[发明专利]半导体薄膜的制造方法和采用所述薄膜的磁电转换元件

说明书

本发明涉及制造半导体薄膜特别是锑化铟薄膜的方法，还涉及配备上述方法制造的半导体薄膜的磁电能转换元件。

迄今，一直将高截流子迁移率的锑化铟(即InSb)化合物半导体用作磁电转换元件如磁阻元件与霍尔元件等的材料。如在这类元件中，InSb磁阻元件用粘附于支承衬底的InSb单晶块片经光制后制成，尽管存在高温可靠性差的问题，因为高温时粘合力发生劣化，且由于InSb、粘附层、支承衬底等的热膨胀系数之差会造成剥落和开裂。因此，近年来，曾多次尝试在硅衬底上直接生长InSb等III-V族化合物来半导体薄膜，并且已生产出优质的InSb薄膜，正如日本待审查专利申请公报No.7-249577揭示的那样。由于优质的InSb薄膜直接形成在硅衬底上而成为元件，所以该薄膜是一种供汽车电子装置等高温使用的潜在的磁组材料。

然而，按日本待审专利申请公报No.7-249577揭示的方法在硅衬底上生长InSb薄膜时，截流子迁移率约为42,000cm²/V-S或更小，不符合磁阻元件期望的灵敏度。

因此，本发明的目的正是提供一种制造高载流子迁移半导体薄膜的方法。本发明的另一个目的是提供一种磁电转换元件等的电子元件，这类电子元件配有上棕方法制作的半导体薄膜。

为实现上述的目的，按本发明某一方面的半导体薄膜制造方法包括以下步骤：从具有硅单晶表面的衬底上除去表面氧化物膜，氢终止(terminating)衬底表面，在衬底上形成铟缓冲层，在缓冲层上形成铟锑原始籽晶层，在原始籽晶层上形成铟锑主生长层，同时将上述衬底的温度保持在460℃～480℃。

从具有硅单晶表面的衬底上除去表面氧化物膜和氢终止衬底表面的步骤，最好同时用一种水溶液处理来执行，水溶液选自氟化氢水溶液、氟化铵小溶液及其混合水溶液。此外，在形成主生长层时，最好将具有硅单晶表面的衬底的温度提供到460℃～480℃，并在一段与衬底温度有函数关系的保持时间之后形成该主生长层。

根据上述方法，可制成高载流子迁移率的半导体薄膜。具体地说，当具有硅单晶表面的衬底的温度T(℃)在460～480℃范围内，而且保持保持时间t(分钟)满足关系式-0.02T²＋17.3T－3703＜t＜-0.02T²＋17.3T－3691时，可稳定地呈现出45,000cm²/V.s～52,000cm²/V.s的载流子迁移率。

本发明的半导体薄膜制造方法最好还包括步骤：以较低的生长速度形成主生长层以达到预定的层厚度，并且以较高的生长速度继续形成主生长层。具体而言，最好以0.01～0.5nm/s的低生长速度形成主生长层，直到膜厚度达到5～10nm，并以0.2～5nm/s的高生长速度继续形成主生长层。

根据上述方法，在形成主生长层的过程中，在主生长层始阶段将In与Sb的提供速度控制于低程度，提高了InSb的结晶特性。在层厚度达到预定值后，继续形成InSb薄膜时可提高这两种材料的提供速度而劣化结晶特性。

从具有硅单晶表面的衬底上除去表面氧化物膜和氢终止衬底表面的步骤，最好同时用一种水溶液处理来执行，水溶液选自氟化氢水溶液、氟化铵小溶液及其混合水溶液，同时将衬底表面连续遭受上述激活态的水溶液，使上述衬底的整个表面均匀地作氢终止。

在形成缓冲层，原始籽晶层与主生长层时，最好用电子束加热型真空蒸发方法将铟加热而蒸发，并将蒸发的铟淀积在具有硅单晶表面的衬底上。

关于磁电转换元件等电子元件，根据本发明的另一个方面，该元件包括用具有上述特点的制造方法形成的半导体薄膜，还包括短路电板、端接电极与保持膜中的至少一种，因而该元件在高温时具有足够高的可靠性，且具有优良的电学特性。

通过以下参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它特征与优点就更清楚了。

图1中本发明的半导体薄膜制造法所使用的真空蒸发设备的示意结构图；

图2是本发明一实施例的半导体薄膜制造法中有关硅衬底温度的时间图；

图3表示硅衬底温度与载流子迁移率的关系；

图4表示保持时间与载波子迁移率的关系；

图5表示硅衬底温度与保持时间的关系；

图6表示各硅衬底温度的载流子迁移率与半宽度的关系；

图7是本发明一实施例的磁电转换元件的透视图；

图8是应用图7所示磁电转换元件的磁性传感器的剖视图；

图9是本发明另一实施例中诸如霍尔效应器件等磁电转换元件的透视图。