(57)【要約】【課題】強磁性転移温度を十分に向上させ、次世代のデバイスとして使用することのできる強磁性半導体素子、及びこのような強磁性半導体素子を提供するための強磁性半導体のスピン分極方法を提供する。【解決手段】半導体基板１上に、強磁性半導体層２及び室温強磁性体層３を順次に積層して強磁性半導体素子１０を作製する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の半導体基板上において、強磁性半導体層と、室温強磁性体層とを順次に積層してなることを特徴とする、強磁性半導体素子。
【請求項２】
前記強磁性半導体層は、キャリア誘起強磁性半導体からなることを特徴とする、請求項１に記載の強磁性半導体素子。
【請求項３】
前記キャリア誘起強磁性半導体は、（Ｇａ，Ｍｎ）Ａｓ及び（Ｉｎ，Ｍｎ）Ａｓの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項２に記載の強磁性半導体素子。
【請求項４】
前記室温強磁性体層は、閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ及び閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の強磁性半導体素子。
【請求項５】
前記室温強磁性体層は、強磁性金属からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の強磁性半導体素子。
【請求項６】
前記強磁性半導体層の厚さが２ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の強磁性半導体素子。
【請求項７】
前記室温強磁性体層の厚さが０．２ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴とする、請求項６に記載の強磁性半導体素子。
【請求項８】
−２５０℃以上において強磁性的性質を維持することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の強磁性半導体素子。
【請求項９】
所定の半導体基板上において、強磁性半導体層と、室温強磁性体層とを交互に積層してなることを特徴とする、強磁性半導体素子。
【請求項１０】
前記強磁性半導体層は、キャリア誘起強磁性半導体からなることを特徴とする、請求項９に記載の強磁性半導体素子。
【請求項１１】
前記キャリア誘起強磁性半導体は、（Ｇａ，Ｍｎ）Ａｓ及び（Ｉｎ，Ｍｎ）Ａｓの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の強磁性半導体素子。
【請求項１２】
前記室温強磁性体層は、閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ及び閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一に記載の強磁性半導体素子。
【請求項１３】
前記室温強磁性体層は、強磁性金属からなることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一に記載の強磁性半導体素子。
【請求項１４】
前記強磁性半導体層の厚さが０．２ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか一に記載の強磁性半導体素子。
【請求項１５】
前記室温強磁性体層の平均厚さが０．０７ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴とする、請求項１４に記載の強磁性半導体素子。
【請求項１６】
−２５０℃以上において強磁性的性質を維持することを特徴とする、請求項９〜１５のいずれか一に記載の強磁性半導体素子。
【請求項１７】
所定の半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板上において強磁性半導体層を形成する工程と、
前記強磁性半導体層上に室温強磁性体層を形成し、前記強磁性半導体層及び前記室温強磁性体層の接合面から前記強磁性半導体層中のスピン拡散長領域内において、前記強磁性半導体層中の磁性スピンを偏極させて、スピン分極を生ぜしめる工程と、
を含むことを特徴とする、強磁性半導体のスピン分極方法。
【請求項１８】
前記強磁性半導体層は、キャリア誘起強磁性半導体からなることを特徴とする、請求項１７に記載の強磁性半導体のスピン分極方法。
【請求項１９】
前記キャリア誘起強磁性半導体は、（Ｇａ，Ｍｎ）Ａｓ及び（Ｉｎ，Ｍｎ）Ａｓの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１８に記載の強磁性半導体のスピン分極方法。
【請求項２０】
前記室温強磁性体層は、閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ及び閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか一に記載の強磁性半導体のスピン分極方法。
【請求項２１】
前記室温強磁性体層は、強磁性金属からなることを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか一に記載の強磁性半導体のスピン分極方法。
【請求項２２】
前記強磁性半導体層の厚さが２ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１７〜２１のいずれか一に記載の強磁性半導体のスピン分極方法。
【請求項２３】
前記室温強磁性体層の厚さが０．２ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴とする、請求項２２に記載の強磁性半導体のスピン分極方法。
【請求項２４】
所定の半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板上において、複数の強磁性半導体層と複数の室温強磁性体層とを交互に積層して、前記室温強磁性体層と隣接して存在する前記強磁性半導体層中の、前記室温強磁性体層及び前記強磁性半導体層の接合面からのスピン拡散長領域において、前記強磁性半導体層中の磁性スピンを偏極させて、スピン分極を生ぜしめる工程と、
を含むことを特徴とする、強磁性半導体のスピン分極方法。
【請求項２５】
前記強磁性半導体層は、キャリア誘起強磁性半導体からなることを特徴とする、請求項２４に記載の強磁性半導体のスピン分極方法。
【請求項２６】
前記キャリア誘起強磁性半導体は、（Ｇａ，Ｍｎ）Ａｓ及び（Ｉｎ，Ｍｎ）Ａｓの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項２５に記載の強磁性半導体のスピン分極方法。
【請求項２７】
前記室温強磁性体層は、閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ及び閃亜鉛鉱型ＣｒＳｂの少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項２４〜２６のいずれか一に記載の強磁性半導体のスピン分極方法。
【請求項２８】
前記室温強磁性体層は、強磁性金属からなることを特徴とする、請求項２４〜２６のいずれか一に記載の強磁性半導体のスピン分極方法。
【請求項２９】
前記強磁性半導体層の厚さが０．２ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする、請求項２４〜２８のいずれか一に記載の強磁性半導体のスピン分極方法。
【請求項３０】
前記室温強磁性体層の平均厚さが０．０７ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴とする、請求項２９に記載の強磁性半導体のスピン分極方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性デバイスなどとして用いることのできる強磁性半導体素子、及び実用に足る強磁性半導体素子を提供するための、強磁性半導体のスピン分極方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（Ｇａ，Ｍｎ）Ａｓなどに代表される強磁性半導体は、光や電界によるキャリア数及びキャリアスピン偏極度の制御により磁性を制御できるという新たな機能を有する半導体である。そのため、強磁性半導体は、次世代のエレクトロニクスにおける記憶媒体や磁気センサなどの材料として欠かせないものとして注目されている。しかしながら、従来の強磁性半導体は強磁性転移温度が低く、その強磁性体的性質は、−２００℃以下の低温でのみしか実現されていない。したがって、このような強磁性半導体を用いた磁性デバイスなどの実用に足るデバイスは未だ得られていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、強磁性転移温度を十分に向上させ、次世代のデバイスとして使用することのできる強磁性半導体素子、及びこのような強磁性半導体素子を提供するための強磁性半導体のスピン分極方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、所定の半導体基板上において、強磁性半導体層と、室温強磁性体層とを順次に積層してなることを特徴とする、強磁性半導体素子に関する。
【０００５】
また、本発明は、所定の半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板上において強磁性半導体層を形成する工程と、
前記強磁性半導体層上に室温強磁性体層を形成し、前記強磁性半導体層及び前記室温強磁性体層の接合面から前記強磁性半導体層中のスピン拡散長領域内において、前記強磁性半導体層中の磁性スピンを偏極させて、スピン分極を生ぜしめる工程と、
を含むことを特徴とする、強磁性半導体のスピン分極方法に関する。
【０００６】
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、所定の半導体基板上に強磁性半導体層を形成した後、この強磁性半導体層と隣接するようにして室温強磁性体層を積層する。前記室温強磁性体層中においてはキャリアが自発的にスピン分極しているので、前記強磁性半導体層及び前記室温強磁性体層の接合面から前記強磁性半導体層中のスピン拡散長領域では、前記強磁性半導体層のキャリアと前記室温強磁性体層の磁性スピンとの相互作用によって、磁性スピンの偏極が生じ、スピン分極が生成して強磁性的状態を呈することを見出した。
【０００７】
したがって、本発明によれば、強磁性転移温度を十分に向上させ、次世代のデバイスとして使用することのできる強磁性半導体素子、及びこのような強磁性半導体素子を提供するための強磁性半導体のスピン分極方法を提供することができる。
【０００８】
なお、「室温強磁性体層」とは、室温において強磁性的性質を呈する薄膜層を意味するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の強磁性半導体素子の一例を示す構成図である。図１に示す強磁性半導体素子１０は、所定の半導体基板１上において、強磁性半導体層２及び室温強磁性体層３が順次に形成されている。室温強磁性体層３は室温において自発分極を有しているので、強磁性半導体層２及び室温強磁体層３の接合面４から、強磁性半導体層２中のスピン拡散長領域においては、前記強磁性半導体層のキャリアと前記室温強磁性体層の磁性スピンとの相互作用によって、磁性スピンの偏極が生じ、スピン分極が生成して強磁性的状態を呈するようになる。
【００１０】
したがって、図１に示す強磁性半導体素子１０は、強磁性半導体層２の強磁性転移温度と無関係に、極低温のみならず室温においても十分な強磁性的性質を呈するようになる。このため、磁性デバイスなどの実用的な次世代デバイスを提供できるようになる。また、室温強磁性体層３を強磁性半導体層２と隣接して形成するのみで強磁性半導体層２中に強磁性的性質を出現させることができる。したがって、特別な外部磁場印加手段などを設ける必要がないので、強磁性半導体素子１０を含むデバイス構成を簡略化することができる。
【００１１】
強磁性半導体層２は、キャリア誘起強磁性体から構成することが好ましい。このキャリア誘起強磁性体としては、（Ｇａ，Ｍｎ）Ａｓ及び（Ｉｎ，Ｍｎ）Ａｓを例示することができる。室温強磁性体層３は、例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びこれらの合金などの強磁性金属から構成することができる。さらには、閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ及び閃亜鉛鉱ＣｒＳｂの少なくとも一つから構成することができる。
【００１２】
強磁性半導体層２の厚さは２ｎｍ〜１０００ｎｍであることが好ましく、さらには６ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。また、室温強磁性体層３の厚さは０．２ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましく、さらには０．３ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。これによって、接合面４における強磁性半導体層２のキャリアと室温強磁性体層３の磁性スピンとの相互作用を十分に大きくすることができ、強磁性半導体層２中のスピン拡散長領域を十分に拡大して、十分大きなスピン分極を生ぜしめることができるようになる。この結果、強磁性半導体層２中に十分大きな強磁性的性質を発現できるようになる。
【００１３】
なお、図１に示すような強磁性半導体素子１０は、−２５０℃以上、さらには−２００℃以上においても、その強磁性的性質を維持することができる。したがって、劣悪な環境下においても実用に足る次世代デバイスとして使用することのできる強磁性半導体素子１０を提供することができる。
【００１４】
なお、半導体基板１は、ＧａＡｓ、Ｓｉ及びＩｎＰなどの半導体材料から構成することができる。
【００１５】
また、強磁性半導体層２及び室温強磁性体層３は、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、及びＭＢＥ法などの公知の成膜手段によって形成することができる。
【００１６】
図２は、本発明の強磁性半導体素子の他の例を示す構成図である。図２に示す強磁性半導体素子２０は、所定の半導体基板１１上において、複数の強磁性半導体層１２と複数の室温強磁性体層１３とが交互に積層されている。室温強磁性体層１３は室温において自発分極を有しているので、強磁性半導体層１２及び室温強磁体層１３の接合面１４から、強磁性半導体層１２中のスピン拡散長領域においては、前記強磁性半導体層のキャリアと前記室温強磁性体層の磁性スピンとの相互作用によって、磁性スピンの偏極が生じ、スピン分極が生成して強磁性的状態を呈するようになる。
【００１７】
また、図２から明らかなように、強磁性半導体層１２はその上下面で室温強磁性体層１３と接触するように隣接しているので、接合面１４側に位置する強磁性半導体層１２の上側部分及び下側部分の双方にスピン拡散長領域が形成される。したがって、強磁性半導体層１２の上側部分及び下側部分にスピン分極が生じ、良好な強磁性的性質を呈するようになる。
【００１８】
強磁性半導体層１２の厚さは０．２ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましく、さらには１ｎｍ〜３０ｎｍであることが好ましい。また、室温強磁性体層１３の平均厚さは０．０７ｎｍ〜３０ｎｍであることが好ましく、さらには０．１４ｎｍ〜２０ｎｍであることが好ましい。これによって、接合面１４における強磁性半導体層１２のキャリアと室温強磁性体層１３の磁性スピンとの相互作用を十分に大きくすることができ、強磁性半導体層１２中のスピン拡散長領域を十分に拡大して、十分大きなスピン分極を生ぜしめることができるようになる。この結果、強磁性半導体層１２中に十分大きな強磁性的性質を発現できるようになる。
【００１９】
また、上記同様の理由から、強磁性半導体層１２及び室温強磁性体層１３の積層周期ｎは１〜２００であることが好ましい。
【００２０】
半導体基板１１、強磁性半導体層１２、及び室温強磁性体層１３は図１に示すものと同様の材料から構成することができる。
【００２１】
また、強磁性半導体層１２及び室温強磁性体層１３は、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、及びＭＢＥ法などの公知の成膜手段によって形成することができる。
【００２２】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、強磁性転移温度を十分に向上させ、次世代のデバイスとして使用することのできる強磁性半導体素子、及びこのような強磁性半導体素子を提供するための強磁性半導体のスピン分極方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の強磁性半導体素子の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の強磁性半導体素子の他の例を示す構成図である。
【符号の説明】
１、１１　半導体基板
２、１２　強磁性半導体層
３、１３　室温強磁性体層
４、１４　接合面
【図１】
2004055822.tif 000003
【図２】
2004055822.tif 000004