(57)【要約】【課題】強磁性の安定性及びキュリー温度に係る不具合を解消でき、III族窒化物磁性半導体を用いる磁性半導体素子を提供する。【解決手段】磁性半導体素子１１は、半導体領域１３及びIII族窒化物半導体領域１５を備える。III族窒化物半導体領域１５は半導体領域１３の主面１３ａ上に設けられる。半導体領域１３の主面１３ａに接合Ｊ０を成す。半導体領域１３は、六方晶系のIII族窒化物半導体からなる主面１３ａを有しており、この主面１３ａは半極性面及び無極性面のいずれか一方を含む。このように、磁性半導体素子１１の第１のIII族窒化物半導体層１７が半極性面又は無極性面上に設けられる。半極性面及び無極性面に設けられる第１のIII族窒化物半導体層１７は、遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかの磁性金属の結晶中への取り込みに優れており、また磁性金属を含有した際の結晶性にも優れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性半導体素子であって、
六方晶系のIII族窒化物半導体からなる主面を有する半導体領域と、
前記半導体領域の前記主面上に設けられた第１のIII族窒化物半導体層と、
を備え、
前記第１のIII族窒化物半導体層のIII族窒化物半導体は第１金属元素を含有しており、前記第１のIII族窒化物半導体層は前記第１金属元素として遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかを備え、
前記主面は半極性面及び無極性面の少なくともいずれか一方を含む、磁性半導体素子。
【請求項２】
前記遷移金属は、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄの少なくともいずれかであり、
前記希土類金属は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの少なくともいずれかである、請求項１に記載の磁性半導体素子。
【請求項３】
前記第１のIII族窒化物半導体層は、前記第１金属元素として、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｅｒを備える、請求項１又は請求項２に記載の磁性半導体素子。
【請求項４】
前記第１のIII族窒化物半導体層は室温において強磁性を有する、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された磁性半導体素子。
【請求項５】
前記第１のIII族窒化物半導体層のキュリー温度は３００ケルビン以上である、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された磁性半導体素子。
【請求項６】
前記主面は、前記半導体領域のｃ面に対して５度以上の角度で傾斜しているIII族窒化物系半導体結晶面を備える、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の磁性半導体素子。
【請求項７】
前記第１のIII族窒化物半導体層の前記金属元素の含有量は３％以上である、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された磁性半導体素子。
【請求項８】
前記半導体領域上に設けられた第２のIII族窒化物半導体層を更に備え、
前記第２のIII族窒化物半導体層のIII族窒化物半導体は第２金属元素を含有しており、前記第２のIII族窒化物半導体層は前記第２金属元素として遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかを備え、
前記第２のIII族窒化物半導体層は強磁性を有しており、前記第２のIII族窒化物半導体層の保磁力は前記第１のIII族窒化物半導体層の保磁力と異なる、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された磁性半導体素子。
【請求項９】
前記第１のIII族窒化物半導体層と前記第２のIII族窒化物半導体層の間に設けられた第３のIII族窒化物半導体層を更に備え、
前記第３のIII族窒化物半導体層は磁性を有していない、請求項８に記載された磁性半導体素子。
【請求項１０】
前記第１のIII族窒化物半導体層は、前記第３のIII族窒化物半導体層の材料と異なり、
前記第２のIII族窒化物半導体層は、前記第３のIII族窒化物半導体層の材料と異なる、請求項９に記載された磁性半導体素子。
【請求項１１】
前記第１のIII族窒化物半導体層は、ｐ型伝導性及びｎ型伝導性のいずれかを有する、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された磁性半導体素子。
【請求項１２】
前記半導体領域はＧａＮ基板を備える、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載された磁性半導体素子。
【請求項１３】
前記半導体領域は、シリコン基板と、該シリコン基板上に設けられたIII族窒化物系半導体層とを備える、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載された磁性半導体素子。
【請求項１４】
前記磁性半導体素子は磁気センサを備える、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載された磁性半導体素子。
【請求項１５】
前記磁性半導体素子は磁気メモリを備える、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載された磁性半導体素子。
【請求項１６】
前記主面は半極性面を含む、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載された磁性半導体素子。
【請求項１７】
前記主面は無極性面を含む、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載された磁性半導体素子。
【請求項１８】
磁性半導体素子を作製する方法であって、
六方晶系のIII族窒化物半導体からなる主面を有する基板を準備する工程と、
成長炉において、前記基板の前記主面上に第１のIII族窒化物半導体層を成長する工程と、
を備え、
前記第１のIII族窒化物半導体層のIII族窒化物半導体は第１金属元素を含有しており、前記第１のIII族窒化物半導体層は前記第１金属元素として遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかを備え、
前記半導体層を成長する工程において、前記第１のIII族窒化物半導体層のIII族構成元素のIII族原料、Ｖ族構成元素の窒素原料、及び第１金属元素の原料を前記成長炉に供給し、
前記主面は半極性面及び無極性面のいずれか一方を含む、磁性半導体素子を作製する方法。
【請求項１９】
前記主面は半極性面を含む、請求項１８に記載された磁性半導体素子を作製する方法。
【請求項２０】
前記主面は無極性面を含む、請求項１８に記載された磁性半導体素子を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性半導体素子、及び磁性半導体素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、アモルファスIII−Ｖ族半導体材料を主成分として含む磁性材料を開示する。特許文献２は、光を透過するIII−Ｖ族系化合物半導体を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１２８４５号公報
【特許文献２】ＷＯ２００３／１０５１６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、強磁性を示す半導体材料としては、Ｍｎと酸素とを不純物として含むＧａＮ結晶、ＭｎとＳｉとを不純物として含むＧａＮ結晶が記載されている。これらのＧａＮ結晶は、常温で強磁性を示す半導体結晶として提案されている。しかしながら、磁性半導体素子に適用される材料は、常温で強磁性を示す半導体結晶というだけなく、より高い強磁性-常磁性転移温度（キュリー温度）を有することが望まれる。このキュリー温度を向上させて良好な強磁性を得るためには、結晶中に添加される磁性イオンの濃度とキャリア濃度を増加させることを実現することになる。半導体結晶中に高濃度の磁性イオンを添加することは、半導体結晶の相分離、及び半導体結晶中の結晶欠陥の増大といった不具合を引き起こす。これらの不具合は、半導体結晶の電気的、光学的、磁気的な特性の低下を介して、最終的には、磁性半導体素子の特性の低下に至る。特許文献１は、アモルファスの化合物半導体、具体的には、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮを開示する。
【０００５】
特許文献２では、赤外光から紫外光までの光を透過するIII−Ｖ族系化合物半導体に、希土類金属元素を混晶させることにより強磁性特性を実現させた単結晶の強磁性III−Ｖ族系化合物半導体を開示する。
【０００６】
発明者らの知見によれば、ＧａＮのｃ面上への結晶成長においてＧｄ、Ｃｒ、Ｄｙといった磁性金属をＧａＮ系半導体に添加するとき、ＧａＧｄＮ、ＧａＣｒＮ、ＧａＤｙＮ、ＧａＭｎＮといったＧａＮ系磁性半導体は、明瞭な強磁性を発現せず、強磁性と常磁性とが混ざったような振る舞いを示し、強磁性の安定性の改善が望まれる。ＧａＮ系半導体に添加された磁性金属は、ＧａＮ系半導体結晶内でクラスター化している可能性がある。また、磁性金属のドープ量を増やせないという問題もある。
【０００７】
これらに関する検討を発明者らが行ったところによれば、ＧａＮといったIII族窒化物のｃ面上へ結晶成長を行うとき、例えばＧｄ、Ｃｒ、Ｄｙ等の磁性金属がIII族窒化物のIII族サイト（Ｇａサイト）に収まることができず、ホストのIII族元素とうまく置換されない。また、結晶成長の下地としてのＧａＮのｃ面では、磁性金属を結晶中へ取り込む効率が低いようである。キュリー温度を向上でき、またキュリー温度を調整できることが望まれる。つまり、ＧａＮ系半導体のｃ面に係る上記の不具合を解決することが望まれる。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、強磁性の安定性及びキュリー温度に係る上記不具合を解消でき、III族窒化物磁性半導体を用いる磁性半導体素子を提供することにある。また、本発明は、強磁性の安定性及びキュリー温度に係る不具合を解消できる磁性半導体素子を作製する方法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】
【０００９】
本発明に係る磁性半導体素子は、（ａ）六方晶系のIII族窒化物半導体からなる主面を有する半導体領域と、（ｂ）前記半導体領域の前記主面上に設けられた第１のIII族窒化物半導体層とを備え、前記第１のIII族窒化物半導体層のIII族窒化物半導体は第１金属元素を含有しており、前記第１のIII族窒化物半導体層は前記第１金属元素として遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかを備え、前記主面は半極性面及び無極性面の少なくともいずれか一方を含む。
【００１０】
この磁性半導体素子によれば、磁性半導体素子の第１のIII族窒化物半導体層が半極性面又は無極性面上に設けられる。半極性面及び無極性面に設けられる第１のIII族窒化物半導体層は、遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかの磁性金属の結晶中への取り込みに優れており、また磁性金属を添加した際の結晶性にも優れる。
【００１１】
本発明に係る磁性半導体素子では、前記遷移金属は、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄの少なくともいずれかであり、前記希土類元素は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの少なくともいずれかであることができる。この磁性半導体素子によれば、上記の遷移金属及び希土類元素を適用できる。
【００１２】
本発明に係る磁性半導体素子では、前記第１のIII族窒化物半導体層は、前記第１金属元素として、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｅｒを備えることが好ましい。この磁性半導体素子によれば、半極性面及び無極性面上の第１のIII族窒化物半導体層は、これらの金属の結晶中への取り込みに優れており、また磁性金属を包含した際の結晶性にも優れる。
【００１３】
本発明に係る磁性半導体素子では、前記第１のIII族窒化物半導体層は室温において強磁性を有することができる。また、本発明に係る磁性半導体素子では、前記第１のIII族窒化物半導体層のキュリー温度は３００ケルビン（Ｋ）以上である。
【００１４】
本発明に係る磁性半導体素子では、前記主面は、前記半導体領域のｃ面に対して５度以上の角度で傾斜しているIII族窒化物系半導体結晶面を備えることが好ましい。この磁性半導体素子によれば、遷移金属及び希土類金属といった磁性金属の結晶中への取り込みに優れる。
【００１５】
本発明に係る磁性半導体素子では、前記第１のIII族窒化物半導体層の前記金属元素の含有量は３％以上であることができる。この磁性半導体素子によれば、第１のIII族窒化物半導体層に含有される金属元素に起因する性質が比較的はっきりと現れる。
【００１６】
本発明に係る磁性半導体素子は、前記半導体領域上に設けられた第２のIII族窒化物半導体層を更に備えることができる。前記第２のIII族窒化物半導体層のIII族窒化物半導体は第２金属元素を含有しており、前記第２のIII族窒化物半導体層は前記第２金属元素として遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかを備え、前記第２のIII族窒化物半導体層は強磁性を有しており、前記第２のIII族窒化物半導体層の保磁力は前記第１のIII族窒化物半導体層の保磁力と異なる。この磁性半導体素子によれば、半極性面及び無極性面上の第２のIII族窒化物半導体層は、これらの金属の結晶中への取り込みに優れており、また磁性金属を添加した際の結晶性にも優れる。
【００１７】
本発明に係る磁性半導体素子では、前記第１のIII族窒化物半導体層は、ｐ型伝導性及びｎ型伝導性のいずれかを有することが好ましい。この磁性半導体素子によれば、ｐ型伝導性及びｎ型伝導性のいずれかの付与のためにIII族窒化物半導体にドーパントを添加する。ドーパントの添加に応じてはキャリア濃度を変化させることができ、これにより強磁性特性を調整できる。
【００１８】
本発明に係る磁性半導体素子は、前記第１のIII族窒化物半導体層と前記第２のIII族窒化物半導体層の間に設けられた第３のIII族窒化物半導体層を更に備えることができる。前記第３のIII族窒化物半導体層は磁性を有していない。
【００１９】
本発明に係る磁性半導体素子では、前記第１のIII族窒化物半導体層は、前記第３のIII族窒化物半導体層の材料と異なり、前記第２のIII族窒化物半導体層は、前記第３のIII族窒化物半導体層の材料と異なることができる。この磁性半導体素子によれば、積層構造内にヘテロ接合を適用できる。
【００２０】
本発明に係る磁性半導体素子では、前記半導体領域はＧａＮ基板を備えることができる。或いは、本発明に係る磁性半導体素子では、前記半導体領域は、シリコン基板と、該シリコン基板上に設けられたIII族窒化物系半導体層とを備えることができる。
【００２１】
本発明に係る磁性半導体素子では、前記磁性半導体素子は磁気センサを備える。この磁性半導体素子によれば、遷移金属及び希土類金属といった金属元素の取り込み能に優れたIII族窒化物半導体層を含む磁気センサを提供できる。或いは、本発明に係る磁性半導体素子では、前記磁性半導体素子は磁気メモリを備える。この磁性半導体素子によれば、遷移金属及び希土類金属といった金属元素の取り込み能に優れたIII族窒化物半導体層を含む磁気メモリを提供できる。
【００２２】
本発明に係る磁性半導体素子では、前記第１のIII族窒化物半導体層は前記第１金属元素として遷移金属を備え、前記第１のIII族窒化物半導体層は前記第１金属元素として希土類金属を備える。この磁性半導体素子によれば、遷移金属及び希土類金属の両方を含むIII族窒化物半導体層を利用できる。
【００２３】
本発明に係る磁性半導体素子では、前記主面は半極性面を含む。或いは、本発明に係る磁性半導体素子では、前記主面は無極性面を含む。
【００２４】
本発明に係る発明は、磁性半導体素子を作製する方法であって、この方法は、（ａ）六方晶系のIII族窒化物半導体からなる主面を有する基板を準備する工程と、（ｂ）成長炉において、前記基板の前記主面上に第１のIII族窒化物半導体層を成長する工程とを備え、前記第１のIII族窒化物半導体層のIII族窒化物半導体は金属元素を含有しており、前記第１のIII族窒化物半導体層は前記金属元素として遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかを備え、前記半導体層を成長する工程において、前記第１のIII族窒化物半導体層のIII族構成元素のIII族原料、Ｖ族構成元素の窒素原料、及び金属元素の原料を前記成長炉に供給し、前記主面は半極性面及び無極性面のいずれか一方を含む。
【００２５】
この磁性半導体素子を作製する方法によれば、第１のIII族窒化物半導体層が半極性又は無極性を有する主面上に成長される。半極性面及び無極性面を含む半導体主面への第１のIII族窒化物半導体層の成長は、遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかの磁性金属を結晶中へ取り込む能力に優れており、また磁性金属を含有した際の結晶性にも優れる。
【００２６】
本発明に係る発明は、磁性半導体膜を成長する方法であって、この方法は、（ａ）六方晶系のIII族窒化物半導体からなる主面上に、成長炉において、前記主面上に第１のIII族窒化物半導体層を成長する工程を備え、前記第１のIII族窒化物半導体層のIII族窒化物半導体は金属元素を含有しており、前記第１のIII族窒化物半導体層は前記金属元素として遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかを備え、前記半導体層を成長する工程において、前記第１のIII族窒化物半導体層のIII族構成元素のIII族原料、Ｖ族構成元素の窒素原料、及び金属元素の原料を前記成長炉に供給し、前記主面は半極性面及び無極性面のいずれか一方を含む。
【００２７】
この磁性半導体膜を成長する方法によれば、第１のIII族窒化物半導体層が半極性又は無極性を有する主面上に成長される。半極性面及び無極性面を含む半導体主面への第１のIII族窒化物半導体層の成長は、遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかの磁性金属の結晶中への取り込みに優れており、また磁性金属を添加した際の結晶性にも優れる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように、本発明によれば、強磁性の安定性及びキュリー温度に係る不具合を解消でき、III族窒化物磁性半導体を用いる磁性半導体素子を提供できる。また、本発明によれば、強磁性の安定性及びキュリー温度に係る不具合を解消できる磁性半導体素子を作製する方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本実施の形態に係る磁性半導体素子の構造を模式的に示す図面である。
【図２】図２は、実施例１のための磁性半導体膜を成長する方法における主要な工程を示す図面である。
【図３】図３が、実施例１に係る磁性半導体素子の構造を模式的に示す図面である。
【図４】図４は、実施例２のための磁性半導体素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図５】図５は、磁気センサのためのショットキバリアダイオード構造を示す図面である。
【図６】図６は、磁性センサのショットキバリアダイオードの電流−電圧特性を測定する接続を示す図面である。
【図７】図７は、磁場印加によってｎ−ＧａＧｄＮ層の抵抗変化を示す図面である。
【図８】図８は、実施例３のための磁性半導体素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図９】図９は、実施例３のためのエピタキシャル膜構造を示す図面である。
【図１０】図１０は、実施例４のための磁性半導体素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図１１】図１１は、実施例４のためのエピタキシャル膜構造を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
引き続いて、添付図面を参照しながら、III族窒化物磁性半導体を用いる磁性半導体素子、磁性半導体素子を作製する方法、及び磁性半導体膜を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３１】
図１が、本実施の形態に係る磁性半導体素子の構造を模式的に示す図面である。磁性半導体素子１１としては、例えば磁気センサ、磁気メモリ、スピントランジスタ、円偏光レーザー等であることができる。磁性半導体素子１１は、半導体領域１３及びIII族窒化物半導体領域１５を備える。III族窒化物半導体領域１５は半導体領域１３の主面１３ａ上に設けられ、本実施例では、半導体領域１３の主面１３ａに接合Ｊ０を成す。半導体領域１３は、六方晶系のIII族窒化物半導体からなる主面１３ａを有しており、主面１３ａの反対側に位置する裏面１３ｂを有する。主面１３ａは半極性面及び無極性面のいずれか一方を含む。図１には、半極性におけるｃ軸の向きを示すｃ軸ベクトルＶＣ（ＳＥＭＩ）及び無極性におけるｃ軸の向きを示すｃ軸ベクトルＶＣ（ＮＯＮ）が示されている。半極性を示す主面１３ａは、六方晶系のIII族窒化物半導体のｃ面、具体的には（０００１）面又は（０００−１）面、を基準にして、ゼロより大きな角度であって９０度より小さい角度で傾斜している。結晶成長に関して好ましい半極性を示す面方位の角度範囲は、例えば５度以上８５度以下であることができる。また、主面１３ａの無極性面は、六方晶系のIII族窒化物半導体のｃ軸が主面１３ａに実質的に平行に延在するように結晶方位を規定することにより提供される。主面１３ａの無極性面としては、例えばａ面、ｍ面が例示される。また、ａ面又はｍ面から、六方晶系のIII族窒化物半導体のｃ軸の回りに任意の角度で回転して得られる主面もまた無極性を示す。結晶成長に関して好ましい無極性的な性質を示す面方位の角度範囲は、例えばｃ軸が無極性の主面を基準に主面と−５度以上＋５度以下の範囲の角度を成すことができる。これにより、主面１３ａは、半導体領域１３のｃ面に対して５度以上の角度で傾斜しているIII族窒化物系半導体結晶面を備えることができる。この磁性半導体素子１１によれば、遷移金属及び希土類金属といった磁性金属の結晶中への取り込みに優れる。
【００３２】
主面１３ａの面方位は、主面１３ａへ成長されるIII族窒化物系半導体の結晶面方位に引き継がれて、III族窒化物半導体領域１５の上面１５ａにも引き継がれる。また、III族窒化物半導体領域１５が複数の半導体層を備えるとき、これらの半導体層の接合の面方位は主面１３ａの面方位に対応する。これ故に、III族窒化物系半導体の成長における半極性面及び無極性面の特質は、主面１３ａに順次に成長されるIII族窒化物半導体層にも引き継がれる。
【００３３】
III族窒化物半導体領域１５は、例えば半導体領域１３の主面１３ａ上に設けられた第１のIII族窒化物半導体層１７を備えることができる。第１のIII族窒化物半導体層１７は、例えばＡｌＮ、ＩｎＮ、窒化ガリウム系半導体等であることができる。窒化ガリウム系半導体は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮ等であることができる。
【００３４】
或いは、III族窒化物半導体領域１５は、例えば第１のIII族窒化物半導体層１７及び第２のIII族窒化物半導体層１９を備えることができる。第１のIII族窒化物半導体層１７及び第２のIII族窒化物半導体層１９は半導体領域１３の主面１３ａ上に設けられ、本実施例では主面１３ａの法線Ａｘの方向に配列される。或いは、III族窒化物半導体領域１５は、例えば第１のIII族窒化物半導体層１７、第２のIII族窒化物半導体層１９及び第３のIII族窒化物半導体層２１を備えることができる。第１のIII族窒化物半導体層１７、第２のIII族窒化物半導体層１９及び第３のIII族窒化物半導体層２１は半導体領域１３の主面１３ａ上に設けられ、本実施例では主面１３ａの法線Ａｘの方向に配列される。第３のIII族窒化物半導体層２１は第１のIII族窒化物半導体層１７と第２のIII族窒化物半導体層１９との間に設けられる。本実施例では、第３のIII族窒化物半導体層２１は第１のIII族窒化物半導体層１７に接合Ｊ１を成し、接合Ｊ１は例えばヘテロ接合又はホモ接合であることができる。第３のIII族窒化物半導体層２１は第２のIII族窒化物半導体層１９と接合Ｊ２を成し、接合Ｊ２は例えばヘテロ接合又はホモ接合であることができる。
【００３５】
第１のIII族窒化物半導体層１７のIII族窒化物半導体は第１金属元素を含有する。第１のIII族窒化物半導体層１７は第１金属元素として遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかを備える。
【００３６】
この磁性半導体素子１１によれば、磁性半導体素子の第１のIII族窒化物半導体層１７が半極性面又は無極性面上に設けられる。半極性面及び無極性面に設けられる第１のIII族窒化物半導体層１７は、遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかの磁性金属の結晶中への取り込みに優れており、また磁性金属を含有した際の結晶性にも優れる。
【００３７】
磁性半導体素子１１はIII族窒化物半導体領域１５の上面１５ａに接触を成す電極２３を備えることができる。また、磁性半導体素子１１は半導体領域１３の裏面１３ａに接触を成す電極２５を備えることができる。
【００３８】
磁性半導体素子１１においては、遷移金属は、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄの少なくともいずれかであることができる。希土類元素は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの少なくともいずれかであることができる。半極性面及び無極性面上の第１のIII族窒化物半導体層１７は、これらの金属の結晶中への取り込みに優れており、また磁性金属を含有した際の結晶性にも優れる。このような第１のIII族窒化物半導体層１７は室温において強磁性を有する。この磁性半導体素子によれば、室温以上で動作する、高感度で消費電力の少ない磁気センサ、又は磁気メモリといった磁気デバイスを実現できる。第１のIII族窒化物半導体層１７のキュリー温度は例えば３００ケルビン以上であり、第１のIII族窒化物半導体層１７は室温では強磁性を示す。好ましくは、第１のIII族窒化物半導体層１７のキュリー温度は６００ケルビン以上であり、磁性半導体素子１１は室温では安定した強磁性を示す。
【００３９】
好ましくは、第１のIII族窒化物半導体層１７は第１金属元素として、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｅｒを備えるとき、半極性面及び無極性面上の第１のIII族窒化物半導体層１７は、これらの金属の結晶中への取り込みに優れており、また磁性金属を添加した際の結晶性にも優れる。
【００４０】
第１のIII族窒化物半導体層１７の金属元素の含有量は３％以上であることができる。この磁性半導体素子１１によれば、第１のIII族窒化物半導体層１７に含有される金属元素に起因する性質が比較的はっきりと現れる。また、第１のIII族窒化物半導体層１７の金属元素の含有量は１０％以上であることができる。この磁性半導体素子１１によれば、室温以上で動作する、高感度で消費電力の少ない磁気センサ、又は磁気メモリといった磁気デバイスを実現できる。
【００４１】
第１のIII族窒化物半導体層１７は、ｐ型伝導性及びｎ型伝導性のいずれかを有することができる。ｐ型伝導性及びｎ型伝導性のいずれかの付与のために磁性金属とは別にIII族窒化物半導体にドーパントを添加する。ドーパントの添加に応じてはキャリア濃度を変化させることができ、これにより強磁性特性を調整できる。ｎ型ドーパントして、シリコン、ゲルマニウム等を用いることができ、ｐ型ドーパントして、マグネシウム、亜鉛等を用いることができる。
【００４２】
図１に示されるように、III族窒化物半導体領域１５は第１のIII族窒化物半導体層１７及び第２のIII族窒化物半導体層１９を備えることができる。第２のIII族窒化物半導体層１９は、例えばＡｌＮ、ＩｎＮ、窒化ガリウム系半導体等であることができる。窒化ガリウム系半導体は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮ等であることができる。第１のIII族窒化物半導体層１７及び第２のIII族窒化物半導体層１９は接合ＪＪを成す。この接合はヘテロ接合又はホモ接合であることができる。
【００４３】
第２のIII族窒化物半導体層１９のIII族窒化物半導体は第２金属元素を含有しており、第２のIII族窒化物半導体層は第２金属元素として遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかを備えることができる。遷移金属及び希土類金属としては、既に説明した元素を適用できる。また、半極性面及び無極性面上の第２のIII族窒化物半導体層１９は、これらの金属の結晶中への取り込みに優れており、また磁性金属を含有した際の結晶性にも優れる。このような第２のIII族窒化物半導体層１９は室温において強磁性を有する。この磁性半導体素子によれば、室温以上で動作する、高感度で消費電力の少ない磁気センサ、又は磁気メモリといった磁気デバイスを実現できる。第２のIII族窒化物半導体層１９のキュリー温度は例えば３００ケルビン（Ｋ）以上であり、第２のIII族窒化物半導体層１９は室温では強磁性を示す。好ましくは、第２のIII族窒化物半導体層１９のキュリー温度は６００ケルビン以上であり、第２のIII族窒化物半導体層１９は室温では安定した強磁性を示す。さらに、第２のIII族窒化物半導体層１９の金属元素の含有量は３％以上であるとき、第２のIII族窒化物半導体層１９に含有される金属元素に起因する性質が比較的はっきりと現れる。また、第２のIII族窒化物半導体層１９の金属元素の含有量は１０％以上であるとき、室温以上で動作する、高感度で消費電力の少ない磁気センサ、又は磁気メモリといった磁気デバイスを実現できる。
【００４４】
第２のIII族窒化物半導体層１９が遷移金属及び／又は希土類金属を備えるとき、この第２のIII族窒化物半導体層は強磁性を示す。第２のIII族窒化物半導体層１９の保磁力は第１のIII族窒化物半導体層１７の保磁力と異なるようにすることが良い。異なる保持力の膜を生成するためには、例えば金属元素の含有量を２つの層で変えることにより実現できる。この磁性半導体素子１１において、保持力の異なる複数のIII族窒化物半導体層を用いることにより、たとえば磁気メモリ（ＭＲＡＭ）のような、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）を利用した磁気デバイスが実現できる。III族窒化物半導体の利用により、保持力の差は例えば５０％以上であるように作製できる。
【００４５】
第１のIII族窒化物半導体層１７と同様に、第２のIII族窒化物半導体層１９はｐ型伝導性及びｎ型伝導性のいずれかからの導電性を有することができる。ｐ型伝導性及びｎ型伝導性のいずれかの付与のためにIII族窒化物半導体にドーパントを添加する。ドーパントの添加に応じてはキャリア濃度を変化させることができ、これにより強磁性特性を調整できる。
【００４６】
第１のIII族窒化物半導体層１７の材料と第２のIII族窒化物半導体層１９の材料との組み合わせは、Ｇｄ添加量を変えたＧａＧｄＮ及びＧａＧｄＮ等であることができる。このような２層構造の磁性半導体素子は巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子に適用される。
【００４７】
磁性半導体素子１１は、第３のIII族窒化物半導体層２１を更に備えることができる。第３のIII族窒化物半導体層２１は第１のIII族窒化物半導体層１７と第２のIII族窒化物半導体層１９との間に設けられる。第３のIII族窒化物半導体層２１は磁性を有していない。このような構造の磁性半導体素子は、磁気センサ、磁気メモリを提供できる。
【００４８】
一実施例では、第３のIII族窒化物半導体層２１は第１のIII族窒化物半導体層１７と接合Ｊ１を形成し、第３のIII族窒化物半導体層２１は第２のIII族窒化物半導体層１９と接合Ｊ２を形成する。第３のIII族窒化物半導体層２１は磁性を帯びていない非磁性層からなることが良く、例えば、第３のIII族窒化物半導体層２１は、素子の使用温度範囲で強磁性を示さないように形成されていても良い。III族窒化物半導体層の成長において、磁性金属を意図的には添加しないように第３のIII族窒化物半導体層２１を成長することが好ましい。第３のIII族窒化物半導体層２１は、第１のIII族窒化物半導体層１７及び第２のIII族窒化物半導体層１９のキャリアに障壁を提供するような材料からなることが好ましい。或いは、第３のIII族窒化物半導体層２１の抵抗率は、第１のIII族窒化物半導体層１７の抵抗率及び第２のIII族窒化物半導体層１９の抵抗率より高いことが好ましい。
【００４９】
第１のIII族窒化物半導体層１７の材料、第２のIII族窒化物半導体層１９の材料、及び第３のIII族窒化物半導体層２１の材料の組み合わせは、ＧａＧｄＮ、ＧａＧｄＮ及びＡｌＧａＮ等であることができる。
【００５０】
磁性半導体素子１１では、半導体領域１３はIII族窒化物半導体基板を含むことができ、例えばＧａＮ基板等を備える。この磁性半導体素子１１によれば、結晶性の優れたIII族窒化物半導体層を含む磁気デバイスを提供できる。半導体領域１３は、シリコン基板と、該シリコン基板上に設けられたIII族窒化物系半導体層とを備えることができる。この磁性半導体素子１１によれば、基板コスト低減を図ることができ、Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴのような既存の半導体デバイスとともに、Ｓｉ基板上に集積化することが可能となる。
【００５１】
上記のような構造の磁性半導体素子１１は、遷移金属及び希土類金属といった金属元素の取り込み能に優れたIII族窒化物半導体層を含む磁気センサを提供できる。或いは、磁性半導体素子１１は、遷移金属及び希土類金属といった金属元素の取り込み能に優れたIII族窒化物半導体層を含む磁気メモリを提供できる。
【００５２】
半導体領域１３の主面１３ａは半極性面を含むとき金属元素の取り込み能に優れ、結晶性に優れたIII族窒化物半導体層を作製できる。また、半導体領域１３の主面１３ａは無極性面を含むとき金属元素の取り込み能に優れ、結晶性に優れたIII族窒化物半導体層を作製できる。また立方晶の結晶構造を持つIII族窒化物半導体層を作製できる。
【００５３】
III族窒化物半導体層１５、２１が、第１金属元素として遷移金属を備えるとき金属元素の添加量を増やすことができる。また、III族窒化物半導体層１５、２１が、第１金属元素として希土類金属を備えるとき少ない金属元素の添加量でも、強い磁性を示すことができる。また、III族窒化物半導体層１５、２１が、第１金属元素として遷移金属及び希土類金属の両方を備えるときより強い磁性を示すことができる。
【００５４】
（実施例１）
図２を参照しながら、磁性半導体膜を成長する方法を説明する。工程Ｓ１０１では、ＧａＮ基板を準備する。準備したＧａＮ基板の面方位は、以下のものである：ｃ面、｛２０−２１｝面、ｍ面、ａ面、｛１１−２２｝面及び｛１０−１１｝面。工程Ｓ１０２では、ＧａＮ基板を成長炉に配置する。この成長炉を用いて、工程Ｓ１０３ではＧａＮ基板上にＧａＧｄＮ膜を成長する。半導体層を成長する工程において、図３に示されるように、ＧａＧｄＮ膜のIII族構成元素のIII族原料、Ｖ族構成元素の窒素原料、及び金属元素の原料Ｇ０を成長炉１０に供給する。成長法として、例えば分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法を用いる。ガリウム原料、窒素原料、及びガドリニウム（Ｇｄ）原料としては、それぞれ、Ｇａ金属、窒素ＲＦプラズマ、Ｇｄ金属を用いる。ＭＢＥ成長に際して、基板温度は摂氏７００度を用いる。ＧａＧｄＮ膜の厚さは２００ｎｍである。具体的には、図３に示されるエピタキシャル膜構造を作製する。
【００５５】
ＭＢＥ法におけるフラックスを調整して、ＧａＮ｛２０−２１｝面上に以下の三種類のＧｄ含有量のＧａＧｄＮ膜を成長する。これらのＧａＧｄＮ膜の磁化測定を行い、キュリー温度を評価する。
ＧａＧｄＮ膜（Ｇｄ組成、単位ａｔｏｍ％）、キュリー温度。
ＧａＧｄＮ膜（Ｇｄ組成１０％）、    ４００Ｋ。
ＧａＧｄＮ膜（Ｇｄ組成１５％）、    ５００Ｋ。
ＧａＧｄＮ膜（Ｇｄ組成２０％）、    ６００Ｋ。
Ｇｄ組成の見積もりは、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）、あるいはラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）、エネルギー分散Ｘ線分光法（ＥＤＸ）、等により行われる。
なお、有機金属気相成長法でＧａＧｄＮ膜を成長することもでき、Ｇｄ原料として、例えばトリシクロペンタジエニルガドリニウム（（Ｃｐ）３Ｇｄ）を用いることができる。ガドリニウム（Ｇｄ）の代わりに、ジスプロシウム（Ｄｙ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等もＧａＮ系半導体の成長に適用可能である。本実施例では、成長用の基板として、ＧａＮ基板を用いたけれども、ＧａＮ基板に替えてシリコン基板を成長用基板として用いることができる。
【００５６】
（実施例２）
図４を参照しながら、磁性半導体素子を作製する方法を説明する。磁気センサ素子を作製する。工程Ｓ２０１では、ＧａＮ基板を準備する。磁気センサ素子のためのエピタキシャル膜をＧａＮ基板上に成長する。準備したＧａＮ基板の面方位は、以下のものである：ｃ面、｛２０−２１｝面、ｍ面、ａ面、｛１１−２２｝面及び｛１０−１１｝面。工程Ｓ２０２では、ＧａＮ基板を成長炉に配置する。この成長炉を用いて、工程Ｓ２０３では、ＧａＮ基板上にＧａＧｄＮ膜を成長する。成長法として、例えば分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法を用いる。具体的には、図５に示されるエピタキシャル膜構造を作製する。ＭＢＥ成長に際して、基板温度が摂氏７００度を用いる。ＭＢＥ法におけるフラックスを調整して、ＧａＮ｛２０−２１｝面上にＧａＧｄＮ膜を成長して、エピタキシャル基板を作製する。ＧａＧｄＮ膜の厚さは５００ｎｍである。ＧａＧｄＮ膜のＧｄ組成は２０％である。ＧａＧｄＮ膜のキャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。
【００５７】
工程Ｓ２０４では、エピタキシャル基板のエピ面にショットキ電極を形成する。このショットキ電極はＮｉからなり、電極サイズは０．２ｍｍφである。ショットキ電極上にパッド電極（例えばＡｕ）を作製する。工程Ｓ２０５では、エピタキシャル基板のＧａＮ基板の裏面にオーミック電極を形成する。オーミック電極はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕからなる。図５に示されるように、ショットキバリアダイオード構造を有する磁気センサを作製する。
【００５８】
この磁気センサに、図６に示されるように、電圧計、電流計及び可変電源を接続して、摂氏２５度で、外部地場Ｈを印加しながら、磁気センサのショットキバリアダイオードの電流−電圧特性を測定する。図７に示されるように、磁場印加によってｎ−ＧａＧｄＮ層の抵抗変化を測定する。ｎ−ＧａＧｄＮ層の特性Ｓ１、Ｓ２は、それぞれ、印加した外部磁場０エルステッド、２０エルステッドに対応する。磁場印加に応じて、ショットキバリアダイオード構造の磁気センサの順方向特性が変化する。この特性は、ノーマリオフの磁気センサを実現できることを示している。すなわち磁場ゼロでは電流は流れず、磁場が印加されると電流が流れるセンサを実現できる。この磁気センサの最小検知可能磁場は１×１０−２エルステッド（１Ｅ−２Ｏｅ）以下である。また、ＧａＧｄＮ膜のキュリー温度が高いので、この磁気センサは摂氏２００度以上の温度においても、ほぼ室温（摂氏２５度）に近い感度を示す。例えば、図７における矢印の印加電圧を磁気センサ素子に加えておくとき、外部磁場の変化、印加を電気抵抗の変化として検出できる。本実施例では、成長用の基板としてＧａＮ基板を用いているけれども、ＧａＮ基板に代えてシリコン基板を成長用基板として用いることができる。
【００５９】
（実施例３）
図８を参照しながら、トンネル磁気抵抗素子を作製する方法を説明する。工程Ｓ３０１では、ＧａＮ基板を準備する。トンネル磁気抵抗素子のためのエピタキシャル膜をＧａＮ基板上に成長する。準備したＧａＮ基板の面方位は、以下のものである：ｃ面、｛２０−２１｝面、ｍ面、ａ面、｛１１−２２｝面及び｛１０−１１｝面。
工程Ｓ３０２では、ＧａＮ基板を成長炉に配置する。この成長炉を用いて、ＧａＮ基板上にＧａＧｄＮ膜を成長する。成長法として、例えば分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法を用いる。具体的には、図９に示されるエピタキシャル膜構造を作製する。ＭＢＥ成長に際して、基板温度が摂氏７００度を用いる。ＭＢＥ法におけるフラックスを調整して、工程Ｓ３０３では、ＧａＮ｛２０−２１｝面上にｎ型Ｇａ１−ＸＧｄＸＮ膜、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜及びｎ型Ｇａ１−ＹＧｄＹＮ膜を順に成長して、エピタキシャル基板を作製する。工程Ｓ３０４では、ＧａＮ｛２０−２１｝面上にｎ型Ｇａ１−ＸＧｄＸＮ膜を成長する。工程Ｓ３０５では、ｎ型Ｇａ１−ＸＧｄＸＮ膜上にｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜を成長する。工程Ｓ３０６では、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜上にｎ型Ｇａ１−ＹＧｄＹＮ膜を成長する。この積層構造では、ｎ型Ｇａ１−ＸＧｄＸＮ膜はｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜にヘテロ接合を成し、ｎ型Ｇａ１−ＹＧｄＹＮ膜はｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜にヘテロ接合を成す。本実施例では、Ｘ＝０．２０（２０％）、Ｙ＝０．１０、Ｚ＝０．２０。ｎ型Ｇａ１−ＸＧｄＸＮ膜及びｎ型Ｇａ１−ＹＧｄＹＮ膜はＳｉドープであり、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜はＭｇドープである。ｎ型Ｇａ１−ＸＧｄＸＮ膜の厚さは１００ｎｍであり、ｎ型Ｇａ１−ＹＧｄＹＮ膜の厚さは１００ｎｍである。ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜の厚さは２０ｎｍである。ｎ型Ｇａ１−ＸＧｄＸＮ膜のドーパント濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。ｎ型Ｇａ１−ＹＧｄＹＮ膜のドーパント濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜のドーパント濃度は１×１０１９ｃｍ−３である。
【００６０】
工程Ｓ３０７では、エピタキシャル基板に電極を形成する。工程Ｓ３０８では、エピタキシャル基板のエピ面（ｎ型Ｇａ１−ＹＧｄＹＮ膜の表面）にオーミック電極を形成する。このオーミック電極はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕからなり、電極サイズは０．２ｍｍφである。オーミック電極上にパッド電極（例えばＡｕ）を作製する。工程Ｓ３０９では、エピタキシャル基板のＧａＮ基板の裏面にオーミック電極を形成する。オーミック電極はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕからなる。図９に示されるようにＴＭＲ構造を有する磁気センサを作製する。
【００６１】
この磁気センサに、実施例２と同様に、電圧計、電流計及び可変電源を接続して、摂氏２５度で、磁気センサのＴＭＲ素子の電流−電圧特性を測定する。磁場印加によってＴＭＲ素子層の抵抗変化を測定できる。磁場印加に応じてＴＭＲ層の抵抗が変化するので、磁気センシングが可能になる。この磁気センサの最小検知可能磁場は１×１０−６エルステッド（１Ｅ−６Ｏｅ）以下である。また、ＧａＧｄＮ膜のキュリー温度が高いので、この磁気センサは摂氏２００度以上の温度においても、ほぼ室温近い感度を示す。本実施例では、成長用の基板として、ＧａＮ基板を用いたけれども、ＧａＮ基板に替えてシリコン基板を成長用基板として用いることができる。
【００６２】
（実施例４）
図１０を参照しながら、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子を作製する方法を説明する。工程Ｓ４０１では、トンネル磁気抵抗素子による磁気メモリを作製する。ＧａＮ基板を準備する。トンネル磁気抵抗素子のためのエピタキシャル膜をＧａＮ基板上に成長する。準備したＧａＮ基板の面方位は、以下のものである：ｃ面、｛２０−２１｝面、ｍ面、ａ面、｛１１−２２｝面及び｛１０−１１｝面。工程Ｓ４０２では、ＧａＮ基板を成長炉に配置する。この成長炉を用いてＧａＮ基板上にＧａＧｄＮ膜を成長する。成長法として、例えば分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法を用いる。具体的には、図１１の（ａ）部に示されるエピタキシャル膜構造を作製する。ＭＢＥ成長に際して、基板温度が摂氏７００度を用いる。ＭＢＥ法におけるフラックスを調整して、工程Ｓ４０３では、ＧａＮ｛２０−２１｝面上にｎ型Ｇａ１−ＸＧｄＸＮ膜、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜及びｎ型Ｇａ１−ＹＧｄＹＮ膜を順に成長して、エピタキシャル基板を作製する。この積層構造では、ｎ型Ｇａ１−ＸＧｄＸＮ膜はｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜にヘテロ接合を成し、ｎ型Ｇａ１−ＹＧｄＹＮ膜はｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜にヘテロ接合を成す。本実施例では、Ｘ＝０．２０（２０％）、Ｙ＝０．１０、Ｚ＝０．２０。ｎ型Ｇａ１−ＸＧｄＸＮ膜及びｎ型Ｇａ１−ＹＧｄＹＮ膜はＳｉドープであり、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜はＭｇドープである。ｎ型Ｇａ１−ＸＧｄＸＮ膜の厚さは１００ｎｍであり、及びｎ型Ｇａ１−ＹＧｄＹＮ膜の厚さは１００ｎｍである。ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜の厚さは２０ｎｍである。ｎ型Ｇａ１−ＸＧｄＸＮ膜のドーパント濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。ｎ型Ｇａ１−ＹＧｄＹＮ膜のドーパント濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜のドーパント濃度は１×１０１９ｃｍ−３である。
【００６３】
工程Ｓ４０４では、エピタキシャル基板に電極を形成する。エピタキシャル基板のエピ面（ｎ型Ｇａ１−ＹＧｄＹＮ膜の表面）にオーミック電極を形成する。このオーミック電極はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕからなり、電極サイズは０．２ｍｍφである。オーミック電極上にパッド電極（例えばＡｕ）を作製する。エピタキシャル基板のＧａＮ基板の裏面にオーミック電極を形成する。オーミック電極はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕからなる。図１１の（ａ）部に示されるように、ＴＭＲ構造を有する磁気メモリを作製する。
【００６４】
この磁気メモリにおいて外部からの磁場印加によって、図１１の（ｂ）部及び（ｃ）部に示されるように、ＴＭＲ層のスピン（ＳＰＩＮ）の平行／反平行が変化することを確認でき、これ故に「０」及び「１」の情報を記憶できる。この磁気メモリにおいてメモリ動作が可能である。
【００６５】
また、この磁気メモリにおいて外部からの電流注入によって、ＴＭＲ層のスピン平行／反平行が変化することを確認でき、これ故に「０」及び「１」の情報を記憶できる。この磁気メモリにおいてメモリ動作が可能である。さらに、この磁気メモリにおいて外部からの電圧印加によって、ＴＭＲ層のスピン平行／反平行が変化することを確認でき、これ故に「０」及び「１」の情報を記憶できる。この磁気メモリにおいてメモリ動作が可能である。
【００６６】
これらの記憶動作における消費電力が非常に小さく、本実施例の磁気メモリ素子の消費電力は、ビット当たりで比較すると現状のＤＲＡＭの消費電力の１／１００以下であると見積もられる。
【００６７】
本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、強磁性の安定性及びキュリー温度に係る不具合を解消でき、III族窒化物磁性半導体を用いる磁性半導体素子を提供できる。また、本実施の形態によれば、強磁性の安定性及びキュリー温度に係る不具合を解消できる磁性半導体素子を作製する方法を提供できる。さらに、本実施の形態によれば、強磁性の安定性及びキュリー温度に係る不具合を解消できる磁性半導体膜を成長する方法を提供できる。
【符号の説明】
【００６９】
１１…磁性半導体素子、１３…半導体領域、１５…III族窒化物半導体領域、１３ａ…主面、１９…第２のIII族窒化物半導体層、２１…第３のIII族窒化物半導体層、２３…電極、２５…電極、Ｊ０…接合、Ｊ１…接合、Ｊ２…接合。
【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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