(57)【要約】【課題】磁気センサー、アクチュエーター、発光ダイオードなどへの応用が期待されているマンガンがドープされた窒化ガリウムナノワイヤーの製造方法を提供する。【解決手段】酸化ガリウム粉末、リン化マンガン粉末および二酸化マンガン粉末の混合物を、流量100〜400sccmのアンモニアガスを流しながら、1353〜1423Kの温度に0.5〜1時間加熱して、直径100〜500ナノメートル、長さ数十マイクロメートルのマンガンがドープされた窒化ガリウムナノワイヤーを製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化ガリウム粉末、リン化マンガン粉末および二酸化マンガン粉末の三成分混合物をア
ンモニアガス気流中で加熱することを特徴とするマンガンがドープされた窒化ガリウムナ
ノワイヤーの製造方法。
【請求項２】
前記において、加熱温度を1353〜1423Kの範囲とすることを特徴とする請求項１に記載
のマンガンがドープされた窒化ガリウムナノワイヤーの製造方法。
【請求項３】
前記において、加熱時間を0.5〜1時間の範囲とすることを特徴とする請求項１又は２に
記載のマンガンがドープされた窒化ガリウムナノワイヤーの製造方法。
【請求項４】
前記において、アンモニアガスの流量を100〜400sccmの範囲とすることを特徴とする請求
項１ないし３の何れかに記載のマンガンがドープされた窒化ガリウムナノワイヤーの製造
方法。
【請求項５】
前記において、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）粉末の重量は、酸化ガリウム粉末とリン化マ
ンガン粉末の合計量１００重量部に対し、0〜8重量部の範囲とすることを特徴とする請求
項１ないし４の何れかに記載のマンガンがドープされた窒化ガリウムナノワイヤーの製造
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気、電子、光学分野の機能性デバイスとして、磁気センサー、アクチュエ
ーター、光記録、発光ダイオード等に利用されることが期待されているマンガンがドープ
された窒化ガリウムナノワイヤーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マンガンがドープされた二次元の窒化ガリウム薄膜は、窒化ガリウム薄膜上にマンガン
をレーザー加熱法で堆積させた後、250〜800℃でアニールすることにより、マンガンを窒
化ガリウム中に拡散させて製造している（例えば、非特許文献１）。また、マンガンがド
ープされた一次元の窒化ガリウムナノワイヤーは、ガリウムのアセチルアセトン、マンガ
ンのアセチルアセトンおよびカーボンナノチューブの混合物をアンモニア気流中で、195
℃、１時間加熱した後、さらに260℃で１時間保持し、最後に950℃で４時間加熱すること
により製造されている（例えば、非特許文献２）。さらに、オートクレーブの中に、金属
ガリウム、リチウムアミド、マンガンを仕込み、アンモニアガスで満たして、500℃で反
応させることにより、マンガンがドープされた窒化ガリウムの微結晶を得る方法も知られ
ている（例えば、非特許文献３）。
【０００３】
【非特許文献１】M.L.Reed,ほか、Mater.Lett.51巻、500頁、2001年
【非特許文献２】F.L.Deepak,ほか、Chem.Phys.Lett.374巻、314頁、2003年
【特許文献３】M.Zajac,ほか、Appl.Phys.Lett.78巻、1276頁、2001年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のようなカーボンナノチューブを鋳型として用いることなく、原料とし
て市販品の粉末を使用して加熱するだけの簡便な方法でマンガンがドープされた窒化ガリ
ウムナノワイヤーを製造する方法を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、酸化ガリウム粉末、リン化マンガン粉末および二酸化マンガン粉末の三成分
混合物を100〜400sccmの流量のアンモニアガスを流しながら、1353〜1423Kの温度で0.5〜
1時間加熱することにより、直径100〜400ナノメートル、長さ数十マイクロメートルのマ
ンガンがドープされた窒化ガリウムナノワイヤーを製造する方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、鋳型を使用することなく、簡便な方法で、機能性デバイス用として有用
なマンガンがドープされた窒化ガリウムナノワイヤーが製造可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
酸化ガリウム粉末、リン化マンガン粉末および二酸化マンガン粉末の三成分混合物をア
ルミナボートに入れ、このアルミナボートを横型石英管状炉の中に設置する。反応の準備
段階としてアルゴンガスを200sccm程度の流量で流しながら、1073Kに加熱し、この温度に
達したとき、アルゴンガスを流すことをやめて、アンモニアガスを100〜400sccmの流量で
流しながら、1353〜1423Kの温度で、0.5〜1時間加熱する。
【０００８】
上記において、出発原料の三成分混合物のうち、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）粉末の重
量は、酸化ガリウム粉末とリン化マンガン粉末の総重量に対して、0＜ＭｎＯ２＜8重量％
の範囲が好ましく、8%以上では、二酸化マンガンが生成した窒化ガリウムに溶解しない。
８重量部を越えると、二酸化マンガンが窒化ガリウム中で最大溶解度に達するので、生成
物が少量しか得られない。０重量部のときには、マンガンのドープ量はおよそ2atom%にな
る。
【０００９】
アンモニアガスを流しながら加熱するときの温度は、1353〜1423Kの範囲が好ましく、1
423Kで十分に分解や反応が進行するので、これ以上の温度にする必要はない。1353K以下
の温度ではリン化マンガンの分解や酸化ガリウムの分解が起こらないので、マンガンを含
有した窒化ガリウムが生成しない。
【００１０】
加熱時間は、0.5〜1時間の範囲が好ましく、1時間以上加熱すると生成するナノワイヤ
ーの直径が太くなりすぎる。0.5時間未満では、収量が低下するとともに、生成物の中に
粒子状の物質を含む。アンモニアガスの流量は100〜400sccmの範囲が好ましく、400sccm
以上の流量では、勢いが強すぎて生成物が下流に流されて、石英管を詰まらせて危険であ
る。100sccm以下では収量が低下する。
【００１１】
上記の操作を施すことにより、淡黄色の繊維状物質がアルミナボート上に生成する。
生成した繊維状物質を分析することにより、直径100〜400ナノメートル、長さ数十マイク
ロメートルを有するマンガンがドープされた窒化ガリウムナノワイヤーであることが確認
される。
【実施例１】
【００１２】
次に、実施例を示して、さらに具体的に説明する。
和光純薬工業（株）製の酸化ガリウム粉末（純度99.99%）0.397g、高純度化学研究所（
株）製のリン化マンガン粉末（純度99.9%）0.299gおよび和光純薬工業（株）製の二酸化
マンガン粉末（純度一級）0.032gの三成分混合物をアルミナボートに入れ、このアルミナ
ボートを横型石英管状炉内に設置した。アルゴンガスを200sccmの流量で流しながら、107
3Kまで昇温した。この温度に達したとき、アルゴンガスを流すことをやめ、アンモニアガ
スを300sccmの流量で流しながら、1423Kに温度を上げ、この温度に1時間保持した。アル
ミナボート内に淡黄色の繊維状物質が堆積した。
【００１３】
図１に、淡黄色の繊維状物質の透過型電子顕微鏡像の写真を示した。直径が100〜500ナ
ノメートルで、長さが数十マイクロメートルのナノワイヤーが生成していることが分かっ
た。
【００１４】
図２に、この堆積物のエネルギー分散型X線分析の結果を示した。ガリウム、マンガン
、窒素および少量の燐からなる成分が存在していることが分かった。窒素とガリウムの原
子比は1:1よりもわずかに大きく、マンガンの量は5.3〜9.4atom%であることが分かった。
なお、銅のシグナルは試料を観測するために用いた銅グリッドに由来するものである。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明により、マンガンがドープされた窒化ガリウムナノワイヤーの製造が可能となっ
たので、磁気センサー、アクチュエーター、発光ダイオードなどへの利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】マンガンがドープされた窒化ガリウムナノワイヤーの透過型電子顕微鏡像の写真である。
【図２】マンガンがドープされた窒化ガリウムナノワイヤーのエネルギー分散型X線分析の測定結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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