JPH0888422A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents
磁気抵抗効果素子Info
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- JPH0888422A JPH0888422A JP6222245A JP22224594A JPH0888422A JP H0888422 A JPH0888422 A JP H0888422A JP 6222245 A JP6222245 A JP 6222245A JP 22224594 A JP22224594 A JP 22224594A JP H0888422 A JPH0888422 A JP H0888422A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】低磁場で大きな磁気抵抗変化率が得られ、かつ
十分小さいサイズが可能な磁気抵抗効果素子を提供する
ことにある。 【構成】ヘテロ接合を用いて形成された２次元電子系の
基体１と、その基体１上に設けられた、電子が入り込め
ない領域である複数のアンチドット５とを有し、前記ア
ンチドット４が電子の平均自由行程より十分短くなるよ
うな周期で格子状に配列され、かつ前記アンチドットに
よる反発ポテンシャルの山の間を電子がバリステックに
運動可能なアンチドット超格子により磁気抵抗効果素子
を構成する。この場合に、前記アンチドット超格子にお
けるアンチドット５の周期をａ(nm)、電子の電荷をｅ、
プランク定数をｈとし、磁気抵抗のピークを与える磁場
をＨとした場合に、Ｈ＝｛３２ｈ´／（ｅａ2 ）｝×ｍ
（ただし、ｈ´＝ｈ／２π）および０．８＜ｍ＜１．２
または１．８＜ｍ＜２．２を満たす。
十分小さいサイズが可能な磁気抵抗効果素子を提供する
ことにある。 【構成】ヘテロ接合を用いて形成された２次元電子系の
基体１と、その基体１上に設けられた、電子が入り込め
ない領域である複数のアンチドット５とを有し、前記ア
ンチドット４が電子の平均自由行程より十分短くなるよ
うな周期で格子状に配列され、かつ前記アンチドットに
よる反発ポテンシャルの山の間を電子がバリステックに
運動可能なアンチドット超格子により磁気抵抗効果素子
を構成する。この場合に、前記アンチドット超格子にお
けるアンチドット５の周期をａ(nm)、電子の電荷をｅ、
プランク定数をｈとし、磁気抵抗のピークを与える磁場
をＨとした場合に、Ｈ＝｛３２ｈ´／（ｅａ2 ）｝×ｍ
（ただし、ｈ´＝ｈ／２π）および０．８＜ｍ＜１．２
または１．８＜ｍ＜２．２を満たす。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アンチドット超格子ま
たは内部にアンチドットを備えた電子チャネル領域を利
用した大きな磁気抵抗変化率を有する磁気抵抗効果素子
に関する。
たは内部にアンチドットを備えた電子チャネル領域を利
用した大きな磁気抵抗変化率を有する磁気抵抗効果素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素
子は、磁界センサや磁気ヘッドとして広く利用されてい
る。磁性体を用いた磁気抵抗効果素子としては、２％程
度の磁気抵抗変化率を示すパーマロイ合金薄膜が広く用
いられているが、温度安定性に優れているという特徴を
有する反面、磁気抵抗変化率が小さいため十分な感度が
得られないという問題点がある。
子は、磁界センサや磁気ヘッドとして広く利用されてい
る。磁性体を用いた磁気抵抗効果素子としては、２％程
度の磁気抵抗変化率を示すパーマロイ合金薄膜が広く用
いられているが、温度安定性に優れているという特徴を
有する反面、磁気抵抗変化率が小さいため十分な感度が
得られないという問題点がある。
【０００３】これに対し、近年、磁性層と非磁性層とが
数オングストロームから数十オングストロームのオーダ
ーの周期で交互に積層された構造を有し、非磁性金属層
を介して上下の磁性層が反平行に磁気的カップリングし
た人工格子膜が、パーマロイ薄膜に比べて１桁以上大き
な磁気抵抗効果を示すとして注目されている。しかし、
素子の大きさが２μｍ以下になると製造工程における熱
処理や磁歪により感度が低下し素子の小形化のうえで問
題がある。
数オングストロームから数十オングストロームのオーダ
ーの周期で交互に積層された構造を有し、非磁性金属層
を介して上下の磁性層が反平行に磁気的カップリングし
た人工格子膜が、パーマロイ薄膜に比べて１桁以上大き
な磁気抵抗効果を示すとして注目されている。しかし、
素子の大きさが２μｍ以下になると製造工程における熱
処理や磁歪により感度が低下し素子の小形化のうえで問
題がある。
【０００４】また、ＩｎＳｂで形成されるホール素子
は、小さい直径のバブル磁区の検出に適しており、温度
依存性も問題にする程ではないので注目されているが、
素子の大きさが２０μｍ以上と大きくしかも４端子であ
るという欠点を有している。
は、小さい直径のバブル磁区の検出に適しており、温度
依存性も問題にする程ではないので注目されているが、
素子の大きさが２０μｍ以上と大きくしかも４端子であ
るという欠点を有している。
【０００５】一方、アンチドット超格子は、大きな磁気
抵抗効果素子を示し、かつ小形化の要求を満たすことが
期待されるため、アンチドットの周期ａ＝２００〜３０
０ｎｍ、アンチドットの直径ｄ＝１００ｎｍ、磁場Ｈ＝
０．２〜１．０Ｔにおいて研究が進められている（Phy
s.Rev.Lett.2790,vol.66,no.21,1990、Physica Ｂ 184
(1993)398-402 ）。アンチドット超格子は、ヘテロ接合
を用いて形成される２次元電子系に、電子が入り込めな
いアンチドットが正方格子状に形成されたものであり、
作成が比較的容易で実験の再現性が非常に良いという特
徴を有しているが、実際の磁気抵抗効果素子に適用され
る磁場は通常１０００gauss 以下であり、実デバイスへ
の応用を考慮した場合には、上述の実験が行われている
０．２〜１．０Ｔもの高磁場は高すぎるという問題点が
ある。
抵抗効果素子を示し、かつ小形化の要求を満たすことが
期待されるため、アンチドットの周期ａ＝２００〜３０
０ｎｍ、アンチドットの直径ｄ＝１００ｎｍ、磁場Ｈ＝
０．２〜１．０Ｔにおいて研究が進められている（Phy
s.Rev.Lett.2790,vol.66,no.21,1990、Physica Ｂ 184
(1993)398-402 ）。アンチドット超格子は、ヘテロ接合
を用いて形成される２次元電子系に、電子が入り込めな
いアンチドットが正方格子状に形成されたものであり、
作成が比較的容易で実験の再現性が非常に良いという特
徴を有しているが、実際の磁気抵抗効果素子に適用され
る磁場は通常１０００gauss 以下であり、実デバイスへ
の応用を考慮した場合には、上述の実験が行われている
０．２〜１．０Ｔもの高磁場は高すぎるという問題点が
ある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みて成されたものであり、その目的は、低磁場で大き
な磁気抵抗変化率が得られ、かつ十分小さいサイズが可
能な磁気抵抗効果素子を提供することにある。
鑑みて成されたものであり、その目的は、低磁場で大き
な磁気抵抗変化率が得られ、かつ十分小さいサイズが可
能な磁気抵抗効果素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決しようとする手段および作用】本発明は、
上記課題を解決するために、第１に、ヘテロ接合を用い
て形成された２次元電子系の基体と、その基体上に設け
られた、電子が入り込めない領域である複数のアンチド
ットとを有し、前記アンチドットが電子の平均自由行程
より十分短くなるような周期で格子状に配列され、かつ
前記アンチドットによる反発ポテンシャルの山の間を電
子がバリステックに運動可能なアンチドット超格子を備
えた磁気抵抗効果素子であって、前記アンチドット超格
子におけるアンチドットの周期をａ(nm)、電子の電荷を
ｅ、プランク定数をｈとし、磁気抵抗効果のピークを与
える磁場をＨとした場合に、 Ｈ＝｛３２ｈ´／（ｅａ2 ）｝×ｍ（ただし、ｈ´＝ｈ
／２π）、および０．８＜ｍ＜１．２または１．８＜ｍ
＜２．２ を満たすことを特徴とする磁気抵抗効果素子を提供す
る。
上記課題を解決するために、第１に、ヘテロ接合を用い
て形成された２次元電子系の基体と、その基体上に設け
られた、電子が入り込めない領域である複数のアンチド
ットとを有し、前記アンチドットが電子の平均自由行程
より十分短くなるような周期で格子状に配列され、かつ
前記アンチドットによる反発ポテンシャルの山の間を電
子がバリステックに運動可能なアンチドット超格子を備
えた磁気抵抗効果素子であって、前記アンチドット超格
子におけるアンチドットの周期をａ(nm)、電子の電荷を
ｅ、プランク定数をｈとし、磁気抵抗効果のピークを与
える磁場をＨとした場合に、 Ｈ＝｛３２ｈ´／（ｅａ2 ）｝×ｍ（ただし、ｈ´＝ｈ
／２π）、および０．８＜ｍ＜１．２または１．８＜ｍ
＜２．２ を満たすことを特徴とする磁気抵抗効果素子を提供す
る。
【０００８】第２に、前記第１の発明において、前記ア
ンチドットの周期ａを３２５ｎｍを以上、前記アンチド
ットの直径ｄを１００ｎｍ以上とし、前記アンチドット
超格子の２次元電子密度をｎとした場合に、 ｎ×ａ2 ≦（３２／π）×１４．０ を満たすことを特徴とする記載の磁気抵抗効果素子を提
供する。
ンチドットの周期ａを３２５ｎｍを以上、前記アンチド
ットの直径ｄを１００ｎｍ以上とし、前記アンチドット
超格子の２次元電子密度をｎとした場合に、 ｎ×ａ2 ≦（３２／π）×１４．０ を満たすことを特徴とする記載の磁気抵抗効果素子を提
供する。
【０００９】第３に、ヘテロ接合を用いて形成された２
次元電子系の基体と、その基体上に設けられた電子チャ
ネル領域と、その電子チャネル領域の内部に形成され
た、電子が入り込めないアンチドット領域と、前記電子
チャネル領域の周囲に形成された電子が入り込めない領
域とを具備することを特徴とする磁気抵抗効果素子を提
供する。
次元電子系の基体と、その基体上に設けられた電子チャ
ネル領域と、その電子チャネル領域の内部に形成され
た、電子が入り込めないアンチドット領域と、前記電子
チャネル領域の周囲に形成された電子が入り込めない領
域とを具備することを特徴とする磁気抵抗効果素子を提
供する。
【００１０】第４に、前記第３の発明において、前記電
子チャネル領域および前記アンチドット領域の大きさを
変化させるための電極手段を具備することを特徴とする
磁気抵抗効果素子を提供する。
子チャネル領域および前記アンチドット領域の大きさを
変化させるための電極手段を具備することを特徴とする
磁気抵抗効果素子を提供する。
【００１１】第５に、前記第３または第４の発明におい
て、前記電子チャネル領域の電子の入口および出口に、
電子チャネル領域内に一定以上の電子が保持されるよう
に設けられた量子ポイントコンタクトを有することを特
徴とする磁気抵抗効果素子を提供する。
て、前記電子チャネル領域の電子の入口および出口に、
電子チャネル領域内に一定以上の電子が保持されるよう
に設けられた量子ポイントコンタクトを有することを特
徴とする磁気抵抗効果素子を提供する。
【００１２】第６に、前記第３ないし第５のいずれかの
発明において、前記電子チャネル領域の直径をｄ1 、電
子の電荷をｅ、プランク定数をｈとし、磁気抵抗効果の
ピークを与える磁場をＨとした場合に、 Ｈ＝｛１６ｈ´／（ｅｄ1 2 ）｝×ｍ（ただし、ｈ´＝
２／π）、および０．８＜ｍ＜１．２または１．８＜ｍ
＜２．２ を満たすことを特徴とする磁気抵抗効果素子を提供す
る。
発明において、前記電子チャネル領域の直径をｄ1 、電
子の電荷をｅ、プランク定数をｈとし、磁気抵抗効果の
ピークを与える磁場をＨとした場合に、 Ｈ＝｛１６ｈ´／（ｅｄ1 2 ）｝×ｍ（ただし、ｈ´＝
２／π）、および０．８＜ｍ＜１．２または１．８＜ｍ
＜２．２ を満たすことを特徴とする磁気抵抗効果素子を提供す
る。
【００１３】第７に、第６の発明において、さらに、前
記アンチドットの直径ｄ2 が１００ｎｍ以上、前記ｄ1
が３２５ｎｍ以上であり、前記チャネル領域の電子密度
をｎとした場合に、 ｎ×ｄ1 2 ≦（１６／π）×１４．０ を満たすことを特徴とする磁気抵抗効果素子を提供す
る。
記アンチドットの直径ｄ2 が１００ｎｍ以上、前記ｄ1
が３２５ｎｍ以上であり、前記チャネル領域の電子密度
をｎとした場合に、 ｎ×ｄ1 2 ≦（１６／π）×１４．０ を満たすことを特徴とする磁気抵抗効果素子を提供す
る。
【００１４】以下、この発明について詳細に説明する。
本発明は、２つの態様を有しており、第１の態様は上述
したPhys.Rev.Lett.2790,vol.66,no.21,1990、Physica
Ｂ 184(1993)398-402 におけるアンチドット超格子の実
験に基づくものであり、第２の態様はアンチドットを応
用した基本的に全く新規の素子である。
本発明は、２つの態様を有しており、第１の態様は上述
したPhys.Rev.Lett.2790,vol.66,no.21,1990、Physica
Ｂ 184(1993)398-402 におけるアンチドット超格子の実
験に基づくものであり、第２の態様はアンチドットを応
用した基本的に全く新規の素子である。
【００１５】まず第１態様に係る磁気抵抗効果素子につ
いて説明する。この磁気抵抗効果素子は、ヘテロ接合を
用いて形成された２次元電子系の基体上に、電子が入り
込めない領域である複数のアンチドットを格子状に形成
したアンチドット超格子を備えている。このアンチドッ
ト超格子は、アンチドットが電子の平均自由行程より十
分短くなるような周期で配列され、アンチドットによる
反発ポテンシャルの山の間を電子がバリステックに運動
可能に構成されている。
いて説明する。この磁気抵抗効果素子は、ヘテロ接合を
用いて形成された２次元電子系の基体上に、電子が入り
込めない領域である複数のアンチドットを格子状に形成
したアンチドット超格子を備えている。このアンチドッ
ト超格子は、アンチドットが電子の平均自由行程より十
分短くなるような周期で配列され、アンチドットによる
反発ポテンシャルの山の間を電子がバリステックに運動
可能に構成されている。
【００１６】Phys.Rev.Lett. 2790,vol.66,no.21,199
0、Physica Ｂ 184(1993)398-402 のアンチドット超格
子を用いた実験は数１０００gauss から１Ｔという強磁
場下で行われたものであるが、磁気抵抗にピークを与え
る磁場Ｈ、アンチドットの周期ａ、アンチドットの直径
ｄ、電子密度ｎには、以下の式で示す関係があることが
見出される。
0、Physica Ｂ 184(1993)398-402 のアンチドット超格
子を用いた実験は数１０００gauss から１Ｔという強磁
場下で行われたものであるが、磁気抵抗にピークを与え
る磁場Ｈ、アンチドットの周期ａ、アンチドットの直径
ｄ、電子密度ｎには、以下の式で示す関係があることが
見出される。
【００１７】
【数１】
【００１８】なお、上記式において、ｈはプランク定
数、ｃは光速、ｍ* はキャリアの有効質量である。ま
た、ｍ、ｎ''は整数値から±０．２の範囲（ただし±
０．２自体は含まず）の値である（±０．２は誤差）。
数、ｃは光速、ｍ* はキャリアの有効質量である。ま
た、ｍ、ｎ''は整数値から±０．２の範囲（ただし±
０．２自体は含まず）の値である（±０．２は誤差）。
【００１９】ここで、ｍは種々の値をとることが可能で
あるが、ｍの値が大きくなると磁気抵抗が結果として小
さくなる。したがって、大きな磁気抵抗効果を得るため
には、ｍは０．８＜ｍ＜１．２または１．８＜ｍ＜２．
２を満足する必要がある。このようなことは本発明者が
初めて見出したことであり、上記関係を用いることによ
り、磁場の大きさにかかわらず、大きな磁気抵抗変化率
を示すアンチドットの周期ａ、アンチドットの直径ｄ、
電子密度ｎの値を設定することができる。
あるが、ｍの値が大きくなると磁気抵抗が結果として小
さくなる。したがって、大きな磁気抵抗効果を得るため
には、ｍは０．８＜ｍ＜１．２または１．８＜ｍ＜２．
２を満足する必要がある。このようなことは本発明者が
初めて見出したことであり、上記関係を用いることによ
り、磁場の大きさにかかわらず、大きな磁気抵抗変化率
を示すアンチドットの周期ａ、アンチドットの直径ｄ、
電子密度ｎの値を設定することができる。
【００２０】また、上記関係を満たすことを前提とし
て、さらにアンチドットの周期ａを３２５ｎｍ以上、前
記アンチドットの直径ｄを１００ｎｍ以上とし、前記ア
ンチドット超格子の２次元電子密度をｎとした場合に、 ｎ×ａ2 ≦（３２／π）×１４．０ を満たせば、１０００gauss 以下の実デバイスに適用可
能な磁場において、一層大きな磁気抵抗効果を得ること
ができる。
て、さらにアンチドットの周期ａを３２５ｎｍ以上、前
記アンチドットの直径ｄを１００ｎｍ以上とし、前記ア
ンチドット超格子の２次元電子密度をｎとした場合に、 ｎ×ａ2 ≦（３２／π）×１４．０ を満たせば、１０００gauss 以下の実デバイスに適用可
能な磁場において、一層大きな磁気抵抗効果を得ること
ができる。
【００２１】次に第２の態様に係る磁気抵抗効果素子に
ついて説明する。この態様は第１の態様とは異なり、ア
ンチドット超格子ではなく、アンチドットそのものを利
用した素子であり、ヘテロ接合を用いて形成された２次
元電子系の基体上に電子チャネル領域を設け、その内部
にアンチドット領域を設け、さらにその外側に電子が入
り込めない領域を設けた素子である。
ついて説明する。この態様は第１の態様とは異なり、ア
ンチドット超格子ではなく、アンチドットそのものを利
用した素子であり、ヘテロ接合を用いて形成された２次
元電子系の基体上に電子チャネル領域を設け、その内部
にアンチドット領域を設け、さらにその外側に電子が入
り込めない領域を設けた素子である。
【００２２】この素子においては、磁気抵抗にピークを
与える磁場Ｈ、電子チャネルの直径ｄ1 、アンチドット
直径ｄ2 、電子密度ｎの間に、円形ビリヤードモデルに
基づく以下の関係が成立する。
与える磁場Ｈ、電子チャネルの直径ｄ1 、アンチドット
直径ｄ2 、電子密度ｎの間に、円形ビリヤードモデルに
基づく以下の関係が成立する。
【００２３】
【数２】
【００２４】なお、上記式において、ｈはプランク定
数、ｃは光速、ｍ* はキャリアの有効質量である。ま
た、ｍ、ｎ''は整数値から±０．２の範囲（ただし±
０．２自体は含まず）の値である（±０．２は誤差）。
数、ｃは光速、ｍ* はキャリアの有効質量である。ま
た、ｍ、ｎ''は整数値から±０．２の範囲（ただし±
０．２自体は含まず）の値である（±０．２は誤差）。
【００２５】上記関係式は、第１の態様のアンチドット
超格子の磁気抵抗効果の実験に基づいて導出したもので
あり、第１の態様における関係式と類似している。そし
て、この態様においても、第１の態様の場合と同様、ｍ
は０．８＜ｍ＜１．２または１．８＜ｍ＜２．２におい
て高い磁気抵抗効果が得られる。また、さらにｄ1 を３
２５ｎｍ以上、前記ｄ1 の直径ｄを１００ｎｍ以上と
し、前記アンチドット超格子の２次元電子密度をｎとし
た場合に、 ｎ×ａ2 ≦（３２／π）×１４．０ を満たせば、１０００gauss 以下の実デバイスに適用可
能な磁場において、一層大きな磁気抵抗効果を得ること
ができる。
超格子の磁気抵抗効果の実験に基づいて導出したもので
あり、第１の態様における関係式と類似している。そし
て、この態様においても、第１の態様の場合と同様、ｍ
は０．８＜ｍ＜１．２または１．８＜ｍ＜２．２におい
て高い磁気抵抗効果が得られる。また、さらにｄ1 を３
２５ｎｍ以上、前記ｄ1 の直径ｄを１００ｎｍ以上と
し、前記アンチドット超格子の２次元電子密度をｎとし
た場合に、 ｎ×ａ2 ≦（３２／π）×１４．０ を満たせば、１０００gauss 以下の実デバイスに適用可
能な磁場において、一層大きな磁気抵抗効果を得ること
ができる。
【００２６】この態様においては、与えられた条件にお
いて常に大きな磁気抵抗効果を得るためには、適宜のゲ
ート電極を用いて電子チャネル領域およびアンチドット
領域の大きさを変化させることができるようにすればよ
い。この第２の態様の磁気抵抗効果素子は、第１の態様
と異なり、アンチドットが基本的に１個でよいため、さ
らにデバイスを小さくすることが可能となる。
いて常に大きな磁気抵抗効果を得るためには、適宜のゲ
ート電極を用いて電子チャネル領域およびアンチドット
領域の大きさを変化させることができるようにすればよ
い。この第２の態様の磁気抵抗効果素子は、第１の態様
と異なり、アンチドットが基本的に１個でよいため、さ
らにデバイスを小さくすることが可能となる。
【００２７】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は本発明の第１の態様に係る磁気抵抗効果素子を構成
するアンチドット超格子の構造を示す斜視図である。基
体１はＧａＡｓ基板３上にｎ−ＡｌＧａＡｓ層２がエピ
タキシャル成長により形成された変調ＧａＡｓ−ＡｌＧ
ａＡｓドープ構造を有しており、基板３とＡｌＧａＡｓ
層２との間には２次元電子ガス層４が形成される。この
基体１に周期ａで直径ｄのアンチドット５が格子状に配
置されている。なお、エピタキシャル成長は例えば分子
線エピタキシー装置により行われる。
１は本発明の第１の態様に係る磁気抵抗効果素子を構成
するアンチドット超格子の構造を示す斜視図である。基
体１はＧａＡｓ基板３上にｎ−ＡｌＧａＡｓ層２がエピ
タキシャル成長により形成された変調ＧａＡｓ−ＡｌＧ
ａＡｓドープ構造を有しており、基板３とＡｌＧａＡｓ
層２との間には２次元電子ガス層４が形成される。この
基体１に周期ａで直径ｄのアンチドット５が格子状に配
置されている。なお、エピタキシャル成長は例えば分子
線エピタキシー装置により行われる。
【００２８】ここでアンチドット５は以下のように形成
される。まず、基体１をメサエッチングすることによ
り、ホールブリッチを形成した後、電子ビーム露光とウ
エットエッチングによって正方格子状に円形状の穴を形
成する。この穴をドットと呼ぶことにする。このドット
の直径は最小１００ｎｍ程度あればよく、電子ビーム露
光とウエットエッチングによりその直径を調整すること
ができる。さらに、このドットをｎ−ＡｌＧａＡｓ層２
からＧａＡｓ基板３への電子が空乏化する程度に深く
（２次元電子ガス層４を除去する程度）エッチングす
る。
される。まず、基体１をメサエッチングすることによ
り、ホールブリッチを形成した後、電子ビーム露光とウ
エットエッチングによって正方格子状に円形状の穴を形
成する。この穴をドットと呼ぶことにする。このドット
の直径は最小１００ｎｍ程度あればよく、電子ビーム露
光とウエットエッチングによりその直径を調整すること
ができる。さらに、このドットをｎ−ＡｌＧａＡｓ層２
からＧａＡｓ基板３への電子が空乏化する程度に深く
（２次元電子ガス層４を除去する程度）エッチングす
る。
【００２９】このようなアンチドット超格子におけるア
ンチドットの周期ａは、上述のようにＨ＝｛３２ｈ´／
（ｅａ2 ）｝×ｍを満たすように設定され、さらにこの
式のｍは上述のように、０．８＜ｍ＜１．２または１．
８＜ｍ＜２．２に設定される。
ンチドットの周期ａは、上述のようにＨ＝｛３２ｈ´／
（ｅａ2 ）｝×ｍを満たすように設定され、さらにこの
式のｍは上述のように、０．８＜ｍ＜１．２または１．
８＜ｍ＜２．２に設定される。
【００３０】この式は有効質量に依存しないので、有効
質量のさらに小さい物質についても同じ磁場において磁
気抵抗のピークが現われる。また、アンチドット５の周
期ａを３２５ｎｍ以上、アンチドット５の直径ｄを１０
０ｎｍ以上とし、アンチドット超格子の２次元電子密度
をｎとした場合に、 ｎ×ａ2 ≦（３２／π）×１４．０ を満たせば、１０００gauss 以下の実デバイスに適用可
能な磁場において、一層大きな磁気抵抗を得ることがで
きる。
質量のさらに小さい物質についても同じ磁場において磁
気抵抗のピークが現われる。また、アンチドット５の周
期ａを３２５ｎｍ以上、アンチドット５の直径ｄを１０
０ｎｍ以上とし、アンチドット超格子の２次元電子密度
をｎとした場合に、 ｎ×ａ2 ≦（３２／π）×１４．０ を満たせば、１０００gauss 以下の実デバイスに適用可
能な磁場において、一層大きな磁気抵抗を得ることがで
きる。
【００３１】このような磁気抵抗効果素子の基体１とし
ては上記のＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓに限らず、２次元電
子系を形成するヘテロ結合を有する構造であれば適用可
能である。このような構造を有するものとしては、他に
ＡｌＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｓなどが挙げられる。
ては上記のＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓに限らず、２次元電
子系を形成するヘテロ結合を有する構造であれば適用可
能である。このような構造を有するものとしては、他に
ＡｌＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｓなどが挙げられる。
【００３２】図２は本発明の第２の態様に係る磁気抵抗
効果素子の一実施例を示す平面図である。この素子は、
上記と同じ例えばＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓからなるヘテ
ロ接合を用いて形成された２次元電子系の基体１１を有
しており、その基体１１上に電子チャネル領域１２と、
その電子チャネル領域の内部に形成されたアンチドット
領域１３と、電子チャネル領域１２周囲に形成された電
子が入り込めない領域１４が設けられている。電子チャ
ネル領域１２の電子の入口および出口は量子ポイントコ
ンタクト１５，１６がつけられており、その部分のチャ
ネルが絞られている。これにより、電子チャネル領域１
２内の電子密度が容易に一定の値に保たれる。
効果素子の一実施例を示す平面図である。この素子は、
上記と同じ例えばＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓからなるヘテ
ロ接合を用いて形成された２次元電子系の基体１１を有
しており、その基体１１上に電子チャネル領域１２と、
その電子チャネル領域の内部に形成されたアンチドット
領域１３と、電子チャネル領域１２周囲に形成された電
子が入り込めない領域１４が設けられている。電子チャ
ネル領域１２の電子の入口および出口は量子ポイントコ
ンタクト１５，１６がつけられており、その部分のチャ
ネルが絞られている。これにより、電子チャネル領域１
２内の電子密度が容易に一定の値に保たれる。
【００３３】この例では、アンチドット領域１３および
領域１４は、基本的に前記アンチドット５と同様に形成
される。すなわち、まず、基体１１をメサエッチングす
ることにより、ホールブリッチを形成した後、電子ビー
ム露光とウエットエッチングによって領域１３、１４に
対応した穴（ドット）を形成する。ドットの直径は電子
ビーム露光とウエットエッチングによりその直径を調整
することができる。さらに、このドットをｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ層からＧａＡｓ基板への電子が空乏化する程度に深
く（２次元電子ガス層４を除去する程度）エッチングす
る。
領域１４は、基本的に前記アンチドット５と同様に形成
される。すなわち、まず、基体１１をメサエッチングす
ることにより、ホールブリッチを形成した後、電子ビー
ム露光とウエットエッチングによって領域１３、１４に
対応した穴（ドット）を形成する。ドットの直径は電子
ビーム露光とウエットエッチングによりその直径を調整
することができる。さらに、このドットをｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ層からＧａＡｓ基板への電子が空乏化する程度に深
く（２次元電子ガス層４を除去する程度）エッチングす
る。
【００３４】この素子における電子チャネル領域１２の
直径ｄ1 は、上述のように、Ｈ＝｛１６ｈ´／（ｅｄ1
2 ）｝×ｍを満たすように設定され、さらにこの式のｍ
は上述のように、０．８＜ｍ＜１．２または１．８＜ｍ
＜２．２に設定される。
直径ｄ1 は、上述のように、Ｈ＝｛１６ｈ´／（ｅｄ1
2 ）｝×ｍを満たすように設定され、さらにこの式のｍ
は上述のように、０．８＜ｍ＜１．２または１．８＜ｍ
＜２．２に設定される。
【００３５】この式も有効質量に依存しないので、有効
質量のさらに小さい物質についても同じ磁場において磁
気抵抗のピークが現われる。また、アンチドット領域の
直径ｄ2 を１００ｎｍ以上、電子チャネル領域の直径ｄ
1 を３２５ｎｍ以上とし、前記チャネル領域の電子密度
をｎとした場合に、ｎ×ｄ1 2 ≦（１６／π）×１４．
０を満たせば、１０００gauss 以下の実デバイスに適用
可能な磁場において、一層大きな磁気抵抗効果を得るこ
とができる。
質量のさらに小さい物質についても同じ磁場において磁
気抵抗のピークが現われる。また、アンチドット領域の
直径ｄ2 を１００ｎｍ以上、電子チャネル領域の直径ｄ
1 を３２５ｎｍ以上とし、前記チャネル領域の電子密度
をｎとした場合に、ｎ×ｄ1 2 ≦（１６／π）×１４．
０を満たせば、１０００gauss 以下の実デバイスに適用
可能な磁場において、一層大きな磁気抵抗効果を得るこ
とができる。
【００３６】なお、この実施例でも基体としては２次元
電子系を形成するヘテロ結合を有する構造であれば適用
可能である。図３は本発明の第２の態様に係る磁気抵抗
効果素子の他の実施例を示す平面図である。この実施例
も上記と同じ例えばＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓからなるヘ
テロ接合を用いて形成された２次元電子系の基体１１を
有しており、そのＡｌＧａＡｓ層上の、前記領域１４に
対応する位置にゲート電極２３，２４を設け、その上に
絶縁膜を介してアンチドット領域１３に対応する位置に
ゲート電極２５を設ける。そして、これらのゲート電極
２３，２４，２５からバイアスを供給することにより、
これらに対応する部分に領域１３，１４を形成し、それ
らの間の領域を電子チャネル領域１２とする。そして、
ソース電極２１、ドレイン電極２２により電子チャネル
１２に電子を供給する。この場合には、ゲート電極２
３，２４，２５のバイアスを調整することにより、電子
チャネル領域１２の直径ｄ1 およびアンチドット領域１
３の直径ｄ2 を変化させることができ、これにより磁気
抵抗にピークの現われる磁場の値を可変にすることがで
き、与えられた条件下で常に大きな磁気抵抗効果を得る
ことができる。この例では、領域１３，１４をエッチン
グしないので製造が容易である。
電子系を形成するヘテロ結合を有する構造であれば適用
可能である。図３は本発明の第２の態様に係る磁気抵抗
効果素子の他の実施例を示す平面図である。この実施例
も上記と同じ例えばＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓからなるヘ
テロ接合を用いて形成された２次元電子系の基体１１を
有しており、そのＡｌＧａＡｓ層上の、前記領域１４に
対応する位置にゲート電極２３，２４を設け、その上に
絶縁膜を介してアンチドット領域１３に対応する位置に
ゲート電極２５を設ける。そして、これらのゲート電極
２３，２４，２５からバイアスを供給することにより、
これらに対応する部分に領域１３，１４を形成し、それ
らの間の領域を電子チャネル領域１２とする。そして、
ソース電極２１、ドレイン電極２２により電子チャネル
１２に電子を供給する。この場合には、ゲート電極２
３，２４，２５のバイアスを調整することにより、電子
チャネル領域１２の直径ｄ1 およびアンチドット領域１
３の直径ｄ2 を変化させることができ、これにより磁気
抵抗にピークの現われる磁場の値を可変にすることがで
き、与えられた条件下で常に大きな磁気抵抗効果を得る
ことができる。この例では、領域１３，１４をエッチン
グしないので製造が容易である。
【００３７】また、この例でも、Ｈ＝｛３２ｈ´／（ｅ
ａ2 ）｝×ｍ、および ０．８＜ｍ＜１．２または１．８＜ｍ＜２．２ を満たしており、また、アンチドット領域の直径ｄ2 を
１００ｎｍ以上、電子チャネル領域の直径ｄ1 を３２５
ｎｍ以上とし、前記チャネル領域の電子密度をｎとした
場合に、ｎ×ｄ1 2 ≦（１６／π）×１４．０を満たせ
ば、１０００gauss 以下の実デバイスに適用可能な磁場
において、一層大きな磁気抵抗効果を得ることができ
る。
ａ2 ）｝×ｍ、および ０．８＜ｍ＜１．２または１．８＜ｍ＜２．２ を満たしており、また、アンチドット領域の直径ｄ2 を
１００ｎｍ以上、電子チャネル領域の直径ｄ1 を３２５
ｎｍ以上とし、前記チャネル領域の電子密度をｎとした
場合に、ｎ×ｄ1 2 ≦（１６／π）×１４．０を満たせ
ば、１０００gauss 以下の実デバイスに適用可能な磁場
において、一層大きな磁気抵抗効果を得ることができ
る。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、低磁場で大きな磁気抵抗変化率が得られ、かつ十分
小さいサイズが可能な磁気抵抗効果素子を得ることがで
き、工業的寄与が大である。
ば、低磁場で大きな磁気抵抗変化率が得られ、かつ十分
小さいサイズが可能な磁気抵抗効果素子を得ることがで
き、工業的寄与が大である。
【図１】本発明の第１の態様に係る磁気抵抗効果素子を
構成するアンチドット超格子の構造を示す斜視図であ
る。
構成するアンチドット超格子の構造を示す斜視図であ
る。
【図２】本発明の第２の態様に係る磁気抵抗効果素子の
一実施例を示す平面図である。
一実施例を示す平面図である。
【図３】本発明の第２の態様に係る磁気抵抗効果素子の
他の実施例を示す平面図である。
他の実施例を示す平面図である。
１，１１……基体、２……ＡｌＧａＡｓ層、３……Ｇａ
Ａｓ基板、４……２次元電子ガス層、５……アンチドッ
ト、１２……電子チャネル領域、１３……アンチドット
領域、１４……電子が入り込まない領域、１５，１６…
…量子ポイントコンタクト、２１……ソース電極、２２
……ドレイン電極、２３，２４，２５…ゲート電極。
Ａｓ基板、４……２次元電子ガス層、５……アンチドッ
ト、１２……電子チャネル領域、１３……アンチドット
領域、１４……電子が入り込まない領域、１５，１６…
…量子ポイントコンタクト、２１……ソース電極、２２
……ドレイン電極、２３，２４，２５…ゲート電極。
Claims (7)
- 【請求項１】 ヘテロ接合を用いて形成された２次元電
子系の基体と、その基体上に設けられた、電子が入り込
めない領域である複数のアンチドットとを有し、前記ア
ンチドットが電子の平均自由行程より短くなるような周
期で格子状に配列され、かつ前記アンチドットによる反
発ポテンシャルの山の間を電子がバリステックに運動可
能なアンチドット超格子を備えた磁気抵抗効果素子であ
って、 前記アンチドット超格子におけるアンチドットの周期を
ａ(nm)、電子の電荷をｅ、プランク定数をｈとし、磁気
抵抗効果のピークを与える磁場をＨとした場合に、 Ｈ＝｛３２ｈ´／（ｅａ2 ）｝×ｍ（ただし、ｈ´＝ｈ
／２π）、および０．８＜ｍ＜１．２または１．８＜ｍ
＜２．２ を満たすことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 前記アンチドットの周期ａを３２５ｎｍ
以上、前記アンチドットの直径ｄを１００ｎｍ以上と
し、前記アンチドット超格子の２次元電子密度をｎとし
た場合に、 ｎ×ａ2 ≦（３２／π）×１４．０ を満たすことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効
果素子。 - 【請求項３】 ヘテロ接合を用いて形成された２次元電
子系の基体と、その基体上に設けられた電子チャネル領
域と、その電子チャネル領域の内部に形成された、電子
が入り込めないアンチドット領域と、前記電子チャネル
領域の周囲に形成された電子が入り込めない領域とを具
備することを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】 前記電子チャネル領域および前記アンチ
ドット領域の大きさを変化させるための電極手段を具備
することを特徴とする請求項３に記載の磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項５】 前記電子チャネル領域の電子の入口およ
び出口に、電子チャネル領域内に一定以上の電子が保持
されるように設けられた量子ポイントコンタクトを有す
ることを特徴とする請求項３または４に記載の磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項６】 前記電子チャネル領域の直径をｄ1 、電
子の電荷をｅ、プランク定数をｈとし、磁気抵抗効果の
ピークを与える磁場をＨとした場合に、 Ｈ＝｛１６ｈ´／（ｅｄ1 2 ）｝×ｍ（ただし、ｈ´＝
ｈ／２π）、および０．８＜ｍ＜１．２または１．８＜
ｍ＜２．２ を満たすことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか
１項に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項７】 前記アンチドット領域の直径ｄ2 が１０
０ｎｍ以上、前記ｄ1 が３２５ｎｍ以上であり、前記チ
ャネル領域の電子密度をｎとした場合に、 ｎ×ｄ1 2 ≦（１６／π）×１４．０ を満たすことを特徴とする請求項６に記載の磁気抵抗効
果素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6222245A JPH0888422A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 磁気抵抗効果素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6222245A JPH0888422A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 磁気抵抗効果素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0888422A true JPH0888422A (ja) | 1996-04-02 |
Family
ID=16779380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6222245A Pending JPH0888422A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 磁気抵抗効果素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0888422A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7180714B2 (en) | 2003-09-30 | 2007-02-20 | Hitachi Global Storage Technolgies Netherlands B.V. | Apparatus for providing a ballistic magnetoresistive sensor in a current perpendicular-to-plane mode |
-
1994
- 1994-09-16 JP JP6222245A patent/JPH0888422A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7180714B2 (en) | 2003-09-30 | 2007-02-20 | Hitachi Global Storage Technolgies Netherlands B.V. | Apparatus for providing a ballistic magnetoresistive sensor in a current perpendicular-to-plane mode |
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