JP2915935B2 - 半導体薄膜材料 - Google Patents
半導体薄膜材料Info
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- JP2915935B2 JP2915935B2 JP25531989A JP25531989A JP2915935B2 JP 2915935 B2 JP2915935 B2 JP 2915935B2 JP 25531989 A JP25531989 A JP 25531989A JP 25531989 A JP25531989 A JP 25531989A JP 2915935 B2 JP2915935 B2 JP 2915935B2
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- Japan
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- thin film
- semiconductor thin
- film material
- carrier
- carrier mobility
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はデバイスに応用される半導体薄膜材料に係
り、特に多結晶薄膜半導体に関するものである。
り、特に多結晶薄膜半導体に関するものである。
（従来の技術） 従来、多結晶薄膜半導体の電気伝導についてはキャリ
ア移動度測定結果からの研究報告がある。例えば、ｐ型
不純物ドープされた多結晶Si膜のキャリア移動度の温度
依存性について不純物ドーピング濃度との関係が実験的
に調べられた例がある（ジャーナル・オブ・アプライド
フィジックス46巻No.12,5247頁など）。また化合物半導
体では、例えば、ｎ型InP多結晶膜のキャリア移動度に
ついて多結晶平均粒径との関係が調べられた例（ジャー
ナル・オブ・アプライドフィジックス54巻（２）,847
頁）などがある。これらの例から、粒径数百μｍ以下の
多結晶半導体薄膜は、結晶粒界での散乱が大きいためそ
のキャリア移動度の温度依存性は単結晶性薄膜と大きく
異なること、またその温度依存性が単結晶薄膜に比べキ
ャリア濃度を変化させることにより大きく変化すること
などの特徴を有することが知られている。
ア移動度測定結果からの研究報告がある。例えば、ｐ型
不純物ドープされた多結晶Si膜のキャリア移動度の温度
依存性について不純物ドーピング濃度との関係が実験的
に調べられた例がある（ジャーナル・オブ・アプライド
フィジックス46巻No.12,5247頁など）。また化合物半導
体では、例えば、ｎ型InP多結晶膜のキャリア移動度に
ついて多結晶平均粒径との関係が調べられた例（ジャー
ナル・オブ・アプライドフィジックス54巻（２）,847
頁）などがある。これらの例から、粒径数百μｍ以下の
多結晶半導体薄膜は、結晶粒界での散乱が大きいためそ
のキャリア移動度の温度依存性は単結晶性薄膜と大きく
異なること、またその温度依存性が単結晶薄膜に比べキ
ャリア濃度を変化させることにより大きく変化すること
などの特徴を有することが知られている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながらこれらの多結晶半導体薄膜は、キャリア
移動度の値が103cm2/V・sec以下と非常に低いためデバ
イスへの応用に問題があった。キャリア移動度の値が大
きく、かつその温度特性が優れ、さらにはその温度特性
がキャリア濃度に大きく依存する多結晶半導体薄膜材料
は、電子デバイス、光デバイス、センサー等への応用を
図るために重要である。
移動度の値が103cm2/V・sec以下と非常に低いためデバ
イスへの応用に問題があった。キャリア移動度の値が大
きく、かつその温度特性が優れ、さらにはその温度特性
がキャリア濃度に大きく依存する多結晶半導体薄膜材料
は、電子デバイス、光デバイス、センサー等への応用を
図るために重要である。
（課題を解決するための手段） 本発明者は前記問題点を解決するため鋭意研究を重ね
た結果、本発明の半導体薄膜材料は、平均結晶粒径100
ミクロン以下のInSbからなる多結晶薄膜であって、キャ
リア源となる不純物が前記結晶粒の界面にドーピングさ
れず、前記結晶の粒内に１×1017/cm3以上ドーピングさ
れており、且つ300Kでのキャリア移動度が５×103cm2/V
・sec以上であることを特徴とする。
た結果、本発明の半導体薄膜材料は、平均結晶粒径100
ミクロン以下のInSbからなる多結晶薄膜であって、キャ
リア源となる不純物が前記結晶粒の界面にドーピングさ
れず、前記結晶の粒内に１×1017/cm3以上ドーピングさ
れており、且つ300Kでのキャリア移動度が５×103cm2/V
・sec以上であることを特徴とする。
さらに、他の発明の半導体薄膜材料は、請求項１記載
の半導体薄膜材料において、400Kから4.2Kの温度範囲で
キャリア移動度の値の変化が±５％以内であることを特
徴とする。
の半導体薄膜材料において、400Kから4.2Kの温度範囲で
キャリア移動度の値の変化が±５％以内であることを特
徴とする。
さらに、他の発明の半導体薄膜材料は、請求項１また
は２記載の半導体薄膜材料において、前記不純物がSeで
あることを特徴とする。
は２記載の半導体薄膜材料において、前記不純物がSeで
あることを特徴とする。
以下、本発明の半導体材料について詳細に説明する。
本発明の半導体薄膜材料における多結晶薄膜は、一例
としてテクニカル・ダイジェスト・オブ・ジ・エイトス
・センサ・シンポジウム（Technical Digest of the 8t
h Sensor Symposium）1989,頁211〜214に記載の方法で
得ることができる。膜厚は通常10μｍ以下で作製する。
としてテクニカル・ダイジェスト・オブ・ジ・エイトス
・センサ・シンポジウム（Technical Digest of the 8t
h Sensor Symposium）1989,頁211〜214に記載の方法で
得ることができる。膜厚は通常10μｍ以下で作製する。
本発明における不純物導入に用いる元素及び化合物
は、ｎ型キャリアを生じるものとして、S,Se,Teなど周
期律表第VI族元素、Au,Agなどの遷移金属、H2S,H2Seな
どの化合物をあげることができ、ｐ型キャリアを生じる
ものとしてMg,Zn,Cdなどをあげることができる。不純物
元素の導入はInSb成膜時または成膜後のいずれで行って
もよい。その導入方法は成膜時の蒸着と熱拡散を組み合
わせた方法、成膜後の表面や気相からの熱拡散による方
法、イオン注入とアニール処理を組み合わせた方法等が
ある。ただし、この際導入した不純物元素がInSb結晶粒
界へ集中して局在すると、そのInSb結晶粒界の電気的性
質が著しく変化するため本発明の半導体薄膜材料とはな
らない。不純物種とその導入法は、このInSb結晶粒界の
変化を引き起こさないように選ぶ必要がある。一例とし
て上述の引用例の方法により得られた多結晶薄膜に対
し、InSb成膜後にSeを気相から導入しつつ300〜500℃で
１〜100時間熱拡散した場合にはInSb結晶粒界の著しい
変化を引き起こさない。この場合室温でのキャリア濃度
値が1015cm-3から1018cm-3までの範囲の不純物導入に対
して本発明の半導体材料となる。
は、ｎ型キャリアを生じるものとして、S,Se,Teなど周
期律表第VI族元素、Au,Agなどの遷移金属、H2S,H2Seな
どの化合物をあげることができ、ｐ型キャリアを生じる
ものとしてMg,Zn,Cdなどをあげることができる。不純物
元素の導入はInSb成膜時または成膜後のいずれで行って
もよい。その導入方法は成膜時の蒸着と熱拡散を組み合
わせた方法、成膜後の表面や気相からの熱拡散による方
法、イオン注入とアニール処理を組み合わせた方法等が
ある。ただし、この際導入した不純物元素がInSb結晶粒
界へ集中して局在すると、そのInSb結晶粒界の電気的性
質が著しく変化するため本発明の半導体薄膜材料とはな
らない。不純物種とその導入法は、このInSb結晶粒界の
変化を引き起こさないように選ぶ必要がある。一例とし
て上述の引用例の方法により得られた多結晶薄膜に対
し、InSb成膜後にSeを気相から導入しつつ300〜500℃で
１〜100時間熱拡散した場合にはInSb結晶粒界の著しい
変化を引き起こさない。この場合室温でのキャリア濃度
値が1015cm-3から1018cm-3までの範囲の不純物導入に対
して本発明の半導体材料となる。
このようにして作製される本発明の半導体薄膜材料
は、前述のようなキャリア移動度の特性をもつ材料であ
るが、この特性は従来知られていない特性である。本発
明の半導体薄膜材料ではμ（300K）は５×103cm2/V・se
c以上であるが、高くとも５×104cm2/V・secである。ま
た平均結晶粒径が100μｍ以上の場合には、薄膜の電気
伝導特性はInSb結晶粒界による散乱の寄与が小さくなる
ことから単結晶薄膜の電気伝導特性に近づき、本半導体
薄膜材料のような特性は示さない。
は、前述のようなキャリア移動度の特性をもつ材料であ
るが、この特性は従来知られていない特性である。本発
明の半導体薄膜材料ではμ（300K）は５×103cm2/V・se
c以上であるが、高くとも５×104cm2/V・secである。ま
た平均結晶粒径が100μｍ以上の場合には、薄膜の電気
伝導特性はInSb結晶粒界による散乱の寄与が小さくなる
ことから単結晶薄膜の電気伝導特性に近づき、本半導体
薄膜材料のような特性は示さない。
本発明におけるキャリア移動度の値は、通常のホール
効果測定から得られるホール移動度の値で表わしてい
る。しかしながらこの量は、実用上重要となる各種キャ
リア移動度との間に十分強い相関関係にあることは半導
体物理学上広く知られている。
効果測定から得られるホール移動度の値で表わしてい
る。しかしながらこの量は、実用上重要となる各種キャ
リア移動度との間に十分強い相関関係にあることは半導
体物理学上広く知られている。
（実施例） 以下、実施により本発明をさらに詳しく説明する。
マイカ基板（へき開面）上へ真空蒸着によりInSbから
なる多結晶半導体薄膜を作製した。
なる多結晶半導体薄膜を作製した。
基板温度は470℃〜510℃の範囲であり、蒸着源にはIn
Sb単結晶を用いた。また蒸着前の真空排気は10-6Torr以
下まで行った。90分間の成膜で膜厚7200Å、結晶粒径１
〜10μｍのInSbからなる多結晶薄膜を得た。この試料は
1.45×1016cm-3の室温キャリア濃度をもっていた。
Sb単結晶を用いた。また蒸着前の真空排気は10-6Torr以
下まで行った。90分間の成膜で膜厚7200Å、結晶粒径１
〜10μｍのInSbからなる多結晶薄膜を得た。この試料は
1.45×1016cm-3の室温キャリア濃度をもっていた。
次いでこの試料（1cm角）を直径2cm、長さ10cmのガラ
ス管にSeとともに入れ、10-4Torr以下の真空まで管内を
真空排気した。次いでガラス管を封じ、管状炉で460
℃、10時間加熱した。この方法によりSeを不純物として
InSb結晶粒内に導入した。Seの導入による室温キャリア
濃度の増加は、ガラス管中へ仕込むSeの量とともに増加
した。0.18mgのSe粒を仕込んだ時のサンプルは、1.2×1
018cm-3の室温キャリアをもっていた。0.030mgのSe粒で
は1.5×1017cm-3、また0.008mgのSe粒では2.2×1016cm
-3の室温キャリア濃度をもっていた。
ス管にSeとともに入れ、10-4Torr以下の真空まで管内を
真空排気した。次いでガラス管を封じ、管状炉で460
℃、10時間加熱した。この方法によりSeを不純物として
InSb結晶粒内に導入した。Seの導入による室温キャリア
濃度の増加は、ガラス管中へ仕込むSeの量とともに増加
した。0.18mgのSe粒を仕込んだ時のサンプルは、1.2×1
018cm-3の室温キャリアをもっていた。0.030mgのSe粒で
は1.5×1017cm-3、また0.008mgのSe粒では2.2×1016cm
-3の室温キャリア濃度をもっていた。
これらの試料の電子のホール移動度の温度依存性を第
１図に示す。またこの試料をSEMとEDXで観察したとこ
ろ、InSb結晶粒界へのSeの偏析は認められなかった。
１図に示す。またこの試料をSEMとEDXで観察したとこ
ろ、InSb結晶粒界へのSeの偏析は認められなかった。
第１図から明らかごとく、室温キャリア濃度が1016cm
-3オーダーから1017cm-3オーダーまで変化する間に、μ
（300K）／μ（77K）の値が300から1.1まで変化してい
る。すなわちキャリア濃度の変化に伴うμの温度依存性
の変化がかなり大きくなっている。また、300Kでのμ値
はいずれも22000,16400,12800cm2/V・secと高い値を示
している。
-3オーダーから1017cm-3オーダーまで変化する間に、μ
（300K）／μ（77K）の値が300から1.1まで変化してい
る。すなわちキャリア濃度の変化に伴うμの温度依存性
の変化がかなり大きくなっている。また、300Kでのμ値
はいずれも22000,16400,12800cm2/V・secと高い値を示
している。
次に室温キャリア濃度1.5×1017cm-3乃至1.2×1018cm
-3の試験量では、400Kから4.2Kまでの広い温度範囲でμ
の値の変化が、それぞれ12200cm2/V・sec±５％,7640cm
2/V・sec±５％と小さい。
-3の試験量では、400Kから4.2Kまでの広い温度範囲でμ
の値の変化が、それぞれ12200cm2/V・sec±５％,7640cm
2/V・sec±５％と小さい。
（発明の効果） 本発明の半導体薄膜材料では、上述のようなキャリア
濃度とキャリア移動度と温度との間には特異な相関があ
る。ある特定温度化ではキャリア濃度を変えることによ
りキャリア移動度に大きな変化が期待でき、このことを
利用した増幅器や発振器などのデバイス応用が考えられ
る。この場合特に、キャリア移動度の絶対値の大きいこ
とが実用上非常に重要となる。
濃度とキャリア移動度と温度との間には特異な相関があ
る。ある特定温度化ではキャリア濃度を変えることによ
りキャリア移動度に大きな変化が期待でき、このことを
利用した増幅器や発振器などのデバイス応用が考えられ
る。この場合特に、キャリア移動度の絶対値の大きいこ
とが実用上非常に重要となる。
また特にキャリア移動度が温度依存性を示さないよう
なキャリア濃度範囲に不純物導入した本発明の半導体薄
膜材料は、400Kから4.2Kまでの広い温度範囲で安定に移
動する素子への応用が可能となる。この際、該材料のキ
ャリア移動度の絶対値が大きいため実用上非常に有用で
ある。
なキャリア濃度範囲に不純物導入した本発明の半導体薄
膜材料は、400Kから4.2Kまでの広い温度範囲で安定に移
動する素子への応用が可能となる。この際、該材料のキ
ャリア移動度の絶対値が大きいため実用上非常に有用で
ある。
更にまた、77K近傍以下で高キャリア濃度、高キャリ
ア移動度を有する性質は超伝導トランジスタなどの低温
素子への応用が十分可能である。
ア移動度を有する性質は超伝導トランジスタなどの低温
素子への応用が十分可能である。
本発明の半導体薄膜材料は以上のように種々幅広い素
子応用が可能な材料である。
子応用が可能な材料である。
第１図は、本発明による半導体薄膜材料の実施例におけ
る電子移動度−温度特性を示す図である。図中、左側に
記載した数値は、それぞれのサンプルの室温でのキャリ
ア濃度値を表し、右側の数値は、77Kでのキャリア濃度
値を表す。
る電子移動度−温度特性を示す図である。図中、左側に
記載した数値は、それぞれのサンプルの室温でのキャリ
ア濃度値を表し、右側の数値は、77Kでのキャリア濃度
値を表す。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−117961（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−4540（ＪＰ，Ｂ１) Ｊ．ＧＯＣ ｅｔ ａｌ．，”Ｄｏｐ ｉｎｇ ｏｆ ＩｎＳｂ ｔｈｉｎ ｆ ｉｌｍｓ ｗｉｔｈ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｇｒｏｕｐｓ ▲ＩＩ▼ ａｎ ｄ ▲ＶＩ▼，”Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，Ｖｏｌ．142，1986，ｐ ｐ．227−240 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C01G 1/00 - 57/00 H01L 21/22 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)
Claims (3)
- 【請求項１】平均結晶粒径100ミクロン以下のInSbから
なる多結晶薄膜であって、キャリア源となる不純物が前
記結晶粒の界面にドーピングされず、前記結晶の粒内に
１×1017/cm3以上ドーピングされており、且つ300Kでの
キャリア移動度が５×103cm2/V・sec以上であることを
特徴とする半導体薄膜材料。 - 【請求項２】請求項１記載の半導体薄膜材料において、
400Kから4.2Kの温度範囲でキャリア移動度の値の変化が
±５％以内であることを特徴とする半導体薄膜材料。 - 【請求項３】請求項１または２記載の半導体薄膜材料に
おいて、前記不純物がSeであることを特徴とする半導体
薄膜材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25531989A JP2915935B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | 半導体薄膜材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25531989A JP2915935B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | 半導体薄膜材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03122019A JPH03122019A (ja) | 1991-05-24 |
| JP2915935B2 true JP2915935B2 (ja) | 1999-07-05 |
Family
ID=17277133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25531989A Expired - Lifetime JP2915935B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | 半導体薄膜材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2915935B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101866587B1 (ko) | 2010-06-24 | 2018-06-11 | 그라코 미네소타 인크. | 조정가능한 모터 위치를 구비한 이중 펌프 유체 프로포셔너 |
-
1989
- 1989-10-02 JP JP25531989A patent/JP2915935B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｊ．ＧＯＣ ｅｔ ａｌ．，"Ｄｏｐｉｎｇ ｏｆ ＩｎＳｂ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｗｉｔｈ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｇｒｏｕｐｓ ▲ＩＩ▼ ａｎｄ ▲ＶＩ▼，"Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，Ｖｏｌ．１４２，１９８６，ｐｐ．２２７−２４０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03122019A (ja) | 1991-05-24 |
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