイクロ
プローブを用いてこの薄膜（以下、フィルムともいう）
を分析した。
また、フィルムが２．５μｍの膜厚までなった後、フィ
ルムの表面上の結晶の完成度を評価するた・めに、電子
回折によっても分析した。電子回折の測定は、結晶の分
解（ｃｒｙｓｔａｌ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）が生じ
ていないことを示した。従ってフィルムの中のガリウム
及びヒ素とマンガンは平衡ではなく、約１０Ｚ６Ｃ，−
３よりも大きいと判定されたマンガンの濃度の維持に関
して、使用された方法は成功であった。
このように製造した材料の最初の測定によって、材料が
望まれる結晶構造であり、半導体の特性を示す基本的光
吸収＠（バンド・ギャップ測定）を有す名ことが示され
た。
４００℃で付着されたＧａＭｎＡｓフィルム（ＧａＭｎ
Ａｓ　；Ｇａ／Ｍｎ／Ａｓ＝０．９１０．１　／　１．
０　）の磁化データは、約３１０Ｋにおける局所的に秩
序化された磁性状態が常磁性状態への磁性相転移を示す
。
したがって、本発明の新材料又は化合物は磁気光学的書
き込み／読み取り（ファラデイ効果又はカー効果）の応
用に利用できる。
Ｉｎ１−ｇ　Ｍｎｚ　Ａｓの調整 もう１つの例は、ＩｎＭｎＡｓである。これは、ＭＢＥ
によフて１５０℃から３００°Ｃの温度で、ＧａＡｓ（
１００）及びＩｎＡｓ（１００）のどちらの上にも付着
される０反射高エネルギー電子回折（ＲＷＥＥＤ）の観
察から、Ｉｎ／Ｍｎ／八ｓ＝ｏ、へ９１０．１　／　１
゜０の平均組成の範囲内でのエピタキシャル成長のプロ
セス全体において、相分離も三次元的に密集したアイラ
ンドも顕著に表われていない。（１×１）の基本的な縞
のパターンによって成長を始め、＜２Ｘ１）のパターン
で徐々に表面構造を再配置させ、２μｍの厚さのフィル
ムが付着された後も続く。このように調整されたＩｎＭ
ｎＡｓフィルムは、鏡のような表面であり、大気状態に
おける自然酸化の明らかな徴候はない。マンガンの磁気
の効果は、この材料においてかなり強く現われる。３０
０℃の基板温度で付着させたＩｎ／Ｍｎ／Ａｓ＝　０．
９７１０．０３／１．０の組成を持つフィルムは、磁性
秩序を示し、３００に付近で強磁性から常磁性への転移
する。これは、材料中のマンガンがＭｎＡｓのような作
用をすることを示唆している。フィルムは導電性である
が、挙動は複雑である。ホール係数の符号は、７７Ｋに
おいて正孔と同じあるが、室温においては電子と同じで
ある。別の重要な特徴は、主体となる半導体との整合性
である。ＩｎＭｎＡｓ上のＩｎＡｓのエピタキシャル成
長も、ＭＢＥによって得られた。この場合、ＩｎＡｓの
エビ相のＲＨＥＥＤのパターンは、ＩｎＭｎＡｓ層のよ
うに（２Ｘ１）の同じパターンを保有する。ＩｎＡｓ　
（１５０層ｇ＋）　−ＩｎＭｎＡｓ　（１５０ｎｍ）の
交互の２４層の多層構造が、１層のＩｎＭｎＡｓ中に観
察されるのと同様の強磁性の特性を持つように製造され
た。
２００°Ｃの基板温度で付着されたＩｎＭｎＡｓフィル
ム（ＩｎＭｎＡｓ＝　ｏ、　９　／　０．１　／　１．
０　）の磁化作用は、希薄磁性半導体に観察されるよう
なキュリーーヴアイスの法則に従う。
同じ方法が■−■材料中への希土類元素の導入に使用で
き、同様に■族半導体材料を、前述の遷移元素又は希土
類元素、特には前述の遷移元素と組み合わせてもよい。
本発明の材料又は化合物においては、■−■又は■化合
物、遷移元素又は希土類元素の様々な組み合わせが可能
である。
式■−■の中の■族の元素の様々な組み合わせは、■族
の元素の３つまでの組み合わせからなるのが好ましく、
Ｖ族の元素に対しても同様である。
この点で２つ以上の■族元素を使用し、同様に３つまで
の遷移元素もしくは希土類元素又はその双方の組み合わ
せを使用できる。本発明の材料又は化合物に元素の組み
合わせを使用するような上述とは別の方法では、３つま
での元素の組み合わせが特に好ましい。例の方法やそれ
以外でも、少なくとも１つの遷移元素又は希土類元素が
組み合わせに存在するという条件で、式ＩＩＩ−■の材
料又は化合物中に、１つないし３つの■族の元素、１つ
ないし３つの■族の元素、０ないし３つの遷移元素、及
びＯないし３つの希土類元素からなってもかまわない。
同様に、■族の材料又は化合物に元素の組み合わせを使
用する方法で、少なくとも１つの遷移元素又は希土類元
素が材料又は化合物の中に存在するという条件で、Ｏな
いし３つの遷移元素及び０ないし３つの希土類元素を組
み合わせて２つないし３つの■族の元素が使われる。
例に示されるようなＭＢＥプロセスを使用することによ
って、様々な付着ができる。このＭＢＥ装置は、付着さ
れることになっている様々な元素を含む個別のセルを待
ち、それぞれのセルはシャッタによって制御される。こ
のシャッタは、開いている場合には基板に衝撃を与える
ためにセルから分子線を出し、閉じている場合には基板
に衝撃を与えないように分子線をさえぎる。例えば、材
料又は化合物中へ混入されることになっているすべての
元素で、基板に同時に衝撃を与えることや、本発明に従
って形成される材料又は化合物を、元素の連続又は元素
の組み合わせの中に構築するように、連続的にシャッタ
を開いたり閉じたりするような様々な付着技術も採用で
きる。例えば、基板上に遷移元素（マンガン等）、■族
の元素、■族の元素及びＶ族の元素を、−気に又は長い
時間かけて付着させてもよい。このことについては、ど
んな連続の組み合わせでも、遷移元素（又は希土類元素
）と■−■材料又は化合物、又は■材料又は化合物との
組み合わせを促進させるために使用できる。
ＣＶＤ法やイオン注入を同様に実行させると、製造に使
用される元素の同時又は連続の組み合わせによって、本
発明の材料又は化合物が調整される。
本発明に従って元素の組み合わせを採用して作られる様
々な材料又は化合物の例は以下のようである。
１．２元系の■−Ｖ化合物を伴う遷移金属ガリウムーマ
ンガンーヒ素（ＧａＭｎＡｓ）　、インジウムマンガン
ヒ素（ＴｎＭｎＡｓ）　；インジウム−マンガン−アン
チモン（ＩｎＭｎＳｂ）　、インジウム−鉄ヒ素（Ｉｎ
ＦｅＡｓ）　％ガリウムークロムーアンチモン（ＧａＣ
ｒＳｂ）。
２．３元系の■−■化合物を伴う遷移金属ガリウムーイ
ンジウムーマンガンーヒ素（ＧａｌｎＭｎＡｓ）　、ガ
リウム−アルミニウムーマンガン−アンチモン（ＧａＡ
　Ｉ　Ｍｎ５ｂ）　、インジウムーマンガンーヒ素−ア
ンチモン（ＩｎＭｎＡｓＳｂ）　、ガリウムークロムー
ヒ素−アンチモン（ＧａＣｒＡｓＳｂ　）。
３．４元系の■−■化合物を伴う遷移金属ガリウムーイ
ンジうムーマンガンーヒ素−リン（ＧａｌｎＭｎＡｓＰ
）、ガリウム−アルミニウムーインジウム−マンガン−
アンチモン（ＧａＡ　Ｉ　ＩｎＭｎ５ｂ）。
〔発明の効果〕
本発明は、室温よりもそれ程高くならない温度で、常磁
性状態から局所的に秩序化された磁性状態へ移るような
、新材料及び化合物を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
図は、本発明の新化合物の１つ、Ｉ［［Ｉ−ＸＴＥＩＩ
Ｖ　（Ｉｎｏ、＊　Ｍｎｏ、、　Ａｓ）の、正規化した
磁化対正規化した温度を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）．常磁性状態から局所的に秩序化された磁性状態
    に物質を変化させるのに十分な量の少なくとも１つの遷
    移元素又は希土類元素を含む式III−Ｖ又は式IVの磁気
    物質であつて、 （ａ）前記式III−ＶにおけるIIIは、少なくとも１つの
    IIIＢ族の典型元素であり、 （ｂ）前記の式III−ＶにおけるＶは、少なくとも１つ
    のＶＢ族の典型元素であり、 （ｃ）前記の式IVは少なくとも１つのIVＢ族の典型元素
    であることを特徴とする磁気物質。
  2. （２）．常磁性状態から局所的に秩序化された磁性状態
    に物質を変化させるのに十分な量の遷移元素又は希土類
    元素を含む式III−Ｖ又は式IVの磁気物質を製造する方
    法であつて、 少なくとも１つのIIIＢ族の典型元素及び少なくとも１
    つのＶＢ族の典型元素又は少なくとも１つのIVＢ族の典
    型元素と、少なくとも１つの遷移元素又は少なくとも１
    つの希土類元素とを基板上に非平衡状態で付着すること
    を特徴とする磁気物質製造方法。
JP2140167A 1989-05-31 1990-05-31 磁気物質及びその製造方法 Pending JPH0311703A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003105162A1 (ja) * 2002-06-07 2003-12-18 科学技術振興事業団 強磁性ⅳ族系半導体、強磁性ⅲ−ⅴ族系化合物半導体、または強磁性ⅱ−vi族系化合物半導体とその強磁性特性の調整方法
JP2018206884A (ja) * 2017-06-01 2018-12-27 国立大学法人東京工業大学 強磁性半導体、その製造方法およびそれを用いた磁気センサ

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5191223A (en) * 1991-07-03 1993-03-02 International Business Machines Corporation Device for selective magnetization and method
US6153318A (en) 1996-04-30 2000-11-28 Rothberg; Gerald M. Layered material having properties that are variable by an applied electric field
FR2753567B1 (fr) * 1996-09-19 1998-11-13 Alsthom Cge Alcatel Procede de depot d'un film ferromagnetique sur un guide d'onde, et un composant magneto-optique comprenant un film mince ferromagnetique depose selon le procede
JP3537086B2 (ja) * 2000-09-08 2004-06-14 独立行政法人産業技術総合研究所 スピンエレクトロニクス材料およびその作製方法
US6355561B1 (en) * 2000-11-21 2002-03-12 Micron Technology, Inc. ALD method to improve surface coverage
CN100365843C (zh) * 2001-01-19 2008-01-30 松下电器产业株式会社 自旋开关和使用该自旋开关的磁存储元件
KR100531514B1 (ko) * 2001-03-02 2005-11-28 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 Ⅱ-ⅵ족 또는 ⅲ-ⅴ족계 단결정(單結晶) 강자성(强磁性)산화물및 그 강자성 특성의 조정방법
US7060131B2 (en) * 2001-05-09 2006-06-13 Hrl Laboratories, Llc Epitaxy with compliant layers of group-V species
JP4622179B2 (ja) * 2001-07-16 2011-02-02 日立金属株式会社 磁気冷凍作業物質および蓄冷式熱交換器ならびに磁気冷凍装置
NL1018668C2 (nl) * 2001-07-31 2003-02-03 Stichting Tech Wetenschapp Materiaal geschikt voor magnetische koeling, werkwijze voor het bereiden ervan en toepassing van het materiaal.
US6955858B2 (en) * 2001-12-07 2005-10-18 North Carolina State University Transition metal doped ferromagnetic III-V nitride material films and methods of fabricating the same
US20040168751A1 (en) * 2002-06-27 2004-09-02 Wu Ming H. Beta titanium compositions and methods of manufacture thereof
KR100492482B1 (ko) * 2002-09-04 2005-06-03 한국과학기술연구원 Ｐｅｍｂｅ로 제조된 상온 자성반도체 및 그 소자
DE10325757A1 (de) * 2003-06-05 2005-01-20 Universität Ulm Verfahren zur Herstellung von magnetischen Halbleitern mit günstigen ferromagnetischen Eigenschaften
EP1708257B1 (en) * 2004-01-15 2010-11-24 Japan Science and Technology Agency Current injection magnetic domain wall moving element
US7956608B1 (en) 2005-06-27 2011-06-07 Northwestern University Method of using group III-V ferromagnetic/non-magnetic semiconductor heterojunctions and magnetodiodes
US7625767B2 (en) 2006-03-17 2009-12-01 Mears Technologies, Inc. Methods of making spintronic devices with constrained spintronic dopant
US20080012004A1 (en) * 2006-03-17 2008-01-17 Mears Technologies, Inc. Spintronic devices with constrained spintronic dopant
CN102080257A (zh) * 2010-11-30 2011-06-01 无锡南理工科技发展有限公司 一种高Mn含量(In，Mn)As纳米点的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4989897A (ja) * 1972-12-29 1974-08-28
JPS6289312A (ja) * 1985-10-16 1987-04-23 Sony Corp 軟磁性薄膜
JPS63254708A (ja) * 1987-04-10 1988-10-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒素を含む軟磁性合金膜
JPS6442040A (en) * 1987-08-07 1989-02-14 Toshiba Corp Information recording medium
JPH0192359A (ja) * 1981-08-11 1989-04-11 Hitachi Ltd 非晶質薄膜の製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1238987B (de) * 1961-08-10 1967-04-20 Siemens Ag Halbleiterkoerper fuer Bauelemente mit richtungsabhaengigen elektrischen Eigenschaften
FR1335282A (fr) * 1961-08-30 1963-08-16 Gen Electric Composés semi-conducteurs, procédés de préparation et de dépôt de ceux-ci, et dispositifs semi-conducteurs ainsi obtenus
JPS5347765A (en) * 1976-10-13 1978-04-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor crystal growth method
US4411728A (en) * 1981-03-30 1983-10-25 Agency Of Industrial Science & Technology Method for manufacture of interdigital periodic structure device
DE3608903A1 (de) * 1986-03-17 1987-09-24 Wacker Chemitronic Verfahren zur grunddotierung von galliumarsenid, insbesondere mit silicium, beim bootziehen
US4830982A (en) * 1986-12-16 1989-05-16 American Telephone And Telegraph Company Method of forming III-V semi-insulating films using organo-metallic titanium dopant precursors
GB8810125D0 (en) * 1988-04-28 1988-06-02 Secr Defence Ferromagnetic materials
US4823177A (en) * 1988-06-30 1989-04-18 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and device for magnetizing thin films by the use of injected spin polarized current
JPH0649633B2 (ja) * 1990-01-19 1994-06-29 新技術事業団 化合物結晶のエピタキシャル成長におけるドーピング方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4989897A (ja) * 1972-12-29 1974-08-28
JPH0192359A (ja) * 1981-08-11 1989-04-11 Hitachi Ltd 非晶質薄膜の製造方法
JPS6289312A (ja) * 1985-10-16 1987-04-23 Sony Corp 軟磁性薄膜
JPS63254708A (ja) * 1987-04-10 1988-10-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒素を含む軟磁性合金膜
JPS6442040A (en) * 1987-08-07 1989-02-14 Toshiba Corp Information recording medium

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003105162A1 (ja) * 2002-06-07 2003-12-18 科学技術振興事業団 強磁性ⅳ族系半導体、強磁性ⅲ−ⅴ族系化合物半導体、または強磁性ⅱ−vi族系化合物半導体とその強磁性特性の調整方法
JP2018206884A (ja) * 2017-06-01 2018-12-27 国立大学法人東京工業大学 強磁性半導体、その製造方法およびそれを用いた磁気センサ

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Publication number Publication date
DE69008770D1 (de) 1994-06-16
US5294287A (en) 1994-03-15
DE69008770T2 (de) 1994-11-24
EP0400263B1 (en) 1994-05-11
EP0400263A1 (en) 1990-12-05

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