JP3223613B2 - 磁電変換素子及びその製造方法 - Google Patents

磁電変換素子及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体磁電変換素
子に係り、特に不平衡電圧の均一性改善に適した絶縁層
を具備した磁電変換素子に関する。
【0002】
【従来の技術】 磁電変換素子(いわゆるホール素子)
は磁界を電気信号に変換する素子である。ホール素子
は、Si、Geなどの単体半導体の他に、GaAs、I
nAs、InSb等の III−V族化合物半導体のホモ接
合やヘテロ接合を活性層とする半導体を、感磁部として
利用している(特開昭59−13385、特開昭61−
20373等参照)。変換機能を発揮させるためには活
性層に感磁部並びに入出力用電極の領域を形成する必要
がある。その形成方法としては基板表面上に均一な活性
層が形成されている場合は、感磁部並びに入出力電極と
なる上記領域をホトリソグラフィーによるレジスト材な
どで保護し、上記領域以外の領域をエッチング等の方法
で取り除くことが行われてきた。また、半絶縁性を示す
GaAs基板を用いた場合、上記領域以外をレジスト材
などで保護し、イオン注入法によりn形特性を示す不純
物を打ち込み、レジスト除去後アニール処理を実施し、
選択的に活性層を形成することがおこなわれている。
【0003】
【発明が解決しようする課題】基板表面に均一な活性層
が形成されている場合は、エッチング等の処理工程プロ
セスが必要である。溶液によって活性層をエッチングす
る場合は、結晶軸方向に依存してエッチング速度が大き
く異なることが多く、不平衡電圧の均一性(以下不平衡
率と呼ぶ)が悪化する。0磁界時のホール電圧をV0
1kGの磁界時のホール電圧をVH とした時、不平衡率
V(%)はV=100×V0 /VH で定義される。 ま
た、プラズマドライエッチング装置等により気体によっ
て活性層をエッチングする場合、エッチングの進行によ
りエッチング界面にアンダ−カットと呼ばれるエッチン
グ異常が発生し、不平衡率が悪化する。更に、溶液もし
くは気体によるエッチングを利用した場合、ウェ−ハ表
面上に凸凹部が形成されるため、汚れの付着などが発生
し易く、製品の信頼性の問題になることが多い。一方、
イオン注入法により活性層を選択的に形成する場合は、
チャネリングを防ぐため注入イオンとウェ−ハ面とが形
成するチルト角度あるいはロ−テ−ション角度が必要で
あり、不平衡率は良いとは言えない。また、この方法の
場合、注入後アニ−ル処理が必要なため、注入した不純
物原子の拡散現象により不平衡率は悪化する。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者は前記問
題点を解決すべく鋭意研究した結果、基板表面上の感磁
部並びに入出力用電極の領域をホトリソグラフィーによ
るレジスト材などで保護し、上記領域以外の領域にイオ
ン注入法により不純物を注入して絶縁化させておき、さ
らにその絶縁層上に化合物半導体層を堆積させることに
より、前記課題が解決されることを見出し、本発明を完
成するに至った。以下、本発明を図を用いて説明する。
【0005】 図1に本発明の磁電変換素子の平面配置
図を、図2には図1のA−A’断面構造図を示す。図
1、図2に示すように、半導体基板4の上に複数の磁電
変換素子10を形成する。本発明で使用する半導体基板
4は、GaAs、InPなど通常使用されている半導体
基板が使用できる。次に、複数個の素子10に分けるた
め、イオン注入法を利用して素子周辺部の活性層を絶縁
層2に変成させる。感磁部1並びに入出力電極3の領域
以外の領域に対して実施するイオン注入種は各種の元素
が利用できるが、Ar、FeCoCrの様な元素番
号の大きなものほど効果的である。注入ド−ズ量は注入
元素によって変わってくるが、基板表面の結晶性を破壊
する必要があるので1×1014cm-2以上が望ましい。
このようにしてイオン注入された領域は、比抵抗が約1
7 Ω・cmの絶縁層2となる。次いで、この基板表面
に活性層を形成して感磁部1とする。たとえば図2に示
すように基板上にまずアンド−プInP層6を厚さ約1
00mにエピタキシャル成長させ、次いで、アンド−
プGa0.47In0.53As層7を厚さ約400mにエピ
タキシャル成長させて活性層2を形成する。
【0006】 この半導体基板上に堆積させる活性層
は、気相エピタキシャル成長法や液相エピタキシャル成
長法により作製することができる。この際、堆積させる
活性層は、基板とホモ接合を有する半導体や、GaAl
AsやInGaAsのようなヘテロ接合を有する半導体
のいずれも使用できる。この活性層の厚さは磁電変換素
子の特性に依存するが、一般的には10〜5000Åの
ものが用いられる。電極3は活性層とオ−ミック特性を
示す通常のものであればどのようなものでも利用でき
る。このようにすれば、イオン注入された絶縁層2部は
結晶が破壊されているのでエピタキシャル絶縁成長層
となり、絶縁層2でない部分のみに活性層が形成
され、感磁部1として利用できる。本発明によれば不平
衡率が改善された磁電変換素子が容易に得られる。この
ようにして1枚の半導体基板4の上に複数の素子5を具
備した素子基板11が得られる。素子基板11はカット
ラインCで切断して複数個の磁電変換素子10として使
用する。ここの磁電変換素子10はイオン注入された絶
縁層2と、その上に形成されたエピタキシャル絶縁層8
を具備している。
【0007】
【作用】本発明において、基板表面上の感磁部並びに入
出力用電極の領域以外の領域にイオン注入法による不純
物を注入すると、注入損傷により結晶格子の位置にいる
原子が乱され絶縁層に変成する。本基板の表面上にエピ
タキシャル成長を実施すれば、格子の散乱した表面上の
成長層は基板の格子の散乱状態を引き継ぐため絶縁性を
示し、その一方で基板表面の感磁部並びに入出力用電極
の領域は良好な結晶性を有した成長層となる。よって入
出力用電極上に通常のオ−ミック電極を形成すれば、プ
レ−ナ−型の磁電変換素子となる。特に、注入時にド−
ズ量を制御することで注入損傷が容易に制御でき、ひい
ては注入損傷上のエピタキシャル成長層の絶縁性の制御
につながる。
【0008】
【実施例】(実施例1)1枚の基板に複数個の磁電変換
素子を作った。平面配置図を図1に示す。断面構造を図
2に示す。素子形成後1個毎に切断して使用する。ま
ず、鉄(Fe)を添加してなる比抵抗が約107 Ω・c
mの面方位(100)の半絶縁性高抵抗InP基板4
に、 感磁部並びに入出力電極の領域をホトリソグラフィ
ーによるレジスト材で保護し、上記領域以外の領域に40
Ar+ をエネルギー50KeV、ドーズ量5×1013
-2の条件で注入し絶縁層5を形成した。レジスト材を
除去後、不純物を故意に添加しないアンド−プInP層
6を約100nmの厚さで成長させ、その後アンド−プ
Ga0.47In0.53As層7を400nmの厚さで成長さ
せ、GaInAsとInPとからなるヘテロ接合を有す
る活性層を形成させた。絶縁層5の部分では結晶格子が
破壊されているのでエピタキシャル成長層6’、7’共
に絶縁層2となる。電極領域以外をレジスト材で覆い、
AuGe/Ni/Au(それぞれの厚さは、500Å/
75Å/1000Å)を蒸着法で形成し、N2 雰囲気下
420℃で5分間アロイングをし、オーミック電極3を
形成した。本方法で得られた素子の特性は、感度85m
V/mA・KG、不平衡率3.2%であった。
【0009】(実施例2)実施例1と同様の配列で1枚
の基板に複数個の磁電変換素子を作った。まず、比抵抗
が約107 Ω・cmの面方位(100)の半絶縁性Ga
As基板4に、感磁部並びに入出力用電極の領域をホト
リソグラフィーによるレジスト材で保護し、上記領域以
外の領域に52Cr+ をエネルギー50KeV、ドーズ量
1×1013cm-2の条件で注入し絶縁層5を形成した。
レジスト材を除去後、キャリア濃度5×1016cm-3
なるようにSiを添加したGaAs層8を約2μmの厚
さで成長させ、活性層を形成させた。絶縁層5の部分で
は結晶格子が破壊されているのでエピタキシャル成長層
6’、7’共に絶縁層2となる。電極領域以外をレジス
ト材で覆い、AuGe/Ni/Au(それぞれの厚さ
は、1200Å/400Å/800Å)を蒸着法で形成
し、N2 雰囲気下420℃で6分間アロイングをしオー
ミック電極3を形成した。断面構造を図3に示す。本方
法で得られた素子の特性は、感度20mV/mA・K
G、不平衡率2.4%であった。
【0010】(比較例1)実施例1と同様の配列で1枚
の基板に複数個の磁電変換素子を作った。まず、鉄(F
e)を添加してなる比抵抗が約107 Ω・cmの面方位
(100)の半絶縁性高抵抗InP基板4に、 不純物を
故意に添加しないアンド−プInP層6を約100nm
の厚さで成長させ、その後アンド−プGa0.47In0.53
As層7を400nmの厚さで成長させ、GaInAs
とInPとからなるヘテロ接合を有する均一な活性層を
形成させた。感磁部並びに入出力用電極の領域をホトリ
ソグラフィーによるレジスト材で保護し、塩酸系のエッ
チング液で400nmエッチングした。レジスト材を除
去後、電極領域以外を再びレジスト材で覆い、AuGe
/Ni/Au(それぞれの厚さは、1500Å/75Å
/1000Å)を蒸着法で形成し、N2 雰囲気下420
℃で5分間アロイングをしオーミック電極3を形成し
た。断面構造を図4に示す。本方法で得られた素子の特
性は、感度84mV/mA・KG、不平衡率6.8%で
あった。
【0011】(比較例2)実施例1と同様の配列で1枚
の基板に磁電変換複数個の素子を作った。まず、比抵抗
が約107 Ω・cmの面方位(100)の半絶縁性Ga
As基板4に、 キャリア濃度5×1016cm-3となるよ
うにSiを添加したGaAs層12を約2μmの厚さで
成長させ、活性層を形成させた。感磁部並びに入出力用
電極の領域をホトリソグラフィーによるレジスト材で保
護し、燐酸系のエチング液で約2μmエッチングした。
レジスト材除去後、電極領域以外をレジスト材で覆い、
AuGe/Ni/Au(それぞれの厚さは、1200Å
/400Å/800Å)を蒸着法で形成し、N2 雰囲気
下420℃で6分間アロイングをし、オーミック電極3
を形成した。断面構造を図5に示す。本方法で得られた
素子の特性は、感度20mV/mA・KG、不平衡率
5.9%であった。
【0012】
【発明の効果】イオン注入法によって形成させた半絶縁
層を具備させた磁電変換素子は、磁電変換素子の基本特
性である感度を維持したまま、不平衡率を低減させるこ
とに効果的である。また、活性層のエピタキシャル成長
層の材質に関係なく効果的で、ヘテロ接合を用いた実施
例1では不平衡率3.2%であるのに対し、比較例1で
は6.8%あり、また、GaAs活性層を用いた比較例
2では不平衡率2.4%であるのに対し、比較例1では
5.9%であり、それぞれ効果的なことが判る。更に、
絶縁層を具備させる場合でも、イオン注入法を利用すれ
ば工程数の点でも従来法と大きな違いはない。また、エ
ッチングで生じるウェ−ハ表面上の凸凹部が形成される
ことによる汚れの付着などの発生がなく、選択的に注入
した不純物原子の拡散現象の考慮も不要なので製品の信
頼性は一段と向上するという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁電変換素子の平面構造の一例を示す
図である。
【図2】本発明の実施例1の磁電変換素子の断面構造図
である。
【図3】本発明の実施例2の磁電変換素子の断面構造図
である。
【図4】比較例1の磁電変換素子の断面構造図である。
【図5】比較例2の磁電変換素子の断面構造図である。
【符号の説明】
1 感磁部 2 絶縁層 3 オーミック電極 4 半導体基板 5 イオン注入により形成した絶縁層 6 InPエピタキシャル成長層 7 GaInAsエピタキシャル成長層 10 素子 11 素子基板 12 GaAsエピタキシャル成長層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 43/14 G01R 33/06 H (56)参考文献 特開 昭56−2691(JP,A) 特開 昭53−73084(JP,A) 特開 昭54−127292(JP,A) 特開 昭59−13385(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 43/06 G01R 33/07 H01L 21/762 H01L 21/763 H01L 43/14 G11B 5/37

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化合物半導体を感磁部とする磁電変換素子
    の製造方法において、半導体基板表面の感磁部となる領
    域並びに入出力電極を形成するために必要な領域以外の
    基板表面領域に、あらかじめイオン注入により不純物を
    1×1013cm-2以上のドーズ量で注入する工程と、当
    該イオン注入された基板上に化合物半導体層をエピタキ
    シャル成長させ、イオン注入された領域上に絶縁層を形
    成すると同時に感磁部となる領域に化合物半導体からな
    る活性層を形成する工程を含むことを特徴とする磁電変
    換素子の製造方法。
  2. 【請求項2】前記半導体基板がInPであり、前記活性
    層がGaInAsとInPとからなるヘテロ接合を有す
    ることを特徴とする請求項1に記載の磁電変換素子の製
    造方法。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載の製造方法により
    製造された磁電変換素子。
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