(57)【要約】      （修正有）【課題】スピン偏極のキャリアを半導体に注入可能な構造を有しており、少ない電流で動作する磁性半導体デバイスを提供する。【解決手段】磁性半導体デバイス１１は、半導体領域１３と、第１電極１２と、を備える。半導体領域１３は、磁性半導体膜１４を備える。磁性半導体膜は、第１半導体に磁性元素２０を添加した第１磁性半導体を備える。第１電極１２は、半導体領域１３とショットキー接合１６を成している。磁性元素２０は、遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかであり、第１電極１２は、磁性金属膜を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性半導体デバイスであって、
第１半導体に磁性元素を加えた第１磁性半導体を備える半導体領域と、
前記半導体領域とショットキー接合を成す第１電極と、
を備え、
前記磁性元素は、遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかであり、
前記第１電極は、磁性金属膜を含む、磁性半導体デバイス。
【請求項２】
前記第１半導体は、ＩＩＩ族窒化物、ＩＩＩ族ヒ化物、シリコン、ゲルマニウム及びシリコンゲルマニウムのいずれかを備える、請求項１に記載された磁性半導体デバイス。
【請求項３】
前記磁性元素は、遷移金属であり、
前記遷移金属は、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏの少なくともいずれかを備える、請求項１又は請求項２に記載された磁性半導体デバイス。
【請求項４】
前記磁性元素は、希土類金属であり、
前記希土類金属は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕの少なくともいずれかを備える、請求項１又は請求項２に記載の磁性半導体デバイス。
【請求項５】
前記磁性元素は、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｅｒの少なくともいずれかである、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の磁性半導体デバイス。
【請求項６】
前記磁性金属膜は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｄｙの少なくともいずれかを備える、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された磁性半導体デバイス。
【請求項７】
前記第１半導体は、ＩＩＩ族窒化物である、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デバイス。
【請求項８】
前記第１半導体は、ＩＩＩ族ヒ化物である、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デバイス。
【請求項９】
前記第１半導体は、シリコン、ゲルマニウム、又はシリコンゲルマニウムである、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デバイス。
【請求項１０】
前記半導体領域のキュリー温度は３００Ｋ以上である、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された磁性半導体デバイス。
【請求項１１】
前記第１磁性半導体は、交互に配列された第１半導体層及び第２半導体層を含む積層構造を有しており、
前記第１半導体層は前記磁性元素を含み、前記第２半導体層は前記磁性元素を含まない、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デバイス。
【請求項１２】
前記第１磁性半導体に電気的に接続された第２電極を更に備える、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デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／ＣｏＦｅＢ磁気トンネル接合を開示する。非特許文献２は、（Ｇａ、Ｍｎ）Ａｓ／ＧａＡｓ／（Ｇａ、Ｍｎ）Ａｓ磁気トンネル接合を開示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Japanese  Journal  of  AppliedPhysics  Vol.44,  No.48,2005、pp.L1442-L1445
【非特許文献２】PHYSICAL  REVIEW  LETTERS、VOLUME  93、NUMBER  21、19  NOVEMBER  2004
【非特許文献３】Jpn.  J.   Appl.   Phys.  39 (2000)   413.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１は、無機絶縁薄層を金属磁性体が挟む磁性金属トンネル接合を開示する。磁性金属トンネル接合における電気抵抗が小さいので、素子動作の際の電流値が高くなって、素子の消費電力が大きい。また、非特許文献２は、磁性半導体層が非磁性半導体バリア層を挟む磁性半導体トンネル接合を開示する。磁性半導体の磁化率が小さいので、トンネル接合を流れる電流が十分にスピン偏極されずに、磁場印加の際における抵抗変化が小さい。
【０００５】
非特許文献３は、窒化ガリウムのｃ軸の傾斜とピエゾ分極との関係を開示する。
【０００６】
本発明の一側面は、このような事情を鑑みて為されたものであり、スピン偏極されたキャリアを半導体に注入可能な構造を有しており少ない動作電流である磁性半導体デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一側面に係る磁性半導体デバイスは、第１半導体に磁性元素を加えた第１磁性半導体を備える磁性半導体領域と、前記半導体領域とショットキー接合を成す第１電極と、を備え、前記磁性元素は、遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかであり、前記第１電極は、磁性金属膜を含む。
【０００８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、スピン偏極されたキャリアを半導体に注入可能な構造を有しており少ない動作電流である磁性半導体デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施の形態に係る磁性半導体デバイスの構造を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る磁性半導体デバイスにおけるショットキ−接合に係る断面を模式的に示す層構造及びその層構造のバンドダイアグラムを模式的に示す図面である。
【図３】図３は、絶縁薄膜を金属磁性体で挟んだ磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を模式的に示す図面である。
【図４】図４は、絶縁薄膜を磁性半導体層で挟んだ磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係る磁性半導体デバイスの積層構造体におけるバンドダイアグラムを模式的に示す図面である。
【図６】図６は、実施例１に係るＣｏショットキーＧａＭｎＡｓデバイスの構造を模試的に示す図面である。
【図７】図７は、実施例１に係るＣｏショットキーＧａＭｎＡｓデバイスのＭＴＪ構造の磁気抵抗効果を示す図面である。
【図８】図８は、磁気抵抗効果を測定する装置の接続を示す図面である。
【図９】図９は、磁気抵抗効果の測定における外部磁場の印加を示す図面である。
【図１０】図１０は、実施例２に係るＣｏショットキーＧａＧｄＮデバイスの構造を模試的に示す図面である。
【図１１】図１１は、ＩＩＩ族窒化物半導体の六方晶系の結晶格子ＨＥＸにおいてｃ面、半極性面として｛２０−２１｝面、及び無極性面としてｍ面の例示を示す。
【図１２】図１２は、実施例２に係るＣｏショットキーＧａＧｄＮデバイスのＭＴＪ構造の磁気抵抗効果を示す図面である。
【図１３】図１３は、実施例３に係る磁性半導体素子のための素子構造を示す図面である。
【図１４】図１４は、実施例３に係る磁気抵抗効果の測定結果を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
いくつかの具体例を説明する。
【００１２】
一形態に係る磁性半導体デバイスは、（ａ）第１半導体に磁性元素を添加した第１磁性半導体を備える磁性半導体領域と、（ｂ）前記半導体領域とショットキー接合を成す第１電極と、を備え、前記磁性元素は、遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかであり、前記第１電極は、磁性金属膜を含む。
【００１３】
この磁性半導体デバイスによれば、磁性金属膜を含む第１電極が、第１磁性半導体を備える半導体領域に対してショットキー接合を形成し、このショットキー接合のショットキー障壁が、半導体領域及び第１電極の一方を他方から隔てる磁気トンネル接合のバリアとして働く。このバリアを通して、ショットキー障壁に係るトンネル効果によって、第１電極と半導体領域との間において接合を横切ってキャリア遷移が可能である。磁性金属膜を含む第１電極は、磁性半導体に比べて大きな磁化率を有するので、スピン偏極したキャリアを第１電極から磁気トンネル接合を介して半導体領域に注入できる。スピン偏極したキャリアは、半導体領域内の第１磁性半導体における磁化との磁気的な相互作用によって磁気抵抗効果を示す。ショットキー障壁を横切るキャリアの流れがトンネル効果に起因するので、この磁性半導体デバイスは実効的に大きな電気抵抗を有する。
【００１４】
一形態に係る磁性半導体デバイスでは、前記第１半導体は、ＩＩＩ族窒化物、ＩＩＩ族ヒ化物、シリコン及びゲルマニウムのいずれかを備える。
【００１５】
この磁性半導体デバイスによれば、第１半導体として、ＩＩＩ族窒化物、ＩＩＩ族ヒ化物、シリコン及びゲルマニウムのいずれかが利用される。
【００１６】
一形態に係る磁性半導体デバイスでは、前記磁性元素は、遷移金属であり、前記遷移金属は、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏの少なくともいずれか一つを備える。
【００１７】
この磁性半導体デバイスによれば、上記の磁性元素として、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）といった遷移金属が磁性の発生に有用である。
【００１８】
一形態に係る磁性半導体デバイスでは、前記磁性元素は、希土類金属であり、前記希土類金属は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕの少なくともいずれか一つを備える。
【００１９】
この磁性半導体デバイスによれば、上記の磁性元素として、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イットリビウム（Ｙｂ）、及びルテニウム（Ｌｕ）といった希土類金属が磁性の発生に有用であることができる。
【００２０】
一形態に係る磁性半導体デバイスでは、前記磁性元素は、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｅｒの少なくともいずれかである。
【００２１】
この磁性半導体デバイスによれば、上記の磁性元素として、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、及びエルビウム（Ｅｒ）が役立つ。
【００２２】
一形態に係る磁性半導体デバイスでは、前記磁性金属膜は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｄｙの少なくともいずれかを備える。
【００２３】
この磁性半導体デバイスによれば、磁性金属膜に、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ネオジウム（Ｎｄ）、及びジスプロシウム（Ｄｙ）を適用できる。
【００２４】
一形態に係る磁性半導体デバイスでは、前記第１半導体は、ＩＩＩ族窒化物である。
【００２５】
この磁性半導体デバイスによれば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮのＩＩＩ族窒化物を第１半導体に適用できる。
【００２６】
一形態に係る磁性半導体デバイスでは、前記第１半導体は、ＩＩＩ族ヒ化物である。
【００２７】
この磁性半導体デバイスによれば、例えばＧａＡｓ等のＩＩＩ族ヒ化物を第１半導体に適用して、磁性半導体を提供できる。
【００２８】
一形態に係る磁性半導体デバイスでは、前記第１半導体は、シリコン、ゲルマニウム、又はシリコンゲルマニウムである。
【００２９】
この磁性半導体デバイスによれば、例えばシリコン、ゲルマニウム、及びシリコンゲルマニウム等のＩＶ族半導体を第１半導体に適用して、磁性半導体を提供できる。
【００３０】
一形態に係る磁性半導体デバイスでは、前記第１磁性半導体膜のキュリー温度は３００Ｋ以上である。
【００３１】
この磁性半導体デバイスによれば、高いキュリー温度の磁気構造を提供できる。
【００３２】
一形態に係る磁性半導体デバイスでは、前記第１磁性半導体は、交互に配列された第１半導体層及び第２半導体層を含む積層構造を有しており、前記第１半導体層は前記磁性元素を含み、前記第２半導体層は前記磁性元素を含まない。
【００３３】
この磁性半導体デバイスによれば、第１磁性半導体は、第１半導体層を隔てる第２半導体層の厚さ、及び磁性金属の種類（磁気モーメント）に応じて、強磁性の磁気秩序を生成する。
【００３４】
一形態に係る磁性半導体デバイスは、前記第１磁性半導体に電気的に接続された第２電極を更に備える。
【００３５】
二端子デバイスによって磁性半導体の磁気抵抗を測定できる。
【００３６】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の磁性半導体デバイス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。
【００３７】
図１は、本実施の形態に係る磁性半導体デバイスの構造を概略的に示す図面である。磁性半導体デバイス１１は、第１電極１２及び半導体領域１３を備える。半導体領域１３は、第１半導体に磁性元素２０を添加した第１磁性半導体を備える。磁性半導体の磁性元素２０は、遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかである。第１電極１２は、半導体領域１３とショットキー接合１６を成す。第１電極１２は、単一の膜又は複数の膜を含む構造であることができ、この構造が磁性金属膜１８を含む。
【００３８】
この磁性半導体デバイス１１によれば、磁性金属膜１８を含む第１電極１２が、第１磁性半導体を備える半導体領域１３に対してショットキー接合１６を形成し、このショットキー接合１６のショットキー障壁が、半導体領域１３及び磁性金属膜１８の一方を他方から隔てる磁気トンネル接合のバリアとして働く。このバリアを通して、ショットキー障壁に係るトンネル効果によって、第１電極１２と半導体領域１３との間においてキャリア遷移が可能である。磁化された磁性金属膜１８を含む第１電極１２は、磁性半導体に比べて大きな磁化率を有するので、スピン偏極したキャリアが第１電極１２からトンネル接合を介して半導体領域１３に注入される。スピン偏極したキャリアは、半導体領域１３内の第１磁性半導体における磁化との磁気的な相互作用によって磁気抵抗効果を示す。ショットキー障壁を横切るキャリアの流れがトンネル効果に起因するので、この磁性半導体デバイス１１は実効的に大きな電気抵抗を有する。
【００３９】
図２は、本実施の形態に係る磁性半導体デバイスにおけるショットキ−接合に係る断面を模式的に示す層構造及びその層構造のバンドダイアグラムを模式的に示す図面である。この実施例では、支持領域２７としてのＧａＮ基板上に、半導体領域１３としてのｎ型ＧａＧｄＮ膜が設けられている。ｎ型ＧａＧｄＮ膜の表面には、着滋されたコバルト（Ｃｏ）のショットキー電極が、磁性金属膜１８のために設けられる。ＧａＮ基板の裏面には、アルミニウム（Ａｌ）のオーミック電極が第２電極２６のために設けられる。これらの構成物によって、磁性半導体／金属磁性体のショットキー接合１６をトンネル障壁ＳＪとして利用した磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を構成できる。
【００４０】
磁性半導体への磁性金属のショットキー接合を備える素子では、金属磁性体をキャリア注入源として用いることにより、十分に偏極したスピンＳＰＩＮの電流が、スピン又は磁気モーメントＭＺを含む磁性半導体に注入されて、十分大きな磁気抵抗効果が生成される。この素子構造は、ショットキー接合に係る障壁を利用するので、大きな素子抵抗を有する。また、半導体領域に磁性金属を蒸着することによって電極を作製でき、微細加工をしなくても十分な磁気感度が得られる。素子動作の際の電流量が小さいので、低消費電力の動作が可能である。また、素子における電流密度が小さいので、素子寿命が長くなる。半導体は、比較的高温でも安定していて、その素子の温度特性が良好であり、高温でも半導体素子が破壊されない。
【００４１】
図３及び図４は、それぞれ、絶縁薄膜を金属磁性体で挟んだ磁気トンネル接合（ＭＴＪ）、及び絶縁薄膜を磁性半導体層で挟んだ磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を模式的に示す図面である。
【００４２】
図３を参照すると、金属磁性体に係る磁気トンネル接合（ＭＴＪ）が示される、この磁気トンネル接合（ＭＴＪ）では、素子の電気抵抗が小さく、これ故に所望の感度を得るためには、素子の作製に微細加工技術が必要である。素子動作において動作電流値が大きく、結果として、消費電力も大きい。低消費電力のために、素子の微細加工が必要である。微細化された素子では、電流密度が高くなって、これは、素子寿命を潜在的に短くする。磁気デバイスとしての温度特性が悪い。温度の変化により磁気感度が変わりやすく、また、摂氏２００度を超えるような高温では金属の合金化が生じるので、高温の動作では素子が破壊される。
【００４３】
図４を参照すると、絶縁薄膜を磁気半導体層で挟んだ磁気トンネル接合（ＭＴＪ）が示される。この磁気トンネル接合（ＭＴＪ）では、両側の磁性半導体層の磁化率が共に小さく、注入電流を十分にスピン偏極させることができない。また、磁場印加の際の抵抗変化が小さい。
【００４４】
これに対して、図２に示されるような、本実施の形態に係る磁性半導体デバイス１１では、半導体領域１３内の第１磁性半導体は、ある方向に向いた磁化を有する。この磁化の方向とは独立して、磁性金属膜１８は、ある方向に向いた磁化を有する。第１電極１２は、この磁化の方向に応じたスピン（例えば、電子スピン）を有するキャリア（例えば、電子）をショットキー接合１６を介して半導体領域１３に注入できる。注入されたスピンは、半導体領域１３内の第１磁性半導体の磁化と磁気的に相互作用して、この相互作用は磁気抵抗の変化として現れる。
【００４５】
再び図１を参照すると、半導体領域１３は、例えば磁性半導体膜１４又は積層構造体１５を備える。磁性半導体膜１４及び積層構造体１５は、第１磁性半導体を備え、第１磁性半導体は、母材としての第１半導体結晶と、磁性添加物として磁性元素とを含む。磁性元素の添加量は、組成で表すと例えば１％〜３０％程度である。第１磁性半導体は、第１半導体結晶を構成する元素、及び磁性元素を構成元素として備える。具体的には、この磁性半導体デバイス１１によれば、第１半導体として、例えばＩＩＩ族窒化物、ＩＩＩ族ヒ化物、シリコン及びゲルマニウムのいずれかが利用される。第１半導体は、ＩＩＩ族窒化物、ＩＩＩ族ヒ化物、シリコン、またはゲルマニウムを備えることができる。第１半導体はＩＩＩ族窒化物であることができる。第１半導体に、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮのＩＩＩ族窒化物を適用でき、この種の第１半導体は、例えばＧａＧｄＮを備える。或いは、第１半導体に、例えばＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ等のＩＩＩ族ヒ化物を第１半導体に適用でき、この種の第１半導体は、例えばＧａＭｎＡｓを備える。或いは、第１半導体に、例えばシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）及びシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）等のＩＶ族半導体を適用でき、この種の第１半導体は、例えばＳｉ：Ｃｅを備える。
【００４６】
第１電極１２のための磁性金属膜１８は、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ネオジウム（Ｎｄ）、及びジスプロシウム（Ｄｙ）であることができる。ショットキー接合の形成、及び整列されたスピン生成のために、磁性金属膜１８の厚さは、例えば１ｎｍ以上であることができる。磁性金属膜１８は、実質的に単一元素の金属膜であることができ、或いは合金であることがき、また或いはこれらの組み合わせであることができる。
【００４７】
磁性半導体デバイス１１は、第１電極１２に加えて、第２電極２６を備える二端子デバイスであることができる。図１を参照すると、第１電極１２及び第２電極２６は、積層構造体１５を通して積層軸Ａｘの方向にキャリアを流せるように設けられる。一実施例では、第１電極１２及び第２電極２６は積層構造体１５を挟むように設けられ、この構造では、積層軸Ａｘに沿って、第１電極１２、半導体領域１３及び第２電極２６が配置されている。半導体領域１３の表面は、パッシベーション膜２４によって保護されており、第１電極１２は、パッシベーション膜２４の開口２４ａを介して積層構造体１５に接触を成す。第１電極１２は、直下に位置する半導体領域１３に対してショットキー接触を成す一方で、第２電極２６は、直下に位置する半導体（基板裏面２７ｂ）に対してオーミック接触を成す。
【００４８】
支持領域２７は、半導体領域１３に所望の品質を提供でき、また半導体領域１３を支持する。一実施例では、支持領域２７の主面２７ａは、半導体領域１３の構成する半導体と同類の元素系列の半導体からなることができる。
【００４９】
半導体領域１３のための磁性半導体膜１４は、支持領域２７の主面２７ａ上に設けられており、第１半導体からなる一又は複数の半導体層を備える。半導体領域１３が複数の半導体層を含む構造では、これらの半導体層は、その間において実質的に磁気的に相互作用することなく、これ故に、磁気的相互作用の点で実質的に単一の半導体層として半導体領域１３に含まれている。
【００５０】
磁化の点については、具体的には、磁性半導体のための磁性元素は、金属元素であって、より具体的には、遷移金属及び／又は希土類金属であることができる。磁性元素としての遷移金属は、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）の少なくとも一つであって、これらの遷移金属が磁性の発生に有用である。また、磁性元素としての希土類金属は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イットリビウム（Ｙｂ）、及びルテニウム（Ｌｕ）であって、これらの希土類金属が磁性の発生に有用であることができる。
【００５１】
好ましくは、磁性元素は、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、又はエルビウム（Ｅｒ）であることができ、これらの元素は１原子あたりの磁気モーメントが大きい点で有効である。
【００５２】
これらの磁性金属を備える磁性半導体によれば、キュリー温度３００Ｋ以上の高いキュリー温度の磁性構造を第１磁性半導体膜に提供できる。
【００５３】
半導体領域１３のための積層構造体１５は、支持領域２７の主面２７ａ上に設けられており、また第１半導体層１７及び第２半導体層１９を含む。積層構造体１５において、第１半導体層１７の数は２以上であり、第２半導体層１９の数は１以上である。第１半導体層１７及び第２半導体層１９が交互に積層軸Ａｘの方向に積層されて、積層構造体１５を構成する。本実施例では、積層構造体１５の積層軸Ａｘは主面２７ａの法線方向に延在する。
【００５４】
図５は、本実施の形態に係る磁性半導体素子の積層構造体におけるバンドダイアグラムを模式的に示す図面である。第２半導体層１９が２つの第１半導体層１７（１７ａ、１７ｂ）の間に設けられており、本実施例では、一方の第１半導体層１７（１７ａ）が第２半導体層１９とヘテロ接合２１ａを形成し、他方の第１半導体層１７（１７ｂ）は第２半導体層１９とヘテロ接合２１ｂを形成する。ヘテロ接合２１ａ、２１ｂは、支持領域２７の主面２７ａの面方位に対応する。第２半導体層１９は、２つの第１半導体層１７（１７ａ、１７ｂ）を電気伝導の点で隔てており、伝導帯又は価電子帯に係るキャリア伝導に対して障壁としてバリア層として働く。第２半導体層１９のバンドギャップは、第１半導体層１７（１７ａ）のバンドギャップより大きく、また第１半導体層１７（１７ｂ）のバンドギャップより大きい。ヘテロ界面では、井戸となる第１半導体層１７には、二次元キャリアガス（例えば電子ガス）が誘起される。
【００５５】
第２半導体層１９は、２つの第１半導体層１７（１７ａ、１７ｂ）の間においてトンネル効果によるキャリア遷移が可能な程度の厚さを有する。これ故に、第１半導体層１７（１７ａ、１７ｂ）及び第２半導体層１９は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を構成するように配置されている。第２半導体層１９は、トンネル効果により第２半導体層１９を遷移するキャリアのスピンを実質的に反転させるような金属元素を実質的に含有しないことが好ましい。この形態では、第２半導体層１９は、第１半導体層１７（１７ａ、１７ｂ）を磁気秩序の点で隔てており、第１半導体層１７（１７ａ、１７ｂ）は、第２半導体層１９の厚さに応じて第２半導体層１９を介した磁気的結合を成すと共に、磁性元素２０の種類及び含有量に応じてこの磁性元素２０に起因した磁気秩序を積層構造体１５の一部又は全体で発現する。この磁気秩序は、強磁性である。
【００５６】
磁性半導体デバイス１１において、第１半導体層１７及び第２半導体層１９は、第１半導体として、例えばＩＩＩ族窒化物、ＩＩＩ族ヒ化物、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、及びシリコンカーバイドのいずれかを備えることができる。具体的には、第１半導体層１７及び第２半導体層１９は、例えばＩＩＩ族窒化物を備えることができる。或いは、第１半導体層１７及び第２半導体層１９は、例えばＩＩＩ族ヒ化物を備えることができる。或いは、第１半導体層１７及び第２半導体層１９は、例えばシリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム及びこれらの炭化物の少なくともいずれかを備えることができる。引き続き、第１半導体層１７及び第２半導体層１９の材料を説明する。
【００５７】
（ＩＩＩ族窒化物）
磁性半導体デバイス１１の第１半導体層１７は、例えばＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ（０≦Ｘ１≦１、０≦Ｙ１≦１、０≦Ｘ１＋Ｙ１≦１）を備え、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、又はＩｎＡｌＧａＮであることができる。第１半導体層１７は、構成元素として磁性元素２０を含有する。本実施例では、磁性元素２０は、ＩＩＩ族窒化物半導体の構成元素として第１半導体層１７に含まれている。第１半導体層１７において、磁性元素２０は、既に説明した遷移金属及び希土類金属の少なくともいずれかであることができる。例えば、第１半導体層１７は、磁性元素２０として遷移金属を備えることができ、第１半導体層１７は、磁性元素２０として希土類金属を備えることができ、また第１半導体層１７は、磁性元素２０として遷移金属及び希土類金属を備えることができる。また、第２半導体層１９は、例えばＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ（０≦Ｘ２≦１、０≦Ｙ２≦１、０≦Ｘ２＋Ｙ２≦１）を備え、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、又はＩｎＡｌＧａＮであることができる。一実施例では、第１半導体層１７は、磁性層として例えばＧａＧｄＮであり、ガドリニウム（Ｇｄ）の組成は例えばＩＩＩ族元素に対して３０％であることができる。また、第２半導体層１９は、隔置層として例えばＡｌＧａＮであることができる。
【００５８】
（ＩＩＩ族ヒ化物）
磁性半導体デバイス１１の第１半導体層１７は、例えばＩｎＸ３ＡｌＹ３Ｇａ１−Ｘ３−Ｙ４ＡｓＸ５ＰＸ６Ｎ１−Ｘ５−Ｘ６（０≦Ｘ３≦１、０≦Ｙ４≦１、０≦Ｘ３＋Ｙ４≦１、０＜Ｘ５≦１、０≦Ｙ６≦１、０＜Ｘ５＋Ｙ６≦１）を備え、例えばＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓＰ等であることができる。第１半導体層１７は、構成元素として磁性元素２０を含有する。本実施例では、磁性元素２０は、ＩＩＩ族ヒ化物半導体の構成元素として第１半導体層１７に含まれている。また、第２半導体層１９は、例えばＩｎＸ７ＡｌＹ８Ｇａ１−Ｘ７−Ｙ８ＮＡｓＸ９ＰＸ１０Ｎ１−Ｘ９−Ｘ１０（０≦Ｘ７≦１、０≦Ｙ８≦１、０≦Ｘ７＋Ｙ８≦１、０＜Ｘ９≦１、０≦Ｙ１０≦１、０＜Ｘ９＋Ｙ１０≦１）を備え、例えばＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓＰ等であることができる。一実施例では、第１半導体層１７は、磁性層として例えばＧａＭｎＡｓであり、マンガン（Ｍｎ）の組成は例えばＩＩＩ族元素に対して１０％であることができる。また、第２半導体層１９は、隔置層として例えばＡｌＡｓであることができる。
【００５９】
（ＩＶ族元素）
磁性半導体デバイス１１の第１半導体層１７は、例えばＳｉＵＧｅ１−Ｕ（０≦Ｕ＜１）を備え、例えばＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅであることができる。第１半導体層１７は、構成元素として磁性元素２０を含有する。本実施例では、磁性元素２０は、半導体の構成元素として第１半導体層１７に含まれている。また、第２半導体層１９は、例えばＳｉＶＧｅＷＣ１−Ｖ−Ｗ（０＜Ｖ≦１、０≦Ｗ≦１）を備え、例えばＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣであることができる。一実施例では、第１半導体層１７は、磁性層として例えばＳｉ：Ｃｅである。また、第２半導体層１９は、隔置層として例えばＳｉＣであることができる。
【００６０】
第１の例では、積層構造体１５では、第１半導体層１７及び第２半導体層１９は超格子を構成するように配列されることができる。この構造では、実質的に同じ厚さの第１半導体層１７と、実質的に同じ厚さの第２半導体層１９とが交互に配列されている。しかしながら、積層構造体１５は超格子構造に限定されることない。第２の例では、実質的に互いに異なる厚さの第１半導体層１７と、実質的に互いに同じ厚さの第２半導体層１９とが交互に配列されることができ、この構造では電気伝導及び磁気結合に係るバリア層の厚さが実質的に同じである。第３の例では、実質的に互いに同じ厚さの第１半導体層１７と、実質的に互いに異なる厚さの第２半導体層１９とが交互に配列されることができ、この構造では電気伝導及び磁気結合に係る磁気層の厚さが実質的に同じである。第４の例では、実質的に互いに異なる厚さの第１半導体層１７と、実質的に互いに異なる厚さの第２半導体層１９とが交互に配列されることができ、この構造では電気伝導及び磁気結合に係るバリア層及び磁気層の厚さが共に異なる。
【００６１】
積層構造体１５においては、磁性元素２０として、遷移金属は、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）の少なくともいずれかであることができる。また、磁性元素２０として、希土類金属は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテリビウム（Ｙｂ）、ルテニウム（Ｌｕ）の少なくともいずれかであることができ、例えばランタン（Ｌａ）及びルテニウム（Ｌｕ）では、４ｆ軌道が閉殻であるけれども、５ｄ軌道を単独の電子が占める。この磁性半導体デバイス１１では、上記の列記の遷移金属及び／又は希土類金属を磁性元素として利用できる。
【００６２】
積層構造体１５においては、第１半導体層１７の磁性元素２０は、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、及びエルビウム（Ｅｒ）の少なくともいずれかであることが好ましい。これらの元素は、磁性金属として役立つ。この磁性半導体デバイス１１によれば、これらの元素は１原子あたりの磁気モーメントが大きい。
【００６３】
第１半導体層１７及び第２半導体層１９の各々の交互積層を含む積層構造体１５、例えばＧａＧｄＮ／ＡｌＧａＮ構造は、室温（例えば摂氏２５度）において強磁性を有する。この磁性半導体デバイス１１によれば、積層構造体１５は、第１半導体層１７を隔てる第２半導体層１９の厚さ、及び磁性金属の種類（磁気モーメント）に応じて、磁気秩序として強磁性を発現する。磁性金属元素と「ＭＧ」として記載するとき、窒化ガリウム系半導体の磁性半導体は「ＧａＸＭＧ１−ＸＮ」と表される。この「ＧａＸＭＧ１−ＸＮ」において、磁性元素の組成「Ｘ」は１％以上であり、５０％以下である。
【００６４】
積層構造体１５、例えばＧａＧｄＮ／ＡｌＧａＮ構造は、例えば３００ケルビン以上のキュリー温度を示す。この磁性半導体デバイス１１によれば、高い保持力に加えて、高いキュリー温度の磁性構造を提供できる。また、発明者の実験によれば、６００ケルビン以上のキュリー温度を有する積層構造体１５を作製できる。
【００６５】
積層構造体１５においては、第１半導体層１７の厚みは０．２ｎｍ以上であることができ、０．２ｎｍ以上の厚さにおいて十分な磁化強度を示すことができる。また、第１半導体層１７の厚みは５ｎｍ以下であることができ、この厚さ範囲において磁気層の結晶性が良好に保たれる。この磁性半導体デバイス１１では、０．２ｎｍ以上５ｎｍ以下の厚さ範囲の第１半導体層１７は、磁気を発現できような形態で磁性金属原子を取り込んだ磁性薄膜を提供できると共に、下地の面方位に規定される極性、半極性又は無極性の表面を有する。第１半導体層１７は、ヘテロ界面の形成のために下地を提供できる。
【００６６】
積層構造体１５においては、第２半導体層１９の厚みは１ｎｍ以上であることができ、この厚さ範囲において磁気層間を隔てるバリア層として、磁気層間の磁気的相互作用を制御することができ、これ以下の厚みではキャリアのトンネルが顕著で磁気層間を磁気的に隔てることができない。また、第２半導体層１９の厚みは１５ｎｍ以下であることができ、この厚さ範囲において磁気層間の磁気的相互作用を制御することができ、これ以上の厚みでは磁気層間の磁気的相互作用がゼロになってしまう。この磁性半導体デバイス１１では、１ｎｍ以上１５ｎｍ以下の厚さ範囲の第２半導体層１９は、該第２半導体層１９を介して隔てられる隣り合う第１半導体層１７間の磁気的結合の程度を制御するために有用である。第２半導体層１９は、ヘテロ界面の形成のために下地を提供できる。積層構造体１５における磁気的性質は、第１半導体層１７の磁性金属原子の磁気的性質及び第２半導体層１９の厚さに依存する。
【００６７】
積層構造体１５における第１半導体層１７と第２半導体層１９は周期的な配列を成すことが好ましい。この配列の周期は１．２ｎｍ以上であり、２０ｎｍ以下であることができる。積層構造体１５における周期構造は、磁気的な結合において磁気的秩序の形成に有効である。
【００６８】
これらの積層構造は、例えば分子線エピタキシー法、有機金属気相成長法、原子層堆積法等を用いるエピタキシャル結晶成長によって作製されることができる。
【００６９】
上記の説明では、磁性半導体デバイス１１として例えば磁気センサ、及びスピントルクダイオード等に適用される基本構造を説明してきた。
【００７０】
（実施例１）
図６は、実施例１に係るＣｏショットキーＧａＭｎＡｓデバイスの構造を模試的に示す図面である。構造１０のデバイスを説明する。ＧａＡｓ基板上にｐ型ＧａＭｎＡｓ膜を成長する。具体的には、（００１）面のＧａＡｓ基板を準備する。ＧａＡｓ基板の主面上に、分子線エピタキシ−法でアンドープＧａＭｎＡｓを成長して、エピタキシャル基板を作製する。成長中の基板温度は摂氏２５０度である。マンガンは、ＧａＡｓ中でアクセプタとして作用するので、アンドープＧａＭｎＡｓ半導体は、ｐ導電性を有する。Ｇａ１−ＸＭｎＸＡｓにおいてＸ＝０．１である。成長後に、エピタキシャル基板を摂氏２５０度の温度でアニールする。
【００７１】
アニールの後に、エピタキシャル基板の裏面（ｐ型ＧａＡｓ基板の裏面）にＡｌ電極を蒸着により形成する共に、エピタキシャル基板のＧａＭｎＡｓ表面にシリコン酸化膜を成長した後に、ストライプ状の開口をシリコン酸化膜に形成する。この後に、このストライプ開口を介してＧａＭｎＡｓにショットキー接合を成すコバルト電極を蒸着により形成する。ストライプ開口のサイズは、例えば１０μｍ×１００μｍ、Ｃｏ電極の先端部は例えば２μｍ×１００μｍである。電極のアスペクト比を大きくすると、磁性金属膜の電極の保磁力が高まる。
【００７２】
図７は、図６に示されたＣｏショットキーＧａＭｎＡｓデバイスのＭＴＪ構造の磁気抵抗効果を示す図面である。抵抗測定において、外部電流は１マイクロアンペアである。この測定は、図８に示されるように、定電流源及び電圧計をＭＴＪ構造に接続して行われる。外部磁場は、図９に示されるように、ＭＴＪ構造のＧａＭｎＡｓ膜の面内の方向において、コバルト電極が延在する方向に印加される。外部電流は、１マイクロアンペアである。磁化測定は、ＳＱＵＩＤを用いて行われ、１０ケルビン（絶対温度）において、２００％の抵抗変化が測定された。温度２００Ｋにおいて、ＧａＭｎＡｓ膜の磁化が消失した。
【００７３】
（実施例２）
図１０は、実施例２に係るＣｏショットキーＧａＧｄＮデバイスの構造を模試的に示す図面である。ｃ面、｛２０−２１｝面、ｍ面の主面を有するＧａＮ基板を準備する。｛２０−２１｝面の法線軸は、ＧａＮ基板のｃ軸に対して約７５度の角度でｃ軸からｍ軸の方向に傾斜している。図１１は、ＩＩＩ族窒化物半導体の六方晶系の結晶格子においてｃ面、半極性面として｛２０−２１｝面、及び無極性面としてｍ面を例示的に示す。六方晶系結晶格子ＨＥＸは、ｃ軸方向に異方性を示すけれども、３つのａ軸方向は等価である。図１１に示されるように、半極性面ＳＰ及び無極性面ＮＰは、ゼロより大きな角度でｃ面（極性面）ＰＰに対して傾斜している。ｃ面（極性面）ＰＰ内の向きに関して、ｃ面は等方的である。
【００７４】
これらのＧａＮ基板の主面上に、分子線エピタキシ−法でアンドープＧａＧｄＮを成長して、３種類のエピタキシャル基板を作製する。ガリウム源としてＧａ金属を用い、アルミニウム源としてＡｌ金属を用い、窒素源として２５０ワットのＲＦパワーで高周波プラズマによって生成された窒素ラジカルを用いる。成長の基板温度は例えば摂氏７００度であり、成長レートは０．２４マイクロメートル／時間である。
【００７５】
上記のエピタキシャル基板の裏面（ｎ型ＧａＮ基板の裏面）にＡｌ電極を蒸着により形成する共に、エピタキシャル基板のＧａＧｄＮ表面にシリコン酸化膜を成長した後に、ストライプ状の開口をシリコン酸化膜に形成する。この後に、このストライプ開口を介してＧａＧｄＮにショットキー接合を成すコバルト電極を蒸着により形成する。ストライプ開口のサイズは、例えば１０μｍ×１００μｍ、コバルト電極先端のサイズは２μｍ×１００μｍである。
これらの基板生産物に係る磁性半導体デバイスを以下のように参照する。
磁性半導体デバイスの符合、    面方位。
磁性半導体デバイスＤＶ２ｃＧｄ、ｃ面。
磁性半導体デバイスＤＶ２ｓＧｄ、｛２０−２１｝面。
磁性半導体デバイスＤＶ２ｍＧｄ、ｍ面。
【００７６】
図１２は、実施例２に係るＣｏショットキーＧａＧｄＮデバイスのＭＴＪ構造の磁気抵抗効果を示す図面である。この測定も、図８及び図９に示される接続及び外部磁場の印加の下に行われる。外部電流は、１マイクロアンペアである。磁場の印加に係る抵抗変化を「電気抵抗変化△Ｒ／Ｒ」として表す。測定は、絶対温度で１０ケルビンから６００ケルビンの温度範囲で行われた。
３００ケルビンの温度において、抵抗変化は以下のものである。
磁性半導体デバイスＤＶ２ｃＧｄ：外部磁場８０ｅＯで、△Ｒ／Ｒ＝１０％。
磁性半導体デバイスＤＶ２ｓＧｄ：外部磁場２８０ｅＯで、△Ｒ／Ｒ＝８％。
磁性半導体デバイスＤＶ２ｍＧｄ：外部磁場１８０ｅＯで、△Ｒ／Ｒ＝５％。
電気抵抗変化の変化は、摂氏マイナス１００度から摂氏３００度程度までの温度範囲で観測できる。６００ケルビンの温度においても、磁気抵抗変化が生じた。
【００７７】
（実施例３）
図１３は、実施例３に係る磁性半導体素子のための素子構造を示す図面である。ｃ面、｛２０−２１｝面、及びｍ面の主面を有する３種類のＧａＮ基板を準備する。個々のＧａＮ基板上に、アンドープＧａＧｄＮ層（厚さ：１ｎｍ、Ｇｄの組成３０％）及びアンドープＡｌＧａＮ層（厚さ３：ｎｍ、Ａｌの組成１０％）を含む超格子構造（５０周期）を分子線エピタキシー法で成長する。ガリウム源としてガリウム金属を用い、アルミニウム源としてアルミニウム金属を用い、窒素源として２５０ワットのＲＦパワーで高周波プラズマによって生成された窒素ラジカルを用いる。成長の基板温度は例えば摂氏７００度であり、成長レートは０．２４マイクロメートル／時間である。これらの成長により、３種類のエピタキシャル基板を作製する。エピタキシャル基板は、磁気層としてアンドープＧａＧｄＮ層（厚さ：１ｎｍ、Ｇｄの組成３０％）を含み、隔置層としてアンドープＡｌＧａＮ層（厚さ３ｎｍ、Ａｌの組成１０％）を含む。この実施例では、アンドープＡｌＧａＮ層は引張歪みを内包し、アンドープＧａＧｄＮ層は圧縮歪みを内包する。
【００７８】
ｃ面、｛２０−２１｝面、及びｍ面の主面を有する３種類のＧａＮ基板上に成長してエピタキシャル基板を作製した後に、ＧａＮ基板の裏面の全面上にＴｉ／Ａｌバック電極（オーミック電極）を蒸着により形成すると共に、エピタキシャル基板の表面上にコバルトフロント電極（ショットキー電極）を蒸着により形成して、基板生産物を作製する。コバルトフロント電極は、エピタキシャル基板の表面にシリコン酸化膜を成長した後に、ストライプ状の開口をシリコン酸化膜に形成し、この後に、このストライプ開口を介して蒸着により形成する。ストライプ開口のサイズは、例えば１０μｍ×１００μｍ、コバルト電極先端のサイズは２μｍ×１００μｍである。これらの基板生産物に係る磁性半導体デバイスを以下のように参照する。
磁性半導体デバイスの符合、    面方位。
磁性半導体デバイスＤＶ３ｃＧｄ、ｃ面。
磁性半導体デバイスＤＶ３ｓＧｄ、｛２０−２１｝面。
磁性半導体デバイスＤＶ３ｍＧｄ、ｍ面。
【００７９】
図１４は、実施例３に係る磁気抵抗効果の測定結果を示す図面である。これらの磁性半導体デバイスにおける２つの電極にわたって電流を流しなから、外部磁場を磁性半導体デバイスに印加する。ガドリニウム系磁性半導体素子は、小さい電流で比較的大きな抵抗変化を示すので、外部電流は１マイクロアンペア（μＡ）である。
以下の測定の温度は、３００ケルビン（絶対温度）である。
磁性半導体デバイスＤＶ３ｃＧｄ：外部磁場８０ｅＯで、△Ｒ／Ｒ＝１０％。
磁性半導体デバイスＤＶ３ｓＧｄ：外部磁場２８０ｅＯで、△Ｒ／Ｒ＝８０％。
磁性半導体デバイスＤＶ３ｍＧｄ：外部磁場１８０ｅＯで、△Ｒ／Ｒ＝５０％。
摂氏６００ケルビンにおいても、磁気抵抗変化が生じた。ガドリニウム系磁性半導体素子は比較的高温（例えば摂氏２００度程度）で動作可能な磁気センサとして応用可能である。
【００８０】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。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。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本実施の形態によれば、スピン偏極されたキャリアを半導体に注入可能な構造を有しており少ない動作電流である磁性半導体デバイスを提供できる。
【符号の説明】
【００８２】
１１…磁性半導体デバイス、１２…第１電極、１３…半導体領域、１４…磁性半導体膜、１５…積層構造体、１６…ショットキー接合、１７…第１半導体層、１９…第２半導体層、２０…磁性元素、１８…磁性金属膜、２４…パッシベーション膜、２６…第２電極、２７…支持領域。
【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】
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【図１３】
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【図１４】
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