JP2001068755A - 化合物半導体磁気抵抗素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極間の間隔が狭く、高度なフォトリソ技術
を必要としない安価な化合物半導体磁気抵抗素子を提供
する。 【解決手段】 基板２１上に磁気抵抗効果膜としての化
合物半導体薄膜２３からなる感磁部２５と、感磁部２５
に通電する電極２２、２４とが形成された化合物半導体
磁気抵抗素子２０であって、感磁部２５の通電方向が化
合物半導体薄膜２３の厚み方向であるので、高度なフォ
トリソ技術を必要とせずに電極２２、２４間の間隔を非
常に狭くすることができる。しかも感磁部２５の厚みを
ｔとし、電極２２、２４の磁界方向と垂直な辺の長さを
Ｌｂとすると、比ｔ／Ｌｂを非常に大きくすることがで
き、磁気抵抗の変化率の大きな化合物半導体磁気抵抗素
子２０が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体磁気
抵抗素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気センサの一種に半導体の磁気抵抗効
果を利用した素子（以下「ＭＲ素子」という。）があ
る。このＭＲ素子は、磁気感度が半導体の電子移動度に
比例することから、半導体材料はＩｎＳｂやＩｎＡｓを
用いたものに略限られている。

【０００３】図５（ａ）は通常用いられているＭＲ素子
の平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線断
面図である。なお、図５（ａ）において磁界の方向は紙
面に垂直な方向であり、図５（ｂ）において磁界の方向
は紙面に平行な方向である。

【０００４】ＭＲ素子１０は、基板１１上にＩｎＳｂ薄
膜１２を形成した後、ＩｎＳｂ薄膜１２の上に多数の短
絡電極１３、１４を長手方向（通電方向）に並列に配列
し、ＩｎＳｂ薄膜１２の両端に電極１５、１６を形成し
たラダー（梯子）構造と呼ばれる構造を基本構造とす
る。すなわちＭＲ素子１０は、多数の短絡電極１３、１
４を梯子の横木に見立てたものである。ＭＲ素子１０の
短絡電極１３間に露出した部分が感磁部１７であり、上
面が感磁面である。

【０００５】ここで、磁界による抵抗変化は感磁部１７
の感磁面の長さＬａと幅Ｗとの比Ｌａ／Ｗに依存する。
比Ｌ／Ｗを小さくすると磁気抵抗は非常に大きくなる。
しかし、比Ｌａ／Ｗを小さくすると磁気抵抗が小さくな
るので、感磁部１７を直列に接続して磁気抵抗値が大き
くなるように形成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極の
間隔を極端に狭くすることは、高度なフォトリソ技術を
必要とし、高価な露光装置等が必要になりあまり実用的
ではないという問題があった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、電極間の間隔が狭く、高度なフォトリソ技術を必要
としない安価な化合物半導体磁気抵抗素子を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の化合物半導体磁気抵抗素子は、基板上に磁気
抵抗効果膜からなる感磁部と、感磁部に通電する電極と
が形成された化合物半導体磁気抵抗素子において、感磁
部の通電方向が磁気抵抗効果膜の厚み方向であるもので
ある。

【０００９】上記構成に加え本発明の化合物半導体磁気
抵抗素子は、磁気抵抗効果膜の上下に、磁気抵抗が小さ
く磁気抵抗効果膜よりもキャリア濃度が大きい半導体層
からなる電極が設けられているのが好ましい。

【００１０】上記構成に加え本発明の化合物半導体磁気
抵抗素子は、基板の材料に単結晶基板が用いられている
のが好ましい。

【００１１】上記構成に加え本発明の化合物半導体磁気
抵抗素子は、感磁部の領域が２箇所以上に分離されてい
る基板に、絶縁性基板か、あるいは半絶縁性基板が用い
られているのが好ましい。

【００１２】本発明によれば、感磁部の通電方向が磁気
抵抗効果膜の厚み方向であるので、高度なフォトリソ技
術を必要とせずに電極間の間隔を非常に狭くすることが
できる。しかも磁気抵抗効果膜の厚みをｔとし、電極の
磁界方向と垂直な辺の長さをａとすると、比ｔ／ａを非
常に大きくすることができ、磁気抵抗の変化率の大きな
磁気抵抗素子が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００１４】図１は本発明の化合物半導体磁気抵抗素子
の一実施の形態を示す構造図である。

【００１５】化合物半導体磁気抵抗素子２０は、絶縁性
基板２１と、絶縁性基板２１の上に形成された下部電極
としての導電性半導体結晶薄膜（以下「下部電極」とい
う。）２２と、下部電極２２の上に形成された磁気抵抗
効果膜としての化合物半導体薄膜（以下「磁気抵抗効果
膜」という。）２３と、磁気抵抗効果膜２３の上に形成
された上部電極としての導電性半導体結晶薄膜（以下
「上部電極」という。）２４とで構成されている。

【００１６】この化合物半導体磁気抵抗素子２０は、絶
縁性基板２１の上に下部電極２２、磁気抵抗効果膜２
３、上部電極２４を順次形成し、選択エッチング等の方
法で導下部電極２２の表面の一部を露出させることで得
られる。すなわち本化合物半導体磁気抵抗素子２０は、
磁気抵抗効果膜２３が下部電極２２と上部電極２４とで
挟まれた部分が感磁部２５となる。

【００１７】感磁部２５の通電方向が磁気抵抗効果膜２
３の厚み方向であるので、高度なフォトリソ技術を必要
とせずに電極２２、２４間の間隔を非常に狭くすること
ができる。すなわち磁気抵抗効果膜２３の厚みをｔと
し、電極２４の磁界方向と垂直な辺の長さをＬｂとする
と、比ｔ／Ｌｂを非常に大きくすることができ、磁気抵
抗の変化率の大きな磁気抵抗素子が得られる。

【００１８】ここで、磁気抵抗効果膜２３の材料は、電
子移動度が高いほどよく、取り扱い性を考慮すると、Ｉ
ｎＳｂが最も適している。但し、使用する環境（温度そ
の他）によっては、最適な磁気抵抗を示す半導体材料を
選択すればよい。また、電極２２、２４の材料や絶縁性
基板２１の材料の選択に対しては、磁気抵抗効果膜２３
が良好に形成できることが重要なポイントになり、Ｉｎ
ＡｓやＧａＡｓ等、感磁部２５となる磁気抵抗効果膜２
３の材料のＩｎＳｂと同じ結晶構造を持つものが好まし
い。

【００１９】本化合物半導体磁気抵抗素子２０は、半絶
縁性ＧａＡｓからなる基板２１上に、下部電極２２とな
るＳｉドープｎ型ＩｎＡｓ層を２μｍ、磁気抵抗効果膜
２３となるアンドープｎ型ＩｎＳｂ層を１μｍ、上部電
極となるＳｉドープｎ型ＩｎＡｓ層を２μｍ、ＭＢＥ法
（分子線エピタキシャル法）により成長したものを用い
た。

【００２０】次に化合物半導体磁気抵抗素子の組立てに
ついて図２（ａ）〜図２（ｄ）を参照して説明する。

【００２１】図２（ａ）は本発明の化合物半導体磁気抵
抗素子の外観平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の側面
図、図２（ｃ）は図２（ａ）の透視図、図２（ｄ）は図
２（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【００２２】半絶縁性基板２１上に下部電極２２を形成
し、下部電極２２の上に磁気抵抗効果膜２３を形成し、
磁気抵抗効果膜２３の上に上部電極２４を形成した後、
フォトリソグラフィを用い、選択エッチングで下部電極
２２を露出させたウェハにダイシングを行った化合物半
導体磁気抵抗素子のチップ２０ａを、リードフレーム２
６にダイボンディングし、ワイヤー２７、２８で接続し
た。化合物半導体磁気抵抗素子のチップ２０ａのバイア
ス磁場用永久磁石２９を配置し、封止材３０で樹脂モー
ルドを行って化合物半導体磁気抵抗素子３１を作製し
た。

【００２３】なお、磁気抵抗は磁束密度Ｂの自乗に比例
するため、バイアス磁場用永久磁石２９を配置してバイ
アス磁場を与えた方がよいが、用途によって磁気回路に
影響を与えるときや磁場が強く、十分な出力が得られる
ときには用いなくてもよい。

【００２４】さらに、磁気抵抗の変化を大きく取りたい
ときには図３、図４に示すように複数の化合物半導体磁
気抵抗素子を直列に接続してもよい。

【００２５】図３（ａ）は本発明の化合物半導体磁気抵
抗素子の他の実施の形態を示す平面図であり、図３
（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

【００２６】図１に示した実施の形態との相違点は、感
磁部の領域が２箇所以上に分離されている点である。

【００２７】絶縁性基板（あるいは半絶縁性基板）４０
の上に、４個（図では４個であるが限定されない。）の
独立した下部電極としての導電性半導体結晶薄膜（以下
「下部電極」という。）４１〜４４と、電極４５、４６
とが一列に形成されている。下部電極４１〜４４の上に
は磁気抵抗効果膜としての化合物半導体薄膜（以下「磁
気抵抗効果膜」という。）４７〜５４が２個ずつ分離さ
れて形成されている。各磁気抵抗効果膜４７〜５４の上
には上部電極としての導電性半導体結晶薄膜（以下「上
部電極」という。）５５〜６２が形成されている。各下
部電極４１〜４４、各磁気抵抗効果膜４７〜５４及び各
上部電極５５〜６２は絶縁性被膜６３でそれぞれ一様に
覆われている。

【００２８】絶縁性被膜６３の上部電極５５〜６２の上
部中央にはそれぞれコンタクトホールが形成されてい
る。各コンタクトホールには導電性半導体結晶薄膜６４
〜７１が形成されている。１番目（図では左側とする）
の上部電極５５は、導電性半導体結晶薄膜６４を介して
電極４５とワイヤー７２でボンディングされて電気的に
接続されている。２番目の上部電極５６は、導電性半導
体結晶薄膜６５、６６及び両導電性半導体結晶薄膜６
５、６６間に形成された導電性半導体結晶薄膜７３を介
して３番目の上部電極５７と電気的に接続されている。
同様に４番目の上部電極５８と５番目の上部電極５９と
は導電性半導体結晶薄膜６７、６８、７４で電気的に接
続され、６番目と７番目の上部電極６０、６１も導電性
半導体結晶薄膜６９、７０、７５で電気的に接続されて
いる。８番目の上部電極６２は導電性半導体結晶薄膜７
１を介してワイヤー７６でボンディングされ電気的に接
続されている。

【００２９】すなわち本化合物半導体磁気抵抗素子は、
絶縁性基板４０の上に形成された下部電極４１〜４４
と、下部電極４１〜４４の上に形成された磁気抵抗効果
膜４７〜５４と、磁気抵抗効果膜４７〜５４の上に形成
された上部電極５５〜６２とで構成された感磁部が複数
個（図では８個であるが限定されない。）形成されたも
のである。

【００３０】このような化合物半導体磁気抵抗素子８０
も下部電極４１〜４４、上部電極５５〜６２間の間隔が
狭く、高度なフォトリソ技術を必要とせずに安価に製造
できる。

【００３１】図４は本発明の化合物半導体磁気抵抗素子
の他の実施の形態を示す平面図である。

【００３２】図３に示した実施の形態との相違点は、化
合物半導体磁気抵抗素子８０の近傍にバイアス磁場用永
久磁石８１を配置した点である。

【００３３】化合物半導体磁気抵抗素子８０の近傍にバ
イアス磁場用永久磁石８１を配置することにより、化合
物半導体磁気抵抗素子８０の感磁部の磁気抵抗を増加さ
せることができる。

【００３４】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００３５】電極間の間隔が狭く、高度なフォトリソ技
術を必要としない安価な化合物半導体磁気抵抗素子の提
供を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の化合物半導体磁気抵抗素子の一実施の
形態を示す構造図である。

【図２】（ａ）は本発明の化合物半導体磁気抵抗素子の
外観平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）
の透視図、（ｄ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図３】（ａ）は本発明の化合物半導体磁気抵抗素子の
他の実施の形態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の
Ｃ−Ｃ線断面図である。

【図４】本発明の化合物半導体磁気抵抗素子の他の実施
の形態を示す平面図である。

【図５】（ａ）は通常用いられているＭＲ素子の平面図
であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

２０ 化合物半導体磁気抵抗素子 ２１ 基板（絶縁性基板、半絶縁性基板） ２２ 導電性半導体結晶薄膜（電極、下部電極） ２３ 磁気抵抗効果膜（化合物半導体薄膜） ２４ 導電性半導体結晶薄膜（電極、上部電極） ２５ 感磁部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に磁気抵抗効果膜からなる感磁部
   と、該感磁部に通電する電極とが形成された化合物半導
   体磁気抵抗素子において、上記感磁部の通電方向が上記
   磁気抵抗効果膜の厚み方向であることを特徴とする化合
   物半導体磁気抵抗素子。
2. 【請求項２】 上記磁気抵抗効果膜の上下に、磁気抵抗
   が小さく上記磁気抵抗効果膜よりもキャリア濃度が大き
   い半導体層からなる電極が設けられている請求項１に記
   載の化合物半導体磁気抵抗素子。
3. 【請求項３】 上記基板の材料に単結晶基板が用いられ
   ている請求項１または２に記載の化合物半導体磁気抵抗
   素子。
4. 【請求項４】 上記感磁部の領域が２箇所以上に分離さ
   れている基板に、絶縁性基板か、あるいは半絶縁性基板
   が用いられている請求項１から３のいずれかに記載の化
   合物半導体磁気抵抗素子。