(57)【要約】  本発明は、半導体材料、材料の製造方法、材料の実装方法に関する。その材料は、Ｃｕ又はＣｕＯがドーピングされて、−５５℃〜１２５℃の範囲における少なくとも１つの温度において強磁性を示す。典型的には、その材料は、ＧａＰ又はＧａＮを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅（Ｃｕ）及び酸化銅（ＣｕＯ）のいずれかがドーピングされ、−５５℃と１２５℃との間の範囲における少なくとも１つの温度で強磁性を示す
ことを特徴とする半導体材料。
【請求項２】
ドーピングされた前記半導体材料は、
銅がドーピングされたガリウム燐（ＧａＰ）、銅がドーピングされた窒化ガリウム（ＧａＮ）、銅がドーピングされたガリウム砒素（ＧａＡｓ）、銅がドーピングされた硫化カドミウム（ＣｄＳ）、銅がドーピングされたカドミウムセレン（ＣｄＳｅ）、銅がドーピングされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）、銅がドーピングされた硫化亜鉛（ＺｎＳ）、銅がドーピングされた亜鉛セレン（ＺｎＳｅ）、銅がドーピングされたマンガンドープ酸化亜鉛（ＺｎＭｎＯ）、銅がドーピングされたマンガンドープ硫化カドミウム（ＣｄＭｎＳ）、銅がドーピングされたマンガンドープカドミウムセレン（ＣｄＭｎＳｅ）、銅がドーピングされたマンガンドープ硫化亜鉛（ＺｎＭｎＳ）、銅がドーピングされたマンガンドープセレン化亜鉛（ＺｎＭｎＳｅ）の少なくとも１つを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体材料。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体材料を含む
ことを特徴とする半導体部品。
【請求項４】
磁気メモリ、ハードディスク、半導体磁気メモリ、ＭＲＡＭ、スピンバルブトランジスタ、スピン発光ダイオード、不揮発性メモリ、ロジックデバイス、オプティカルアイソレータ、センサ、及び超高速光学スイッチのいずれかである
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体部品。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の半導体部品を含む
ことを特徴とするコンピュータ。
【請求項６】
半導体材料へドーピングするためのドーピング方法であって、
前記半導体材料を銅（Ｃｕ）及び酸化銅（ＣｕＯ）のいずれかと、選択された分子重量割合で混合し、混合物を形成する混合ステップと、
前記混合ステップで形成された混合物を粉砕する粉砕ステップと、
前記粉砕ステップで粉砕された混合物を圧縮成形してペレットを形成する圧縮成形ステップと、
前記圧縮成形ステップで圧縮成形されたペレットを５００℃で約４時間焼結する焼結ステップと、
前記焼結ステップで焼結されたペレットを室温まで急冷する急冷ステップと、
を含むことを特徴とするドーピング方法。
【請求項７】
前記混合物は、酸化銅（ＣｕＯ）及びガリウム燐（ＧａＰ）をそれぞれ０．００３対１の分子重量割合で混合したものである
ことを特徴とする請求項６に記載のドーピング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、その機能に強磁性を用いる電子部品に使用される材料に関する。これらの電子部品は、電子等のボソン及びフェルミオンのスピン配向に影響を与え、又はそれを調整するものである。希薄磁性半導体における室温を超えた温度での強磁性の研究は、特に、電子のスピン状態すなわちスピントロニクスを利用した潜在的に高価で新しい将来の装置を開発するために行われてきた。
【０００２】
これらの装置の電子部品は、例えば、磁気メモリ(例えば、ハードディスク)、半導体磁気メモリ(例えば、ＭＲＡＭ)、スピンバルブトランジスタ、スピン発光ダイオード、不揮発性メモリ、ロジックデバイス、量子コンピュータ、オプティカルアイソレータ、センサ、及び超高速光学スイッチを含む。希薄磁性半導体は、また、電子的な製品、及び磁気的な製品において使用されることがある。
【背景技術】
【０００３】
背景技術の説明
電子部品の技術では、新しい部品を設計して機能を満たすことを目的として強磁性の材料を使用することにますます注目が集まっている。従来の強磁性の材料は、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、及びそれらの合金である。
【０００４】
新しい科学的活動と、それらを実行するための新しい提案とは、しばしば、科学技術雑誌で報告されている。基本的な部品の設計に関して期待される材料の例のいくつかは、Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｗｏｒｌｄ(１９９９年４月)及びＩＥＥＥ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ(２００１年１２月)の最近の記事で見つけることができる。これら文書では、いずれも、工業上の、自動車用の、及び軍事用の温度範囲(通常、−５５℃から１２５℃)で動作する強磁性材料を設計する際における問題点及び必要性が述べられている。
【０００５】
今日知られており注目されている材料の大部分は、極低温を必要とする。しかしながら、クラウスＨ．プルーグは、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ２００１年７月号において、ガリウム砒素(ＧａＡｓ)上に成長させた鉄の膜を使用して、半導性ＧａＡｓに注入された電子のスピンを分極することを述べている。この実験は、室温で実行された。
【０００６】
また、２つの文書(参考文献６−７)において半導体が室温で強磁性を示すことが紹介されている。これにより、スピンバルブトランジスタ、スピン発光ダイオード、不揮発性メモリ、ロジックデバイス、オプティカルアイソレータ、及び超高速光学スイッチなどのようなスピントニック装置の研究は、興味深い領域に入ったといえる。
近年、次の５つの文書(参考文献１−５)で述べられるように、ドーピングされた希薄磁性半導体(ＤＭＳ)において強磁性配列を示す材料に関して精力的な研究が行われている。その研究では、デバイスに対して潜在的に興味深く広範囲に応用できるようなスピン輸送特性に焦点を当てている。
【０００７】
現在まで報告されている材料の中では、ＭｎがドーピングされたＧａＡｓが、最も高いキュリー温度Ｔｃ（１１０Ｋ）で強磁性を示すことがわかっている(参考文献１参照)。この次に、ディエトルらは、ＭｎをドーピングすることでＺｎＯ及びＧａＮが室温を超えた温度で強磁性を示すことを、理論ベースで予測している(参考文献２参照)。この予測により、希薄磁性半導体にさまざまなドーピングを行う精力的な実験が開始された。最近、ＣｏがドーピングされたＴｉＯ２、ＺｎＯ、及びＧａＮのそれぞれにおいて、室温を超えたＴｃが報告された(参考文献３、８、９参照)。しかしながら、Ｔｉ１−ｘＣｏｘＯ試料では、Ｃｏの不均質なクラスターが発見された(参考文献１０参照)。キムらは、Ｚｎ１−ｘＣｏｘＯの均質膜がスピングラス特性を示す一方で、不均質膜がＣｏクラスタの存在により室温強磁性を示すことを明らかにした(参考文献１１参照)。しかし、明らかに、装置へ応用するためには、均質膜が必要である。
【０００８】
本出願人は、以前、マンガンがドーピングされた酸化亜鉛について特許出願した。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の概要
本発明は、銅を一緒にドーピングすることによって、ドーピングされた希薄磁性半導体に強磁性を組み込むという考えをベースにしている。これらの強磁性半導体材料は、工業上の、自動車用の、及び軍事用の温度範囲(通常、−５５℃から１２５℃)で動作することができる。銅は、キャリア修正効果（ｃａｒｒｉｅｒ  ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｅｆｆｅｃｔ）に基づいて磁気カップリングを引き起こす。この出願は、銅と一緒にドーピングされて強磁性になっているいくつかの半導体材料を示している。また、銅をドーピングすることにより、既に強磁性である半導体材料（例えば、マンガンがドーピングされた酸化亜鉛）の磁気強度を改善することができる。
【００１０】
本発明では、銅によるドーピングのメカニズムについて説明する。そのメカニズムを適用した結果を、いくつかの材料に対して示している。銅がドーピングされた強磁性を示す材料は、例えば、銅がドーピングされたガリウム燐（ＧａＰ）、銅がドーピングされた窒化ガリウム（ＧａＮ）、銅がドーピングされたガリウム砒素（ＧａＡｓ）、銅がドーピングされた硫化カドミウム（ＣｄＳ）、銅がドーピングされたカドミウムセレン（ＣｄＳｅ）、銅がドーピングされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）、銅がドーピングされた硫化亜鉛（ＺｎＳ）、銅がドーピングされたセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、銅がドーピングされたマンガンドープ酸化亜鉛（ＺｎＭｎＯ）、銅がドーピングされたマンガンドープ硫化カドミウム（ＣｄＭｎＳ）、銅がドーピングされたマンガンドープカドミウムセレン（ＣｄＭｎＳｅ）、銅がドーピングされたマンガンドープ硫化亜鉛（ＺｎＭｎＳ）、銅がドーピングされたマンガンドープセレン化亜鉛（ＺｎＭｎＳｅ）である。本発明者は、他の半導体においても、銅と一緒にドーピングされて磁気特性を示す兆候を確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
好適な実施形態の説明
この発明は、ドーピングされた希薄磁性半導体に銅をドーピングすることにより強磁性を引き起こすという考えに基づく。ここで、希薄磁性半導体は、強磁性でない（強磁性を持たない）半導体材料である、あるいは、弱い強磁性の成分を含む。
本発明者の実験によれば、バルク又はフィルム層において室温を超えて強磁性を調整することに成功している。フィルム層は、例えば、レーザ蒸着、スパッタリングなどで形成することができる。
【００１２】
本発明では、Ｃｕ２＋がドーピングされたガリウム燐において、室温を十分に超えた温度で強磁性を示すことが、強磁性共鳴、ＳＱＵＩＤ磁気測定、及び中性子回折により検出されている。その検出結果により、強磁性がＧａＰ格子に関連づけられており、不純物相から発生したものでないことが明確に示されている。その結果における他の重要な特徴は、７００Ｋを超えた高いキュリー温度である。このキュリー温度は、従来測定されたものよりもかなり高いキュリー温度であり、大規模なコストを削減する材料を合成することに使用される比較的低い温度である。
【００１３】
５．これらの合金の強磁性の原因は、現在の研究対象となっている。ドーパントのスピン間における交換相互作用は、ホール又は電子によって調整されることが提案されている。６．強磁性状態において、電荷キャリアのスピン配向に従って価電子帯と伝導帯とへ分かれる。そのモデルにより、ホールがドーピングされた半導体は電子がドーピングされた材料より高いキュリー温度を持っていると予測できる。
【００１４】
マンガンは、最も適切なドーパントでないかもしれない。６ａｔ%Ｍｎを超えた濃度について説明する。マンガンのクラスタは、強磁性であることが示されている。これにより、ドーピングされた半導体で測定される強磁性は、マンガンのクラスタに起因するという提案を動機づける。７、８．また、合成される際に、高温において強磁性であることが知られているＧａＭｎとＭｎＰが形成される可能性があるという別の問題がある。９．これらの困難を回避するために、本発明者はドーパントとして銅を選んだ。銅のバルク又は銅のクラスターにおいて強磁性に関するどんな証拠もない。また、ＣｕＯは、２００Ｋの下において反磁性体であることが知られている。さらに、どんな知られている強磁性体もＣｕＰやＧａＣｕなどのように合金化しない。Ｃｕは、２＋の電荷を持っており、ホールのドーパントになる。ＧａＰは、潜在的な磁性半導体であるため、多くの利点を有する。ＧａＰは、発光ダイオード、及び高速エレクトロニクスで使用されるＡｌＧａＩｎＰの成分である。ＧａＰの格子定数は、シリコンの格子定数に近いので、希薄磁性半導体を従来のシリコン回路に集積することが容易になる。ここで、ＳＱＵＩＤ磁気測定、強磁性共鳴(ＦＭＲ)、および中性子回折により、銅がドーピングされたガリウム燐において室温を十分に超えた温度で強磁性に示す証拠について報告する。その測定における重要な特徴は、材料を形成する比較的簡単な焼結過程、及び従来の測定されたものと比較してかなり高いキュリー温度である。
【００１５】
試料は、Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ製の９９．９９９%の純度のガリウム燐の１分子重量に対してＣｕＯを０．０３分子重量の割合で十分に混ぜて、それらの混合物をモルタルと乳棒とにより粉砕して合成された。ＧａＰは、どんな磁性不純物もその材料に含まれないことを補償する処理を行う前に、電子常磁性共鳴(ＥＰＲ)によって調べられた。磁性不純物に関するどんな証拠も見つけられなかった。ＥＰＲは１０ｐｐｂまでの磁性成分を感度よく検出できる。圧縮成形されアルミナボートに入れられたペレット形態の試料は、４時間反応炉内の空気中で５００Ｃで焼結され、室温へ急冷された。焼結された試料は、Ｓｃｉｎｔａｇ製Ｘ線器具を使用して、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折により調べられた。図１は、粉末Ｘ線回折スペクトルを示す。図面上部の線は、純粋なＧａＰのために期待されるピーク位置である。ドーピングされた試料におけるピークは、純粋なＧａＰであってどんな不純物の線もデータに示されていないＧａＰと同じ散乱角度で発生する。その焼結された試料は、また、ＩＣＰ質量分析計(ＩＣＰ−ＭＳ)によって調べられた。その結果、磁性金属は、２ｐｐｂ以下のレベルであることが示された。しかしながら、試料の中に、銅が存在することが検出された。図２は、ＪＹホリバ製共焦型Ｒａｍａｎ分光計を使用して記録されたラマンスペクトルであって、ドーピングされたＧａＰ及びドーピングされていないＧａＰにおける縦光学モード(ＴＯ)及び横光学モード(ＬＯ)のラマンスペクトルを示す。より高周波数のＬＯモードは、銅がドーピングされた試料において、３ｃｍ-1だけ低波数側にシフトしている。ＧａＮ膜などの他の半導体では、ＬＯモードが、プラズマモードと結合しているのが示された。プラズマモードでは、その周波数が電子キャリア濃度に比例している。１０．ＬＯモードは、電子キャリヤー濃度とともにシフトすることが示された。すなわち、ＣｕがドーピングされたＧａＰにおいてＬＯモードの周波数が減少することが観測されたことにより、ホールドーピングに対応した電子キャリア濃度が減少したことが示された。
【００１６】
図３は、多くの温度における磁化の直流磁場依存性をＳＱＵＩＤ  ＭＰＭＳ２測定した結果を示す。３００Ｋにおける飽和磁化は１．５ｘ１０-2ｅｍｕ／ｇである。室温における保磁力は、１２５Ｏｅである。図４は、１０ＫＯｅでの磁化の温度依存性を示す。データを通る線はブロッホ方程式（ブロッホ関数）へフィッティングしたものである。
【００１７】
Ｍ(Ｔ)＝Ｍ(０)(１−ＡＴ3/2)      （１）
ここで、Ａ＝４．０ｘ１０-5Ｋ-3/2であり、Ｍ(０)＝１８．４４ｍｅｍｕ／ｇである。これらの値は、７００Ｋを超えた高いキュリー温度を示している。
【００１８】
図５は、保磁力の温度依存性に関するプロットである。データを通る線は、指数関数的な減衰曲線へのフィッティングしたものである。
【００１９】
Ｈｃ＝Ｈｃｏ＋Ｂｅｘｐ(−Ｔ／Ｃ)      （２）
ここで、Ｈｃｏ＝２９８．３８Ｏｅであり、Ｂ＝１３７．０７Ｏｅであり、Ｃ＝７２８．９７Ｋである。
【００２０】
その試料は、また、強磁性の存在を検証するための高感度な方法である強磁性共鳴(ＦＭＲ)によって調べられた。１１．図６は、９．２ギガヘルツで動作するＶａｒｉａｎ製Ｅ−９分光器を使用して記録された３００ＫにおけるＦＭＲスペクトルを示す。スペクトルにおける３つの線は、低磁場の非共鳴信号(Ａ)、強磁性共鳴信号(Ｂ)、及び試料における未反応のＣｕＯに起因した成分(Ｃ)を示す。ＣｕＯは、強磁性でないのて、ここで観測された強磁性の原因となり得ない点に注意すべきである。１２．低磁場において非共鳴吸収信号が存在することは、材料に強磁性が存在することを示す十分な証拠となる。１３、１４．強磁性状態における透磁率は、印加磁場に依存しており、低磁場で増加し最大値をとった後減少していく。これにより、上述の吸収信号が発生する。表面抵抗が透磁率の平方根に依存するので、マイクロ波吸収は、直流磁場の強度に対して非線形に変化する。この結果、ゼロ磁場において非共鳴微分信号は中心に位置する。この信号は、常磁性状態で存在していないが、温度がＴｃに向かって下がるのに従って現れる。本発明者は、共鳴実験における温度装置が加熱可能な上限温度である５２４Ｋの高温まで低磁場の非共鳴吸収を観測することができた。ＥＰＲ信号に対してＦＭＲ信号の特徴的な特性は、磁場位置が強い温度依存性を持っていることと、共鳴線幅の温度依存性があることである。図７は、３００Ｋ(ａ)及び１１８Ｋ(ｂ)におけるＦＭＲスペクトルを示す。図７のＦＭＲスペクトルは、低温において低直流磁場側へ大きくシフトすることを示している。図８は、磁場位置の温度依存性を与える。図８は、室温（３００Ｋ）以上の室温において、５２４Ｋにおいても、材料が強磁性であることを示している。キュリー温度を超えると、ＦＭＲ信号は、図６において２９４０Ｇであるスペクトルｃに相当する温度に対して磁場位置が依存しないＣｕ＋２のＥＰＲ信号になる。この値に図８のデータを当てはめると、Ｔｃが７３９Ｋであると見積ることができる。
【００２１】
要するに、本発明者は、ＱＵＩＤ磁気計測、強磁性共鳴、及び中性子回折測定により、簡単な焼結過程によって作られ銅がドーピングされたガリウムりんが以前に報告された希薄磁性半導体よりもはるかに高い温度で強磁性を示すという明確な証拠を示した。
【００２２】
同様の測定結果により、銅がドーピングされた窒化ガリウムが同様に振る舞うことが示されている。図１４〜１６は、銅がドーピングされた窒化ガリウム（ＣｕがドーピングされたＧａＮ）に対応するデータを示している。
【００２３】
本発明では、マンガンがドーピングされた酸化亜鉛ＺｎＭｎＯだけでなく銅がドーピングされた磁性半導体に関する改善も明確に示す。図９、１０、及び１１に示すＳＱＵＩＤ測定結果では、異なる濃度でＭｎがドーピングされたＺｎＯにおいて異なる濃度で銅がドーピングされたときのドーピング効果を示す。本発明者は、それらの図から強磁性の性能が明らかに改善したことを見ることができる。図１２は、銅がドーピングされた窒化ガリウムをＳＱＵＩＤで測定した結果を示す。図１３は、銅がドーピングされた酸化亜鉛に関するデータを示す。
【００２４】
予備的に行った測定においても、ＭｎがドーピングされたＣｄＳ、ＭｎがドーピングされたＺｎＳ、及びＭｎがドーピングされたＧａＰなどの他の磁性半導体に銅がドーピングされた場合、同様の振る舞いを示す。
【００２５】
参考文献
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２．Ｒｅｅｄ,Ｍ．Ｌ．  ｅｔ  ａｌ．  Ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  (Ｇａ,Ｍｎ)Ｎ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ７９,  ３４７３  (２００１)．
３．Ｔｈａｌｅｒ,  Ｇ．  Ｔ．  ｅｔ．  ａｌ．  Ｍａｎｇｅｔｉｃ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ  ｎ−ＧａＭｎＮ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ  ８０,３９６４  (２００２)．
４．Ｔｈｅｏｄｏｒｏｐｏｕｌｏｕ,  Ｎ．  ｅｔ．  ａｌ．  Ｕｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  ｃａｒｒｉｅｒ  ｍｅｄｉａｔｅｄ  ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ａｂｏｖｅ  ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｉｎ  ｉｏｎ  ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  Ｇａ,Ｍｎ)Ｐ：Ｃ  ．  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ  Ｌｅｔｔ  ８９  ,１０７２０３  (２００２)．
５．Ｓｈａｒｍａ,  Ｐ．  ｅｔ  ａｌ．  Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ａｂｏｖｅ  ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｉｎ  ｂｕｌｋ  ａｎｄ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ  ｏｆ  Ｍｎ  ｄｏｐｅｄ  ＺｎＯ．  Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ２,６７３  (２００３)．
６．Ｄｉｅｔｌ,  Ｔ．  ｅｔ  ａｌ．  Ｍｏｄｅｌ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ  ｏｆ  ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ｉｎ  Ｚｉｎｃ  ｂｌｅｎｄ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ．  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８７,１０１９  (２０００)．
７．Ｋｎｉｃｋｅｌｂｅｉｎ,  Ｍ．  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｕｐｅｒｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ｉｎ  ｍａｎｇａｎｅｓｅ  ｃｌｕｓｔｅｒｓ．  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．  ８６  ,５２５５(２００１)．
８．Ｒａｏ,  Ｂ．  Ｋ．  ａｎｄ  Ｊｅｎａ,  Ｐ．  Ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍｏｍｅｎｔｓ  ｏｆ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｄｏｐｅｄ  Ｍｎ  ｃｌｕｓｔｅｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ｒｅｌｅｖａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｎ  ｄｏｐｅｄ  ＧａＮ．  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ  ８９  １８５５０４  (２００２)．
９．Ｔａｎｋａ,  Ｍ  ｅｔ  ａｌ．  Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ＭｎＧａ  ｆｉｌｍｓ  ｗｉｔｈ  ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  ｏｎ  ＧａＡｓ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ６２,１５６５  (１９９３)．
１０．Ｐｅｒｌｉｎ,  Ｐ．  ｅｔ．  ａｌ．  Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｈｏｎｏｎ−ｐｌａｓｍａ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｍｏｄｅｓ  ｉｎ  ｈｉｇｈｌｙ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｂｕｌｋ  ＧａＮ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ  ６７  ２５２４  (１９９５)．
１１．Ｖｏｎｓｏｖｋｉｉ,Ｓ．Ｖ．  ｉｎ  Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｅｄｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｖｏｎｓｏｖｋｉ,Ｓ．Ｖ．  Ｐ１８８−２０８  Ｐｅｒｇａｍｏｎ  Ｐｒｅｓｓ,  Ｎ．  Ｙ．  １９６６．
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１４．Ｏｗｅｎｓ,  Ｆ．  Ｊ．  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  ａｎｄ  ｎｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｉｎ  ＲｕＳｒ２Ｇｄ０．５Ｅｕ０．５Ｃｕ２０８．  Ｐｈｙｓｉｃａ  Ｃ  ３５３,２６５  (２００１)．
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、ＧａＰ：Ｃｕに対する粉末エックス線回折スペクトルを示す図である。
【図２】図２は、ドーピングされたＧａＰ：Ｃｕ及びドーピングされていないＧａＰ：Ｃｕにおける横光学モード(ＴＯ)及び縦光学モード(ＬＯ)のラマンスペクトルを示す図である。
【図３】図３は、図示されるような様々な温度におけるＤＣ磁化ヒステリシスデータを示す図である。
【図４】図４は、ＳＱＵＩＤを使用したＧａＰ：Ｃｕに対する磁化の温度依存性を示す図である。連続した線は、Ｔ（温度）依存性に対してＴ３／２ブロッホ法によりフィットした結果である。
【図５】図５は、磁気保磁力の温度依存性を示す図である。データを通る線は、指数減衰方程式へフィットした結果である。
【図６】図６は、室温におけるＧａＰ：ＣｕのＦＭＲスペクトルを示す図である。吸収Ａは、強磁性状態で存在する低磁場非共鳴吸収である。線Ｂは、強磁性共鳴吸収である。線Ｃは、サンプルにおいて反応していないＣｕＯを形成する形態である。
【図７】図７は、(ａ)３００Ｋ、及び(ｂ)１３８ＫにおけるＦＭＲスペクトルを示す図である。
【図８】図８は、室温を超え５２４Ｋまでの温度において強磁性の存在を示す強磁性共鳴の磁場位置の温度依存性を示す図である。
【図９】図９は、ＭｎのドーピングされたＺｎＯの磁気特性に対するＣｕの効果を示す図である。
【図１０】図１０は、ＭｎがドーピングされたＺｎＯの磁気特性に対するＣｕの効果を示す図である。
【図１１】図１１は、Ｍｎが１ａｔ%ドーピングされたＺｎＯの室温磁気特性に対するＣｕの添加効果を示す図である。Ｍｓは、およそ１００%向上する。
【図１２】図１２は、ＧａＮに対する６ａｔ%Ｃｕの添加効果、すなわち、室温において強磁性になることを示す図である。
【図１３】図１３は、ＣｕがドーピングされたＺｎＯに対して計算した密度又は状態であって、Ｃｕサイトにおいて強磁性の特性を引き起こす密度又は状態を示す図である。
【図１４】図１４は、ＣｕがドーピングされたＧａＮに対するＦＭＲスペクトル、すなわち、室温における強磁性に関する証拠を示す図である。３０００Ｏｅ付近の光点ピークは、未反応のＣｕＯに起因する。
【図１５】図１５は、強磁性が室温をはるかに超えて存在することを示すＦＭＲの磁場位置の温度依存性を示す図である。
【図１６】図１６は、銅がドーピングされたＧａＮに対するＦＭＲ線幅であって、強磁性が室温をはるかに超えて存在することを示したＦＭＲ線幅を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007538399.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年3月15日(2006.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性を持たない材料、及び弱い強磁性の成分を含む材料のいずれかである半導体材料であって
銅（Ｃｕ）及び酸化銅（ＣｕＯ）のいずれかがドーピングされ、それによって、−５５℃と１２５℃との間の範囲における少なくとも１つの温度で強磁性を示す、あるいは、強磁性の成分を強める
ことを特徴とする半導体材料。
【請求項２】
ドーピングされた前記半導体材料は、
銅がドーピングされたガリウム燐（ＧａＰ）、銅がドーピングされた窒化ガリウム（ＧａＮ）、銅がドーピングされたガリウム砒素（ＧａＡｓ）、銅がドーピングされた硫化カドミウム（ＣｄＳ）、銅がドーピングされたカドミウムセレン（ＣｄＳｅ）、銅がドーピングされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）、銅がドーピングされた硫化亜鉛（ＺｎＳ）、銅がドーピングされた亜鉛セレン（ＺｎＳｅ）、銅がドーピングされたマンガンドープ酸化亜鉛（ＺｎＭｎＯ）、銅がドーピングされたマンガンドープ硫化カドミウム（ＣｄＭｎＳ）、銅がドーピングされたマンガンドープカドミウムセレン（ＣｄＭｎＳｅ）、銅がドーピングされたマンガンドープ硫化亜鉛（ＺｎＭｎＳ）、銅がドーピングされたマンガンドープセレン化亜鉛（ＺｎＭｎＳｅ）の少なくとも１つを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体材料。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体材料を含む
ことを特徴とする半導体部品。
【請求項４】
磁気メモリ、ハードディスク、半導体磁気メモリ、ＭＲＡＭ、スピンバルブトランジスタ、スピン発光ダイオード、不揮発性メモリ、ロジックデバイス、オプティカルアイソレータ、センサ、及び超高速光学スイッチのいずれかである
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体部品。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の半導体部品を含む
ことを特徴とするコンピュータ。
【請求項６】
強磁性を持たない材料、及び弱い強磁性の成分を含む材料のいずれかである半導体材料へドーピングするためのドーピング方法であって、
前記半導体材料を銅（Ｃｕ）及び酸化銅（ＣｕＯ）のいずれかと、選択された分子重量割合で混合し、混合物を形成する混合ステップと、
前記混合ステップで形成された混合物を粉砕する粉砕ステップと、
前記粉砕ステップで粉砕された混合物を圧縮成形してペレットを形成する圧縮成形ステップと、
前記圧縮成形ステップで圧縮成形されたペレットを５００℃で約４時間焼結する焼結ステップと、
前記焼結ステップで焼結されたペレットを室温まで急冷する急冷ステップと、
を含むことを特徴とするドーピング方法。
【請求項７】
前記混合物は、酸化銅（ＣｕＯ）及びガリウム燐（ＧａＰ）をそれぞれ０．００３対１の分子重量割合で混合したものである
ことを特徴とする請求項６に記載のドーピング方法。
【国際調査報告】
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