JPH04179289A - 磁気抵抗素子 - Google Patents

磁気抵抗素子

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JPH04179289A
JPH04179289A JP2306207A JP30620790A JPH04179289A JP H04179289 A JPH04179289 A JP H04179289A JP 2306207 A JP2306207 A JP 2306207A JP 30620790 A JP30620790 A JP 30620790A JP H04179289 A JPH04179289 A JP H04179289A
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JP
Japan
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electron mobility
thin film
inas
substrate
magnetoresistive element
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Ichiro Shibazaki
一郎 柴崎
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は温度特性に優れた1nAsの薄膜を存する磁
気抵抗素子に関する。
〔従来の技術〕
従来の半導体を用いた磁気抵抗素子は[nSbの単結晶
または薄膜を用い、それに金属のショートバー電極を形
成し、磁気抵抗素子としていた。
〔発明か解決しようとする課題〕
このような従来技術では、InSbの本質的な性質であ
る抵抗値の負の温度依存性のために、温度の」1昇とと
もに素子抵抗値か急激に下降する。この結果、高い電圧
を加えたり、高温で使用すると素子の温度上昇に伴い電
流か増大する。このため、磁気抵抗素子の温度か」二か
り過電流か流れて素子か破壊されるという本質的な欠点
かあった。したかって、従来の素子は高温での使用には
限界かあり、実用的には60°C程度か上限であった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者はこのような半導体の磁気抵抗素子の問題を解
決すへく新たな高電子移動度材料を検J・jした。この
結果、GaAsの単結晶基板」二に成長させた厚さ1.
0μm以下のInAS薄膜の一部に、ドナー原子として
例えばSiをドープすることにより高電子移動度部と低
電子移動度部の二層の電子移動度部をもつ[nAS薄膜
か製作されることを見いたし、さらに、該薄膜の高電子
移動度部のみを動作層とすることにより、InAs薄膜
の抵抗値の温度変化をなくすことができることを見いた
した。
第2図にこのような二層の電子移動度部をもつ[nAS
薄膜の厚さ方向の電子移動度の分布を示した。
この発明でいう高電子移動度部は、基板との界面から0
.1μm以上離れた高電子移動度部を示している。
また、この薄膜の高電子移動部へショートバー電極を形
成することにより大きな形状磁気抵抗効果を引き出すこ
とを実現し、温度特性に優れ、高感度の磁気抵抗素子で
あるこの発明に至った。すなわち、単結晶層上に形成さ
れた高電子移動部と低電子移動度部の二層からなるIn
As薄膜と、該薄膜の高電子移動度部に電気的に接触し
て形成された高導電材料からなる複数のショートバー状
の電極とからなる感磁部と、外部接続のための複数の電
極を有することを特徴とする磁気抵抗素子である。
〔実施例〕
第1図はこの発明の磁気抵抗素子の基本型の一例を示し
たものであり、第1図(a)は平面図、第1図(b)は
その断面図である。第1図において二層の電子移動度部
をもつInAs薄膜であり、I (11)は該薄膜の高
電子移動度部、l(1,2)は低電子移動度部である。
2a、2bは外部接続用の電極を示し、3は高導電材料
からなるショートバー状の電極であり、4は単結晶基板
である。5は磁気抵抗素子の感磁部を示している。
この発明の磁気抵抗素子の感磁部を構成する二層の電子
移動度部を有するInAs薄膜は、1 (II)の高電
子移動度部にドナー原子がドープされており、低電子移
動度部1 (12)に比較して高導電率を有する。この
ような感磁部を構成するInAs薄膜は、特に限定され
ないが、通常は厚さか全体で1.0μm以下であること
が好ましい。さらに、通常+ (II)部はl (12
)部と同じか、またはそれより厚く作られる。その厚さ
は、通常1 (12)部は011μmまたはそれ以下で
あり、1 (11)部は1.0μm以下、好ましくは0
.5μm以下である。特別の場合には0.1μm以下で
作ることもある。特に好ましい範囲は、1 (11)部
は0.05〜0.4 μmである。
この発明素子の高電子移動部にはドナー原子かドープさ
れている。一般にrnAsに用いられるドナー原子なら
なんでもよいか、好ましいものとして、Si、 S、 
Ge等かある。
第2図は、二層の電子移動度部をもつInAs薄膜の厚
さ方向の電子移動度の分布、すなわち高電子移動度部と
低電子移動度部の電子移動度の分布を示した。
この発明に用いられる基板4は通常の素子に用いられて
いる単結晶基板で良く、好ましいのはGaAsや[nP
なとてあり、サファイア、シリコンなども使われる。そ
の表面はミラー状に研磨されており平滑な結晶面がでて
いることが望ましい。高導電材料からなる電極2とショ
ートバー状の電極3には、通常はInAsとオーミック
接触する金属を用いる。好ましいものとしては、In、
 Cu、 Au、 Ag。
またはAu−Geのような合金が好ましい。さらに、゛
これらの金属上に適当な金属を積層し、二層、三層にし
た多層の金属を電極として用いることも好ましく行われ
る。
例えば、Cu−Ni−Au、 Cu−Ti−Auの三層
構造は信頼性も良く、好ましい例である。ボンデング上
好ましいので、一般に電極2は多層で作られる場合が多
いか、ショートバー状の電極3は単層の場合も多い。電
極2および3は同一構成である必要はない。組合せや双
方とも多層のものも好ましい例である。
第3図はこの発明の他の例を示す平面図である。
この例のように一つの基板上に第1図に示された基本と
なる構成をいくつか形成し、素子として用いることも好
ましく行われる。ここで、6a、 61)、 6cは磁
気抵抗素子の端子電極から外部電極への引き回し部であ
り、通常ショートバー状電極と同様の方法、同様の高導
電材料てつくられる。また、第3図において、一体とし
て形成されている二つの素子のうち、ショートバー状電
極の数や、間隔などを左右て変えることで磁気に対する
抵抗の変化率を異なるようにする事ができ、−様磁界に
対し差動出力を得ることも可能である。
第4図はこの発明の磁気抵抗素子と他の素子とが同−板
」二に形成されている例を示す平面図で、一方の素子が
ショートバー状電極を形成せず、単に抵抗素子として利
用されている例である。
第5図はこの発明の別の実施態様を示すもので、第5図
(a)は平面図、第5図(b)はその側断面図である。
第5図において、磁気抵抗素子は通常の半導体素子と同
じくワイヤー9によりリード線101゜102、 1.
03に接続される。ここで、7はリード上に素子−をの
せるアイランドである。これらは樹脂によりパッケージ
されて用いることも行われる。また、この発明の素子と
磁場印加手段である磁石やコイルとを組み合わせて用い
ることもてきる。さらに、この発明の素子は他の素子と
組み合わせて一つの基板」二に集積化されること、ハイ
ブリット的に集積されること、また、同一のパッケージ
内に収納され一体化された機能素子として用いることも
てきる。この発明の素子の駆動回路部はしはしはこのよ
うに集積化されて用いられる。
この発明の素子は、ホール素子や抵抗素子、コンデンサ
などと一緒にモノリシック的に集積化されることも好ま
しく行なわれる。このような例を第6図に示した。
第6図の(a)はこの発明の素子か抵抗素子2と同一基
板」二にモノリシック的に集積した例を示す平面図であ
り、(1〕)はこの発明の素子の駆動部と電極部22等
か同一基板23上に集積化したモノリシックまたはハイ
フリット素子の例を示す平面図である。これらは、通常
の方法てパッケージされて使われることか多い。
第7図はこの発明の別の実施態様を示す断面図であり、
感磁部の裏面側に基板に接してフェライトのような軟磁
性からなる磁性体24を配設し、磁気増幅効果により感
度向上を行った例である。
第8図は、第3図、第4図、第7図に示したこの発明の
素子に、永久磁石による磁界を印加する手段を例示した
断面図である。
〔試作例〕
厚さ0.3 mmのGaAs基板上に、分子線エピタキ
ノヤル法により二層の電子移動度部をもつ[nAS薄膜
を成長させた。その手順は、まず基板からの厚さか0.
1μmまではノンドープの1nAs膜を形成し、歪のな
いInAsの表面格子をもつ低電子移動度部である[n
AS薄膜を形成した。
次に、Siをドーピングしながら0.3μmの1nAs
を成長させlXl017個/ ciのキャリア密度をも
つ高電子移動度部を形成した。こうして厚さ0.4μm
の二層の電子移動度部を有するInAs薄膜をGa、A
s基板上に形成した。
つぎ(こ、1nAsRWI漠」二(こ]才l・レジスI
・のマスクをフォ1〜リソグラフィーにより形成し、つ
いて無電解メツキにより電極およびショートバー電極の
必要な部位にのみCu層を形成し、次に電解メツキてC
uを層付けし、厚さ1.0μmとした。次に、フォトレ
ンストのマスクを変えて外部接続電極部にNi、  0
.5 μm 、 Auを1.0μm電解メツキした。
つぎに、エツチング用のマスクをリソグラフィーにより
形成し、イオンミリングによりGaAs基板上の不要な
InAs薄膜をエツチングし、電極間の電流通路の幅3
0μmで、かつ、幅5μm、長さ30μmのンヨートバ
ーを電流通路に直通に形成した構造の第3図に示すよう
な三端子の磁気抵抗素子を多数−枚の基板上に形成した
9一 ついてダイシンクソーにより、個々の磁気抵抗素子チッ
プに切離した。ついて、この中の一部の素子をリード上
にダイボンドし、リード線と素子電極間を28μm、直
径20μmのAu線によりワイヤーボンドを行った。
次に1〜ランスファーモールドにより、モールドして第
5図のような三端子のモールド磁気抵抗素子を製作した
。この試作素子の入力抵抗値は平均値が850Ωてあっ
た。
次に、試作した本発明素子の特性の一例を示す。
第9図には、この発明の素子を駆動させた場合の磁石の
移動距離に対する差動出力の一例を示した。
電極2a、2cに入力電圧IVを加えたときの電極2b
の作動出力で、長方向に着磁した希土類磁石を作動出力
が得られるよう素子表面より0.5 mm離して平行に
スキャンした場合である。試作磁気抵抗素子の抵抗値(
2a、2cの間の抵抗値)の温度変化の例を第10図に
示す。従来の[nSbに比べると極めて変化が小さい。
このためこの発明ては、150°Cまての使用か可能で
ある。
=10− C効 果〕 この発明の磁気抵抗素子は温度に対する安定性か良く、
従来にない100°Cを超えた150°Cまての使用か
可能であり、工業用、自動車用、磁気センサーや小型モ
ーターなとの使用に耐えるうえに、半導体の均一単結晶
薄膜の生産技術であるMBE法やM OCV D法なと
のフォトリソグラフィーベースのウェハープロセスで製
作できるので極めて生産性か高い。このため、工業上の
存用性ははかりしれない。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の磁気抵抗素子の一例を示し、第1図
(alは平面図、第1図(b)はその断面図である。 第2図はInAS膜厚に対する電子移動度の変化を示す
グラフである。第3図および第4図はそれぞれこの発明
の実施態様の例を示す平面図である。第5図はこの発明
の一実施態様で第5図(alは平面図、第5図(1))
はその側断面図である。第6図(al、 (b)はとも
にこの発明の実施態様の例を示す平面図である。第7図
はこの発明の一実施例を示す断面図である。第8図(a
t、 fb)、 (c)はいずれもこの発明の磁気抵抗
素子に磁界を印加する手段を例示した断面図である。第
9図は百挫石の移動圧jζIFに利する磁気抵抗素子の
差動出力の変化を示すクラブである。 第10図は磁気抵抗素子の抵抗温度41゛性を示す′7
ラフである。 1 1nAS薄膜、2a、 2b、 2C−[’lil
、3 シフートハー状電極、4 基板、5 感磁部、9
1ツイヤ−12I 抵抗素子、22 電極部。 特許出願人  旭化成工業株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、単結晶層上に形成された高電子移動度部と低電子移
    動度部の二層からなるInAs薄膜と、該薄膜の高電子
    移動度部に電気的に接触して形成された高導電材料から
    なる複数のショートバー状の電極とからなる感磁部と、
    外部接続のための複数の電極を有することを特徴とする
    磁気抵抗素子
JP2306207A 1990-11-14 1990-11-14 磁気抵抗素子 Expired - Lifetime JP2546921B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013030550A (ja) * 2011-07-27 2013-02-07 Asahi Kasei Electronics Co Ltd 磁気抵抗素子及びその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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