JP2847307B2 - 磁性半導体素子及びその製造方法並びに磁気光読み取りヘッド - Google Patents
磁性半導体素子及びその製造方法並びに磁気光読み取りヘッドInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁性体の磁歪によって半導体の光学的、電気
的性質を変化させることが可能な磁性半導体素子及びそ
の製造方法並びにこの材料を用いた磁気光読み取りヘッ
ドに関する。
的性質を変化させることが可能な磁性半導体素子及びそ
の製造方法並びにこの材料を用いた磁気光読み取りヘッ
ドに関する。
従来、磁性体と圧電材料の界面を作り磁歪によって圧
電材料に応力を与え、磁歪材料と圧電材料間の電圧を変
えることについては、ハンドブックオブ マグネティッ
ク フェナメナ（ファン ノル スタンド レインホル
ド カンパニー）（1986年）第264頁から第265頁（Hand
book of Magnetic Phenomena,Van Nostrand Reinhold
Company,pp264−265）において論じられている。
電材料に応力を与え、磁歪材料と圧電材料間の電圧を変
えることについては、ハンドブックオブ マグネティッ
ク フェナメナ（ファン ノル スタンド レインホル
ド カンパニー）（1986年）第264頁から第265頁（Hand
book of Magnetic Phenomena,Van Nostrand Reinhold
Company,pp264−265）において論じられている。
上記従来技術は、磁歪材料と圧電材料の界面を作り、
磁歪材料と圧電材料間の電圧を変化させるのみであり、
磁歪によって半導体の光学的性質を変える点について配
慮されておらず磁気−光ヘッドへの応用が不可能であっ
た。また磁歪材料によって界面を通して半導体の原子間
距離を変化させる点について記載されておらず半導体の
みの電気的性質や光学的性質を磁歪で変える素子ではな
かった。
磁歪材料と圧電材料間の電圧を変化させるのみであり、
磁歪によって半導体の光学的性質を変える点について配
慮されておらず磁気−光ヘッドへの応用が不可能であっ
た。また磁歪材料によって界面を通して半導体の原子間
距離を変化させる点について記載されておらず半導体の
みの電気的性質や光学的性質を磁歪で変える素子ではな
かった。
本発明の目的は磁歪材料と半導体との界面を通して磁
歪によって半導体の原子間距離を変化させ、半導体自身
の電気的性質及び光学的性質を可逆変化させた磁界−電
気及び磁界−光変換材料を提供することにある。
歪によって半導体の原子間距離を変化させ、半導体自身
の電気的性質及び光学的性質を可逆変化させた磁界−電
気及び磁界−光変換材料を提供することにある。
本発明の他の目的は上記材料をエピタキシャル成長を
利用し、下地の原子配列の影響化で積層して界面を作製
する方法及び作製した材料の半導レーザ、磁気光読み取
りヘッドへの応用について提供することにある。
利用し、下地の原子配列の影響化で積層して界面を作製
する方法及び作製した材料の半導レーザ、磁気光読み取
りヘッドへの応用について提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る磁性半導体素
子は、磁歪材料と半導体材料とが接合され、その界面で
磁歪によって半導体材料の格子定数が可変に形成されて
いるものである。
子は、磁歪材料と半導体材料とが接合され、その界面で
磁歪によって半導体材料の格子定数が可変に形成されて
いるものである。
また、本発明は、磁歪材料と半導体材料とが接合され
た磁性半導体素子において、前記両材料の界面はエピタ
キシャル成長により形成されて磁歪の方位と半導体材料
の格子定数の変化する方位とが等しい磁性半導体素子で
ある。
た磁性半導体素子において、前記両材料の界面はエピタ
キシャル成長により形成されて磁歪の方位と半導体材料
の格子定数の変化する方位とが等しい磁性半導体素子で
ある。
また、本発明は、磁歪材料と半導体材料とが接合さ
れ、その界面で磁歪によって半導体材料の比抵抗が可変
に形成されている磁性半導体素子である。ここで、磁歪
材料はFe,Co,Niのうちの少なくとも一つの元素を含む酸
化物であるものがよい。また、半導体材料の格子定数の
変化量は0.01％以上のものがよい。最大では10％までが
よい。
れ、その界面で磁歪によって半導体材料の比抵抗が可変
に形成されている磁性半導体素子である。ここで、磁歪
材料はFe,Co,Niのうちの少なくとも一つの元素を含む酸
化物であるものがよい。また、半導体材料の格子定数の
変化量は0.01％以上のものがよい。最大では10％までが
よい。
次に、本発明に係る半導体レーザは、磁歪材料と半導
体材料の前記の界面を半導体レーザ中に設けて磁歪によ
って半導体レーザの波長や出力を可変に形成したもので
ある。ここで、磁歪材料の磁歪定数はその絶対値が１×
10-5以上である波長変調半導体レーザがよい。
体材料の前記の界面を半導体レーザ中に設けて磁歪によ
って半導体レーザの波長や出力を可変に形成したもので
ある。ここで、磁歪材料の磁歪定数はその絶対値が１×
10-5以上である波長変調半導体レーザがよい。
次に、本発明に係る磁性半導体素子の製造方法は、半
導体材料層の上に磁歪材料の層をエピタキシャル成長さ
せて接合し、磁歪によって半導体材料の格子定数が可変
な界面とする工程を含むものである。ここで、磁歪材料
の層は先ず半導体材料層の上に酸素を含まない単結晶金
属膜を蒸着法により形成し、次いで前記単結晶金属膜を
酸化して酸化物に形成されるものがよい。あるいは、磁
歪材料層のエピタキシャル成長は酸素イオンを注入しな
がら行なうものがよい。
導体材料層の上に磁歪材料の層をエピタキシャル成長さ
せて接合し、磁歪によって半導体材料の格子定数が可変
な界面とする工程を含むものである。ここで、磁歪材料
の層は先ず半導体材料層の上に酸素を含まない単結晶金
属膜を蒸着法により形成し、次いで前記単結晶金属膜を
酸化して酸化物に形成されるものがよい。あるいは、磁
歪材料層のエピタキシャル成長は酸素イオンを注入しな
がら行なうものがよい。
次に本発明に係る磁気光読み取りヘッドは、磁気記録
媒体に記録された情報を読み取るヘッドを構成する半導
体レーザ中に、磁歪材料と半導体材料とが接合され磁歪
によって半導体の格子定数が可変である界面を設けたも
のである。
媒体に記録された情報を読み取るヘッドを構成する半導
体レーザ中に、磁歪材料と半導体材料とが接合され磁歪
によって半導体の格子定数が可変である界面を設けたも
のである。
本発明によれば、磁歪による磁性材料の原子間距離の
変化が半導体の原子間距離の変化に対応することが可能
な界面が形成されている。
変化が半導体の原子間距離の変化に対応することが可能
な界面が形成されている。
従って半導体と界面を作る材料は磁歪が０以外の材料
が必要であり、界面における原子間距離が可逆的であれ
ば、磁歪定数が大きいほど半導体の光学的特性を変える
ことができる。半導体の電気的、光学的性質を決定して
いるのは、バンドギャップである。従来、半導体のバン
ドギャップを変化させるためには半導体の組成を変えな
ければならず、バンドギャップは組成や不純物濃度によ
って定まる。これに対し半導体の一部に上記界面を作る
ことにより、半導体の原子間距離すなわち格子を可逆的
に変化させることが可能となる。半導体の原子間距離や
格子の変化は、バンドギャップを変化させ、半導体の電
気的、光学的性質を変えることが可能となる。
が必要であり、界面における原子間距離が可逆的であれ
ば、磁歪定数が大きいほど半導体の光学的特性を変える
ことができる。半導体の電気的、光学的性質を決定して
いるのは、バンドギャップである。従来、半導体のバン
ドギャップを変化させるためには半導体の組成を変えな
ければならず、バンドギャップは組成や不純物濃度によ
って定まる。これに対し半導体の一部に上記界面を作る
ことにより、半導体の原子間距離すなわち格子を可逆的
に変化させることが可能となる。半導体の原子間距離や
格子の変化は、バンドギャップを変化させ、半導体の電
気的、光学的性質を変えることが可能となる。
第８図に示す半導体レーザに広く応用されている半導
体材料のバンドギャップは、半導体の組成によって決定
される。またバンドギャップを変えるには、従来、半導
体の組成を変える必要があった。半導体の組成を変える
と格子定数が変化し、バンドギャップが変化する。
体材料のバンドギャップは、半導体の組成によって決定
される。またバンドギャップを変えるには、従来、半導
体の組成を変える必要があった。半導体の組成を変える
と格子定数が変化し、バンドギャップが変化する。
磁性材料の格子は、磁歪が零でない材料では磁界を付
加することにより変形する。また磁歪の大きな材料ほど
ある一定磁界を付加した時の格子変形量は大きい。この
ような磁歪材料と半導体の界面を作れば磁歪材料の格子
変形が半導体の格子を変形させ、半導体のバンドギャッ
プを変えることが可能となる。
加することにより変形する。また磁歪の大きな材料ほど
ある一定磁界を付加した時の格子変形量は大きい。この
ような磁歪材料と半導体の界面を作れば磁歪材料の格子
変形が半導体の格子を変形させ、半導体のバンドギャッ
プを変えることが可能となる。
また上記界面により磁歪が半導体のバンドギャップを
変化させる時、界面の構造が重要である。すなわち、上
記界面付近の欠陥、転位、格子歪等が磁歪による半導体
のバンドギャップの変化に影響を及ぼす。そこで界面付
近の構造を欠陥の少ない原子配列にするためにエピタキ
シャル成長がよい。
変化させる時、界面の構造が重要である。すなわち、上
記界面付近の欠陥、転位、格子歪等が磁歪による半導体
のバンドギャップの変化に影響を及ぼす。そこで界面付
近の構造を欠陥の少ない原子配列にするためにエピタキ
シャル成長がよい。
すなわち、半導体のバンドギャップを磁歪によって制
御する場合、最も重要な因子は半導体と磁歪材料の界面
の構造である。磁歪定数は磁性材料の結晶方位によって
その値が異なるため磁歪の効果を大きくする場合には磁
歪定数の値が大きい結晶方位と半導体の格子変形する方
位を一致させることが望ましい。また上記界面付近に転
位や格子欠陥などの欠陥が存在すると磁性材料の磁歪に
よる半導体の格子変形量が欠陥が存在しない場合に比べ
小さくなる。欠陥のない結晶方位が界面全体で一定であ
る材料を作製するためにはエピタキシャル成長を利用す
ることが有効である。エピタキシャル成長を実現するた
めには、材料選択の面で成長する材料と基板（下地）材
料の面間隔の差が小さいことが必要である。この点で磁
歪材料として知られているFe3O4とGaAsの材料の組合せ
はエピタキシャル成長可能な材料である。その理由はFe
3O4の格子定数が8.396Åであるのに対し、GaAs（110）
の面間隔が7.99Åであり面間隔の差が５％と小さいこと
である。またFe3O4はエネルギー的に安定であり、磁気
特性の経時変化が少なく、薄膜も構造的に安定である。
Fe3O4を基本としたフェライトは絶縁体に近いため半導
体レーザの一部界面にフェライト層を用いても素子中の
電気特性を変えずにフェライトと半導体の界面を作るこ
とが可能である。
御する場合、最も重要な因子は半導体と磁歪材料の界面
の構造である。磁歪定数は磁性材料の結晶方位によって
その値が異なるため磁歪の効果を大きくする場合には磁
歪定数の値が大きい結晶方位と半導体の格子変形する方
位を一致させることが望ましい。また上記界面付近に転
位や格子欠陥などの欠陥が存在すると磁性材料の磁歪に
よる半導体の格子変形量が欠陥が存在しない場合に比べ
小さくなる。欠陥のない結晶方位が界面全体で一定であ
る材料を作製するためにはエピタキシャル成長を利用す
ることが有効である。エピタキシャル成長を実現するた
めには、材料選択の面で成長する材料と基板（下地）材
料の面間隔の差が小さいことが必要である。この点で磁
歪材料として知られているFe3O4とGaAsの材料の組合せ
はエピタキシャル成長可能な材料である。その理由はFe
3O4の格子定数が8.396Åであるのに対し、GaAs（110）
の面間隔が7.99Åであり面間隔の差が５％と小さいこと
である。またFe3O4はエネルギー的に安定であり、磁気
特性の経時変化が少なく、薄膜も構造的に安定である。
Fe3O4を基本としたフェライトは絶縁体に近いため半導
体レーザの一部界面にフェライト層を用いても素子中の
電気特性を変えずにフェライトと半導体の界面を作るこ
とが可能である。
エピタキシャル成長を利用することにより、半導体レ
ーザの中に磁歪材料から成る層を素子構造を変えること
なしに導入することができ磁歪により半導体レーザの光
波長や光出力を変化させることができる。
ーザの中に磁歪材料から成る層を素子構造を変えること
なしに導入することができ磁歪により半導体レーザの光
波長や光出力を変化させることができる。
本発明に係る磁性半導体素子の要部構成を概説する
と、第１図のように半導体101を磁歪材料102でサンドイ
ッチした構造を一例として挙げられる。これを作製すれ
ば、半導体101の格子が磁歪材料102との界面付近を中心
にして磁歪によって変形する。変形した格子の存在する
半導体においてバンドギャップの値が変形なしの半導体
に比べて変動する。
と、第１図のように半導体101を磁歪材料102でサンドイ
ッチした構造を一例として挙げられる。これを作製すれ
ば、半導体101の格子が磁歪材料102との界面付近を中心
にして磁歪によって変形する。変形した格子の存在する
半導体においてバンドギャップの値が変形なしの半導体
に比べて変動する。
第８図にCoFe2O4と半導体の界面を蒸着法で作製し1kO
eの磁界中で測定したバンドギャップの変化量ΔＥと半
導体の格子定数の関係を示す。半導体の上に成長するCo
Fe2O4は基板温度や蒸着速度及びO2分圧によって構造が
変化するがエピタキシャル成長したCoFe2O4膜を用いて
測定した。CoFe2O4と半導体の厚さは20μｍとした。Δ
Ｅは、格子定数が6.0〜6.1の範囲の化合物半導体で大き
くなることが第８図からわかる。これは、6.0〜6.1の格
子定数の半導体で（110）面間距離が8.5〜8.6Åとな
り、CoFe2O4の格子定数に近いためにCoFe2O4がエピタキ
シャル成長し易くなった結果であると考えられる。ZnTe
の場合、ΔＥは0.7OeVとなり、エピタキシャル成長した
いずれの膜でもΔＥには磁場の方位依存性が認められ
た。すなわち、CoFe2O4の〔100〕に磁場を付加した時が
ΔＥは最大となり、ΔＥに対する磁場の角度を面内で変
えると、360度変えた時にΔＥは４回対称となる。InAs
やHgSeで格子定数がほぼ等しいにもかかわらずΔＥがZn
Teに比べて小さいのはCoFe2O4との界面でCoやFeと半導
体が反応するためと考えられる。最もΔＥの大きかった
ZnTe上にCoFe2O4以外のフェライトをエピタキシャル成
長させてΔＥを求めた。その結果を第１表に示す。第１
表に示すΔＥの値は磁場1kOe で磁場方向をフェライトの〔100〕に付加した場合であ
る。第１表からΔＥの値が磁歪定数λの絶対値に依存
し、λが大きい程ΔＥも大きくなることがわかった。
eの磁界中で測定したバンドギャップの変化量ΔＥと半
導体の格子定数の関係を示す。半導体の上に成長するCo
Fe2O4は基板温度や蒸着速度及びO2分圧によって構造が
変化するがエピタキシャル成長したCoFe2O4膜を用いて
測定した。CoFe2O4と半導体の厚さは20μｍとした。Δ
Ｅは、格子定数が6.0〜6.1の範囲の化合物半導体で大き
くなることが第８図からわかる。これは、6.0〜6.1の格
子定数の半導体で（110）面間距離が8.5〜8.6Åとな
り、CoFe2O4の格子定数に近いためにCoFe2O4がエピタキ
シャル成長し易くなった結果であると考えられる。ZnTe
の場合、ΔＥは0.7OeVとなり、エピタキシャル成長した
いずれの膜でもΔＥには磁場の方位依存性が認められ
た。すなわち、CoFe2O4の〔100〕に磁場を付加した時が
ΔＥは最大となり、ΔＥに対する磁場の角度を面内で変
えると、360度変えた時にΔＥは４回対称となる。InAs
やHgSeで格子定数がほぼ等しいにもかかわらずΔＥがZn
Teに比べて小さいのはCoFe2O4との界面でCoやFeと半導
体が反応するためと考えられる。最もΔＥの大きかった
ZnTe上にCoFe2O4以外のフェライトをエピタキシャル成
長させてΔＥを求めた。その結果を第１表に示す。第１
表に示すΔＥの値は磁場1kOe で磁場方向をフェライトの〔100〕に付加した場合であ
る。第１表からΔＥの値が磁歪定数λの絶対値に依存
し、λが大きい程ΔＥも大きくなることがわかった。
第２図はZnTe（100）基板上に膜厚20μｍのCoFe2O4を
蒸着装置を用いて基板温度を変えて作製した膜のバンド
ギャップ変化量ΔＥを示している。他の膜作製条件を第
２表に示す。
蒸着装置を用いて基板温度を変えて作製した膜のバンド
ギャップ変化量ΔＥを示している。他の膜作製条件を第
２表に示す。
蒸着前にZnTe（100）基板をエッチングして蒸着室内でZ
nTe表面を清浄化した。表面の構造は反射高エネルギー
電子線回折（RHEED）を用いて評価した。CoFe2O4膜は基
板温度150℃においてエピタキシャル成長し、150℃より
も高くすると膜と基板が反応し、150℃よりも低い場合
には膜が多結晶となった。第２図に示すようにΔＥはエ
ピタキシャル成長した膜で最も大きく、界面の構造に敏
感であることがわかる。すなわち多結晶でΔＥが小さく
なるのは磁性材料と半導体の界面において原子同士が１
対１に対応せず種々の欠陥が導入されており、磁歪定数
が最大の方向に磁界を付加することが困難であるためと
考えられる。CoFe2O4を直接蒸着中にエピタキシャル成
長する以外に、最初に半導体基板上に酸素を含まない膜
を蒸着した後に酸素雰囲気中で蒸着する方法が可能であ
る。この方法は磁性体と半導体の界面を素子中に多く作
製する場合、半導体と金属を同一室内で蒸着し、酸素中
熱処理を別の室内で行なう時に有効である。第２表にお
いて酸素を導入せずに蒸着した20μｍのCoFe2膜を種々
の酸素分圧（Po2）で500℃,10hr熱処理した後のΔＥとP
o2の関係を第９図に示す。Po2を10-4よりも大きくする
とΔＥが検知できるようになる。この時いずれの膜でも
CoFe2O4がエピタキシャル成長する。10-4よりもPo2が小
さい時にΔＥを検出できないのは低Po2ではCoFe2O4中に
多くの酸素欠陥が存在してCoFe2O4のλが小さくなって
いるためと考えられる。
nTe表面を清浄化した。表面の構造は反射高エネルギー
電子線回折（RHEED）を用いて評価した。CoFe2O4膜は基
板温度150℃においてエピタキシャル成長し、150℃より
も高くすると膜と基板が反応し、150℃よりも低い場合
には膜が多結晶となった。第２図に示すようにΔＥはエ
ピタキシャル成長した膜で最も大きく、界面の構造に敏
感であることがわかる。すなわち多結晶でΔＥが小さく
なるのは磁性材料と半導体の界面において原子同士が１
対１に対応せず種々の欠陥が導入されており、磁歪定数
が最大の方向に磁界を付加することが困難であるためと
考えられる。CoFe2O4を直接蒸着中にエピタキシャル成
長する以外に、最初に半導体基板上に酸素を含まない膜
を蒸着した後に酸素雰囲気中で蒸着する方法が可能であ
る。この方法は磁性体と半導体の界面を素子中に多く作
製する場合、半導体と金属を同一室内で蒸着し、酸素中
熱処理を別の室内で行なう時に有効である。第２表にお
いて酸素を導入せずに蒸着した20μｍのCoFe2膜を種々
の酸素分圧（Po2）で500℃,10hr熱処理した後のΔＥとP
o2の関係を第９図に示す。Po2を10-4よりも大きくする
とΔＥが検知できるようになる。この時いずれの膜でも
CoFe2O4がエピタキシャル成長する。10-4よりもPo2が小
さい時にΔＥを検出できないのは低Po2ではCoFe2O4中に
多くの酸素欠陥が存在してCoFe2O4のλが小さくなって
いるためと考えられる。
第６図は磁界変調可能なInAs半導体レーザの素子構造
である。20μｍのInAs（100）基板１上にMBE装置でｎ型
InAs（膜厚１μｍ）２をエピタキシャル成長させ、ｎ型
InAs2上に磁歪材料３をエピタキシャル成長させる。磁
歪材料３の上にInAs量子井戸層４をエピタキシャル成長
させて設け、磁歪によって量子井戸層４の格子を変形さ
せることによりバンドギャップを変化させ、レーザの波
長を変えることが可能となる。量子井戸層４の上に更に
磁歪材料３がエピタキシャル成長され、その磁歪材料３
の外側にはＰ型のInAs5があり、オーミック電極６に電
圧を付加することによってInAs量子井戸層４に電子が注
入され、光電流を検出できる。第６図の素子に磁場を付
加すると光電流の値を変えることができる。
である。20μｍのInAs（100）基板１上にMBE装置でｎ型
InAs（膜厚１μｍ）２をエピタキシャル成長させ、ｎ型
InAs2上に磁歪材料３をエピタキシャル成長させる。磁
歪材料３の上にInAs量子井戸層４をエピタキシャル成長
させて設け、磁歪によって量子井戸層４の格子を変形さ
せることによりバンドギャップを変化させ、レーザの波
長を変えることが可能となる。量子井戸層４の上に更に
磁歪材料３がエピタキシャル成長され、その磁歪材料３
の外側にはＰ型のInAs5があり、オーミック電極６に電
圧を付加することによってInAs量子井戸層４に電子が注
入され、光電流を検出できる。第６図の素子に磁場を付
加すると光電流の値を変えることができる。
第３図に第６図の素子の磁歪材料３と量子井戸層４の
界面に平行に磁場を付加し、検出した光電流値と磁界Ｈ
の関係を示す。InAsの部分をGaAsに変えた時の光電流と
Ｈの関係も合せて第３図に示す。磁歪材料はCo０・８Fe
２・２O4であり、単結晶膜である。InAsの場合には3Oe
の磁界で光電流が急激に減少し8Oe以上で光電流の値は
ほとんど変化しない。GaAsの場合には10Oe以上で徐々に
光電流が減少し初め35Oe以上の磁界でほぼ一定となる。
光電流が第３図のように磁界依存性を示すのは、磁歪に
よって量子井戸層４に付加される応力により、格子が変
形し、量子井戸型のバンド構造が変形するために光電流
が減少すると考えられる。
界面に平行に磁場を付加し、検出した光電流値と磁界Ｈ
の関係を示す。InAsの部分をGaAsに変えた時の光電流と
Ｈの関係も合せて第３図に示す。磁歪材料はCo０・８Fe
２・２O4であり、単結晶膜である。InAsの場合には3Oe
の磁界で光電流が急激に減少し8Oe以上で光電流の値は
ほとんど変化しない。GaAsの場合には10Oe以上で徐々に
光電流が減少し初め35Oe以上の磁界でほぼ一定となる。
光電流が第３図のように磁界依存性を示すのは、磁歪に
よって量子井戸層４に付加される応力により、格子が変
形し、量子井戸型のバンド構造が変形するために光電流
が減少すると考えられる。
第４図に第３図で測定した素子と同一のもののオーミ
ック電極６間の比抵抗を求め磁界Ｈと磁界を付加しない
時の比抵抗の変化量ΔＲを示す。ΔＲはInAsの場合、3O
eで生じ初め10Oeを越えると飽和する。またGaAsの場
合、約10Oeで比抵抗が変化し32OeまでΔＲは増加する。
第３図と比較すると光電流と比抵抗の磁界依存性は類似
しており、磁歪による格子変形の結果、光電流や比抵抗
が変化していると考えられる。
ック電極６間の比抵抗を求め磁界Ｈと磁界を付加しない
時の比抵抗の変化量ΔＲを示す。ΔＲはInAsの場合、3O
eで生じ初め10Oeを越えると飽和する。またGaAsの場
合、約10Oeで比抵抗が変化し32OeまでΔＲは増加する。
第３図と比較すると光電流と比抵抗の磁界依存性は類似
しており、磁歪による格子変形の結果、光電流や比抵抗
が変化していると考えられる。
第５図に、第６図において半導体をInAsに代えてGaAs
を用い、GaAs−GaAlAsの量子井戸層をエピタキシャル成
長させた素子の中に種々の磁歪定数λをもった磁性材料
をエピタキシャル成長させ、半導体レーザの発光波長を
無磁界と50Oeの磁界中で測定し、その変化量Δλと磁性
材料の磁歪定数λとの関係を示す。波長変化量Δλは磁
歪定数λの大きな材料を用いるほど大きくなる傾向にあ
り１×10-5を越える磁歪定数λの材料を用いれば、半導
体レーザの波長変化を検出することができる。また、見
方を変えて磁歪による半導体の格子定数の変化量から見
た場合、その変化量は0.01％以上あれば、その変化に基
づく光電流や比抵抗の変化を検出できる。尚、10％以上
変化するものは、その組織が不可逆変化するおそれがあ
ると思われる。
を用い、GaAs−GaAlAsの量子井戸層をエピタキシャル成
長させた素子の中に種々の磁歪定数λをもった磁性材料
をエピタキシャル成長させ、半導体レーザの発光波長を
無磁界と50Oeの磁界中で測定し、その変化量Δλと磁性
材料の磁歪定数λとの関係を示す。波長変化量Δλは磁
歪定数λの大きな材料を用いるほど大きくなる傾向にあ
り１×10-5を越える磁歪定数λの材料を用いれば、半導
体レーザの波長変化を検出することができる。また、見
方を変えて磁歪による半導体の格子定数の変化量から見
た場合、その変化量は0.01％以上あれば、その変化に基
づく光電流や比抵抗の変化を検出できる。尚、10％以上
変化するものは、その組織が不可逆変化するおそれがあ
ると思われる。
第２図乃至第５図及び第８図の特性をもつ磁性半導体
素子によって磁界変化を光電流やレーザ波長の変化及び
比抵抗変化として検出することが可能である。そこで第
７図の磁気光読み取りヘッドに応用できる。磁歪材料と
してのフェライトと半導体を用いた磁性半導体素子７は
フェライトの〔100〕と半導体の〔110〕が平行にエピタ
キシャル成長したものであり磁気ディスク11にビット８
として記録したディスクの磁界分布を磁性半導体素子７
で読み取り、レーザ光９の波長や光電流値を検知器10で
信号にする。第７図に示すように磁性半導体素子を応用
することにより、検知器10と磁性半導体素子７は非接触
となり、素子の軽量化が計れるため、高速磁気ディスク
回転に対応でき高速読み取りが可能となる。
素子によって磁界変化を光電流やレーザ波長の変化及び
比抵抗変化として検出することが可能である。そこで第
７図の磁気光読み取りヘッドに応用できる。磁歪材料と
してのフェライトと半導体を用いた磁性半導体素子７は
フェライトの〔100〕と半導体の〔110〕が平行にエピタ
キシャル成長したものであり磁気ディスク11にビット８
として記録したディスクの磁界分布を磁性半導体素子７
で読み取り、レーザ光９の波長や光電流値を検知器10で
信号にする。第７図に示すように磁性半導体素子を応用
することにより、検知器10と磁性半導体素子７は非接触
となり、素子の軽量化が計れるため、高速磁気ディスク
回転に対応でき高速読み取りが可能となる。
第２表において酸素を導入せずに20μｍのCoFe2蒸着
膜を作製中、酸素イオンを注入しながらCoFe2O4をエピ
タキシャル成長させることができ、作製したCoFe2O4/In
As材料のバンドギャップ変化量ΔＥとビーム電流の関係
を第10図に示す。ビーム電流を1mA以上にすることによ
ってビームを用いないで酸素雰囲気中で蒸着した膜より
もΔＥを大きくすることができる。これは、成長中にビ
ームを用いることにより酸素原子の規則配列が促進され
ると考えられる。
膜を作製中、酸素イオンを注入しながらCoFe2O4をエピ
タキシャル成長させることができ、作製したCoFe2O4/In
As材料のバンドギャップ変化量ΔＥとビーム電流の関係
を第10図に示す。ビーム電流を1mA以上にすることによ
ってビームを用いないで酸素雰囲気中で蒸着した膜より
もΔＥを大きくすることができる。これは、成長中にビ
ームを用いることにより酸素原子の規則配列が促進され
ると考えられる。
本発明によれば磁歪によって磁性体との界面をもつ半
導体の光学的及び電気的性質を変化させることが可能で
あるので、磁気ディスク読み取りヘッド等として応用で
き高速読み出しや装置の小型軽量化の達成が可能とな
る。また本発明の磁性半導体素子を用いて磁気光通信へ
応用できる。
導体の光学的及び電気的性質を変化させることが可能で
あるので、磁気ディスク読み取りヘッド等として応用で
き高速読み出しや装置の小型軽量化の達成が可能とな
る。また本発明の磁性半導体素子を用いて磁気光通信へ
応用できる。
本発明に係る製造方法によれば、エピタキシャル成長
を利用したので、磁歪によって格子定数の変化する半導
体との界面を有する磁性半導体素子を簡単につくること
ができる。
を利用したので、磁歪によって格子定数の変化する半導
体との界面を有する磁性半導体素子を簡単につくること
ができる。
第１図は本発明に係る磁性半導体素子の要部構成図、第
２図はCoFe2O4/ZnTeの基板温度とバンドギャップ変化量
との関係図、第３図は磁界と光電流との関係図、第４図
は磁界とオーミック電極間の比抵抗変化量との関係図、
第５図は磁歪定数λと発光波長の変化量Δλとの関係
図、第６図はInAs半導体レーザの素子構造図、第７図は
磁気光読み取りヘッドの概略斜視図、第８図は格子定数
とバンドギャップ変化量との関係図、第９図は酸素分圧
とバンドギャップ変化量との関係図、第10図はCoFe2O4/
InAs材料のビーム電流とバンドギャップ変化量との関係
図を示す。 １……InAs基板、２……ｎ−InAs、 ３……磁歪材料、４……InAs量子井戸層、 ５……Ｐ−InAs、６……オーミック電極、 ７……磁性半導体素子、８……ビット、 ９……レーザ光、10……レーザ検出器、 11……磁気ディスク、101……半導体、 102……磁歪材料。
２図はCoFe2O4/ZnTeの基板温度とバンドギャップ変化量
との関係図、第３図は磁界と光電流との関係図、第４図
は磁界とオーミック電極間の比抵抗変化量との関係図、
第５図は磁歪定数λと発光波長の変化量Δλとの関係
図、第６図はInAs半導体レーザの素子構造図、第７図は
磁気光読み取りヘッドの概略斜視図、第８図は格子定数
とバンドギャップ変化量との関係図、第９図は酸素分圧
とバンドギャップ変化量との関係図、第10図はCoFe2O4/
InAs材料のビーム電流とバンドギャップ変化量との関係
図を示す。 １……InAs基板、２……ｎ−InAs、 ３……磁歪材料、４……InAs量子井戸層、 ５……Ｐ−InAs、６……オーミック電極、 ７……磁性半導体素子、８……ビット、 ９……レーザ光、10……レーザ検出器、 11……磁気ディスク、101……半導体、 102……磁歪材料。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 41/00 - 41/26 H01S 3/103
Claims (11)
- 【請求項１】磁歪材料と半導体材料とが接合され、その
界面で磁歪によって半導体材料の格子定数が可変に形成
されていることを特徴とする磁性半導体素子。 - 【請求項２】磁歪材料と半導体材料とが接合された磁性
半導体素子において、前記両材料の界面はエピタキシャ
ル成長により形成されて磁歪の方位と半導体材料の格子
定数の変化する方位とが等しいことを特徴とする磁性半
導体素子。 - 【請求項３】磁歪材料と半導体材料とが接合され、その
界面で磁歪によって半導体材料の比抵抗が可変に形成さ
れていることを特徴とする磁性半導体素子。 - 【請求項４】請求項１又は２において、半導体材料の格
子定数は、その変化量が0.01％以上のものである磁性半
導体素子。 - 【請求項５】請求項１〜３のいずれかにおいて、磁歪材
料はFe,Co,Niのうちの少なくとも一つの元素を含む酸化
物である磁性半導体素子。 - 【請求項６】磁歪材料と半導体材料の請求項１又は２記
載の界面を半導体レーザ中に設けて磁歪によって半導体
レーザの波長や出力を可変に形成したことを特徴とする
半導体レーザ。 - 【請求項７】請求項６において、磁歪材料の磁歪定数は
その絶対値が１×10-5以上である波長変調半導体レー
ザ。 - 【請求項８】半導体材料層の上に磁歪材料の層をエピタ
キシャル成長させて接合し、磁歪によって半導体材料の
格子定数が可変な界面とする工程を含む磁性半導体素子
の製造方法。 - 【請求項９】請求項８において、磁歪材料の層は先ず半
導体材料層の上に酸素を含まない単結晶金属膜を蒸着法
により形成し、次いで前記単結晶金属膜を酸化して酸化
物に形成される磁性半導体素子の製造方法。 - 【請求項１０】請求項８において、磁歪材料層のエピタ
キシャル成長は酸素イオンを注入しながら行なう磁性半
導体素子の製造方法。 - 【請求項１１】磁気記録媒体に記録された情報を読み取
るヘッドを構成する半導体レーザ中に、磁歪材料と半導
体材料とが接合され磁歪によって半導体の格子定数が可
変である界面を設けたことを特徴とする磁気光読み取り
ヘッド。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1296685A JP2847307B2 (ja) | 1989-11-15 | 1989-11-15 | 磁性半導体素子及びその製造方法並びに磁気光読み取りヘッド |
| US07/888,422 US5229621A (en) | 1989-11-15 | 1992-05-26 | Magnetic semiconductor element and a magneto-optical read out head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1296685A JP2847307B2 (ja) | 1989-11-15 | 1989-11-15 | 磁性半導体素子及びその製造方法並びに磁気光読み取りヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03156987A JPH03156987A (ja) | 1991-07-04 |
| JP2847307B2 true JP2847307B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=17836756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1296685A Expired - Fee Related JP2847307B2 (ja) | 1989-11-15 | 1989-11-15 | 磁性半導体素子及びその製造方法並びに磁気光読み取りヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2847307B2 (ja) |
-
1989
- 1989-11-15 JP JP1296685A patent/JP2847307B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03156987A (ja) | 1991-07-04 |
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