(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された磁性半導体層と、
前記磁性半導体層上に形成されて前記磁性半導体層を複数の記録領域に分割する第１のゲート電極と、
各記録領域の上に形成された第２のゲート電極と、
前記第１のゲート電極及び第２のゲート電極に選択的に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記記録領域に情報を書き込むコイルと前記記録領域から情報を読み出す磁気抵抗素子とを備えた磁気ヘッドと
を有することを特徴とする磁性半導体を使用した磁気装置。
【請求項２】
前記磁性半導体層は、ＩｎＭｎＡｓ、ＧａＭｎＡｓ及びＣｄＭｎＴｅからなる群から選択されたいずれか１種からなることを特徴とする請求項１に記載の磁気装置。
【請求項３】
前記記録領域が、前記磁性半導体の磁区の大きさよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の磁性半導体を使用した磁気装置。
【請求項４】
前記基板が円盤状であり、前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極がいずれも前記基板の半径方向に延びて形成され、かつ前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極が前記基板の円周方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気装置。
【請求項５】
磁性半導体層と、前記磁性半導体層上に配置されて前記磁性半導体層を複数の記録領域に分割する複数本の第１のゲート電極と、各記録領域の上に形成された第２のゲート電極とを有する磁気装置の磁気情報の転送方法であって、
各第１のゲート電極に電圧を印加した状態で前記複数の第２のゲート電極のうちの特定の第２のゲート電極に電圧を印加して該第２のゲート電極の下方の記録領域に記録された磁気情報を消去し、
前記特定の第２のゲート電極に隣接する第１のゲート電極への電圧印加を停止することにより、該第１のゲート電極を挟んで前記特定の第２のゲート電極に隣接した第２のゲート電極の下方の記録領域に記録された磁気情報を該第１のゲート電極の下方に複写し、
前記特定の第２のゲート電極への電圧印加を停止して前記第１のゲート電極の下方に複写された磁気情報を前記特定の第２のゲート電極の下方の記録領域に複写し、
電圧印加を停止した前記第１のゲート電極に電圧印加を開始して前記第１のゲート電極の下方の磁気情報を消去する
ことを特徴とする磁気情報の転送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気情報の記録、再生及び転送が可能な磁気装置に関し、特に記録媒体として磁性半導体を使用した磁気装置及び磁気情報の転送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、情報を記録するデバイスとしては、ＤＲＡＭ等のように情報を電荷量に変換して記録する素子や、ハードディスク装置等のように情報を磁気に変換して記録する磁気記録装置などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＤＲＡＭ等のように情報を電荷量に変換して記録する素子では、素子の微細化が進んでいるものの、その構造上からより一層の高密度化が難しく、大容量の記録装置を製造することが困難である。
一方、従来のハードディスク装置などの磁気記録装置においては、磁気記録媒体であるディスクを回転させるために大電流が必要である。また、ディスクを回転させるためのモータや、モータを駆動させるための電源等が必要になり、装置の小型化が困難である。
【０００４】
本発明の目的は、磁気記録媒体の表面に沿って磁気情報を転送することができて、磁気記録媒体を機械的に移動させなくても大量の磁気情報を記録し、又は記録した情報を再生することができる磁性半導体を使用した磁気装置及びその磁気装置における磁気情報の転送方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、基板と、前記基板上に形成された磁性半導体層と、前記磁性半導体層上に形成されて前記磁性半導体層を複数の記録領域に分割する第１のゲート電極と、各記録領域の上に形成された第２のゲート電極と、前記第１のゲート電極及び第２のゲート電極に選択的に電圧を印加する電圧印加手段と、前記記録領域に情報を書き込むコイルと前記記録領域から情報を読み出す磁気抵抗素子とを備えた磁気ヘッドとを有することを特徴とする磁性半導体を使用した磁気装置により解決する。
【０００７】
更に、上記した課題は、磁性半導体層と、前記磁性半導体層上に配置されて前記磁性半導体層を複数の記録領域に分割する複数本の第１のゲート電極と、各記録領域の上に形成された第２のゲート電極とを有する磁気装置の磁気情報の転送方法であって、各第１のゲート電極に電圧を印加した状態で前記複数の第２のゲート電極のうちの特定の第２のゲート電極に電圧を印加して該第２のゲート電極の下方の記録領域に記録された磁気情報を消去し、前記特定の第２のゲート電極に隣接する第１のゲート電極への電圧印加を停止することにより、該第１のゲート電極を挟んで前記特定の第２のゲート電極に隣接した第２のゲート電極の下方の記録領域に記録された磁気情報を該第１のゲート電極の下方に複写し、前記特定の第２のゲート電極への電圧印加を停止して前記第１のゲート電極の下方に複写された磁気情報を前記特定の第２のゲート電極の下方の記録領域に複写し、電圧印加を停止した前記第１のゲート電極に電圧印加を開始して前記第１のゲート電極の下方の磁気情報を消去することを特徴とする磁気情報の転送方法により解決する。
【０００８】
以下、本発明の作用について説明する。
磁性半導体は、例えばIII-V 族化合物半導体に、Ｃｒ（クロム）、Ｍｎ（マンガン）又はＶ（バナジウム）等の磁性不純物をドープして形成される（大野等，「III-V 族化合物半導体をベースとする希薄磁性半導体」，固体物理，Vol.28,No.5 1993、大野等，「III-V 族希薄磁性半導体の輸送現象と磁性」，応用物理，第63巻  第２号，1994）。
【０００９】
また、例えば、ＩｎＡｓ等の化合物半導体にＭｎ等の磁性不純物をドープして形成された磁性半導体は、キャリアを仲立ちとして磁性イオン間の相互作用が発生し強磁性的な性質を示すが、キャリア数が少ないと磁性イオン間の相互作用が弱くなって常磁性的な性質を示すようになる。
図１，２は、磁性半導体の性質を示す模式図である。この図１，２において、円に囲まれた矢印は磁性半導体層中の磁気モーメントの方向を示し、双方向矢印は磁性イオン間の相互作用を示す。図１（ａ）に示すように、磁性半導体層１の上に形成されたゲート電極２に電圧を印加していない場合は、磁性半導体層１中のキャリアの濃度が高く、キャリアによる磁性イオン間の相互作用が働いて、磁性半導体層１は強磁性を示す。このとき、磁性半導体層１の磁化曲線は、図１（ｂ）に示すようにヒステリシスを有する形状になる。また、図２（ａ）に示すように、ゲート電極２に電圧を印加すると、ゲート電極２の下の磁性半導体層２のキャリア濃度が低下し、磁性イオン間の相互作用が減少して、磁性半導体層２は常時性を示す。このとき、ゲート電極１の下方の磁性半導体層２の磁化曲線は図２（ｂ）に示すように直線になる。
【００１０】
本発明においては、上述の磁性半導体の性質を利用し、磁気情報の記録、再生及び転送を行なう。つまり、本発明においては、磁性半導体層上に、この磁性半導体層を複数の記録領域に分割するための第１のゲート電極を配置すると共に、これらの第１のゲート電極により分割された各記録領域上に第２のゲート電極を配置する。
【００１１】
第２のゲート電極に電圧を印加していない状態では、第２のゲート電極の下方の磁性半導体層（記録領域）は強磁性を示すため、例えば従来の磁気記録装置と同様に磁気ヘッドを使用して情報を磁気的に記録したり、記録されている情報を再生することができる。また、記録領域に記録された情報は、後述の実施の形態に示すように、第１及び第２のゲート電極に印加する電圧を制御することにより、各記録領域間を転送することができる。従って、記録媒体を機械的に移動させなくても、記録媒体に大量の情報を記録させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
図３は本発明の実施の形態の磁性半導体を使用した磁気装置（磁気記録装置）を示す上面図、図４は図３のＡ−Ａ線による断面図、図５は図３のＢ−Ｂ線による断面図である。但し、図３，４では、図５に示す磁気ヘッド２０の図示を省略している。また、図６は、磁気ディスクの全体を示す上面図である。
【００１３】
磁気ディスク１０は、基板１１と、この基板１１上に形成された磁性半導体層１２と、磁性半導体層１２上に放射状に形成された複数本の第１のゲート電極１３と、各第１のゲート電極１３の間に配置された第２のゲート電極１４とにより構成されている。これらの第１のゲート電極１３及び第２のゲート電極１４は、電圧印加部（図示せず）に接続されて、この電圧印加部から選択的に電圧が印加されるようになっている。
【００１４】
例えば、基板１１はＧａＡｓからなり、磁性半導体層１２はＩｎ0.82Ｍｎ0.18Ａｓからなり、その厚さは約１００ｎｍである。また、第１のゲート電極１３及び第２のゲート電極１４はアルミニウムからなり、幅が約１００ｎｍ、厚さが約１００ｎｍである。また、各第１のゲート電極１３の間隔は磁性半導体の磁区の大きさよりも小さく、例えば０．２〜０．３μｍに設定されている。これにより、１つの磁区に１つの情報を記録させることができて、記録密度を高めることができる。
【００１５】
磁性半導体層１２のうち、各第２のゲート電極１４の下方の部分が情報を記録する記録領域となる。本実施の形態においては、後述するように、複数の記録領域のうちの一つを冗長領域として使用し、この冗長領域に隣接する記録領域の磁気情報を複写することによって磁気情報を転送する。
一方、磁気ヘッド２０は、支持基板２１と、この支持基板２１の側面に配置された再生用ヘッド３１及び記録用ヘッド３２により構成されている。再生用ヘッド３１は、基板２１の側面にアルミナ層（図示せず）を介して形成された下部磁気シールド層２２と、下部磁気シールド層２２上にアルミナ層（図示せず）を介して形成されたＭＲ（磁気抵抗効果）素子２３と、ＭＲ素子２３から引き出される引出電極（リード端子）２４と、ＭＲ素子２３及び引出電極２４を覆うアルミナ層２５と、アルミナ層２５上にカバー層（図示せず）を介して形成された上部磁気シールド層２６とにより構成されている。また、記録用ヘッド３２は、上部磁気シールド層２６と、第３の磁気シールド層２７と、これらの上部磁気シールド層２６と第３の磁気シールド層２７との間に絶縁層２８を介して形成されたコイル２９を有している。
【００１６】
そして、この磁気ヘッド２０は、駆動装置（図示せず）により特定の第２のゲート電極１４の上を磁気ディスク１０の半径方向に移動する。なお、磁気ヘッドを移動させる替りに、例えば複数の磁気ヘッドを磁気ディスク１０の上に半径方向に沿って配置してもよい。
以下、本実施の形態の情報記録装置の動作について説明する。まず、磁気ディスク１０に記録された磁気情報を周方向に移動させる動作について、図７〜図９に示す磁気ディスクの模式図を使用して説明する。但し、これらの図において、ドットを囲む円印は磁性半導体層１２から上に向かう方向の磁界を示し、円で囲んだ×印は磁性半導体層１２から下方に向かう方向の磁界を示す。また、第２のゲート電極１４の下方には、ゲート電極１４が延びる方向に沿って磁性イオンが相互干渉しない程度の間隔毎に磁気情報が記録されているとする。これらの図７〜図９では、第１の電極１３のうちの５本の電極（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ）と、第２の電極１４のうち４本の電極（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）とを示す。そして、初期状態では、第２の電極１４ｂの下方の磁性半導体層１２の下方の磁性半導体層１２が冗長領域であり、この第２の電極１４ｂの下方には第２の電極１４ａの下方に記録されているのと同一の磁気情報が記録されているとする。
【００１７】
初期状態では、図７（ａ）に示すように、電圧印加部１７により各第１のゲート電極１３ａ〜１３ｅに約１Ｖの電圧が印加されており、各第２のゲート電極１４ａ〜１４ｄには電圧が印加されていない。このため、磁性半導体層１２の第１のゲート電極１３ａ〜１３ｅの下方の部分はキャリア（正孔）が少なくなって常時性を示し、第２のゲート電極１４ａ〜１４ｄの下方の部分はキャリアにより磁気モーメントが一定の方向に向いて強磁性を示す。そして、各記録領域には、磁気情報が記録されている。
【００１８】
まず、冗長領域の磁気情報を消去する。すなわち、図７（ｂ）に示すように、第２のゲート電極１４ｂに約１Ｖの電圧を印加する。そうすると、第２のゲート電極１４ｂの下方の磁気半導体層１２はキャリア（正孔）が減少し、磁気モーメントの方向がランダムになる。これにより、第２のゲート電極１４ｂの下方の冗長領域の磁気情報が消去される。
【００１９】
次に、図８（ａ）に示すように、第２のゲート電極１４ｂに隣接する第１のゲート電極１３ｃへの電圧印加を停止する。これにより、第１のゲート電極１３ｃの下方の磁気半導体層１２が常時性的挙動を示し、第２のゲート電極１４ｃの下方の磁性半導体層１２の強磁性の影響を受けて、この第２のゲート電極１４ｃの下方の磁気半導体層１４ｃの磁気モーメントの向きと同じになる。すなわち、第２のゲート電極１４ｃの下方の記録領域の磁気情報が第１のゲート電極１３ｃの下方の記録領域に複写される。
【００２０】
次に、図８（ｂ）に示すように、第２のゲート電極１４ｂへの電圧印加を停止する。これにより、第２のゲート電極１４ｂの下方の磁気半導体層１２は強磁性的挙動を示し、第１のゲート電極１３ｃの下の磁気情報が第２のゲート電極１４ｂの下方の磁性半導体層１２に複写される。
次に、図９に示すように、第１のゲート電極１３ｃに電圧を印加する。これにより、第１のゲート電極１３ｃの下方の磁性半導体層１２が常時性になり、磁気情報が消去される。
【００２１】
このようにして、第２のゲート絶縁層１４ｃの下方に記録された磁気情報を第２のゲート電極１４ｂの下方に転写することができる。その後、第２のゲート電極１４ｃの下方を冗長領域とし、第２のゲート電極１４ｄの下方に記録されている磁気情報を第２のゲート電極１４ｃの下方の記録領域に転写する。このようにして、磁気ディスク１０に記録された磁気情報を順に隣の記録領域に移動させることができる。
【００２２】
次に、記録領域に情報を記録したり、記録領域に記録されている情報を読み出すときの動作について説明する。
磁気ヘッド２０は特定の第２のゲート電極１４上を移動する。そして、コイル２９に供給される電流に応じた磁界を発生し、磁性半導体層１２を磁化することにより情報を記録する。磁性半導体層１２に記録された磁気情報は、電圧印加部１７により第１のゲート電極１３及び第２のゲート電極１４に選択的に電圧を印加することにより、隣の記録領域に移動する。その後、磁気ヘッド２０により、前記特定の第２のゲート電極１４の下方の記録領域に情報を記録する。このようにして、磁気ディスクに大量の情報を記録することができる。
【００２３】
一方、磁気ディスクから情報を読み出すときは、磁気ヘッド２０のＭＲ素子２３の抵抗値が記録領域から放出される磁界により変化することを利用して、情報を読み出す。その後、電圧印加部１７により第１及び第２のゲート電極に印加する電圧を制御し、次の記録領域に記録されている情報を磁気ヘッド２０の下方に移動させて読み出す。
【００２４】
このようにして、本実施の形態においては、磁気ディスクに大量の情報を記録できると共に、磁気ディスクに記録された情報を容易に読み出すことができる。この場合に、本実施の形態の磁気記録装置は、磁気ディスクを回転させる必要がなく、記録装置のコンパクト化が可能になると共に、消費電力を低減させることができる。
【００２５】
なお、本発明の磁気装置は、第１及び第２のゲート電極に印加する電圧を制御するだけで磁性半導体層に記録された情報を順次移動させることができるので、単に情報の記録及び再生だけではなく、シフトレジスタやデジタル遅延素子等として機能させることができる。また、上述の実施の形態においては、記録媒体をディスク状とし、情報を一方向に回転させる場合について説明したが、記録媒体の形状はディスク状に限定されるものではなく、また記録媒体に記録された情報を逆方向に移動させるようにしてもよい。
【００２６】
更に、上述の実施例では磁性半導体層がＩｎＭｎＡｓの場合について説明したが、磁性半導体層の材料としてはこの他に、ＧａＡｓにＭｎをドープして形成された磁性半導体や、ＣｄＴｅ等のII-VI 族化合物半導体にＭｎをドープして形成された磁性半導体等を使用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、磁性半導体層の上に形成された第１及び第２のゲート電極に選択的に電圧を印加することにより、ある記録領域に記録された情報を他の記録領域に移動させることができる。これにより、ディスクの回転を必要としない磁気記録装置が可能になり、磁気記録装置を小型化できると共に消費電力を低減することができる。また、本発明によれば、記録領域に記録された情報を第１及び第２のゲート電極に印加する電圧を制御することにより移動させることができるので、シフトレジスタや遅延素子等に応用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁性半導体の性質を示す模式図であり、ゲート電極に電圧を印加していない状態を示す。
【図２】磁性半導体の性質を示す模式図であり、ゲート電極に電圧を印加した状態を示す。
【図３】本発明の実施の形態の磁性半導体を使用した情報記録装置を示す上面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線による断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線による断面図である。
【図６】磁気ディスクを示す上面図である。
【図７】実施の形態の情報記録装置の動作を示す図（その１）である。
【図８】実施の形態の情報記録装置の動作を示す図（その２）である。
【図９】実施の形態の情報記録装置の動作を示す図（その３）である。
【符号の説明】
１，１２  磁性半導体層
２  ゲート電極
１０  磁気ディスク
１１  基板
１３  第１のゲート電極
１４  第２のゲート電極
２０  磁気ヘッド
２１  支持基板
２２，２６，２７  磁気シールド層
２３  ＭＲ素子
２９  コイル
３１  再生用ヘッド
３２  記録用ヘッド
【図１】
0003946291.tif 000002
【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】
0003946291.tif 000008
【図８】
0003946291.tif 000009
【図９】
0003946291.tif 000010