(57)【要約】【課題】従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる半導体素子等を提供する。【解決手段】本発明の磁気抵抗効果素子１Ａは、半導体層２と、半導体層２上に互いに離間して設けられた第１強磁性層４及び第２強磁性層５と、半導体層２に接するように第１強磁性層４及び第２強磁性層５と離間して設けられた金属層３とを備える。半導体層２は、ｎ型の導電型を有し、金属層３の仕事関数は、半導体層２の仕事関数よりも大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、
前記半導体層上に互いに離間して設けられた第１電極及び第２電極と、
前記半導体層に接するように、前記第１電極及び前記第２電極と離間して設けられた金属層と、
を備え、
前記半導体層は、ｎ型の導電型を有し、
前記金属層の仕事関数は、前記半導体層の仕事関数よりも大きい、半導体素子。
【請求項２】
前記半導体層の母材は、Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉとＧｅの混晶であり、
前記金属層の主成分は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｂｅ及びＯｓからなる群から選択される少なくとも一つの元素によって構成される、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記半導体層を正、前記金属層を負とする方向の電圧を印加するための配線をさらに備える、請求項１又は２に記載の半導体素子。
【請求項４】
半導体層と、
前記半導体層上に互いに離間して設けられた第１電極及び第２電極と、
前記半導体層に接するように、前記第１電極及び前記第２電極と離間して設けられた金属層と、
を備え、
前記半導体層は、ｐ型の導電型を有し、
前記金属層の仕事関数は、前記半導体層の仕事関数よりも小さい、半導体素子。
【請求項５】
前記半導体層の母材は、Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉとＧｅの混晶であり、
前記金属層の主成分は、Ｅｕ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｙ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＭｎからなる群から選択される少なくとも一つの元素によって構成される、請求項４に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記金属層を正、前記半導体層を負とする方向の電圧を印加するための配線をさらに備える、請求項４又は５に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記半導体層は、前記第１電極及び前記第２電極が設けられた上面と、前記上面と対向している下面と、前記上面と前記下面とを接続し、かつ、前記第１電極及び前記第２電極の離間方向に沿って延在している側面と、を有し、
前記金属層は、前記半導体層の前記側面の少なくとも一部に接している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記半導体層は、前記第１電極及び前記第２電極が設けられた上面を有し、
前記金属層は、前記半導体層の前記上面の少なくとも一部に接している、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体素子を備え、
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ強磁性材料を備える、磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の磁気抵抗効果素子を備える、磁気センサ。
【請求項１１】
請求項９に記載の磁気抵抗効果素子を備える、スピントランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、磁気抵抗効果素子、磁気センサ及びスピントランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁化自由層としての強磁性層、非磁性スペーサ層、及び磁化固定層としての強磁性層を有する巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果素子、及びトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果素子等の磁気抵抗効果素子が知られている。このような磁気抵抗効果素子は、磁気センサ、磁気ヘッド、及び磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）等のデバイスに利用されている。
【０００３】
現在実用化されている磁気抵抗効果素子は、磁化自由層、非磁性スペーサ層、及び磁化固定層をこの順に積層させた構成を有している。しかし、近年、非磁性材料からなるチャンネル層の上面に磁化自由層及び磁化固定層を設けた構成を有する磁気抵抗効果素子が注目されている（たとえば特許文献１及び特許文献２）。特許文献１及び特許文献２に記載の磁気抵抗効果素子では、磁化自由層及び磁化固定層は略同一面上に形成され、磁化自由層又は磁化固定層からチャンネル層に注入されたスピン偏極電子は、チャンネル層内で伝導又は拡散し、スピンがチャンネル層内に蓄積する。このような構成を有する磁気抵抗効果素子によれば、従来の磁気抵抗効果素子との構成上の相違点に基づき、磁気ヘッド等の磁気センサに応用した場合に高い空間分解能が得られることが期待されており、また、デバイスへの応用時にデバイス設計の自由度を向上させることができると期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２８７６６６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１５／０７６１８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような磁気抵抗効果素子では、信号雑音比（ＳＮ比）を向上させるために必要な要素の一つとして、スピン偏極キャリア（スピン偏極電子又はスピン偏極ホール）がチャンネル層内を伝導又は拡散する際のスピン拡散長及びスピン寿命を長くすることが挙げられる。そのような観点から、上記特許文献１及び特許文献２に記載の磁気抵抗効果素子は、半導体素子として形成されている。具体的には、上記特許文献１及び特許文献２に記載の磁気抵抗効果素子においては、一般に金属材料よりもスピン拡散長及びスピン寿命が長い半導体材料によってキャリアの伝導経路であるチャンネル層を構成している。
【０００６】
しかしながら、そのような構成を用いても、上述のような半導体素子のＳＮ比は、デバイス応用に必要なレベルには達していない。
【０００７】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる半導体素子、磁気抵抗効果素子、磁気センサ及びスピントランジスタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者らは、鋭意検討の結果、伝導経路である半導体層の表面に存在する界面準位がキャリアを捕獲又は散乱することが、上記半導体素子においてＳＮ比が十分に向上しないことの一因であることを見出し、本発明の完成に至った。
【０００９】
上述の課題を解決するため、本発明に係る半導体素子は、半導体層と、上記半導体層上に互いに離間して設けられた第１電極及び第２電極と、上記半導体層に接するように、第１電極及び第２電極と離間して設けられた金属層と、を備え、上記半導体層は、ｎ型の導電型を有し、上記金属層の仕事関数は、上記半導体層の仕事関数よりも大きい。
【００１０】
この半導体素子においては、上記半導体層は、ｎ型の導電型を有し、上記金属層の仕事関数は、上記半導体層の仕事関数よりも大きい。そのため、上記金属層と上記半導体層との界面近傍においてショットキー接合が形成され、上記金属層と上記半導体層との界面近傍に空乏層が形成される。その結果、上記半導体層の当該界面近傍にキャリア（電子）が伝導することが抑制されるため、当該界面近傍の界面準位によってキャリア（電子）が捕獲又は散乱されることが抑制される。これにより、本発明に係る半導体素子によれば、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる。
【００１１】
さらに、この半導体素子においては、上記半導体層の母材は、Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉとＧｅの混晶であり、上記金属層の主成分は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｂｅ及びＯｓからなる群から選択される少なくとも一つの元素によって構成されることができる。これらの材料の組み合わせに基づくショットキー接合では、空乏層の厚さを特に厚くすることができるため、界面準位によってキャリア（電子）が捕獲又は散乱されることが特に抑制される。これにより、特に大きなＳＮ比を得ることができる。
【００１２】
さらに、この半導体素子においては、上記半導体層を正、上記金属層を負とする方向の電圧を印加するための配線をさらに備えることができる。この場合、そのような電圧の印加により、空乏層の厚さをさらに厚くすることができるため、界面準位によってキャリア（電子）が捕獲又は散乱されることがより抑制される。これにより、より大きなＳＮ比を得ることができる。
【００１３】
また、上述の課題を解決するため、本発明に係る半導体素子は、半導体層と、上記半導体層上に互いに離間して設けられた第１電極及び第２電極と、上記半導体層に接するように、第１電極及び第２電極と離間して設けられた金属層と、を備え、上記半導体層は、ｐ型の導電型を有し、上記金属層の仕事関数は、上記半導体層の仕事関数よりも小さい。
【００１４】
この半導体素子においては、上記半導体層は、ｐ型の導電型を有し、上記金属層の仕事関数は、上記半導体層の仕事関数よりも小さい。そのため、上記金属層と上記半導体層との界面近傍においてショットキー接合が形成され、上記金属層と上記半導体層との界面近傍に空乏層が形成される。その結果、上記半導体層の当該界面近傍にキャリア（ホール）が伝導することが抑制されるため、当該界面近傍の界面準位によってキャリア（ホール）が捕獲又は散乱されることが抑制される。これにより、本発明の他の態様に係る半導体素子によれば、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる。
【００１５】
さらに、この半導体素子においては、上記半導体層の母材は、Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉとＧｅの混晶であり、上記金属層の主成分は、Ｅｕ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｙ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＭｎからなる群から選択される少なくとも一つの元素によって構成されることができる。これらの材料の組み合わせに基づくショットキー接合では、空乏層の厚さを特に厚くすることができるため、界面準位によってキャリア（ホール）が捕獲又は散乱されることが特に抑制される。これにより、特に大きなＳＮ比を得ることができる。
【００１６】
さらに、この半導体素子においては、前記金属層を正、前記半導体層を負とする方向の電圧を印加するための配線をさらに備えることができる。この場合、そのような電圧の印加により、空乏層の厚さをさらに厚くすることができるため、界面準位によってキャリア（ホール）が捕獲又は散乱されることがより抑制される。これにより、より大きなＳＮ比を得ることができる。
【００１７】
さらに、この半導体素子においては、上記半導体層は、第１電極及び第２電極が設けられた上面と、上記上面と対向している下面と、上記上面と上記下面とを接続し、かつ、第１電極及び第２電極の離間方向に沿って延在している側面と、を有し、上記金属層は、上記半導体層の側面の少なくとも一部に接していることができる。この場合、第１電極及び第２電極が略同一面上に形成された構成の半導体素子において、上記半導体層の上記側面の少なくとも一部の界面近傍の界面準位によってキャリアが捕獲又は散乱されることが抑制され、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる。
【００１８】
さらに、この半導体素子においては、上記半導体層は、第１電極及び第２電極が設けられた上面を有し、上記金属層は、上記半導体層の上記上面の少なくとも一部に接していることができる。この場合、第１電極及び第２電極が略同一面上に形成された構成の半導体素子において、上記半導体層の上記上面の少なくとも一部の界面近傍の界面準位によってキャリアが捕獲又は散乱されることが抑制され、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる。
【００１９】
また、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、上述のいずれかの半導体素子を備え、第１電極及び第２電極は、それぞれ強磁性材料を備える。これにより、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる磁気抵抗効果素子を実現することができる。
【００２０】
また、本発明に係る磁気センサは、上記磁気抵抗効果素子を備える。これにより、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる磁気センサを実現することができる。
【００２１】
また、本発明に係るスピントランジスタは、上記磁気抵抗効果素子を備える。これにより、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができるスピントランジスタを実現することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる半導体素子、磁気抵抗効果素子、磁気センサ及びスピントランジスタが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る磁気センサの斜視図である。
【図２】図１に示される磁気センサのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示される磁気センサのＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】第１実施形態の磁気抵抗効果素子の半導体層のみを示す斜視図である。
【図５】第１実施形態の磁気抵抗効果素子の半導体層と金属層の界面近傍のエネルギーバンド図である。
【図６】第２実施形態に係る磁気センサの斜視図である。
【図７】図６に示される磁気センサのＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】図６に示される磁気センサのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図９】第３実施形態に係るスピントランジスタの斜視図である。
【図１０】図９に示されるスピントランジスタのＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図１１】図９に示される磁気センサのＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。
【図１２】第４実施形態に係る磁気センサの斜視図である。
【図１３】図１２に示される磁気センサのＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図１４】図１２に示される磁気センサのＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面図である。
【図１５】第１実施形態に係る磁気センサの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
【００２５】
（第１実施形態）
図１〜図４を参照して、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ａ及び磁気センサ１０Ａについて説明する。図１は、本実施形態に係る磁気センサの斜視図であり、図２は、図１に示される磁気センサのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であり、図３は、図１に示される磁気センサのＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、図４は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の半導体層のみを示す斜視図である。図１及び以下の各図には、必要に応じて直交座標系Ｒが示されている。
【００２６】
図１〜図３に示されるように、磁気センサ１０Ａは、磁気抵抗効果素子１Ａを備え、電流源２０、電圧測定部３０及び電圧源５０と接続されている（図１及び図３においては電流源２０、電圧測定部３０及び電圧源５０の図示を省略している）。磁気抵抗効果素子１Ａは、半導体層２と、金属層３と、第１電極としての第１強磁性層４と、第２電極としての第２強磁性層５と、第１絶縁層６と、第２絶縁層７と、配線４０と、配線４５と、を備えた半導体素子である（図１及び図３においては配線４０及び配線４５の図示を省略している）。磁気抵抗効果素子１Ａ全体は、例えば絶縁材料（図示せず）によって埋め込まれている。
【００２７】
図４に示されるように、半導体層２は、直方体形状を呈している。半導体層２は、それぞれＸＹ平面に沿って延びる略平坦な上面２Ｓ及び下面２Ｍと、ＸＺ平面に沿って延びる略平坦な２つの側面２Ｌとを有する。上面２Ｓ及び下面２Ｍは、Ｚ軸方向（半導体層２の厚さ方向）に互いに対向する。２つの側面２Ｌは、Ｙ軸方向に互いに対向し、それぞれ上面２Ｓと下面２Ｍとを接続している。上面２Ｓ、下面２Ｍ、及び２つの側面２Ｌは、湾曲していてもよい。半導体層２は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ（ＳｉとＧｅの混晶）、Ｃ（ダイヤモンド）、ＧａＡｓ等の半導体材料を母材としてなり、ｎ型又はｐ型の導電型を有する。
【００２８】
また、半導体層２は、３つの領域、即ち、主領域２Ｅと、２つの端部領域２Ａ、２Ｂを有する。主領域２Ｅは、上面２Ｓの一部である上面２ＳＥを規定し、２つの端部領域２Ａ、２Ｂは、それぞれ、上面２Ｓの他の一部である上面２ＳＡ、２ＳＢを規定する。また、主領域２Ｅは、側面２Ｌの一部である側面２ＬＥを規定し、２つの端部領域２Ａ、２Ｂは、それぞれ、側面２Ｌの他の一部である側面２ＬＡ、２ＬＢを規定する。主領域２Ｅの上面２ＳＥは、第１上面領域２ＳＥ１、第２上面領域２ＳＥ２、第３上面領域２ＳＥ３、及び２つの第４上面領域２ＳＥ４からなる。これらの上面領域は、後述のような第１強磁性層４及び第２強磁性層５が設けられる位置に対応して規定される。具体的には、第１上面領域２ＳＥ１及び第２上面領域２ＳＥ２は、それぞれ第１強磁性層４及び第２強磁性層５が設けられる領域である。Ｚ軸方向から見て、第１上面領域２ＳＥ１及び第２上面領域２ＳＥ２は、それぞれ第１強磁性層４及び第２強磁性層５と重複し、第３上面領域２ＳＥ３は、第１上面領域２ＳＥ１と第２上面領域２ＳＥ２によってＸ軸方向に挟まれる領域である。２つの第４上面領域２ＳＥ４は、上面２ＳＥのうち、第１〜第３上面領域２ＳＥ１、２ＳＥ２、２ＳＥ３以外の領域であり、それぞれ第１〜第３上面領域２ＳＥ１、２ＳＥ２、２ＳＥ３とＹ軸プラス方向及びＹ軸マイナス方向に隣接する。
【００２９】
図１及び図２に示されるように、第１強磁性層４及び第２強磁性層５は、主領域２Ｅの上面２ＳＥ上に、互いにＸ軸方向に離間して設けられている。主領域２Ｅは、第１強磁性層４及び第２強磁性層５の間に電圧を印加した際に、それらの間で伝導キャリアが伝導する伝導経路を形成する領域である。当該伝導経路は、主領域２Ｅのうち、後述の空乏層（図５参照）を除く領域の全体又は一部であり得る。本実施形態では、主領域２Ｅは、半導体層２のうち、第２強磁性層５の底面のＸ軸プラス方向の端部と接するＹＺ平面と、第１強磁性層４の底面のＸ軸マイナス方向の端部と接するＹＺ平面との間の領域である。端部領域２Ａ、２Ｂは、Ｘ軸方向に主領域２Ｅを挟むように主領域２Ｅと接続されている。
【００３０】
金属層３は、半導体層２の少なくとも一部に接するように設けられている。本実施形態では、金属層３は、半導体層２の側面２Ｌ全体を覆うように当該側面２Ｌ全体に接しており、主領域２Ｅの側面２ＬＥの全体と接している。金属層３は、主領域２Ｅの側面２ＬＥの一部にのみ接していてもよい。半導体層２がｎ型の導電型を有する場合、金属層３の仕事関数が、半導体層２の仕事関数よりも大きくなるように、それぞれの材料の組み合わせが選択されている。半導体層２がｐ型の導電型を有する場合、金属層３の仕事関数が、半導体層２の仕事関数よりも小さくなるように、それぞれの材料の組み合わせが選択されている。また、金属層３は、第１強磁性層４及び第２強磁性層５と電気的にショートしないように、第１強磁性層４及び第２強磁性層５とは離間して設けられている。
【００３１】
図５は、無バイアス時（後述の電流源２０又は電圧源５０によるバイアス印加が無い場合）の半導体層２と金属層３の界面近傍のエネルギーバンド図である。図５において、Ｅｃは伝導帯の下端準位、Ｅｆはフェルミ準位、Ｅｖは価電子帯の上端準位を示している。図５の（Ａ）は、半導体層２がｎ型の導電型を有する場合のエネルギーバンド図を示している。この場合、上述のように金属層３の仕事関数は半導体層２の仕事関数よりも大きいため、金属層３と半導体層２との界面近傍においてショットキー接合が形成されている。その結果、半導体層２の金属層３と接する界面近傍に空乏層が形成されている。図５の（Ｂ）は、半導体層２がｐ型の導電型を有する場合のエネルギーバンド図を示している。この場合、上述のように金属層３の仕事関数は半導体層２の仕事関数よりも小さいため、金属層３と半導体層２との界面近傍においてショットキー接合が形成されている。その結果、半導体層２の金属層３と接する界面近傍に空乏層が形成されている。
【００３２】
第１強磁性層４及び第２強磁性層５の一方は、磁化固定層として機能し、第１強磁性層４及び第２強磁性層５の他方は、磁化自由層として機能する。本実施形態では、第１強磁性層４が磁化自由層として機能し、第２強磁性層５が磁化固定層として機能する例で説明するが、第１強磁性層４が磁化固定層として機能し、第２強磁性層５が磁化自由層として機能しても良い。
【００３３】
第１強磁性層４及び第２強磁性層５を構成する強磁性材料としては、例えばＮｉ、Ｆｅ及びＣｏのうち少なくとも一種の元素を有する金属又は合金が挙げられる。より具体的には、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｂ合金又はＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金等が挙げられる。Ｃｏ−Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｓｉ合金、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｇｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｇａ−Ｇｅ合金等のホイスラー合金を用いてもよい。外部磁場が印加される方向における第２強磁性層５の保磁力は、外部磁場が印加される方向における第１強磁性層４の保磁力よりも大きい。例えば、第２強磁性層５として硬磁性材料、第１強磁性層４として軟磁性材料を選択することにより、第２強磁性層５の保磁力を第１強磁性層４の保磁力よりも大きくしてもよい。また、第２強磁性層５を反強磁性層と交換結合させることにより、第２強磁性層５の保磁力を第１強磁性層４の保磁力よりも大きくしてもよい。
【００３４】
図１〜図３に示されるように、第１強磁性層４は第１絶縁層６を介して主領域２Ｅ上に設けられており、第２強磁性層５は第２絶縁層７介して主領域２Ｅ上に設けられている。第１絶縁層６及び第２絶縁層７は、トンネル磁気抵抗効果（コヒーレントトンネル効果）を発現させるための絶縁膜である。第１絶縁層６及び第２絶縁層７によれば、スピン注入効率及びスピン抽出効率が向上する。
【００３５】
第１絶縁層６及び第２絶縁層７の膜厚は、抵抗の増大を抑制し、トンネル絶縁層として機能させる観点から、３ｎｍ以下とすることができる。また、第１絶縁層６及び第２絶縁層７の膜厚は、１原子層厚を考慮して、０．４ｎｍ以上とすることができる。第１絶縁層６及び第２絶縁層７は、たとえば、酸化マグネシウムからなる。第１絶縁層６及び第２絶縁層７が酸化マグネシウムからなることにより、スピン注入効率及びスピン抽出効率が特に向上する。
【００３６】
電流源２０及び電圧測定部３０は、配線４０によって磁気抵抗効果素子１Ａと電気的に接続されている。電流源２０及び電圧測定部３０の一端は、第１強磁性層４に電気的に接続されており、電流源２０及び電圧測定部３０の他端は、第２強磁性層５に電気的に接続されている。
【００３７】
電流源２０は、第１強磁性層４と第２強磁性層５との間に電流を流す手段である。電流源２０は、例えば、第２強磁性層５から第１強磁性層４に向かって半導体層２の中を流れる定電流を供給する。電流源２０が、第１強磁性層４から第２強磁性層５に向かって半導体層２の中を流れる定電流を供給するようにしてもよい。電圧測定部３０は、第１強磁性層４と第２強磁性層５との間の電圧を測定する手段である。
【００３８】
電流源２０により、キャリアが第１強磁性層４から第２強磁性層５に向かって半導体層２の中を流れる場合について説明する。磁気センサ１０Ａでは、電流源２０により電流が供給されると、磁化自由層として機能する第１強磁性層４から、第１強磁性層４の磁化の向きに対応するスピンを有するキャリア（スピン偏極キャリア）が半導体層２に注入される。当該キャリアは、半導体層２がｎ型の導電型を有する場合は電子であり、半導体層２がｐ型の導電型を有する場合はホールである。注入されたスピン偏極キャリアは半導体層２を伝導し、第１強磁性層４の磁化の向きに対応するスピンが、主として半導体層２のうちの第２強磁性層５近傍の領域に蓄積される。第２強磁性層５と当該領域との間の電気抵抗は、当該領域に蓄積するスピンの向きと第２強磁性層５の磁化の向きとの相対角によって変化する（磁気抵抗効果）。第１強磁性層４と第２強磁性層５との間には、この相対角の変化に対応したスピン出力電圧が発生する。したがって、電圧測定部３０により、第１強磁性層４と第２強磁性層５との間の電圧を測定することで、第１強磁性層４の磁化の向きを外部磁場の方向又は大きさとして検出することができる。なお、電圧測定部３０では、スピン出力電圧に加えて、主領域２Ｅにおける半導体層２の抵抗、第１強磁性層４の抵抗、第２強磁性層５の抵抗、第１強磁性層４と半導体層２との間の抵抗、及び第２強磁性層５と半導体層２との間の抵抗による電圧降下を含む電圧が測定される。
【００３９】
半導体層２の表面近傍には、界面準位が形成され易い。この界面準位が半導体層２を伝導するキャリアを捕獲又は散乱してしまうと、磁気抵抗効果素子１ＡのＳＮ比が低下する原因となる。しかしながら、上述のような本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ａにおいては、（Ａ）半導体層２は、ｎ型の導電型を有し、金属層３の仕事関数は、半導体層２の仕事関数よりも大きい、又は、（Ｂ）半導体層２は、ｐ型の導電型を有し、金属層３の仕事関数は、半導体層２の仕事関数よりも小さい、という条件が満たされる。そのため、金属層３と半導体層２との界面近傍においてショットキー接合が形成され、半導体層２の金属層３と接する界面近傍に空乏層が形成される（図５参照）。その結果、半導体層２の当該界面近傍にキャリアが伝導することが抑制されるため、当該界面近傍の界面準位によってキャリアが捕獲又は散乱されることが抑制される。これにより、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ａによれば、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる。上述のように、金属層３は半導体層２の少なくとも一部に接していればよいが、半導体層２のうち、第１強磁性層４及び第２強磁性層５の間に電流を流す際に多くのキャリアが伝導する領域に金属層３が接すると、上述の空乏層形成によるキャリアの捕獲又は散乱の抑制効果は大きくなる。この観点から、金属層３は、半導体層２のうち、主領域２Ｅの少なくとも一部に接することが好ましい。同様の観点から、本実施形態のように金属層３が半導体層２の側面２Ｌに接する場合、側面２Ｌのうち、主領域２Ｅの側面２ＬＥの少なくとも一部に接することが好ましい。
【００４０】
さらに、磁気抵抗効果素子１Ａにおいては、半導体層２がｎ型の導電型を有する場合、半導体層２の母材は、Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅ（ＳｉとＧｅの混晶）であり、金属層３の主成分（即ち、５０原子％以上の成分）は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｂｅ及びＯｓからなる群から選択される少なくとも一つの元素によって構成される（即ち、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｂｅ及びＯｓのそれぞれの金属層３における割合の合計値が５０原子％以上である）ことが好ましく、半導体層２がｐ型の導電型を有する場合、半導体層２の母材は、Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅ（ＳｉとＧｅの混晶）であり、金属層３の主成分（即ち、５０原子％以上の成分）は、Ｅｕ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｙ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＭｎからなる群から選択される少なくとも一つの元素によって構成される（即ち、Ｅｕ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｙ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＭｎのそれぞれの金属層３における割合の合計値が５０原子％以上である）ことが好ましい。これらの材料の組み合わせに基づくショットキー接合では、空乏層の厚さを特に厚くすることができるため、界面準位によってキャリアが捕獲又は散乱されることが特に抑制される。これにより、特に大きなＳＮ比を得ることができる。また、空乏層の厚さを十分に厚くする観点から、金属層３と半導体層２とのショットキー接合のショットキーバリアの高さ（金属層３の仕事関数と半導体層２の仕事関数の差の絶対値）が０．７ｅＶ以上となるように金属層３と半導体層２の材料の組み合わせを選択することが好ましい。
【００４１】
また、金属層３を構成する材料としては、磁性金属及び非磁性金属のいずれも用いることができるが、磁気抵抗効果素子１Ａの動作に悪影響を与え得るような磁気的な作用を磁気抵抗効果素子１Ａの金属層３以外の要素に与えることを防止する観点から、非磁性金属が好ましい。
【００４２】
また、図２に示すように、磁気抵抗効果素子１Ａは、配線４５によって電圧源５０に接続されている。電圧源５０は、（Ａ）半導体層２がｎ型の導電型を有する場合に、半導体層２を正、金属層３を負とする方向の電圧を印加するためのもの、又は（Ｂ）半導体層２がｐ型の導電型を有する場合に、金属層３を正、半導体層２を負とする方向の電圧を印加するためのものである。（図２では、前者（Ａ）の場合を示している。）電圧源５０によってこのような電圧を印加することによって、半導体層２の金属層３と接する界面近傍の上記空乏層（図５参照）の厚さをさらに厚くすることができる。その結果、半導体層２の界面準位によってキャリアが捕獲又は散乱されることがより抑制されるため、より大きなＳＮ比を得ることができる。また、このような電圧の印加を、電流源２０によって行う構成を採用することもできる。具体的には、本実施形態の磁気抵抗効果素子１Ａにおいて、電流源２０の一端から配線４０を分岐させ、電流源２０の一端を配線４０によって金属層３にも電気的に接続するように変更する。この際、電流源２０に接続された配線４０と電圧測定部３０に接続された配線４０との交点よりも電流源２０側において配線４０を分岐させて、分岐させた配線４０により電流源２０の一端と金属層３とを接続するようにする。これによって、電流源２０は、半導体層２の金属層３と接する界面近傍の上記空乏層（図５参照）の厚さをさらに厚くするための電圧を印加するための手段を兼ねることができる。
【００４３】
また、上述のような本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ａにおいては、金属層３は、半導体層２の主領域２Ｅの側面２ＬＥの少なくとも一部に接している（図１〜図３参照）。主領域２Ｅの側面２ＬＥを含む半導体層２の側面２Ｌは、イオンミリング、エッチング等によるパターニングで形成される場合がある。この場合、半導体層２の側面２Ｌでは、界面準位が増加し易い。そのため、上述のような構成によって、主領域２Ｅの側面２ＬＥ近傍に形成された界面準位によってキャリアが捕獲又は散乱されることを抑制することができるため、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができるという効果が特に有効に発揮される。
【００４４】
また、上述のような本実施形態に係る磁気センサ１０Ａは、上述のような磁気抵抗効果素子１Ａを備える。これにより、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる磁気センサ１０Ａを実現することができる。
【００４５】
（第２実施形態）
図６〜図８を参照して、第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ｂ及び磁気センサ１０Ｂについて、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ａ及び磁気センサ１０Ａ（図１〜図４参照）との相違点を中心に説明する。第２実施形態以降の各実施形態の説明においては、他の実施形態と同様の要素については、同様の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する場合がある。
【００４６】
図６は、本実施形態に係る磁気センサの斜視図であり、図７は、図６に示される磁気センサのＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図であり、図８は、図６に示される磁気センサのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。
【００４７】
図６〜図８に示されるように、磁気センサ１０Ｂは、磁気抵抗効果素子１Ｂを備え、電流源２０及び電圧測定部３０と接続されている（図６及び図８においては電流源２０及び電圧測定部３０の図示を省略している）。磁気抵抗効果素子１Ｂは、半導体層２Ｒと、金属層３と、第１電極としての第１強磁性層４と、第２電極としての第２強磁性層５と、第１絶縁層６と、第２絶縁層７と、配線４０ａと、配線４０ｂとに加えて、参照電極８をさらに備えた半導体素子である（図６及び図８においては配線４０ａ及び配線４０ｂの図示を省略している）。
【００４８】
半導体層２Ｒは、主領域２Ｅ及び端部領域２Ｂを有しており、端部領域２Ａ（図２及び図４参照）を有していない。金属層３は、半導体層２Ｒの側面のうち、Ｘ軸マイナス方向の側面（主領域２ＥのＸ軸マイナス方向の側面）以外に接しており、主領域２Ｅの側面２ＬＥの全体と接している。金属層３は、主領域２Ｅの側面２ＬＥの一部のみに接していてもよい。第１強磁性層４は、そのＸ軸マイナス方向の側面と、主領域２ＥのＸ軸マイナス方向の側面とが、略同一のＹＺ平面内に位置するように主領域２Ｅ上に設けられている。このように第１強磁性層４を半導体層２ＲのＸ軸マイナス方向の側面のなるべく近くに設けることで、例えば、検出対象の外部磁場の発生源に第１強磁性層４をより近づけることが可能になるため、微小な外部磁場の検出が容易となる。
【００４９】
参照電極８は、第１強磁性層４及び第２強磁性層５と離間して端部領域２Ｂの上面２ＳＢ上に設けられている。参照電極８は、第２強磁性層５が第１強磁性層４と参照電極８との間にくるように、第１強磁性層４及び第２強磁性層５とＸ軸方向に並んで設けられている。参照電極８は、例えばアルミニウム等の非磁性材料からなる。参照電極８の材料として、半導体層２Ｒの仕事関数と近い仕事関数を有する非磁性材料を用いることで、参照電極８と半導体層２Ｒとの接合で生じるショットキー障壁を小さくすることができる。これにより、参照電極８と半導体層２Ｒとの間の界面の抵抗を下げることができる。
【００５０】
電流源２０は配線４０ａによって磁気抵抗効果素子１Ｂと電気的に接続され、電圧測定部３０は配線４０ｂによって磁気抵抗効果素子１Ｂと電気的に接続されている。電流源２０の一端は、第１強磁性層４に電気的に接続されており、電流源２０の他端は、第２強磁性層５に電気的に接続されている。電圧測定部３０の一端は、第２強磁性層５に電気的に接続され、電圧測定部３０の他端は、参照電極８に電気的に接続される。半導体層２Ｒがｎ型の導電型を有する場合、電流源２０は第２強磁性層５から第１強磁性層４に向かって半導体層２の中を流れる定電流を供給し、半導体層２Ｒがｐ型の導電型を有する場合、電流源２０は第１強磁性層４から第２強磁性層５に向かって半導体層２の中を流れる定電流を供給する。
【００５１】
磁気センサ１０Ｂでは、磁気センサ１０Ａ（図１〜図３参照）と同様に、電流源２０により電流が供給されると、磁化自由層として機能する第１強磁性層４から、第１強磁性層４の磁化の向きに対応するスピンを有するキャリアが主領域２Ｅに注入される。注入されたスピン偏極キャリアは主領域２Ｅ内を伝導し、第１強磁性層４の磁化の向きに対応するスピンが、主として主領域２Ｅのうちの第２強磁性層５近傍の領域に蓄積される。電圧測定部３０により、第２強磁性層５と参照電極８との間の電圧を測定することで、当該領域に蓄積されるスピンの向きと第２強磁性層５の磁化の向きとの相対角の変化に対応した電圧変化としてのスピン出力電圧が得られる。この場合、得られるスピン出力電圧は、磁気センサ１０Ａ（図１〜図３参照）で得られるスピン出力電圧と原理的には同一である。上述のように、磁気センサ１０Ａでは、スピン出力電圧に加えて、主領域２Ｅにおける半導体層２の抵抗、第１強磁性層４の抵抗、第２強磁性層５の抵抗、第１強磁性層４と半導体層２との間の抵抗、及び第２強磁性層５と半導体層２との間の抵抗による電圧降下を含む電圧が測定される。これに対し、磁気センサ１０Ｂでは、主領域２Ｅにおける半導体層２Ｒの抵抗、第１強磁性層４の抵抗及び第１強磁性層４と半導体層２Ｒとの間の抵抗による電圧降下を含まない電圧が測定される。したがって、磁気センサ１０Ｂでは、磁気センサ１０Ａに比べて、電圧検出経路の抵抗が下がるので高い磁気抵抗比を得ることができる。その結果、より大きなＳＮ比を得ることができる。
【００５２】
本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ｂにおいても、金属層３は、主領域２Ｅの側面２ＬＥの少なくとも一部に接している。そのため、磁気抵抗効果素子１Ａ（図１〜図３参照）と同様に、半導体層２Ｒの金属層３と接する界面近傍に空乏層が形成される。このため、当該界面近傍の界面準位によってキャリアが捕獲又は散乱されることが抑制されるため、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる。
【００５３】
（第３実施形態）
図９〜図１１を参照して、第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ｃ及びスピントランジスタ６０について説明する。図９は、本実施形態に係るスピントランジスタの斜視図であり、図１０は、図９に示されるスピントランジスタのＸ−Ｘ線に沿った断面図であり、図１１は、図９に示される磁気センサのＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。
【００５４】
図９〜図１１に示されるように、スピントランジスタ６０は、磁気抵抗効果素子１Ｃと、ゲート電極１３と、第３絶縁層１４とを備え、電源４１及び電源４２と接続されている（図９及び図１１においては電源４１及び電源４２の図示を省略している）。磁気抵抗効果素子１Ｃは、半導体層２Ｔと、金属層３と、第１電極としての第１強磁性層４と、第２電極としての第２強磁性層５と、第１絶縁層６と、第２絶縁層７と、配線４１ａと、配線４２ａを備えた半導体素子である（図９及び図１１においては配線４１ａ及び配線４２ａの図示を省略している）。
【００５５】
半導体層２Ｔは、凸部２Ｐと凸部２Ｑとを有している。凸部２Ｐ及び凸部２Ｑは、それぞれ第１上面領域２ＳＥ１及び第２上面領域２ＳＥ２（図４参照）に形成されている。第１強磁性層４は第１絶縁層６を介して凸部２Ｐ上に設けられており、第２強磁性層５は第２絶縁層７を介して凸部２Ｑ上に設けられている。金属層３は、半導体層２Ｔの側面全体を覆うように当該側面全体に接しているが、主領域２Ｅの側面２ＬＥの一部のみに接していてもよい。
【００５６】
ゲート電極１３は、主領域２Ｅの上面２ＳＥにおける第１強磁性層４と第２強磁性層５との間の領域に配置されている。ゲート電極１３を構成する電極材料として、例えばＰｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌなどの元素を有する金属、合金又は導電性窒化物が挙げられる。また、多結晶シリコン、シリサイド、ゲルマナイドなども挙げられる。ゲート電極１３は、ゲート電極１３下方の、主領域２Ｅの上面２ＳＥの近傍領域のキャリア密度を制御できるように、電圧を印加可能に構成されている。
【００５７】
第３絶縁層１４は、主領域２Ｅ、第１強磁性層４及び第２強磁性層５とゲート電極１３との間の絶縁を図るために、これらの間に配置されている。第３絶縁層１４は、主領域２Ｅ、第１強磁性層４及び第２強磁性層５に接している。第３絶縁層１４は、たとえば酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ランタン、酸化イットリウム又は酸化マグネシウム等の酸化物絶縁体や、窒化アルミニウム又は窒化ケイ素等の窒化物絶縁体を有している。
【００５８】
磁気抵抗効果素子１Ｃでは、半導体層２Ｔへの不純物添加が選択的に行われている。このため、半導体層２Ｔ内には、キャリア濃度に差がある。具体的には、主領域２Ｅのうちの第１強磁性層４及び第２強磁性層５の下方の領域のキャリア濃度は、主領域２Ｅのうちのゲート電極１３の下方の領域のキャリア濃度よりも高い。スピントランジスタ６０は、半導体層２Ｔがｎ型の導電型を有する場合ではＮＮＮ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成し、半導体層２Ｔがｐ型の導電型を有する場合ではＰＰＰ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成する。
【００５９】
第１強磁性層４及び第２強磁性層５の一方がソース電極として機能し、第１強磁性層４及び第２強磁性層５の他方がドレイン電極として機能する。本実施形態では、第１強磁性層４がソース電極として機能し、第２強磁性層５がドレイン電極として機能する。電源４１は、配線４１ａによって第１強磁性層４と第２強磁性層５とに接続されている。電源４２は、配線４２ａによってグラウンドとゲート電極１３とに接続されている。第１強磁性層４は、グラウンドに接続されている。スピントランジスタ６０では、電源４２によって、ゲート電極１３に電圧を印加することにより、主領域２Ｅのゲート電極１３の下方の領域のキャリア密度を制御することができる。
【００６０】
スピントランジスタ６０がＮＮＮ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成する場合、ゲート電極１３に電圧を印加しない状態で、電源４１によって第２強磁性層５に正電圧を印加すると、スピン偏極電子が第１強磁性層４から半導体層２Ｔに注入され、第２強磁性層５に向かって主領域２Ｅを流れる。電源４２によってゲート電極１３に正電圧を印加すると、主領域２Ｅのうちゲート電極１３の下方の領域の上面近傍のキャリア密度が増加するため、スピン偏極電子が流れ易くなる。電源４２によってゲート電極１３に負電圧を印加すると、主領域２Ｅのうちゲート電極１３の下方の領域の上面近傍のキャリア密度が減少するため、スピン偏極電子が流れ難くなる。
【００６１】
スピントランジスタ６０がＰＰＰ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成する場合、ゲート電極１３に電圧を印加しない状態で、電源４１によって第２強磁性層５に負電圧を印加すると、スピン偏極ホールが第１強磁性層４から半導体層２Ｔに注入され、第２強磁性層５に向かって主領域２Ｅを流れる。電源４２によってゲート電極１３に負電圧を印加すると、主領域２Ｅのうちゲート電極１３の下方の領域の上面近傍のキャリア密度が増加するため、スピン偏極ホールが流れ易くなる。電源４２によってゲート電極１３に正電圧を印加すると、主領域２Ｅのうちゲート電極１３の下方の領域の上面近傍のキャリア密度が減少するため、スピン偏極電子が流れ難くなる。
【００６２】
このように、磁気抵抗効果素子１Ｃを用いてＮＮＮ型又はＰＰＰ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成し、ゲート電極１３に電圧を印加しない状態でスピン偏極電流が流れるノーマリーオン型（デプレッション型）のスピントランジスタ６０を実現することができる。
【００６３】
本実施形態の磁気抵抗効果素子１Ｃにおいても、金属層３は、半導体層２Ｔの少なくとも一部に接している。そのため、第１実施形態の磁気抵抗効果素子１Ａと同様の理由に基づき、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる。そして、スピントランジスタ６０は、そのような磁気抵抗効果素子１Ｃを備えるため、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる。
【００６４】
また、磁気抵抗効果素子１Ｃ（スピントランジスタ６０）において、電源４１の一端から配線４１ａを分岐させ、電源４１の一端を配線４１ａによって金属層３にも電気的に接続するように変更することによって、電源４１は、半導体層２の金属層３と接する界面近傍の上記空乏層（図５参照）の厚さをさらに厚くするための逆バイアス電圧を印加するための手段を兼ねることができる。
【００６５】
（第４実施形態）
図１２〜図１４を参照して、第４実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ｄ及び磁気センサ１０Ｄについて説明する。図１２は、本実施形態に係る磁気センサの斜視図であり、図１３は、図１２に示される磁気センサのＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図であり、図１４は、図１２に示される磁気センサのＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面図である。
【００６６】
図１２〜図１４に示されるように、磁気センサ１０Ｄは、磁気抵抗効果素子１Ｄを備え、電流源２０及び電圧測定部３０と接続されている（図１２及び図１４においては電流源２０及び電圧測定部３０の図示を省略している）。磁気抵抗効果素子１Ｄは、半導体層２Ｖと、金属層３と、第１電極としての第１強磁性層４と、第２電極としての第２強磁性層５と、第１絶縁層６と、第２絶縁層７と、配線４０を備えた半導体素子である（図１２及び図１４においては配線４０の図示を省略している）。
【００６７】
本実施形態の磁気抵抗効果素子１Ｄでは、半導体層２Ｖは、第１〜第３実施形態の主領域２Ｅ（図２、４、７、１０参照）に対応する領域であり、第１強磁性層４及び第２強磁性層５の間に電圧を印加した際に、それらの間で伝導キャリアが伝導する伝導経路を形成する。第１強磁性層４は、半導体層２Ｖの下面２ＭＶに設けられており、第２強磁性層５は、半導体層２Ｖの上面２ＳＶに設けられている。上面２ＳＶ及び下面２ＭＶは、Ｚ軸方向に互いに対向し、それぞれＸＹ平面に沿って延びる略平坦な面である。第１強磁性層４及び第２強磁性層５は、互いにＺ軸方向に離間し、半導体層２Ｖの厚さ方向であるＺ軸方向に半導体層２Ｖを介して対向する。
【００６８】
金属層３は、半導体層２Ｖの側面２ＬＶの全体に接している。側面２ＬＶは、ＸＺ平面及びＹＺ平面に沿って延びる略平坦な面であり、それぞれ上面２ＳＶと下面２ＭＶとを接続している。金属層３は、半導体層２Ｖの側面２ＬＶの一部のみに接していてもよい。第１強磁性層４及び第２強磁性層５は、そのＸ軸マイナス方向の側面と、半導体層２ＶのＸ軸マイナス方向の側面とが、略同一のＹＺ平面内に位置するように半導体層２Ｖ上に設けられている。
【００６９】
電流源２０及び電圧測定部３０は、配線４０によって磁気抵抗効果素子１Ｄと電気的に接続されている。電流源２０及び電圧測定部３０の一端は、第１強磁性層４に電気的に接続されており、電流源２０及び電圧測定部３０の他端は、第２強磁性層５に電気的に接続されている。
【００７０】
電流源２０は、例えば、第２強磁性層５から第１強磁性層４に向かってＺ軸方向に沿って半導体層２Ｖの中を流れる定電流を供給する。電流源２０が、第１強磁性層４から第２強磁性層５に向かってＺ軸方向に沿って半導体層２Ｖの中を流れる定電流を供給するようにしてもよい。
【００７１】
本実施形態の磁気抵抗効果素子１Ｄにおいても、金属層３は、半導体層２Ｖの側面２ＬＶの少なくとも一部に接している。そのため、第１実施形態の磁気抵抗効果素子１Ａと同様の理由に基づき、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる。そして、磁気センサ１０Ｄは、そのような磁気抵抗効果素子１Ｄを備えるため、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる。
【００７２】
本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。
【００７３】
例えば、上述の第１実施形態の磁気抵抗効果素子１Ａ及び第２実施形態の磁気抵抗効果素子１Ｂでは、金属層３は、半導体層２（半導体層２Ｒ）の側面２ＬＥの全体又は一部に接するように設けられているが（図１〜図３、図６〜図８参照）、それに加えて、又はそれに代えて、金属層３は、半導体層２（半導体層２Ｒ）の上面２Ｓの少なくとも一部に接するように設けられていてもよい。上述のように、半導体層２（半導体層２Ｒ）のうち、第１強磁性層４及び第２強磁性層５の間に電流を流す際に多くのキャリアが伝導する領域に金属層３が接すると、上述の空乏層形成によるキャリアの捕獲又は散乱の抑制効果は大きくなる。この観点から、金属層３が半導体層２（半導体層２Ｒ）の上面２Ｓに接する場合、金属層３は、上面２Ｓのうち、Ｚ軸方向から見て第１強磁性層４と第２強磁性層５の間の領域である第３上面領域２ＳＥ３（図４参照）の少なくとも一部に接することが好ましい。このような例について、図１５を参照して説明する。図１５は、第１実施形態の磁気抵抗効果素子１Ａ及び磁気センサ１０Ａの変形例に係る磁気抵抗効果素子１Ａ２及び磁気センサ１０Ａ２を、図２に対応するように示す断面図である。本変形例の磁気抵抗効果素子１Ａ２は、磁気抵抗効果素子１Ａと比較して、金属層３が、半導体層２の側面２ＬＥに代えて、半導体層２の上面２Ｓに接している。本変形例では、上述のように金属層３は、上面２Ｓのうち、第３上面領域２ＳＥ３（図４参照）の少なくとも一部に接することが好ましい。
【００７４】
また、上述の第２実施形態の磁気抵抗効果素子１Ｂでは、金属層３は、半導体層２Ｒの側面のうち、Ｘ軸マイナス方向の側面（主領域２ＥのＸ軸マイナス方向の側面）以外に接しているが（図６及び図７参照）、金属層３は、半導体層２Ｒの側面のうち、Ｘ軸マイナス方向の当該側面にも接していてもよい。
【００７５】
第１実施形態〜第４実施形態の磁気抵抗効果素子１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、第１絶縁層６及び第２絶縁層７の一方又は両方を備えていなくてもよい。この場合、第１強磁性層４又は第２強磁性層５は、主領域２Ｅ上に直接設けられる。
【００７６】
第１実施形態〜第４実施形態の磁気抵抗効果素子１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、配線４５を備えなくてもよい。この場合、磁気抵抗効果素子１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、電圧源５０に接続されない。
【００７７】
また、第１実施形態〜第４実施形態の磁気抵抗効果素子１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄにおいては、金属層３は単一の部材であるが、金属層３は、互いに分離した複数の金属層部分であってもよい。この場合、複数の金属層部分のそれぞれが、主領域２Ｅと接触するように設けられる。さらにこの場合、配線４５は、電圧源５０と複数の金属層部分のそれぞれとを電気的に接続可能な構成を有することができる。
【００７８】
磁気抵抗効果素子１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄにおいて第１強磁性層４及び第２強磁性層５の代わりに、たとえば非磁性材料からなる電極を主領域２Ｅの上面２ＳＥ、半導体層２Ｖの上面２ＳＶ、又は半導体層２Ｖの下面２ＭＶに接するように設け、磁気抵抗効果を有さない半導体素子としてもよい。
【００７９】
磁気センサ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｄでは、電流源２０に代えて電圧源を用いると共に、電圧測定部３０に代えて電流測定部を用い、磁気抵抗効果による抵抗の変化を電流値の変化により測定してもよい。この場合、電圧源と電流測定部とは直列に接続される。
【符号の説明】
【００８０】
１Ａ…磁気抵抗効果素子、２…半導体層、２Ｅ…半導体層の主領域、３…金属層、４…第１強磁性層（第１電極）、５…第２強磁性層（第２電極）。
【図１】
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【図２】
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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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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