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JP3417014B2 - ヘテロ接合ホール素子 - Google Patents
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JP3417014B2 - ヘテロ接合ホール素子 - Google Patents

ヘテロ接合ホール素子

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JP3417014B2 JP29363093A JP29363093A JP3417014B2 JP 3417014 B2 JP3417014 B2 JP 3417014B2 JP 29363093 A JP29363093 A JP 29363093A JP 29363093 A JP29363093 A JP 29363093A JP 3417014 B2 JP3417014 B2 JP 3417014B2
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隆 宇田川
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明はヘテロ接合ホール素子の
高感度化に関する。 【0002】 【従来の技術】磁電変換素子の一つとしてホール素子が
ある。ホール素子は磁気センサーであり、回転センサー
等として利用されている。最近では、ホール素子の高性
能化の要望に対応してGaInAsとInPとのヘテロ
接合からなるホール素子が開発されている(奥山 忍
他、第53回秋季応用物理学会学術講演会講演予稿集N
o.3(1992年応用物理学会発行)、講演番号16
a−SZC−16、1078頁)。このGaInAsヘ
テロ接合ホール素子は、温度特性並びに感度特性に優れ
ているとされる。 【0003】GaInAsとInPとのヘテロ接合は、
格子整合の観点から従来からInP結晶基板上に形成さ
れている。感磁層となるGaInAs層は所望とする素
子入力抵抗を得るためにキャリア濃度を調節する。比較
的高い入力抵抗を得るにはアンドープでも良い場合があ
るが、通常はドーピングによりキャリア濃度を調節す
る。ドーパントにはVI族元素の硫黄(S)やIV族元素の
シリコン(Si)などが使用されている。 【0004】キャリア濃度の深さ方向の分布(プロファ
イル)もホール素子の特性に変化を与える。例えば、G
aInAs層中のInPとのヘテロ界面に低いキャリア
濃度の領域が存在すると入力抵抗の増大を招く。低いキ
ャリア領域は高抵抗となるからである。通常は平坦なキ
ャリア濃度プロファイルが望まれている。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】InPとGaInAs
とでヘテロ接合を形成するにはV族原料ガスを切り換え
る必要がある。半導体を構成するV族層元素がPとAs
と異なるからである。従来のMOCVD法ではInPの
成長にはホスフィン(PH3 )を、GaInAsの成長
にはアルシン(AsH3 )を使用するのが一般的であ
る。InPの成長に引き続きGaInAsを成長させる
にはPH3 からAsH3 へ切り換える。成長系内からP
3 を充分に排出させるため、PH3 の供給を停止して
からAsH3の供給開始迄、一定の間隔を設ける。この
時間的間隔に於いても、成長層は通常高温の成長温度に
保持されている。従って、InP成長層表面はPの蒸発
などにより変質する。変質した表面層は高抵抗化する。
引き続きGaInAs層を堆積するとヘテロ界面近傍に
抵抗の高い領域が発生する。これにより、キャリア濃度
はGaInAs層表面より深さ方向に一定とならず、プ
ロファイル上に「凹部」が生ずる。従来のInP/Ga
InAsヘテロ接合のキャリア濃度プロファイルを図3
に破線で示す。 【0006】GaInAsとInPのヘテロ接合は高い
電子移動度を発現する場合もある(例えば小沼 賢二郎
他、第53回秋季応用物理学会学術講演会講演予稿集
No.1(1992年応用物理学会発行)、講演番号1
8a−ZE−3、283頁、或いはHilde Har
dtdegen他、J.Crystal Growt
h、Vol.116(1992)、p.p.521〜5
23.)。しかし、高電子移動度を安定的に得るには至
っていない。前記の高抵抗領域の発生も電子移動度の安
定的な顕現を阻害する一因となっている。また、高電子
移動度を得るに最適なヘテロキャリア濃度プロファイル
は未だ明らかとはなっていない。このため、高い積感度
のGaInAs/InPヘテロ接合ホール素子の安定的
な供給に支障を来たしているのが現状である。本発明の
目的は高電子移動度の安定的な発現のために必要なGa
InAs/InPヘテロ接合材料のキャリア濃度プロフ
ァイルを明らかにすることにある。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明ではGaInAs
層表面からInPとのヘテロ接合界面に対してキャリア
濃度を増加させるプロファイルを採用する。GaInA
s/InPヘテロ接合は半導体単結晶基板上に成長させ
る。格子整合性からInP結晶を基板として使用でき
る。基板上への堆積順序は制限されない。但し、InP
を緩衝層として先ず堆積するのが良い。基板中の不純物
の感磁層への拡散量を低減するためである。感磁層中の
不純物量が増加すると電子移動度は低下し、ホール素子
の感度特性の向上を妨げる。InP緩衝層のキャリア濃
度は通常5×1016〜3×1017cm-3程度である。 【0008】InP緩衝層内のキャリア濃度はヘテロ界
面から基板側へ単調に減少しているのが良い。緩衝層内
のキャリア濃度の増加はホール素子の絶縁不良を生ずる
からである。InP緩衝層上にはGaInAs感磁層を
成長させる。感磁層上にはオーミックコンタクト用の半
導体層を設けても構わない。 【0009】InP層及びGaX In1-X As層の成長
方法には制限はない。分子線エピタキシャル成長(MB
E)法やMOCVD(有機金属熱分解気相成長)法で良
い。MBE法とMOCVD法を複合させたMO・MBE
法なども適用できる。また、唯一の成長法でヘテロ接合
を形成する各層を設ける必要はない。 【0010】GaInAs感磁層のキャリア濃度は、表
面からInPとのヘテロ接合界面の方向に単調に増加さ
せる。キャリア濃度に勾配を付け、ヘテロ界面近傍のキ
ャリア濃度プロファイルに、従来の高抵抗領域に対応し
た「凹部」を発生させない。ヘテロ界面近傍のキャリア
濃度はGaInAs感磁層表面のそれより高くする。好
ましくはGaInAs感磁層表面のキャリア濃度を5×
1015cm-3以上5×1016cm-3以下の範囲にする。
また、ヘテ界面近傍のキャリア濃度は8×1016cm-3
以上2×1017cm-3以下とするのが好ましい。好まし
いキャリア濃度はGaInAs層面で5×1015〜5×
1016cm-3、ヘテロ界面近傍で8×1016〜2×10
17cm-3程度である。この様なプロファイルを保有させ
ることにより高い電子が安定して得られるからである。 【0011】上記のプロファイルはGaInAs感磁層
の成長時にドーピングガスの流量を変化させれば得られ
る。ドーパントとしてはVI族元素のS、SeやIV族のS
i等がある。エピタキシャル成長過程でこれらのドーパ
ントを含むガス、例えば硫化水素(H2 S)やシラン
(SiH4 )ガスの流量を経時変化させる。GaInA
s感磁層の成長開始時にドーピングガス流量を多くす
る。同層の成長終了に向けてドーピングガス流量を低下
させれば良い。時間に対する流量の低下率は一定でなく
とも良い。例えば、GaInAs層の成長開始時には流
量の低下率を多くし、その後、一定の率で流量を変化さ
せる方法もある。流量の変化幅は目的とするキャリア濃
度の変化から求めれば良い。 【0012】意識的なドーピングをしないでGaInA
s感磁層を得る場合もある。この場合は III/V比を変
化させると本発明のプロファイルが得られる。 III/V
比とは III族とV族元素の原料の供給濃度比率である。
GaInAsを成長させるにはトリメチルIn等の有機
III族化合物を使う。例えば、トリメチルInとPH3
との成長系への供給比率を変えれば III/V比を変えた
こととなる。一般にはIII/V比が高い程、キャリア濃
度は高い。従って、アンドープGaInAs感磁層の成
長の初期は III/V比を高く、成長の進行に伴い比率を
低下させれば良い。比率の低下率は一定としなくとも良
い。 【0013】キャリア濃度を感磁層の深さ方向に増加さ
せると、従来のプロファイル上の凹部、即ち高抵抗領域
の発生が防げる。ドーパントがドナーとして作用し同領
域のキャリア濃度を上昇させるからである。Ga0.47
0.53As/InP接合材料に於ける好ましいキャリア
濃度プロファイルの例を図3に実線で示す。ヘテロ界面
(107)の近傍のキャリア濃度は高くするが、同領域
のキャリア濃度を1018cm-3を越える程、高くするの
は好ましくない。電子移動度の低下を招くからである。
この様な高いキャリア濃度にせずとも従来の高抵抗領域
(108)の発生は防げる。 【0014】本発明により製造したGa0.47In0.53
s/InPヘテロ接合ホール素子の電気的な特性を評価
した。室温での電子移動度は約12,000cm2 /V
・sと、従来の6,000〜7,000cm2 /V・s
の室温移動度値に比較し高い電子移動度が安定して得ら
れた。 【0015】 【作用】ヘテロ接合近傍のキャリア濃度プロファイルを
最適に設計することにより、GaInAs/InPヘテ
ロ接合材料に高い電子移動度を付与する作用を有す。 【0016】 【実施例】以下、本発明を実施例を基に具体的に説明す
る。図1は本発明に係わるGaInAs/InPヘテロ
構造ホール素子の平面模式図である。図2は図1の破線
A−A’に沿う断面模式図である。(101)は基板と
して使用したFeドープの半絶縁性InP単結晶であ
る。基板結晶の厚みは約350μmであった。比抵抗は
107 Ω・cmであった。 【0017】(102)は基板(101)上にC55
InをIn源とする常圧MOCVD法で成長させたアン
ドープInP緩衝層である。膜厚は約100nmであっ
た。キャリア濃度は約2×1015cm-3であった。 【0018】InP層(102)上にはSドープのGa
0.47In0.53As感磁層(103)を設けた。厚さは約
10nmであった。SはH2 S(濃度10ppm)を使
用しドーピングした。ヘテロ界面でのキャリア濃度は
8.0×1016cm-3であった。表面でのキャリア濃度
は2.0×1016cm-3であった。キャリア濃度はドー
ピング流量を変化させることに依って得た。プロファイ
ル上に高抵抗領域に対応した従来の凹部は認められなか
った。また、InP緩衝層側のキャリア濃度も単調に減
少していた。 【0019】感磁層(103)にはフォトリソグラフィ
ー、真空蒸着法等の公知技術を利用してオーミック性入
力及び出力電極(104)を形成した。また、電極(1
04)以外の表面をSiO2 絶縁膜(105)で被覆し
た。絶縁膜(105)の一部を加工しダイシングライン
(106)を形成した。 【0020】電気特性の評価結果を表1に掲げる。本発
明と従来例では室温電子移動度、従って積感度に顕著な
差異が生じ、本発明の優位性が示された。 【0021】 【表1】 【0022】 【発明の効果】GaInAs/InPヘテロ接合ホール
素子の感度を向上させる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係わるGaInAs/InPヘテロ接
合ホール素子の平面模式図である。 【図2】図1に示すホール素子の破線A−A’に沿う断
面模式図である。 【図3】キャリア濃度プロファイルを示す図である。 【符号の説明】 (101) InP単結晶基板 (102) InP緩衝層 (103) Ga0.47In0.53As感磁層 (104) オーミック性入・出力電極 (105) SiO2 絶縁膜 (106) ダイシングライン (107) ヘテロ界面 (108) 高抵抗領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−98983(JP,A) 特開 平5−74705(JP,A) 特開 平6−268279(JP,A) 特開 昭60−198877(JP,A) 特開 平5−275767(JP,A) 1992年秋季第53回応用物理学会学術講 演会講演予稿集,No.3,p.1078 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 43/06 G01R 33/07

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】InP基板上に堆積されたInP緩衝層
    と、該緩衝層にヘテロ接合させて設けられたGaInA
    s感磁層と、該感磁層上に設けられたオーミック性電極
    とを具備するヘテロ接合ホール素子において、オーミッ
    ク性電極が設けられた側の表面からInP緩衝層とのヘ
    テロ接合界面に向けて、GaInAs感磁層のキャリア
    濃度が単調に増加していることを特徴とするヘテロ接合
    ホール素子。
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