(57)【要約】  半導体の磁性体は電子を捕捉するように意図された層（１１  １５）を含み、前記層（１１  １５）は両側を磁性層（１６、１７）で包囲される。これは量子ドットに限らずそのような電子素子の空間的に限定された領域における強磁的性質の形成を導き、この形成は、前記領域の一部を組成として構成するのではなく、むしろ前記領域に隣接する単数または複数のゾーンに含まれる磁性材料を用いて達成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子ドットに限らずそのような電子素子の空間的に制限された領域における強磁的性質の形成であって、前記領域の一部を組成として構成するのではなく、むしろ前記領域に隣接する単数または複数のゾーンに含まれる磁性材料を用いて達成される形成。
【請求項２】
電子を捕捉するように意図された層（１、１１  １５）を含む半導体磁性体であって、前記層（１、１１  １５）が両側を磁性層（１６、１７）によって囲まれてなる半導体磁性体。
【請求項３】
電子を捕捉するように意図された前記層（１、１１、１５）がＣｄＳｅモノレイヤを含み、前記磁性層がマンガンを含みあるいはＺｎＢｅＭｎＳｅ層であり、前記磁性体が前記磁性層（１６または１７）の両側のＺｎＳｅ層（１３または１４）および金属コンタクト（８または７）をさらに含む、請求項２に記載の半導体磁性体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
スピントロニクスの原理に基づく、つまり電子の電荷ではなく電子のスピンの位置および符号を制御対象の有力な要素として使用する、電子回路の製造では、よく定義されたスピンを持つ電子を非磁性半導体に選択的に注入しかつ検出する手段を設けることが極めて重要である。さらに、回路の計算要件がいわゆる磁気「量子ドット」を必要とするときに電子を選択的に含んだり解放することのできる材料の領域を形成することがしばしば望ましい。
【０００２】
「スピンフィルタリング」は、ＩＩ−ＶＩ族材料から作製された半磁気量子ドットを使用して達成可能であることは、従来周知であった。しかし、半磁性合金はそれ自体強磁性体ではないが、代わりに常磁性体であるので、そのようなスピン注入のそのような手段は、依然として外部磁場の印加を含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明者らは今、新規の手順を用いてそのような半磁性量子ドットを作製した。これまでは、そのような量子ドットは、選択された組成物の材料を堆積し、次いで選択的にエッチングすることによって人工的に作製されてきた。また、これまでは、量子ドットを形成する材料は、ドット内の電子に影響を及ぼして、スピントロニクスの重要な特徴であるゼーマン分裂を導くように、磁性元素、好ましくはマンガンを含むことが有利であった。
【０００４】
本発明は、磁性材料、例えばマンガンが電子を捕捉するように意図されたドットの層内に含まれず、周囲の層に含まれるように構成することによって、磁気の影響を提供することを含む。これは、より大量のマンガンを構造全体に含めることができることを意味する。これは、ドットに対するより高い有意の磁気的影響を可能にする。
【０００５】
さらに、かつより重要なことに、本発明者らの結果は、障壁層が強磁性ではない場合でも、外部磁界が存在しない状態で、量子ドットレベルが分裂することを示している。これは、外部磁界を必要とすることなく、量子ドットをスピンフィルタとして使用できることを意味する。
【０００６】
この効果は例えば、ＺｎＳｅ層の間に挟まれたＺｎＢｅＭｎＳｅ層に形成されたＣｄＳｅ量子ドットに見ることができる。
【０００７】
本発明の目的は、特に量子ドットを持つそのような電子構造を生成する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
量子ドットに限らずそのような電子素子の空間的に制限された領域における強磁的性質の形成であって、この形成は、前記領域の一部を組成として構成するのではなく、むしろ前記領域に隣接する単数または複数のゾーンに含まれる磁性体を用いて達成される。
【０００９】
本発明について今、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態の以下の記述によって説明する。
【００１０】
サンプルは、適切にドープされたインジェクタおよびコレクタ層スタックに接触する厚さ１０ｎｍのＺｎ．７Ｂｅ．３Ｍｎ．０４Ｓｅ障壁層（２つの５ｎｍの層２）に埋め込まれたＣｄＳｅ層（参照番号１）の１．３モノレイヤからなる。ＣｄＳｅとＺｎ．７Ｂｅ．３Ｍｎ．０４Ｓｅとの間の格子不整合によって誘起されるひずみのため、ＣｄＳｅはそれ自体を、図２に見ることができるように、材料のかなり均等な島１１へと再編成し、それは本発明者らの構造で量子ドットの役割を果たす。層の構造全体は図１に見ることができる。
【００１１】
ＧａＡｓ基板３は３００ｎｍのＺｎ.９７Ｂｅ.０３Ｓｅ（８ｅ１８）層４を受容し、その上に１００ｎｍのＺｎＳｅ（１．５ｅ１９）層５が載置される。デバイスの片側には、部分的に第２金属コンタクト７によって被覆された自由面６がある。第１金属コンタクト８は、ＣｄＳｅ層１の周囲に対称的に配置された追加層９および１０のピラー構造の頂部に設けられる。１００ｎｍの層５は、第１金属コンタクト８の真下に３０ｎｍの対応層を有する。
【００１２】
サンプルは次いで、光学リソグラフィを用いて約１００マイクロメートル平方の垂直共振トンネリング構造にパターン形成される。結果的に得られる輸送構造の略図を図２に示す。量子ドット１１は、図２の略図に最大の構造として示される、最低共振を有する１つの領域１５を含む。これらの領域１１、１５はマンガン濃度が同一の層１６および１７によって囲まれる。これはまた、直接的に、または使用される化合物に強磁性特性を示す材料とすることもできる。この重要な層構造（層１の内部にゾーン１１、１５のある層１６および１７）は層１３および１４によって囲まれ、金属コンタクト７および８を含む。
【００１３】
様々な（低い）温度で、印加磁界の有る状態および無い状態で、電流−電圧測定の形で輸送測定が行なわれる。非磁性自己組織化量子ドットに関する従来の研究から周知の通り、メサが多数のドットを含むという事実にも拘らず、輸送はしばしば、サンプルの統計的変動のため、最も高いトンネリング伝導確率を有するものによって支配される。これは、ここで論じるサンプルの場合にも当てはまる。図３は、４Ｋで磁界が存在しない状態のサンプルの電流−電圧曲線を示す。差込み図で拡大された約５０ｍＶ時の小さい特徴は、この個別ドットのトンネリングに関係がある一方、１００ｍＶより上の多重共振は他のドットのトンネリングに由来する。単一ドットに関連する特徴に焦点を置いた実験研究およびこれらの実験結果の大部分は、添付の記述に存在し、デバイスを流れる電流をバイアス電圧および様々な磁界強度の磁界ならびに様々な温度の関数として示す。
【００１４】
主な実験観察結果は、磁界に平行な１．３Ｋ電流の場合についての図４の画像にあるように、バイアス電圧の関数としての電流の誘導を見ることによって最も明瞭に見ることができる。
【００１５】
第一に、外部印加磁界の関数としての共振の分裂はブリュアン様挙動に従い、ドットのレベルが何らかの方法で井戸のマンガン系と結合することを示すことがわかる。そして第二に、ドットにおける２つのスピン分裂レベル間の分裂が、外部磁界が零に減少するときに、有限のままであることが分かる。Ｚｎ．７Ｂｅ．３Ｍｎ．０４Ｓｅが事実上常磁性であって、強磁性ではないことを考えると、零磁界におけるこの分裂は、周囲の媒体のそれとは異なる性質の局所的帯磁物の場合のように、ドット状態が周囲の磁性状態に結合するに違いないことを示すものであった。
【００１６】
この結合は、図５に示すように、井戸のトンネリングレベルの分裂を導くであろう。それを最終的なスピントロニクスデバイスにおける異なるスピン状態間の選択に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】層およびコンタクトのジオメトリを示す本発明に係るデバイスの略図を示す。
【図２】本発明に係るデバイスの原理図を示す。
【図３】４Ｋで磁界が存在しない状態の本発明の実施形態に係るサンプルデバイスの電流−電圧曲線を示す。
【図４】ここでは磁界に平行な１．３Ｋ電流の場合について、バイアス電圧の関数としての電流の誘導を示す。
【図５】井戸のトンネリングレベルの分裂を示す。
【符号の説明】
【００１８】
３    ＧａＡｓ基板
７、８    金属
【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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【国際調査報告】
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