(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基材上に、III−Ｖ族化合物半導体下地層を形成した後 、このIII−Ｖ族化合物半導体下地層上に、ＭＢＥ法によりＣｒＳｂをエピタキシャル成長させて、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するＣｒＳｂを作製することを特徴とする、閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの製造方法。
【請求項２】
前記III−Ｖ族化合物半導体下地層の厚さが、２〜１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載の閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの製造方法。
【請求項３】
前記III−Ｖ族化合物半導体下地層は、ＡｌXＧａ1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの製造方法。
【請求項４】
前記III−Ｖ族化合物半導体下地層は、ＡｌXＧａ1-XＳｂ（０≦Ｘ≦１）からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの製造方法。
【請求項５】
前記ＣｒＳｂのエピタキシャル成長温度が、２５０℃〜４００℃であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの製造方法。
【請求項６】
前記ＣｒＳｂのエピタキシャル成長速度が、３〜５０ｎｍ／分であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの製造方法。
【請求項７】
前記閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するＣｒＳｂの強磁性遷移温度が４００Ｋ以上であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの製造方法。
【請求項８】
前記基材と前記III−Ｖ族化合物半導体下地層との間に、III−Ｖ族化合物半導体バッファ層を設けることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの製造方法。
【請求項９】
前記III−Ｖ族化合物半導体バッファ層は、２以上のIII−Ｖ族化合物半導体層から構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの製造方法。
【請求項１０】
所定の基材と、この基材上に形成されたIII−Ｖ族化合物半導体下地層と、この下地層上に形成された閃亜鉛鉱型のＣｒＳｂ層とを具えることを特徴とする、多層膜構造。
【請求項１１】
前記III−Ｖ族化合物半導体下地層の厚さが、２〜１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１０に記載の多層膜構造。
【請求項１２】
前記III−Ｖ族化合物半導体下地層は、ＡｌXＧａ1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）からなることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の多層膜構造。
【請求項１３】
前記III−Ｖ族化合物半導体下地層は、ＡｌXＧａ1-XＳｂ（０≦Ｘ≦１）からなることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の多層膜構造。
【請求項１４】
前記閃亜鉛鉱型のＣｒＳｂ層をなすＣｒＳｂの強磁性遷移温度が４００Ｋ以上であることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一に記載の多層膜構造。
【請求項１５】
前記基材と前記III−Ｖ族化合物半導体下地層との間に、III−Ｖ族化合物半導体バッファ層を有することを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一に記載の多層膜構造。
【請求項１６】
前記III−Ｖ族化合物半導体バッファ層は、２以上のIII−Ｖ族化合物半導体層から構成されていることを特徴とする、請求項１５に記載の多層膜構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの製造方法、並びに前記閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂを強磁性層として含む多層膜構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分子線エピタキシー（ＭＢＥ法）などの結晶成長技術の発展により、半導体中への異種金属元素を高濃度でドーピングすることが可能となった。特に磁性原子を半導体に導入することにより、磁気的機能を有する半導体の開発が盛んに研究されつつある。
また、半導体上に強磁性体薄膜をエピタキシャル成長させることができれば、従来の半導体エレクトロニクス技術と強磁性体の有する性質とを組み合わせて、従来にない優れた性能を有する複合デバイスが期待できる。
【０００３】
ＣｒＳｂは、上述した新規なデバイスの強磁性体部分を構成する材料として期待されている。しかしながら、通常のエピタキシャル成長技術を用いた場合、ＮｉＡｓ型の結晶構造を有するＣｒＳｂしか得ることができなかった。このようなＮｉＡｓ型結晶構造のＣｒＳｂは、室温において反強磁性の性質を呈する。また、
ＣｒＳｂ／Ｓｂ超格子などを作製して、ＣｒＳｂ中に強磁性的な性質を発現させる試みもなされているが、室温において強磁性的な性質を発現させるには至っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、室温で強磁性を示す閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの有利な製造方法を、この閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂを強磁性層として含む多層膜構造と共に提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所定の基材上に、III−Ｖ族化合物半導体下地層を形成し た後、このIII−Ｖ族化合物半導体下地層上に、ＭＢＥ法によりＣｒＳｂをエ ピタキシャル成長させて、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するＣｒＳｂを作製することを特徴とする、閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの製造方法に関する。
【０００７】
本発明者らは、室温で強磁性を示すＣｒＳｂを得るべく鋭意検討を実施した。その結果、上述した本発明の製造方法に従って、所定の基材上にIII−Ｖ族化合物半導体下地層を形成した後、この下地層上にＣｒＳｂをＭＢＥ法により所定の条件でエピタキシャル成長させることによって、閃亜鉛鉱型のＣｒＳｂを得た。そして、このようにして作製した閃亜鉛鉱型のＣｒＳｂは、室温より十分に高い強磁性遷移温度を示し、その結果、室温において強磁性を示すことを見出したものである。
【０００８】
すなわち、上述した本発明の製造方法に従ってＣｒＳｂを作製することにより、目的とする本発明の、室温で強磁性を示す閃亜鉛鉱型のＣｒＳｂが得られるものである。したがって、このような閃亜鉛鉱型のＣｒＳｂを上述した複合デバイスにおける強磁性体部分として用いることにより、優れた複合デバイスの実現が期待できる。
【０００９】
また、本発明の多層膜構造は、上述した本発明の製造方法に従って、上述した本発明の閃亜鉛鉱型のＣｒＳｂを得る際の結果物としても得られるものであり、所定の基材と、この基材上に形成されたIII−Ｖ族化合物半導体下地層と、この下地層上に形成された閃亜鉛鉱型のＣｒＳｂ層とを具えることを特徴とする。
【００１０】
このような多層膜構造は、下地層としてのIII−Ｖ族化合物半導体層上に強磁性層としてのＣｒＳｂ層が形成されており、結果的に半導体層上に強磁性層が形成された構成を呈している。したがって、上述した複合デバイスの構成要素として好適に用いることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
上述したように、本発明の閃亜鉛鉱型のＣｒＳｂは、所定の基材上にIII−Ｖ族化合物半導体下地層を形成した後、この下地層上にＭＢＥ法を用い、エピタキシャル成長させることによって作製する。
【００１２】
前記III−Ｖ族化合物半導体下地層の厚さは、この下地層上にＭＢＥ法によって閃亜鉛鉱型のＣｒＳｂを作製することができれば特には限定されない。しかしながら、好ましくは２〜１０００ｎｍであり、さらに好ましくは４０〜４００ｎｍである。
【００１３】
また、前記III−Ｖ族化合物半導体下地層は、公知の２元系、３元系、あるいは４元系のIII−Ｖ族化合物半導体から構成することができる。そして、特には、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）、及びＡｌＸＧａ１−ＸＳｂ（０≦Ｘ≦１）なる組成式で示される材料系から構成することが好ましい。これによって、前記下地層上に形成された前記閃亜鉛鉱型のＣｒＳｂは室温においてより大きな磁化を示すようになり、より良好な強磁性特性を呈するようになる。
上述したIII−Ｖ族化合物半導体下地層は、前記所定の基材上において、ＭＢＥ法など公知の成膜手法を用いて形成する。
【００１４】
また、前記III−Ｖ族化合物半導体下地層上に、ＭＢＥ法によりＣｒＳｂを作製する際のエピタキシャル成長温度は、好ましくは２００〜６００℃であり、さらには２５０〜４５０℃である。
【００１５】
また、エピタキシャル成長速度は、好ましくは３〜５０ｎｍ／分であり、さらに好ましくは８〜２０ｎｍ／分である。
【００１６】
以上のような工程を経ることにより、前記III−Ｖ族化合物半導体下地層上に厚さ０．３〜３００ｎｍ、強磁性遷移温度が４００Ｋ以上の、室温で強磁性を示す閃亜鉛鉱型のＣｒＳｂを作製することができる。
【００１７】
なお、前記所定の基材と前記III−Ｖ族化合物半導体下地層との間に、III−Ｖ族化合物半導体バッファ層を設けることが好ましい。これによって、前記所定の基材と前記III−Ｖ族化合物半導体下地層との間の格子定数差などを緩和して、前記III−Ｖ族化合物半導体下地層の結晶性をより向上させることができ、その結果として、目的とするＣｒＳｂの結晶性を向上させて、より大きな強磁性的特徴を引き出すことができる。
【００１８】
具体的には、前記III−Ｖ族化合物半導体下地層をＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）から構成する場合は、同様の組成のIII−Ｖ族化合物半導体からなるIII−Ｖ族化合物半導体バッファ層を設けることが好ましい。また、前記III−Ｖ族化合物半導体下地層をＡｌＸＧａ１−ＸＳｂ（０≦Ｘ≦１）から構成する場合においても、同様の組成のIII−Ｖ族化合物半導体からなるIII−Ｖ族化合物半導体バッファ層を設けることが好ましい。
【００１９】
また、前記III−Ｖ族化合物半導体バッファ層は、２以上のIII−Ｖ族化合物半導体層から構成することもできる。これによって、前記基材と前記III−Ｖ族化合物半導体下地層との格子定数差をより効果的に緩和することができ、前記III−Ｖ族化合物半導体下地層、さらにはＣｒＳｂの結晶性をさらに向上させることができる。したがって、ＣｒＳｂの強磁性特性をさらに高めることができる。
【００２０】
具体的には、前記III−Ｖ族化合物半導体下地層をＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）又はＡｌＸＧａ１−ＸＳｂ（０≦Ｘ≦１）から構成する場合において、前記III−Ｖ族化合物半導体バッファ層をＧａＡｓ層又はＡｌＳｂ層などから構成する。
なお、前記III−Ｖ族化合物半導体バッファ層の厚さは、上記基材の種類、並びに上記III−Ｖ族化合物半導体下地層の種類及び厚さなどに応じて適宜に設定する。
【００２１】
また、前記III−Ｖ族化合物半導体バッファ層は、前述した所定の基材上において、例えばＭＢＥ法などの公知の成膜手法を用いて形成する。
【００２２】
また、本発明において用いる基材の種類は特に限定されないが、上述したIII−Ｖ族化合物半導体下地層及びIII−Ｖ族化合物半導体バッファ層をエピタキシャル成長させる観点から、これらの層と同様のIII−Ｖ族化合物半導体からなる基材を用いることが好ましい。
【００２３】
【実施例】
本発明の具体例を以下の実施例において示す。
（実験例１）
本実験例においては、本発明の製造方法に従って、閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂを含む図１に示す多層膜構造を作製した。
基板として（００１）ＧａＡｓ基板を用い、これをＭＢＥ装置内に設置した。その後、前記ＧａＡｓ基板を５８０℃に加熱して、前記ＧａＡｓ基板表面に存在する図示しない酸化膜を除去した。次いで、前記ＧａＡｓ基板を５６０℃にし、ＧａビームとＳｂビームとを前記ＧａＡｓ基板上に同時に照射して、前記ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓ下地層を厚さ５００ｎｍに形成した。
【００２４】
次いで、前記ＧａＡｓ基板温度を降下させると同時に、Ｓｂビームを連続して照射し、前記ＧａＡｓ基板温度が４００℃になって時点で前記Ｓｂビームの照射を停止した。次いで、前記ＧａＡｓ基板温度が２５０℃になった時点で、前記ＧａＡｓ下地層上に、ＣｒビームとＳｂビームとを同時に照射して前記ＧａＡｓ下地層上にＣｒＳｂ層を厚さ０．６ｎｍに形成した。
【００２５】
なお、このときのＣｒＳｂ層の形成速度は６ｎｍ／分であった。また、このようにして得たＣｒＳｂ層の結晶性を高速電子線回折法（ＲＨＥＥＤ）によって調べたところ、閃亜鉛鉱型のＲＨＥＥＤパターンが得られていることが判明した。
【００２６】
（実験例２）
本実験例においては、本発明の製造方法に従って、閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂを含む図２に示す多層膜構造を作製した。
実験例１と同様にして、（００１）ＧａＡｓ基板を用い、これをＭＢＥ装置内に設置した。その後、実験例１と同様に、前記ＧａＡｓ基板表面に存在する図示しない酸化膜を除去した後、前記ＧａＡｓ基板を５３０℃に設定して、ＭＢＥ法により前記ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓバッファ層を厚さ１００ｎｍに形成した。次いで、前記ＧａＡｓバッファ層上にＧａビームとＳｂビームとを同時に供給して、ＧａＳｂ下地層を厚さ４００ｎｍに形成した。
【００２７】
その後、前記ＧａＳｂ下地層上に、実験例１と同様にしてＣｒＳｂ層を厚さ０．６ｎｍに形成した。このようにして得たＣｒＳｂ層の結晶性を高速電子線回折法（ＲＨＥＥＤ）によって調べたところ、閃亜鉛鉱型のＲＨＥＥＤパターンが得られていることが判明した。
【００２８】
（実験例３）
本実験例においては、本発明の製造方法に従って、閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂを含む図３に示す多層膜構造を作製した。
実験例１と同様にして、（００１）ＧａＡｓ基板を用い、これをＭＢＥ装置内に設置した。その後、実験例１と同様に、前記ＧａＡｓ基板表面に存在する図示しない酸化膜を除去した後、前記ＧａＡｓ基板を５３０℃に設定して、ＭＢＥ法により前記ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓバッファ層を厚さ１００ｎｍに形成した。次いで、前記ＧａＡｓバッファ層上に、Ａｌビーム、Ｇａビーム、及びＳｂビームを同時に供給して、ＡｌＧａＳｂ下地層を厚さ４００ｎｍに形成した。
【００２９】
その後、前記ＧａＳｂ下地層上に、実験例１と同様にしてＣｒＳｂ層を厚さ０．３ｎｍに形成した。このようにして得たＣｒＳｂ層の結晶性を高速電子線回折法（ＲＨＥＥＤ）によって調べたところ、閃亜鉛鉱型のＲＨＥＥＤパターンが得られていることが判明した。
【００３０】
図４は、上記実験例１〜３で得られたＣｒＳｂ層の室温での磁化特性を示すヒステリシスループである。図４から明らかなように、本発明の製造方法に従って得たＣｒＳｂは、室温において強磁性的性質を示すことが分かる。また、ＧａＡｓ下地層上に形成したＣｒＳｂ層と比べて、ＧａＳｂ下地層及びＡｌＧａＳｂ下地層上に形成したＣｒＳｂ層は、この順に磁化が大きくなっており、より良好な強磁性特性を示すことが分かる。
【００３１】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、室温において強磁性を示す閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するＣｒＳｂ、並びにこのＣｒＳｂを製造する方法、及びこのＣｒＳｂを強磁性層として含む多層膜構造を提供することができる。したがって、半導体と強磁性体とを積層させて組み合わせた複合デバイスに実現をより確実なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂ層を含む多層膜構造の一例を示す構成図である。
【図２】  本発明の閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂ層を含む多層膜構造の他の例を示す構成図である。
【図３】  本発明の閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂ層を含む多層膜構造のその他の例を示す構成図である。
【図４】  本発明の閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂ層の磁気特性を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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