0038](第I實(shí)施方式)
[0039]本實(shí)施方式的自旋極化晶體管元件是應(yīng)用自旋極化的晶體管元件，可適當(dāng)?shù)夭捎米鳛槔缂{米尺度的開(kāi)關(guān)元件。圖1為說(shuō)明一實(shí)施方式的自旋極化晶體管元件10的概略剖面圖。如圖1所示，自旋極化晶體管元件10具備例如源極部11、漏極部12、通道部15及圓偏振光照射部51。
[0040]源極部11形成于基板18上。作為基板18，可使用例如半導(dǎo)體基板。源極部11以強(qiáng)磁性體材料形成。作為強(qiáng)磁性體材料，可使用例如Fe、Co或Ni等。源極部11可在任意第I方向被磁化。第I方向是例如基板面內(nèi)方向(平行于基板面的任意方向)或基板垂直方向。在源極部11設(shè)有施加電壓用的端子。源極部11的從基板18算起的厚度設(shè)為超過(guò)圓偏振光的進(jìn)入長(zhǎng)度的厚度，例如設(shè)為數(shù)1nm以上。
[0041]漏極部12形成于基板18上，與源極部11分離地并列設(shè)置。漏極部12以強(qiáng)磁性體材料形成。作為強(qiáng)磁性體材料，可使用例如Fe、Co或Ni等。漏極部12可在基板面內(nèi)方向或基板垂直方向(第I方向)被磁化。在此，漏極部12可在任意第I方向被磁化。第I方向例如為基板面內(nèi)方向或基板垂直方向。在與源極部11同一方向被磁化。在漏極部12設(shè)有電壓檢測(cè)用端子。漏極部12的從基板18算起的厚度設(shè)為超過(guò)圓偏振光的進(jìn)入長(zhǎng)度的厚度，例如設(shè)為數(shù)1nm以上。
[0042]通道部15配置在源極部11與漏極部12之間，與源極部11及漏極部12直接接合。通道部15以非磁性體材料形成。作為非磁性體材料，可使用例如Si或砷化鎵(GaAs)等半導(dǎo)體材料，或者Ag或Cu等非磁性金屬。此外，例如通過(guò)使用GaAs基板作為基板18且向基板18摻雜電子而形成GaAs摻雜層14 (半導(dǎo)體層14)時(shí)，在GaAs摻雜層14與基板18之間形成有二維電子氣體層16。此時(shí)，GaAs摻雜層14及二維電子氣體層16發(fā)揮作為通道部15的作用。如此，通道部15可成為二層構(gòu)造。通道部15的源極部11與漏極部12之間的長(zhǎng)度為例如數(shù)1nm左右。又，通道部15的從基板18算起的厚度為例如數(shù)nm左右。源極部11或漏極部12的從基板18算起的厚度只要厚于通道部15的從基板18算起的厚度即可。例如，源極部11或漏極部12的從基板18算起的厚度可設(shè)為通道部15的從基板18算起的厚度的1.05倍?20倍左右。
[0043]圓偏振光照射部51具有照射圓偏振光的功能。作為光源，可使用例如半導(dǎo)體LED。光源具有對(duì)應(yīng)通道部15的材料而選擇的波長(zhǎng)。例如通道部15以半導(dǎo)體形成的情況下，使用可見(jiàn)光?紅外區(qū)域的波長(zhǎng)的光源。圓偏振光照射部51具有例如使經(jīng)直線(xiàn)偏振的激光通過(guò)的1/4波長(zhǎng)板?；蛘?，圓偏振光照射部51具有例如可施加使經(jīng)直線(xiàn)偏振的激光通過(guò)的波克爾斯盒(Pockels cell)等的電場(chǎng)的光學(xué)結(jié)晶。圓偏振光照射部51可具有調(diào)整聚光透鏡等的光點(diǎn)寬度的機(jī)構(gòu)。又，圓偏振光照射部51可連接于用于控制圓偏振光的波長(zhǎng)或圓偏振光的旋轉(zhuǎn)方向的圓偏振光控制部52。
[0044]圓偏振光照射部51為了控制通道部15的自旋方向而將圓偏振光朝通道部15照射。圓偏振光照射部51可將圓偏振光朝第I方向即沿著源極部11及漏極部12的磁化方向的方向照射。通道部15以半導(dǎo)體材料形成的情況下，圓偏振光照射部51可將具有相當(dāng)于通道部15的能帶隙能量以上的能量的波長(zhǎng)的圓偏振光照射到通道部15。
[0045]在此，使用圖2說(shuō)明由圓偏振光照射部51進(jìn)行的自旋控制。圖2為說(shuō)明一實(shí)施方式的由圓偏振光照射部51進(jìn)行的自旋控制的示意圖。此外，圖2示意表示通道部15使用半導(dǎo)體材料而形成的情況的例子。圖2的(A)就自旋的種類(lèi)與圓偏振光方向的關(guān)系而表示其一例。又，在圖2的(A)，下自旋Sd表示朝下自旋，上自旋Su表示朝上自旋。又，左圓偏振光L表不逆時(shí)針?lè)较虻膱A偏振光，右圓偏振光R表不順時(shí)針?lè)较虻膱A偏振光。
[0046]如圖2的(A)所示，下自旋Sd被照射左圓偏振光L時(shí)，從左圓偏振光L接受能量使自旋反轉(zhuǎn)而成為上自旋Su。又，另一方面上自旋Su被照射右圓偏振光R時(shí)，從右圓偏振光R接受能量使自旋反轉(zhuǎn)而成為下自旋Sd。如此，可通過(guò)分別使用左圓偏振光L與右圓偏振光R，而控制通道部15的自旋方向。又，電子被照射圓偏振光時(shí)，能量狀態(tài)會(huì)變高。因此，價(jià)帶的電子由于被照射圓偏振光，而超越能隙朝傳導(dǎo)帶躍迀。如此，不僅可通過(guò)變更圓偏振光的旋轉(zhuǎn)方向，還可通過(guò)變更波長(zhǎng)(能量)而僅使特定自旋方向的電子躍迀。
[0047]此外，圖2的(A)所示的上自旋Su及下自旋Sd與右圓偏振光R及左圓偏振光L的關(guān)系為一例，其隨材料或物理特性或者其他主要因素而變化。而且，此等自旋反轉(zhuǎn)與圓偏振光的關(guān)系宜根據(jù)按每種物質(zhì)所決定的選擇規(guī)則而給定。
[0048]圖2的(B)是針對(duì)半導(dǎo)體中一般所見(jiàn)的能帶隙而表示其一例。如圖2的(B)所示，半導(dǎo)體材料的能帶構(gòu)造一般而言被區(qū)分為價(jià)帶Bv與傳導(dǎo)帶Be。以能量軸為縱軸，橫軸以波數(shù)或動(dòng)量表示時(shí)，價(jià)帶Bv以低于傳導(dǎo)帶Be的值表示。而且，在GaAs等直接發(fā)生躍迀的半導(dǎo)體中，價(jià)帶Bv變高的波數(shù)與傳導(dǎo)帶Be變低的波數(shù)為相同波數(shù)。價(jià)帶Bv與傳導(dǎo)帶Be的能量差為能帶隙能量Eg。
[0049]因此，使用GaAs形成通道部15時(shí)，通過(guò)由圓偏振光照射部51將具有相當(dāng)于與GaAs的能帶隙能量Eg相同或略高的能量的波長(zhǎng)的圓偏振光朝通道部15照射，使通道部15的自旋從價(jià)帶Bv躍迀至傳導(dǎo)帶Be。因此，可通過(guò)采用直接躍迀的半導(dǎo)體，而高效率地使從源極部11注入的電流流向漏極部12。此外，GaAs的能帶隙能量Eg在室溫下為1.43eV左右，可選擇對(duì)應(yīng)于此能量的波長(zhǎng)。
[0050]再者，概略說(shuō)明自旋極化晶體管元件10的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)。圖3為說(shuō)明自旋極化電晶體管元件10為截止?fàn)顟B(tài)的自旋方向的示意圖。圖4為說(shuō)明自旋極化電晶體管元件10為導(dǎo)通狀態(tài)的自旋方向的示意圖。
[0051]如圖3所示，源極部11朝與基板18垂直的方向(基板垂直方向)被磁化，而具有磁矩S21。同樣地，漏極部12朝垂直于基板18的方向被磁化，而具有磁矩S22。磁矩S21與磁矩S22彼此平行。圓偏振光未被照射到通道部15時(shí)，二維電子氣體層16內(nèi)的自旋SO方向雜亂。因此，電流不從源極部11流向漏極部12 (截止?fàn)顟B(tài))。
[0052]再者，如圖4所示，通過(guò)圓偏振光照射部51將圓偏振光朝通道部15上面照射。圓偏振光照射部51將圓偏振光以垂直方向照射到基板18。自旋方向與基板垂直方向一致時(shí)，將圓偏振光朝基板垂直方向照射較為有效。將圓偏振光從圓偏振光照射部51朝通道部15照射時(shí)，自旋SO與垂直于基板18的方向一致(自旋S20)。S卩，通道部15的自旋方向與源極部11及漏極部12的磁化方向一致。因此，電流從源極部11流向漏極部12 (導(dǎo)通狀態(tài))。
[0053]此外，源極部11及漏極部12具有遠(yuǎn)長(zhǎng)于圓偏振光的進(jìn)入長(zhǎng)度的厚度時(shí)，圓偏振光照射部51無(wú)需僅正確照射到通道部15上面，也可照射到源極部11及漏極部12上面。如此，可通過(guò)調(diào)整源極部11及漏極部12的膜厚，而緩和光的照射范圍的精確度。
[0054]以上，若按第I實(shí)施方式的自旋極化晶體管元件10，則通過(guò)圓偏振光照射部51，圓偏振光被照射到通道部15，在通道部15中自旋經(jīng)極化的電子被激發(fā)，通道部15的電阻發(fā)生變化。因此，可使從源極部11注入的電流流向漏極部12。又，在源極部11及漏極部12的磁化方向?yàn)榛宕怪狈较虻那闆r下，可通過(guò)由圓偏振光照射部51將圓偏振光朝沿著基板垂直方向的方向照射，而使通道部15的自旋方向與基板垂直方向一致。因此，可使自旋極化晶體管元件10從截止?fàn)顟B(tài)切換成導(dǎo)通狀態(tài)。如此，因?yàn)槭?