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JPH0359570B2 - - Google Patents
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JPH0359570B2 - - Google Patents

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JPH0359570B2
JPH0359570B2 JP57113858A JP11385882A JPH0359570B2 JP H0359570 B2 JPH0359570 B2 JP H0359570B2 JP 57113858 A JP57113858 A JP 57113858A JP 11385882 A JP11385882 A JP 11385882A JP H0359570 B2 JPH0359570 B2 JP H0359570B2
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JP
Japan
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thin film
substrate
deposited
present
insb
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JP57113858A
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Keiji Kuboyama
Takeki Matsui
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3402Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
    • H10P14/3414Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being group IIIA-VIA materials
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    • HELECTRICITY
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Landscapes

  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は半導体として各種用途に有用なインジ
ウム−ガリウム−アンチモン系化合物薄膜の製造
方法、さらに詳しくいえば、インジウムとガリウ
ムの組成比を広い範囲にわたつて任意の割合に調
整しうる実用性の優れたインジウム−ガリウム−
アンチモン系化合物薄膜の製造方法に関するもの
である。 式In1-yGaySb(ただしyは原子比を示す1未満
の数)で示されるインジウム−ガリウム−アンチ
モン系化合物は、InSbに比較してホール係数が
大きいので、磁電変換素子として用いた場合、感
度が大きく最大磁束密度感度も大きくなるという
利点を有する。したがつて、In1-yGaySbは半導
体素子材料として極めて有用な物質ということが
できるが、この物質を単相として得る場合には、
バルク結晶の際にも、その製造が困難であるとい
う欠点がある。 一方、この半導体材料を用いて、例えば磁電変
換素子や薄膜電界効果型トランジスターなどの半
導体装置とする場合には、これを薄膜状にする必
要がある。 従来、このような薄膜を形成させる方法とし
て、バルク結晶を切り出して研磨する方法が知ら
れている。しかしながら、この方法で得られた薄
膜は優れた特性を有するものの、このような単結
晶の切り出しや研磨は多量のロスを生じ、工業的
方法としては必ずしも適当ではない。 また極めて簡単な薄膜形成法として、組成元素
であるIn、Ga、Sbを蒸着する一段形成法が挙げ
られるが、この方法においては単相のIn1-y
GaySbは形成しにくく、たとえ形成されたとし
てもその特性は極めて悪く、その上蒸着生成物の
InとGaとSbの組成比をコートロールすることが
極めて困難であつて、所望の組成比の結晶蒸着膜
が得にくいという欠点がある。 本発明者らは、このような欠点を改善すべく鋭
意研究を重ねた結果、アンチモンとインジウム
を、アンチモンとインジウムの膜中の組成比があ
る一定の範囲になるように加熱基板上に蒸着さ
せ、次いでその上にガリウム単独又はガリウムと
アンチモンを蒸着させることにより、極めて容易
にかつ任意のGaの原子比(y)のIn1-yGaySb薄
膜を得ることができることを見出し、この知見に
基づいて本発明を完成するに至つた。 すなわち、本発明は、アンチモンとインジウム
をアンチモンとインジウムの膜中の組成比
(FSb/FIo)が0.65〜0.95になるように加熱基板上
に蒸着させ、次いでその上にガリウム単独又はガ
リウムとアンチモンとを同時に蒸着させることを
特徴とする一般式 In1-yGaySb (式中のyはガリウムの原子比を示す1未満の数
である) で表わされるインジウム−ガリウム−アンチモン
系化合物薄膜の製造方法を提供するものである。 本発明方法においては、まずアンチモン(Sb)
とインジウム(In)を、その膜中の組成比
(FSb/FIoが0.65〜0.95の範囲になるように加熱基
板上に蒸着させて薄膜を形成させる。この際、
FSb/FIoは、基板面への原子到達速度の比(アラ
イバルレートレーシヨ)ASb/AIoと基板加熱の程
度によつてほぼ知ることができる。すなわち
FSb/FIoとASb/AIoとの間に、一般にはFSb/FIo
≦ASb/AIoの関係式が成り立ち、ASb/AIoが0.85
以下の時にはASb/AIoとFSb/FIoが等しくなるの
で一義的にFSb/FIoが決まる。また蒸着初期の基
板温度が、例えば10-5torrの真空下で420℃以上
と高く、かつASb/AIoが0.85よりも大きいときに
はFSb/FIo<ASb/AIoになるので所望の組成比に
合わせて若干多くのSbを蒸着させる。 このように、まずアンチモンとインジウムの組
成比(FSb/FIo)が0.65〜0.95の範囲になるよう
に加熱基板上に薄膜を形成させておき、次いでガ
リウム(Ga)単独又はガリウムとアンチモンと
を同時に蒸着させる。この際、In1-yGaySb薄膜
中のGa組成の原子比yは、次の式 y=AGa/ΣASb (式中のAGa/ΣASbはGaとSbの基板面への原子
到達速度の比であり、ΣASbは最初にInとともに
蒸着した時のSbの基板面への到達速度と、Gaと
同時に蒸着させる時のSbの基板面への到達速度
の和である) でほぼ与えられる。 すなわち、本発明方法においては、yの一義的
なコントロールを原子到達速度比によつて行うこ
とができる。ちなみにこの量は薄膜形成を行う
際、あらかじめコントロールしうる量である。 このようなyの一義的なコントロールの可能性
は、最初のInSb薄膜の形成時の条件によつて左
右され、例えばFSb/FIoが0.95より大きい条件で
InSb薄膜を形成させた場合には、yは決まらず、
2相あるいは3層の薄膜が得られるが、これらは
極めて特性が劣る。また、FSb/FIoが0.65より小
さい条件でInSb薄膜を形成させた場合には、得
られた膜は透明になつて極めて特性が劣るように
なる。 すなわち、本発明に従い、FSb/FIoが0.65〜
0.95の範囲になるように、適当量のIn過剰のInSb
薄膜を形成させることが、単相のIn1-yGaySbを
得る上で不可決であり、この場合にのみyは蒸着
条件により一義的に決まることになる。 本発明の方法における初めのInSbの蒸着は、
InSbを蒸発源としてもよいが、ASb/AIoを容易
にコントロールするには、InとSbを別個の蒸発
源とすることが好ましい。この場合もSb源とし
てSb単体を用いてよいことはもちろんであるが、
GaSb、InSbなどの化合物を使用することができ
る。蒸発源として、一般に高純度のものを使用す
ることが好ましいが、本発明の方法においては、
スリーナイン程度のものを用いても得られる半導
体素子の特性は実質的に変わらない。したがつて
本発明の方法は、このような比較的純度の低いも
のを蒸着源として使用できるという利点を有す
る。 本発明の方法における次の蒸着においては、
Gaのみを蒸着させるか又はGaとSbとを同時に蒸
着させるかは、所望するy値により適宜選択さ
れ、例えばyが0.3以下の場合にはどちらの方法
でもよいが、0.3を超える場合には後者の方法が
好ましい。これは、前者の方法を用いると、Sb
に対するInとGaの和の割合が多くなりすぎるた
め良質の膜が形成されにくいからである。この際
のGaの供給源としては、Ga単体のほか、GaSb
も使用しうる。 本発明の方法に用いられる蒸着用基板には、特
に制限はなく、一般に慣用されているものが有利
に用いられる。そのような基板としては、例えば
サフアイア、CaF2、NaCl、雲母、ガラス、Cr−
ドーブのGaAsなどを挙げることができる。特に
好ましいのは結晶性基板類である。 本発明の方法において、蒸着工程中、上記基板
は最初のInSb蒸着では、InSbの融点である約530
℃以下の温度に保たれるならば特に制限されな
い。通常基板は530℃以下の適当な温度に設定さ
れるが、蒸着中に温度を上昇させたり下降させる
など、また、ゆるやかにあるいは急速に変動させ
ることもできる。また、次の蒸着工程では、基板
の温度は、通常InSb蒸着形成における終点時の
温度に保たれるが、より高い又はより低い温度に
変更設定してもよいし、蒸着中に徐々にあるいは
急激に昇温又は降温させることもできる。 また、本発明の方法において、金属を蒸着させ
るときの真空度は、一般に用いられている
10-3Torr以上が好都合に採用される。その最低
の限界は、InとSbとAsのミーンフリーパス
(mean free path)から決定され、それより高い
適当な真空度が用いられる。また、蒸着装置(ベ
ルジヤー)内をN2、Arなどで置換してから所望
の真空度に減圧することもできる。 本発明の方法で得られる蒸着製品は、半導体素
子としての用途、さらにその所望特性などに応
じ、その特性が保たれる範囲内の任意の厚さに形
成させることができる。通常、数100Åから数
10μmまでの範囲が工業的に有利に採用される。 本発明の方法を実施する手段ないし装置類は、
前記の本発明の技術概念を逸脱しない限り、なん
ら制限を受けない。例えば、蒸着にはヒーター加
熱又はEB加熱などの加熱手段やフラツシユ蒸着
などの極めて通常の手段を採用してもよいし、
MBE、イオンビーム法などを適用することもで
きる。 さらに、本発明の方法による薄膜の蒸着形成速
度は、例えば0.1〜1000Å/secの広い範囲が採用
できるが、到達速度比のコントロールの容易さか
ら、1〜100Å/sec程度の膜厚形成速度が好まし
い。 次に実施例によつて本発明をさらに詳細に説明
する。 実施例 1 基板として雲母を用い、6枚のウエハーが設置
できる同心円周上に回転する基板ホルダーを有す
る蒸着装置を使用した。 原料In、Sb、Gaはフルウチ化学社製6−Nの
ものを用いた。 真空度を5×10-6Torrにし、基板温度を400℃
に設定した。次にASb/AIoが0.94になるようにし
て、基板温度を500℃まで上昇しつつSbとInを30
分間蒸着した。次いで基板温度を540℃に上昇さ
せながらGaをAGa/ASbが0.20になるように4分
間蒸着した。 得られた薄膜をX線回折で調べたところyが
0.2の単相の三元系結晶In0.8Ga0.2Sbが得られてい
ることがわかつた。 6枚のウエハーの特性をパウ法で測定したとこ
ろ、移動度は25000〜26500cm2/V・secであり、
ホール係数は850〜900cm3/cであつた。 ちなみに、InSbの形成段階までで止める別の
蒸着により得られた膜の移動度は22000〜23000
cm2/V・secで、ホール係数は300〜320cm3/cで
あつた。 比較例 1 実施例1における最初のInSb形成時のASb
AIoを1.2にする以外は、実施例1とまつたく同様
な操作を行い、Gaを後で蒸着したところ、得ら
れた膜の移動度は4000〜5000cm2/V・sec、ホー
ル係数は100〜130cm3/cであつた。 比較例 2 実施例1と同じ条件でIn、Sb、Gaを同時に蒸
着させたところ、得られた膜の移動度は3000〜
4000cm2/V・sec、ホール係数は150〜200cm3/c
であつた。 実施例 2 Ga単独に代えてGaとSbを蒸着する以外は実施
例1と同一の条件で、次のようにしてIn0.8Ga0.2
Sb薄膜を形成させた。 まず、ASb/AIoを0.83にして蒸着し、引き続い
てΣASb/AIoが0.94になるようにSbを、また
AGa/ΣASbが0.2になるようにGaを同時に蒸着し
た。得られた薄膜のX線回折パターンより計算し
たyは0.20になつていて、しかもその特性は実験
誤差内で実施例1と同様であつた。 実施例 3〜5 第1表に示すような各種到達速度比を用い、実
施例1と同様な蒸着条件で各種薄膜を形成し、そ
れぞれについてyと特性を求めた。その結果を第
1表に示す。
【表】 なお、実施例3〜5におけるASb/AIoの条件で
形成されたInSbのみの薄膜は、それらの中で最
も良い特性でも移動度25000cm2/V・sec、ホール
係数320cm3/Cであり、したがつて、第1表か分
るように、本発明方法により特にホール係数の点
で大きく改善された薄膜が得られた。 比較例 3〜5 実施例3〜5におけるASb/AIoをほとんど変え
ずに、ASb/AIoを1以上として、実施例1と同様
な蒸着条件で各種薄膜を形成し、それぞれについ
て特性を求め、その結果を第2表に示した。
【表】 この場合、いずれにおいてもyは決まらず、2
相又は3相になつた。 実施例 6 実施例1における装置、基板、原料と同様のも
のを用い、まずASb/AIoを0.79にして蒸着し、引
き続いてΣASb/AIoが0.91になるようにSbを、ま
たAGa/ΣASbが0.4になるようにGaを同時に蒸着
した。得られた薄膜のyは0.38になつていて、ホ
ール係数は1450cm3/C、移動度は12000cm2/V・
Sであり、特に大きなホール係数を有していた。 実施例 7 初期基板温度を430℃に設定し、真空度を7×
10-5Torrで、最初Sbを多く蒸着させ、平均の
ASb/AIoが0.94になるようにして、基板温度500
℃まで上昇しつつInとSbを30分間蒸着した。次
いで基板温度を540℃に上昇させながらAGa/ASb
が0.2になるようにGaを4分間蒸着した。 得られた薄膜をX線回折で調べたところ、yが
0.23であり、また原子吸光でInとSbの組成比を調
べたところ、FSb/FIoは0.85であつた。また移動
度は46000〜49000cm2/V・sec、ホール係数は950
〜970cm3/Cであつた。 実施例 8 実施例1における雲母基板の代りにスライド基
板を用い、実施例1と同様にしてIn0.8Ga0.2Sbを
つくつた。この移動度は6500cm2/V・sec、ホー
ル係数は300cm3/Cであつた。 なお、InSbのみの場合には移動度は6000cm2
V・sec、ホール係数は150cm3/Cであつた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 アンチモンとインジウムをアンチモンとイン
    ジウムの膜中の組成比(FSb/FIo)が0.65〜0.95
    になるように加熱基板上に蒸着させ、次いでその
    上にガリウム単独又はガリウムとアンチモンとを
    同時に蒸着させることを特徴とする一般式 In1-yGaySb (式中のyはガリウムの原子比を示す1未満の数
    である) で表わされるインジウム−ガリウム−アンチモン
    系化合物薄膜の製造方法。
JP57113858A 1982-07-02 1982-07-02 インジウム−ガリウム−アンチモン系化合物薄膜の製造方法 Granted JPS595620A (ja)

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JPH0210882A (ja) * 1988-06-29 1990-01-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体薄膜磁気抵抗素子およびその製造方法

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JPS595620A (ja) 1984-01-12

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