(57)【要約】【課題】強い異常ホール効果を有する強磁性半導体を提供する。【解決手段】強磁性半導体１００は、強磁性半導体層１０６を備える。強磁性半導体層１０６は、少なくともＩｎおよびＳｂを含む化合物半導体の構成原子がＦｅで置換された構造を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＩｎおよびＳｂを含む化合物半導体の構成原子がＦｅで置換された構造を有することを特徴とする強磁性半導体。
【請求項２】
ＩｎとＦｅの組成比を１−ｘ：ｘ（ただし、０＜ｘ＜１）として、Ｉｎ１−ＸＦｅｘＳｂまたは、Ｉｎ１−ＸＦｅｘＳｂＢｉで表されることを特徴とする請求項１に記載の強磁性半導体。
【請求項３】
ｘは、キュリー温度が３００Ｋより高くなるように規定されることを特徴とする請求項２に記載の強磁性半導体。
【請求項４】
０．１５＜ｘであることを特徴とする請求項２に記載の強磁性半導体。
【請求項５】
前記化合物半導体は、ＩｎＳｂであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の強磁性半導体。
【請求項６】
前記化合物半導体は、ＩｎＳｂＢｉであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の強磁性半導体。
【請求項７】
成長基板と、
前記成長基板上に形成されるバッファ層と、
前記バッファ層の上に形成され、ＩｎＦｅＳｂまたはＩｎＦｅＳｂＢｉを含む強磁性半導体層と、
前記強磁性半導体層の上に形成されるキャップ層と、
を備えることを特徴とする強磁性半導体。
【請求項８】
前記成長基板はＧａＡｓ基板であり、
前記バッファ層は、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＡｌＩｎＳｂからなる群より選択される少なくともひとつを含むことを特徴とする請求項７に記載の強磁性半導体。
【請求項９】
ＩｎとＦｅの組成比を１−ｘ：ｘ（ただし０＜ｘ＜１）とするとき、前記強磁性半導体層は、Ｉｎ１−ＸＦｅｘＳｂまたは、Ｉｎ１−ＸＦｅｘＳｂＢｉを含むことを特徴とする請求項７または８に記載の強磁性半導体。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の強磁性半導体を備えることを特徴とする磁気センサ。
【請求項１１】
成長基板上にバッファ層を形成するステップと、
前記バッファ層上にＩｎＦｅＳｂ層またはＩｎＦｅＳｂＢｉ層を形成するステップと、
を備えることを特徴とする強磁性半導体の製造方法。
【請求項１２】
分子線エピタキシー法を用いることを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
バンドギャップが０．１７ｅＶより低い非磁性半導体の構成原子がＦｅで置換された構造を有することを特徴とする強磁性半導体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強磁性半導体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体や強磁性金属では得られない機能を有する新材料として、強磁性半導体が注目されている。強磁性半導体は、非磁性半導体の一部の原子が磁性原子で置換された半導体である。強磁性半導体材料を用いれば、高速な半導体磁気メモリや高感度磁気センサ、スピントランジスタおよびそれらを用いるノーマリオフ論理回路や再構成可能な論理回路、さらにニューラルネットワークや人工知能など、ＩＯＴ（Internet Of Things）時代に欠かせない柔軟かつ超低消費電力の電子技術への応用が期待される。
【０００３】
強磁性半導体としてはIII−Ｖ族半導体にＭｎ（マンガン）を添加したＭｎ系強磁性半導体(ＧａＭｎ)Ａｓなどが１９９０年代に開発され、現在でも良く研究されている。しかし、Ｍｎ系強磁性半導体には、以下の問題がある。
１）  ｐ型強磁性半導体しかできないこと
２）  室温では強磁性にならないこと
３）  強磁性の起源に関する統一的な理解が得られていないこと
これらの未解決課題は強磁性半導体のデバイス応用に大きな障壁となっている。
【０００４】
本発明者らはこれら技術的かつ理論的な問題点を解決できる新しい強磁性半導体として鉄系強磁性半導体を提案し、その材料の開発、物性評価およびデバイス実証に取り組んだ。鉄系強磁性半導体では、Ｍｎ系強磁性半導体と比較し、
１）  ｐ型だけではなくｎ型強磁性半導体も作製できること
２）  室温以上のキュリー温度を持つ強磁性半導体を作製できること
３）バンド構造と強磁性の発生メカニズムの解明が容易であること
といった優位性を有している。
【０００５】
本発明者らはｎ型強磁性半導体(ＩｎＦｅ)Ａｓの開発に成功した。しかし、(ＩｎＦｅ)Ａｓのキュリー温度が数十Ｋ程度であることや異常ホール効果が小さいことから、実用的な材料ではなかった（非特許文献３〜５）。
【０００６】
２０１４年にｐ型強磁性半導体(ＧａＦｅ）Ｓｂの開発に成功し（非特許文献１０，１１、Ｆｅ濃度を２３％以上に上げることによって、初めて室温強磁性を実現した（非特許文献１２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３９５５１９５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】T. Dietl, H. Ohno, F. Matsukura, J. Cibert, and D. Ferrand, Science 287, 1019 (2000).
【非特許文献２】T. Dietl, H. Ohno, and F. Matsukura, Phys. Rev. B 63, 195205 (2001).
【非特許文献３】P. N. Hai, L. D. Anh, S. Mohan, T. Tamegai, M. Kodzuka, T. Ohkubo, K. Hono, M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 101, 182403/1-5 (2012).
【非特許文献４】P. N. Hai, L. D. Anh, M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 101, 252410/1-5 (2012).
【非特許文献５】P. N. Hai, D. Sasaki, L. D. Anh, M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 100, 262409/1-5 (2012).
【非特許文献６】L. D. Anh, P. N. Hai, M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 104, 042404/1-5 (2014).
【非特許文献７】D. Sasaki, L. D. Anh, P. N. Hai, M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 104, 142406/1-5 (2014).
【非特許文献８】L. D. Anh, P. N. Hai, Y. Kasahara, Y. Iwasa, Masaaki Tanaka, Phys. Rev. B 92, 161201(R)/1-5 (2015).
【非特許文献９】L. D. Anh, P. N. Hai, M. Tanaka, Nature Communications 7, 13810 (2016).
【非特許文献１０】N. T. Tu, P. N. Hai, L. D. Anh, M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 105, 132402/1-4 (2014).
【非特許文献１１】N. T. Tu, P. N. Hai, L. D. Anh, M. Tanaka, Phys. Rev. B 92, 144403/1-14 (2015).
【非特許文献１２】N. T. Tu, P. N. Hai, L. D. Anh, M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 108, 192401 (2016).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、(ＧａＦｅ）Ｓｂの磁気センサ等のデバイス応用を考えると、室温において異常ホール効果があるものの、実用性を考慮すると十分ではなかった。
【００１０】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、強い異常ホール効果を有する強磁性半導体の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のある態様は、強磁性半導体に関する。この強磁性半導体は、少なくともＩｎおよびＳｂを含む化合物半導体の構成原子がＦｅで置換された構造を有する。
【００１２】
この態様によると、(ＧａＦｅ）Ｓｂよりも強い異常ホール効果を得ることができる。
【００１３】
強磁性半導体は、ＩｎとＦｅの組成比を１−ｘ：ｘ（ただし、０＜ｘ＜１）として、Ｉｎ１−ＸＦｅｘＳｂまたはＩｎ１−ＸＦｅｘＳｂＢｉで表されてもよい。
【００１４】
０．１５＜ｘであってもよい。これにより常温で異常ホール効果を実現できる。別の観点からいうと、ｘはキュリー温度ＴＣが３００Ｋより高くなるように規定されてもよい。
【００１５】
化合物半導体は、ＩｎＳｂであってもよい。これにより強い異常ホール効果を得ることができる。
【００１６】
化合物半導体は、ＩｎＳｂＢｉであってもよい。これによりバンドギャップがさらに小さくなるため、より強い異常ホール効果を得ることができる。
【００１７】
本発明の別の態様もまた、強磁性半導体である。この強磁性半導体は、成長基板と、成長基板上に形成されるバッファ層と、バッファ層の上に形成され、ＩｎＦｅＳｂ層またはＩｎＦｅＳｂＢｉ層を含む強磁性半導体層と、強磁性半導体層の上に形成されるキャップ層と、を備える。
【００１８】
成長基板はＧａＡｓ基板であり、バッファ層は、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＡｌＩｎＳｂからなる群より選択される少なくともひとつを含んでもよい。
【００１９】
ＩｎとＦｅの組成比を１−ｘ：ｘ（ただし０＜ｘ＜１）とするとき、強磁性半導体層は、Ｉｎ１−ＸＦｅｘＳｂまたは、Ｉｎ１−ＸＦｅｘＳｂＢｉを含んでもよい。
【００２０】
本発明の別の態様はホールセンサに関する。ホールセンサは、上述のいずれかの強磁性半導体を備えてもよい。
【００２１】
本発明のさらに別の態様は、強磁性半導体の製造方法である。この方法は、成長基板上にバッファ層を形成するステップと、バッファ層上にＩｎＦｅＳｂ層を形成するステップと、を備える。ＩｎＦｅＳｂ層は、分子線エピタキシー法により形成されてもよい。
【００２２】
本発明のさらに別の態様も強磁性半導体に関する。強磁性半導体は、バンドギャップが０．１７ｅＶより低い非磁性半導体をホスト材料として、その構成原子がＦｅで置換された構造を有する。
バンドギャップが小さい方がより少ない磁性原子濃度（Ｆｅ濃度）でも室温以上の強磁性を実現できる。また、バンドギャップが小さいことから、スピン軌道相互作用が強くて、室温でも大きいな異常ホール効果が期待でき、超高感度磁気センサに応用できる。
【００２３】
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のある態様によれば、強い異常ホール効果を示す強磁性半導体材料を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態に係る強磁性半導体の断面図である。
【図２】強磁性半導体層の(ＩｎＦｅ）Ｓｂの格子定数のＦｅ濃度依存性の測定結果を示す図である。
【図３】透過型電子顕微鏡による格子像とその回折パターンを示す図である。
【図４】エネルギー分散Ｘ線分光法による元素分析結果を示す図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｅ）は、Ｆｅ濃度が５％，８％，１１％，１２％，１６％の(ＩｎＦｅ）Ｓｂ層の磁気円二色性の磁場依存性の測定結果を示す図である。
【図６】(ＩｎＦｅ）Ｓｂのキュリー温度ＴＣのＦｅ濃度依存性を示す図である。
【図７】各種の強磁性半導体のキュリー温度ＴＣを示す図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｅ）は、様々なＦｅ添加量の(Ｉｎ１−ｘＦｅｘ)Ｓｂ薄膜における異常ホール効果を示す図である。
【図９】図９（ａ）は、（ＧａＦｅ）Ｓｂと（ＩｎＦｅ）Ｓｂの室温異常ホール効果の感度係数を示す図であり、図９（ｂ）は、Ｆｅ添加量が１６％の(Ｉｎ１−ｘＦｅｘ)Ｓｂ薄膜の室温における異常ホール効果の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２７】
強磁性半導体の定説では「バンドギャップが大きい半導体のほうがキュリー温度ＴＣの高い強磁性半導体になりやすい」とされているが（非特許文献１，２）。本開示ではそれと対照的に「バンドギャップが小さい半導体のほうがキュリー温度ＴＣの高い強磁性半導体になりやすい」との立場に立脚し、バンドギャップが０．１７ｅＶと小さいナローギャップ半導体ＩｎＳｂ（アンチモン化インジウム）に着目した。置換原子として、磁性金属であるＦｅ（鉄）に着目した。すなわち実施の形態に係る強磁性半導体は、ホスト材料であるＩｎＳｂの構成原子が、磁性原子であるＦｅで置換された構造を有し、組成式は、ＩｎＦｅＳｂあるいは（ＩｎＦｅ）Ｓｂとして表される。
【００２８】
実施の形態に係る強磁性半導体（ＩｎＦｅ）Ｓｂによれば、従来の強磁性半導体(ＩｎＭｎ)Ａｓ，(ＧａＭｎ)Ａｓ等で実現できなかった、室温強磁性を実現するとともに、その異常ホール効果を用いることによって、実用化されている超高感度ＩｎＳｂホール効果磁気センサよりも高い感度を持つスーパー高感度磁気センサを実現できる。それにより、高感度の位置検出センサ、高精度な回転センサ、高角度分解度の電子コンパスなどを実現できる。
【００２９】
以下、強磁性半導体の具体的な構造や製造方法を説明する。
図１は、実施の形態に係る強磁性半導体１００の断面図である。強磁性半導体１００は、成長基板１０２、バッファ層１０４、強磁性半導体層１０６、キャップ層１０８の積層構造を有する。なお図中、各層の厚みは実際の寸法を表すものでは無い。
【００３０】
成長基板１０２としては、たとえばＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）を用いることができるが、その限りでなく、ＳｉやＧａＮなどの単結晶基板を用いてもよい。
【００３１】
成長基板１０２の上には、ＧａＡｓ層１０３がホモエピタキシャル成長され、続いてバッファ層１０４が形成される。バッファ層１０４は、成長基板１０２と強磁性半導体層１０６の格子不整合の緩和のために挿入されている。バッファ層１０４の材料は、成長基板１０２と強磁性半導体層１０６の結晶構造に応じて選択すればよく、成長基板１０２がＧａＡｓ、強磁性半導体層１０６がＩｎＦｅＳｂであるとき、バッファ層１０４は、ＡｌＡｓ／ＡｌＳｂを用いることができる。
【００３２】
続いてバッファ層１０４の上に、分子線エピタキシャル成長法(ＭＢＥ法)を用いて、(ＩｎＦｅ）Ｓｂ強磁性半導体を結晶成長する。
【００３３】
強磁性半導体層１０６の上には、キャップ層１０８が形成される。キャップ層１０８は酸化防止保護膜であり、ＩｎＳｂを用いることができる。
【００３４】
以上が強磁性半導体１００の構成である。図１の構成を有する強磁性半導体１００を作製し、その特性を評価した。作製したサンプルの各層の材料および厚みは以下の通りである。
ＧａＡｓ層（１０３）      ＧａＡｓ      ５０ｎｍ
バッファ層（１０４）      ＡｌＳｂ      １００ｎｍ
強磁性半導体層（１０６）  ＩｎＦｅＳｂ  １５〜２０ｎｍ
キャップ層（１０８）      ＩｎＳｂ      ２ｎｍ
なお、サンプルの各層の厚みは必ずしも最適化されたものでなく、したがって以下で説明するサンプルの特性は、実施の形態に係る強磁性半導体１００の特性の限界（上限）を示すものでないことに留意されたい。
【００３５】
図２は、強磁性半導体層１０６の(ＩｎＦｅ）Ｓｂの格子定数のＦｅ濃度依存性の測定結果を示す図である。Ｆｅ濃度が増えるにつれて、格子定数ａが線形的に変化することが分かる。これは、Ｆｅが析出せずに結晶の中に取り込まれ、Ｉｎとうまく置換されていることを表す。
【００３６】
図３は、透過型電子顕微鏡による格子像とその回折パターンを示す図である。サンプルのＦｅ濃度は１６％である。図３からも、高濃度のＦｅの導入にかかわらず、半導体の閃亜鉛鉱型結晶構造が維持できていることがわかる。図４は、エネルギー分散Ｘ線分光法による元素分析結果を示す図である。ＦｅがＩｎＳｂの層に取り込まれることが分かる。
【００３７】
図５（ａ）〜（ｅ）は、Ｆｅ濃度が５％，８％，１１％，１２％，１６％の(ＩｎＦｅ）Ｓｂ層の磁気円二色性(ＭＣＤ)の磁場依存性（磁気ヒステリシス）の測定結果を示す図である。Ｆｅ濃度が増えるにつれて、磁気ヒステリシスが強くなることが分かる。
【００３８】
図６は、(ＩｎＦｅ）Ｓｂのキュリー温度ＴＣのＦｅ濃度依存性を示す図である。比較のために、(ＧａＦｅ）Ｓｂの特性も併せて示す。Ｆｅ濃度が１６％の(ＩｎＦｅ）Ｓｂはキュリー温度ＴＣが３３５Ｋ（６２℃）に達した。Ｆｅ濃度が１５％を超えると、キュリー温度ＴＣが３００Ｋを超えることがわかる。また同じＦｅ濃度では、(ＩｎＦｅ）Ｓｂの方が(ＧａＦｅ）Ｓｂより２倍程度、高いキュリー温度ＴＣを示した。
【００３９】
つまりバンドギャップの小さい(ＩｎＦｅ）Ｓｂのほうがバンドギャップの大きい(ＧａＦｅ）Ｓｂよりも少ないＦｅ濃度でも室温強磁性になることが分かる。これは従来の強磁性半導体には無い鉄系強磁性半導体の特長である。
【００４０】
（ＩｎＦｅ）Ｓｂに関しては、測定系の問題で３５０Ｋを超えるキュリー温度の測定が困難であったことから、図６には、Ｆｅ濃度１６％までのプロットしか載せていない。しかしながら、良好な結晶性を維持しつつ、（ＩｎＦｅ）ＳｂのＦｅ濃度を１６％より高めることは十分に可能である。予備実験で別材料の（ＩｎＦｅ）Ａｓについて、Ｆｅ濃度ｘを局所的に１００％まで高めることが確認できているため、（ＩｎＦｅ）Ｓｂにおいても局所的にはＦｅ濃度を１００％まで高めることが可能であり、少なくとも２５％、少なくとも２０％まで、結晶性を維持しつつＦｅ濃度を高めることが可能と考えられる。
【００４１】
図６において、（ＩｎＦｅ）Ｓｂの特性のプロットを、さらに高いＦｅ濃度範囲に外挿補間すれば、Ｆｅ濃度２０％においてＴＣ＝４５０Ｋ、Ｆｅ濃度２５％では５００Ｋを超えるキュリー温度が獲られることが予測される。
【００４２】
図７は、各種の強磁性半導体のキュリー温度を示す図である。(Ｇａ，Ｆｅ）Ｓｂと(Ｉｎ，Ｆｅ）Ｓｂを除いて、キュリー温度は３００Ｋより低くなっており、室温で強磁性にならないため実用的ではない。
【００４３】
（ホール効果磁気センサへの応用）
次に、(ＩｎＦｅ）Ｓｂの室温異常ホール効果を用いるホール効果磁気センサについて説明する。従来技術のホール効果磁気センサの動作原理はホール効果にある。ホール効果は古典的な電磁気学の効果であり、外部磁場が電子に作用するローレンツ力により電流と磁場と垂直な方向に起電力を発生させる。この起電力（ホール電圧）を測定することによって、磁場を検出する。ホール効果磁気センサの感度は電子の移動度で決まるため、高感度化するためには、移動度が高いＧａＡｓ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂのようなIII−Ｖ半導体を使う必要がある。市場に出ている製品の感度は以下の通りである。
【００４４】
ＧａＡｓ: 0.25 mV/mT/V（旭化成の標準感度の製品)
ＩｎＡｓ: 0.87 mV/mT/V  (旭化成の高感度の製品)
ＩｎＳｂ: １．5 mV/mT/V (旭化成の超高感度の製品)
しかし、移動度は室温においては材料中のフォノン散乱によって決まるため、ホール効果磁気センサの各材料において、その感度の改善余地はきわめて少ない。
【００４５】
それに対して、異常ホール効果はスピン軌道相互作用によって生じる量子力学的な効果であり、古典的なホール効果とは動作原理が異なる。また、異常ホール効果は磁化および材料のスピン軌道相互作用を増大させることによって強くすることができるため、改善余地が大きい。
【００４６】
異常ホール効果を磁気センサに使うためには、常温動作が可能な室温強磁性半導体が必要である。１９９０年代前半からＩｎＭｎＡｓやＧａＭｎＡｓを初め、Ｍｎ系強磁性半導体が世界的に研究されてきたが、キュリー温度が２００Ｋ以下と室温強磁性に達成できなかった。
【００４７】
これに対して、本実施の形態によれば、より少ないＦｅ添加量でも常温動作可能なＩｎＦｅＳｂを実現できたと同時に感度が高い異常ホール効果を実現できる。したがって、各種ホール効果磁気センサへの応用が可能である。なお、ＩｎＦｅＳｂをホール効果磁気センサに応用するにあたって、センサに特別な構造変更は不要であり、従来のセンサにおけるＧａＡｓ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂ等を、ＩｎＦｅＳｂに置き換えればよい。
【００４８】
図８（ａ）〜（ｅ）は、様々なＦｅ添加量の(Ｉｎ１−ｘＦｅｘ)Ｓｂ薄膜における異常ホール効果を示す図である。Ｆｅ添加量が５％〜１２％の(Ｉｎ１−ｘＦｅｘ)Ｓｂ薄膜において、低温では明瞭な異常ホール効果が観測できたが、キュリー温度が室温より低かったため、常温では、負の正常ホール効果のみ観測された。
【００４９】
それに対して、Ｆｅ添加量が１６％の薄膜ではキュリー温度が室温を超えたため、常温でも異常ホール効果が観測できた。上述したように、Ｆｅ濃度をさらに高めれば、キュリー温度がさらに高まることが推測されるため、室温より高い温度においても、異常ホール効果を実現することも十分に可能であろう。多くの民生品では、−３０〜１００℃（あるいは−３０〜８０℃）程度の温度範囲での動作保証が求められるところ、実施の形態に係る(Ｉｎ１−ｘＦｅｘ)Ｓｂ薄膜によれば、実用上も十分な特性を得ることができる。
【００５０】
あるいはＦｅ濃度をさらに高めることで、同じ室温（あるいはそれより低い温度範囲）において、より強い異常ホール効果を得ることが可能となろう。
【００５１】
図９（ａ）は、（ＧａＦｅ）Ｓｂと（ＩｎＦｅ）Ｓｂの室温異常ホール効果の感度係数を示す図である。(ＩｎＦｅ）ＳｂのＦｅ濃度は１６％であり、(ＧａＦｅ）ＳｂのＦｅ濃度は２５％である。比較のために、市販の各種ホール効果磁気センサＩｎＳｂ(５０Ω，１Ｖ，４ｍＡ)、ＩｎＡｓ(３７０Ω，３Ｖ，８ｍＡ)，ＧａＡｓ(６５０Ω，６Ｖ，９ｍＡ)の感度係数を併せて示す。
【００５２】
図９（ｂ）は、Ｆｅ添加量が１６％の(Ｉｎ１−ｘＦｅｘ)Ｓｂ薄膜の室温における異常ホール効果の拡大図を示す。Ｆｅ添加量が１６％の(ＩｎＦｅ）Ｓｂを用いるホール効果センサの感度係数（バイアス条件：２５０Ω，１Ｖ，４ｍＡ）を試算したところ、５０ｍＴにおいて約１．９ｍＶ／ｍＴ／Ｖの感度が得られた。この値は市場に出ている最も感度が高いＩｎＳｂホール効果センサ（２５０Ω，１Ｖ，４ｍＡ）よりも高い。
【００５３】
(ＧａＦｅ）Ｓｂ (Ｆｅ濃度２５％)がＧａＡｓ程度の感度係数しか示さないのに対して、(ＩｎＦｅ）Ｓｂは一桁高い感度係数を示している。これは、ＩｎＳｂのバンドギャップが小さく、スピン軌道相互作用が大きいためである。同時に、十分に強い異常ホール効果を得るためには、バンドギャップが０．１７ｅＶ以下のナローギャップ半導体を使うことが有効であることが裏付けられる。
【００５４】
従来技術において、ＩｎＳｂの感度を改善するアプローチとして、外付けの磁束増幅用フェライトを利用する技術が提案されている。しかし、異常ホール効果による材料自体の感度が高い場合、外付けの磁束増幅用フェライトを不要にすることができるため、低コスト化できる。
【００５５】
（ＩｎＦｅ）Ｓｂは、以下の用途に活用することができる。
位置検出センサに（ＩｎＦｅ）Ｓｂを利用することで、より正確な位置、タイミングで、位置を検出できる。
【００５６】
また回転センサに（ＩｎＦｅ）Ｓｂを利用することで、ブラシレスモータのコイル検出感度を上げて、正確なタイミングで電流を切り替えることにより、モータの高効率化に貢献できる。また従来の回転センサは、ブラシレスモータのロータの直近に配置する必要があったが、高感度の（ＩｎＦｅ）Ｓｂセンサを利用すれば、回転センサの取り付け位置の制約が緩和される。
【００５７】
またスマートフォン、タブレット等に使用される電子コンパスに（ＩｎＦｅ）Ｓｂを利用することで、地磁気を高感度で検出可能となることから、ナビゲーション精度を改善することができ、あるいはセンサの消費電力を低減できる。
【００５８】
実施の形態では、強磁性半導体（ＩｎＦｅ）Ｓｂを説明したが、Ｆｅに加えて、さらに別の原子を、ＩｎＳｂの構成原子と置換した構造としてもよい。たとえばＦｅに加えてＢｉ（ビスマス）を結晶構造に組み込み、(ＩｎＦｅ)(ＳｂＢｉ)としてもよい。ＩｎＳｂにＢｉを導入することによりバンドギャップを小さくできることが知られている。そこで、ＩｎＳｂＢｉをホスト半導体として、その構成元素をＦｅで置換した構造も、本開示の一態様として有効である。これにより、バンドギャップを下げることが可能となり、強磁性およびスピン軌道相互作用を増強できる。この場合、図１の強磁性半導体層１０６を、ＩｎＦｅＳｂＢｉ層としてもよい。あるいは強磁性半導体層１０６を、ＩｎＦｅＳｂ層とＩｎＦｅＳｂＢｉ層の積層構造としてもよい。
【００５９】
したがって、本開示の範囲には、バンドギャップ０．１７ｅＶ以下の鉄系強磁性半導体が含まれる。
【００６０】
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
【００６１】
実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【００６２】
１００…強磁性半導体、１０２…成長基板、１０４…バッファ層、１０６…強磁性半導体層、１０８…キャップ層。
【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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