JPS6228568B2 - - Google Patents

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JPS6228568B2
JPS6228568B2 JP52030328A JP3032877A JPS6228568B2 JP S6228568 B2 JPS6228568 B2 JP S6228568B2 JP 52030328 A JP52030328 A JP 52030328A JP 3032877 A JP3032877 A JP 3032877A JP S6228568 B2 JPS6228568 B2 JP S6228568B2
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JP
Japan
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insb
thin film
polycrystalline thin
magnetoelectric transducer
manufacturing
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JP52030328A
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Junji Shigeta
Kyoshi Ooi
Nobuo Kodera
Muneyasu Nakajima
Nobuo Myamoto
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to US05/888,465 priority patent/US4177298A/en
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Priority to DE2812656A priority patent/DE2812656C2/de
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は電流雑音の極めて少ないInSb薄膜素
子の製造方法に関する。 化合物半導体の一種であるInSbは著しい電流
磁気効果を示すためにホール素子、磁気抵抗効果
素子などの磁電変換素子に多く用いられる。この
ときInSbの厚さは極めて薄いことが要求される
ため、InSb膜の製造には真空蒸着などの物理蒸
着法あるいは周知のCVD法などの化学蒸着法
(以下、これらを単に蒸着法と略称する。)が用い
られる。大略3〜0.1μm程度の薄膜を用いる。
0.1μm以下では雑音そのもののレベルが大きす
ぎ、実用に適さない。しかしこれらの方法で製造
した薄膜は結晶粒径が1〜〜20μmφの多結晶膜
であり、また多くの結晶欠陥を含む。この結晶粒
を粗大化し、結晶欠陥を減少させるためInSb膜
をゾーンメルトする方法が知られている。しかし
この方法によつても粒径は0.5〜2mm程度であ
り、また結晶欠陥も除去しきれない。このような
InSb膜で素子を形成し、電流を流した場合、そ
の出力には雑音が重畳する。その雑音の程度は例
えば以下のようである。膜厚2μm、素子幅200
μmのホール素子に4000A/cm2の電流を流した場
合ホール電圧素子間には2〜10μV(蒸着InSb
膜の場合)、あるいは0.8〜2μV(ゾーンメルト
InSb膜)の雑音が発生する。但しこの値は周波
数帯域100Hz〜10KHzで観測される雑音電圧のr.
m.s値である。またこのような膜のホール係数R
Hは300〜350cm3/C程度の値であり、信号磁界が
10Gの場合、上記素子では出力は2.5〜2.8mV程度
である。従つて従来のゾーンメルトInSb膜で
は、上記素子の場合、信号対雑音比(S/N)は
68〜73dBであり、これ以上良好なS/Nを得る
ことは困難である。しかし本発明者らはある種の
不純物を含み、ゾーンメルトされたInSb多結晶
薄膜はきわめて雑音発生が少なく良好なS/Nを
得られることを見出した。 第1図および第2図は膜厚1.4μmゾーンメル
トInSb膜にNaをドープしたときのS/Nおよび
雑音レベルNの変化を上記素子によつて評価した
ものである。Naaを5×1016〜1×1018cm-3含む
多結晶InSb膜のS/Nは73〜76dBであり、ドー
プを行なわないゾーンメルト膜よりもS/Nがよ
い。またより好ましくは1×1017〜6×1017(cm
-3)程度である。このS/N向上に同様な効果の
ある不純物はNaの他にCu、Au、Ag、Zn、K、
Li、Cd、B、Fe、Ca、Mg、Ba、Al、Pbである
ことが見出された。これらの元素は、Pb、Feを
除き周期律表で、、族の元素に限られてい
た。これらの元素がS/N向上に有効である理由
は不明であるが、InSb膜中に含まれる欠陥に結
びつき、これらの欠陥の雑音発生能力を低減せし
めるのではないかと考えられる。また、膜のホー
ル係数は元素の種類によらず増大傾向にあるが、
この点は単結晶バルクInSbにおいて知られてい
る不純物の挙動と異なり、多結晶InSb膜におけ
る不純物は結晶欠陥と密接な関係があることが示
唆される。S/Nを最良とする不純物量はいずれ
の元素の場合も類似の傾向を示し5×1016〜1×
1018cm-3の範囲内にあつた。また2種以上の元素
を混入した場合は、その合計が上記の値になる量
が最適であつた。第1表にゾーンメルトInSb薄
膜に各種元素をドープして得られた膜のS/Nを
示す。
【表】 上記不純物をInSb薄膜中に混入する方法とし
ては、原理的に大別してInSbの融点以下で不純
物を拡散させる固相拡散法と、融点以上の温度で
拡散させる液相拡散法がある。いずれの拡散法を
取つても、あるいは両者を併用することによつて
も実現できる。 第1の方法はゾーンメルトを施したInSb多結
晶薄膜の表面に前述の如き所定の元素の少なくと
も一者を含む物質(勿論、上記元素の単体をも含
むものである。)を接触させて拡散源とし、InSb
の融点以下の温度で加熱処理を施こす方法であ
る。ここで所定元素を含む物質は、InSbの加熱
中に前記元素を分解放出しInSb膜中に拡散させ
うる物質であれば良い。この目的のためには、各
元素単体をはじめ、それらの水酸化物、酸化物あ
るいは上記元素を含有する熱硬化ガラスなどが適
当である。Cuの場合を例示するとCu単体、Cu
(OH)2、CuOなどがあり、Bの場合を例示すると
B入りスピオンガラス(エマルジトン社製熱硬化
ガラス)などが好例である。なお、単体を接触さ
せる方法としては蒸着法、イオンインプランテー
シヨンなどによることができる。 また、InSb多結晶薄膜の裏面に拡散源を設け
る場合、これらの不純物元素を含有する基板材料
を用いるなどして拡散源としも良い。 第2の方法は所望の基板に前述の如き所定の不
純物元素などの層を形成しておき(このとき、た
とえばAg、Cuなどの導電性の元素については、
電気的導通が生じる程厚く形成してはならな
い。)この層の上にInSb薄膜を蒸着法で形成し、
ゾーンメルト処理を施こす方法である。これは
InSb多結晶薄膜の裏面に拡散源の層を設けた例
である。 第3の方法は所望の基板上にInSb薄膜を蒸着
法で形成し、このInSb薄膜の表面に上記元素を
含む物質を接着させ、しかる後、ゾーンメルト処
理を施こす方法である。このとき、ゾーンメルト
処理を施こす方法である。このとき、所定元素を
拡散する方法として、第1の方法で述べたよう
に、所定元素を含む物質を接触させる方法、ある
いは、溶融InSbの表面張力による丸まりを防ぐ
ための保護膜(通常、In2O3膜が用いられる。)に
所定元素を含有させる方法でも良い。 以下実施例によつて具体的にそれらの方法につ
いて述べる。 実施例 1 よく洗浄されたダウ・コーニング社の#7059ガ
ラス基板上にInSbを三温度蒸着法によつて蒸着
し、表面にIn2O3の保護膜を形成した後ゾーンメ
ルト処理を行なつた。しかるのちIn2O3をバフ研
磨によつて除去し、InSb表面を平坦に仕上げ
た。このときInSb膜の厚みは0.5〜3.0μmとし
た。しかるのちInSb表面をKOHあるいは王水の
希釈液によつてエツチングし、表面の汚染を除去
した。このInSb表面に所望の不純物元素を接触
させた。その方法も多種考えられるが、例えば以
下の方法である。化合物を塗布する方法としては
Cu(OH)2、NaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)2、
Mg(OH)2、Ba(OH)2、Al(OH)3、Zn
(OH)2、Fe(OH)3などの水酸化物の水溶液ある
いは各種有機溶媒たとえばアルコールやエーテル
溶液中InSb膜を浸漬した。また化合物の入手し
にくい元素たとえばAu、Ag、Cd、Pbにおいて
は蒸着法によつて直接InSb表面に数10〜数100Å
被着した。さらにBなどの元素ではスピンオン・
ガラスとして市販されている、不純物を含む熱硬
化ガラスを塗布する方法をとつた。元素の種類に
よつては2種以上の方法で塗布が可能であるが、
塗布方法による差は認められなかつた。以上のよ
うな方法によつて不純物を塗布したInSbを
10-1Torrの真空炉中、InSbの融点以下の温度で
加熱処理を行なつた。最適拡散量を知るために、
種々時間と温度を変えて熱処理を行なつた。しか
る後フオトエツチング法によつて幅200μmのホ
ール素子を形成し、4000Å/cm2の電流および10G
の磁界を印加して、ホール端子にあらわれる出力
Sおよび雑音N(周波数帯域100〜10KHz)を評
価した。その結果いずれの元素においても250〜
450℃、1分以上の熱処理で効果があり、300〜
400℃、1時間程度の熱処理でS/Nの向上が最
もいちじるしかつた。前述の第1表はこのように
して膜厚2μmの素子について得られたものであ
る。上記実施例は10-1Torrの真空中で加熱を行
なつたが、これは加熱中にInSbが酸化されるの
を防ぐためであつて、不活性ガス中、あるいは適
当な保護膜を被覆すれば大気中で行なつてもよ
い。また実施例においてはInSb膜の表面に不純
物を接触させて固相拡散を行なつたが、不純物を
含む基板材料を用いるか、あらかじめ不純物元素
を蒸着などした基板(このとき、Ag、Cuなどの
導電性の元素については電気的導通が生じる程厚
く蒸着してはならない)の上にInSb膜を形成
し、しかる後熱処理を施してもよい。 また、2種以上の元素をドープしてもその含有
量が上記の範囲にあれば同等の効果を得ることが
できる。 実施例 2 実施例1においてはゾーンメルトしたInSb膜
の表面または裏面に不純物元素を接触させ、適当
な熱処理によつてInSb膜中に固相拡散させる方
法を述べた。この方法は拡散量を温度および時間
で制御できる利点がある。しかし固相拡散法の他
に液体状のInSbに不純物をドープする液相拡散
法がある。以下この例について述べる。ダウ・コ
ーニング社#7059ガラス基板上に三温度蒸着法に
よつてInSbを2μmの厚さに蒸着した。しかる
後LiOHの10%アルコール溶液に浸漬したのち乾
燥した。しかるのちIn3O3の保護膜を形成してゾ
ーンメルト処理を行なつた。ゾーンメルトにおい
てはInSb膜は一旦溶けるため、表面に付着した
LiOHは分解し、Liは一旦すべてInSb中にとりこ
まれるためその濃度は1020cm-3以上となる。しか
しゾーンメルトは不純物の偏析効果があるためゾ
ーンメルトをくり返すことにより5×1016〜1×
1018cm-3の適当な濃度までInSbを浄化できる。こ
のようにして得られたInSb膜のS/Nを実施例
1と同様な方法で評価したものを第2表に示すが
やはりS/N向上の効果は著しい。
【表】 上記の方法はゾーンメルトのくり返しによつて
不純物濃度を制御する方法をのべたが、Au、
Ag、Cuなどのような元素の場合はInSb表面に蒸
着する量を制御することにより、1回のゾーンメ
ルトで所望の不純物濃度を得ることができる。ま
た、InSb表面に接触する不純物量を制御する方
法としてはイオン・インプランテーシヨン法を用
いることもできる。 以上述べたごとく本発明者らはCu、Au、Ag、
Zn、Na、K、Cd、B、Li、Ca、Mg、Ba、Al、
Pb、Feを5×1016〜1018cm-3含むゾーンメルト多
結晶InSb膜はS/Nが極めて良いことを見出し
た。本実施例において、S/N評価をホール素子
を用いて行なつたが、本発明はホール素子のみな
らず、磁気抵抗素子、赤外検知器など、低雑音を
要求されるすべての多結晶InSb薄膜に応用が可
能で、工業上の利益は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はInSb中のNaの不純物濃
度によるS/NおよびNの変化をそれぞれ示した
図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 膜厚が0.1〜3μmとなるようにInSb多結晶
    薄膜を所定基板上に蒸着法により形成し、該
    InSb多結晶薄膜をゾーンメルトした後、該InSb
    薄膜をCu、Au、Ag、Zn、Na、K、Cd、B、
    Li、Ca、Fe、Mg、Ba、Al、Pbの群から選ばれ
    た少なくとも一者の元素を含む拡散原物質に接触
    させてInSbの融点以下の温度で加熱処理を施
    し、前記少なくとも一者の元素を合計の濃度が5
    ×1016〜1×1018cm-3の範囲内となるように含有
    させたことを特徴とする磁電変換素子用InSb多
    結晶薄膜の製造方法。 2 特許請求の範囲第1項記載の磁電変換素子用
    InSb多結晶薄膜の製造方法において、前記加熱
    処理を250〜450℃で1分間以上行なうことを特徴
    とする磁電変換素子用InSb多結晶薄膜の製造方
    法。 3 特許請求の範囲第1項または第2項記載の磁
    電変換素子用InSb多結晶薄膜の製造方法におい
    て、前記Cu、Na、K、Li、Ca、Fe、Mg、Ba、
    Alの拡散源として、これら元素の水酸化物を用
    いることを特徴とする磁電変換素子用InSb多結
    晶薄膜の製造方法。 4 特許請求の範囲第1項または第2項記載の磁
    電変換素子用InSb多結晶薄膜の製造方法におい
    て、前記Cu、Au、Ag、Zn、Cd、Fe、Mg、Al、
    Pbの拡散源として、これら元素の単体を用いる
    ことを特徴とする磁電変換素子用InSb多結晶薄
    膜の製造方法。 5 特許請求の範囲第1項または第2項記載の磁
    電変換素子用InSb多結晶薄膜の製造方法におい
    て、前記Bの拡散源として、Bを含む熱硬化ガラ
    スを用いることを特徴とする磁電変換素子用
    InSb多結晶薄膜の製造方法。 6 膜厚が0.1〜3μmとなるようにInSb多結晶
    薄膜を所定基板上に形成し、該InSb多結晶薄膜
    をCu、Au、Ag、Zn、Na、K、Cd、B、Li、
    Ca、Fe、Mg、Ba、Al、Pbの群から選ばれた少
    なくとも一者の元素を含む拡散源物質に接触させ
    てゾーンメルトし、前記少なくとも一者の元素を
    合計の濃度が5×1016〜1×1018cm-3の範囲内と
    なるように含有させたことを特徴とする磁電変換
    素子用InSb多結晶薄膜の製造方法。 7 特許請求の範囲第6項記載の磁電変換素子用
    InSb多結晶薄膜の製造方法において、前記Cu、
    Na、K、Li、Ca、Fe、Mg、Ba、Alの拡散源と
    して、これら元素の水酸化物を用いることを特徴
    とする磁電変換素子用InSb多結晶薄膜の製造方
    法。 8 特許請求の範囲第6項記載の磁電変換素子用
    InSb多結晶薄膜の製造方法において、前記Cu、
    Au、Ag、Zn、Cd、Fe、Mg、Al、Pbの拡散源と
    して、これら元素の単体を用いることを特徴とす
    る磁電変換素子用InSb多結晶薄膜の製造方法。 9 特許請求の範囲第6項記載の磁電変換素子用
    InSb多結晶薄膜の製造方法において、前記Bの
    拡散源として、Bを含む熱硬化ガラスを用いるこ
    とを特徴とする磁電変換素子用InSb多結晶薄膜
    の製造方法。
JP3032877A 1977-03-22 1977-03-22 Insb polycrystal thin film of low noise Granted JPS53116068A (en)

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US05/888,465 US4177298A (en) 1977-03-22 1978-03-20 Method for producing an InSb thin film element
NLAANVRAGE7803102,A NL178377C (nl) 1977-03-22 1978-03-22 Werkwijze voor het vervaardigen van een dun indiumantimonide-filmelement.
DE2812656A DE2812656C2 (de) 1977-03-22 1978-03-22 Verfahren zur Herstellung eines InSb-Dünnschichtbauelementes

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JPH0666486B2 (ja) * 1988-10-14 1994-08-24 工業技術院長 ホール効果素子用再結晶膜およびその製造方法

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