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JPS5821817B2 - InSb多結晶薄膜の製造法 - Google Patents
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JPS5821817B2 - InSb多結晶薄膜の製造法 - Google Patents

InSb多結晶薄膜の製造法

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JPS5821817B2
JPS5821817B2 JP52032189A JP3218977A JPS5821817B2 JP S5821817 B2 JPS5821817 B2 JP S5821817B2 JP 52032189 A JP52032189 A JP 52032189A JP 3218977 A JP3218977 A JP 3218977A JP S5821817 B2 JPS5821817 B2 JP S5821817B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、主として極めて薄い膜厚をもつ低雑音InS
b薄膜素子の製造方法に関する。
InSbは電流磁気効果が優れておりホール素子、磁気
抵抗効果素子、などの磁気変換素子に応用されている。
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法やスパッタ法な
どの物理蒸着法、あるいはCVD法などの化学蒸着法が
用いられている。
しかしこれらの方法で製造した薄膜(大略3〜0.1μ
m程度の薄膜を用いている。
)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、かつ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っても結晶粒径は0.5〜2原程度
であり、かつ結晶欠陥も除去しきれない。
このようなInSb膜で磁電変換素子を形成したとき、
その出力には雑音が重畳する。
その雑音の程度は例えば、InSb膜厚2μm、素子幅
200μm、のホール素子に4000A/dの電流を流
したとき周波数帯域100Hz〜10kHz、の条件下
では、2〜10μV(蒸着InSb膜)、あるいは0.
8〜2μV(ゾーンメルトもしくは均一メルトInSb
膜)である。
また、このようなホール素子の出力は、ホール係数が3
00〜3507/C1信号磁界が10 Gaussの場
合は2.5〜2.8mV程度である。
したがって従来のゾーンメルトしたInSb膜のホール
素子は、信号対雑音比(S/N)が高々68〜73dB
、またホール素子に10000A/ぺの電流を流したと
しても71〜75dBであり、これ以上優れたS/Nを
得ることが困難であった。
本発明は、極めて雑音が小さく、かつ優れたS/Nを有
するホール素子を得ることを目的とし、ある種の不純物
元素を含有させるようにゾーンメルトもしくは溶融する
InSb多結晶薄膜の製造法である。
発明者らは0.1〜3μm厚のInSb薄膜素子のS/
Nを向上させるため種々の実験を行なった結果、sb原
子が化学当量比よりも過剰に存在する条件下でInSb
の熱処理を行なうとS/Nが5〜6dB改善される現象
を見出した。
ここでsb過剰の条件下の熱処理とは、5b205など
のsbを含む物質(Sbの拡散源)をInSb膜に接触
させてゾーンメルトもしくは溶融処理を行なう方法であ
る。
さらにこのような条件下でCu s Au s Ag
sZn、Na、に、Cd、B、Li、Ca2Mg、Pb
、Ba。
Al、Feの群より選ばれた少なくとも一者の拡散を同
時に行なうと、さらにすぐれたS/Nが得られることを
発見した。
なお、以上の元素の添加量は、その合計量として5×1
016〜1×1018CrrL−3、より好ましくは1
×戸7〜6×1717cd程度である。
この場合sbは雑音低減効果が顕著であり、他元素は特
にホール係数を犬ならしめ、信号を大きくするに効果が
顕著である。
本発明はかかる知見にもとずいて高いS/Nを持つIn
Sb薄膜を製造する手段を提供するものである。
以上のような元素を拡散させるには、InSb膜の加熱
中に前記元素を分解放出する物質にInSb膜を接触さ
せ、InSb膜中に拡散させれば良い。
この目的のためには、前記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
ガラスなどこれら元素を含む無機物質(拡散源)が適当
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
ンプランテーションなどによることもできる。
更に第2の方法として蒸着などで形成されたIn sb
多結晶薄膜の表面もしくは裏面に、上記元素を含む物質
を接触させ、しかるのちゾーンメルトもしくは溶融処理
を施す方法である。
このとき所定元素を拡散する方法として先に述べた物質
を接触させる方法、あるいは溶融In5bの表面張力に
よる丸まりを防ぐための保護膜(通常In203)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、本発明の実施態様を示すと次の通りである。
(1)蒸着法により形成したInSb膜をゾーンメルト
法あるいは溶融法で処理した後、所定温度でsbを放出
し、InSb膜中に拡散せしむる拡散源を接触させ、I
n5bの融点以下の温度で加熱拡散処理を施すことを特
徴とするInSb多結晶薄膜の製造法。
(2)蒸着法により形成したInSb多結晶薄膜にsb
拡散源を接触させ、しかる後ゾーンメルトあるいは溶融
処理を施すことを特徴とするInSb多結晶薄膜の製造
法。
(3)蒸着法により形成したIn5b多結晶薄膜をゾー
ンメルト法あるいは溶融法で処理した後、sbの拡散源
とCu、Au、Ag、Zn、Na、K。
Cd、B、Li 、ca2MgyPb、Ba、ALFe
の拡散源のうちから選んだ少なくとも1種とを該InS
b多結晶薄膜に接触させ、InSbの融点以下の温度で
加熱拡散処理を施すことを特徴とするInSb多結晶薄
膜の製造法。
(4)蒸着法により形成されたInSb多結晶薄膜に、
sbの拡散源と、第(3)項に示すsbを除く元素φ拡
散源のうちから選んだ少なくとも1種とを接触させ、し
かる後ゾーンメルトもしくは溶融処理を施すことを特徴
とするInSb多結晶薄膜の製造法。
(5)上記第(1)項〜第(4)項記載のInSb多結
晶薄膜の製造法において、上記蒸着により形成するIn
5b多結晶薄膜の膜厚を0.1〜3μmとすることを特
徴とするInSb多結晶薄膜の製造法。
(6)上記第け)項、もしくは第(3)項記載のInS
b多結晶薄膜の製造法において、上記加熱拡散処理は2
50〜4000G(より好ましくは300〜400℃)
の温度で1分以上行なうことを特徴とするInSb多結
晶薄膜の製造法。
(7)上記第け)項、第(2)項、第(3)項あるいは
第(4)項のIn5b多結晶薄膜の製造法において、前
記Sb、Cu、Zn、Na 、Kp’LisCasMg
pBa sAl、Feの拡散源として、これらの水酸化
物を用いることを特徴とするInSb薄膜の製造法。
(8)上記第(1)項、第(2)項、第(3)項あるい
は第(4)項のInSb多結晶薄膜の製造法において、
上記Sb、Cu、Au、Ag、Zn、Cd2Mg、Pb
、Al。
Fe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InSb多結晶薄膜の製造法。
(9)上記第(1)項、第(2)項、第(3)項あるむ
)は第(4)項のInSb多結晶薄膜の製造法において
、上記Sb、Bの拡散源として、これら元素を含む熱硬
化ガラスを用いることを特徴とするInSb多結晶薄膜
の製造法。
00)上記第(1)項、第(2)項、第(3)項あるい
は第(4)項のInSb多結晶薄膜の製造法において、
上記sbの拡散源として、その酸化物を用いることを特
徴とするIn5b多結晶薄膜の製造法。
以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。
実施例 1 本実施例は、まずInSb膜にsbのみをドープしたと
きの効果について述べる。
表面を極めて清浄化し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り蒸着した
後、真空中で550°Cの加熱温度で1時間の均一メル
トを行なった。
しかる後パフ研磨によってInSb膜表面を平坦に仕上
げた。
このときInSbの厚さは0.5〜2μmとした。
かかるInSb膜表面をKOHもしくは王水系の希釈液
によって化学エツチングし、表面に付着した汚染物質を
除去した。
このように形成した均一メル)InSb膜の表面に熱分
解によってsbを放出し、InSb中に拡散せしめるよ
うな化合物を被着した。
そのようなsbの拡散源となる化合物としては例えば5
b205゜5b205・H20s Sb 205・2H
20,5b205・3H20゜5b(OH)3,5b(
OH)5・XH2O、などがあ句本実施例では5b20
.の水溶液中もしくはアルコール溶液中に浸漬する方法
を用いた。
該溶液中にIn5b膜浸漬し、その後乾燥することによ
り5b205を被着したInSb膜を10”Torr真
空炉中で200〜500℃の温度範囲で1分から2時間
の加熱処理を行なった。
このようにsb原子を拡散処理したInSb膜をホトエ
ツチング法によって幅200μmのホール素子を形成し
、10000A/(177!の電流密度、10 Gau
ssの磁界と周波数帯域100Hz〜10kHzの条件
下で、ホール出力および雑音を評価した。
その結果、250〜4500Cの温度範囲で1分以上の
加熱処理で従来とほぼ同等以上の効果を得ることが出来
、特に300〜400℃で1時間程度の加熱処理がS/
Nの向上が最も著しかった。
第1表はかかるsb原子をそれぞれの温度で1時間の拡
散処理したInSb膜厚2μmのホール素子の場合に得
られた雑音およびS/Nである。
この実施例から明らかな如く、InSb膜中にsb原子
を供給しつつ加熱処理したInSb膜の雑音は減少して
S/Nは極めて改善された。
上記した他の拡散源とsb拡散源とによっても同様の処
理により、類似の効果を奏することができる。
実施例 2 本実施例は、In5bの融点以下の温度でInSbにs
bと他の不純物元素を同時にドープする固相拡散法につ
いて述べる。
表面を鏡面仕上げしたNi−Zn系フェライト上にスパ
ッタリングによりダウコーニング社の7059ガラス膜
を形成した基板上に、InSbを三温度蒸着法により蒸
着し、その表面にIn2O3保護膜を形成した後、ゾー
ンメルト処理を行なった。
しかる後In2O3をパフ研磨によって除去して、In
5b膜表面を平坦に仕上げた。
このときInSbの厚さは0.5〜3μmとした。
かかるIn5b膜表面を実施例1と同じように化学エツ
チングし、表面に付着した汚染物を除去した。
このように形成したゾーンメル)InSb膜の表面にs
bおよび所定の不純物元素の拡散源を被着した。
これを実現する方法はいろいろ考えられるが、sbにつ
いては本実施例においては5b205を塗布する方法、
すなわち実施例1で述べた方法を用いた。
他の不純物元素についてもCu z Na sK、Lt
sCatMgsBatAlsZntFeについては同様
に拡散源となる化合物を被着させる方法を用いた。
化合物としてはそれぞれ、Cu (O島。NaOH,K
OH,LiOH,Ca(OH)2.Mg(OH)2゜B
a(OH)2.Al(OH)3.Zn(OH)2.Fe
(OH)s、などがある。
sb化合物とこれらの化合物の水溶液中もしくはアルコ
ール溶液中に上記InSb膜を浸漬し、その後乾燥した
また化合物の入手が困難な元素、例えばAu 、Ag
、Cd 、Pb、に2いては蒸着法によって直接InS
b膜表面に数10〜数100λ被着した後、上記のsb
化合物を被着した。
さらにBなどの元素はスピンオン・ガラス(エマルジト
ン社製熱硬化ガラス)として市販されているsbとBの
元素原子を含有する熱硬化ガラスを塗布する方法で行な
った。
以上のような方法でsbおよび不純物元素の拡散源を被
着したInSb膜を1O−ITorrの真空炉中で加熱
処理を行なった。
このようにしてsbと不純物元素を拡散処理したInS
b膜をホトエッチ1ング法によって幅200μmのホー
ル素子を形成し、実施例1と同じ条件下で、ホール出力
および雑音を評価した。
その結果、sb原子とその他のいずれの元素原子の組合
せにおいても実施例1と同じ加熱条件で良く、特に30
0〜400℃で1時間程度の加熱処理がS/Nの向上が
最も著しかった。
第2表はかかる固相拡散法によってInSb膜厚2μm
のホール素子の場合に得られたS/Nである。
表2に示すように、sb原子とその他の原子をドープし
たInSb膜は、sbの供給なしで不純物を拡散した場
合に得られるS/Hの最大値、すなわち79〜80 d
Bよりもさらに大きなS/Nが得られた。
上記実施例は、1O−1Torrの雰囲気中でInSb
を拡散処理したが、不活性ガス中で処理してもよく、ま
たあらかじめInSb膜表面に適当な保護膜を被覆すれ
ば大気中で行なってもよい。
またInSb膜表面にsb元素およびその他の不純物元
素を含有する材料を接触させて固有拡散を行なったが、
所望の不純物元素をドープした基板材料を用いるか、あ
らかじめsb元素とその他の不純物元素を被着した基板
の上にInSb膜を形成し、しかる後ゾーンメルトもし
くは溶融処理をし拡散処理を施してもよい。
以上、InSb膜の表面または裏面にsb元素原子およ
びその他の所望の不純物元素を接触させ、適当な加熱処
理によってInSb膜中に固相拡散させる方法である。
この方法は、sb原子およびその他の不純物元素の拡散
量を加熱温度および加熱時間で制御できる利点がある。
実施例 3 実施例2と同じようにフェライト上にダウコーニング社
の7059ガラス膜を被着した基板上に三温度法で化学
当量組成のInSbを2μm堆積した。
しかる後、拡散すべき元素の1つであるsbをさらに0
.1μm蒸着して、InSbとsbの重ね膜にした。
その後、一方の不純物元素がNaもしくはKの場合、N
a OHもしくはKOHの10係アルコール溶液中に
浸漬し乾燥後、■n203の保護膜を形成してゾーンメ
ルト処理を行なった。
このゾーンメルトにおいてInSb膜は溶融するため、
InSb膜表面の不純物原子のNaあるいは一旦InS
b中にとりこまれて1020CrrL−3以上の濃度と
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
ーンメルトを繰返すことで5X1016□〜1×101
8.−3の適当な濃度にまで純化できる。
このようにして得られたInSb膜のS/Nを、実施例
2と同様な方法で評価した結果、実施例2で得た第2表
と同様な結果が得られた。
この方法は、ゾーンメルトの繰返しによって不純物濃度
を制御するものであるが、Cu z Au、Agtなど
の元素の場合はInSb膜に被着する量、例えば不純物
材料の蒸着膜厚を制御することで、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た。
[また、実施例2で述べた如き、所望の不純物元素をド
ープした基板を用いても良いことは勿論である。
なお、sb原子の供給法としては、本実施例で述べた外
部から供給する方法の他にInSb蒸着膜、形成の際に
化学当量比よりもsb過剰な膜(溶融時にsbが析出し
ない程度が好ましい。
)をあらかじめ形成する方法がある。
このような膜について、sbをのぞく不純物元素原子を
拡散させるInSb薄膜として用いると類似の結果を得
ることができ;た。
以上説明した如く、CusAusAgsZnsNa 5
KsCa、B、Lt*Ca*Mg、PbtBa、ACF
e−の1種または2種以上の元素原子にsb原子を供給
しつつ拡散を行なった多結晶InSb膜は、雑音が小さ
くなり、RHの増大とあいまってS/Nが極めて優れて
いることを見出した。
本発明は−PEM効果による光電変換素子の製法として
用いることは任意であるが、特に低信号用薄膜感磁素子
の製造上有益である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 蒸着法により形成したInSb多結晶薄膜にゾーン
    メルトもしくは溶融処理を施した後、該薄膜をsb拡散
    源に接触させ、InSbの融点以下の温度で加熱処理を
    施すことを特徴とするI nsb多結晶薄膜の製造法。 2 前記InSb多結晶薄膜の膜厚を0.1〜3μmと
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のIn
    Sb多結晶薄膜の製造法。 3 特許請求の範囲第1項または第2項記載のInSb
    多結晶の製造法において、前記加熱処理は250〜40
    0℃の温度で1分以上行なうことを特徴とするInSb
    多結晶薄膜の製造法。 4 特許請求の範囲第1項または第2項記載のInSb
    多結晶薄膜の製造法において、前記加熱処理は300〜
    400°Cの温度で1分以上行なうことを特徴とするI
    nSb多結晶薄膜の製造法。 5 前記sb拡散源として、sbの酸化物、sbの水酸
    化物、もしくはsbを含有する熱硬化ガラスの少なくと
    も一者を用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    ないし第3項のいずれかに記載のIn5b多結晶薄膜の
    製造法。 6 蒸着法により形成したInSb多結晶薄膜にsb拡
    散源を接触させ、ゾーンメルトもしくは溶融処理を施す
    ことを特徴とするInSb多結晶薄膜;の製造法。 7 前記InSb多結晶薄膜の膜厚を0.1〜3μmと
    することを特徴とする特許言責求の範囲第6項記載のI
    n5b多結晶薄膜の製造法。 8 蒸着法により形成したInSb多結晶薄膜にゾ−ン
    メルトもしくは溶融処理を施した後、該薄膜をsb拡散
    源とCu、Au、Ag、Zn、Na、K。 Cd、B、Li 、Ca、Mg、Pb、Ba、Al。 Feの群より選ばれた少なくとも一者の元素を含む拡散
    源とに接触させ、In5bの融点以下の温度iで加熱処
    理を施すことを特徴とするInSb多結晶薄膜の製造法
    。 9 前記InSb多結晶薄膜の膜厚を0.1〜3μmと
    することを特徴とする特許請求の範囲第8項記載のIn
    Sb多結晶薄膜の製造法。 710特許請求の範囲第8項または9項記載のInSb
    多結晶薄膜の製造法において、前記加熱処理は250〜
    400℃の温度で1分以上行なうことを特徴とするIn
    Sb多結晶薄膜の製造法。 11 特許請求の範囲第8項または第9項記載の5 I
    nSb多結晶薄膜の製造法において、前記加熱処理は3
    00〜400°Cの温度で1分以上行なうことを特徴と
    するInSb多結晶薄膜の製造法。 12前記sb拡散源として、sbの単体、sbの酸化物
    、sbの水酸化物、もしくはsbを含有する熱硬化ガラ
    スの少なくとも一者を用いることを特徴とする特許請求
    の範囲第8項ないし第11項のいずれかに記載のIn5
    b多結晶薄膜の製造法。 13前記Cu、Zn、Na、に、Li 、Ca、Mg、
    BaAl、Feの拡散源として、これらの水酸化物を用
    いることを特徴とする特許請求の範囲第9項ないし第1
    2項のいずれかに記載のIn5b多結晶薄膜の製造法。 14前記Cu、Au、Ag、Zn、Cd、Mg、Pb
    。 Al)Feの拡散源として、これら元素の単体を用いる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第8項ないし第12項
    のいずれかに記載のInSb多結晶薄膜の製造法。 15蒸着法により形成したInSb多結晶薄膜にsb拡
    散源とCu、Au、Ag、Zn、Na、に、Cd。 B、Li 、Ca2Mg、Pb、Ba、Al5Feの群
    より選ばれた少なくとも一者の元素を含む拡散源とを接
    触させ、ゾーンメルトもしくは溶融処理を施すことを特
    徴とするInSb多結晶薄膜の製造法。 16前記InSb多結晶薄膜の膜厚を0.1〜3μmと
    することを特徴とする特許請求の範囲第15項記載のI
    nSb多結晶薄膜の製造法。 17前記Cu、Zn、Na、に、Li、Ca9Mg。 Ba、Al、Fe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特許請求の範囲第15項な
    いし第16項のいずれかに記載のInSb多結晶薄膜の
    製造法。 18 その表面にInSb多結晶薄膜を形成する基板と
    してCu、Au、Ag、Zn、Na、に、Cd、B。 LipCatMg、Pb、Ba、Al、Feの群より選
    ばれた少なくとも一者の元素をドープした基板を用い前
    記元素の拡散源となすことを特徴とする特許請求の範囲
    第15項ないし第16項のいずれかに記載のInSb多
    結晶薄膜の製造法。
JP52032189A 1977-03-22 1977-03-25 InSb多結晶薄膜の製造法 Expired JPS5821817B2 (ja)

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DE2812656A DE2812656C2 (de) 1977-03-22 1978-03-22 Verfahren zur Herstellung eines InSb-Dünnschichtbauelementes

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