(57)【要約】【課題】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、及びそのような磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサー及びスピントランジスタを提供する。【解決手段】磁気抵抗効果素子１Ａは、半導体層２と、第１強磁性層３及び第２強磁性層４と、を備える。半導体層２は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３を有する。第１領域Ｒ１上に第１強磁性層３が設けられ、第２領域Ｒ２上に第２強磁性層４が設けられ、第３領域Ｒ３は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２によってＸ方向に挟まれている。第３領域Ｒ３は、ｎ型の導電型を有し、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３において、半導体材料のＸ方向の結晶方位が実質的に同一である。上面２ａを含む上面近傍領域Ｒｔにおける第３領域Ｒ３の原子間距離ｄ３は、上面近傍領域Ｒｔにおける第１領域Ｒ１の原子間距離ｄ１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、前記半導体層の上面上に第１方向に互いに離間して設けられた第１強磁性層及び第２強磁性層と、を備え、
前記半導体層は、それぞれが前記半導体層の前記上面の一部及び下面の一部を含むと共に同一の半導体材料を母材として含む第１領域、第２領域、及び第３領域を有し、
前記第１領域上に前記第１強磁性層が設けられ、前記第２領域上に前記第２強磁性層が設けられ、
前記第３領域は、前記第１領域及び前記第２領域によって前記第１方向に挟まれており、
前記第３領域は、ｎ型の導電型を有し、
前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域において、前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位が実質的に同一であり、
前記上面を含む上面近傍領域における前記第３領域の前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位の原子間距離は、前記上面を含む上面近傍領域における前記第１領域の前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位の原子間距離よりも大きい磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記上面近傍領域における前記第３領域の前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位の原子間距離は、前記下面を含む下面近傍領域における前記第３領域の前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位の原子間距離よりも大きい、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記上面近傍領域において、前記第３領域は、前記第１方向と直交する直交方向の端部領域と、当該直交方向の中央領域と、を有し、
当該端部領域の前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位の原子間距離は、当該中央領域の前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位の原子間距離よりも大きい、請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記半導体層の前記上面上に前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層と離間して設けられた参照電極をさらに備え、
前記半導体層は、それぞれが前記半導体層の前記上面の一部及び前記下面の一部を含むと共に前記半導体材料を母材として含む第４領域及び第５領域を有し、
前記第４領域上に前記参照電極が設けられ、
前記第５領域は、前記第２領域及び前記第４領域によって第２方向に挟まれており、
前記第５領域は、ｎ型の導電型を有し、
前記第２領域、前記第４領域、及び前記第５領域において、前記半導体材料の前記第２方向の結晶方位が実質的に同一であり、
前記上面を含む上面近傍領域における前記第５領域の前記半導体材料の前記第２方向の結晶方位の原子間距離は、前記上面を含む上面近傍領域における前記第４領域の前記半導体材料の前記第２方向の結晶方位の原子間距離よりも大きい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記上面近傍領域における前記第５領域の前記半導体材料の前記第２方向の結晶方位の原子間距離は、前記下面を含む下面近傍領域における前記第５領域の前記半導体材料の前記第２方向の結晶方位の原子間距離よりも大きい、請求項４に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記上面近傍領域において、前記第５領域は、前記第２方向と直交する直交方向の端部領域と、当該直交方向の中央領域と、を有し、
当該端部領域の前記半導体材料の前記第２方向の結晶方位の原子間距離は、当該中央領域の前記半導体材料の前記第２方向の結晶方位の原子間距離よりも大きい、請求項４又は５に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記第３領域の少なくとも上面を覆うように設けられた保護膜をさらに備え、
前記保護膜は、前記第３領域に前記第１方向に沿った引張ひずみを付与する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
半導体層と、前記半導体層の上面上に第１方向に互いに離間して設けられた第１強磁性層及び第２強磁性層と、を備え、
前記半導体層は、それぞれが前記半導体層の前記上面の一部及び下面の一部を含むと共に同一の半導体材料を母材として含む第１領域、第２領域、及び第３領域を有し、
前記第１領域上に前記第１強磁性層が設けられ、前記第２領域上に前記第２強磁性層が設けられ、
前記第３領域は、前記第１領域及び前記第２領域によって前記第１方向に挟まれており、
前記第３領域は、ｐ型の導電型を有し、
前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域において、前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位が実質的に同一であり、
前記上面を含む上面近傍領域における前記第３領域の前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位の原子間距離は、前記上面を含む上面近傍領域における前記第１領域の前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位の原子間距離よりも小さい磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
前記上面近傍領域における前記第３領域の前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位の原子間距離は、前記下面を含む下面近傍領域における前記第３領域の前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位の原子間距離よりも小さい、請求項８に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
前記上面近傍領域において、前記第３領域は、前記第１方向と直交する直交方向の端部領域と、当該直交方向の中央領域と、を有し、
当該端部領域の前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位の原子間距離は、当該中央領域の前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位の原子間距離よりも小さい、請求項８又は９に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
前記半導体層の前記上面上に前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層と離間して設けられた参照電極をさらに備え、
前記半導体層は、それぞれが前記半導体層の前記上面の一部及び前記下面の一部を含むと共に前記半導体材料を母材として含む第４領域及び第５領域を有し、
前記第４領域上に前記参照電極が設けられ、
前記第５領域は、前記第２領域及び前記第４領域によって第２方向に挟まれており、
前記第５領域は、ｐ型の導電型を有し、
前記第２領域、前記第４領域、及び前記第５領域において、前記半導体材料の前記第２方向の結晶方位が実質的に同一であり、
前記上面を含む上面近傍領域における前記第５領域の前記半導体材料の前記第２方向の結晶方位の原子間距離は、前記上面を含む上面近傍領域における前記第４領域の前記半導体材料の前記第２方向の結晶方位の原子間距離よりも小さい、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１２】
前記上面近傍領域における前記第５領域の前記半導体材料の前記第２方向の結晶方位の原子間距離は、前記下面を含む下面近傍領域における前記第５領域の前記半導体材料の前記第２方向の結晶方位の原子間距離よりも小さい、請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１３】
前記上面近傍領域において、前記第５領域は、前記第２方向と直交する直交方向の端部領域と、当該直交方向の中央領域と、を有し、
当該端部領域の前記半導体材料の前記第２方向の結晶方位の原子間距離は、当該中央領域の前記半導体材料の前記第２方向の結晶方位の原子間距離よりも小さい、請求項１１又は１２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１４】
前記第３領域の少なくとも上面を覆うように設けられた保護膜をさらに備え、
前記保護膜は、前記第３領域に前記第１方向に沿った圧縮ひずみを付与する、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１５】
前記保護膜は、前記第３領域の側面も覆うように設けられている、請求項７又は１４に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１６】
前記半導体材料は、立方晶又は疑似立方晶の結晶構造を有し、
前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域において、前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位は、実質的に[１１０]である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子と、
前記第３領域上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層を介して前記第３領域上に設けられた電極であって、前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層と離間して設けられた電極と、
を備える、キャリア制御型の磁気抵抗効果素子。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子を備える磁気センサー。
【請求項１９】
請求項１〜３及び８〜１０のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子と、
前記第３領域上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層を介して前記第３領域上に設けられた電極であって、前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層と離間して設けられた電極と、
を備え、
前記第１領域及び前記第２領域は、前記第３領域と同一の導電型を有し、
前記電極がゲート電極として機能し、前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層の一方がソース電極として機能し、前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層の他方がドレイン電極として機能する、スピントランジスタ。
【請求項２０】
半導体層と、前記半導体層の上面上に第１方向に互いに離間して設けられた第１強磁性層及び第２強磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子であって、
前記半導体層は、それぞれが前記半導体層の前記上面の一部及び下面の一部を含むと共に同一の半導体材料を母材として含む第１領域、第２領域、及び第３領域を有し、
前記第１領域上に前記第１強磁性層が設けられ、前記第２領域上に前記第２強磁性層が設けられ、
前記第３領域は、前記第１領域及び前記第２領域によって前記第１方向に挟まれており、
前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域において、前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位が実質的に同一であり、
前記上面を含む上面近傍領域における前記第３領域の前記半導体材料前記第１方向の結晶方位の原子間距離は、前記上面を含む上面近傍領域における前記第１領域の前記半導体材料前記第１方向の結晶方位の原子間距離よりも大きい磁気抵抗効果素子と、
前記第３領域上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層を介して前記第３領域上に設けられた電極であって、前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層と離間して設けられた電極と、
を備え、
前記第１領域及び前記第２領域は、ｎ型の導電型を有し、
前記電極がゲート電極として機能し、前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層の一方がソース電極として機能し、前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層の他方がドレイン電極として機能し、
前記ゲート電極に電圧が印加されていないとき、前記第３領域はｐ型の導電型を有し、
前記ゲート電極は、前記第３領域の前記上面近傍領域の少なくとも一部にｎ型の導電型を有する反転層が形成されるように、電圧を印加可能に構成されている、スピントランジスタ。
【請求項２１】
半導体層と、前記半導体層の上面上に第１方向に互いに離間して設けられた第１強磁性層及び第２強磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子であって、
前記半導体層は、それぞれが前記半導体層の前記上面の一部及び下面の一部を含むと共に同一の半導体材料を母材として含む第１領域、第２領域、及び第３領域を有し、
前記第１領域上に前記第１強磁性層が設けられ、前記第２領域上に前記第２強磁性層が設けられ、
前記第３領域は、前記第１領域及び前記第２領域によって前記第１方向に挟まれており、
前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域において、前記半導体材料の前記第１方向の結晶方位が実質的に同一であり、
前記上面を含む上面近傍領域における前記第３領域の前記半導体材料前記第１方向の結晶方位の原子間距離は、前記上面を含む上面近傍領域における前記第１領域の前記半導体材料前記第１方向の結晶方位の原子間距離よりも小さい磁気抵抗効果素子と、
前記第３領域上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層を介して前記第３領域上に設けられた電極であって、前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層と離間して設けられた電極と、
を備え、
前記第１領域及び前記第２領域は、ｐ型の導電型を有し、
前記電極がゲート電極として機能し、前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層の一方がソース電極として機能し、前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層の他方がドレイン電極として機能し、
前記ゲート電極に電圧が印加されていないとき、前記第３領域はｎ型の導電型を有し、
前記ゲート電極は、前記第３領域の前記上面近傍領域の少なくとも一部にｐ型の導電型を有する反転層が形成されるように、電圧を印加可能に構成されている、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、磁気抵抗効果素子、磁気センサー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、磁気センサー、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ー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において、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（電子又はホール）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、上述のような磁気抵抗効果素子の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磁気抵抗効果素子、及びそのような磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサー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】
上述の課題を解決するため、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、半導体層と、この半導体層の上面上に第１方向に互いに離間して設けられた第１強磁性層及び第２強磁性層と、を備え、上記半導体層は、それぞれが上記半導体層の上面の一部及び下面の一部を含むと共に同一の半導体材料を母材として含む第１領域、第２領域、及び第３領域を有し、第１領域上に第１強磁性層が設けられ、第２領域上に第２強磁性層が設けられ、第３領域は、第１領域及び第２領域によって第１方向に挟まれており、第３領域は、ｎ型の導電型を有し、第１領域、第２領域、及び第３領域において、上記半導体材料の第１方向の結晶方位が実質的に同一であり、上記上面を含む上面近傍領域における第３領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離は、上記上面を含む上面近傍領域における第１領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離よりも大きい。
【０００９】
本発明に係る磁気抵抗効果素子においては、上面近傍領域における第３領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離は、上面近傍領域における第１領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離よりも大きくなっているため、これらの原子間距離が同一である場合と比較して、半導体層の第３領域の上面近傍領域を伝導又は拡散するスピン偏極電子のスピン拡散長及びスピン寿命を長くすることができることを、本願発明者は見出した。これにより、半導体層におけるスピン蓄積効果を大きくできるため、第１強磁性層又は第２強磁性層と半導体層との間で生じる磁気抵抗効果を増加させることができる。その結果、出力信号を大きくすることができるため、大きなＳＮ比を得ることができる。
【００１０】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果素子では、上記上面近傍領域における第３領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離は、上記下面を含む下面近傍領域における第３領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離よりも大きいようにすることができる。
【００１１】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果素子では、上面近傍領域において、第３領域は、第１方向と直交する直交方向の端部領域と、当該直交方向の中央領域と、を有し、当該端部領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離は、当該中央領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離よりも大きいようにすることができる。
【００１２】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、上記半導体層の上記上面上に第１強磁性層及び第２強磁性層と離間して設けられた参照電極をさらに備え、上記半導体層は、それぞれが上記半導体層の上記上面の一部及び上記下面の一部を含むと共に上記半導体材料を母材として含む第４領域及び第５領域を有し、第４領域上に上記参照電極が設けられ、第５領域は、第２領域及び第４領域によって第２方向に挟まれており、第５領域は、ｎ型の導電型を有し、第２領域、第４領域、及び第５領域において、上記半導体材料の第２方向の結晶方位が実質的に同一であり、上記上面を含む上面近傍領域における第５領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離は、上記上面を含む上面近傍領域における第４領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離よりも大きいようにすることができる。
【００１３】
これにより、上記上面近傍領域における第５領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離と、上記上面近傍領域における第４領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離とが同じ場合と比較して、半導体層の第５領域の第２方向の電気抵抗値を小さくできるため、出力ノイズを小さくすることができる。その結果、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果素子では、上記上面近傍領域における第５領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離は、上記下面を含む下面近傍領域における第５領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離よりも大きいようにすることができる。
【００１５】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果素子では、上記上面近傍領域において、第５領域は、第２方向と直交する直交方向の端部領域と、当該直交方向の中央領域と、を有し、当該端部領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離は、当該中央領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離よりも大きいようにすることができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、第３領域の少なくとも上面を覆うように設けられた保護膜をさらに備え、上記保護膜は、第３領域に第１方向に沿った引張ひずみを付与するようにすることができる。これにより、上記保護膜が第３領域に対してひずみを付与するひずみ付与膜として機能し、上述のような上記上面近傍領域における第１〜第３領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離の関係を容易に実現することができる。
【００１７】
また、上述の課題を解決するため、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、半導体層と、この半導体層の上面上に第１方向に互いに離間して設けられた第１強磁性層及び第２強磁性層と、を備え、上記半導体層は、それぞれが上記半導体層の上記上面の一部及び下面の一部を含むと共に同一の半導体材料を母材として含む第１領域、第２領域、及び第３領域を有し、第１領域上に第１強磁性層が設けられ、第２領域上に第２強磁性層が設けられ、第３領域は、第１領域及び第２領域によって第１方向に挟まれており、第３領域は、ｐ型の導電型を有し、第１領域、第２領域、及び第３領域において、上記半導体材料の第１方向の結晶方位が実質的に同一であり、上記上面を含む上面近傍領域における第３領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離は、上記上面を含む上面近傍領域における第１領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離よりも小さい。
【００１８】
本発明に係る磁気抵抗効果素子においては、上面近傍領域における第３領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離は、上面近傍領域における第１領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離よりも小さくなっているため、これらの原子間距離が同一である場合と比較して、半導体層の第３領域の上面近傍領域を伝導又は拡散するスピン偏極ホールのスピン拡散長及びスピン寿命を長くすることができることを、本願発明者は見出した。これにより、半導体層におけるスピン蓄積効果を大きくできるため、第１強磁性層又は第２強磁性層と半導体層との間で生じる磁気抵抗効果を増加させることができる。その結果、出力信号を大きく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。
【００１９】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果素子では、上記上面近傍領域における第３領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離は、上記下面を含む下面近傍領域における第３領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離よりも小さいようにすることができる。
【００２０】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果素子では、上記上面近傍領域において、第３領域は、第１方向と直交する直交方向の端部領域と、当該直交方向の中央領域と、を有し、当該端部領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離は、当該中央領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離よりも小さいようにすることができる。
【００２１】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、上記半導体層の上記上面上に第１強磁性層及び第２強磁性層と離間して設けられた参照電極をさらに備え、上記半導体層は、それぞれが上記半導体層の上記上面の一部及び上記下面の一部を含むと共に上記半導体材料を母材として含む第４領域及び第５領域を有し、第４領域上に上記参照電極が設けられ、第５領域は、第２領域及び第４領域によって第２方向に挟まれており、第５領域は、ｐ型の導電型を有し、第２領域、第４領域、及び第５領域において、上記半導体材料の第２方向の結晶方位が実質的に同一であり、上記上面を含む上面近傍領域における第５領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離は、上記上面を含む上面近傍領域における第４領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離よりも小さいようにすることができる。
【００２２】
これにより、上記上面近傍領域における第５領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離と、上記上面近傍領域における第４領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離とが同じ場合と比較して、半導体層の第５領域の第２方向の電気抵抗値を小さくできるため、出力ノイズを小さくすることができる。その結果、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる。
【００２３】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果素子では、上記上面近傍領域における第５領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離は、上記下面を含む下面近傍領域における第５領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離よりも小さいようにすることができる。
【００２４】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果素子では、上記上面近傍領域において、第５領域は、第２方向と直交する直交方向の端部領域と、当該直交方向の中央領域と、を有し、当該端部領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離は、当該中央領域の上記半導体材料の第２方向の結晶方位の原子間距離よりも小さいようにすることができる。
【００２５】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、第３領域の少なくとも上面を覆うように設けられた保護膜をさらに備え、上記保護膜は、第３領域に第１方向に沿った圧縮ひずみを付与するようにすることができる。これにより、上記保護膜が第３領域に対してひずみを付与するひずみ付与膜として機能し、上述のような上記上面近傍領域における第１〜第３領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離の関係を容易に実現することができる。
【００２６】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果素子では、上記保護膜は、第３領域の側面も覆うように設けられているようにすることができる。これにより、上記保護膜からの力を、第３領域の上面近傍領域だけでなく側面近傍領域にも与えることができるため、第３領域におけるスピン偏極電子又はスピン偏極ホールのスピン拡散長及びスピン寿命をより長くすることができる。その結果、より大きなＳＮ比を得ることができる。
【００２７】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果素子では、上記半導体材料は、立方晶又は疑似立方晶の結晶構造を有し、第１領域、第２領域、及び第３領域において、上記半導体材料の第１方向の結晶方位は、実質的に[１１０]であるようにすることができる。これにより、より大きなＳＮ比を得ることができる。
【００２８】
さらに、本発明に係るキャリア制御型の磁気抵抗効果素子は、上述のいずれかの磁気抵抗効果素子と、第３領域上に設けられた絶縁層と、当該絶縁層を介して第３領域上に設けられた電極であって、第１強磁性層及び第２強磁性層と離間して設けられた電極と、を備える。これにより、第３領域上に設けられた電極にゲート電圧を印加し、第３領域の導電型及びキャリア密度を制御することができる。
【００２９】
また、本発明に係る磁気センサーは、上述のいずれかの磁気抵抗効果素子を備える。これにより、大きなＳＮ比を得ることができる磁気センサーを実現することができる。
【００３０】
また、本発明に係るスピントランジスタは、上述のいずれかの磁気抵抗効果素子と、第３領域上に設けられた絶縁層と、絶縁層を介して第３領域上に設けられた電極であって、第１強磁性層及び第２強磁性層と離間して設けられた電極と、を備え、第１領域及び第２領域は、第３領域と同一の導電型を有し、電極がゲート電極として機能し、第１強磁性層及び第２強磁性層の一方がソース電極として機能し、第１強磁性層及び第２強磁性層の他方がドレイン電極として機能する。これにより、大きなＳＮ比を得ることができ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を実現することができる。
【００３１】
また、本発明に係るスピントランジスタは、半導体層と、この半導体層の上面上に第１方向に互いに離間して設けられた第１強磁性層及び第２強磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子であって、上記半導体層は、それぞれが上記半導体層の上面の一部及び下面の一部を含むと共に同一の半導体材料を母材として含む第１領域、第２領域、及び第３領域を有し、第１領域上に第１強磁性層が設けられ、第２領域上に第２強磁性層が設けられ、第３領域は、第１領域及び第２領域によって第１方向に挟まれており、第１領域、第２領域、及び第３領域において、上記半導体材料の第１方向の結晶方位が実質的に同一であり、上記上面を含む上面近傍領域における第３領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離は、上記上面を含む上面近傍領域における第１領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離よりも大きい磁気抵抗効果素子と、第３領域上に設けられた絶縁層と、上記絶縁層を介して第３領域上に設けられた電極であって、第１強磁性層及び第２強磁性層と離間して設けられた電極と、を備え、第１領域及び第２領域は、ｎ型の導電型を有し、上記電極がゲート電極として機能し、第１強磁性層及び第２強磁性層の一方がソース電極として機能し、第１強磁性層及び第２強磁性層の他方がドレイン電極として機能し、上記ゲート電極に電圧が印加されていないとき、第３領域はｐ型の導電型を有し、上記ゲート電極は、第３領域の上面近傍領域の少なくとも一部にｎ型の導電型を有する反転層が形成されるように、電圧を印加可能に構成されている。これにより、大きなＳＮ比を得ることができるノーマリーオフ型（エンハンスメント型）のスピントランジスタを実現することができる。
【００３２】
また、本発明に係るスピントランジスタは、半導体層と、上記半導体層の上面上に第１方向に互いに離間して設けられた第１強磁性層及び第２強磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子であって、上記半導体層は、それぞれが上記半導体層の上面の一部及び下面の一部を含むと共に同一の半導体材料を母材として含む第１領域、第２領域、及び第３領域を有し、第１領域上に第１強磁性層が設けられ、第２領域上に第２強磁性層が設けられ、第３領域は、第１領域及び第２領域によって第１方向に挟まれており、第１領域、第２領域、及び第３領域において、上記半導体材料の第１方向の結晶方位が実質的に同一であり、上記上面を含む上面近傍領域における第３領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離は、上記上面を含む上面近傍領域における第１領域の上記半導体材料の第１方向の結晶方位の原子間距離よりも小さい磁気抵抗効果素子と、第３領域上に設けられた絶縁層と、上記絶縁層を介して第３領域上に設けられた電極であって、第１強磁性層及び第２強磁性層と離間して設けられた電極と、を備え、第１領域及び第２領域は、ｐ型の導電型を有し、上記電極がゲート電極として機能し、第１強磁性層及び第２強磁性層の一方がソース電極として機能し、第１強磁性層及び第２強磁性層の他方がドレイン電極として機能し、上記ゲート電極に電圧が印加されていないとき、第３領域はｎ型の導電型を有し、上記ゲート電極は、第３領域の上面近傍領域の少なくとも一部にｐ型の導電型を有する反転層が形成されるように、電圧を印加可能に構成されている。これにより、大きなＳＮ比を得ることができるノーマリーオフ型（エンハンスメント型）の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】
【００３３】
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磁気抵抗効果素子、及びそのような磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサー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】
【００３４】
【図１】第１実施形態に係る磁気センサーを示す斜視図である。
【図２】図１に示される磁気センサーを部分的に拡大して示す側面図である。
【図３】図１に示される磁気センサーを部分的に拡大して示す上面図である。
【図４】第２実施形態に係る磁気センサーを部分的に拡大して示す側面図である。
【図５】第２実施形態に係る磁気センサーを部分的に拡大して示す上面図である。
【図６】第３実施形態に係る磁気センサーを示す斜視図である。
【図７】図６に示される磁気センサーを部分的に拡大して示す側面図である。
【図８】図６に示される磁気センサーを部分的に拡大して示す上面図である。
【図９】第４実施形態に係る磁気センサーを部分的に拡大して示す側面図である。
【図１０】第４実施形態に係る磁気センサーを部分的に拡大して示す上面図である。
【図１１】第５実施形態に係る磁気センサーを示す斜視図である。
【図１２】第６実施形態に係るスピントランジスタを示す斜視図である。
【図１３】図１２に示されるキャリア制御型の磁気抵抗効果素子を示す断面図である。
【図１４】第７実施形態に係る磁気センサーを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
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。
【００３６】
（第１実施形態）
図１〜図３を参照して、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ａ及び磁気センサー１０Ａについて説明する。図１は、第１実施形態に係る磁気センサーを示す斜視図である。図２は、図１に示される磁気センサーを部分的に拡大して示す側面図である。図３は、図１に示される磁気センサーを部分的に拡大して示す上面図である。図１〜図３には、直交座標系が示されている。
【００３７】
図１〜図３に示されるように、磁気センサー１０Ａは、磁気抵抗効果素子１Ａを備え、電流源２０及び電圧測定部３０と接続されている。磁気抵抗効果素子１Ａは、半導体層２と、第１強磁性層３と、第２強磁性層４と、第１絶縁層５と、第２絶縁層６と、保護膜７と、を備えている。なお、図２では、半導体層２及び保護膜７以外の図示が省略されている。図３では、半導体層２以外の図示が省略されている。
【００３８】
半導体層２は、スピンが伝導及び／又は拡散する層として機能する。半導体層２は、直方体形状を呈している。半導体層２は、Ｚ方向で互いに対向している上面２ａ及び下面２ｂと、Ｘ方向で互いに対向している側面２ｃ及び側面２ｄと、Ｙ方向で互いに対向している側面２ｅ及び側面２ｆと、を有している。本実施形態では、上面２ａ、下面２ｂ、側面２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆは、略平坦であるが、これらの各面は湾曲していてもよい。
【００３９】
半導体層２は、たとえば、立方晶又は疑似立方晶の結晶構造を有するＳｉ、Ｇｅ、Ｃ（ダイヤモンド）、ＧａＡｓ等の半導体材料を母材としてなる。疑似立方晶とは、ひずみが生じたことにより、立方晶（ａ１＝ａ２＝ａ３、かつ、α＝β＝γ＝９０°）ではなくなった結晶構造である。つまり、疑似立方晶とは、ひずみが生じていない状態の結晶構造（基本結晶構造）が立方晶である結晶構造である。半導体層２の半導体材料のＸ方向の結晶方位は、［１１０］である。半導体層２の半導体材料（母材）には、導電型を有するための不純物が添加されている。半導体層２がｎ型の導電型を有するためには、半導体材料（母材）の元素よりも価電子数の大きな元素が不純物として添加される。半導体層２がｐ型の導電型を有するためには、半導体材料（母材）の元素よりも価電子数の小さな元素が不純物として添加される。半導体層２に含まれる半導体材料（母材）をＳｉとすると、ｎ型の導電型を有するための不純物としては、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等が挙げられ、ｐ型の導電型を有するための不純物としては、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等が挙げられる。本実施形態の半導体層２は、ｎ型の導電型を有している。
【００４０】
半導体層２は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３を有している。第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３は、それぞれが上面２ａの一部及び下面２ｂの一部を含んでいる。第１領域Ｒ１は、上面２ａ、下面２ｂ、側面２ｅ及び側面２ｆそれぞれのＸ方向の一方の端部領域と、側面２ｃの全体とを含んでいる。第２領域Ｒ２は、上面２ａ、下面２ｂ、側面２ｅ及び側面２ｆそれぞれのＸ方向の他方の端部領域と、側面２ｄの全体とを含んでいる。第３領域Ｒ３は、上面２ａ、下面２ｂ、側面２ｅ及び側面２ｆそれぞれのＸ方向の中央領域を含んでいる。第３領域Ｒ３は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２によってＸ方向に挟まれている。第１領域Ｒ１、第３領域Ｒ３、及び第２領域Ｒ２は、この順でＸ方向に沿って直線状に並んでいる。
【００４１】
第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３は、母材として同一の半導体材料を含んでいる。第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３において、この半導体材料の少なくともＸ方向の結晶方位が実質的に同一である。すなわち、第１領域Ｒ１における半導体材料のＸ方向の結晶方位、第２領域Ｒ２における半導体材料のＸ方向の結晶方位、及び第３領域Ｒ３における半導体材料のＸ方向の結晶方位は、互いに完全に一致していてもよいし、たとえば、交差角５°以下で互いに交差していてもよい。
【００４２】
たとえば、半導体層２の全体を単結晶で構成することにより、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３において、この半導体材料の少なくともＸ方向の結晶方位を実質的に同一とすることができる。半導体層２の全体を単結晶で構成する場合、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３において、この半導体材料のＸ方向以外の結晶方位も同一とすることができる。本実施形態では、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３は、ｎ型の導電型を有している。また、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３において、半導体材料のＸ方向の結晶方位は、実質的に[１１０]である。すなわち、半導体材料のＸ方向の結晶方位は、［１１０］方向と完全に一致していてもよいし、たとえば、交差角５°以下で［１１０］方向と交差していてもよい（傾斜角５°以下で［１１０］方向から傾斜していてもよい）。また、上面２ａは、実質的に（００１）面である。すなわち、上面２ａは、（００１）面と完全に一致していてもよいし、たとえば、交差角５°以下で（００１）面と交差していてもよい（傾斜角５°以下で（００１）面から傾斜していてもよい）。
【００４３】
半導体層２は、上面近傍領域Ｒｔ、下面近傍領域Ｒｂ、及び中央領域Ｒｍを有している。上面近傍領域Ｒｔは、上面２ａを含んでいる。上面近傍領域Ｒｔは、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２及び第３領域Ｒ３における上面２ａの近傍領域から構成されている。下面近傍領域Ｒｂは、下面２ｂを含んでいる。下面近傍領域Ｒｂは、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２及び第３領域Ｒ３における下面２ｂの近傍領域から構成されている。中央領域Ｒｍは、Ｚ方向において上面近傍領域Ｒｔと下面近傍領域Ｒｂとの間に配置されている。上面近傍領域Ｒｔは、たとえば、上面２ａから１０ｎｍ以内もしくは２０ｎｍ以内の範囲の領域である。下面近傍領域Ｒｂは、たとえば、下面２ｂから１０ｎｍ以内もしくは２０ｎｍ以内の範囲の領域である。
【００４４】
第１強磁性層３及び第２強磁性層４は、半導体層２の上面２ａ上に第１方向としてのＸ方向に互いに離間して設けられている。第１強磁性層３は、第１領域Ｒ１上に設けられている。第１強磁性層３は、第１領域Ｒ１の上面（上面２ａのＸ方向の一方の端部領域）を覆うように設けられている。第２強磁性層４は、第２領域Ｒ２上に設けられている。第２強磁性層４は、第２領域Ｒ２の上面（上面２ａのＸ方向の他方の端部領域）を覆うように設けられている。第１強磁性層３及び第２強磁性層４のＹ方向の長さは、上面２ａのＹ方向の長さと同一である。第１強磁性層３及び第２強磁性層４の一方は、磁化固定層として機能し、第１強磁性層３及び第２強磁性層４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３が磁化自由層として機能し、第２強磁性層４が磁化固定層として機能する。
【００４５】
第１強磁性層３及び第２強磁性層４は、強磁性材料からなる。第１強磁性層３及び第２強磁性層４の強磁性材料として、たとえば、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｏのうち少なくとも一種の元素を有する金属また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良い。外部磁場が印加される方向における第２強磁性層４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３の保磁力よりも大きい。たとえば、第２強磁性層４として硬磁性材料、第１強磁性層３として軟磁性材料を選択することにより、第２強磁性層４の保磁力を第１強磁性層３の保磁力よりも大きくしてもよい。また、第２強磁性層４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４の保磁力を第１強磁性層３の保磁力よりも大きくしてもよい。
【００４６】
第１絶縁層５及び第２絶縁層６は、トンネル磁気抵抗効果を発現させるための絶縁膜である。第１絶縁層５及び第２絶縁層６は、半導体層２の上面２ａ上に設けられている。第１絶縁層５及び第２絶縁層６は、上面２ａに直接接している。第１絶縁層５は、上面２ａと第１強磁性層３との間に設けられている。すなわち、第１強磁性層３は、第１絶縁層５を介して上面２ａ上に設けられている。第２絶縁層６は、半導体層２の上面２ａと第２強磁性層４との間に設けられている。すなわち、第２強磁性層４は、第２絶縁層６を介して上面２ａ上に設けられている。第１絶縁層５及び第２絶縁層６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。
【００４７】
第１絶縁層５及び第２絶縁層６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５及び第２絶縁層６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５及び第２絶縁層６は、たとえば、酸化マグネシウムからなる。第１絶縁層５及び第２絶縁層６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。
【００４８】
保護膜７は、半導体層２の上面２ａ上に、第１強磁性層３及び第２強磁性層４によってＸ方向に挟まれて設けられている。保護膜７は、第１強磁性層３及び第２強磁性層４を互いに連結するようにＸ方向に延びている。保護膜７は、第３領域Ｒ３の上面（上面２ａのＸ方向の中央領域）を覆うように設けられている。保護膜７は、第３領域Ｒ３の上面に直接接している。保護膜７のＹ方向の長さは、上面２ａのＹ方向の長さと同一である。
【００４９】
保護膜７は、たとえば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、又は酸化ケイ素を有している。保護膜７は、たとえば、酸化による劣化から半導体層２を保護している。保護膜７は、第３領域Ｒ３に対してひずみを付与するひずみ付与膜としても機能している。一般に、成膜後の膜に残留する内部応力の大きさ及び極性（引張応力か圧縮応力）は、膜中の粒界密度に関係する。粒界密度が小さい膜には、膨張しようとする力（圧縮応力）が内部応力として残留し易く、粒界密度が大きい膜には、収縮しようとする力（引張応力）が内部応力として残留し易い。
【００５０】
膜中の粒界密度は成膜条件（成膜手法、成膜温度、成膜中圧力など）によって制御することができる。たとえば、スパッタリング法では、電子線蒸着法に比べて、成膜される原子（分子）の運動エネルギーが大きいので、膜の成長過程において、原子（分子）が粒界を埋めるように膜表面を移動する結果、粒界密度が小さい膜が形成され易い。よって、スパッタリング法により形成された膜には、膨張しようとする力（圧縮応力）が内部応力として残留し易い。これに対し、電子線蒸着法により形成された膜には、収縮しようとする力（引張応力）が内部応力として残留し易い。このように、成膜条件によって保護膜７中の粒界密度を制御することで、成膜後の保護膜７に残留する内部応力の大きさ及び極性を制御することができる。
【００５１】
本実施形態では、保護膜７は、第３領域Ｒ３にＸ方向に沿った引張ひずみを付与している。図２は、半導体層２について、ＸＺ面に沿った断面である（１１０）面（（１−１０）面）の複数の箇所の原子配置の態様を拡大して模式的に示している。図３は、半導体層２について、ＸＹ面に沿った断面である（００１）面の複数の箇所の原子配置の態様を拡大して模式的に示している。図２及び図３では、第３領域Ｒ３に保護膜７から与えられる力（保護膜の内部応力に起因する力）の態様が模式的に実線の矢印で示されている。なお、これらの矢印はイメージであって、厳密な力の作用点及び大きさを表すものではない。本実施形態では、保護膜７は内部応力として圧縮応力（膨張しようとする力）を有している。第３領域Ｒ３が保護膜７から与えられる力に起因して、特に図２に示されるように、上面近傍領域Ｒｔにおける第３領域Ｒ３のＸ方向、即ち結晶方位［１１０］の半導体材料の原子間距離ｄ３は、上面近傍領域Ｒｔにおける第１領域Ｒ１のＸ方向の半導体材料の原子間距離ｄ１、及び上面近傍領域Ｒｔにおける第２領域Ｒ２のＸ方向の半導体材料の原子間距離ｄ２よりも大きい。原子間距離ｄ１及び原子間距離ｄ２は、たとえば、互いに同一である。第３領域Ｒ３において、保護膜７から与えられる力は、上面２ａから下面２ｂに向かうにつれて小さくなる。このため、原子間距離ｄ３は、下面近傍領域Ｒｂにおける第３領域Ｒ３のＸ方向の半導体材料の原子間距離ｄ３１よりも大きい。なお、原子間距離とは、原子の中心間距離である。図２及び図３では、理解の容易のため、原子間距離の違いが誇張して示されている。
【００５２】
特に図３に示されるように、上面近傍領域Ｒｔにおいて、第３領域Ｒ３は、Ｘ方向と直交する方向、すなわちＹ方向の端部領域Ｒ３ａ，Ｒ３ｂと、Ｙ方向の中央領域Ｒ３ｃと、を有している。端部領域Ｒ３ａは、側面２ｅ側に配置され、端部領域Ｒ３ｂは、側面２ｆ側に配置されている。第３領域Ｒ３に保護膜７から与えられる力は、第３領域Ｒ３のＹ方向の中央から側面２ｅ，２ｆに向かうにつれて大きくなる。このため、端部領域Ｒ３ａのＸ方向の半導体材料の原子間距離ｄ３ａ、及び端部領域Ｒ３ｂのＸ方向の半導体材料の原子間距離ｄ３ｂは、中央領域Ｒ３ｃのＸ方向の半導体材料の原子間距離ｄ３ｃよりも大きい。原子間距離ｄ３ａ及び原子間距離ｄ３ｂは、たとえば互いに同一である。
【００５３】
電流源２０は、第１強磁性層３と第２強磁性層４とに接続され、第２強磁性層４と第１強磁性層３との間に電流を流す手段である。本実施形態では、電流源２０は、第２強磁性層４から第１強磁性層３に向かって半導体層２の中を流れる定電流を供給する。電圧測定部３０は、第１強磁性層３と第２強磁性層４とに接続され、第１強磁性層３と第２強磁性層４との間の電圧を測定する手段である。
【００５４】
磁気センサー１０Ａでは、電流源２０により、第２強磁性層４から第１強磁性層３に向かう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３から、第１強磁性層３の磁化の向きに対応するスピンを有する電子（スピン偏極電子）が半導体層２に注入される。注入されたスピン偏極電子は第３領域Ｒ３を伝導し、第１強磁性層３の磁化の向きに対応するスピンが、上面近傍領域Ｒｔにおいて、主に第２領域Ｒ２に蓄積される。第２強磁性層４と第２領域Ｒ２との間の電気抵抗は、第２領域Ｒ２に蓄積するスピンの向きと第２強磁性層４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３と第２強磁性層４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３と第２強磁性層４との間の電圧を測定することで、第１強磁性層３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、半導体層２の抵抗、第１強磁性層３の抵抗、第２強磁性層４の抵抗、第１強磁性層３と半導体層２との間の抵抗、及び第２強磁性層４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。
【００５５】
磁気抵抗効果素子１Ａにおいては、原子間距離ｄ３は、原子間距離ｄ１及び原子間距離ｄ２よりも大きくなっている。このため、原子間距離ｄ３が原子間距離ｄ１及び原子間距離ｄ２と同一である場合と比較して、半導体層２の第３領域Ｒ３の上面近傍領域Ｒｔを伝導又は拡散するスピン偏極電子のスピン拡散長及びスピン寿命を長くすることができることを、本願発明者は見出した。これにより、半導体層２（主に第２領域Ｒ２）におけるスピン蓄積効果を大きくできる。よって、第２強磁性層４と半導体層２との間で生じる磁気抵抗効果を増加させることができる。その結果、出力信号を大きくすることができるため、大きなＳＮ比を得ることができる。
【００５６】
なお、電流源２０は、第１強磁性層３から第２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てもよい。この場合、磁化固定層として機能する第２強磁性層４から、第２強磁性層４の磁化の向きに対応するスピン偏極電子が半導体層２に注入される。したがって、第２強磁性層４の磁化の向きに対応するスピンが、上面近傍領域Ｒｔにおいて、主に第１領域Ｒ１に蓄積される。
【００５７】
さらに、磁気抵抗効果素子１Ａにおいては、原子間距離ｄ３は、原子間距離ｄ３１よりも大きくなっている。第１強磁性層３及び第２強磁性層４は、半導体層２の上面２ａに設けられている。このため、スピン偏極電子は、半導体層２の下面近傍領域Ｒｂよりも上面近傍領域Ｒｔを伝導又は拡散する。したがって、原子間距離ｄ３１が原子間距離ｄ３と同一又は原子間距離ｄ３よりも大きくなっている場合と比較して、効率よく大きなＳＮ比を得ることができる。
【００５８】
さらに、磁気抵抗効果素子１Ａにおいては、半導体層２の半導体材料は、立方晶又は疑似立方晶の結晶構造を有し、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３において、半導体材料のＸ方向の結晶方位は、実質的に[１１０]である。これにより、より大きなＳＮ比を得ることができる。
【００５９】
さらに、磁気抵抗効果素子１Ａにおいては、保護膜７が第３領域Ｒ３に対して引張ひずみを付与するひずみ付与膜として機能しているので、上述のような原子間距離ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ３１，ｄ３ａ，ｄ３ｂ，ｄ３ｃの関係を容易に実現することができる。
【００６０】
さらに、磁気抵抗効果素子１Ａにおいては、保護膜７が第３領域Ｒ３の上面に直接接している。これにより、保護膜７が第３領域Ｒ３に対して付与する引張ひずみが大きくなるため、第３領域Ｒ３におけるスピン偏極電子のスピン拡散長及びスピン寿命をより長くすることができる。その結果、より大きなＳＮ比を得ることができる。
【００６１】
磁気センサー１０Ａは、磁気抵抗効果素子１Ａを備えるので、大きなＳＮ比を得ることができる。
【００６２】
（第２実施形態）
図４及び図５を参照して、第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ｂ及び磁気センサー１０Ｂについて、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ａ及び磁気センサー１０Ａ（図１参照）との相違点を中心に説明する。図４は、第２実施形態に係る磁気センサーを部分的に拡大して示す側面図である。図５は、第２実施形態に係る磁気センサーを部分的に拡大して示す上面図である。なお、図４では、半導体層２及び保護膜７以外の図示が省略されている。図５では、半導体層２以外の図示が省略されている。図４及び図５には、直交座標系が示されている。図４は、半導体層２について、ＸＺ面に沿った断面である（１１０）面（（１−１０）面）の複数の箇所の原子配置の態様を拡大して模式的に示している。図５は、半導体層２について、ＸＹ面に沿った断面である（００１）面の複数の箇所の原子配置の態様を拡大して模式的に示している。
【００６３】
図４及び図５に示される磁気抵抗効果素子１Ｂでは、半導体層２が、ｎ型ではなくｐ型の導電型を有している。つまり、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３が、ｎ型ではなくｐ型の導電型を有している。保護膜７は、第３領域Ｒ３にＸ方向に沿った圧縮ひずみを付与している。図４及び図５では、第３領域Ｒ３に保護膜７から与えられる力（保護膜の内部応力に起因する力）の態様が模式的に実線の矢印で示されている。なお、これらの矢印はイメージであって、厳密な力の作用点及び大きさを表すものではない。本実施形態では、保護膜７は内部応力として引張応力（収縮しようとする力）を有している。第３領域Ｒ３に保護膜７から与えられる力に起因して、特に図４に示されるように、原子間距離ｄ３は、原子間距離ｄ１及び原子間距離ｄ２よりも小さい。第３領域Ｒ３において、保護膜７から与えられる力は、上面２ａから下面２ｂに向かうにつれて小さくなる。このため、原子間距離ｄ３は、原子間距離ｄ３１よりも小さい。特に図５に示されるように、第３領域Ｒ３に保護膜７から与えられる力は、第３領域Ｒ３のＹ方向の中央から側面２ｅ，２ｆに向かうにつれて大きくなる。このため、原子間距離ｄ３ａ及び原子間距離ｄ３ｂは、原子間距離ｄ３ｃよりも小さい。なお、図４及び図５では、理解の容易のため、原子間距離の違いが誇張して示されている。
【００６４】
磁気センサー１０Ｂでは、電流源２０は、第１強磁性層３から第２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により、第１強磁性層３から第２強磁性層４に向かう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３から、第１強磁性層３の磁化の向きに対応するスピンを有するホール（スピン偏極ホール）が半導体層２に注入される。注入されたスピン偏極ホールは第３領域Ｒ３を伝導し、第１強磁性層３の磁化の向きに対応するスピンが、上面近傍領域Ｒｔにおいて、主に第２領域Ｒ２に蓄積される。第２強磁性層４と第２領域Ｒ２との間の電気抵抗は、第２領域Ｒ２に蓄積するスピンの向きと第２強磁性層４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３と第２強磁性層４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３と第２強磁性層４との間の電圧を測定することで、第１強磁性層３の磁化の向きを外部電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、半導体層２の抵抗、第１強磁性層３の抵抗、第２強磁性層４の抵抗、第１強磁性層３と半導体層２との間の抵抗、及び第２強磁性層４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。
【００６５】
なお、電流源２０は、第２強磁性層４から第１強磁性層３に向かって半導体層２の中を流れる定電流を供給してもよい。この場合、磁化固定層として機能する第２強磁性層４から、第２強磁性層４の磁化の向きに対応するスピン偏極ホールが半導体層２に注入される。したがって、第２強磁性層４の磁化の向きに対応するスピンが、上面近傍領域Ｒｔにおいて、主に第１領域Ｒ１に蓄積される。
【００６６】
磁気抵抗効果素子１Ｂにおいては、原子間距離ｄ３は、原子間距離ｄ１及び原子間距離ｄ２よりも小さくなっている。このため、原子間距離ｄ３が原子間距離ｄ１及び原子間距離ｄ２と同一である場合と比較して、半導体層２の第３領域Ｒ３の上面２ａ近傍を伝導又は拡散するスピン偏極ホールのスピン拡散長及びスピン寿命を長くすることができることを、本願発明者は見出した。これにより、半導体層２（主に第２領域Ｒ２）におけるスピン蓄積効果を大きくできる。よって、第２強磁性層４と半導体層２との間で生じる磁気抵抗効果を増加させることができる。その結果、出力信号を大きくすることができるため、大きなＳＮ比を得ることができる。
【００６７】
さらに、磁気抵抗効果素子１Ｂにおいては、原子間距離ｄ３は、原子間距離ｄ３１よりも小さくなっている。第１強磁性層３及び第２強磁性層４は、半導体層２の上面２ａに設けられている。このため、スピン偏極ホールは、半導体層２の下面近傍領域Ｒｂよりも上面近傍領域Ｒｔを伝導又は拡散する。したがって、原子間距離ｄ３１が原子間距離ｄ３と同一又は原子間距離ｄ３よりも小さくなっている場合と比較して、効率よく大きなＳＮ比を得ることができる。
【００６８】
さらに、磁気抵抗効果素子１Ｂにおいては、保護膜７が第３領域Ｒ３対して圧縮ひずみを付与するひずみ付与膜として機能しているので、上述のような原子間距離ｄ１，ｄ２，ｄ３の関係を容易に実現することができる。
【００６９】
さらに、磁気抵抗効果素子１Ｂにおいては、保護膜７が第３領域Ｒ３の上面に直接接している。これにより、保護膜７が第３領域Ｒ３に対して付与する圧縮ひずみが大きくなるため、第３領域Ｒ３におけるスピン偏極ホールのスピン拡散長及びスピン寿命をより長くすることができる。その結果、より大きなＳＮ比を得ることができる。
【００７０】
磁気センサー１０Ｂは、磁気抵抗効果素子１Ｂを備えるので、大きなＳＮ比を得ることができる。
【００７１】
（第３実施形態）
図６〜図８を参照して、第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ｃ及び磁気センサー１０Ｃについて、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ａ及び磁気センサー１０Ａ（図１参照）との相違点を中心に説明する。図６は、第３実施形態に係る磁気センサーを示す斜視図である。図７は、図６に示される磁気センサーを部分的に拡大して示す側面図である。図８は、図６に示される磁気センサーを部分的に拡大して示す上面図である。図６〜図８には、直交座標系が示されている。
【００７２】
図６〜図８に示されるように、磁気センサー１０Ｃは、磁気抵抗効果素子１Ｃを備え、電流源２０及び電圧測定部３０と接続されている。磁気抵抗効果素子１Ｃは、半導体層２と、第１強磁性層３と、第２強磁性層４と、第１絶縁層５と、第２絶縁層６と、保護膜７とに加えて、参照電極８と、保護膜９と、を更に備えている。なお、図７では、半導体層２及び保護膜９以外の図示が省略されている。図８では、半導体層２以外の図示が省略されている。
【００７３】
磁気抵抗効果素子１Ｃでは、半導体層２は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３に加えて、第４領域Ｒ４及び第５領域Ｒ５をさらに有している。第４領域Ｒ４及び第５領域Ｒ５は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３と同様に、それぞれが上面２ａの一部及び下面２ｂの一部を含んでいる。磁気抵抗効果素子１Ｃでは、第２領域Ｒ２ではなく、第４領域Ｒ４が、上面２ａ、下面２ｂ、側面２ｅ及び側面２ｆそれぞれのＸ方向の他方の端部領域と、側面２ｄの全体とを含んでいる。第１領域Ｒ１、第３領域Ｒ３、第２領域Ｒ２、第５領域Ｒ５、及び第４領域Ｒ４は、この順でＸ方向に沿って直線状に並んでいる。第５領域Ｒ５は、第２領域Ｒ２及び第４領域Ｒ４によって第２方向としてのＸ方向に挟まれている。
【００７４】
各領域Ｒ１〜Ｒ５は、母材として同一の半導体材料を含んでいる。各領域Ｒ１〜Ｒ５において、この半導体材料の少なくともＸ方向の結晶方位が実質的に同一である。たとえば、半導体層２の全体を単結晶で構成することにより、各領域Ｒ１〜Ｒ５において、この半導体材料の少なくともＸ方向の結晶方位を実質的に同一とすることができる。半導体層２の全体を単結晶で構成する場合、各領域Ｒ１〜Ｒ５において、この半導体材料のＸ方向以外の結晶方位も同一とすることができる。本実施形態では、各領域Ｒ１〜Ｒ５は、ｎ型の導電型を有している。また、各領域Ｒ１〜Ｒ５において、半導体材料のＸ方向の結晶方位は、実質的に[１１０]である。図７は、半導体層２について、ＸＺ面に沿った断面である（１１０）面（（１−１０）面）の複数の箇所の原子配置の態様を拡大して模式的に示している。図８は、半導体層２について、ＸＹ面に沿った断面である（００１）面の複数の箇所の原子配置の態様を拡大して模式的に示している。
【００７５】
参照電極８は、半導体層２の上面２ａ上に第１強磁性層３及び第２強磁性層４と離間して設けられている。参照電極８は、半導体層２の上面２ａに直接接している。参照電極８は、第４領域Ｒ４上に設けられている。参照電極８は、第４領域Ｒ４の上面（上面２ａのＸ方向の他方の端部領域）を覆うように設けられている。参照電極８のＹ方向の長さは、上面２ａのＹ方向の長さと同一である。参照電極８は、第２強磁性層４を介して第１強磁性層３とＸ方向で対向している。
【００７６】
参照電極８は、たと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２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２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２との間の界面の抵抗を下げることができる。
【００７７】
保護膜９は、半導体層２の上面２ａ上に、第２強磁性層４及び参照電極８によってＸ方向に挟まれて設けられている。保護膜９は、第２強磁性層４及び参照電極８を互いに連結するようにＸ方向に延びている。保護膜９は、第５領域Ｒ５の上面を覆うように設けられている。保護膜９は、第５領域Ｒ５の上面に直接接している。保護膜９のＹ方向の長さは、上面２ａのＹ方向の長さと同一である。
【００７８】
保護膜９は、たとえば、保護膜７と同じ材料からなる。保護膜９は、保護膜７と同様に、たとえば、酸化による劣化から半導体層２を保護している。保護膜９は、保護膜７と同様に、第５領域Ｒ５に対してひずみを付与するひずみ付与膜としても機能している。本実施形態では、保護膜９は、第５領域Ｒ５にＸ方向に沿った引張ひずみを付与している。図７及び図８では、第５領域Ｒ５に保護膜９から与えられる力（保護膜の内部応力に起因する力）の態様が模式的に実線の矢印で示されている。なお、これらの矢印はイメージであって、厳密な力の作用点及び大きさを表すものではない。本実施形態では、保護膜９は内部応力として圧縮応力（膨張しようとする力）を有している。第５領域Ｒ５に保護膜９から与えられる力に起因して、特に図７に示されるように、上面近傍領域Ｒｔにおける第５領域Ｒ５のＸ方向の半導体材料の原子間距離ｄ５は、原子間距離ｄ２、及び上面近傍領域Ｒｔにおける第４領域Ｒ４のＸ方向の半導体材料の原子間距離ｄ４よりも大きい。原子間距離ｄ２及び原子間距離ｄ４は、たとえば、互いに同一である。原子間距離ｄ３（図２参照）及び原子間距離ｄ５は、たとえば、互いに同一である。第５領域Ｒ５において、保護膜９から与えられる力は、上面２ａから下面２ｂに向かうにつれて小さくなる。このため、原子間距離ｄ５は、下面近傍領域Ｒｂにおける第５領域Ｒ５のＸ方向の半導体材料の原子間距離ｄ５１よりも大きい。なお、図７及び図８では、理解の容易のため、原子間距離の違いが誇張して示されている。
【００７９】
特に図８に示されるように、上面近傍領域Ｒｔにおいて、第５領域Ｒ５は、Ｘ方向と直交する方向、すなわちＹ方向の端部領域Ｒ５ａ，Ｒ５ｂと、Ｙ方向の中央領域Ｒ５ｃと、を有している。端部領域Ｒ５ａは、側面２ｅ側に配置され、端部領域Ｒ５ｂは、側面２ｆ側に配置されている。第５領域Ｒ５に保護膜９から与えられる力は、第５領域Ｒ５のＹ方向の中央から側面２ｅ，２ｆに向かうにつれて大きくなる。このため、端部領域Ｒ５ａのＸ方向の半導体材料の原子間距離ｄ５ａ、及び端部領域Ｒ５ｂのＸ方向の半導体材料の原子間距離ｄ５ｂは、中央領域Ｒ５ｃのＸ方向の半導体材料の原子間距離ｄ５ｃよりも大きい。原子間距離ｄ５ａ及び原子間距離ｄ５ｂは、たとえば互いに同一である。
【００８０】
電流源２０は、第１強磁性層３と第２強磁性層４とに接続され、第２強磁性層４から第１強磁性層３に向かって半導体層２の中を流れる定電流を供給する。電圧測定部３０は、第２強磁性層４と参照電極８とに接続され、第２強磁性層４と参照電極８との間の電圧を測定する。なお、電流源２０は、第１強磁性層３から第２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てもよい。この場合、電圧測定部３０は、電圧測定部３０は、第１強磁性層３と参照電極８とに接続され、第１強磁性層３と参照電極８との間の電圧を測定する。
【００８１】
磁気センサー１０Ｃでは、磁気センサー１０Ａ（図１参照）と同様に、電流源２０により電流が供給されると、第１強磁性層３からスピン偏極電子が半導体層２に注入される。注入されたスピン偏極電子は第３領域Ｒ３を伝導し、第１強磁性層３の磁化の向きに対応するスピンが、上面近傍領域Ｒｔにおいて、主に第２領域Ｒ２に蓄積する。電圧測定部３０により第２強磁性層４と参照電極８との間の電圧を測定することで、第２領域Ｒ２に蓄積するスピンの向きと第２強磁性層４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、磁気センサー１０Ａ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、磁気センサー１０Ａでは、スピン出力電圧に加えて、半導体層２の抵抗、第１強磁性層３の抵抗、第２強磁性層４の抵抗、第１強磁性層３と半導体層２との間の抵抗、及び第２強磁性層４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、磁気センサー１０Ｃでは、半導体層２の抵抗、第１強磁性層３の抵抗及び第１強磁性層３と半導体層２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、磁気センサー１０Ｃでは、磁気センサー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。
【００８２】
磁気抵抗効果素子１Ｃにおいても、原子間距離ｄ３は、原子間距離ｄ１及び原子間距離ｄ２よりも大きくなっている。このため、磁気抵抗効果素子１Ａと同様の効果が得られる。
【００８３】
さらに、磁気抵抗効果素子１Ｃでは、原子間距離ｄ５は、原子間距離ｄ２及び原子間距離ｄ４よりも大きくなっている。このため、原子間距離ｄ５が原子間距離ｄ２及び原子間距離ｄ４と同一である場合と比較して、半導体層２の第５領域Ｒ５のＸ方向の電気抵抗値を小さくできる。第５領域Ｒ５は電圧検出経路であるので、出力ノイズを小さくすることができる。その結果、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる。
【００８４】
磁気センサー１０Ｃは、磁気抵抗効果素子１Ｃを備えるので、大きなＳＮ比を得ることができる。
【００８５】
（第４実施形態）
図９及び図１０を参照して、第４実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ｄ及び磁気センサー１０Ｄについて、第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ｃ及び磁気センサー１０Ｃ（図６参照）との相違点を中心に説明する。図９は、第４実施形態に係る磁気センサーを部分的に拡大して示す側面図である。図１０は、第４実施形態に係る磁気センサーを部分的に拡大して示す上面図である。なお、図９では、半導体層２及び保護膜９以外の図示が省略されている。図１０では、半導体層２以外の図示が省略されている。図９及び図１０には、直交座標系が示されている。図９は、半導体層２について、ＸＺ面に沿った断面である（１１０）面（（１−１０）面）の複数の箇所の原子配置の態様を拡大して模式的に示している。図１０は、半導体層２について、ＸＹ面に沿った断面である（００１）面の複数の箇所の原子配置の態様を拡大して模式的に示している。
【００８６】
図９及び図１０に示される磁気抵抗効果素子１Ｄでは、図４及び図５に示される磁気抵抗効果素子１Ｂと同様に、半導体層２が、ｎ型ではなくｐ型の導電型を有している。つまり、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３に加えて、第４領域Ｒ４及び第５領域Ｒ５が、ｎ型ではなくｐ型の導電型を有している。また、磁気抵抗効果素子１Ｂと同様に、保護膜７は、第３領域Ｒ３にＸ方向に沿った圧縮ひずみを付与している。このため、原子間距離ｄ３は、原子間距離ｄ１及び原子間距離ｄ２よりも小さい。原子間距離ｄ１及び原子間距離ｄ２は、たとえば、互いに同一である。第３領域Ｒ３において、保護膜７から与えられる力（保護膜の内部応力に起因する力）は、上面２ａから下面２ｂに向かうにつれて小さくなる。このため、原子間距離ｄ３は、原子間距離ｄ３１よりも小さい。第３領域Ｒ３に保護膜７から与えられる力は、第３領域Ｒ３のＹ方向の中央から側面２ｅ，２ｆに向かうにつれて大きくなる。このため、原子間距離ｄ３ａ及び原子間距離ｄ３ｂは、中央領域Ｒ３ｃの原子間距離ｄ３ｃよりも小さい。なお、図９及び図１０では、理解の容易のため、原子間距離の違いが誇張して示されている。
【００８７】
保護膜９は、第５領域Ｒ５にＸ方向に沿った圧縮ひずみを付与している。図９及び図１０では、第５領域Ｒ５に保護膜９から与えられる力の態様が模式的に実線の矢印で示されている。なお、これらの矢印はイメージであって、厳密な力の作用点及び大きさを表すものではない。本実施形態では、保護膜９は内部応力として引張応力（収縮しようとする力）を有している。第５領域Ｒ５に保護膜９から与えられる力に起因して、特に図９に示されるように、原子間距離ｄ５は、原子間距離ｄ２及び原子間距離ｄ４よりも小さい。第５領域Ｒ５において、保護膜９から与えられる力は、上面２ａから下面２ｂに向かうにつれて小さくなる。このため、原子間距離ｄ５は、原子間距離ｄ５１よりも小さい。特に図１０に示されるように、第５領域Ｒ５に保護膜９から与えられる力は、第５領域Ｒ５のＹ方向の中央から側面２ｅ，２ｆに向かうにつれて大きくなる。このため、原子間距離ｄ５ａ及び原子間距離ｄ５ｂは、原子間距離ｄ５ｃよりも小さい。
【００８８】
磁気センサー１０Ｄでは、第２実施形態に係る磁気センサー１０Ｂ（図４参照）と同様に、電流源２０により電流が供給されると、第１強磁性層３からスピン偏極ホールが半導体層２に注入される。注入されたスピン偏極ホールは第３領域Ｒ３を伝導し、第１強磁性層３の磁化の向きに対応するスピンが、上面近傍領域Ｒｔにおいて、主に第２領域Ｒ２に蓄積する。電圧測定部３０により第２強磁性層４と参照電極８との間の電圧を測定することで、第２領域Ｒ２に蓄積するスピンの向きと第２強磁性層４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、磁気センサー１０Ｂ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、磁気センサー１０Ｂでは、スピン出力電圧に加えて、半導体層２の抵抗、第１強磁性層３の抵抗、第２強磁性層４の抵抗、第１強磁性層３と半導体層２との間の抵抗、及び第２強磁性層４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、磁気センサー１０Ｄでは、半導体層２の抵抗、第１強磁性層３の抵抗及び第１強磁性層３と半導体層２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、磁気センサー１０Ｄでは、磁気センサー１０Ｂ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。
【００８９】
磁気抵抗効果素子１Ｄにおいても、原子間距離ｄ３は、原子間距離ｄ１及び原子間距離ｄ２よりも小さくなっている。このため、磁気抵抗効果素子１Ｂと同様の効果が得られる。
【００９０】
さらに、磁気抵抗効果素子１Ｄでは、原子間距離ｄ５は、原子間距離ｄ２及び原子間距離ｄ４よりも小さくなっている。このため、原子間距離ｄ５が原子間距離ｄ２及び原子間距離ｄ４と同一である場合と比較して、半導体層２の第５領域Ｒ５のＸ方向の電気抵抗値を小さくできる。第５領域Ｒ５は電圧検出経路であるので、出力ノイズを小さくすることができる。その結果、従来よりも大きなＳＮ比を得ることができる。
【００９１】
磁気センサー１０Ｄは、磁気抵抗効果素子１Ｄを備えるので、大きなＳＮ比を得ることができる。
【００９２】
（第５実施形態）
図１１を参照して、第５実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ｅ及び磁気センサー１０Ｅについて説明する。図１１は、第５実施形態に係る磁気センサーを示す斜視図である。図１１には、直交座標系が示されている。図１１に示される磁気抵抗効果素子１Ｅは、保護膜７が、第３領域Ｒ３（図１参照）の上面に加えて、第３領域Ｒ３の一対の側面（一対の側面２ｅ，２ｆ（図３参照）の一部）も覆うように設けられている点で、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ａ（図１参照）及び第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ｂ（図４参照）と相違している。保護膜７は、第３領域Ｒ３の一対の側面に直接接している。
【００９３】
磁気抵抗効果素子１Ｅによれば、保護膜７からの力を、第３領域Ｒ３の上面近傍領域Ｒｔだけでなく、側面２ｅ，２ｆの一部を含む側面近傍領域にも与えることができる。このため、第３領域Ｒ３がｎ型の導電型を有している場合は、磁気抵抗効果素子１Ａ（図１参照）の場合よりも、第３領域Ｒ３におけるスピン偏極電子のスピン拡散長及びスピン寿命をさらに長くすることができる。また、第３領域Ｒ３がｐ型の導電型を有している場合は、磁気抵抗効果素子１Ｂ（図４参照）の場合よりも、第３領域Ｒ３におけるスピン偏極ホールのスピン拡散長及びスピン寿命をさらに長くすることができる。その結果、より大きなＳＮ比を得ることができる。
【００９４】
さらに、磁気抵抗効果素子１Ｅでは、保護膜７は、第３領域Ｒ３の一対の側面に直接接している。このため、保護膜７が第３領域Ｒ３に与える力がより大きくなる。よって、第３領域Ｒ３におけるスピン偏極電子又はスピン偏極ホールのスピン拡散長及びスピン寿命をより長くすることができる。その結果、より大きなＳＮ比を得ることができる。なお、保護膜７では、第３領域Ｒ３の上面に設けられる部分、及び、第３領域Ｒ３の一対の側面のそれぞれに設けられる部分が互いに異なる材料を含んでいてもよい。
【００９５】
磁気センサー１０Ｅは、磁気抵抗効果素子１Ｅを備えるので、大きなＳＮ比を得ることができる。
【００９６】
（第６実施形態）
図１２及び図１３を参照して、第６実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ｆ及びスピントランジスタ５０について説明する。図１２は、第６実施形態に係るスピントランジスタを示す斜視図である。図１３は、図１２に示されるキャリア制御型の磁気抵抗効果素子を示す断面図である。図１２及び図１３には、直交座標系が示されている。図１２及び図１３に示されるように、スピントランジスタ５０は、磁気抵抗効果素子１Ｆ、第３絶縁層１１及びゲート電極１２を備え、電源４１及び電源４２と接続されている。磁気抵抗効果素子１Ｆ、第３絶縁層１１及びゲート電極１２は、キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｆを構成している。磁気抵抗効果素子１Ｆは、半導体層２、第１強磁性層３、第２強磁性層４、第１絶縁層５及び第２絶縁層６を備えている。半導体層２は、磁気抵抗効果素子１Ａ（図１参照）の場合と同様に、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３を有している。
【００９７】
第３絶縁層１１は、第３領域Ｒ３上に設けられている。第３絶縁層１１は、第３領域Ｒ３の上面に直接接している。第３絶縁層１１は、第１強磁性層３及び第２強磁性層４の間で、第１強磁性層３及び第２強磁性層４から離間して設けられている。第３絶縁層１１のＹ方向の長さは、上面２ａのＹ方向の長さと同一である。第３絶縁層１１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。第３絶縁層１１は、第３領域Ｒ３に対してひずみを付与するひずみ付与膜としても機能している。第３絶縁層１１は、第３領域Ｒ３にＸ方向に沿ったひずみを付与している。ゲート電極１２は、第３絶縁層１１を介して第３領域Ｒ３上に設けられている。ゲート電極１２は、第１強磁性層３及び第２強磁性層４と離間して設けられている。ゲート電極１２を構成する電極材料として、たとえば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１２は、第３領域Ｒ３の上面近傍領域Ｒｔの少なくとも一部に反転層１７が形成されるように、電圧を印加可能に構成されている。
【００９８】
磁気抵抗効果素子１Ｆでは、半導体層２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２内には、キャリア濃度に差がある。具体的には、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２のキャリア濃度は、第３領域Ｒ３のキャリア濃度よりも高い。つまり、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２は高濃度ドープ領域であり、第３領域Ｒ３は低濃度ドープ領域である。第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２は、互いに同一の導電型を有している。
【００９９】
第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２がｎ型の導電型を有すると共に、第３領域Ｒ３がｎ型の導電型を有する場合、キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｆは、ＮＮＮ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成する。第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２がｎ型の導電型を有すると共に、ゲート電極１２に電圧が印加されないときの第３領域Ｒ３の導電型がｐ型である場合、キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｆは、ＮＰＮ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成する。第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２がｐ型の導電型を有すると共に、ゲート電極１２に電圧が印加されないときの第３領域Ｒ３の導電型がｎ型である場合、キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｆは、ＰＮＰ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成する。第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２がｐ型の導電型を有すると共に、第３領域Ｒ３がｐ型の導電型を有する場合、キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｆは、ＰＰＰ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成する。
【０１００】
第１強磁性層３及び第２強磁性層４の一方がソース電極として機能し、第１強磁性層３及び第２強磁性層４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３がソース電極として機能し、第２強磁性層４がドレイン電極として機能する。電源４１は、第１強磁性層３と第２強磁性層４とに接続されている。電源４２は、グラウンドとゲート電極１２とに接続されている。第１強磁性層３は、グラウンドに接続されている。
【０１０１】
キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｆでは、電源４２によって、ゲート電極１２に電圧を印加することにより、第３領域Ｒ３の導電型及びキャリア密度を制御することができる。
【０１０２】
キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１ＦがＮＮＮ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成する場合、ゲート電極１２に電圧を印加しなくても、電源４１によって第２強磁性層４に正電圧を印加すると、スピン偏極電子が第１強磁性層３から半導体層２に注入され、第２強磁性層４に向かって第３領域Ｒ３を流れる。電源４２によってゲート電極１２に正電圧を印加すると、第３領域Ｒ３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１２に負電圧を印加すると、第３領域Ｒ３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。
【０１０３】
キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１ＦがＮＰＮ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成する場合、電源４２によってゲート電極１２に正電圧を印加すると、上面近傍領域Ｒｔにおいて、第３領域Ｒ３にはｎ型の導電型を有する反転層１７が形成される。したがって、電源４１によって第２強磁性層４に正電圧を印加すると、スピン偏極電子が第１強磁性層３から半導体層２に注入され、第２強磁性層４に向かって第３領域Ｒ３を流れる。一方、ゲート電極１２に電圧を印加しない状態、又は負電圧を印加した状態では、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との界面には高抵抗の空乏層が形成されるので、電源４１によって第２強磁性層４に電圧を印加しても、スピン偏極電子が流れ難い。
【０１０４】
キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１ＦがＰＮＰ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成する場合、電源４２によってゲート電極１２に負電圧を印加すると、上面近傍領域Ｒｔにおいて、第３領域Ｒ３にはｐ型の導電型を有する反転層１７が形成される。したがって、電源４１によって第２強磁性層４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３から半導体層２に注入され、第２強磁性層４に向かって第３領域Ｒ３を流れる。一方、ゲート電極１２に電圧を印加しない状態、又は正電圧を印加した状態では、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との界面には高抵抗の空乏層が形成されるので、電源４１によって第２強磁性層４に電圧を印加しても、スピン偏極ホールが流れ難い。
【０１０５】
キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１ＦがＰＰＰ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成する場合、ゲート電極１２に電圧を印加しなくても、電源４１によって第２強磁性層４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３から半導体層２に注入され、第２強磁性層４に向かって第３領域Ｒ３を流れる。電源４２によってゲート電極１２に負電圧を印加すると、第３領域Ｒ３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１２に正電圧を印加すると、第３領域Ｒ３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。
【０１０６】
キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１ＦがＮＮＮ型及びＮＰＮ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成する場合、スピンが伝導及び／又は拡散する領域はｎ型の導電型を有している。この場合、第３絶縁層１１は、第３領域Ｒ３に対して引張ひずみを付与し、原子間距離ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ３１，ｄ３ａ，ｄ３ｂ，ｄ３ｃは、磁気抵抗効果素子１Ａ（図１参照）の場合と同様の大小関係を有している。このため、キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｆ（磁気抵抗効果素子１Ｆ）では、磁気抵抗効果素子１Ａの場合と同様の効果が得られる。
【０１０７】
キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１ＦがＰＮＰ型及びＰＰＰ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成する場合、スピンが伝導及び／又は拡散する領域はｐ型の導電型を有している。この場合、第３絶縁層１１は、第３領域Ｒ３に対して圧縮ひずみを付与し、原子間距離ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ３１，ｄ３ａ，ｄ３ｂ，ｄ３ｃは、磁気抵抗効果素子１Ｂ（図４参照）の場合と同様の大小関係を有している。このため、キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｆ（磁気抵抗効果素子１Ｆ）では、磁気抵抗効果素子１Ｂの場合と同様の効果が得られる。
【０１０８】
第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２が第３領域Ｒ３と同一の導電型を有する場合、すなわち、キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１ＦがＮＮＮ型又はＰＰＰ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成する場合、ゲート電極１２に電圧を印加しなくても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５０を実現することができる。第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２が第３領域Ｒ３と異なる導電型を有する場合、すなわち、キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１ＦがＮＰＮ型又はＰＮＰ型のスピンＭＯＳＦＥＴを構成する場合、ゲート電極１２に電圧を印加しなければスピン偏極電流が流れないノーマリーオフ型（エンハンスメント型）のスピントランジスタ５０を実現することができる。
【０１０９】
（第７実施形態）
図１４を参照して、第７実施形態に係る磁気抵抗効果素子１Ｇ及び磁気センサー１０Ｇについて説明する。図１４は、第７実施形態に係る磁気センサーを示す斜視図である。図１４には、直交座標系が示されている。図１４に示されるように、磁気センサー１０Ｇは、磁気抵抗効果素子１Ｇ、第３絶縁層１１及びゲート電極１２を備え、電流源２０、電圧測定部３０及び電源４３と接続されている。磁気抵抗効果素子１Ｇは、磁気抵抗効果素子１Ｆ（図１２参照）と同一構成を有している。第３絶縁層１１及びゲート電極１２は、第６実施形態に係る第３絶縁層１１及びゲート電極１２（図１２参照）と同一構成を有している。磁気抵抗効果素子１Ｇ、第３絶縁層１１及びゲート電極１２は、キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｇを構成している。キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｇは、キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｆ（図１２参照）と同一構成を有している。電流源２０は、第２強磁性層４から第１強磁性層３に向かって半導体層２の中を流れる定電流を供給する。電圧測定部３０は、第１強磁性層３と第２強磁性層４とに接続され、第１強磁性層３と第２強磁性層４との間の電圧を測定する。電源４３は、グラウンドとゲート電極１２とに接続されている。第１強磁性層３は、グラウンドに接続されている。
【０１１０】
キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｇによれば、キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｆ（図１２参照）と同様に、電源４３によってゲート電極１２に電界を印加することにより、第３領域Ｒ３の導電型及びキャリア密度を制御することができる。
【０１１１】
磁気センサー１０Ｇは、キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｇを備えるので、大きなＳＮ比を得ることができる。また磁気センサー１０Ｇでは、第３領域Ｒ３の導電型及びキャリア密度を制御できる。したがって、たとえば、上面近傍領域Ｒｔにおいて、第３領域Ｒ３のキャリア密度が増加するようにゲート電極１２に電圧を印加することで、半導体層２におけるスピン蓄積効果を大きくすることができる。これにより、磁気抵抗効果を増加させることができる。その結果、出力信号を大きくすることができるので、大きなＳＮ比を得ることができる。
【０１１２】
本発明は、上記実施形態に限定されない。
【０１１３】
磁気抵抗効果素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅでは、保護膜７の成膜条件によって、保護膜７をひずみ付与膜として機能させているが、保護膜７の熱膨張率と、半導体層２の熱膨張率との違いを利用して、保護膜７をひずみ付与膜として機能させてもよい。たとえば、半導体層２の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する材料を保護膜７の材料として用い、高温で第３領域Ｒ３に保護膜７を形成する。この場合、高温から常温に降温する際に、保護膜７の収縮量が半導体層２の収縮量よりも大きくなる。この結果、保護膜７の内部には引張応力（収縮しようとする力）が残留する。また、たとえば、半導体層２の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有する材料を保護膜７の材料として用い、高温で第３領域Ｒ３に保護膜７を形成する。この場合、高温から常温に降温する際に、保護膜７の収縮量が半導体層２の収縮量よりも小さくなる。この結果、保護膜７の内部には圧縮応力（膨張しようとする力）が残留する。
【０１１４】
また、たとえば、半導体層２の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する材料を保護膜７の材料として用い、室温以下の低温で第３領域Ｒ３に保護膜７を形成する。この場合、低温から昇温する際に、保護膜７の膨張量が半導体層２の膨張量よりも大きくなる。この結果、保護膜７の内部には圧縮応力（膨張しようとする力）が残留する。また、たとえば、半導体層２の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有する材料を保護膜７の材料として用い、室温以下の低温で第３領域Ｒ３に保護膜７を形成する。この場合、低温から昇温する際に、保護膜７の膨張量が半導体層２の膨張量よりも小さくなる。この結果、保護膜７の内部には引張応力（収縮しようとする力）が残留する。上記のような保護膜７から与えられる力（保護膜７の内部応力に起因する力）を利用することにより、第３領域Ｒ３に対してひずみを付与することができる。
【０１１５】
半導体層２及び保護膜７の材料の組み合わせの具体例を表１及び表２に示す。表１は、保護膜７が内部応力として圧縮応力を有する場合である。表２は、保護膜７が内部応力として引張応力を有する場合である。
【０１１６】
【表１】
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【０１１７】
【表２】
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【０１１８】
磁気抵抗効果素子１Ｃ，１Ｄでは、保護膜９の熱膨張率と、半導体層２の熱膨張率の違いを利用して、保護膜９をひずみ付与膜として機能させてもよい。半導体層２及び保護膜９の材料の組み合わせの具体例は、表１及び表２に示される半導体層２及び保護膜７の材料の組み合わせの具体例と同様にすることができる。キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｆ，５１Ｇでは、第３絶縁層１１の熱膨張率と、半導体層２の熱膨張率の違いを利用して、第３絶縁層１１をひずみ付与膜として機能させてもよい。半導体層２及び第３絶縁層１１の材料の組み合わせの具体例は、表１及び表２に示される半導体層２及び保護膜７の材料の組み合わせの具体例と同様にすることができる。
【０１１９】
磁気抵抗効果素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅは、第３領域Ｒ３にひずみを付与する保護膜７を備えているが、保護膜７等により第３領域Ｒ３に導入されたひずみが残留し、原子間距離ｄ１，ｄ２，ｄ３の大小関係が維持されていれば、保護膜７を備えていなくてもよい。磁気抵抗効果素子１Ｃ，１Ｄは、第５領域Ｒ５にひずみを付与する保護膜９を備えているが、保護膜９等により第５領域Ｒ５に導入されたひずみが残留し、原子間距離ｄ２，ｄ４，ｄ５の大小関係が維持されていれば、保護膜９を備えていなくてもよい。
【０１２０】
キャリア制御型の磁気抵抗効果素子５１Ｆ，５１Ｇでは、第３絶縁層１１が第３領域Ｒ３に対してＸ方向に沿ったひずみを付与しているが、第３絶縁層１１はひずみ付与膜として機能していなくてもよい。たとえば、第３絶縁層１１の形成前に、第３絶縁層１１ではないひずみ付与膜を第３領域Ｒ３に形成して第３領域Ｒ３にひずみを導入してもよい。この場合、当該膜を除去し、第３領域Ｒ３にひずみを残留させた状態で第３絶縁層１１を形成することができる。
【０１２１】
磁気抵抗効果素子１Ｃ，１Ｄでは、保護膜７が、それぞれ第３領域Ｒ３の上面に加えて、第３領域Ｒ３の一対の側面（一対の側面２ｅ，２ｆのＸ方向の中央領域）も覆うように設けられていてもよいし、保護膜９が、それぞれ第５領域Ｒ５の上面に加えて、第５領域Ｒ５の一対の側面（一対の側面２ｅ，２ｆのＸ方向の中央領域）も覆うように設けられていてもよい。これにより、より大きなＳＮ比を得ることができる。磁気抵抗効果素子１Ｆ，１Ｇは、ひずみ付与膜として機能する保護膜７をさらに備えてもよい。この場合、保護膜７は、第３領域Ｒ３の一対の側面（一対の側面２ｅ，２ｆの一部）に設けられてもよいし、ゲート電極１２を覆うように設けられてもよい。これにより、より大きなＳＮ比を得ることができる。
【０１２２】
磁気抵抗効果素子１Ｃ，１Ｄでは、第５領域Ｒ５は、第２領域Ｒ２及び第４領域Ｒ４によってＸ方向に挟まれており、第１領域Ｒ１、第３領域Ｒ３、第２領域Ｒ２、第５領域Ｒ５、及び第４領域Ｒ４は、この順でＸ方向に沿って直線状に並んでいる（即ち、第１方向と第２方向が一致している）が、これに限られない。第１方向と第２方向が異なっていてもよく、たとえば、第５領域Ｒ５は、第２領域Ｒ２及び第４領域Ｒ４によってＸ方向に交差する方向に挟まれており、第１領域Ｒ１、第３領域Ｒ３、及び第２領域Ｒ２が並ぶ方向と、第２領域Ｒ２、第５領域Ｒ５、及び第４領域Ｒ４が並ぶ方向とは、互いに交差していてもよい。この場合、磁気抵抗効果素子１Ｃ，１Ｄは全体として折れ曲がった形状である。磁気抵抗効果素子１Ｃ，１Ｄは全体として湾曲した形状であってもよい。
【０１２３】
磁気抵抗効果素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇは、第１絶縁層５及び第２絶縁層６を備えていなくてもよい。
【０１２４】
磁気抵抗効果素子１Ｃ，１Ｄでは、磁気抵抗効果素子１Ｇと同様に、保護膜７の代わりに、第３絶縁層１１及びゲート電極１２が第３領域Ｒ３上に設けられていてもよい。この場合、磁気センサー１０Ｃ，１０Ｄは、磁気センサー１０Ｇと同様に、ゲート電極１２に電圧を印加する電源４３に接続されてもよい。これにより、第３領域Ｒ３の導電型及びキャリア密度を制御することができる。
【０１２５】
磁気センサー１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｇ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。
【符号の説明】
【０１２６】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ…磁気抵抗効果素子、２…半導体層、２ａ…上面、２ｂ…下面、２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ…側面、３…第１強磁性層、４…第２強磁性層、７…保護膜、８…参照電極、９…保護膜、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｇ…磁気センサー、１１…第３絶縁層、１２…ゲート電極、１７…反転層、５０…スピントランジスタ、５１Ｆ，５１Ｇ…キャリア制御型の磁気抵抗効果素子、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、Ｒ３…第３領域、Ｒ４…第４領域、Ｒ５…第５領域、Ｒ３ａ，Ｒ３ｂ…端部領域、Ｒ３ｃ…中央領域、Ｒ５ａ，Ｒ５ｂ…端部領域、Ｒ５ｃ…中央領域、Ｒｔ…上面近傍領域、Ｒｂ…下面近傍領域、ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ３１，ｄ３ａ，ｄ３ｂ，ｄ３ｃ，ｄ５１，ｄ５ａ，ｄ５ｂ，ｄ５ｃ…原子間距離。
【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】
2019179823.tif 000016
【図１３】
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【図１４】
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