| 研究概要 |
本研究課題では、半導体のキャリアと磁性金属のスピンを融合した半導体-スピン機能性デバイスの創製を目指して、磁性金属として3d遷移磁性金属であるCr,Mnを、ワイドギャップ半導体としてAIN,Cu_2Oを選択し、1.基板温度の異なるCrを注入したCu_2O薄膜の作製とその基礎物性のCr濃度依存性と、2.Cr,Mnを注入したAIN,Cu_2O薄膜における強磁性を発現しない原因について検討し、以下の知見を得た。
1.基板温度の異なるCrを注入したCu_2O薄膜の作製とその基礎物性のCr濃度依存性
結晶構造は、Cr濃度および基板温度に関係なく、(111)配向した多結晶Cu_2O単相となった。結晶粒径は、Cr濃度に関係なく基板温度の上昇にともない20nm程度に粗大化した。薄膜中のCuとCrの化学結合状態は、Cu^0もしくはCu^<1+>とCr^<3+>であった。また、5-300Kの温度領域での磁気状態は、Cr濃度および基板温度に関係なく常磁性状態であった。
2.Cr,Mnを注入したAIN,Cu_2O薄膜における強磁性を発現しない原因
Crの場合には、薄膜中で母相である半導体、窒素および酸化物との化合物は形成されず、半導体のAl原子やCu原子を無秩序に置換しているか、もしくは数nm程度の微結晶として膜中に均一に分散していると考えられる。また、Mnの場合には、低Mn濃度ではCrの場合と同様に、Mn原子によるAl原子やCu原子の置換、もしくは膜中への微結晶の均一分散によると考えられる。一方、高Mn濃度では、低温のみで磁化を発現することを確認した。これは、粗大化した窒化物および酸化物の形成によると考えられる。
以上の結果から、これらの薄膜では、磁性原子によるAl原子もしくはCu原子の置換、もしくは膜中における微結晶の均一分散によって、室温で強磁性を発現しないことを明らかにした。
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