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透明強磁性単結晶化合物の製造方法 コモンズ

国内特許コード P110003842
整理番号 Y04-P033
掲載日 2011年7月1日
出願番号 特願2006-510484
登録番号 特許第4708334号
出願日 平成17年2月25日(2005.2.25)
登録日 平成23年3月25日(2011.3.25)
国際出願番号 JP2005003196
国際公開番号 WO2005083161
国際出願日 平成17年2月25日(2005.2.25)
国際公開日 平成17年9月9日(2005.9.9)
優先権データ
  • 特願2004-055017 (2004.2.27) JP
発明者
  • 吉田 博
  • 劔持 一英
  • 清家 聖嘉
  • 佐藤 和則
  • 柳瀬 章
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 透明強磁性単結晶化合物の製造方法 コモンズ
発明の概要 アルカリ土類・カルコゲン化合物、アルカリ・カルコゲン化合物、I-VII族化合物、II-VI族化合物、III-V族化合物、IV-VI2族化合物、IV-IV族化合物、II-VII2族化合物の群から選ばれる化合物であって、B、C、N、O、F、Si、Geなどの最外殻に不完全なp電子殻を持つ少なくとも1種の元素を固溶していることで、強磁性転移温度が室温以上であることを特徴とする光を透過しながら高い強磁性特性を有する単結晶の透明強磁性化合物。これらの最外殻に不完全なp電子殻を持つ元素の濃度の調整、アクセプターおよびドナーの添加などにより価電子制御を行いその強磁性特性を調整する。
従来技術、競合技術の概要


従来の磁性不純物として3d遷移金属、4d遷移金属、5d遷移金属、又はランタン系稀土
類金属元素を固溶した透明強磁性材料(特許文献1~7、非特許文献1~5)はd電子又
はf電子の殻内電子励起により特定の可視光領域の光の吸収が生じる。



アルカリ土類・カルコゲン化合物は無色・透明であり、そのバンドギャップ(Eg)が3eV
以上と大きく、可視領域から紫外光、さらには超紫外光の波長の光でも透過するという性
質を有すると共に、そのエキシトンの結合エネルギーが大きく、この材料で大きなスピン
・軌道相互作用をする強磁性材料が得られれば、スピンの自由度を利用したスピントラン
ジスターや光アイソレータ、又はコヒーレントなスピン状態を利用した光量子コンピュー
タなどの光量子デバイス作製や量子情報処理のためのデバイス開発に大きな発展が期待さ
れる。



しかし、従来はアルカリ土類・カルコゲン化合物などのワイドバンドギャップ化合物に最
外殻に不完全なp殻を持つ元素をドープした完全スピン分極透明強磁性状態の例はなく、
高い強磁性転移温度(キューリー点)をもつアルカリ土類・カルコゲン化合物などのワイ
ドバンドギャップ化合物の強磁性状態の実現は報告されていない。



【特許文献1】
特開2001-72496号公報
【特許文献2】
特開2001-130915号公報
【特許文献3】
特開2002-255695号公報
【特許文献4】
特開2002-255698号公報
【特許文献5】
特開2002-260922号公報
【特許文献6】
特開2003-318026号公報
【特許文献7】
特開2003-137698号公報
【非特許文献1】
「Material Design of GaN-Based Ferromagnetic Diluted Magnetic Semiconductors」 Kazunori Sato and Hiroshi Katayama-Yoshida,Jpn. J. Appl. Phys. Vol.40,(2001) pp. L485-L487
【非特許文献2】
「Stabilization of Ferromagnetic States by Electron Doping in Fe-,Co-,or Ni-doped ZnO」Kazunori Sato and Hiroshi Katayama-Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys. Vol.40, (2001) pp. L334-L336
【非特許文献3】
「4d遷移金属ドープによるII-VI族およびIII-V族強磁性半導体の探索」清家聖嘉,吉田博,応用物理学関係連合講演会講演予稿集,Vol.50,(2003.03.27)No.1,p.525
【非特許文献4】
「4d遷移金属ドープによるハーフメタリック透明強磁性半導体マテリアルデザイン」清家聖嘉,柳瀬章,吉田博,応用物理学会学術講演会講演予稿集,Vol.64, (2003.08.30)No.1,p.415
【非特許文献5】
「δドーピングと同時ドーピングによる強磁性転移温度上昇法のデザイン」大石雄紀,Van An D.,吉田博,応用物理学会学術講演会講演予稿集,Vol.64, (2003.08.30)No.1,p.416

産業上の利用分野


本発明は、ワイドバンドギャップを持ち、透明な化合物に強磁性特性を実現させた単結晶
のワイドバンドギャップ化合物の製造方法に関する。さらに詳しくは、大きな磁気光学効
果を有し、所望の強磁性特性、例えば、強磁性転移温度などが得られる透明強磁性ワイド
バンドギャップ化合物の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
透明強磁性単結晶化合物を製造する方法において、
該化合物として、
アルカリ土類・カルコゲン化合物、アルカリ・カルコゲン化合物から選ばれる光を透過するワイドバンドギャップ化合物を用いること
該化合物を基板上に成膜する方法として、MBE法を用いること
該化合物の成膜時に、B,C,N,O,F,Si,Geから選ばれる最外殻に不完全なp電子殻をもつ少なくとも1種の元素を原子状に蒸発させて、成長した該化合物に1at%~25at%固溶させることの組み合わせ
によって完全スピン分極した、強磁性転移温度が300度K以上である単結晶化合物を成膜することを特徴とする透明強磁性単結晶化合物の製造方法。

【請求項2】
固溶させる元素の濃度の調整により強磁性特性を調整することを特徴とする請求項1記載の透明強磁性単結晶化合物の製造方法。

【請求項3】
成膜時にさらにn型ドーパント又はp型ドーパントの少なくとも一方を原子状に蒸発させて前記化合物に添加することによって強磁性特性を調整することを特徴とする請求項1記載の透明強磁性単結晶化合物の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
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