(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類窒化物が、窒化ランタン（ＬａＮ）、窒化プラセオジム（ＰｒＮ）、窒化ネオジム（ＮｄＮ）、窒化サマリウム（ＳｍＮ）、窒化ユウロピウム（ＥｕＮ）、窒化ガドリニウム（ＧｄＮ）、窒化テルビウム（ＴｂＮ）、窒化ジスプロシウム（ＤｙＮ）、窒化ホルミウム（ＨｏＮ）、窒化エルビウム（ＥｒＮ）、窒化ツリウム（ＴｍＮ）、窒化イッテルビウム（ＹｂＮ）、および窒化ルテチウム（ＬｕＮ）、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択され、厚さが１〜２０００ｎｍの薄い薄膜である、マグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【請求項２】
少なくとも２５Ω．ｃｍの抵抗率を有する、請求項１に記載のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【請求項３】
マグネシウムを１０１８〜１０２１原子／ｃｍ３で含む、請求項１又は２に記載のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【請求項４】
１つまたは複数の付加的なドーパントをさらに含む、請求項１〜３の何れか１項に記載のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【請求項５】
７０Ｋ未満の強磁性である、請求項１〜４の何れか１項に記載のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【請求項６】
アンドープト希土類窒化物と実質的に同じＸＲＤ測定値を有する、請求項１〜５の何れか１項に記載のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【請求項７】
前記薄い薄膜の厚さが１〜１０００ｎｍである、請求項１〜６の何れか１項に記載のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【請求項８】
前記薄い薄膜の厚さが１０〜２００ｎｍである、請求項１〜７の何れか１項に記載のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【請求項９】
マグネシウムドープト希土類窒化物材料を作製する方法であって、前記希土類窒化物が、窒化ランタン（ＬａＮ）、窒化プラセオジム（ＰｒＮ）、窒化ネオジム（ＮｄＮ）、窒化サマリウム（ＳｍＮ）、窒化ユウロピウム（ＥｕＮ）、窒化ガドリニウム（ＧｄＮ）、窒化テルビウム（ＴｂＮ）、窒化ジスプロシウム（ＤｙＮ）、窒化ホルミウム（ＨｏＮ）、窒化エルビウム（ＥｒＮ）、窒化ツリウム（ＴｍＮ）、窒化イッテルビウム（ＹｂＮ）、および窒化ルテチウム（ＬｕＮ）、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択され、方法が、
（ａ）マグネシウム供給源の存在下で希土類と窒素供給源とを組み合わせ、マグネシウムドープト希土類窒化物材料を堆積させる工程を含む、方法。
【請求項１０】
前記マグネシウムドープト希土類窒化物材料が少なくとも２５Ω．ｃｍの抵抗率を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記マグネシウムドープト希土類窒化物材料がマグネシウムを１０１８〜１０２１原子／ｃｍ３で含む、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記マグネシウムドープト希土類窒化物材料が、１つまたは複数の付加的なドーパントをさらに含む、請求項９〜１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記マグネシウムドープト希土類窒化物材料が７０Ｋ未満の強磁性である、請求項９〜１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記マグネシウムドープト希土類窒化物材料が、アンドープト希土類窒化物と実質的に同じＸＲＤ測定値を有する、請求項９〜１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記マグネシウムドープト希土類窒化物材料が基材上に堆積される、請求項９〜１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
（ｂ）工程（ａ）において堆積された前記マグネシウムドープト希土類窒化物上にキャッピング層を堆積させる工程をさらに含む、請求項９〜１５の何れか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記窒素供給源が、高純度分子窒素、アンモニア、および活性窒素の供給源、またはそれらの任意の２つ以上の混合物からなる群から選択される、請求項９〜１６の何れか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記マグネシウムドープト希土類窒化物材料が０．０１〜１ｎｍ／秒の速度で堆積される、請求項９〜１７の何れか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記マグネシウムドープト希土類窒化物材料が周囲温度または高温で堆積される、請求項９〜１８の何れか１項に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１〜８の何れか１項に記載のマグネシウムドープト希土類窒化物材料を含むデバイス。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は希土類窒化物半導体に関し、そしてより詳しくは、半絶縁性または絶縁性のものもある、マグネシウムドープト希土類窒化物材料に関する。本発明はさらに、材料を作製するための方法、および材料を含むデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類は、５７（Ｌａ）から７１（Ｌｕ）の原子番号を有し、４ｆ軌道が満たされている元素：すなわち、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、およびルテチウム（Ｌｕ）を含む。それらは原子配置［Ｘｅ］６ｓ２５ｄ１４ｆｎまたは［Ｘｅ］６ｓ２４ｆｎ＋１を有し、ｎがＬａについて０からＬｕについて１４まで変化する。それらの最も一般的なイオン電荷状態は３＋であり、４ｆ準位はフェルミエネルギーに及ぶ。それらは、最低限よりも多く満たされたｆ殻電子軌道を有する安定な元素であり、結果として、それらは最大スピンおよび軌道モーメントを有する元素である。秩序化固体においてそれらは最強の強磁性材料に寄与し、強い永久磁石を必要とする技術においてそれらの実用性を確実にしている寄与となっている。それらの名称にもかかわらずそれらは、安定核同位体を有さないプロメチウムを例外として、決して珍しくない。
【０００３】
ＬａＮについて約５．３Å〜ＬｕＮについて約４．７６Åの範囲の格子定数を有し、系列全体にわたって合計１０％の差および隣接する原子種の窒化物の間に約０．７％の差がある面心立方ＮａＣｌ構造に希土類窒化物が形成される。最初に希土類窒化物は１９６０年代に検討され、その時に技術開発は、希土類系列の化学的に似た要素を分離する際に直面する問題を克服した。希土類窒化物は、興味深い磁気および電子特性を有する。希土類窒化物は、典型的に１ｅＶのオーダーの光学バンドギャップを有し、ほとんど全て強磁性であり、成長条件に強く依存して系列全体にわたりそして抗電界で強く変化する磁性状態を有する。例えば、ＳｍＮは唯一の公知のほぼ零モーメントの強磁性半導体であり、非常に大きな抗電界を有し、ＧｄＮは約三桁小さい抗電界を有する。
【０００４】
希土類窒化物は、スピントロニクス、赤外線（ＩＲ）検知器、およびＩＩＩ族窒化物半導体化合物への接点など多用な用途において有望である。例えば、希土類窒化物は、スピンフィルタージョセフソン接合および電界効果トランジスタ構造の製造において使用されている。
【０００５】
また、希土類窒化物は、ＩＩＩ族窒化物半導体に対してエピタキシー適合性材料であり、例えば、光電子デバイスおよび高出力トランジスタの製造用に技術的に重要な種類の材料である。また、希土類窒化物の性質は、ＩＩＩ族窒化物の性質と相補的である。これらの２つの半導体を含むヘテロ接合は、多波長光デバイスおよびスピン発光ダイオードのために非常に魅力的な性質を有し得る。例えば、ＧｄＮ量子ドットは、ＧａＮトンネル接合の効果を高めることが示されている。
【０００６】
半絶縁性および絶縁性希土類窒化物層は、特に、任意選択によりＩＩＩ族窒化物と組合せて、例えば、スピントロニクス、電子および光電子デバイスの製造において有用であり得る。このような層は、例えば、このようなデバイスの漏れ電流または無線周波数性能の低下を回避する場合がある。
【０００７】
超高真空（ＵＨＶ）に基づいた方法、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、パルス化レーザー堆積法（ＰＬＤ）、およびＤＣ／ＲＦマグネトロンスパッタリングを使用して希土類窒化物の高品質エピタキシャル薄膜を成長させることができる。しかしながら、このような超高真空に基づいた方法は典型的に、室温で０．０５〜１０ｍΩ．ｃｍのオーダーの抵抗率および１０２０〜１０２２ｃｍ-３の範囲のバックグラウンド電子キャリア濃度に対応するｎ型残留ドーピング濃度（窒素空孔に起因し成長条件に依存する）を有する偶発的にドープされた薄膜をもたらす。
【０００８】
したがって、上記の不利な点を避ける或る方法に至ること、および／または一般利用者に有用な選択を少なくとも提供することが本発明の目的である。
【０００９】
本発明の他の目的は、例として与えられるにすぎない以下の説明から明らかになるであろう。
【００１０】
本明細書に含まれている文書、行為、材料、デバイス、物品等のいかなる考察も、本発明のために文脈を提供する目的のためにすぎない。これらの問題のいずれかまたは全てが先行技術の基礎の一部を形成するかまたは優先日の前にそれが存在するので本発明に関連する分野の共通の一般的情報であったことを認めるものとしてとられるべきではない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の態様において、本発明は、マグネシウムドープト希土類窒化物材料を提供し、そこで希土類窒化物が、窒化ランタン（ＬａＮ）、窒化プラセオジム（ＰｒＮ）、窒化ネオジム（ＮｄＮ）、窒化サマリウム（ＳｍＮ）、窒化ユウロピウム（ＥｕＮ）、窒化ガドリニウム（ＧｄＮ）、窒化テルビウム（ＴｂＮ）、窒化ジスプロシウム（ＤｙＮ）、窒化ホルミウム（ＨｏＮ）、窒化エルビウム（ＥｒＮ）、窒化ツリウム（ＴｍＮ）、窒化イッテルビウム（ＹｂＮ）、および窒化ルテチウム（ＬｕＮ）、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される。
【００１２】
第２の態様において、本発明は、
（ａ）マグネシウム供給源の存在下で希土類と窒素供給源とを組み合わせ、マグネシウムドープト希土類窒化物材料を堆積させる工程を含む、本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料を作製する方法を提供する。
【００１３】
第３の態様において、本発明は、第２の態様の方法によって作製される時のマグネシウムドープト希土類窒化物材料を提供する。
【００１４】
また、本発明は、第２の態様の方法によって得ることができるマグネシウムドープト希土類窒化物材料を提供する。
【００１５】
また、本発明は、本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料を含むデバイスを提供する。
【００１６】
また、本発明は一般的に、個々にまたは一括して適用の明細に言及されるかまたは示される部分、要素および特徴、ならびに任意の２つ以上の前記部分、要素または特徴の任意のまたは全ての組合せに存すると言われてもよく、そして本発明が関連する本技術分野に公知の同等物を有する特定の完全体が本明細書において言及される場合、このような公知の同等物は、あたかも個々に示されるかのように本明細書に組み込まれるとみなされる。
【００１７】
さらに、本発明の特徴または態様がマーカッシュグループを用いて説明される場合、本発明はまた、マーカッシュグループの任意の個々の要素または要素のサブグループを用いてそれによって説明されることを当業者は理解するであろう。
【００１８】
本明細書中で用いられるとき名詞の後の「（ｓ）」は、名詞の複数形および／または単数形を意味する。
【００１９】
本明細書中で用いられるとき用語「および／または」は、「および」または「または」または両方を意味する。
【００２０】
本明細書において使用されるとき用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、「〜の少なくとも一部に存する（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｉｎ  ｐａｒｔ  ｏｆ）」を意味する。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」を包含する本明細書中の各々の言明を解釈するとき、この用語によって導入される特徴以外の特徴もまた、存在していてもよい。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などの関連用語は同様に解釈されなければならない。
【００２１】
本明細書において使用されるとき用語「半絶縁性（ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ）」は、マグネシウムドープト希土類窒化物材料が室温で約１０３Ω．ｃｍ〜約１０１０Ω．ｃｍの間の抵抗率を有することを意味する。
【００２２】
本明細書において使用されるとき用語「絶縁性（ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ）」は、マグネシウムドープト希土類窒化物材料が室温で約１０１０Ω．ｃｍ超の抵抗率を有することを意味する。
【００２３】
本明細書に開示される数の範囲（例えば、１〜１０）への言及もまた、その範囲内の全ての有理数（例えば、１、１．１、２、３、３．９、４、５、６、６．５、７、８、９および１０）そしてまたその範囲内の有理数の任意の範囲（例えば、２〜８、１．５〜５．５および３．１〜４．７）への言及を包含することが意図され、したがって、本明細書に明白に開示される全ての範囲の全ての部分範囲がこれによって明白に開示される。これらは明確に意図されるものの例にすぎず、列挙される最小値と最高値との間の数値の全ての可能な組合せが同様な方法で本出願において明白に言明されると考えられなければならない。
【００２４】
本発明は一般的に上に定義された通りであるが、本発明はそれに限定されず、また、本発明は、以下の説明が例を示す実施形態を包含すると当業者は理解するであろう。
【００２５】
本発明は図を参照してここで説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】シリコン上に堆積されたＡｌＮ緩衝層を含むと共に、ＧａＮキャッピング層を有する、基材上のＭｇドープトＧｄＮの層の構造を示す断面走査電子顕微鏡画像である。
【図２】ＭｇドープトＧｄＮ層およびアンドープトＧｄＮ層の（１１１）Ｘ線ロッキング曲線を示す。
【図３】シリコン上に堆積されたＡｌＮ緩衝層を含むと共に、ＧａＮキャッピング層を有する、基材上のＭｇドープトＧｄＮ層の測定された二次イオン質量分析マグネシウムプロファイルを示す。
【図４ａ】ＭｇドープトＧｄＮ層の面内ゼロ磁場冷却磁化を示す。
【図４ｂ】ＭｇドープトＧｄＮ層の磁場依存磁化を示す。
【図５】電子キャリア濃度の関数としてＭｇドープトＧｄＮ層の抵抗率を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
公知の超高真空に基づいた方法を使用して半絶縁性および絶縁性希土類窒化物材料を成長させることは難しい。このような超高真空に基づいた方法は典型的に、エピタキシャルである時に室温で０．０５〜１０ｍΩ．ｃｍのオーダーの抵抗率および１０２０〜１０２２ｃｍ-３の範囲のバックグラウンド電子キャリア濃度に対応するｎ型残留ドーピング濃度（それは窒素空孔に起因し成長条件に依存する）を有する偶発的にドープされた薄い薄膜をもたらす。
【００２８】
しかしながら、本発明は、半絶縁性および絶縁性であるものもある、マグネシウムドープト希土類窒化物材料を提供する。また、本発明は、成長希土類窒化物材料にマグネシウム（アクセプタードーパント種であり、ドナー種を補償し、抵抗率を増加させる）をドープすることによってこのような材料を作製するための方法を提供する。本発明の方法は、ｎ型から半絶縁性および絶縁性までの希土類窒化物材料の導電率の制御を可能にする。
【００２９】
したがって、第１の態様において、本発明は、マグネシウムドープト希土類窒化物材料を提供し、そこで希土類窒化物が、窒化ランタン（ＬａＮ）、窒化プラセオジム（ＰｒＮ）、窒化ネオジム（ＮｄＮ）、窒化サマリウム（ＳｍＮ）、窒化ユウロピウム（ＥｕＮ）、窒化ガドリニウム（ＧｄＮ）、窒化テルビウム（ＴｂＮ）、窒化ジスプロシウム（ＤｙＮ）、窒化ホルミウム（ＨｏＮ）、窒化エルビウム（ＥｒＮ）、窒化ツリウム（ＴｍＮ）、窒化イッテルビウム（ＹｂＮ）、および窒化ルテチウム（ＬｕＮ）、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される。
【００３０】
また、本発明は、マグネシウムドープト希土類窒化物材料を提供し、そこで希土類窒化物が、ＬａＮ、ＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、ＹｂＮ、およびＬｕＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択され、そしてマグネシウムドープト希土類窒化物材料が、アンドープト希土類窒化物材料と比較して増加した抵抗率を有する。
【００３１】
また、本発明は、半絶縁性または絶縁マグネシウムドープト希土類窒化物材料を提供し、そこで希土類窒化物が、ＬａＮ、ＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、ＹｂＮ、およびＬｕＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される。
【００３２】
また、本発明は、少なくとも約２５Ω．ｃｍの抵抗率を有するマグネシウムドープト希土類窒化物材料を提供し、そこで希土類窒化物が、ＬａＮ、ＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、ＹｂＮ、およびＬｕＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される。
【００３３】
また、本発明は、少なくとも約１０３Ω．ｃｍの抵抗率を有するマグネシウムドープト希土類窒化物材料を提供し、そこで希土類窒化物が、ＬａＮ、ＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、ＹｂＮ、およびＬｕＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される。
【００３４】
また、本発明は、約１０３Ω．ｃｍ〜約１０１０Ω．ｃｍの間の抵抗率を有するマグネシウムドープト希土類窒化物材料を提供し、そこで希土類窒化物が、ＬａＮ、ＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、ＹｂＮ、およびＬｕＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される。
【００３５】
また、本発明は、少なくとも約１０１０Ω．ｃｍの抵抗率を有するマグネシウムドープト希土類窒化物材料を提供し、そこで希土類窒化物が、ＬａＮ、ＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、ＹｂＮ、およびＬｕＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される。
【００３６】
いくつかの実施形態において、本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料が少なくとも約５×１０３Ω．ｃｍの抵抗率を有する。いくつかの実施形態において、本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料が少なくとも約１０４Ω．ｃｍの抵抗率を有する。
【００３７】
対照的に、アンドープトＧｄＮは典型的に約２×１０−３Ω．ｃｍの抵抗率を有する。
【００３８】
いくつかの実施形態において、希土類窒化物が、ＬａＮ、ＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、ＹｂＮ、およびＬｕＮからなる群から選択される。
【００３９】
いくつかの実施形態において、希土類窒化物が、ＬａＮ、ＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、およびＬｕＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される。
【００４０】
いくつかの実施形態において、希土類窒化物が、ＬａＮ、ＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、およびＬｕＮからなる群から選択される。
【００４１】
いくつかの実施形態において、希土類窒化物が、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＹｂＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される。
【００４２】
いくつかの実施形態において、希土類窒化物が、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＹｂＮからなる群から選択される。
【００４３】
いくつかの実施形態において、希土類窒化物が、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、およびＥｒＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される。
【００４４】
いくつかの実施形態において、希土類窒化物が、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、およびＥｒＮからなる群から選択される。
【００４５】
いくつかの実施形態において、希土類窒化物が希土類窒化物合金である。いくつかの実施形態において、希土類窒化物合金が、（Ｓｍ，Ｇｄ）Ｎ、（Ｇｄ，Ｈｏ）Ｎ、および（Ｇｄ，Ｄｙ）Ｎからなる群から選択される。いくつかの実施形態において、希土類窒化物合金が（Ｓｍ，Ｇｄ）Ｎである。いくつかの実施形態において、希土類窒化物合金が（Ｇｄ，Ｈｏ）Ｎである。いくつかの実施形態において、希土類窒化物合金が（Ｇｄ，Ｄｙ）Ｎである。
【００４６】
いくつかの実施形態において、希土類窒化物がＧｄＮである。
【００４７】
驚くべきことに、マグネシウムは、希土類窒化物中の残留ドナー種（すなわち、窒素空孔）を補償し、いくつかの実施形態において、少なくとも半絶縁性である希土類窒化物材料を製造するのに有効であることがわかった。
【００４８】
いくつかの実施形態において、本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料がマグネシウムを約１０１８〜１０２１原子／ｃｍ３で含む。いくつかの実施形態において、本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料がマグネシウムを約１０１８〜５×１０２０原子／ｃｍ３で含む。いくつかの実施形態において、本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料がマグネシウムを約１０１９〜５×１０２０原子／ｃｍ３で含む。
【００４９】
しかしながら、本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料が、１つまたは複数の付加的なドーパントをさらに含んでもよい。一般的に、本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料が、付加的なドーパントまたは他の不純物を約１０２１原子／ｃｍ３未満で含む。いくつかの実施形態において、本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料が、付加的なドーパントまたは他の不純物を約１０２０原子／ｃｍ３未満で含む。いくつかの実施形態において、本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料が、付加的なドーパントまたは他の不純物を約１０１９原子／ｃｍ３未満で含む。
【００５０】
いくつかの実施形態において、マグネシウムドープト希土類窒化物材料が薄い薄膜である。
【００５１】
いくつかの実施形態において、薄膜の厚さが約１〜２０００ｎｍである。いくつかの実施形態において、薄膜の厚さが約５〜２０００ｎｍである。いくつかの実施形態において、薄膜の厚さが約１〜１０００ｎｍである。いくつかの実施形態において、薄膜の厚さが約５〜１０００ｎｍである。いくつかの実施形態において、薄膜の厚さが約１０〜２００ｎｍである。
【００５２】
有利には、本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料が、アンドープト希土類窒化物材料と比較して増加した抵抗率を有する。しかしながら、マグネシウムドープト希土類窒化物材料の磁性は一般的に、アンドープト希土類窒化物材料の磁性と実質的に異なっていない。
【００５３】
マグネシウムドープト希土類窒化物材料の磁性は、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）などの公知の技術および計器装備を使用して測定され得る。いくつかの実施形態において、マグネシウムドープト希土類窒化物材料は約５０Ｋ未満、好ましくは約７０Ｋ未満の強磁性である。
【００５４】
さらに、マグネシウムドープト希土類窒化物材料の構造特性は一般的に、アンドープト希土類窒化物材料の構造特性と実質的に異なっていない。
【００５５】
マグネシウムドープト希土類窒化物材料の構造特性は、公知の技術および計器装備、例えばＸ線回折（ＸＲＤ）測定を使用して測定され得る。いくつかの実施形態において、マグネシウムドープト希土類窒化物材料は、アンドープト希土類窒化物と実質的に同じＸＲＤ測定値を有する。
【００５６】
いくつかの実施形態において、マグネシウムドープト希土類窒化物材料が基材上の薄い薄膜を含む。
【００５７】
適した基材は、マグネシウムドープト希土類窒化物材料と非反応性であり、マグネシウムドープト希土類窒化物材料を作製するために使用される加工条件の間安定している。
【００５８】
いくつかの実施形態において、基材が導体である。他の実施形態において、基材が半導体である。他の実施形態において、基材が絶縁体である。
【００５９】
いくつかの実施形態において、基材が結晶質であるが、本発明はそれに限定されない。
【００６０】
いくつかの実施形態において、マグネシウムドープト希土類窒化物材料が基材とエピタキシャルである。他の実施形態において、マグネシウムドープト希土類窒化物材料が多結晶質である。
【００６１】
いくつかの実施形態において、基材がＡｌＮ、ＧａＮまたは（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ合金である。
【００６２】
他の適した基材には、限定されないが、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）およびＭｇＯなどが含まれる。
【００６３】
さらに適した基材には、限定されないが、Ａｌ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｇｄ、Ｍｇ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＧａＡｓ、およびＭｇＦ２などが含まれる。
【００６４】
適した基材は複数層構造材料をも含有する。例えば、複数層構造基材は、マグネシウムドープト希土類窒化物材料と接触している緩衝層を含んでもよい。
【００６５】
いくつかの実施形態において、複数層構造材料が、アンドープト希土類窒化物の緩衝層を含む。
【００６６】
いくつかの実施形態において、基材が、任意選択によりＡｌＮまたはＧａＮの緩衝層と共にＳｉまたはＡｌ２Ｏ３を含む。他の実施形態において、緩衝層が（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ合金である。
【００６７】
いくつかの実施形態において、基材が、（１１１）面に沿って配向された脱酸シリコン（ｄｅｏｘｉｄｉｚｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ）を含む。いくつかの実施形態において、基材が、エピタキシャルＡｌＮ緩衝層と共に（１１１）面に沿って配向された脱酸シリコンを含む。
【００６８】
いくつかの実施形態において、マグネシウムドープト希土類窒化物材料がキャップされる。
【００６９】
空気中でそれらが分解するために、基材上の希土類窒化物の薄い薄膜は一般的に、周囲大気との反応を避けるために有効キャッピング層で不動態化される。
【００７０】
適したキャッピング層は、マグネシウムドープト希土類窒化物材料と非反応性である。
【００７１】
キャッピング層は、多結晶質、または非晶質のマグネシウムドープト希土類窒化物材料とエピタキシャルであってもよい。
【００７２】
いくつかの実施形態において、キャッピング層が導体である。他の実施形態において、キャッピング層が半導体である。他の実施形態において、キャッピング層が絶縁体である。
【００７３】
キャッピング層のための適した材料には、限定されないが、Ａｌ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｇｄ、Ｍｇ、ＴａＮ、ＮｂＮ、Ｓｉ、ＹＳＺ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ合金、およびＭｇＦ２などが含まれる。
【００７４】
いくつかの実施形態において、キャッピング層がＡｌＮ、ＧａＮ、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ合金、およびＳｉから選択される。
【００７５】
いくつかの実施形態において、キャッピング層がＡｌＮおよびＧａＮから選択される。有利には、ＡｌＮおよびＧａＮは透明であり、光学測定を可能にする。ＡｌＮおよびＧａＮの他の利点には、それらの成長の容易性および経時的な良好な化学安定性などが含まれる。
【００７６】
いくつかの実施形態において、キャッピング層がＧａＮである。
【００７７】
マグネシウムドープト希土類窒化物材料は、マグネシウム原子の存在下で希土類窒化物を成長させることによって作製されてもよい。しかしながら、本発明はそれに限定されず、マグネシウムドープト希土類窒化物材料は、限定されないが注入および拡散方法などの当業者に公知の他の方法によって作製されてもよい。
【００７８】
したがって、第２の態様において、本発明は、
（ａ）マグネシウム供給源の存在下で希土類と窒素供給源とを組み合わせ、マグネシウムドープト希土類窒化物材料を堆積させる工程を含む、本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料を作製する方法を提供する。
【００７９】
いくつかの実施形態において、マグネシウムドープト希土類窒化物材料が基材上に堆積される。適した基材が上に考察される。
【００８０】
したがって、いくつかの実施形態において、本発明は、
（ａ）マグネシウム供給源の存在下で希土類と窒素供給源とを組み合わせ、マグネシウムドープト希土類窒化物材料を基材上に堆積させる工程を含む、本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料を作製する方法を提供する。
【００８１】
いくつかの実施形態において、方法は、
（ｂ）工程（ａ）において堆積されたマグネシウムドープト希土類窒化物上にキャッピング層を堆積させる工程をさらに含む。
【００８２】
適したキャッピング層が上に考察される。
【００８３】
マグネシウムドープト希土類窒化物材料、および任意選択のキャッピング層が、当業者に公知の超高真空技術を使用して堆積され得る。適した技術には、限定されないが、パルス化レーザー堆積（ＰＬＤ）およびＤＣ／ＲＦマグネトロンスパッタリングなどの物理的蒸着（ＰＶＤ）、熱的蒸発、および分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などが含まれる。限定されないが金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）などの他の技術もまた使用されてもよい。
【００８４】
いくつかの実施形態において、マグネシウムドープト希土類窒化物材料および任意選択のキャッピング層が分子線エピタキシーによって順次に堆積される。これらの実施形態のいくつかにおいて、反射高エネルギー電子回折（ＲＨＥＥＤ）が層の成長をモニタするために使用される。
【００８５】
ＭＢＥ装置のベース圧力は典型的に約１０−８トール以下である。
【００８６】
マグネシウム供給源は、成長表面に気体マグネシウム原子を提供することができるマグネシウム含有物質である。いくつかの実施形態において、マグネシウム供給源はマグネシウムである。
【００８７】
マグネシウムドープト希土類窒化物材料がＭＢＥによって堆積されるそれらの実施形態において、マグネシウム供給源は、堆積中に蒸発される、固体マグネシウムを含有するエフュージョンセルであり得る。
【００８８】
同様に、希土類は、堆積中に蒸発される、固体希土類を含有するエフュージョンセルなどの希土類元素の供給源から提供され得る。
【００８９】
マグネシウムドープト希土類窒化物材料中のドーピング量は、マグネシウムおよび希土類の蒸発の相対的速度を制御することによって制御され得ることを当業者は理解するであろう。
【００９０】
窒素供給源が、成長表面に反応性窒素原子を提供する。いくつかの実施形態において、窒素供給源が、高純度分子窒素、アンモニア、および活性窒素の供給源、例えば窒素プラズマまたはイオン化窒素、またはそれらの任意の２つ以上の混合物からなる群から選択される。
【００９１】
いくつかの実施形態において、窒素供給源が、高純度分子窒素、アンモニア、および活性窒素の供給源、例えば窒素プラズマまたはイオン化窒素からなる群から選択される。
【００９２】
いくつかの実施形態において、窒素供給源がアンモニアである。
【００９３】
窒素供給源フラックスは典型的に、希土類フラックスよりも少なくとも１００倍大きい。窒素供給源フラックスの、希土類フラックスに対する比が約１００より小さい場合、得られた薄膜は、窒素空孔によって濃くドープされる可能性が高い。
【００９４】
マグネシウムドープト希土類窒化物材料が分子線エピタキシーによって堆積されるいくつかの実施形態において、窒素供給源の分圧またはビーム等価圧力（ＢＥＰ）が約１０−５〜１０−３トール、好ましくは約１０−５〜１０−４トールである。
【００９５】
いくつかの実施形態において、窒素供給源のビーム等価圧力が約１．９×１０−５トールである。
【００９６】
いくつかの実施形態において、希土類のビーム等価圧力が約１０−８〜１０−７トールである。
【００９７】
いくつかの実施形態において、希土類のビーム等価圧力が約５×１０−８トールである。
【００９８】
いくつかの実施形態において、マグネシウムのビーム等価圧力が約１０−９〜５×１０−６トール、好ましくは約１０−９〜５×１０−７トールである。
【００９９】
マグネシウムドープト希土類窒化物材料が典型的に、約０．０１〜１ｎｍ／秒の速度で堆積される。いくつかの実施形態において、マグネシウムドープト希土類窒化物材料が約０．０１〜０．５ｎｍ／秒の速度で堆積される。いくつかの実施形態において、マグネシウムドープト希土類窒化物材料が約０．０１〜０．１５ｎｍ／秒の速度で堆積される。いくつかの実施形態において、マグネシウムドープト希土類窒化物材料が約０．０１〜０．１ｎｍ／秒の速度で堆積される。
【０１００】
いくつかの実施形態において、マグネシウムドープト希土類窒化物材料が周囲温度または高温で堆積される。
【０１０１】
マグネシウムドープト希土類窒化物材料は一般的に、材料が、それが上に堆積される基材とエピタキシャルであることが望ましい場合、高温で堆積される。
【０１０２】
したがって、いくつかの実施形態において、マグネシウムドープト希土類窒化物材料が約５００〜９００℃の温度で堆積される。いくつかの実施形態において、マグネシウムドープト希土類窒化物材料が約５００〜７５０℃の温度で堆積される。
【０１０３】
しかしながら、マグネシウムドープト希土類窒化物材料は、特に多結晶質が望ましい場合、上記の温度よりも低い温度、またはさらに周囲温度で堆積されてもよい。マグネシウムドープト希土類窒化物材料をより低い温度で堆積させることによって典型的に、より少ない窒素空孔をもたらす。
【０１０４】
堆積中の温度は、光高温計、または本技術分野に公知の他の適した装置、例えば熱電対によって測定されるのが便利である場合がある。
【０１０５】
いくつかの実施形態において、２つ以上の稀土類元素が、上に記載したような、窒素供給源およびマグネシウム供給源の存在下で同時に蒸発され、希土類窒化物が合金である本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料を提供する。
【０１０６】
同様に、基材および／またはキャッピング層がＩＩＩ族窒化物を含むそれらの実施形態において、ＩＩＩ族窒化物の合金もまた考えられる。
【０１０７】
マグネシウムドープト希土類窒化物材料を堆積する間に１つまたは複数のドーパントが導入されてもよいことを当業者は理解するであろう。このようなドーパントは、得られたマグネシウムドープト希土類窒化物材料の磁気および／または電気的性質を変えることができる。
【０１０８】
第３の態様において、本発明は、第２の態様の方法によって作製される時のマグネシウムドープト希土類窒化物材料を提供する。
【０１０９】
また、本発明は、第２の態様の方法によって得ることができるマグネシウムドープト希土類窒化物材料を提供する。
【０１１０】
本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料は、例えば、スピントロニクス、電子デバイスおよび光電子デバイスの製造において有用である場合がある。
【０１１１】
したがって、また、本発明は、本発明のマグネシウムドープト希土類窒化物材料を含むデバイスを提供する。
【０１１２】
以下の非限定的な実施例が本発明を説明するために提供されるが、決してそれらの範囲を限定しない。
【実施例】
【０１１３】
マグネシウムがドープされた窒化ガドリニウム薄膜（ＭｇドープトＧｄＮ）を従来のＡｌ、Ｇａ、ＭｇおよびＧｄ蒸発セルを備えた分子線エピタキシー装置内で成長させた。受け取られただけのＡｌ、Ｇａ、ＭｇおよびＧｄ固体装入物の純度はそれぞれ６Ｎ５、７Ｎ５、５Ｎおよび３Ｎであった。アンモニア（ＮＨ３）を成長表面上で熱活性化分解することによって原子窒素種が製造された。ＮＨ３の純度は６Ｎ５であった。ＭｇドープトＧｄＮの成長前に、厚さ１００ｎｍのＡｌＮ緩衝層を（１１１）面に沿って配向された脱酸シリコン基材上に成長させた。
【０１１４】
ＮＨ３およびＧｄについてそれぞれ１．９×１０−５トールおよび５×１０−８トールのビーム等価圧力（ＢＥＰ）を使用してＭｇドープトＧｄＮ薄膜が６５０℃の基材温度で成長させられ、約０．１２±０．０１μｍ／ｈの成長速度となった。マグネシウムのビーム等価圧力は典型的に、１０−９〜５×１０−７トールの範囲であった。
【０１１５】
ＭｇドープトＧｄＮ薄膜の厚さは、１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲であった。ＭｇドープトＧｄＮ層を厚さ６０ｎｍのＧａＮ層でキャップし、空気中での分解を防いだ。
【０１１６】
上に記載した条件下で成長したアンドープトＧｄＮ薄膜は室温で約２×１０−３Ω．ｃｍの抵抗率を有したが、他方、ＧｄＮ層にＭｇを導入することによってより高い抵抗率をもたらした。約１×１０１９原子／ｃｍ３および約５×１０１９原子／ｃｍ３のＭｇ濃度を有するＭｇドープトＧｄＮ層は、それぞれ約２５Ω．ｃｍおよび１０４Ω．ｃｍ超の抵抗率を有した。
【０１１７】
特に断りがない限り、抵抗率は、ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｕｗ幾何学配置を使用して室温で測定された。
【０１１８】
上に記載した条件下で成長したアンドープトＧｄＮ薄膜の抵抗率は、４Ｋで約１．７×１０−３Ω．ｃｍである。約１×１０１９原子／ｃｍ３および約５×１０１９原子／ｃｍ３のＭｇ濃度を有するＭｇドープトＧｄＮ層は、それぞれ、４Ｋでの抵抗率が約４Ω．ｃｍおよび１０４Ω．ｃｍ超であった。
【０１１９】
図１は、シリコン上に堆積された厚さ１０６ｎｍのＡｌＮ緩衝層を含むと共に、厚さ６４ｎｍのＧａＮキャッピング層を有する、基材上のＭｇドープトＧｄＮの厚さ１４０ｎｍの層の構造を示す断面走査電子顕微鏡画像である。
【０１２０】
ＭｇドープトＧｄＮ層の結晶秩序／特質は、同じ条件下で成長したアンドープトＧｄＮ層の結晶秩序／特質と同等である。図２は、６５０℃で成長した５×１０１９Ｍｇ原子／ｃｍ３の濃度を有する厚さ１４０ｎｍのＭｇドープトＧｄＮ層についての（１１１）Ｘ線ロッキング曲線半値全幅（ＦＷＨＭ）が、アンドープトＧｄＮ層についての半値全幅と同等であることを示す。
【０１２１】
図３は、シリコン上に堆積されたＡｌＮ緩衝層を含むと共に、ＧａＮキャッピング層を有する、基材上のＭｇドープトＧｄＮ層の測定された二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）マグネシウムプロファイルを示す。マグネシウムの原子濃度は約１×１０１９原子／ｃｍ３である。
【０１２２】
図４に示される磁化曲線は、ＭｇドープトＧｄＮ層の磁性がアンドープトＧｄＮ層の磁性と実質的に同じであることを裏づける。図４（ａ）は、ＳＩＭＳによって測定された時に約５×１０１９原子／ｃｍ３のＭｇ濃度を有する厚さ１４０ｎｍのＭｇドープトＧｄＮ層の２５０Ｏｅの印加電界下での面内ゼロ磁場冷却（ＺＦＣ）磁化を示す。キューリー温度は、アンドープトＧｄＮ薄膜の通りに約７０Ｋである。図４（ｂ）は、ＳＩＭＳによって測定される時に約５×１０１９原子／ｃｍ３のＭｇ濃度を有する厚さ１４０ｎｍのＭｇドープトＧｄＮ層の５Ｋでの磁場依存磁化を示す。磁気モーメントは、アンドープトＧｄＮ薄膜の通りに約７ボーア磁子／ガドリニウムイオンであり抗電界が約１００Ｏｅである。
【０１２３】
抵抗率およびホール効果の測定が、様々なＭｇ濃度を有するＭｇドープトＧｄＮ薄膜上で室温で行なわれた。図５は、電子キャリア濃度の関数として厚さ１００ｎｍのＭｇドープトＧｄＮ層の抵抗率を示す。室温での抵抗率は、５桁にわたって電子密度に反比例して変化する。例えば、アンドープトＧｄＮ層は、約０．００２Ω．ｃｍの抵抗率および６．９×１０２０ｃｍ-３の電子キャリア濃度を有するが、他方、約５×１０１９原子／ｃｍ３のＭｇ濃度を有するＭｇドープトＧｄＮ層は約１０４Ω．ｃｍの抵抗率および６．６×１０１５ｃｍ-３の電子キャリア濃度を有する。
【０１２４】
本発明の様々な箇条は以下の箇条によって説明される：
１．  希土類窒化物が、窒化ランタン（ＬａＮ）、窒化プラセオジム（ＰｒＮ）、窒化ネオジム（ＮｄＮ）、窒化サマリウム（ＳｍＮ）、窒化ユウロピウム（ＥｕＮ）、窒化ガドリニウム（ＧｄＮ）、窒化テルビウム（ＴｂＮ）、窒化ジスプロシウム（ＤｙＮ）、窒化ホルミウム（ＨｏＮ）、窒化エルビウム（ＥｒＮ）、窒化ツリウム（ＴｍＮ）、窒化イッテルビウム（ＹｂＮ）、および窒化ルテチウム（ＬｕＮ）、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される、マグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１２５】
２．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が、アンドープト希土類窒化物材料と比較して増加した抵抗率を有する、箇条１のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１２６】
３．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が少なくとも約２５Ω．ｃｍの抵抗率を有する、箇条１または２のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１２７】
４．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が少なくとも約１０３Ω．ｃｍの抵抗率を有する、箇条１〜３のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１２８】
５．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が、約１０３Ω．ｃｍ〜約１０１０Ω．ｃｍの間の抵抗率を有する、箇条１〜４のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１２９】
６．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が少なくとも約１０１０Ω．ｃｍの抵抗率を有する、箇条１〜４のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１３０】
７．  希土類窒化物が、ＬａＮ、ＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、およびＬｕＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される、箇条１〜６のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１３１】
８．  希土類窒化物が、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＹｂＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される、箇条１〜６のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１３２】
９．  希土類窒化物が、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、およびＥｒＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される、箇条１〜８のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１３３】
１０．  希土類窒化物が、ＬａＮ、ＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、およびＬｕＮからなる群から選択される、箇条１〜７のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１３４】
１１．  希土類窒化物が、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＹｂＮからなる群から選択される、箇条１〜６および８のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１３５】
１２．  希土類窒化物が、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、およびＥｒＮからなる群から選択される、箇条１〜１１のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１３６】
１３．  希土類窒化物がＧｄＮである、箇条１〜１２のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１３７】
１４．  希土類窒化物が希土類窒化物合金である、箇条１〜９のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１３８】
１５．  希土類窒化物合金が、（Ｓｍ，Ｇｄ）Ｎ、（Ｇｄ，Ｈｏ）Ｎ、および（Ｇｄ，Ｄｙ）Ｎからなる群から選択される、箇条１４のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１３９】
１６．  マグネシウムを約１０１８〜１０２１原子／ｃｍ３で含む、箇条１〜１５のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１４０】
１７．  １つまたは複数の付加的なドーパントをさらに含む、箇条１〜１６のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１４１】
１８．  付加的なドーパントまたは他の不純物を約１０２１原子／ｃｍ３未満で含む、箇条１〜１７のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１４２】
１９．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が約５０Ｋ未満の強磁性である、箇条１〜１８のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１４３】
２０．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が約７０Ｋ未満の強磁性である、箇条１〜１９のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１４４】
２１．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が、アンドープト希土類窒化物と実質的に同じＸＲＤ測定値を有する、箇条１〜２０のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１４５】
２２．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が薄い薄膜である、箇条１〜２１のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１４６】
２３．  薄膜の厚さが約１〜２０００ｎｍである、箇条２２のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１４７】
２４．  薄い薄膜が基材上にある、箇条２２または２３のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１４８】
２５．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が基材とエピタキシャルである、箇条２４のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１４９】
２６．  基材が、マグネシウムドープト希土類窒化物材料と接触している緩衝層を含む、箇条２４または２５のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１５０】
２７．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料がキャップされる、箇条１〜２６のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１５１】
２８．  キャッピング層がマグネシウムドープト希土類窒化物材料とエピタキシャルである、箇条２７のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１５２】
２９．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料を作製する方法であって、希土類窒化物が、窒化ランタン（ＬａＮ）、窒化プラセオジム（ＰｒＮ）、窒化ネオジム（ＮｄＮ）、窒化サマリウム（ＳｍＮ）、窒化ユウロピウム（ＥｕＮ）、窒化ガドリニウム（ＧｄＮ）、窒化テルビウム（ＴｂＮ）、窒化ジスプロシウム（ＤｙＮ）、窒化ホルミウム（ＨｏＮ）、窒化エルビウム（ＥｒＮ）、窒化ツリウム（ＴｍＮ）、窒化イッテルビウム（ＹｂＮ）、および窒化ルテチウム（ＬｕＮ）、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択され、方法が、
（ａ）マグネシウム供給源の存在下で希土類と窒素供給源とを組み合わせ、マグネシウムドープト希土類窒化物材料を堆積させる工程を含む、方法。
【０１５３】
３０．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が、アンドープト希土類窒化物材料と比較して増加した抵抗率を有する、箇条２９の方法。
【０１５４】
３１．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が少なくとも約２５Ω．ｃｍの抵抗率を有する、箇条２９または３０の方法。
【０１５５】
３２．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が少なくとも約１０３Ω．ｃｍの抵抗率を有する、箇条２９〜３１の方法。
【０１５６】
３３．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が、約１０３Ω．ｃｍ〜約１０１０Ω．ｃｍの間の抵抗率を有する、箇条２９〜３２の方法。
【０１５７】
３４．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が少なくとも約１０１０Ω．ｃｍの抵抗率を有する、箇条２９〜３２の方法。
【０１５８】
３５．  希土類窒化物が、ＬａＮ、ＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、およびＬｕＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される、箇条２９〜３４の方法。
【０１５９】
３６．  希土類窒化物が、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＹｂＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される、箇条２９〜３４の方法。
【０１６０】
３７．  希土類窒化物が、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、およびＥｒＮ、ならびにそれらの任意の２つ以上の合金からなる群から選択される、箇条２９〜３６の方法。
【０１６１】
３８．  希土類窒化物が、ＬａＮ、ＰｒＮ、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＴｂＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、ＴｍＮ、およびＬｕＮからなる群から選択される、箇条２９〜３５の方法。
【０１６２】
３９．  希土類窒化物が、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＥｕＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、ＥｒＮ、およびＹｂＮからなる群から選択される、箇条２９〜３４および３６の方法。
【０１６３】
４０．  希土類窒化物が、ＮｄＮ、ＳｍＮ、ＧｄＮ、ＤｙＮ、ＨｏＮ、およびＥｒＮからなる群から選択される、箇条２９〜３９の方法。
【０１６４】
４１．  希土類窒化物がＧｄＮである、箇条２９〜４０の方法。
【０１６５】
４２．  希土類窒化物が希土類窒化物合金である、箇条２９〜３７の方法。
【０１６６】
４３．  希土類窒化物合金が、（Ｓｍ，Ｇｄ）Ｎ、（Ｇｄ，Ｈｏ）Ｎ、および（Ｇｄ，Ｄｙ）Ｎからなる群から選択される、箇条４２の方法。
【０１６７】
４４．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料がマグネシウムを約１０１８〜１０２１原子／ｃｍ３で含む、箇条２９〜４３の方法。
【０１６８】
４５．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が、１つまたは複数の付加的なドーパントをさらに含む、箇条２９〜４４の方法。
【０１６９】
４６．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が付加的なドーパントまたは他の不純物を約１０２１原子／ｃｍ３未満で含む、箇条２９〜４５の方法。
【０１７０】
４７．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が約５０Ｋ未満の強磁性である、箇条２９〜４６の方法。
【０１７１】
４８．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が約７０Ｋ未満の強磁性である、箇条２９〜４７の方法。
【０１７２】
４９．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が、アンドープト希土類窒化物と実質的に同じＸＲＤ測定値を有する、箇条２９〜４８の方法。
【０１７３】
５０．  （ａ）マグネシウム供給源の存在下で希土類と窒素供給源とを組み合わせ、マグネシウムドープト希土類窒化物材料を堆積させる工程を含む、箇条１〜２３のマグネシウムドープト希土類窒化物材料を作製する方法。
【０１７４】
５１．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が基材上に堆積される、箇条２９〜５０の方法。
【０１７５】
５２．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が基材とエピタキシャルである、箇条５１の方法。
【０１７６】
５３．  （ｂ）工程（ａ）において堆積されたマグネシウムドープト希土類窒化物上にキャッピング層を堆積させる工程をさらに含む、箇条２９〜５２の方法。
【０１７７】
５４．  キャッピング層がマグネシウムドープト希土類窒化物材料とエピタキシャルである、箇条５３の方法。
【０１７８】
５５．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が、超高真空技術を使用して堆積される、箇条２９〜５４の方法。
【０１７９】
５６．  超高真空技術が、物理的蒸着（ＰＶＤ）、パルス化レーザー堆積（ＰＬＤ）、ＤＣ／ＲＦマグネトロンスパッタリング、熱的蒸発、および分子線エピタキシー（ＭＢＥ）からなる群から選択される、箇条５５の方法。
【０１８０】
５７．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料がＭＢＥによって堆積される、箇条２９〜５６の方法。
【０１８１】
５８．  マグネシウム供給源がマグネシウムである、箇条２９〜５７の方法。
【０１８２】
５９．  窒素供給源が、高純度分子窒素、アンモニア、および活性窒素の供給源、またはそれらの任意の２つ以上の混合物からなる群から選択される、箇条２９〜５８の方法。
【０１８３】
６０．  活性窒素の供給源が窒素プラズマまたはイオン化窒素である、箇条５９の方法。
【０１８４】
６１．  窒素供給源がアンモニアである、箇条２９〜５９の方法。
【０１８５】
６２．  窒素供給源フラックスが、希土類フラックスよりも少なくとも１００倍大きい、箇条２９〜６１の方法。
【０１８６】
６３．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料がＭＢＥによって堆積され、窒素供給源の分圧またはビーム等価圧力（ＢＥＰ）が約１０−５〜１０−３トールである、箇条２９〜６２の方法。
【０１８７】
６４．  希土類のビーム等価圧力が約１０−８〜１０−７トールである、箇条６３の方法。
【０１８８】
６５．  マグネシウムのビーム等価圧力が約１０−９〜５×１０−６トールである、箇条６３または６４の方法。
【０１８９】
６６．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が約０．０１〜１ｎｍ／秒の速度で堆積される、箇条２９〜６５の方法。
【０１９０】
６７．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が周囲温度または高温で堆積される、箇条２９〜６６の方法。
【０１９１】
６８．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が約５００〜９００℃の温度で堆積される、箇条２９〜６７の方法。
【０１９２】
６９．  マグネシウムドープト希土類窒化物材料が約５００〜７５０℃の温度で堆積される、箇条２９〜６８の方法。
【０１９３】
７０．  箇条２９〜６９の方法によって作製される時のマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１９４】
７１．  箇条２９〜６９の方法によって得ることができるマグネシウムドープト希土類窒化物材料。
【０１９５】
７２．  箇条１〜２８、７０および７１のマグネシウムドープト希土類窒化物材料を含むデバイス。
【０１９６】
本発明の範囲を上記の実施例だけに限定することを意図しない。当業者によって理解されるように、添付した特許請求の範囲に示される本発明の範囲から逸脱せずに多くの変型が可能である。
【図１】
0006618481.tif 000002
【図２】
0006618481.tif 000003
【図３】
0006618481.tif 000004
【図４】
0006618481.tif 000005
【図５】
0006618481.tif 000006