JPH0943324A - 磁場測定方法および磁場測定装置 - Google Patents
磁場測定方法および磁場測定装置Info
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- JPH0943324A JPH0943324A JP7195244A JP19524495A JPH0943324A JP H0943324 A JPH0943324 A JP H0943324A JP 7195244 A JP7195244 A JP 7195244A JP 19524495 A JP19524495 A JP 19524495A JP H0943324 A JPH0943324 A JP H0943324A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 新規な原理に基づく磁場測定方法および磁場
測定装置に関し、スピン偏極走査型トンネル顕微鏡の技
術を用いる新たな磁気測定方法を提供する。 【解決手段】 閃亜鉛構造の結晶構造を持つ化合物半導
体のセンサ領域を有する感磁性素子を準備する工程と、
前記センサ領域に円偏光を照射して、スピン偏極状態を
発生させる工程と、前記センサ領域のスピン偏極を測定
対象磁場中で緩和させる工程と、前記センサ領域のスピ
ン偏極の緩和の度合いを測定する測定工程と、得られた
緩和の度合いから磁場の強度を検出する工程とを含む。
測定装置に関し、スピン偏極走査型トンネル顕微鏡の技
術を用いる新たな磁気測定方法を提供する。 【解決手段】 閃亜鉛構造の結晶構造を持つ化合物半導
体のセンサ領域を有する感磁性素子を準備する工程と、
前記センサ領域に円偏光を照射して、スピン偏極状態を
発生させる工程と、前記センサ領域のスピン偏極を測定
対象磁場中で緩和させる工程と、前記センサ領域のスピ
ン偏極の緩和の度合いを測定する測定工程と、得られた
緩和の度合いから磁場の強度を検出する工程とを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁場測定技術に関
し、特に新規な原理に基づく磁場測定方法および磁場測
定装置に関する。
し、特に新規な原理に基づく磁場測定方法および磁場測
定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁場検出方法として、種々の方法が知ら
れている。検出すべき磁場の値としては、アナログ量が
必要なものと、バイナリのデジタル量で十分なものとが
ある。
れている。検出すべき磁場の値としては、アナログ量が
必要なものと、バイナリのデジタル量で十分なものとが
ある。
【０００３】近年、情報記録手段として磁気記録素子が
広く用いられている。バイナリなデジタル情報が記録さ
れている場合、磁場検出手段はバイナリなデジタル磁気
情報を検出すれば足りる。
広く用いられている。バイナリなデジタル情報が記録さ
れている場合、磁場検出手段はバイナリなデジタル磁気
情報を検出すれば足りる。
【０００４】情報処理能力の大きな記録媒体として、磁
気ディスクが用いられている。磁気ディスクは、情報を
バイナリなデジタル情報として記録する。磁気ディスク
の情報読取手段としては、磁気抵抗効果を利用した磁気
抵抗ヘッドが知られている。
気ディスクが用いられている。磁気ディスクは、情報を
バイナリなデジタル情報として記録する。磁気ディスク
の情報読取手段としては、磁気抵抗効果を利用した磁気
抵抗ヘッドが知られている。
【０００５】一方、半導体の薄層を用いたホール素子
は、半導体薄層に印加される磁場Ｂの強度を ＶH ＝ｖＢ／d によって検出することができる。ここで、Ｂは検出すべ
き磁束密度であり、ｖはキャリアの走行速度であり、ｄ
は検出素子の厚さである。これらの感磁性素子は、それ
ぞれ限界を有する。
は、半導体薄層に印加される磁場Ｂの強度を ＶH ＝ｖＢ／d によって検出することができる。ここで、Ｂは検出すべ
き磁束密度であり、ｖはキャリアの走行速度であり、ｄ
は検出素子の厚さである。これらの感磁性素子は、それ
ぞれ限界を有する。
【０００６】物質表面の観察方法として、表面の電子状
態を検出することのできる走査型トンネル顕微鏡（ＳＴ
Ｍ）が開発されている。このＳＴＭにスピンの片寄り状
態、すなわち、スピン偏極状態を検出する機能を付加し
たものが報告されている。この技術をスピン偏極走査型
トンネル顕微鏡（ＳＰ−ＳＴＭ）と呼ぶ。
態を検出することのできる走査型トンネル顕微鏡（ＳＴ
Ｍ）が開発されている。このＳＴＭにスピンの片寄り状
態、すなわち、スピン偏極状態を検出する機能を付加し
たものが報告されている。この技術をスピン偏極走査型
トンネル顕微鏡（ＳＰ−ＳＴＭ）と呼ぶ。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、スピ
ン偏極走査型トンネル顕微鏡の技術を用いる新たな磁気
測定方法を提供することである。
ン偏極走査型トンネル顕微鏡の技術を用いる新たな磁気
測定方法を提供することである。
【０００８】本発明の他の目的は、高感度の磁場測定装
置を提供することである。
置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、閃亜鉛構造の結晶構造を持つ化合物半導体のセンサ
領域を有する感磁性素子を準備する工程と、前記センサ
領域に円偏光を照射して、スピン偏極状態を発生させる
工程と、前記センサ領域のスピン偏極を測定対象磁場中
で緩和させる工程と、前記センサ領域のスピン偏極の緩
和の度合いを測定する測定工程と、得られた緩和の度合
いから磁場の強度を検出する工程とを含む磁場測定方法
が提供される。
ば、閃亜鉛構造の結晶構造を持つ化合物半導体のセンサ
領域を有する感磁性素子を準備する工程と、前記センサ
領域に円偏光を照射して、スピン偏極状態を発生させる
工程と、前記センサ領域のスピン偏極を測定対象磁場中
で緩和させる工程と、前記センサ領域のスピン偏極の緩
和の度合いを測定する測定工程と、得られた緩和の度合
いから磁場の強度を検出する工程とを含む磁場測定方法
が提供される。
【００１０】閃亜鉛構造の結晶構造を持つ化合物半導体
に円偏光を照射すると、スピン偏極状態が発生する。こ
のスピン偏極状態の緩和過程は、化合物半導体のおかれ
る磁場強度によって変化する。したがって、一定のスピ
ン偏極を発生させてから一定の時間経過後のスピン偏極
の緩和の度合いを測定することにより、磁場の強度を検
出することができる。
に円偏光を照射すると、スピン偏極状態が発生する。こ
のスピン偏極状態の緩和過程は、化合物半導体のおかれ
る磁場強度によって変化する。したがって、一定のスピ
ン偏極を発生させてから一定の時間経過後のスピン偏極
の緩和の度合いを測定することにより、磁場の強度を検
出することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例による磁
場測定方法を概略的に示す。図１（Ａ）は、本発明の実
施例による磁場測定方法のフローチャートを示す。ステ
ップＳ１で、探針内にスピン偏極を生じさせる。探針は
閃亜鉛構造の結晶構造を有する化合物半導体、たとえば
ＧａＡｓで形成される。
場測定方法を概略的に示す。図１（Ａ）は、本発明の実
施例による磁場測定方法のフローチャートを示す。ステ
ップＳ１で、探針内にスピン偏極を生じさせる。探針は
閃亜鉛構造の結晶構造を有する化合物半導体、たとえば
ＧａＡｓで形成される。
【００１２】図１（Ｂ）は、閃亜鉛構造の結晶構造を有
する化合物半導体であるＧａＡｓのバンド構造を概略的
に示す。伝導帯ｃ．ｂ．は、Ｓ1/2 の性格を有し、スピ
ンに関し、二重に縮退している。伝導帯のバンド底はΓ
6 である。価電子帯ｖ．ｂ．の上側のバンドは、Ｐ3/2
の性格を有し、重い正孔ｈｈと軽い正孔ｌｈがΓ8 で四
重に縮退している。また、下側のＰ1/2 のバンドは、ス
ピン−軌道相互作用によりスプリットし、Γ点において
Γ7 の性格を有する。Γ8 とΓ7 のエネルギ差Δは約
０．３４ｅＶであり、Γ8 とΓ6 のエネルギ差（バンド
ギャップ）は、約１．５２ｅＶである。
する化合物半導体であるＧａＡｓのバンド構造を概略的
に示す。伝導帯ｃ．ｂ．は、Ｓ1/2 の性格を有し、スピ
ンに関し、二重に縮退している。伝導帯のバンド底はΓ
6 である。価電子帯ｖ．ｂ．の上側のバンドは、Ｐ3/2
の性格を有し、重い正孔ｈｈと軽い正孔ｌｈがΓ8 で四
重に縮退している。また、下側のＰ1/2 のバンドは、ス
ピン−軌道相互作用によりスプリットし、Γ点において
Γ7 の性格を有する。Γ8 とΓ7 のエネルギ差Δは約
０．３４ｅＶであり、Γ8 とΓ6 のエネルギ差（バンド
ギャップ）は、約１．５２ｅＶである。
【００１３】図１（Ｃ）は、ＧａＡｓのバンド端におけ
る円偏光励起の選択則を示す。スピンを含めたバンド端
の状態は、Ｓ1/2 において、ｍi ＝−１／２とｍi ＝＋
１／２の２つの状態となる。また、Γ8 は、ｍi ＝−３
／２、ｍi ＝−１／２、ｍi＝＋１／２、ｍi ＝＋３／
２の４つの状態を含む。また、Γ7 はｍi ＝−１／２、
ｍi ＝＋１／２の状態を含む。
る円偏光励起の選択則を示す。スピンを含めたバンド端
の状態は、Ｓ1/2 において、ｍi ＝−１／２とｍi ＝＋
１／２の２つの状態となる。また、Γ8 は、ｍi ＝−３
／２、ｍi ＝−１／２、ｍi＝＋１／２、ｍi ＝＋３／
２の４つの状態を含む。また、Γ7 はｍi ＝−１／２、
ｍi ＝＋１／２の状態を含む。
【００１４】価電子帯から伝導帯への円偏光による励起
は、選択則の異なる右回り円偏光による励起と左回り円
偏光による励起を含む。図中、右回り円偏光による励起
を実線で示し、左回り円偏光による励起を点線で示す。
また、丸で囲んだ数字は、遷移確率の比率を示す。
は、選択則の異なる右回り円偏光による励起と左回り円
偏光による励起を含む。図中、右回り円偏光による励起
を実線で示し、左回り円偏光による励起を点線で示す。
また、丸で囲んだ数字は、遷移確率の比率を示す。
【００１５】入射円偏光を単色化し、Γ7 からΓ6 への
遷移を禁止すると、Γ8 からΓ6 への遷移のみを生じさ
せることができる。このとき、右回り円偏光を入射すれ
ば、伝導帯のｍi ＝−１／２の状態に３、ｍi ＝＋１／
２の状態に１の比率で電子を比率することができる。同
様、左回り円偏光を入射すれば、ｍi ＝−１／２状態に
１、ｍi ＝＋１／２の状態に３の比率で電子を励起する
ことができる。
遷移を禁止すると、Γ8 からΓ6 への遷移のみを生じさ
せることができる。このとき、右回り円偏光を入射すれ
ば、伝導帯のｍi ＝−１／２の状態に３、ｍi ＝＋１／
２の状態に１の比率で電子を比率することができる。同
様、左回り円偏光を入射すれば、ｍi ＝−１／２状態に
１、ｍi ＝＋１／２の状態に３の比率で電子を励起する
ことができる。
【００１６】このように、円偏光によって励起された伝
導帯の電子は、スピン状態が偏り、スピン偏極を示す。
上向きスピンの電子の数をＮ１、下向きスピンの電子の
数をＮ２とすれば、スピン偏極の度合いＰは、 Ｐ＝（Ｎ１−Ｎ２）／（Ｎ１＋Ｎ２） で表現することができる。
導帯の電子は、スピン状態が偏り、スピン偏極を示す。
上向きスピンの電子の数をＮ１、下向きスピンの電子の
数をＮ２とすれば、スピン偏極の度合いＰは、 Ｐ＝（Ｎ１−Ｎ２）／（Ｎ１＋Ｎ２） で表現することができる。
【００１７】以下、この物理量Ｐをスピン偏極率と呼
ぶ。右円偏光で励起した場合、ＧａＡｓの伝導帯は、−
５０％のスピン偏極率を有し、左円偏光で励起した場合
には、＋５０％のスピン偏極率を有する。
ぶ。右円偏光で励起した場合、ＧａＡｓの伝導帯は、−
５０％のスピン偏極率を有し、左円偏光で励起した場合
には、＋５０％のスピン偏極率を有する。
【００１８】円偏光でスピン偏極状態を励起した場合、
スピン偏極は、一定の時間で緩和し、熱平衡状態に達す
る。磁場のない状態では、上向きスピンの数と下向きス
ピンの数は熱平衡状態において等しくなる。
スピン偏極は、一定の時間で緩和し、熱平衡状態に達す
る。磁場のない状態では、上向きスピンの数と下向きス
ピンの数は熱平衡状態において等しくなる。
【００１９】ＧａＡｓに磁場を印加すると、上向きスピ
ンの状態のエネルギと下向きスピンの状態のエネルギに
差が生じる。したがって、磁場強度に応じて上向きスピ
ンの数と下向きスピンの数の熱平衡状態における比が変
化する。スピン緩和時間は一定であり、熱平衡状態が変
化することにより、スピン緩和過程に差が生じる。
ンの状態のエネルギと下向きスピンの状態のエネルギに
差が生じる。したがって、磁場強度に応じて上向きスピ
ンの数と下向きスピンの数の熱平衡状態における比が変
化する。スピン緩和時間は一定であり、熱平衡状態が変
化することにより、スピン緩和過程に差が生じる。
【００２０】図１（Ａ）に戻り、ステップＳ２におい
て、スピン偏極状態を発生した探針を、試料の発生する
磁場中に放置する。磁場中に放置された探針内のスピン
偏極は、磁場強度に応じた緩和過程を示す。
て、スピン偏極状態を発生した探針を、試料の発生する
磁場中に放置する。磁場中に放置された探針内のスピン
偏極は、磁場強度に応じた緩和過程を示す。
【００２１】ステップＳ３において、探針内のスピン偏
極状態を検出する。スピン緩和過程は、磁場に応じて変
化するため、探針内のスピン偏極状態を検出することに
より、間接的に磁場強度を検出することができる。
極状態を検出する。スピン緩和過程は、磁場に応じて変
化するため、探針内のスピン偏極状態を検出することに
より、間接的に磁場強度を検出することができる。
【００２２】図２は、以上説明した磁場測定方法を概略
的に示す。図２（Ａ）は、ＧａＡｓの探針１に左円偏光
２を照射した状態を示す。十分な強度の左円偏光を照射
することにより、上向きスピン３：下向きスピン１の割
合で伝導帯にスピン偏極した電子を励起することができ
る。
的に示す。図２（Ａ）は、ＧａＡｓの探針１に左円偏光
２を照射した状態を示す。十分な強度の左円偏光を照射
することにより、上向きスピン３：下向きスピン１の割
合で伝導帯にスピン偏極した電子を励起することができ
る。
【００２３】図２（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、ｔ秒後の
スピン偏極状態を示す。図２（Ｂ）は、磁場がない状態
でのスピン偏極状態の緩和状態を示す。左円偏光の照射
により、３：１のスピン偏極状態が発生したが、スピン
偏極状態は５：３まで緩和している（スピン偏極率＋２
５％）。なお、熱平衡に達すれば、スピン偏極状態は
１：１になる。
スピン偏極状態を示す。図２（Ｂ）は、磁場がない状態
でのスピン偏極状態の緩和状態を示す。左円偏光の照射
により、３：１のスピン偏極状態が発生したが、スピン
偏極状態は５：３まで緩和している（スピン偏極率＋２
５％）。なお、熱平衡に達すれば、スピン偏極状態は
１：１になる。
【００２４】図２（Ｃ）と（Ｄ）は、互に逆方向の外部
磁場が存在する場合のスピン偏極状態の緩和を示す。図
２（Ｃ）においては、上向きスピンが安定状態となる外
部磁場が印加されている。このため、熱平衡状態は上向
きスピンが多い状態となり、ｔ秒後のスピン偏極状態は
６：２となっている（スピン偏極率＋５０％）。図２
（Ｄ）においては、下向きスピンが安定状態となる外部
磁場が印加されている。このため、上向きスピンから下
向きスピンへの遷移がより多く生じ、スピン偏極状態は
４：４に達している（スピン偏極率０％）。このよう
に、一旦一定のスピン偏極を生じさせた後、一定時間経
過後、スピン偏極状態を測定することにより、間接的に
外部磁場の強度を検出することができる。
磁場が存在する場合のスピン偏極状態の緩和を示す。図
２（Ｃ）においては、上向きスピンが安定状態となる外
部磁場が印加されている。このため、熱平衡状態は上向
きスピンが多い状態となり、ｔ秒後のスピン偏極状態は
６：２となっている（スピン偏極率＋５０％）。図２
（Ｄ）においては、下向きスピンが安定状態となる外部
磁場が印加されている。このため、上向きスピンから下
向きスピンへの遷移がより多く生じ、スピン偏極状態は
４：４に達している（スピン偏極率０％）。このよう
に、一旦一定のスピン偏極を生じさせた後、一定時間経
過後、スピン偏極状態を測定することにより、間接的に
外部磁場の強度を検出することができる。
【００２５】図３（Ａ）は、上述したスピン偏極率の測
定により、外部磁場の強度を検出する測定方法を概略的
に示す。横軸は時間を示し、立て軸はスピン偏極率を示
す。実線は、外部磁場が存在しない時のスピン偏極の緩
和を示す。十分長い時間が経過した後には、スピン偏極
率は０に達する。
定により、外部磁場の強度を検出する測定方法を概略的
に示す。横軸は時間を示し、立て軸はスピン偏極率を示
す。実線は、外部磁場が存在しない時のスピン偏極の緩
和を示す。十分長い時間が経過した後には、スピン偏極
率は０に達する。
【００２６】外部磁場が存在する時には、熱平衡状態が
変化し、熱平衡状態におけるスピン偏極率が０ではなく
なる。上向きスピンが安定な状態となる外部磁場を印加
すると、熱平衡状態におけるスピン偏極率は＋方向に移
動し、逆方向の外部磁場を印加すれば、熱平衡状態にお
けるスピン偏極率は−方向に変化する。
変化し、熱平衡状態におけるスピン偏極率が０ではなく
なる。上向きスピンが安定な状態となる外部磁場を印加
すると、熱平衡状態におけるスピン偏極率は＋方向に移
動し、逆方向の外部磁場を印加すれば、熱平衡状態にお
けるスピン偏極率は−方向に変化する。
【００２７】したがって、スピン緩和過程も変化し、＋
方向の磁場を印加した時には破線のようにスピン緩和が
進み、−方向の外部磁場を印加した時には、点線のよう
にスピン緩和が進行する。時間軸上の一点を取り、スピ
ン偏極率を求めれば、外部磁場に応じてスピン偏極率が
変化することが判るであろう。
方向の磁場を印加した時には破線のようにスピン緩和が
進み、−方向の外部磁場を印加した時には、点線のよう
にスピン緩和が進行する。時間軸上の一点を取り、スピ
ン偏極率を求めれば、外部磁場に応じてスピン偏極率が
変化することが判るであろう。
【００２８】図３（Ｂ）は、一定時間経過後に測定した
スピン偏極率と、磁場強度の関係を概略的に示す。図
は、初期状態において、上向きスピンの数が下向きスピ
ンの数よりも多くなる（スピン偏極率が正の）励起を行
った場合を示す。下向きスピンの数が上向きスピンの数
よりも多くなる（スピン偏極率が負の）励起を行った場
合は、スピン偏極率と磁場強度との極性を反転させたも
のとなる。
スピン偏極率と、磁場強度の関係を概略的に示す。図
は、初期状態において、上向きスピンの数が下向きスピ
ンの数よりも多くなる（スピン偏極率が正の）励起を行
った場合を示す。下向きスピンの数が上向きスピンの数
よりも多くなる（スピン偏極率が負の）励起を行った場
合は、スピン偏極率と磁場強度との極性を反転させたも
のとなる。
【００２９】図４は、トンネル電流によりスピン偏極率
を測定する方法を示す。図４（Ａ）において、ｐ型Ｇａ
Ａｓで形成されたセンサ領域１は、電極８を介し、電流
計９、電圧源＋Ｖに接続されている。センサ領域１に対
し、数Åの距離で測定対象物３が配置される。測定対象
物３は接地されている。測定対象物３からは、一定の磁
場４が発生している。センサ領域１と測定対象物３の距
離が数Å程度であるため、測定対象物３とセンサ領域１
の間にトンネル電流５が流れる。このトンネル電流５を
電流計９によって検出する。
を測定する方法を示す。図４（Ａ）において、ｐ型Ｇａ
Ａｓで形成されたセンサ領域１は、電極８を介し、電流
計９、電圧源＋Ｖに接続されている。センサ領域１に対
し、数Åの距離で測定対象物３が配置される。測定対象
物３は接地されている。測定対象物３からは、一定の磁
場４が発生している。センサ領域１と測定対象物３の距
離が数Å程度であるため、測定対象物３とセンサ領域１
の間にトンネル電流５が流れる。このトンネル電流５を
電流計９によって検出する。
【００３０】ある状態から他の状態へ電子が遷移する場
合、遷移後の状態が占有されている場合、パウリの排他
律により遷移は生じにくい。トンネル電流５は、測定対
象物３からセンサ領域１に遷移する。測定対象物が磁化
していると、その内部の電子は磁化に応じたスピンを有
する。この時センサ領域１内の電子の状態により、遷移
確率が変化する。トンネル電流は、遷移前のスピンと遷
移後のスピンが逆向きの時に流れやすく、同じ向きの時
に流れにくいことが知られている。センサ領域１内にス
ピン偏極状態を発生させておくと、スピン偏極状態に応
じたトンネル電流が流れる。
合、遷移後の状態が占有されている場合、パウリの排他
律により遷移は生じにくい。トンネル電流５は、測定対
象物３からセンサ領域１に遷移する。測定対象物が磁化
していると、その内部の電子は磁化に応じたスピンを有
する。この時センサ領域１内の電子の状態により、遷移
確率が変化する。トンネル電流は、遷移前のスピンと遷
移後のスピンが逆向きの時に流れやすく、同じ向きの時
に流れにくいことが知られている。センサ領域１内にス
ピン偏極状態を発生させておくと、スピン偏極状態に応
じたトンネル電流が流れる。
【００３１】電極８には中央に窓が開けられており、セ
ンサ領域１にも凹部が形成されている。円偏光２をセン
サ領域１の先端部に入射すると、円偏光照射領域にスピ
ン偏極状態を発生させることができる。円偏光２を、右
回り偏光と左回り偏光に変化させれば、異なるスピン偏
極状態を発生させることができる。スピン偏極状態発生
後、一定時間経過後のトンネル電流を測定すれば、スピ
ン偏極状態を検出し、間接的に磁場４の強度を測定する
ことができる。このような構成により、感磁性素子ＭＳ
が構成される。
ンサ領域１にも凹部が形成されている。円偏光２をセン
サ領域１の先端部に入射すると、円偏光照射領域にスピ
ン偏極状態を発生させることができる。円偏光２を、右
回り偏光と左回り偏光に変化させれば、異なるスピン偏
極状態を発生させることができる。スピン偏極状態発生
後、一定時間経過後のトンネル電流を測定すれば、スピ
ン偏極状態を検出し、間接的に磁場４の強度を測定する
ことができる。このような構成により、感磁性素子ＭＳ
が構成される。
【００３２】図４（Ｂ）は、トンネル電流Ｉｔと磁場強
度の関係を概略的に示す。横軸はトンネル電流Ｉｔを示
し、縦軸は磁場強度を示す。測定対象物内の電子のスピ
ン方向と、センサ領域に発生させるスピン偏極状態の極
性に応じ、トンネル電流Ｉｔの変化の方向は逆転する。
度の関係を概略的に示す。横軸はトンネル電流Ｉｔを示
し、縦軸は磁場強度を示す。測定対象物内の電子のスピ
ン方向と、センサ領域に発生させるスピン偏極状態の極
性に応じ、トンネル電流Ｉｔの変化の方向は逆転する。
【００３３】トンネル電流が流れにくくなるスピン偏極
状態を発生させた場合は、時間経過と共にスピン偏極状
態が緩和し、トンネル電流は次第に流れやすくなる。ス
ピン偏極状態を保持する方向の磁場が印加されると、実
線で示すように磁場強度が強いほど緩和は遅くなる。磁
場の極性が反転すれば、曲線は逆向きの勾配になる。
状態を発生させた場合は、時間経過と共にスピン偏極状
態が緩和し、トンネル電流は次第に流れやすくなる。ス
ピン偏極状態を保持する方向の磁場が印加されると、実
線で示すように磁場強度が強いほど緩和は遅くなる。磁
場の極性が反転すれば、曲線は逆向きの勾配になる。
【００３４】逆にトンネル電流が流れやすくなるスピン
偏極状態を発生させた場合には、時間経過と共にトンネ
ル電流は次第に流れにくくなる。スピン偏極状態を保持
する方向の磁場が印加されると、破線で示すように磁場
強度が強いほど緩和が遅く、大きい電流が流れる。
偏極状態を発生させた場合には、時間経過と共にトンネ
ル電流は次第に流れにくくなる。スピン偏極状態を保持
する方向の磁場が印加されると、破線で示すように磁場
強度が強いほど緩和が遅く、大きい電流が流れる。
【００３５】スピン緩和の過程が、外部磁場の強度によ
って変化するので、トンネル電流を検出することによっ
て磁場の向き、強度を検出することができる。ところ
で、図４（Ａ）に示すように、バルク状の半導体領域に
よりセンサ領域１を形成し、その一部に辺偏光を照射す
ると、円偏光２によって発生させたスピン偏極状態が拡
散により薄まりやすい。円偏光を吸収する領域をの領域
から分離することにより、測定感度を向上させることが
できる。また、センサ領域を小面積にすより、微小領域
の磁場測定が容易になる。
って変化するので、トンネル電流を検出することによっ
て磁場の向き、強度を検出することができる。ところ
で、図４（Ａ）に示すように、バルク状の半導体領域に
よりセンサ領域１を形成し、その一部に辺偏光を照射す
ると、円偏光２によって発生させたスピン偏極状態が拡
散により薄まりやすい。円偏光を吸収する領域をの領域
から分離することにより、測定感度を向上させることが
できる。また、センサ領域を小面積にすより、微小領域
の磁場測定が容易になる。
【００３６】図４（Ｃ）は、スピン偏極状態を局在化さ
せることのできる感磁性素子ＭＳの構成を示す。ＧａＡ
ｓ基板１１の表面上に、ＧａＡｓバッファ層１２をエピ
タキシャルに成長し、その上に厚さ２〜３μｍのＡｌ
0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層１３を成長し、その上に厚さ５００
Å程度のＧａＡｓ層１４をエピタキシャル成長する。
せることのできる感磁性素子ＭＳの構成を示す。ＧａＡ
ｓ基板１１の表面上に、ＧａＡｓバッファ層１２をエピ
タキシャルに成長し、その上に厚さ２〜３μｍのＡｌ
0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層１３を成長し、その上に厚さ５００
Å程度のＧａＡｓ層１４をエピタキシャル成長する。
【００３７】ＡｌＧａＡｓ層１３は、ＧａＡｓ層１４よ
りも広いバンドギャップを有し、キャリアに対する電位
障壁を形成する。したがって、ＧａＡｓ層１４内のキャ
リアはその層内に閉じ込められる。
りも広いバンドギャップを有し、キャリアに対する電位
障壁を形成する。したがって、ＧａＡｓ層１４内のキャ
リアはその層内に閉じ込められる。
【００３８】ＧａＡｓ層１４に基板側から円偏光を効率
的に入射するため、ＧａＡｓ基板１１、ＧａＡｓバッフ
ァ層１２を貫通して窓Ｗが形成されている。この窓Ｗを
通して下方よりＧａＡｓギャップ波長に対応する波長の
円偏光を入射すれば、ＡｌＧａＡｓ層１３は透明であ
り、円偏光は効率的にＧａＡｓ層１４に供給される。
的に入射するため、ＧａＡｓ基板１１、ＧａＡｓバッフ
ァ層１２を貫通して窓Ｗが形成されている。この窓Ｗを
通して下方よりＧａＡｓギャップ波長に対応する波長の
円偏光を入射すれば、ＡｌＧａＡｓ層１３は透明であ
り、円偏光は効率的にＧａＡｓ層１４に供給される。
【００３９】なお、伝導帯にスピン偏極状態を有する電
子を励起するため、ＧａＡｓ層１４はｐ型にドープし、
このｐ型ＧａＡｓ層１４を通してトンネル電流を流すた
め、他の半導体領域もｐ型とする。基板１１の下面上に
は電極８が形成される。図４（Ｃ）に示すような感磁性
素子を図４（Ａ）の構成で用いることにより、トンネル
電流を効率的に測定することができる。
子を励起するため、ＧａＡｓ層１４はｐ型にドープし、
このｐ型ＧａＡｓ層１４を通してトンネル電流を流すた
め、他の半導体領域もｐ型とする。基板１１の下面上に
は電極８が形成される。図４（Ｃ）に示すような感磁性
素子を図４（Ａ）の構成で用いることにより、トンネル
電流を効率的に測定することができる。
【００４０】スピン偏極状態を有するキャリアを閉じ込
めるため、センサ領域を薄膜化した場合、薄膜の数を１
つに限る必要はない。図５は、積層構造を有する感磁性
素子ＭＳの構成例を示す。図５（Ａ）において、ＧａＡ
ｓ基板１１の図中下面の上に、広いバンドギャップを有
するＡｌＧａＡｓ層１３とセンサ領域となるＧａＡｓ層
１４が３対積層されている。ＡｌＧａＡｓ層１３は、Ｇ
ａＡｓのギャップ波長の入射円偏光２に対して透明であ
る。円偏光はＧａＡｓ層１４において吸収され、スピン
偏極状態を発生させる。接地された磁気ディスク３から
発生する磁場により、ＧａＡｓ層１４内でのスピン緩和
が変化する。スピン偏極状態に応じ、磁気ディスク３の
磁化領域から感磁性素子ＭＳに流れるトンネル電流が変
化し、トンネル電流の大きさにより磁場強度を検出する
ことができる。
めるため、センサ領域を薄膜化した場合、薄膜の数を１
つに限る必要はない。図５は、積層構造を有する感磁性
素子ＭＳの構成例を示す。図５（Ａ）において、ＧａＡ
ｓ基板１１の図中下面の上に、広いバンドギャップを有
するＡｌＧａＡｓ層１３とセンサ領域となるＧａＡｓ層
１４が３対積層されている。ＡｌＧａＡｓ層１３は、Ｇ
ａＡｓのギャップ波長の入射円偏光２に対して透明であ
る。円偏光はＧａＡｓ層１４において吸収され、スピン
偏極状態を発生させる。接地された磁気ディスク３から
発生する磁場により、ＧａＡｓ層１４内でのスピン緩和
が変化する。スピン偏極状態に応じ、磁気ディスク３の
磁化領域から感磁性素子ＭＳに流れるトンネル電流が変
化し、トンネル電流の大きさにより磁場強度を検出する
ことができる。
【００４１】図５（Ｂ）、（Ｃ）は、このような感磁性
素子の製造工程を説明するための概略断面図である。図
５（Ｂ）に示すように、ＧａＡｓ基板１１の上に、まず
厚さ約１０ÅのＡｌＧａＡｓ層１４ｐを成長し、その上
に厚さ約２００ÅのＧａＡｓ層１３ａ、厚さ約５０Åの
ＡｌＧａＡｓ層１４ａ、厚さ約５０ÅのＧａＡｓ層１３
ｂ、厚さ約５０ÅのＡｌＧａＡｓ層１４ｂ、厚さ約２０
０ÅのＧａＡｓ層１３ｃを順次成長する。なお、これら
の層の成長は約６００℃でＭＢＥ法により行うことがで
きる。
素子の製造工程を説明するための概略断面図である。図
５（Ｂ）に示すように、ＧａＡｓ基板１１の上に、まず
厚さ約１０ÅのＡｌＧａＡｓ層１４ｐを成長し、その上
に厚さ約２００ÅのＧａＡｓ層１３ａ、厚さ約５０Åの
ＡｌＧａＡｓ層１４ａ、厚さ約５０ÅのＧａＡｓ層１３
ｂ、厚さ約５０ÅのＡｌＧａＡｓ層１４ｂ、厚さ約２０
０ÅのＧａＡｓ層１３ｃを順次成長する。なお、これら
の層の成長は約６００℃でＭＢＥ法により行うことがで
きる。
【００４２】図５（Ｃ）に示すように、ＧａＡｓ基板１
１の表面上に、レジスト層ＰＲを塗布し、中央に開口を
有するレジストパターンをホトリソグラフィにより形成
する。このレジストパターンをマスクとし、ＨＦ＋Ｈ2
Ｏ2 ＋Ｈ2 Ｏをエッチング液とし、ＧａＡｓ基板１１の
一部厚さを残すように（たとえば基板１１が２００μｍ
厚の場合２０μｍ程度を残すように）エッチングを行
う。次に、ＣＣｌ2 Ｆ2＋Ｈｅをエッチングガスとした
反応性イオンエッチングにより、ＧａＡｓ基板１１の残
り厚さをエッチングし、ＡｌＧａＡｓ層１４ｐでエッチ
ングをストップさせる。なお、後半のエッチング条件
は、たとえばＣＣｌ2 Ｆ2 の流量を１０ｓｃｃｍとし、
Ｈｅの流量を８０ｓｃｃｍとし、圧力を約４Ｐａに保
ち、２００Ｗの高周波電力を供給して行う。
１の表面上に、レジスト層ＰＲを塗布し、中央に開口を
有するレジストパターンをホトリソグラフィにより形成
する。このレジストパターンをマスクとし、ＨＦ＋Ｈ2
Ｏ2 ＋Ｈ2 Ｏをエッチング液とし、ＧａＡｓ基板１１の
一部厚さを残すように（たとえば基板１１が２００μｍ
厚の場合２０μｍ程度を残すように）エッチングを行
う。次に、ＣＣｌ2 Ｆ2＋Ｈｅをエッチングガスとした
反応性イオンエッチングにより、ＧａＡｓ基板１１の残
り厚さをエッチングし、ＡｌＧａＡｓ層１４ｐでエッチ
ングをストップさせる。なお、後半のエッチング条件
は、たとえばＣＣｌ2 Ｆ2 の流量を１０ｓｃｃｍとし、
Ｈｅの流量を８０ｓｃｃｍとし、圧力を約４Ｐａに保
ち、２００Ｗの高周波電力を供給して行う。
【００４３】なお、積層構造上にもレジストパターンを
作成し、下方から励起光が入射するセンサ領域以外の部
分をエッチングにより除去すれば、より高感度のセンサ
領域構造が得られる。
作成し、下方から励起光が入射するセンサ領域以外の部
分をエッチングにより除去すれば、より高感度のセンサ
領域構造が得られる。
【００４４】以上、トンネル電流を測定することによ
り、磁場の向き、強度を検出する場合を説明したが、ス
ピン偏極状態の測定はトンネル電流に限らない。図６
は、光吸収によりスピン偏極状態の測定を示す。
り、磁場の向き、強度を検出する場合を説明したが、ス
ピン偏極状態の測定はトンネル電流に限らない。図６
は、光吸収によりスピン偏極状態の測定を示す。
【００４５】図６（Ａ）に示すように、ＧａＡｓで形成
された探針１に、同じ向きの円偏光の２つのパルス２
ａ、２ｂを入射する。図６（Ｂ）は、最初の円偏光パル
ス２ａが探針１によって吸収された状態を概略的に示
す。左回り円偏光の吸収に、探針１内の伝導帯に上向き
スピン３、下向きスピン１の比率でスピン偏極状態が励
起される。このスピン偏極状態を有する探針１に再び左
回り円偏光の２つ目のパルス２ｂが入射する。探針１内
では、スピン偏極状態の緩和が生じている。このスピン
緩和は、印加されている磁場の強度に応じて変化する。
された探針１に、同じ向きの円偏光の２つのパルス２
ａ、２ｂを入射する。図６（Ｂ）は、最初の円偏光パル
ス２ａが探針１によって吸収された状態を概略的に示
す。左回り円偏光の吸収に、探針１内の伝導帯に上向き
スピン３、下向きスピン１の比率でスピン偏極状態が励
起される。このスピン偏極状態を有する探針１に再び左
回り円偏光の２つ目のパルス２ｂが入射する。探針１内
では、スピン偏極状態の緩和が生じている。このスピン
緩和は、印加されている磁場の強度に応じて変化する。
【００４６】図６（Ｃ）は、外部磁場が存在しない時の
２つ目の光パルスの透過光を概略的に示す。スピン緩和
が一定の割合で進向しているため、透過光Ｔ0 は、図に
示すような強度となるようなものとする。
２つ目の光パルスの透過光を概略的に示す。スピン緩和
が一定の割合で進向しているため、透過光Ｔ0 は、図に
示すような強度となるようなものとする。
【００４７】図６（Ｄ）は、下向きスピンを安定化させ
るような外部磁場が印加されている場合を示す。下向き
スピンを安定化させる外部磁場が印加されると、上向き
スピンの消滅は速くなる。したがって、２つ目の左回り
円偏光２ｂの入射までにスピン緩和がより進行し、２つ
目の光パルスの吸収は強くなる。このため、透過孔Ｔ -
の強度は減少する。
るような外部磁場が印加されている場合を示す。下向き
スピンを安定化させる外部磁場が印加されると、上向き
スピンの消滅は速くなる。したがって、２つ目の左回り
円偏光２ｂの入射までにスピン緩和がより進行し、２つ
目の光パルスの吸収は強くなる。このため、透過孔Ｔ -
の強度は減少する。
【００４８】図６（Ｅ）は、上向きスピンを安定化させ
る外部磁場が印加れさている場合を示す。この場合、発
生した上向きスピンが下向きスピンに変化しにくく、２
つ目の左回り円偏光２ｂが入射されるまでに上向きスピ
ンの減少は少ない。このため、２つ目の左回り円偏光の
吸収は弱くなり、透過孔Ｔ+ は大きくなる。このよう
に、２つの円偏光パルスを探針に入射し、２つ目の光パ
ルスの透過率（光吸収）を測定することにより、間接的
に磁場の向き、強度を測定することができる。
る外部磁場が印加れさている場合を示す。この場合、発
生した上向きスピンが下向きスピンに変化しにくく、２
つ目の左回り円偏光２ｂが入射されるまでに上向きスピ
ンの減少は少ない。このため、２つ目の左回り円偏光の
吸収は弱くなり、透過孔Ｔ+ は大きくなる。このよう
に、２つの円偏光パルスを探針に入射し、２つ目の光パ
ルスの透過率（光吸収）を測定することにより、間接的
に磁場の向き、強度を測定することができる。
【００４９】なお、反射を用いても、円偏光に対する探
針１の光学定数を検出することができる。図６（Ｆ）
は、励起されたスピン偏極状態を光で検出する構成例を
示す。ＧａＡｓ基板１１の下側に３対のＡｌＧａＡｓ層
１３とＧａＡｓ層１４が積層されている。基板１１に
は、入射光を通過させるための窓Ｗが開口されている。
基板１１上方には、偏光ビームスプリッタ１７とλ／４
板１８が配置されている。
針１の光学定数を検出することができる。図６（Ｆ）
は、励起されたスピン偏極状態を光で検出する構成例を
示す。ＧａＡｓ基板１１の下側に３対のＡｌＧａＡｓ層
１３とＧａＡｓ層１４が積層されている。基板１１に
は、入射光を通過させるための窓Ｗが開口されている。
基板１１上方には、偏光ビームスプリッタ１７とλ／４
板１８が配置されている。
【００５０】上方から、図に示すように、紙面水平方向
に偏光軸方向を有する直線偏光２１が入射する。この直
線偏光２１は、偏光ビームスプリッタ１７を通過し、偏
光軸の方向に対して４５°の角度に配置されたλ／４板
１８を通過することにより、円偏光２２に変化する。こ
の円偏光２２は、感磁性素子ＭＳの積層センサ領域に入
射し、スピン偏極状態を励起する。
に偏光軸方向を有する直線偏光２１が入射する。この直
線偏光２１は、偏光ビームスプリッタ１７を通過し、偏
光軸の方向に対して４５°の角度に配置されたλ／４板
１８を通過することにより、円偏光２２に変化する。こ
の円偏光２２は、感磁性素子ＭＳの積層センサ領域に入
射し、スピン偏極状態を励起する。
【００５１】スピン偏極状態の検出の際は、上述と同様
に円偏光２２を入射し、反射光２３を得る。反射光２３
はλ／４板１８に入射する。λ／４板１８を通過した反
射光は、９０°偏光方向を回転させた直線偏光２４とな
り、偏光ビームスプリッタ１７により反射されて図中右
方に進み、ホトダイオードＰＤによって検出される。
に円偏光２２を入射し、反射光２３を得る。反射光２３
はλ／４板１８に入射する。λ／４板１８を通過した反
射光は、９０°偏光方向を回転させた直線偏光２４とな
り、偏光ビームスプリッタ１７により反射されて図中右
方に進み、ホトダイオードＰＤによって検出される。
【００５２】磁気ディスク等の測定対象物３から磁場４
が発生している場合、ＧａＡｓ層１４ａ、１４ｂ、１４
ｃ内でのスピン緩和は磁場強度によって変化する。２つ
の円偏光パルスを入射し、２つ目の円偏光パルスに対す
る光学定数を測定することにより、磁場４の向き、強度
を検出することができる。
が発生している場合、ＧａＡｓ層１４ａ、１４ｂ、１４
ｃ内でのスピン緩和は磁場強度によって変化する。２つ
の円偏光パルスを入射し、２つ目の円偏光パルスに対す
る光学定数を測定することにより、磁場４の向き、強度
を検出することができる。
【００５３】亜鉛構造のバンド構造は、応力（歪）を印
加することにより、変調することができる。図７は、歪
を持たせたセンサ領域および量子ドットを形成したセン
サ領域を有する感磁性素子ＭＳの構成例を示す。
加することにより、変調することができる。図７は、歪
を持たせたセンサ領域および量子ドットを形成したセン
サ領域を有する感磁性素子ＭＳの構成例を示す。
【００５４】図７（Ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板１
１の上に、一旦厚さ３μｍ程度のｐ型ＧａＡｓＰ層１６
をエピタキシャルに成長した後、厚さ約０．２μｍのｐ
型ＧａＡｓ層１４をエピタキシャルに成長する。ＧａＡ
ｓＰは、ＧａＡｓよりも小さな格子定数を有し、ＧａＡ
ｓ層１４に対し、格子不整合に基づく歪を与える。
１の上に、一旦厚さ３μｍ程度のｐ型ＧａＡｓＰ層１６
をエピタキシャルに成長した後、厚さ約０．２μｍのｐ
型ＧａＡｓ層１４をエピタキシャルに成長する。ＧａＡ
ｓＰは、ＧａＡｓよりも小さな格子定数を有し、ＧａＡ
ｓ層１４に対し、格子不整合に基づく歪を与える。
【００５５】図７（Ｂ）は、応力を印加した閃亜鉛構造
のバンド構造を概略的に示す。伝導帯において、重いホ
ールのバンドｈｈに対し、軽いホールのバンドｌｈが相
対的に移動し、バンドギャップが伝導帯ｃ．ｂ．と軽い
ホールの価電子帯ｌｈによって構成される。このよう
に、価電子帯の縮退を解けば、選択側が変化し、伝導帯
に上向きスピンのみまたは下向きスピンのみの電子を励
起することが可能となる。励起するスピン偏極状態がよ
り安全なものとなるため、測定精度を向上することが可
能となる。たとえ、縮退が完全に解けない場合でも、ス
ピン偏極率を大きくすることが可能となるため、測定精
度を向上することができる。
のバンド構造を概略的に示す。伝導帯において、重いホ
ールのバンドｈｈに対し、軽いホールのバンドｌｈが相
対的に移動し、バンドギャップが伝導帯ｃ．ｂ．と軽い
ホールの価電子帯ｌｈによって構成される。このよう
に、価電子帯の縮退を解けば、選択側が変化し、伝導帯
に上向きスピンのみまたは下向きスピンのみの電子を励
起することが可能となる。励起するスピン偏極状態がよ
り安全なものとなるため、測定精度を向上することが可
能となる。たとえ、縮退が完全に解けない場合でも、ス
ピン偏極率を大きくすることが可能となるため、測定精
度を向上することができる。
【００５６】図７（Ｃ）は、センサ領域に量子ドットを
形成した感磁性素子の構成例を示す。ｐ型ＧａＡｓ基板
１１の上に、ＧａＡｓ層１３で挟まれたＡｌＧａＡｓ層
１４を形成した構成を示す。三層のＧａＡｓ層１３ａ、
１３ｂ、１３ｃの間に、二層のＡｌＧａＡｓ層１４ａ、
１４ｂが形成されている。各ＡｌＧａＡｓ層１４におい
ては、ほぼＧａＡｓで形成された量子ドット１９がＡｌ
0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ領域中に散点状に形成されている。
形成した感磁性素子の構成例を示す。ｐ型ＧａＡｓ基板
１１の上に、ＧａＡｓ層１３で挟まれたＡｌＧａＡｓ層
１４を形成した構成を示す。三層のＧａＡｓ層１３ａ、
１３ｂ、１３ｃの間に、二層のＡｌＧａＡｓ層１４ａ、
１４ｂが形成されている。各ＡｌＧａＡｓ層１４におい
ては、ほぼＧａＡｓで形成された量子ドット１９がＡｌ
0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ領域中に散点状に形成されている。
【００５７】量子ドット中においては、通常上向きスピ
ンと下向きスピンの２つの電子状態しか許容されていな
い。このため、電子の遷移が簡単化され、選択則も簡単
化される。量子ドットに円偏光を照射すると、すべての
電子のスピンを上向きスピンにしたり、下向きスピンに
したりすることができる。遷移エネルギは、基底準位に
関して１．６ｅＶである。波長選択性も向上し、Ｓ／Ｎ
比が大きくなる。
ンと下向きスピンの２つの電子状態しか許容されていな
い。このため、電子の遷移が簡単化され、選択則も簡単
化される。量子ドットに円偏光を照射すると、すべての
電子のスピンを上向きスピンにしたり、下向きスピンに
したりすることができる。遷移エネルギは、基底準位に
関して１．６ｅＶである。波長選択性も向上し、Ｓ／Ｎ
比が大きくなる。
【００５８】なお、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓの遷移エネル
ギは約１．８ｅＶであり、ＧａＡｓの遷移エネルギは約
１．６ｅＶである。以上、ＡｌＧａＡｓ領域にＧａＡｓ
量子ドットを形成する場合を説明したが、他の形態の量
子ドットを作成することもできる。たとえば、ＩｎＧａ
Ａｓ領域において、Ｉｎ組成の高い量子ドットをＩｎ組
成の低い領域内に作成することもできる。
ギは約１．８ｅＶであり、ＧａＡｓの遷移エネルギは約
１．６ｅＶである。以上、ＡｌＧａＡｓ領域にＧａＡｓ
量子ドットを形成する場合を説明したが、他の形態の量
子ドットを作成することもできる。たとえば、ＩｎＧａ
Ａｓ領域において、Ｉｎ組成の高い量子ドットをＩｎ組
成の低い領域内に作成することもできる。
【００５９】図８は、感磁性素子のいくつかの形態を示
す。図８（Ａ）は、円錐形状を有するセンサ領域２６を
示す。支持部分１１の上に、バンドギャップの広いＡｌ
ＧａＡｓ等の領域１３を介してバンドギャップの狭いＧ
ａＡｓ等のセンサ領域１４が形成されている。感磁性素
子が円錐状に整形されており、その先端にセンサ領域が
配置されている。センサ領域を制限することにより、微
小領域の測定が容易になる。この場合、円偏向２はたと
えば側方より入射し、測定対象３から発生する磁場の水
平成分を測定する。
す。図８（Ａ）は、円錐形状を有するセンサ領域２６を
示す。支持部分１１の上に、バンドギャップの広いＡｌ
ＧａＡｓ等の領域１３を介してバンドギャップの狭いＧ
ａＡｓ等のセンサ領域１４が形成されている。感磁性素
子が円錐状に整形されており、その先端にセンサ領域が
配置されている。センサ領域を制限することにより、微
小領域の測定が容易になる。この場合、円偏向２はたと
えば側方より入射し、測定対象３から発生する磁場の水
平成分を測定する。
【００６０】スピン偏極状態の緩和度の測定は、トンネ
ル電流で行っても、光吸収で行ってもよい。図８（Ｂ）
（Ｂ′）は、四角錐状のセンサ領域２７の構成例を示
す。感磁性素子の中央部分には入射光を導入するための
窓Ｗが開口されている。スピン偏極状態を発生させるた
めの円偏光は、上方より窓Ｗ内に入射する。センサ領域
２７の先端は、測定対象物に近接して配置する。この場
合、測定対象物３から垂直に発生する磁場４を検出する
ことができる。なお、スピン偏極状態の緩和度の測定
は、たとえばトンネル電流によって行う。
ル電流で行っても、光吸収で行ってもよい。図８（Ｂ）
（Ｂ′）は、四角錐状のセンサ領域２７の構成例を示
す。感磁性素子の中央部分には入射光を導入するための
窓Ｗが開口されている。スピン偏極状態を発生させるた
めの円偏光は、上方より窓Ｗ内に入射する。センサ領域
２７の先端は、測定対象物に近接して配置する。この場
合、測定対象物３から垂直に発生する磁場４を検出する
ことができる。なお、スピン偏極状態の緩和度の測定
は、たとえばトンネル電流によって行う。
【００６１】図８（Ｃ）、（Ｃ′）は、楔型形状を有す
るセンサ領域２８の構成を示す。センサ領域２８は、一
方向において楔型に収束する形状を有する。この楔をプ
リズム的に利用し、円偏光２を側方から入射し、測定対
象物３から発生する磁場４の水平成分を測定する。な
お、図８（Ａ）、（Ｃ）において、図８（Ｂ）同様、上
方から円偏光を導入するための窓を設け、垂直方向に円
偏光を導入することもできる。
るセンサ領域２８の構成を示す。センサ領域２８は、一
方向において楔型に収束する形状を有する。この楔をプ
リズム的に利用し、円偏光２を側方から入射し、測定対
象物３から発生する磁場４の水平成分を測定する。な
お、図８（Ａ）、（Ｃ）において、図８（Ｂ）同様、上
方から円偏光を導入するための窓を設け、垂直方向に円
偏光を導入することもできる。
【００６２】図９は、磁場測定装置の構成例を示す。半
導体レーザ３１は、センサ領域でスピン偏極状態を発生
させるのに適した波長の光を発生する。センサ領域がＧ
ａＡｓの場合、半導体レーザ３１は、たとえば、発振波
長８３０ｎｍのチタンサファイヤレーザである。レーザ
３１から発生したレーザ光は、レンズ３２によって平衡
光束とされ、偏光方向スイッチング用のポッケルスセル
３３を介してミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３を通り、λ／４板
３５に入射する。
導体レーザ３１は、センサ領域でスピン偏極状態を発生
させるのに適した波長の光を発生する。センサ領域がＧ
ａＡｓの場合、半導体レーザ３１は、たとえば、発振波
長８３０ｎｍのチタンサファイヤレーザである。レーザ
３１から発生したレーザ光は、レンズ３２によって平衡
光束とされ、偏光方向スイッチング用のポッケルスセル
３３を介してミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３を通り、λ／４板
３５に入射する。
【００６３】λ／４板３５を透過した光は、円偏光とな
り、レンズ３６を通って感磁性素子ＭＳに入射する。感
磁性素子ＭＳは、測定対象３の近傍に配置され、測定対
象３から発生する磁場の強度を検出する。
り、レンズ３６を通って感磁性素子ＭＳに入射する。感
磁性素子ＭＳは、測定対象３の近傍に配置され、測定対
象３から発生する磁場の強度を検出する。
【００６４】図示の構成においては、測定対象３と感磁
性素子ＭＳの間に流れるトンネル電流を測定することに
より、測定対象３の発生する磁場強度を検出する。な
お、感磁性素子ＭＳを置き換え、光吸収を測定すること
によってスピン偏極状態の緩和度を測定するものとする
こともできる。
性素子ＭＳの間に流れるトンネル電流を測定することに
より、測定対象３の発生する磁場強度を検出する。な
お、感磁性素子ＭＳを置き換え、光吸収を測定すること
によってスピン偏極状態の緩和度を測定するものとする
こともできる。
【００６５】図１０は、増幅機能を備えた感磁性素子の
構成を示す。図１０（Ａ）は、トンネル電流を高電子移
動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）によって増幅する感磁性
素子を示す。半絶縁性ＧａＡｓ基板４０の上に、ノンド
ープのｉ型ＧａＡｓ層４１がエピタキシャルに成長さ
れ、さらにその上に広いバンドギャップを有し、ｎ型に
ドープされたＡｌＧａＡｓ層４２とｎ型にドープされた
ＧａＡｓ層４３が形成されている。
構成を示す。図１０（Ａ）は、トンネル電流を高電子移
動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）によって増幅する感磁性
素子を示す。半絶縁性ＧａＡｓ基板４０の上に、ノンド
ープのｉ型ＧａＡｓ層４１がエピタキシャルに成長さ
れ、さらにその上に広いバンドギャップを有し、ｎ型に
ドープされたＡｌＧａＡｓ層４２とｎ型にドープされた
ＧａＡｓ層４３が形成されている。
【００６６】このような構成によって、ｉ型ＧａＡｓ層
４１の界面近傍に２次元電子ガス４５が発生する。ｎ型
ＧａＡｓ層４３の一部が除去され、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層
４２の表面上にショットキゲート電極４７が形成されて
いる。この構成により、図中右側部分でＨＥＭＴが形成
される。なお、公知の他のＨＥＭＴ構造を用いてもよ
い。ＨＥＭＴの代わりにＭＥＳＦＥＴ等を用いてもよ
い。
４１の界面近傍に２次元電子ガス４５が発生する。ｎ型
ＧａＡｓ層４３の一部が除去され、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層
４２の表面上にショットキゲート電極４７が形成されて
いる。この構成により、図中右側部分でＨＥＭＴが形成
される。なお、公知の他のＨＥＭＴ構造を用いてもよ
い。ＨＥＭＴの代わりにＭＥＳＦＥＴ等を用いてもよ
い。
【００６７】図中左側部分において、ＧａＡｓ層４３の
表面上にｐ型ＧａＡｓのセンサ領域４６が形成されてい
る。このセンサ領域４６は、測定対象物３の近傍に配置
される。測定対象物３とセンサ領域４６との間の距離が
数Å程度に保持されると、その間にトンネル電流が流れ
る。トンネル電流は、ＨＥＭＴのゲート電極４７に接続
され、ＨＥＭＴによって増幅される。なお、センサ領域
とＨＥＭＴの間は、ｉ型ＧａＡｓ層の途中まで達する溝
４４によって分離されている。
表面上にｐ型ＧａＡｓのセンサ領域４６が形成されてい
る。このセンサ領域４６は、測定対象物３の近傍に配置
される。測定対象物３とセンサ領域４６との間の距離が
数Å程度に保持されると、その間にトンネル電流が流れ
る。トンネル電流は、ＨＥＭＴのゲート電極４７に接続
され、ＨＥＭＴによって増幅される。なお、センサ領域
とＨＥＭＴの間は、ｉ型ＧａＡｓ層の途中まで達する溝
４４によって分離されている。
【００６８】図１０（Ｂ）は、ＨＥＭＴを用いた他の構
成を示す。この構成においては、ｐ型ＧａＡｓで形成さ
れたセンサ領域４６が、直接ゲート電極を構成してい
る。また、ＡｌＧａＡｓ層４２およびＧａＡｓ層４３は
ｐ型にドープされ、ｐ型ＨＥＭＴを構成している。な
お、ｐ型センサ領域４６は、１０18ｃｍ-3程度のキャリ
ア濃度を有することが好ましい。
成を示す。この構成においては、ｐ型ＧａＡｓで形成さ
れたセンサ領域４６が、直接ゲート電極を構成してい
る。また、ＡｌＧａＡｓ層４２およびＧａＡｓ層４３は
ｐ型にドープされ、ｐ型ＨＥＭＴを構成している。な
お、ｐ型センサ領域４６は、１０18ｃｍ-3程度のキャリ
ア濃度を有することが好ましい。
【００６９】図１１は、スピン偏極状態の緩和をホトダ
イオードによって検出する構成例を示す。図１１（Ａ）
において、ＧａＡｓ基板５１の上にＡｌＧａＡｓ、Ｉｎ
ＧａＰのように広いバンドギャップを有する層５２が形
成され、その上にｐ型ＧａＡｓのセンサ領域５３がエピ
タキシャルに形成されている。このセンサ領域５３に、
円偏光２が入射される。センサ領域５３は、プリズム的
に作用し、入射円偏光２を下方に屈曲させる。図中、右
方におかれたホトダイオードＰＤがセンサ領域５３を通
過した円偏光の強度を検出する。一旦円偏光でスピン偏
極状態を発生させ、その後の緩和を透過光の強度を測定
することによって検出することにより、センサ領域５３
の磁場の向き、強度を検出することができる。
イオードによって検出する構成例を示す。図１１（Ａ）
において、ＧａＡｓ基板５１の上にＡｌＧａＡｓ、Ｉｎ
ＧａＰのように広いバンドギャップを有する層５２が形
成され、その上にｐ型ＧａＡｓのセンサ領域５３がエピ
タキシャルに形成されている。このセンサ領域５３に、
円偏光２が入射される。センサ領域５３は、プリズム的
に作用し、入射円偏光２を下方に屈曲させる。図中、右
方におかれたホトダイオードＰＤがセンサ領域５３を通
過した円偏光の強度を検出する。一旦円偏光でスピン偏
極状態を発生させ、その後の緩和を透過光の強度を測定
することによって検出することにより、センサ領域５３
の磁場の向き、強度を検出することができる。
【００７０】図１１（Ｂ）は、板状のセンサ領域１を用
いる場合を示す。センサ領域１の左方にレーザダイオー
ドＬＤが配置され、右方にホトダイオードＰＤが配置さ
れる。レーザダイオードＬＤから発生する直線偏光は、
λ／４板１８を通って円偏光となり、センサ領域１に入
射する。センサ領域１を透過した光がホトダイオードＰ
Ｄによって検出される。測定対象物３から発生した磁場
の水平方向成分が検出される。
いる場合を示す。センサ領域１の左方にレーザダイオー
ドＬＤが配置され、右方にホトダイオードＰＤが配置さ
れる。レーザダイオードＬＤから発生する直線偏光は、
λ／４板１８を通って円偏光となり、センサ領域１に入
射する。センサ領域１を透過した光がホトダイオードＰ
Ｄによって検出される。測定対象物３から発生した磁場
の水平方向成分が検出される。
【００７１】図１２は、図１１（Ｂ）に示す構成をより
具体化した構成を示す。半導体絶縁生ＧａＡｓ基板１１
の上に、キャリア濃度５×１０18ｃｍ-3、厚さ約２００
ｎｍのｎ型ＧａＡｓ層５５がエピタキシャルに成長さ
れ、その上に厚さ約３００ｎｍのノンドープｉ型Ｉｎ
0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５６、キャリア濃度約１×１０18ｃ
ｍ -3、厚さ約２００ｎｍのｐ型ＧａＡｓ層５７がエピタ
キシャルに成長されている。ｐ型ＧａＡｓ層５７とｎ型
ＧａＡｓ層５５の表面上に、それぞれオーミック接触す
る電極５９、５８が形成されている。
具体化した構成を示す。半導体絶縁生ＧａＡｓ基板１１
の上に、キャリア濃度５×１０18ｃｍ-3、厚さ約２００
ｎｍのｎ型ＧａＡｓ層５５がエピタキシャルに成長さ
れ、その上に厚さ約３００ｎｍのノンドープｉ型Ｉｎ
0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５６、キャリア濃度約１×１０18ｃ
ｍ -3、厚さ約２００ｎｍのｐ型ＧａＡｓ層５７がエピタ
キシャルに成長されている。ｐ型ＧａＡｓ層５７とｎ型
ＧａＡｓ層５５の表面上に、それぞれオーミック接触す
る電極５９、５８が形成されている。
【００７２】このようにして、ｐｉｎダイオード構造が
構成される。図中上方より、円偏光２がｐ型ＧａＡｓ層
２、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層５６に入射される。また、外部
磁場４がｐ型ＧａＡｓ層５７を通って印加される。円偏
光２によりｐ型ＧａＡｓ層にスピン偏極状態を誘起する
と、スピン偏極状態に応じ、円偏光２の透過率が変化す
る。
構成される。図中上方より、円偏光２がｐ型ＧａＡｓ層
２、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層５６に入射される。また、外部
磁場４がｐ型ＧａＡｓ層５７を通って印加される。円偏
光２によりｐ型ＧａＡｓ層にスピン偏極状態を誘起する
と、スピン偏極状態に応じ、円偏光２の透過率が変化す
る。
【００７３】ｐ型ＧａＡｓ層５７を通過する光透過率が
変化すると、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層５６に入射する円偏光
の光量が変化する。ｉ型ＩｎＧａＡｓ層に入射した入射
光は、電子正孔対を発生させる。この電子正孔対によ
り、ｐｉｎダイオードに逆方向電流が流れる。したがっ
て、逆方向電流の値はスピン偏極状態に応じて変化す
る。
変化すると、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層５６に入射する円偏光
の光量が変化する。ｉ型ＩｎＧａＡｓ層に入射した入射
光は、電子正孔対を発生させる。この電子正孔対によ
り、ｐｉｎダイオードに逆方向電流が流れる。したがっ
て、逆方向電流の値はスピン偏極状態に応じて変化す
る。
【００７４】図１２（Ｂ）は、ｐｉｎダイオード構造の
電流発生機構を示す。ｐ型領域５７、ｎ型領域５５に挟
まれた狭いバンドギャップのｉ型領域５６に十分なエネ
ルギを有する光が入射すると、電子正孔対が発生し、電
子はｎ型領域５５に流れ、正孔はｐ型領域５７に流れ
る。このようにして、光励起された電流が流れる。
電流発生機構を示す。ｐ型領域５７、ｎ型領域５５に挟
まれた狭いバンドギャップのｉ型領域５６に十分なエネ
ルギを有する光が入射すると、電子正孔対が発生し、電
子はｎ型領域５５に流れ、正孔はｐ型領域５７に流れ
る。このようにして、光励起された電流が流れる。
【００７５】ｉ型ＧａＡｓ層に入射する光の光量は、ｐ
型ＧａＡｓ層５７のスピン偏極状態に応じて変化するた
め、ｐｉｎダイオードの逆方向電流によりｐ型ＧａＡｓ
層の光透過率の変化を知ることができる。したがって、
関節的に外部磁場４の向き、強度を検出することができ
る。
型ＧａＡｓ層５７のスピン偏極状態に応じて変化するた
め、ｐｉｎダイオードの逆方向電流によりｐ型ＧａＡｓ
層の光透過率の変化を知ることができる。したがって、
関節的に外部磁場４の向き、強度を検出することができ
る。
【００７６】光励起電流が流れる場合、その光励起電流
を直接増幅することも可能である。図１３（Ａ）は、図
１１（Ｂ）の他の構成例を示す。半絶縁性ＧａＡｓ基板
１１の上に、ｎ型ＧａＡｓ層６１、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層
６２、ｐ型ＧａＡｓ層６３がエピタキシャルに積層され
ている。この構成は図１２に示すものと同様である。本
構成においては、さらにｐ型ＧａＡｓ層６３の一部表面
上にｎ型ＧａＡｓ層６４が形成されている。ｎ型ＧａＡ
ｓ層６１、６４の表面上にオーミック電極６６、６７が
形成されている。このようにして、ｎｐｉｎホトトラン
ジスタ構造が構成される。
を直接増幅することも可能である。図１３（Ａ）は、図
１１（Ｂ）の他の構成例を示す。半絶縁性ＧａＡｓ基板
１１の上に、ｎ型ＧａＡｓ層６１、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層
６２、ｐ型ＧａＡｓ層６３がエピタキシャルに積層され
ている。この構成は図１２に示すものと同様である。本
構成においては、さらにｐ型ＧａＡｓ層６３の一部表面
上にｎ型ＧａＡｓ層６４が形成されている。ｎ型ＧａＡ
ｓ層６１、６４の表面上にオーミック電極６６、６７が
形成されている。このようにして、ｎｐｉｎホトトラン
ジスタ構造が構成される。
【００７７】図１３（Ｂ）は、このホトトランジスタ構
造のバンド構造を概略的に示す。ｎ型領域６４、ｐ型領
域６３、ｉ型領域６２、ｎ型領域６１により、ヘテロバ
イポーラトランジスタ構造が形成されている。入射円偏
光２は、ｐ型ＧａＡｓ層６３を透過してｉ型ＩｎＧａＡ
ｓ層６２に入射する。ｉ型ＩｎＧａＡｓ層６２で入射光
２が吸収されると、電子正孔対が発生し、電子はｎ型Ｇ
ａＡｓ層６１に流れ、正孔はｐ型ＧａＡｓ層６３に流れ
込む。
造のバンド構造を概略的に示す。ｎ型領域６４、ｐ型領
域６３、ｉ型領域６２、ｎ型領域６１により、ヘテロバ
イポーラトランジスタ構造が形成されている。入射円偏
光２は、ｐ型ＧａＡｓ層６３を透過してｉ型ＩｎＧａＡ
ｓ層６２に入射する。ｉ型ＩｎＧａＡｓ層６２で入射光
２が吸収されると、電子正孔対が発生し、電子はｎ型Ｇ
ａＡｓ層６１に流れ、正孔はｐ型ＧａＡｓ層６３に流れ
込む。
【００７８】ｐ型ＧａＡｓ層６３は、電極を取り出して
いないため、正孔はｐ型ＧａＡｓ層６３内に蓄積され
る。この正孔により、ベース領域となるｐ型ＧａＡｓ層
６３がバイアスされ、エミッタとなるｎ型ＧａＡｓ層６
４からコレクタとなるｎ型ＧａＡｓ層６１に流れる電流
が変調される。ｉ型ＩｎＧａＡｓ層６２で吸収される光
量に応じて、コレクタ電流が増減する。
いないため、正孔はｐ型ＧａＡｓ層６３内に蓄積され
る。この正孔により、ベース領域となるｐ型ＧａＡｓ層
６３がバイアスされ、エミッタとなるｎ型ＧａＡｓ層６
４からコレクタとなるｎ型ＧａＡｓ層６１に流れる電流
が変調される。ｉ型ＩｎＧａＡｓ層６２で吸収される光
量に応じて、コレクタ電流が増減する。
【００７９】ｉ型ＩｎＧａＡｓ層６２に入射する光量
は、ｐ型ＧａＡｓ層６３のスピン偏極状態に応じて変化
するため、ホトトランジスタ構造の電流を検出すること
により、ｐ型ＧａＡｓ層６３のスピン偏極状態を検出す
ることができる。したがって、ｐ型ＧａＡｓ層６３に印
加される外部磁場４の向き、強度を検出することができ
る。
は、ｐ型ＧａＡｓ層６３のスピン偏極状態に応じて変化
するため、ホトトランジスタ構造の電流を検出すること
により、ｐ型ＧａＡｓ層６３のスピン偏極状態を検出す
ることができる。したがって、ｐ型ＧａＡｓ層６３に印
加される外部磁場４の向き、強度を検出することができ
る。
【００８０】このように、パルス状の円偏光をＧａＡｓ
等の化合物半導体に照射し、スピン偏極状態を発生さ
せ、その後の緩和過程を検出することにより、外部磁場
の向き、強さを検出することができる。スピン偏極状態
の検出を、光透過率によって行う場合は、測定対象とセ
ンサ領域と数Å程度の極近距離に配置する必要がなく、
制御が簡単になる。
等の化合物半導体に照射し、スピン偏極状態を発生さ
せ、その後の緩和過程を検出することにより、外部磁場
の向き、強さを検出することができる。スピン偏極状態
の検出を、光透過率によって行う場合は、測定対象とセ
ンサ領域と数Å程度の極近距離に配置する必要がなく、
制御が簡単になる。
【００８１】なお、センサ領域をＧａＡｓ以外の閃亜鉛
構造を有する化合物半導体で形成することもできる。ま
た、ＧａＡｓを囲む比較的バンドギャップの広い領域
は、ＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＰによって構成することが
できる。たとえば、ＧａＡｓと格子整合する材料とし
て、Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ＡｓやＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ等を用
いることができる。この場合、ＡｌＧａＡｓのバンドギ
ャップは約１．７９ｅＶであり、ＩｎＧａＰのバンドギ
ャップは約２．０ｅＶとなり、十分な電位障壁が得られ
る。また、基板上に他の半導体素子やファイバ等を集積
化することも可能である。
構造を有する化合物半導体で形成することもできる。ま
た、ＧａＡｓを囲む比較的バンドギャップの広い領域
は、ＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＰによって構成することが
できる。たとえば、ＧａＡｓと格子整合する材料とし
て、Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ＡｓやＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ等を用
いることができる。この場合、ＡｌＧａＡｓのバンドギ
ャップは約１．７９ｅＶであり、ＩｎＧａＰのバンドギ
ャップは約２．０ｅＶとなり、十分な電位障壁が得られ
る。また、基板上に他の半導体素子やファイバ等を集積
化することも可能である。
【００８２】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
【図１】本発明の実施例を説明するためのフローチャー
トおよびバンドダイヤグラムである。
トおよびバンドダイヤグラムである。
【図２】図１の実施例を説明するためのダイヤグラムで
ある。
ある。
【図３】図１の実施例によるスピン偏極率の緩和を説明
するためのグラフである。
するためのグラフである。
【図４】図１の実施例において、トンネル電流を用いて
スピン偏極率を測定する場合を説明するための概略断面
図およびグラフである。
スピン偏極率を測定する場合を説明するための概略断面
図およびグラフである。
【図５】トンネル電流を用いてスピン偏極率を測定する
感磁性素子の他の構成を示す断面図である。
感磁性素子の他の構成を示す断面図である。
【図６】光吸収を用いてスピン偏極率を測定する方法を
説明するためのダイヤグラムおよび断面図である。
説明するためのダイヤグラムおよび断面図である。
【図７】歪および量子ドットを用いてスピン偏極率を測
定する感磁性素子の構成を説明するための断面図および
ダイヤグラムである。
定する感磁性素子の構成を説明するための断面図および
ダイヤグラムである。
【図８】感磁性素子の他の形態を示す概略斜視図および
断面図である。
断面図である。
【図９】磁場測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】能動素子と感磁性素子を集積化した構成を示
す概略断面図である。
す概略断面図である。
【図１１】ホトダイオードを用いてスピン偏極率を測定
する構成を示す概略断面図である。
する構成を示す概略断面図である。
【図１２】図１１（Ｂ）に示す構成の具体例を示す断面
図およびダイヤグラムである。
図およびダイヤグラムである。
【図１３】図１１（Ｂ）に示す構成の他の具体例を示す
断面図およびダイヤグラムである。
断面図およびダイヤグラムである。
１ センサ領域 ２ 円偏光 ３ 測定対象物 ４ 磁場 ５ トンネル電子 ８ 電極 ９ 電流計 １１ ＧａＡｓ基板 １２ ＧａＡｓバッファ層 １３ Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層 １４ ＧａＡｓ層 １７ 偏光ビームスプリッタ １８ λ／４板 ２２ 入射光 ２３ 反射光 ２６、２７、２８ センサ領域 ３１ 半導体レーザ ３２、３６ レンズ ３３ ポッケルスセル ３５ λ／４板 ４０ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 ４１ ｉ−ＧａＡｓ層 ４２ ｎ−ＡｌＧａＡｓ層 ４３ ｎ−ＧａＡｓ層 ４４ 溝 ４５ ２次元電子ガス ４６ センサ領域 ４７ ゲート電極 ４８、４９ 電極 ５５ ｎ−ＧａＡｓ層 ５６ ｉ−ＩｎＧａＡｓ層 ５７ ｐ−ＧａＡｓ層 ５８、５９ 電極 ６１ ｎ−ＧａＡｓ層 ６２ ｉ−ＩｎＧａＡｓ層 ６３ ｐ−ＧａＡｓ層 ６４ ｎ−ＧａＡｓ層 ６６、６７ 電極
Claims (22)
- 【請求項１】 閃亜鉛構造の結晶構造を持つ化合物半導
体のセンサ領域を有する感磁性素子を準備する工程と、 前記センサ領域に円偏光を照射して、スピン偏極状態を
発生させる工程と、 前記センサ領域のスピン偏極を測定対象磁場中で緩和さ
せる工程と、 前記センサ領域のスピン偏極の緩和の度合いを測定する
測定工程と、 得られた緩和の度合いから磁場の強度を検出する工程と
を含む磁場測定方法。 - 【請求項２】 前記測定対象磁場が測定対象物から発す
る磁場であり、前記測定工程が測定対象物と前記センサ
領域との間に流れるトンネル電流を測定する工程である
請求項１記載の磁場測定方法。 - 【請求項３】 前記測定工程が円偏光に対する前記セン
サ領域の光吸収を測定する工程である請求項１記載の磁
場測定方法。 - 【請求項４】 前記センサ領域が比較的バンドギャップ
の広い領域に囲まれた比較的バンドギャップの狭い領域
である請求項１〜３のいずれかに記載の磁場測定方法。 - 【請求項５】 前記センサ領域が歪を有する領域である
請求項１〜４のいずれかに記載の磁場測定方法。 - 【請求項６】 前記センサ領域が量子ドットを有する領
域である請求項１〜４のいずれかに記載の磁場測定方
法。 - 【請求項７】 前記センサ領域がＩＩＩ族元素としてＧ
ａ、Ｖ族元素としてＡｓを含む化合物半導体で形成され
ている請求項１〜６のいずれかに記載の磁場測定方法。 - 【請求項８】 前記センサ領域がｐ型の導電性を有する
請求項１〜７のいずれかに記載の磁場測定方法。 - 【請求項９】 前記感磁性素子が先端に向かうに従って
断面積が小さくなる収束形状を有し、前記センサ領域が
その先端部に配置されている請求項１〜８のいずれかに
記載の磁場測定方法。 - 【請求項１０】 前記センサ領域がｐｎ接合構造を有す
るホトダイオード構造を有する請求項３記載の磁場測定
方法。 - 【請求項１１】 前記ｐｎ接合構造がｐｉｎ接合構造で
ある請求項１０記載の磁場測定方法。 - 【請求項１２】 前記センサ領域がｐｎｐ接合構造を有
するホトトランジスタ構造を有する請求項３記載の磁場
測定方法。 - 【請求項１３】 閃亜鉛構造を有する結晶構造を持つ化
合物半導体のセンサ領域を有する感磁性素子と、 前記センサ領域に円偏光を照射する手段と、 前記センサ領域を透過した円偏向を検出する手段とを有
する磁気ヘッド装置。 - 【請求項１４】 前記円偏光を照射する手段は、少なく
とも２つの光パルスを一定間隔で発生する請求項１３記
載の磁気ヘッド装置。 - 【請求項１５】 前記センサ領域が比較的バンドギャッ
プの広い領域に囲まれた比較的バンドギャップの狭い領
域である請求項１４記載の磁気ヘッド装置。 - 【請求項１６】 前記センサ領域が歪を有する領域であ
る請求項１４記載の磁気ヘッド装置。 - 【請求項１７】 前記センサ領域がＩＩＩ族元素として
Ｇａ、Ｖ族元素としてＡｓを含む化合物半導体で形成さ
れている請求項１４記載の磁気ヘッド装置。 - 【請求項１８】 前記センサ領域がｐ型の導電性を有す
る請求項１４記載の磁気ヘッド装置。 - 【請求項１９】 前記感磁性素子が先端に向かうに従っ
て断面積が小さくなる収束形状を有し、前記センサ領域
がその先端部に配置されている請求項１４記載の磁気ヘ
ッド装置。 - 【請求項２０】 前記センサ領域がｐｎ接合構造を有す
るホトダイオード構造を有する請求項１４記載の磁気ヘ
ッド装置。 - 【請求項２１】 前記ｐｎ接合構造がｐｉｎ接合構造で
ある請求項２０記載の磁気ヘッド装置。 - 【請求項２２】 前記センサ領域がｐｎｐ接合構造を有
するホトトランジスタ構造を有する請求項１４記載の磁
気ヘッド装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19524495A JP3618841B2 (ja) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | 磁場測定方法および磁場測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19524495A JP3618841B2 (ja) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | 磁場測定方法および磁場測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0943324A true JPH0943324A (ja) | 1997-02-14 |
| JP3618841B2 JP3618841B2 (ja) | 2005-02-09 |
Family
ID=16337900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19524495A Expired - Fee Related JP3618841B2 (ja) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | 磁場測定方法および磁場測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3618841B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6750450B2 (en) | 2001-03-05 | 2004-06-15 | Hokkaido University | Scanning magnetism detector and probe |
| JP2005259476A (ja) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Institute Of Physical & Chemical Research | スピン偏極電子およびスピン偏極イオンの同時発生方法およびその装置 |
| JP2007258119A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Univ Nagoya | スピン偏極電子発生装置 |
| JP2009164447A (ja) * | 2008-01-09 | 2009-07-23 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 不揮発性光メモリ素子及びその動作方法 |
| CN115327456A (zh) * | 2022-09-01 | 2022-11-11 | 中国矿业大学 | 一种室温测量n型掺杂砷化镓半导体自旋霍尔角的方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10436936B2 (en) | 2016-07-29 | 2019-10-08 | Datalogic Ip Tech S.R.L. | Transparent and/or shiny object detection with spin-modulated light |
-
1995
- 1995-07-31 JP JP19524495A patent/JP3618841B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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