JP2004075414A - 酸化ガリウム鉄混晶の結晶製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】良質で均一、かつ大型の結晶を得ることができるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の製造方法を提供する。
【解決手段】上下に配置されるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ からなる試料棒３，５の先端をガス雰囲気下で共焦点に配置されるハロゲンランプ６，７で加熱することにより前記上下に配置されるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ からなる試料棒３，５の先端間に浮遊熔融帯域を形成する浮遊熔融帯法により、斜方晶の結晶構造をもったＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の単結晶を生成する。
【選択図】 図１
【解決手段】上下に配置されるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ からなる試料棒３，５の先端をガス雰囲気下で共焦点に配置されるハロゲンランプ６，７で加熱することにより前記上下に配置されるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ からなる試料棒３，５の先端間に浮遊熔融帯域を形成する浮遊熔融帯法により、斜方晶の結晶構造をもったＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の単結晶を生成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気電気効果を利用して固体内に埋め込まれたスピン情報を読み出すことを可能とする酸化ガリウム鉄混晶（Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ ）の結晶製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶が磁気電気効果を有することは、Ｙｕ．Ｆ．Ｐｏｐｏｖ ｅｔ ａｌ．〔ＪＥＴＰ ８７（１），１４６（１９９８）〕に述べられており、近年、この材料は強磁性と同時に分極を有する初めての材料として注目されていた。
【０００３】
しかしながら、かかる従来のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の製造方法で製造できる結晶サイズは直径で１ｍｍ程度と小さく、実用に供するサイズの結晶が得られなかったために、実用はおろか、その特性の評価もされていないのが現状である。
【０００４】
上記従来のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の製造方法は、フラックス（Ｆｌｕｘ）法による結晶作製方法〔Ｉ．Ｓ．Ｊａｃｏｓ；Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ；Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．５ ２６３Ｓ（１９６０）〕である。
【０００５】
この方法では、Ｇａ２ Ｏ３ ，Ｆｅ２ Ｏ３ ，Ｂ２ Ｏ３ ，Ｂｉ２ Ｏ３ を適量混合させ、１１２５℃でＢ２ Ｏ３ ，Ｂｉ２ Ｏ３ に熔融した液体を５時間保持し、その後４〜７℃／Ｈｒで除冷し結晶を得る。ここで得られる結晶は直径１ｍｍ程度の小さい結晶である〔Ｅｌｉｚａｂｅｔｈ Ａ．Ｗｏｏｄ；Ａｃｔａ Ｃｒｙｓｔ．１３，６８２（１９６０）〕。
【０００６】
本発明者は、Ｉ．Ｓ．Ｊａｃｏｓにならってフラックス法により結晶を得ることができたが、得られた結晶は上記したように小さく、直径数ｍｍにおよぶ結晶が得られなかったばかりでなく、次のような問題点を持っていることが判明した。すなわち、上記したＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の製造方法では、通常、出発原料であるＧａ２ Ｏ３ とＦｅ２ Ｏ３ の混合比から、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の狙いのＦｅ組成（ｘ）を決定する。
【０００７】
しかし、実際に上記フラックス法で得られた微結晶のＦｅの組成（ｘ）は期待の組成とずれていた。つまり、ｘ＝１．０８の混合比狙いであったが、実際に得られた組成はｘ＝１．１２であることが高周波プラズマ発光（ＩＣＰ）分析結果から判明した。この組成のずれはフェリ磁性（ｆｅｒｒｉｍａｇｎｅｔｉｓｍ）に転移する温度Ｔｃに大きく影響を与えることから（図８参照）、狙いのＴｃを制御し得ないという点で深刻である。
【０００８】
また、フラックス法で作製された複数のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の各結晶間の組成のバラツキも十分予想され、できた多数の結晶粒のＴｃを制御する上で問題である。
【０００９】
更に、Ｘ線解析結果によって、一つの結晶と思われた試料に複数の回折線が見え、結晶が双晶（ツイン）構造になりやすい特徴も確認された。磁気異方性が強いＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶にとってこの双晶構造は致命的である。
【００１０】
以上の理由から、フラックス法により作製されるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶は、小さいのみならず、結晶の品質の点からも産業応用するには耐え難い結晶であった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の製造方法であるフラックス法の問題点としては、
▲１▼ 製造される結晶サイズが１ｍｍ程度の微結晶である。
【００１２】
▲２▼ 得られた結晶は単一の結晶ではなく、２種類以上の異なる方位を単一結晶粒にもつ場合が多く、双晶構造が多く見いだされる。
【００１３】
▲３▼ 結晶粒は多数作製できるが、それぞれの結晶粒のＦｅ組成（ｘ）が狙いの組成と異なるばかりでなく、結晶粒間のＦｅ組成（ｘ）のバラツキ（少なくとも数％程度）が存在する。このことは、得られた材料のフェリ磁性転移温度Ｔｃに影響を与え、Ｔｃにおけるバラツキは数十℃に及ぶ。
【００１４】
▲４▼ 上記▲３▼の結果、実用に際しての素子の基本特性のバラツキを発生させ、素子の実用化の大きな障害となる。
【００１５】
本発明は、上記状況に鑑みて、良質で均一、かつ大型の結晶を得ることができる酸化ガリウム鉄混晶の結晶製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的を達成するために、 〔１〕酸化ガリウム鉄混晶（Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ ）の結晶製造方法において、斜方晶（ｏｒｔｈｏｒｏｍｂｉｃ；オーソロンビック）の結晶構造をもった単結晶を、上下に配置されるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ からなる試料棒の先端をガス雰囲気下で共焦点に配置される熱源で加熱することにより、前記上下に配置されるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 試料棒の先端間に浮遊熔融帯域を形成する浮遊熔融帯法により生成することを特徴とする。
【００１７】
〔２〕上記〔１〕記載のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶製造方法において、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶におけるＦｅの組成（ｘ）の範囲が０．７≦ｘ≦１．５でＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶構造の単結晶を形成することを特徴とする。
【００１８】
〔３〕上記〔２〕記載のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶製造方法において、酸素雰囲気、空気雰囲気もしくは不活性ガス雰囲気下でＦｅの組成（ｘ）の範囲が０．７≦ｘ≦１の場合は、３気圧以上の高圧雰囲気下で、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶構造の単結晶を形成することを特徴とする。
【００１９】
〔４〕上記〔２〕記載のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶製造方法において、酸素雰囲気、空気雰囲気もしくは不活性ガス雰囲気下でＦｅの組成（ｘ）の範囲が１≦ｘ≦１．５のＦｅの場合は、５気圧以上の高圧雰囲気下で、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶構造の単結晶を形成することを特徴とする。
【００２０】
〔５〕上記〔３〕又は〔４〕記載のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶製造方法において、結晶成長速度を１０ｍｍ／Ｈｒ以下に調整して、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶構造の単結晶を形成することを特徴とする。
【００２１】
〔６〕上記〔５〕記載のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶製造方法において、結晶成長用の試料棒供給速度を２０ｍｍ／Ｈｒ以下の速度に調整して、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶構造の単結晶を形成することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の製造に用いる浮遊熔融帯方式のランプ過熱炉を示す模式図、図２はその浮遊熔融帯方式によるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の成長方法の説明図である。ここでは両側に配置された共焦点タイプのランプ過熱炉を示す。
【００２４】
これらの図において、１はＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶を成長させる試料チャンバーとしての透明石英管であり、その透明石英管１内には、上部のステンレス鋼シャフト９からカンタル線２で吊り下げられた上部の試料棒（フィーダー）３と、下部のステンレス鋼シャフト１０にはカンタル線４で支持される下部の試料棒（種結晶：シード）５が、それぞれ回転可能に構成されている。その透明石英管１内は、酸素雰囲気下とするが、空気雰囲気下もしくは不活性ガス雰囲気下でもよい。６，７はその透明石英管１のランプ過熱炉の両側の共焦点に配置される熱源（ここでは、ハロゲンランプ）、８は浮遊熔融帯域である。なお、上記上部及び下部の試料棒３，５は、出発原料となるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ からなる。
【００２５】
次に、本発明によるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の結晶成長方法を説明する。
【００２６】
まず、出発原料となるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ からなる粉末試料を圧縮成形して作製した固形棒を２分して、フィーダー３とシード５として、図２（ａ）に示すように石英管１中の上下のステンレス鋼シャフト９，１０の両側に取り付ける。上部の試料棒（フィーダー）３は、上側のステンレス鋼シャフト９の先にカンタル線２で鉛直に吊り下げる。下部の試料棒（シード）５も同様に、ステンレス鋼シャフト１０にカンタル線４で固定する。上下の試料棒３，５の軸はできるだけ正確に上下のステンレス鋼シャフト９，１０の中心軸と一致するように固定し、そこで、帯域熔融の際には上下のステンレス鋼シャフト９と１０を互いに逆方向に回転させる。
【００２７】
次に、酸素雰囲気下で熱源（ハロゲンランプ）６，７を点灯する。ハロゲンランプ６，７の輝点像を上部の試料棒（フィーダー）３の下端に当てて、回転している上部の試料棒３の先端の像を観測用窓（図示なし）から観察しながら、ハロゲンランプ６，７の点灯電流を上げてゆくと、上部の試料棒３の下端が熔融に至る。
【００２８】
このような状態の上部の試料棒３の先に、下部の試料棒５を逆方向に回転させながら徐々に近づけてゆくと、下部の試料棒５の上端も熔融状態となり、図２（ｂ）に示すように、やがて両端の熔融部が接触して、その間に浮遊熔融帯域８が形成される。
【００２９】
このようにして形成された浮遊熔融帯域８は、以下の点に注意すれば安定な状態で下部の試料棒５と上部の試料棒３の間に存在するので、定位置の高温部に対して全体を垂直に下ろしてゆくと、下部の試料棒５の先端から出発した熔融部が上部の試料棒３中を上方に移動してゆく。浮遊熔融帯域８を安定させるためには、まず熔融部での適当な温度の設定と維持が大切である。温度が高すぎると、粘性が低下し、浮遊熔融帯が下部へ垂れやすくなり熔融部が不安定になる。
【００３０】
また、適当な高温の熔融部は、浮遊熔融帯域をシャフト９，１０の中心軸に保ち温度を均一にするために、互いに逆方向に回転している上下の試料棒３，５の両端の間に維持される必要がある。そのために、熔融部では試料に適度の流動性と粘性が必要で、その様子を注意深く観察しながらハロゲンランプ６，７の点灯電流値、上部の試料棒３の下端と下部の試料棒５の上端の間隔、下降速度などを調整する。また、蒸発により熔融部が痩せるので、その分だけ上部の試料棒３の下降速度を下部の試料棒５より大きくして損失分を補給する必要がある。
【００３１】
このようにして得られた結晶の成長方向は、シャフト下部の中心軸とは必ずしも一致しない。従って得られた単結晶を試料棒５として、粉末圧縮成形した固形棒をフィーダー３に固定して、単結晶を成長させる。このときの単結晶の成長軸がシャフト下部の中心軸と一致するように固定しなけれならない。こうすることによって初めて数ｃｍ以上の単結晶が安定的に製造できる。
【００３２】
上記したような浮遊熔融帯方式の結晶製造装置を用いてＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶（ｏｒｔｈｏｒｏｍｂｉｃ；オーソロンビック）結晶を製造する。
【００３３】
この浮遊熔融帯方式（浮遊熔融帯方法）は、熔融帯を坩堝なしに形成することが可能であることから、坩堝からの不純物の混入を無くすことができる点で優れた方法である。この方法により実用上必要な大きさの結晶を製造することが可能となる。
【００３４】
図３は本発明の実施例を示すＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ （ｘ＝１）結晶の図である。
【００３５】
この図において、得られたＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の直径は数ｍｍφ、長さは数ｃｍであった。
【００３６】
以下、その結晶成長条件について説明する。
【００３７】
（１）酸素雰囲気（加圧条件）；Ｆｅ（鉄）組成の（ｘ）の範囲が０．７≦ｘ≦１のときは、斜方晶構造を得るために３気圧以上が必要である。通常は８気圧で成長させた。
【００３８】
１≦ｘ≦１．４のときは、斜方晶構造を得るためには５気圧以上が必要である。通常は１０気圧下で成長させた。
【００３９】
このような加圧下での結晶のＸ線回折パターンを図４及び図５に示す。
【００４０】
図４はＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶（ｘ＝１）のＸ線解析結果を示しており、斜方晶構造が確かに得られたことが分かる。
【００４１】
図５は比較のために大気圧下で成長させたＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶（ｘ＝１）の場合のＸ線解析結果を示した。これから大気圧下で成長した結晶はＦｅ３ Ｏ４ の不純物Ｘ線ラインが観察され、単一斜方晶構造でないことが分かる。
【００４２】
このような結晶は、室温で磁石に付着する性質があるので、そこからも別構造であることがすぐ判定できる。
【００４３】
（２）成長速度；１．５ｍｍ／Ｈｒ（上限は１０ｍｍ／Ｈｒ）
成長速度が、２０ｍｍ／Ｈｒ以上では上記した図５に示すようなＸ線パターンが観察される。また、観察されないにしても磁石に付着することから、微量のＦｅ３ Ｏ４ 構造が存在することが分かる。
【００４４】
また、成長終了時には試料棒と浮遊熔融帯域を切り離す必要から成長速度を速めたりすると、Ｆｅ３ Ｏ４ が混入してくる。したがって、上限は１０ｍｍ／Ｈｒとするのが望ましい。Ｆｅ３ Ｏ４ の混入は、磁石の付着性をみればすぐ判定できるので、このような場合、磁石が付着した結晶端はダイアモンドカッターで切り落とせばよい。
【００４５】
（３）試料棒供給速度；１．５〜２．０ｍｍ／Ｈｒ（上限は２０ｍｍ／Ｈｒ）試料棒供給速度が大きいと浮遊熔融帯域が不安定になり、やはりＦｅ３ Ｏ４ 等の結晶構造を発生させる。上限は２０ｍｍ／Ｈｒとするのが望ましい。
【００４６】
次に、本発明にかかる浮遊熔融帯法と、従来のフラックス法で製造した結晶のラウエパターンを図６に示す。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、浮遊熔融帯法による結晶のラウエ（Ｌａｕｅ）パターンは単一の点として観察されるのに対して、図６（ｂ）に示すように、フラックス結晶のラウエパターンは複数点に観察される。このフラックス結晶のラウエパターンは、Ｘ線をフラックス結晶の違う部位に照射すると異なるパターンとなって観察されることから、フラックス結晶が明らかに単一結晶とはなっておらず双晶となっていることが分かる。
【００４８】
これらのＸ線解析結果から、斜方晶構造のＦｅ組成（ｘ）がｘ＝１のときの格子定数はＰｃ２１ ｎ表示で
ａ＝８．７５１２Ａ
ｂ＝９．３９９３Ａ
ｃ＝５．０８０６Ａ
の斜方晶構造である（ａ，ｂ，ｃ軸のなす角は９０°）ことが判る。
【００４９】
図７にこれらの結晶のＸ線解析結果を示す。図７はこれらの結晶構造をａｂ面からみた原子配置を示す。Ｇａ１は酸素原子からなる正四面体に囲まれている。Ｇａ２は酸素原子からなる正八面体に囲まれている。Ｆｅ１，Ｆｅ２は酸素原子からなる正八面体に囲まれた構造を持っている。この結晶の磁気的特性はＦｅ１とＦｅ２の酸素原子を通した電子スピンの交換相互作用が中心的役割を果たしている。中性子回折実験結果によれば、Ｆｅ３スピンとＦｅ４スピンは逆向きでほぼａ軸に近い向きをとっている。これらのスピンが幾分ｃ軸に傾くことにより、弱強磁性を示すことが判っている。
【００５０】
図８はフェリ磁性転移温度ＴｃのＦｅ組成依存性を示す図である。ここで、◆は本発明の浮遊熔融帯法によるもの、■は従来のフラックス法によるものである。
【００５１】
浮遊熔融帯法におけるＴｃは、Ｆｅ組成ｘ＝０．８では１３０Ｋ、ｘ＝１．４では３６０Ｋとなる。これによりＴｃがＦｅ組成に大きく依存することが、この結晶の特徴であることが分かる。
【００５２】
特に、ｘ＝１．３付近ではＴｃが３００Ｋとなり、室温付近にまで転移温度を上げられることは、実用上大きなメリットになる。
【００５３】
上記したように、本発明によれば、 〔１〕浮遊熔融帯方式の結晶製造装置により、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶を製造することができ、また、浮遊熔融帯方式は浮遊熔融帯域を坩堝なしに形成することが可能であることから坩堝からの不純物の混入を無くすことができる。この方法により実用上必要な大きさの結晶を製造することが可能となる。
【００５４】
〔２〕Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶においてＦｅ（鉄）組成（ｘ）の範囲が０．７≦ｘ≦１．５の斜方晶の結晶構造をもった単結晶を製造することができる。
上記Ｆｅ組成の範囲の斜方晶構造をもった大型結晶は、浮遊熔融帯方式にて製造することが可能である。
【００５５】
〔３〕酸素雰囲気、もしくは空気雰囲気でＦｅ組成（ｘ）の範囲が、０．７≦ｘ≦１のときは、３気圧以上の高圧雰囲気下で、１≦ｘ≦１．５のときは、５気圧以上の高圧雰囲気下で結晶製造することにより、三方晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）構造やＦｅ３ Ｏ４ （Ｃｕｂｉｃ；Ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）構造をもつ結晶成長を安定的に抑制させることができる。特にＦｅ組成ｘが大きい領域では高圧をかけることが重要となってくる。
【００５６】
三方晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）構造（Ｇａ２ Ｏ３ 結晶とＦｅ２ Ｏ３ 結晶は三方晶構造を持つ結晶構造である）やＦｅ３ Ｏ４ （Ｃｕｂｉｃ；Ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）が混入した結晶の場合、磁化を帯びているため、製造した結晶が室温で磁石に容易に付着することから判別できる。
【００５７】
〔４〕Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶において、結晶成長速度を１０ｍｍ／Ｈｒ以下に調整して、結晶製造することにより、三方晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）構造やＦｅ３ Ｏ４ （Ｃｕｂｉｃ；Ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）構造をもつ結晶成長を安定的に抑制することができる。三方晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）構造やＦｅ３ Ｏ４ （Ｃｕｂｉｃ；Ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）が混入した結晶かどうかは、製造した結晶が磁石につくかどうかで容易に判定できることは上に同じである。
【００５８】
〔５〕Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶において、結晶成長用の試料供給速度を２０ｍｍ／Ｈｒ以下に調整して、結晶製造することにより、三方晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）構造やＦｅ３ Ｏ４ （Ｃｕｂｉｃ；Ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）構造をもつ結晶成長を安定的に抑制することができる。
【００５９】
また、本発明によれば、固体内に埋め込まれたスピン情報を読み出すことを可能とする、磁気センサー素子の中心部分である磁気電気効果をもった材料として結晶材料を提供することができる。これにより、磁気電気効果を用いて高感度に微小磁気を検知するセンサーを実現できる。これは、磁気ヘッドに組み込まれる高感度磁気センサーとして応用可能である。
【００６０】
また、磁気センサーとして供与される場合は、適当な方位で切り出す必要があるが、一度結晶方位を決定すれば、その後は、結晶方位が容易に決定できる。
【００６１】
また、従来のコイル形状を使うことなく磁場を検知することができ、磁気センサーの微小サイズ化を可能にし、スピンの微細構造にも対応可能となるため、将来の高密度磁気メモリの登場にも耐えうるセンサーを提供することが可能である。
【００６２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００６４】
Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶の単結晶が数ｍｍのサイズで得られる。このサイズは、浮遊熔融帯方式のランプ過熱炉の構造によって決まる。磁気センサー素子として供与される場合は適当な方位で切り出す必要があるが、一度、結晶方位を決定すれば、その後は、結晶方位を容易に決定できる。
【００６５】
磁気電気効果を利用して固体内に埋め込まれたスピンの配置を検知できることから、従来にないタイプの磁気ヘッドを供給することができる。従来のコイル形状を使うことなく磁場を検知することができ、磁気センサーの微小サイズ化を可能にし、このことにより、スピンの微細構造にも対応可能となり、将来の高密度磁気メモリの登場にも耐え得る磁気センサーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す浮遊熔融帯方式のランプ加熱炉の模式図である。
【図２】本発明の実施例を示す浮遊熔融帯方式によるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の成長方法の説明図である。
【図３】本発明の実施例を示すＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ （ｘ＝１）結晶の図である。
【図４】本発明の実施例を示すＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶（ｘ＝１）のＸ線回折結果を示す図である。
【図５】比較例を示すＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶（ｘ＝１）にＦｅ３ Ｏ４ が混入した場合のＸ線解析結果を示す図である。
【図６】本発明にかかる浮遊熔融帯法と、従来のフラックス法で製造した結晶のラウエパターンを示す図である。
【図７】本発明にかかる浮遊熔融帯法による結晶構造の原子配置を示す図である。
【図８】フェリ磁性転移温度ＴｃのＦｅ組成依存性を示す図である。
【符号の説明】
１ 透明石英管（試料チャンバー）
２，４ カンタル線
３ 上部の試料棒（フィーダー）
５ 下部の試料棒（種結晶：シード）
６，７ 熱源（ハロゲンランプ）
８ 浮遊熔融帯域
９，１０ ステンレス鋼シャフト
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気電気効果を利用して固体内に埋め込まれたスピン情報を読み出すことを可能とする酸化ガリウム鉄混晶（Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ ）の結晶製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶が磁気電気効果を有することは、Ｙｕ．Ｆ．Ｐｏｐｏｖ ｅｔ ａｌ．〔ＪＥＴＰ ８７（１），１４６（１９９８）〕に述べられており、近年、この材料は強磁性と同時に分極を有する初めての材料として注目されていた。
【０００３】
しかしながら、かかる従来のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の製造方法で製造できる結晶サイズは直径で１ｍｍ程度と小さく、実用に供するサイズの結晶が得られなかったために、実用はおろか、その特性の評価もされていないのが現状である。
【０００４】
上記従来のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の製造方法は、フラックス（Ｆｌｕｘ）法による結晶作製方法〔Ｉ．Ｓ．Ｊａｃｏｓ；Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ；Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．５ ２６３Ｓ（１９６０）〕である。
【０００５】
この方法では、Ｇａ２ Ｏ３ ，Ｆｅ２ Ｏ３ ，Ｂ２ Ｏ３ ，Ｂｉ２ Ｏ３ を適量混合させ、１１２５℃でＢ２ Ｏ３ ，Ｂｉ２ Ｏ３ に熔融した液体を５時間保持し、その後４〜７℃／Ｈｒで除冷し結晶を得る。ここで得られる結晶は直径１ｍｍ程度の小さい結晶である〔Ｅｌｉｚａｂｅｔｈ Ａ．Ｗｏｏｄ；Ａｃｔａ Ｃｒｙｓｔ．１３，６８２（１９６０）〕。
【０００６】
本発明者は、Ｉ．Ｓ．Ｊａｃｏｓにならってフラックス法により結晶を得ることができたが、得られた結晶は上記したように小さく、直径数ｍｍにおよぶ結晶が得られなかったばかりでなく、次のような問題点を持っていることが判明した。すなわち、上記したＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の製造方法では、通常、出発原料であるＧａ２ Ｏ３ とＦｅ２ Ｏ３ の混合比から、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の狙いのＦｅ組成（ｘ）を決定する。
【０００７】
しかし、実際に上記フラックス法で得られた微結晶のＦｅの組成（ｘ）は期待の組成とずれていた。つまり、ｘ＝１．０８の混合比狙いであったが、実際に得られた組成はｘ＝１．１２であることが高周波プラズマ発光（ＩＣＰ）分析結果から判明した。この組成のずれはフェリ磁性（ｆｅｒｒｉｍａｇｎｅｔｉｓｍ）に転移する温度Ｔｃに大きく影響を与えることから（図８参照）、狙いのＴｃを制御し得ないという点で深刻である。
【０００８】
また、フラックス法で作製された複数のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の各結晶間の組成のバラツキも十分予想され、できた多数の結晶粒のＴｃを制御する上で問題である。
【０００９】
更に、Ｘ線解析結果によって、一つの結晶と思われた試料に複数の回折線が見え、結晶が双晶（ツイン）構造になりやすい特徴も確認された。磁気異方性が強いＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶にとってこの双晶構造は致命的である。
【００１０】
以上の理由から、フラックス法により作製されるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶は、小さいのみならず、結晶の品質の点からも産業応用するには耐え難い結晶であった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の製造方法であるフラックス法の問題点としては、
▲１▼ 製造される結晶サイズが１ｍｍ程度の微結晶である。
【００１２】
▲２▼ 得られた結晶は単一の結晶ではなく、２種類以上の異なる方位を単一結晶粒にもつ場合が多く、双晶構造が多く見いだされる。
【００１３】
▲３▼ 結晶粒は多数作製できるが、それぞれの結晶粒のＦｅ組成（ｘ）が狙いの組成と異なるばかりでなく、結晶粒間のＦｅ組成（ｘ）のバラツキ（少なくとも数％程度）が存在する。このことは、得られた材料のフェリ磁性転移温度Ｔｃに影響を与え、Ｔｃにおけるバラツキは数十℃に及ぶ。
【００１４】
▲４▼ 上記▲３▼の結果、実用に際しての素子の基本特性のバラツキを発生させ、素子の実用化の大きな障害となる。
【００１５】
本発明は、上記状況に鑑みて、良質で均一、かつ大型の結晶を得ることができる酸化ガリウム鉄混晶の結晶製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的を達成するために、 〔１〕酸化ガリウム鉄混晶（Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ ）の結晶製造方法において、斜方晶（ｏｒｔｈｏｒｏｍｂｉｃ；オーソロンビック）の結晶構造をもった単結晶を、上下に配置されるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ からなる試料棒の先端をガス雰囲気下で共焦点に配置される熱源で加熱することにより、前記上下に配置されるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 試料棒の先端間に浮遊熔融帯域を形成する浮遊熔融帯法により生成することを特徴とする。
【００１７】
〔２〕上記〔１〕記載のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶製造方法において、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶におけるＦｅの組成（ｘ）の範囲が０．７≦ｘ≦１．５でＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶構造の単結晶を形成することを特徴とする。
【００１８】
〔３〕上記〔２〕記載のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶製造方法において、酸素雰囲気、空気雰囲気もしくは不活性ガス雰囲気下でＦｅの組成（ｘ）の範囲が０．７≦ｘ≦１の場合は、３気圧以上の高圧雰囲気下で、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶構造の単結晶を形成することを特徴とする。
【００１９】
〔４〕上記〔２〕記載のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶製造方法において、酸素雰囲気、空気雰囲気もしくは不活性ガス雰囲気下でＦｅの組成（ｘ）の範囲が１≦ｘ≦１．５のＦｅの場合は、５気圧以上の高圧雰囲気下で、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶構造の単結晶を形成することを特徴とする。
【００２０】
〔５〕上記〔３〕又は〔４〕記載のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶製造方法において、結晶成長速度を１０ｍｍ／Ｈｒ以下に調整して、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶構造の単結晶を形成することを特徴とする。
【００２１】
〔６〕上記〔５〕記載のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶製造方法において、結晶成長用の試料棒供給速度を２０ｍｍ／Ｈｒ以下の速度に調整して、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶構造の単結晶を形成することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明のＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の製造に用いる浮遊熔融帯方式のランプ過熱炉を示す模式図、図２はその浮遊熔融帯方式によるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の成長方法の説明図である。ここでは両側に配置された共焦点タイプのランプ過熱炉を示す。
【００２４】
これらの図において、１はＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶を成長させる試料チャンバーとしての透明石英管であり、その透明石英管１内には、上部のステンレス鋼シャフト９からカンタル線２で吊り下げられた上部の試料棒（フィーダー）３と、下部のステンレス鋼シャフト１０にはカンタル線４で支持される下部の試料棒（種結晶：シード）５が、それぞれ回転可能に構成されている。その透明石英管１内は、酸素雰囲気下とするが、空気雰囲気下もしくは不活性ガス雰囲気下でもよい。６，７はその透明石英管１のランプ過熱炉の両側の共焦点に配置される熱源（ここでは、ハロゲンランプ）、８は浮遊熔融帯域である。なお、上記上部及び下部の試料棒３，５は、出発原料となるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ からなる。
【００２５】
次に、本発明によるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の結晶成長方法を説明する。
【００２６】
まず、出発原料となるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ からなる粉末試料を圧縮成形して作製した固形棒を２分して、フィーダー３とシード５として、図２（ａ）に示すように石英管１中の上下のステンレス鋼シャフト９，１０の両側に取り付ける。上部の試料棒（フィーダー）３は、上側のステンレス鋼シャフト９の先にカンタル線２で鉛直に吊り下げる。下部の試料棒（シード）５も同様に、ステンレス鋼シャフト１０にカンタル線４で固定する。上下の試料棒３，５の軸はできるだけ正確に上下のステンレス鋼シャフト９，１０の中心軸と一致するように固定し、そこで、帯域熔融の際には上下のステンレス鋼シャフト９と１０を互いに逆方向に回転させる。
【００２７】
次に、酸素雰囲気下で熱源（ハロゲンランプ）６，７を点灯する。ハロゲンランプ６，７の輝点像を上部の試料棒（フィーダー）３の下端に当てて、回転している上部の試料棒３の先端の像を観測用窓（図示なし）から観察しながら、ハロゲンランプ６，７の点灯電流を上げてゆくと、上部の試料棒３の下端が熔融に至る。
【００２８】
このような状態の上部の試料棒３の先に、下部の試料棒５を逆方向に回転させながら徐々に近づけてゆくと、下部の試料棒５の上端も熔融状態となり、図２（ｂ）に示すように、やがて両端の熔融部が接触して、その間に浮遊熔融帯域８が形成される。
【００２９】
このようにして形成された浮遊熔融帯域８は、以下の点に注意すれば安定な状態で下部の試料棒５と上部の試料棒３の間に存在するので、定位置の高温部に対して全体を垂直に下ろしてゆくと、下部の試料棒５の先端から出発した熔融部が上部の試料棒３中を上方に移動してゆく。浮遊熔融帯域８を安定させるためには、まず熔融部での適当な温度の設定と維持が大切である。温度が高すぎると、粘性が低下し、浮遊熔融帯が下部へ垂れやすくなり熔融部が不安定になる。
【００３０】
また、適当な高温の熔融部は、浮遊熔融帯域をシャフト９，１０の中心軸に保ち温度を均一にするために、互いに逆方向に回転している上下の試料棒３，５の両端の間に維持される必要がある。そのために、熔融部では試料に適度の流動性と粘性が必要で、その様子を注意深く観察しながらハロゲンランプ６，７の点灯電流値、上部の試料棒３の下端と下部の試料棒５の上端の間隔、下降速度などを調整する。また、蒸発により熔融部が痩せるので、その分だけ上部の試料棒３の下降速度を下部の試料棒５より大きくして損失分を補給する必要がある。
【００３１】
このようにして得られた結晶の成長方向は、シャフト下部の中心軸とは必ずしも一致しない。従って得られた単結晶を試料棒５として、粉末圧縮成形した固形棒をフィーダー３に固定して、単結晶を成長させる。このときの単結晶の成長軸がシャフト下部の中心軸と一致するように固定しなけれならない。こうすることによって初めて数ｃｍ以上の単結晶が安定的に製造できる。
【００３２】
上記したような浮遊熔融帯方式の結晶製造装置を用いてＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶（ｏｒｔｈｏｒｏｍｂｉｃ；オーソロンビック）結晶を製造する。
【００３３】
この浮遊熔融帯方式（浮遊熔融帯方法）は、熔融帯を坩堝なしに形成することが可能であることから、坩堝からの不純物の混入を無くすことができる点で優れた方法である。この方法により実用上必要な大きさの結晶を製造することが可能となる。
【００３４】
図３は本発明の実施例を示すＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ （ｘ＝１）結晶の図である。
【００３５】
この図において、得られたＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の直径は数ｍｍφ、長さは数ｃｍであった。
【００３６】
以下、その結晶成長条件について説明する。
【００３７】
（１）酸素雰囲気（加圧条件）；Ｆｅ（鉄）組成の（ｘ）の範囲が０．７≦ｘ≦１のときは、斜方晶構造を得るために３気圧以上が必要である。通常は８気圧で成長させた。
【００３８】
１≦ｘ≦１．４のときは、斜方晶構造を得るためには５気圧以上が必要である。通常は１０気圧下で成長させた。
【００３９】
このような加圧下での結晶のＸ線回折パターンを図４及び図５に示す。
【００４０】
図４はＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶（ｘ＝１）のＸ線解析結果を示しており、斜方晶構造が確かに得られたことが分かる。
【００４１】
図５は比較のために大気圧下で成長させたＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶（ｘ＝１）の場合のＸ線解析結果を示した。これから大気圧下で成長した結晶はＦｅ３ Ｏ４ の不純物Ｘ線ラインが観察され、単一斜方晶構造でないことが分かる。
【００４２】
このような結晶は、室温で磁石に付着する性質があるので、そこからも別構造であることがすぐ判定できる。
【００４３】
（２）成長速度；１．５ｍｍ／Ｈｒ（上限は１０ｍｍ／Ｈｒ）
成長速度が、２０ｍｍ／Ｈｒ以上では上記した図５に示すようなＸ線パターンが観察される。また、観察されないにしても磁石に付着することから、微量のＦｅ３ Ｏ４ 構造が存在することが分かる。
【００４４】
また、成長終了時には試料棒と浮遊熔融帯域を切り離す必要から成長速度を速めたりすると、Ｆｅ３ Ｏ４ が混入してくる。したがって、上限は１０ｍｍ／Ｈｒとするのが望ましい。Ｆｅ３ Ｏ４ の混入は、磁石の付着性をみればすぐ判定できるので、このような場合、磁石が付着した結晶端はダイアモンドカッターで切り落とせばよい。
【００４５】
（３）試料棒供給速度；１．５〜２．０ｍｍ／Ｈｒ（上限は２０ｍｍ／Ｈｒ）試料棒供給速度が大きいと浮遊熔融帯域が不安定になり、やはりＦｅ３ Ｏ４ 等の結晶構造を発生させる。上限は２０ｍｍ／Ｈｒとするのが望ましい。
【００４６】
次に、本発明にかかる浮遊熔融帯法と、従来のフラックス法で製造した結晶のラウエパターンを図６に示す。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、浮遊熔融帯法による結晶のラウエ（Ｌａｕｅ）パターンは単一の点として観察されるのに対して、図６（ｂ）に示すように、フラックス結晶のラウエパターンは複数点に観察される。このフラックス結晶のラウエパターンは、Ｘ線をフラックス結晶の違う部位に照射すると異なるパターンとなって観察されることから、フラックス結晶が明らかに単一結晶とはなっておらず双晶となっていることが分かる。
【００４８】
これらのＸ線解析結果から、斜方晶構造のＦｅ組成（ｘ）がｘ＝１のときの格子定数はＰｃ２１ ｎ表示で
ａ＝８．７５１２Ａ
ｂ＝９．３９９３Ａ
ｃ＝５．０８０６Ａ
の斜方晶構造である（ａ，ｂ，ｃ軸のなす角は９０°）ことが判る。
【００４９】
図７にこれらの結晶のＸ線解析結果を示す。図７はこれらの結晶構造をａｂ面からみた原子配置を示す。Ｇａ１は酸素原子からなる正四面体に囲まれている。Ｇａ２は酸素原子からなる正八面体に囲まれている。Ｆｅ１，Ｆｅ２は酸素原子からなる正八面体に囲まれた構造を持っている。この結晶の磁気的特性はＦｅ１とＦｅ２の酸素原子を通した電子スピンの交換相互作用が中心的役割を果たしている。中性子回折実験結果によれば、Ｆｅ３スピンとＦｅ４スピンは逆向きでほぼａ軸に近い向きをとっている。これらのスピンが幾分ｃ軸に傾くことにより、弱強磁性を示すことが判っている。
【００５０】
図８はフェリ磁性転移温度ＴｃのＦｅ組成依存性を示す図である。ここで、◆は本発明の浮遊熔融帯法によるもの、■は従来のフラックス法によるものである。
【００５１】
浮遊熔融帯法におけるＴｃは、Ｆｅ組成ｘ＝０．８では１３０Ｋ、ｘ＝１．４では３６０Ｋとなる。これによりＴｃがＦｅ組成に大きく依存することが、この結晶の特徴であることが分かる。
【００５２】
特に、ｘ＝１．３付近ではＴｃが３００Ｋとなり、室温付近にまで転移温度を上げられることは、実用上大きなメリットになる。
【００５３】
上記したように、本発明によれば、 〔１〕浮遊熔融帯方式の結晶製造装置により、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶を製造することができ、また、浮遊熔融帯方式は浮遊熔融帯域を坩堝なしに形成することが可能であることから坩堝からの不純物の混入を無くすことができる。この方法により実用上必要な大きさの結晶を製造することが可能となる。
【００５４】
〔２〕Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶においてＦｅ（鉄）組成（ｘ）の範囲が０．７≦ｘ≦１．５の斜方晶の結晶構造をもった単結晶を製造することができる。
上記Ｆｅ組成の範囲の斜方晶構造をもった大型結晶は、浮遊熔融帯方式にて製造することが可能である。
【００５５】
〔３〕酸素雰囲気、もしくは空気雰囲気でＦｅ組成（ｘ）の範囲が、０．７≦ｘ≦１のときは、３気圧以上の高圧雰囲気下で、１≦ｘ≦１．５のときは、５気圧以上の高圧雰囲気下で結晶製造することにより、三方晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）構造やＦｅ３ Ｏ４ （Ｃｕｂｉｃ；Ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）構造をもつ結晶成長を安定的に抑制させることができる。特にＦｅ組成ｘが大きい領域では高圧をかけることが重要となってくる。
【００５６】
三方晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）構造（Ｇａ２ Ｏ３ 結晶とＦｅ２ Ｏ３ 結晶は三方晶構造を持つ結晶構造である）やＦｅ３ Ｏ４ （Ｃｕｂｉｃ；Ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）が混入した結晶の場合、磁化を帯びているため、製造した結晶が室温で磁石に容易に付着することから判別できる。
【００５７】
〔４〕Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶において、結晶成長速度を１０ｍｍ／Ｈｒ以下に調整して、結晶製造することにより、三方晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）構造やＦｅ３ Ｏ４ （Ｃｕｂｉｃ；Ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）構造をもつ結晶成長を安定的に抑制することができる。三方晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）構造やＦｅ３ Ｏ４ （Ｃｕｂｉｃ；Ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）が混入した結晶かどうかは、製造した結晶が磁石につくかどうかで容易に判定できることは上に同じである。
【００５８】
〔５〕Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶において、結晶成長用の試料供給速度を２０ｍｍ／Ｈｒ以下に調整して、結晶製造することにより、三方晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）構造やＦｅ３ Ｏ４ （Ｃｕｂｉｃ；Ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）構造をもつ結晶成長を安定的に抑制することができる。
【００５９】
また、本発明によれば、固体内に埋め込まれたスピン情報を読み出すことを可能とする、磁気センサー素子の中心部分である磁気電気効果をもった材料として結晶材料を提供することができる。これにより、磁気電気効果を用いて高感度に微小磁気を検知するセンサーを実現できる。これは、磁気ヘッドに組み込まれる高感度磁気センサーとして応用可能である。
【００６０】
また、磁気センサーとして供与される場合は、適当な方位で切り出す必要があるが、一度結晶方位を決定すれば、その後は、結晶方位が容易に決定できる。
【００６１】
また、従来のコイル形状を使うことなく磁場を検知することができ、磁気センサーの微小サイズ化を可能にし、スピンの微細構造にも対応可能となるため、将来の高密度磁気メモリの登場にも耐えうるセンサーを提供することが可能である。
【００６２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００６４】
Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶の単結晶が数ｍｍのサイズで得られる。このサイズは、浮遊熔融帯方式のランプ過熱炉の構造によって決まる。磁気センサー素子として供与される場合は適当な方位で切り出す必要があるが、一度、結晶方位を決定すれば、その後は、結晶方位を容易に決定できる。
【００６５】
磁気電気効果を利用して固体内に埋め込まれたスピンの配置を検知できることから、従来にないタイプの磁気ヘッドを供給することができる。従来のコイル形状を使うことなく磁場を検知することができ、磁気センサーの微小サイズ化を可能にし、このことにより、スピンの微細構造にも対応可能となり、将来の高密度磁気メモリの登場にも耐え得る磁気センサーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す浮遊熔融帯方式のランプ加熱炉の模式図である。
【図２】本発明の実施例を示す浮遊熔融帯方式によるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶の成長方法の説明図である。
【図３】本発明の実施例を示すＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ （ｘ＝１）結晶の図である。
【図４】本発明の実施例を示すＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶（ｘ＝１）のＸ線回折結果を示す図である。
【図５】比較例を示すＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶（ｘ＝１）にＦｅ３ Ｏ４ が混入した場合のＸ線解析結果を示す図である。
【図６】本発明にかかる浮遊熔融帯法と、従来のフラックス法で製造した結晶のラウエパターンを示す図である。
【図７】本発明にかかる浮遊熔融帯法による結晶構造の原子配置を示す図である。
【図８】フェリ磁性転移温度ＴｃのＦｅ組成依存性を示す図である。
【符号の説明】
１ 透明石英管（試料チャンバー）
２，４ カンタル線
３ 上部の試料棒（フィーダー）
５ 下部の試料棒（種結晶：シード）
６，７ 熱源（ハロゲンランプ）
８ 浮遊熔融帯域
９，１０ ステンレス鋼シャフト
Claims (6)
- 上下に配置されるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ からなる試料棒の先端をガス雰囲気下で共焦点に配置される熱源で加熱することにより前記上下に配置されるＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ からなる試料棒の先端間に浮遊熔融帯域を形成する浮遊熔融帯法により、斜方晶の結晶構造をもったＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の単結晶を生成することを特徴とする酸化ガリウム鉄混晶の結晶製造方法。
- 請求項１記載の酸化ガリウム鉄混晶の結晶製造方法において、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ 結晶におけるＦｅの組成（ｘ）の範囲が０．７≦ｘ≦１．５でＧａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶構造の単結晶を形成することを特徴とする酸化ガリウム鉄混晶の結晶製造方法。
- 請求項２記載の酸化ガリウム鉄混晶の結晶製造方法において、酸素雰囲気、空気雰囲気もしくは不活性ガス雰囲気下でＦｅの組成（ｘ）の範囲が０．７≦ｘ≦１の場合は、３気圧以上の高圧雰囲気下で、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶構造の単結晶を形成することを特徴とする酸化ガリウム鉄混晶の結晶製造方法。
- 請求項２記載の酸化ガリウム鉄混晶の結晶製造方法において、酸素雰囲気、空気雰囲気もしくは不活性ガス雰囲気下でＦｅの組成（ｘ）の範囲が１≦ｘ≦１．５の場合は、５気圧以上の高圧雰囲気下で、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶構造の単結晶を形成することを特徴とする酸化ガリウム鉄混晶の結晶製造方法。
- 請求項３又は４記載の酸化ガリウム鉄混晶の結晶製造方法において、結晶成長速度を１０ｍｍ／Ｈｒ以下に調整して、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶構造の単結晶を形成することを特徴とする酸化ガリウム鉄混晶の結晶製造方法。
- 請求項５記載の酸化ガリウム鉄混晶の結晶製造方法において、結晶成長用の試料棒供給速度を２０ｍｍ／Ｈｒ以下の速度に調整して、Ｇａ２−Ｘ ＦｅＸ Ｏ３ の斜方晶結晶構造の単結晶を形成することを特徴とする酸化ガリウム鉄混晶の結晶製造方法。
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