(57)【要約】【課題】本発明の目的は、光照射により、電気・磁気・光学的性質を自在に制御することができるコバルトドープ二酸化チタン膜を提供することである。【解決手段】光を照射することで電気・磁気・光学的性質が変化することを特徴とする光照射コバルトドープ二酸化チタン膜で、また、アルミナ、シリカ、酸化バナジウム（ＶＯ２、Ｖ２Ｏ５）、及び酸化銅（ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ）のうち、少なくとも一種類から構成されるキャップ層を有する光照射コバルトドープ二酸化チタン膜である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射することで電気・磁気・光学的性質が変化することを特徴とする光照射コバルトドープ二酸化チタン膜。
【請求項２】
上部にキャップ層を堆積したことを特徴とする請求項１に記載の光照射コバルトドープ二酸化チタン膜。
【請求項３】
前記光は、波長が２００ｎｍから４００ｎｍの範囲の紫外光、または、波長が４００ｎｍから８００ｎｍの範囲の可視光、または、波長が８００ｎｍから１０００ｎｍの赤外光であることを特徴とする請求項１または２に記載の光照射コバルトドープ二酸化チタン膜。
【請求項４】
前記キャップ層は、アルミナ、シリカ、酸化バナジウム（ＶＯ２、Ｖ２Ｏ５）、及び酸化銅（ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ）のうち、少なくとも一種類から構成されることを特徴とする請求項２に記載の光照射コバルトドープ二酸化チタン膜。
【請求項５】
前記電気・磁気・光学的性質は、電気伝導、磁化、光透過性、磁気伝導、磁気光学効果であることを特徴とする請求項１または２に記載の光照射コバルトドープ二酸化チタン膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を照射したコバルトドープ二酸化チタン、多層膜構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コバルトドープ二酸化チタンは室温以上で強磁性を示す半導体材料であり、単結晶基板上に、レーザーアブレーション法などを用いることによって、エレクトロニクスデバイスへ適用できるほど、表面が原子レベルで平坦であって、結晶性に優れた二酸化チタン膜をエピタキシャル成長させることが知られている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３１９７９号公報
【０００４】
しかしながら、このような技術によってコバルトドープ二酸化チタン膜を形成しても、例えば、その電気・磁気・光学的特性を、光を用いて制御する方法が存在しなかった。したがって、光により制御する電子・磁気素子は未だ実現することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、光照射により、電気・磁気・光学的性質を自在に制御することができるコバルトドープ二酸化チタン膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、光を照射することで電気・磁気・光学的性質が変化することを特徴とする光照射コバルトドープ二酸化チタン膜が得られる。
【０００７】
また、本発明によれば、光を照射することで電気・磁気・光学的性質が変化し、上部にキャップ層を堆積したことを特徴とする光照射コバルトドープ二酸化チタン膜が得られる。
【０００８】
また、本発明によれば、前記光は、波長が２００ｎｍから４００ｎｍの範囲の紫外光、または、波長が４００ｎｍから８００ｎｍの範囲の可視光、または、波長が８００ｎｍから１０００ｎｍの赤外光であることを特徴とする光照射コバルトドープ二酸化チタン膜が得られる。
【０００９】
また、本発明によれば、前記キャップ層は、アルミナ、シリカ、酸化バナジウム（ＶＯ２、Ｖ２Ｏ５）、及び酸化銅（ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ）のうち、少なくとも一種類から構成されることを特徴とする光照射コバルトドープ二酸化チタン膜が得られる。
【００１０】
また、本発明によれば、前記電気・磁気・光学的性質は、電気伝導、磁化、光透過性、磁気伝導、磁気光学効果であることを特徴とする光照射コバルトドープ二酸化チタン膜が得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、以下の効果が得られる。
【００１２】
本発明は、光照射により、電気・磁気・光学的性質を自在に制御することができるコバルトドープ二酸化チタン膜を提供することが可能となる。また、コバルトドープ二酸化チタン膜を含む素子構造において、光照射を素子のスイッチの手段として用いることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明の多層膜構造の一例を占めす構成図である。図１に示す多層膜構造１０は、所定の基板１１と、この基板１１上に形成されたバッファー層１２と、このバッファー層１２上に形成されたコバルトドープ二酸化チタン膜１３とを具えている。基板１１は、例えばイットリウム添加安定化ジルコニア（ＹＳＺ）基板、サファイア基板、二酸化チタン基板、シリコン基板、砒化ガリウム基板、窒化ガリウム基板、及びマグネシア基板などから構成することができるが、好ましくはサファイア基板から構成する。
【００１５】
バッファー層１２は、例えば二酸化チタン膜、窒化ガリウム膜などから構成することができるが、好ましくは二酸化チタン膜から構成する。バッファー層１２は、その上に形成されたコバルトドープ二酸化チタン膜１３に対する下地層の役割を果たす。この目的のため、バッファー層１２は、室温〜５００℃の温度で形成することが好ましく、その厚さは１ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。なお、バッファー層１２は、その形成後であってコバルトドープ二酸化チタン膜１３の形成前において、酸素雰囲気下でアニール処理することが好ましい。このアニール処理は例えば３００℃〜１０００℃の温度で行うのが好ましく、前記酸素雰囲気としては、例えば１×１０−３Ｔｏｒｒ以上の酸素雰囲気を採用することが好ましい。
【００１６】
コバルトドープ二酸化チタン膜１３は、基板１１上において上述した二酸化チタン膜１２を介して形成されるため、原子レベルの表面平坦性を得ることができるとともに、その結晶性を十分に向上させることができる。なお、同様の目的から、コバルトドープ二酸化チタン膜１３は、室温〜６００℃の温度で形成することが好ましい。
【００１７】
図２は、図１と異なる多層膜構造の一例を示す構成図である。図２に示す多層膜構造１４は、所定の基板１５と、この基板１５上に形成されたバッファー層１６と、このバッファー層１６上に形成されたコバルトドープ二酸化チタン膜１７と、このコバルトドープ二酸化チタン膜１７上に形成されたキャップ層１８とを具えている。基板１５は図１の基板１１と同等で、バッファー層１６は図１のバッファー層１２と同等で、コバルトドープ二酸化チタン膜１７は図１のコバルトドープ二酸化チタン膜１３と同等である。キャップ層１８は、例えばアルミナ、シリカ、酸化バナジウム（ＶＯ２、Ｖ２Ｏ５）、及び酸化銅（ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ）などから構成することができる。
【００１８】
図３は、光照射に用いる光源のスペクトルの一例である。図３は、水銀ランプ及びキセノンランプの発光スペクトルである。水銀ランプは主に紫外光から構成される。キセノンランプは紫外光、可視光、及び赤外光から構成される。電気伝導を増加させるような電気特性の制御では紫外光から構成される水銀ランプの使用が好ましい。磁気伝導を増加させるような強磁性的性質の増強には可視光及び赤外光を含むキセノンランプが好ましい。用いる光の強度は５０ｍＷ／ｃｍ２〜５０００ｍＷ／ｃｍ２の強度が好ましい。紫外光、可視光、及び赤外光を発するレーザーやＬＥＤなどを用いることにより、水銀ランプやキセノンランプを代用することができる。コバルトドープ二酸化チタン膜１３及び１７は、光照射に依存した電気・磁気・光学的性質を呈し、これらの性質に基づいた種々の特性を呈するようになる。
【実施例１】
【００１９】
サファイア基板（１０−１２）面上に、このサファイア基板を１０００℃に加熱するとともに、酸素分圧１×１０−４Ｔｏｒｒで二酸化チタンバッファー層を厚さ５ｎｍに形成した。その後、前記に酸化チタンバッファー層を１×１０−２Ｔｏｒｒの雰囲気下に配置し、６００℃で１時間のアニール処理を実施した。次いで、前記二酸化チタンバッファー層上にコバルトドープ二酸化チタン膜を、４００℃で加熱するとともに、酸素分圧１×１０−７Ｔｏｒｒの雰囲気下で、厚さ５０ｎｍに形成した。また、同様な試料を作製した後、キャップ層として厚さ１〜５ｎｍのアルミナ、酸化バナジウム（ＶＯ２）を形成した構造も作製した。なお、いずれの膜もレーザーアブレーション法を用いて形成した。
【００２０】
図４（ａ）は、前記サファイア基板上に二酸化チタンバッファー層を形成し、二酸化チタンバッファー層上にコバルトドープ二酸化チタン膜を形成した試料の原子間力顕微鏡像である。図４（ｂ）は、前記サファイア基板上に二酸化チタンバッファー層を形成し、二酸化チタンバッファー層上にコバルトドープ二酸化チタン膜を形成し、二酸化チタンバッファー層上にアルミナキャップ層を形成した試料の原子間力顕微鏡像である。
【実施例２】
【００２１】
図５（ａ）は、サファイア基板上に二酸化チタンバッファー層を形成し、二酸化チタンバッファー層上にコバルトドープ二酸化チタン膜を形成し、コバルトドープ二酸化チタン膜上に酸化バナジウム（ＶＯ２）キャップ層を形成した試料に対して、キセノンランプ照射と非照射を繰り返したときの抵抗の変化である。右に行くに従い光の強度が強くなるが、光の強度が強くなるほど、光照射時の抵抗が大きく減少することがわかる。図５（ｂ）は、抵抗測定時の試料温度である。光照射時も試料温度はほとんど変化していないことがわかる。したがって、図５（ａ）の抵抗の減少は温度の上昇によるものでないことがわかる。
【実施例３】
【００２２】
図６は、サファイア基板上に二酸化チタンバッファー層を形成し、二酸化チタンバッファー層上にコバルトドープ二酸化チタン膜を形成した試料に対する、水銀ランプ照射と非照射下でのホール抵抗率の磁場依存性である。測定温度は室温である。非照射時のキャリア濃度は、２．７×１０２０ｃｍ−３であったが、光照射時には４．０×１０２０ｃｍ−３に変化した。このことから、光照射により、キャリア濃度が大きく増加することがわかる。また、ゼロ磁場近くでの異常ホール効果の大きさが光照射によりほとんど変化していないことから、光照射が強磁性に対して及ぼす影響は小さいことがわかる。
【実施例４】
【００２３】
図７は、サファイア基板上に二酸化チタンバッファー層を形成し、二酸化チタンバッファー層上にコバルトドープ二酸化チタン膜を形成した試料に対する、キセノンランプ照射と非照射下でのホール抵抗率の磁場依存性である。測定温度は室温である。非照射時の抵抗率は０．１６Ωｃｍであったが、光照射時には０．１４Ωｃｍに変化した。図７から、ホール抵抗率の傾きがほとんど変化していないことから、光照射によりキャリア濃度が大きく変化しないことがわかる。一方、ゼロ磁場近くでの異常ホール効果の大きさが光照射により大きく増加していることから、光照射により強磁性が増強していることがわかる。
【実施例５】
【００２４】
図８は、サファイア基板上に二酸化チタンバッファー層を形成し、二酸化チタンバッファー層上にコバルトドープ二酸化チタン膜を形成し、コバルトドープ二酸化チタン膜上に酸化バナジウム（ＶＯ２）を形成した試料に対して、キセノンランプ照射を光の強度を変えたときの、ホール抵抗率の磁場依存性である。測定温度は室温である。光強度が増えるにつれ異常ホール効果の大きさが顕著に増加していることから、光照射により強磁性が増強していることがわかる。図７に比べて、ホール抵抗率の変動が大きいことから、キャップ層の選択により、光照射の効果を制御できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、フォトニクス分野及びエレクトロニクス分野において、光での磁性の制御を活用する新しいタイプの素子として用いることできる。フォトニクス分野では、光で磁気光学効果を制御する光アイソレーターなどの磁気光学デバイス等に適用することができる。エレクトロニクス分野では、光で磁気伝導や強磁性を制御する、巨大磁気抵抗デバイス、トンネル磁気抵抗デバイス、電界効果型デバイス、スピン偏極キャリア注入デバイス、スピン偏極発光素子、又はこれらのデバイスを含む磁気センサーやスピン輸送素子に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は本発明のコバルトドープ二酸化チタン膜を含む試料の一例を示す構成図である。
【図２】図１と異なる多層膜構造の一例を示す構成図である。
【図３】水銀ランプ及びキセノンランプの発光スペクトルである。
【図４】コバルトドープ二酸化チタン薄膜及びコバルトドープ二酸化チタン薄膜にアルミナキャップ層を堆積した試料の原子間力顕微鏡像である。観察面積は５μｍ角である。
【図５】（ａ）コバルトドープ二酸化チタン薄膜上に酸化バナジウム（ＶＯ２）キャップ層を形成した試料に対して、キセノンランプ照射と非照射を繰り返したときの抵抗の変化である。点線は暗室下での抵抗を示す。測定は室温である。右に行くに従い、光の強度が強くなる。（ｂ）（ａ）の測定時における試料温度である。
【図６】コバルトドープ二酸化チタン薄膜試料に対して、水銀ランプ照射下及び非照射下でのホール抵抗率の磁場依存性である。測定は室温である。
【図７】コバルトドープ二酸化チタン薄膜試料に対して、キセノンランプ照射下及び非照射下でのホール抵抗率の磁場依存性である。測定は室温である。
【符号の説明】
【００２７】
１０      コバルトドープ二酸化チタン膜を含む試料
１１      基板
１２      バッファー層
１３      コバルトドープ二酸化チタン膜
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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