JPH05259403A - 光・電子デバイス - Google Patents
光・電子デバイスInfo
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- JPH05259403A JPH05259403A JP4051925A JP5192592A JPH05259403A JP H05259403 A JPH05259403 A JP H05259403A JP 4051925 A JP4051925 A JP 4051925A JP 5192592 A JP5192592 A JP 5192592A JP H05259403 A JPH05259403 A JP H05259403A
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- JP
- Japan
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- optical
- semiconductor
- modulator
- magnetization
- memory
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 半導体層４を介して磁性体層２、３を積層配
設してなる構造を有する光・電子デバイス。 【効果】 全く新しい光・電子デバイスとして不揮発性
メモリ、光（マイクロ波）スイッチまたは変調器等の各
種領域への応用が拡がる。高性能、高密度デバイスとし
て有用である。
設してなる構造を有する光・電子デバイス。 【効果】 全く新しい光・電子デバイスとして不揮発性
メモリ、光（マイクロ波）スイッチまたは変調器等の各
種領域への応用が拡がる。高性能、高密度デバイスとし
て有用である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は光・電子デバイスに関
するものである。さらに詳しくは、この発明は、ＲＫＫ
Ｙ相互作用に基づく新規な光・電子デバイスに関するも
のである。
するものである。さらに詳しくは、この発明は、ＲＫＫ
Ｙ相互作用に基づく新規な光・電子デバイスに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】技術革新を先導する半導体、
ＩＣ等の電子デバイス技術の発展は著しく、４メガメモ
リーの登場から光ＩＣの開発まで、産業技術、そして科
学的探求は、未踏の領域へと歩を進めつつある。電子デ
バイスの構造についても、化合物半導体から超伝導デバ
イス、さらには人工超格子、三次元ＩＣ等についての各
種の提案や試みがなされ、次世代の技術革新に向けてエ
ネルギッシュな探求が進められている。
ＩＣ等の電子デバイス技術の発展は著しく、４メガメモ
リーの登場から光ＩＣの開発まで、産業技術、そして科
学的探求は、未踏の領域へと歩を進めつつある。電子デ
バイスの構造についても、化合物半導体から超伝導デバ
イス、さらには人工超格子、三次元ＩＣ等についての各
種の提案や試みがなされ、次世代の技術革新に向けてエ
ネルギッシュな探求が進められている。
【０００３】このような状況においても、電子デバイス
の構造については、これまでのタイプとは全く異なる新
しいものも検討されてきており、たとえば物質の磁化作
用を利用したものが考えられてきている。しかしなが
ら、この磁化作用については、磁気記録、光磁気記録等
として産業的にも応用されてきているが、いわゆる電子
デバイスとしての超高性能デバイスを実現するまでには
至っていない。
の構造については、これまでのタイプとは全く異なる新
しいものも検討されてきており、たとえば物質の磁化作
用を利用したものが考えられてきている。しかしなが
ら、この磁化作用については、磁気記録、光磁気記録等
として産業的にも応用されてきているが、いわゆる電子
デバイスとしての超高性能デバイスを実現するまでには
至っていない。
【０００４】そこでこの発明の発明者は、この磁化作用
について注目し、特にＲＫＫＹ(Ruderman/Kettel/Kasuy
a/Yoshida)相互作用として知られている磁性原子間の伝
導電子を介した相互作用を利用することを検討してき
た。しかしながら、これまでは、このＲＫＫＹ相互作用
を電子デバイスとして利用するための技術的手がかりを
見出せずにいた。
について注目し、特にＲＫＫＹ(Ruderman/Kettel/Kasuy
a/Yoshida)相互作用として知られている磁性原子間の伝
導電子を介した相互作用を利用することを検討してき
た。しかしながら、これまでは、このＲＫＫＹ相互作用
を電子デバイスとして利用するための技術的手がかりを
見出せずにいた。
【０００５】この発明は、以上の通りの背景からなされ
たものであり、この発明の発明者によるこれまでの検討
と新しい知見を踏まえて、ＲＫＫＹ相互作用に基づく新
しいデバイス構造を提供することを目的としているもの
である。この構造によって、これまでにない光・電子デ
バイスを実現するものでもある。
たものであり、この発明の発明者によるこれまでの検討
と新しい知見を踏まえて、ＲＫＫＹ相互作用に基づく新
しいデバイス構造を提供することを目的としているもの
である。この構造によって、これまでにない光・電子デ
バイスを実現するものでもある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、半導体層を介して磁性体層を積
層配設してなる構造を有することを特徴とする光・電子
デバイスを提供する。図１は、この発明の光・電子デバ
イスの基本構造の特徴を例示したものである。たとえば
この図１に示したように、この発明の光・電子デバイス
は、半導体基板（１）上に、二つの磁性体層、たとえば
磁性体金属薄膜（２）（３）を半導体（４）を挾んでエ
ピタキシャル成長させた構造を有している。
を解決するものとして、半導体層を介して磁性体層を積
層配設してなる構造を有することを特徴とする光・電子
デバイスを提供する。図１は、この発明の光・電子デバ
イスの基本構造の特徴を例示したものである。たとえば
この図１に示したように、この発明の光・電子デバイス
は、半導体基板（１）上に、二つの磁性体層、たとえば
磁性体金属薄膜（２）（３）を半導体（４）を挾んでエ
ピタキシャル成長させた構造を有している。
【０００７】この構造とすることにより、図２に例示し
たように、中央の半導体（４）中に外部電界の印加や光
によって伝導電子を誘起させ、その伝導電子密度（Ｎ）
を制御し、二つの磁性体金属薄膜（２）（３）間のＲＫ
ＫＹ相互作用を制御してその磁化の向きを平行と反平行
の間で変化させる。たとえば電子密度（Ｎ）がより小さ
い時（Ｎ1 ）には磁化が平行に、また、より大きい時
（Ｎ2 ）には磁化が反平行になるようにする。
たように、中央の半導体（４）中に外部電界の印加や光
によって伝導電子を誘起させ、その伝導電子密度（Ｎ）
を制御し、二つの磁性体金属薄膜（２）（３）間のＲＫ
ＫＹ相互作用を制御してその磁化の向きを平行と反平行
の間で変化させる。たとえば電子密度（Ｎ）がより小さ
い時（Ｎ1 ）には磁化が平行に、また、より大きい時
（Ｎ2 ）には磁化が反平行になるようにする。
【０００８】この現象を利用することにより、電界効果
型不揮発性メモリ、光（マイクロ波）スイッチあるいは
変調器、光マトリックス変調器等の新しいデバイス応用
が可能となる。図３は、電子の磁化（縦軸）と距離（横
軸）との相関性を例示したものである。この図３は、こ
の発明の基本原理を示してもいる。図中の実線は電子密
度が低い場合を、点線は電子密度が高い場合を示し、た
とえば前記の磁性体金属薄膜（２）（３）の距離を特定
点（ａ）に設定すると、電子密度の相異を制御すること
により、この薄膜（２）（３）の磁化が平行（Ａ）／反
平行（Ｂ）／平行（Ｃ）のように変換可能となる。この
ことは、メモリー等の機能として有用であることを示唆
している。
型不揮発性メモリ、光（マイクロ波）スイッチあるいは
変調器、光マトリックス変調器等の新しいデバイス応用
が可能となる。図３は、電子の磁化（縦軸）と距離（横
軸）との相関性を例示したものである。この図３は、こ
の発明の基本原理を示してもいる。図中の実線は電子密
度が低い場合を、点線は電子密度が高い場合を示し、た
とえば前記の磁性体金属薄膜（２）（３）の距離を特定
点（ａ）に設定すると、電子密度の相異を制御すること
により、この薄膜（２）（３）の磁化が平行（Ａ）／反
平行（Ｂ）／平行（Ｃ）のように変換可能となる。この
ことは、メモリー等の機能として有用であることを示唆
している。
【０００９】また、この発明の光・電子デバイスにおい
ては、前記の構造を分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等
によって製造することを可能としている。実際、以下の
通りの例示としてこの発明のデバイスを説明することが
できる。
ては、前記の構造を分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等
によって製造することを可能としている。実際、以下の
通りの例示としてこの発明のデバイスを説明することが
できる。
【００１０】
【実施例】図４は、この発明のデバイス構造のために、
ＣｏＡｌ（厚さ５０Ａ）を半導体中にＭＢＥによって埋
込んだ金属／半導体ヘテロ構造を例示したものである。
たとえばＧａＡｓ、ＡｌＡｓの成長速度は０．２μｍ／
ｈｒとし、ＣｏＡｌの成長速度は、０．０６６μｍ／ｈ
ｒ、Ｃｏ／Ａｌ比は１／１とする。またセル温度(Knuds
en Cell)は、Ｃｏについて１３５０℃とする。
ＣｏＡｌ（厚さ５０Ａ）を半導体中にＭＢＥによって埋
込んだ金属／半導体ヘテロ構造を例示したものである。
たとえばＧａＡｓ、ＡｌＡｓの成長速度は０．２μｍ／
ｈｒとし、ＣｏＡｌの成長速度は、０．０６６μｍ／ｈ
ｒ、Ｃｏ／Ａｌ比は１／１とする。またセル温度(Knuds
en Cell)は、Ｃｏについて１３５０℃とする。
【００１１】図５（ａ）は、ＡｌＡｓ表面のＣ（４×
４）ＲＨＥＥＤパターンを示し、図５（ｂ）（ｃ）は、
ＣｏＡｌ表面のＲＨＥＥＤパターン
４）ＲＨＥＥＤパターンを示し、図５（ｂ）（ｃ）は、
ＣｏＡｌ表面のＲＨＥＥＤパターン
【００１２】
【００１３】を示している。図５（ｄ）は、ＣｏＡｌ上
に１００Ａ成長させたＡｌＡｓのＲＨＥＥＤパターン
を、さらに図５（ｅ）は、ＧａＡｓのパターンを示して
いる。図６は、＜１１０＞断面のＴＥＭ像を示したもの
である。図７は、半導体中に埋め込まれたエピタキシャ
ルＣｏＡｌ層（厚さ５０Ａ）のシート抵抗の温度依存性
を示し、また、図８は、ＧａＡｓ（００１）基板／Ｇａ
Ａｓ５０００Ａバッファー層／１００ＡＡｌＡｓ層の上
にＣｏＡｌ金属層２０００Ａを成長させた場合のＣｏＡ
ｌのＸ線回折スペクトルを示している。
に１００Ａ成長させたＡｌＡｓのＲＨＥＥＤパターン
を、さらに図５（ｅ）は、ＧａＡｓのパターンを示して
いる。図６は、＜１１０＞断面のＴＥＭ像を示したもの
である。図７は、半導体中に埋め込まれたエピタキシャ
ルＣｏＡｌ層（厚さ５０Ａ）のシート抵抗の温度依存性
を示し、また、図８は、ＧａＡｓ（００１）基板／Ｇａ
Ａｓ５０００Ａバッファー層／１００ＡＡｌＡｓ層の上
にＣｏＡｌ金属層２０００Ａを成長させた場合のＣｏＡ
ｌのＸ線回折スペクトルを示している。
【００１４】たとえば以上の通りのＭＢＥの手法によっ
て製造することのできるこの発明のデバイス構造は、以
下の通りの応用を可能とする。 ＜１＞ 電界効果型不揮発性メモリ 図９の断面図および図１０の平面図に示したように、ド
レイン（Ｄ）、ソース（Ｓ）を配することにより、磁性
体層（２０）（３０）のうちの一方のものを埋め込みゲ
ート（Ｇ）とし、入出力ともに電気的に行い、書き込み
は、ゲート（Ｇ）における電圧ＶG による電界効果によ
って、また、読み出しは、ホール効果によりＲ1 Ｒ2 に
生じるホール電圧を用いる。
て製造することのできるこの発明のデバイス構造は、以
下の通りの応用を可能とする。 ＜１＞ 電界効果型不揮発性メモリ 図９の断面図および図１０の平面図に示したように、ド
レイン（Ｄ）、ソース（Ｓ）を配することにより、磁性
体層（２０）（３０）のうちの一方のものを埋め込みゲ
ート（Ｇ）とし、入出力ともに電気的に行い、書き込み
は、ゲート（Ｇ）における電圧ＶG による電界効果によ
って、また、読み出しは、ホール効果によりＲ1 Ｒ2 に
生じるホール電圧を用いる。
【００１５】つまり、書き込み時には、
【００１６】
【数１】
【００１７】とし、読み出し時には、
【００１８】
【数２】
【００１９】とする。このようにして実現されるメモリ
は、次の優れた特徴を実現する。 ・半導体基板上に集積化でき、従来のＬＳＩと整合性が
よい。 ・半導体メモリと異なり磁性を用いているので不揮発性
である。 ・電界効果を用いるのでＦＥＴと同様高速に動作する。
は、次の優れた特徴を実現する。 ・半導体基板上に集積化でき、従来のＬＳＩと整合性が
よい。 ・半導体メモリと異なり磁性を用いているので不揮発性
である。 ・電界効果を用いるのでＦＥＴと同様高速に動作する。
【００２０】・微細加工技術によりＳｉやＧａＡｓ基板
上に高集積化でき、大容量のメモリとなる。 ・チャネルの部分を導波路型とすれば光で動作させるこ
とも可能で将来のＯＥＩＣや光コンピュータの主要な要
素デバイスにもなり得る。 ・磁気ディスクと異なり機械的摩耗がないので信頼性が
高い。
上に高集積化でき、大容量のメモリとなる。 ・チャネルの部分を導波路型とすれば光で動作させるこ
とも可能で将来のＯＥＩＣや光コンピュータの主要な要
素デバイスにもなり得る。 ・磁気ディスクと異なり機械的摩耗がないので信頼性が
高い。
【００２１】＜２＞ 光・マイクロ波スイッチまたは変
調器 基本構造は前記＜１＞メモリーと同様であるが、図１１
および図１２に示したように、磁化の向きが基板表面に
沿った方向になる。入力（書込み）は電気的に、出力
（読出し）は光によって行うことができる。光はマイク
ロ波領域にある。これをその動作として示すと次のよう
になる。
調器 基本構造は前記＜１＞メモリーと同様であるが、図１１
および図１２に示したように、磁化の向きが基板表面に
沿った方向になる。入力（書込み）は電気的に、出力
（読出し）は光によって行うことができる。光はマイク
ロ波領域にある。これをその動作として示すと次のよう
になる。
【００２２】
【数３】
【００２３】この構造と動作は、光・電子集積回路のキ
ーデバイスとして応用可能であり、次のような特徴があ
る。 ・半導体基板上にマイクロ波スイッチあるいは変調器を
作製できる。 ・高速動作可能である。 ・高集積化でき、不揮発性でもある。
ーデバイスとして応用可能であり、次のような特徴があ
る。 ・半導体基板上にマイクロ波スイッチあるいは変調器を
作製できる。 ・高速動作可能である。 ・高集積化でき、不揮発性でもある。
【００２４】＜３＞ 光マトリックスメモリーまたは変
調器 原理的には、図１３に示したように、光Ａとして半導体
のバンドギャップより大きなエネルギーのものを用い、
光Ｂとして、このエネルギーがより小さなものを用い
る。すなわち、 光Ａ：短波長：書き込み用とする 光Ｂ：長波長：読み出し用とする こうすることにより、次の動作が可能となる。
調器 原理的には、図１３に示したように、光Ａとして半導体
のバンドギャップより大きなエネルギーのものを用い、
光Ｂとして、このエネルギーがより小さなものを用い
る。すなわち、 光Ａ：短波長：書き込み用とする 光Ｂ：長波長：読み出し用とする こうすることにより、次の動作が可能となる。
【００２５】
【数４】
【００２６】このような素子をマトリックス化すること
により、図１４に示したように多入力、多出力の光変調
器、光スイッチとする。これにより、次のような特徴が
実現される。 ・前記不揮発性メモリーと同様の作用効果が得られる。 ・並列処理が可能となる。
により、図１４に示したように多入力、多出力の光変調
器、光スイッチとする。これにより、次のような特徴が
実現される。 ・前記不揮発性メモリーと同様の作用効果が得られる。 ・並列処理が可能となる。
【００２７】・ニューラルネットワーク、光コンピュー
ティングに応用可能となる。 ＜４＞ 光・電気マトリックスメモリまたは変調器 前記＜３＞において、光Ａの代わりに上記電極をゲート
電極としてこれに電圧を加え、半導体中の電子密度Ｎを
変化させ、金属中の磁気モーメントを反転させる。
ティングに応用可能となる。 ＜４＞ 光・電気マトリックスメモリまたは変調器 前記＜３＞において、光Ａの代わりに上記電極をゲート
電極としてこれに電圧を加え、半導体中の電子密度Ｎを
変化させ、金属中の磁気モーメントを反転させる。
【００２８】これによって、光Ｂの出力の増減をスイッ
チングする。入力に電気信号を用いることから、液晶パ
ネル等の画像表示装置の駆動デバイスとしても有用であ
る。 ＜５＞ 書き込み可能な光磁気メモリーディスク さらにまた、次の動作として書き込み可能な光磁気メモ
リーディスクが得られる。
チングする。入力に電気信号を用いることから、液晶パ
ネル等の画像表示装置の駆動デバイスとしても有用であ
る。 ＜５＞ 書き込み可能な光磁気メモリーディスク さらにまた、次の動作として書き込み可能な光磁気メモ
リーディスクが得られる。
【００２９】書込み：半導体のバンド・ギャップ以上の
エネルギーをもつレーザ光によって、半導体中のキャリ
ア密度を増減させ、磁性金属の磁気モーメントを変え
る。 読出し：半導体のバンドギャップ以下のエネルギーをも
つレーザ光、あるいは強度の弱いレーザ光を当てカー効
果によって読出しを行う。
エネルギーをもつレーザ光によって、半導体中のキャリ
ア密度を増減させ、磁性金属の磁気モーメントを変え
る。 読出し：半導体のバンドギャップ以下のエネルギーをも
つレーザ光、あるいは強度の弱いレーザ光を当てカー効
果によって読出しを行う。
【００３０】書き換え可能メモリディスクとしての例を
図示したものが図１５および図１６である。このメモリ
ディスクにより、半導体微細加工技術を用いれば、線幅
１μｍルールで現在のＣＤの１．７５倍、０．５μｍル
ールならば、７倍の記憶容量が実現できる。
図示したものが図１５および図１６である。このメモリ
ディスクにより、半導体微細加工技術を用いれば、線幅
１μｍルールで現在のＣＤの１．７５倍、０．５μｍル
ールならば、７倍の記憶容量が実現できる。
【００３１】もちろん、この発明は、以上の例示に限定
されるものではない。広範囲な用途に応用可能となる。
されるものではない。広範囲な用途に応用可能となる。
【００３２】
【発明の効果】この発明により、全く新しい光・電子デ
バイスとして不揮発性メモリ、光（マイクロ波）スイッ
チまたは変調器等の各種領域への応用が拡がる。高性
能、高密度デバイスとして有用である。
バイスとして不揮発性メモリ、光（マイクロ波）スイッ
チまたは変調器等の各種領域への応用が拡がる。高性
能、高密度デバイスとして有用である。
【図１】この発明のデバイスの基本構造を示した断面図
である。
である。
【図２】図１に対応する磁化状態図である。
【図３】電子の磁化と距離との相関図である。
【図４】ＣｏＡｌ層の埋め込み構造を示した断面構成図
である。
である。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、各々、図
４の各層についてのＲＨＥＥＤパターン図である。
４の各層についてのＲＨＥＥＤパターン図である。
【図６】＜ＩＩＯ＞断面のＴＥＭ像図である。
【図７】ＣｏＡｌ層のシート抵抗の温度依存性を示した
抵抗・温度相関図である。
抵抗・温度相関図である。
【図８】ＣｏＡｌ層のＸ線回折スペクトル図である。
【図９】電界効果型揮発性メモリを示した断面図であ
る。
る。
【図１０】図９に対応する平面図である。
【図１１】光・マイクロ波スイッチまたは変調器の基本
構造を示した断面斜視図である。
構造を示した断面斜視図である。
【図１２】図１１に対応する平面図である。
【図１３】光マトリックスメモリまたは変調器の基本構
造を示した断面図である。
造を示した断面図である。
【図１４】図１３を素子とする光スイッチ、光変調器を
示した斜視図である。
示した斜視図である。
【図１５】書き換え可能光磁気メモリディスクを示した
断面図である。
断面図である。
【図１６】図１５と同様の断面図である。
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体層を介して磁性体層を積層配設し
てなる構造を有することを特徴とする光・電子デバイ
ス。 - 【請求項２】 請求項１のデバイスからなる電界効果型
不揮発性メモリ。 - 【請求項３】 請求項１のデバイスからなる光・マイク
ロ波スイッチまたは変調器。 - 【請求項４】 請求項１のデバイスからなる光マトリッ
クスメモリまたは変調器。 - 【請求項５】 請求項１のデバイスからなる光・電気マ
トリックスメモリまたは変調器。 - 【請求項６】 請求項１のデバイスからなる書き込み可
能な光磁気メモリディスク。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4051925A JP2728825B2 (ja) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | 光・電子デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4051925A JP2728825B2 (ja) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | 光・電子デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05259403A true JPH05259403A (ja) | 1993-10-08 |
| JP2728825B2 JP2728825B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=12900456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4051925A Expired - Fee Related JP2728825B2 (ja) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | 光・電子デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2728825B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007069638A1 (ja) * | 2005-12-13 | 2007-06-21 | National Institute For Materials Science | 磁性人工超格子とその製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63177459A (ja) * | 1987-01-16 | 1988-07-21 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| JPS63306599A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-14 | レイセオン・カンパニー | 非揮発性放射線硬性ランダム・アクセス・メモリー |
| JPH03200084A (ja) * | 1989-12-28 | 1991-09-02 | Casio Comput Co Ltd | 磁気センサ |
-
1992
- 1992-03-10 JP JP4051925A patent/JP2728825B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63177459A (ja) * | 1987-01-16 | 1988-07-21 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| JPS63306599A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-14 | レイセオン・カンパニー | 非揮発性放射線硬性ランダム・アクセス・メモリー |
| JPH03200084A (ja) * | 1989-12-28 | 1991-09-02 | Casio Comput Co Ltd | 磁気センサ |
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| WO2007069638A1 (ja) * | 2005-12-13 | 2007-06-21 | National Institute For Materials Science | 磁性人工超格子とその製造方法 |
| JP4831629B2 (ja) * | 2005-12-13 | 2011-12-07 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 磁性人工超格子とその製造方法 |
| US8313846B2 (en) | 2005-12-13 | 2012-11-20 | National Institute Of Materials Science | Magnetic artificial superlattice and method for producing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2728825B2 (ja) | 1998-03-18 |
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| Story | Semiconductor ferromagnetic structures |
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