JP2015053387A - Compound semiconductor substrate and magnetic sensor, and method for manufacturing compound semiconductor substrate - Google Patents

Compound semiconductor substrate and magnetic sensor, and method for manufacturing compound semiconductor substrate Download PDF

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寛崇 外賀
理 諸原
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理 諸原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound semiconductor substrate and a magnetic sensor, and a method for manufacturing the compound semiconductor substrate which can easily control concentration and resistivity of an N-type carrier to a desired range, in a compound semiconductor layer on an Si substrate.SOLUTION: A compound semiconductor substrate includes: an Si substrate 100 in which a plane direction of a substrate surface is a (111) plane; a first compound semiconductor layer 21 formed on the Si substrate 100; and a second compound semiconductor layer 22 formed on the first compound semiconductor layer 21. The first compound semiconductor layer 21 is a GaAsSb(0≤x≤0.1) layer. The second compound semiconductor layer 22 is a GaAsSb(0<y≤0.05) layer. The second compound semiconductor layer 22 has a doped region which is formed by doping an impurity and has an N-type carrier for working as an active layer.

Description

本発明は、化合物半導体基板及び磁気センサー、化合物半導体基板の製造方法に関する。より詳細には、GaAsSb層を含む化合物半導体層をSi基板上に備えた化合物半導体基板及び、該化合物半導体基板を備える磁気センサー、該化合物半導体基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a compound semiconductor substrate, a magnetic sensor, and a method for manufacturing a compound semiconductor substrate. More specifically, the present invention relates to a compound semiconductor substrate including a compound semiconductor layer including a GaAsSb layer on an Si substrate, a magnetic sensor including the compound semiconductor substrate, and a method for manufacturing the compound semiconductor substrate.

近年、磁気センサーは様々な用途に用いられている。その中で、温度安定性が優れたGaAs系の磁気センサーは車載、民生、産業機器といった様々な分野で用いられてきている。特に、その優れた温度安定性を生かして、デジタルカメラやスマートフォンなどのオートフォーカスや手振れ補正のためのレンズの精密位置検出用途で大きく売り上げを伸ばしてきている。デジタルカメラの小型化や、スマートフォンの薄型化が進むにつれ、磁気センサーにも、薄型化の強い要求がある。   In recent years, magnetic sensors have been used for various purposes. Among them, GaAs-based magnetic sensors having excellent temperature stability have been used in various fields such as in-vehicle, consumer, and industrial equipment. In particular, taking advantage of its excellent temperature stability, sales have been greatly increased in the applications of precision position detection of lenses for autofocus and camera shake correction in digital cameras and smartphones. As digital cameras become smaller and smartphones become thinner, there is a strong demand for thinner magnetic sensors.

従来、GaAs系のホール素子は、GaAs単結晶基板にイオン注入でSiなどを打ち込み、活性化処理を行った基板上にパターニングを行って磁気センサーを形成することが一般的である。あるいは、GaAs系のホール素子は、GaAs単結晶基板上に分子線エピタキシー(MBE)や有機金属気相成長法(MOCVD)で、SiなどをドープしたGaAsエピタキシャル膜を形成し、そのGaAsエピタキシャル膜を形成した基板(エピ基板)にパターニングを行って磁気センサーを形成することが一般的である。こうして形成された磁気センサーをバックグラインドにより薄く削り、さらに、個片化しパッケージ化したものが用いられる。   Conventionally, a GaAs Hall element generally forms a magnetic sensor by implanting Si or the like into a GaAs single crystal substrate by ion implantation and patterning the substrate on an activation process. Alternatively, a GaAs Hall element is formed by forming a GaAs epitaxial film doped with Si or the like on a GaAs single crystal substrate by molecular beam epitaxy (MBE) or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). In general, a magnetic sensor is formed by patterning a formed substrate (epi substrate). The magnetic sensor formed in this way is thinned by back grinding, and further separated and packaged.

よって、磁気センサーの薄型化の要求にこたえるには、GaAs基板の薄板化が極めて重要な技術となる。しかしながら、GaAsはSiなどと比べて、脆くて割れやすく、100μm未満での量産では歩留まりが悪化し、50μmといった薄型化は量産では困難と考えられている。
そこで、安価で割れにくく、大口径化が容易なSi基板の上にGaAsを形成し、磁気センサーを作ることが可能であれば、磁気センサーの薄型化が量産レベルで可能になる。Si基板にGaAs薄膜を形成する検討は、数多く行われている。例えば特許文献1には、Si基板にAsを先行して照射した後でGaとAsとを照射することにより、良質なGaAs膜が形成できることが開示されている。特に、Si(111)基板上において、極めて良質なGaAs膜が得られており、この膜に不純物ドープして所望のN型キャリアを生成することができれば、上述の問題は解決すると考えられる。
Therefore, the thinning of the GaAs substrate is an extremely important technique for meeting the demand for thinning the magnetic sensor. However, GaAs is more fragile and easier to break than Si and the like, and the yield is deteriorated in mass production of less than 100 μm, and it is considered difficult to reduce the thickness to 50 μm in mass production.
Therefore, if it is possible to form a magnetic sensor by forming GaAs on a Si substrate that is inexpensive, difficult to crack, and easy to increase in diameter, the magnetic sensor can be thinned at the mass production level. Many studies have been made to form a GaAs thin film on a Si substrate. For example, Patent Document 1 discloses that a high-quality GaAs film can be formed by irradiating Ga and As after irradiating a Si substrate first. In particular, a very good quality GaAs film is obtained on a Si (111) substrate, and if the desired N-type carrier can be generated by doping this film with impurities, it is considered that the above problem is solved.

国際公開第2009/035079号International Publication No. 2009/035079

Journal of Crystal Growth111 (1991) 284-287Journal of Crystal Growth 111 (1991) 284-287

Si(111)基板上に成長させたGaAs(111)膜に不純物ドープしてN型キャリアを生成することは工業レベルでは困難とされている。例えば不純物としてSiをドープした場合、かなり高いAs圧のもとでのみN型キャリアを形成することが出来るが、通常は、P型、N型がともに生じてしまうことが知られている(非特許文献1)。すなわち、従来技術においては、所望のN型キャリア濃度のGaAsを含む化合物半導体層は得られていなかった。   It is difficult to produce N-type carriers by doping impurities in a GaAs (111) film grown on a Si (111) substrate at an industrial level. For example, when Si is doped as an impurity, N-type carriers can be formed only under a considerably high As pressure. However, it is generally known that both P-type and N-type are generated (non-conversion). Patent Document 1). That is, in the prior art, a compound semiconductor layer containing GaAs having a desired N-type carrier concentration has not been obtained.

また、磁気センサーとして実用化するには、優れた温度安定性の実現が必須である。具体的には定電流感度の温度変化が、25℃から85℃の範囲内で、−0.1[%/℃]以上、−0.01[%/℃]以下であることが求められる。さらに定電流駆動することを考えると消費電力の観点から、その素子抵抗は温度25℃(すなわち、室温)において3500Ω以下であることが求められる。そのためには、温度25℃において、濃度1.0×1016[/cm]以上、8.0×1017[/cm]以下の範囲のN型キャリアを保有し、かつ抵抗率0.001[Ω・cm]以上、0.1[Ω・cm]以下の範囲の実現が必須であるが、上述の通り、GaAsを含む化合物半導体層には工業レベルで安定にN型ドープができないのが現状である。 In order to put it to practical use as a magnetic sensor, it is essential to achieve excellent temperature stability. Specifically, the temperature change of the constant current sensitivity is required to be −0.1 [% / ° C.] or higher and −0.01 [% / ° C.] or lower in the range of 25 ° C. to 85 ° C. Further, considering constant current driving, the element resistance is required to be 3500Ω or less at a temperature of 25 ° C. (that is, room temperature) from the viewpoint of power consumption. For this purpose, an N-type carrier having a concentration of 1.0 × 10 16 [/ cm 3 ] or more and 8.0 × 10 17 [/ cm 3 ] or less at a temperature of 25 ° C. and having a resistivity of 0. Realization of a range of 001 [Ω · cm] to 0.1 [Ω · cm] is essential, but as described above, compound semiconductor layers containing GaAs cannot be stably doped with N-type at an industrial level. Is the current situation.

そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、Si基板上の化合物半導体層について、N型キャリアの濃度及び抵抗率を所望の範囲に容易に合わせ込むことができる化合物半導体基板及び磁気センサー、化合物半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and a compound semiconductor that can easily adjust the concentration and resistivity of N-type carriers to a desired range for a compound semiconductor layer on a Si substrate. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a substrate, a magnetic sensor, and a compound semiconductor substrate.

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る化合物半導体基板は、基板表面の面方位が(111)面であるSi基板と、前記Si基板上に形成された第1の化合物半導体層と、前記第1の化合物半導体層上に形成された第2の化合物半導体層とを備え、前記第1の化合物半導体層はGaAs1−xSb(0≦x≦0.1)層であり、前記第2の化合物半導体層はGaAs1−ySb(0<y≦0.05)層であり、前記第2の化合物半導体層中には、不純物のドープにより形成され、活性層として働くためのN型キャリアを有するドープ領域が存在することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a compound semiconductor substrate according to one embodiment of the present invention includes a Si substrate having a (111) plane orientation of the substrate surface, and a first compound semiconductor layer formed over the Si substrate. And a second compound semiconductor layer formed on the first compound semiconductor layer, and the first compound semiconductor layer is a GaAs 1-x Sb x (0 ≦ x ≦ 0.1) layer. The second compound semiconductor layer is a GaAs 1-y Sb y (0 <y ≦ 0.05) layer, and is formed by doping impurities in the second compound semiconductor layer and functions as an active layer. There is a doped region having an N-type carrier for the purpose.

また、上記の化合物半導体基板において、前記ドープ領域における前記N型キャリアの濃度は温度25℃において1.0×1016[cm−3]以上、8.0×1017[cm−3]以下であり、かつ、
前記ドープ領域の抵抗率は温度25℃において0.001[Ω・cm]以上、0.1[Ω・cm]以下であることを特徴としてもよい。
In the compound semiconductor substrate, the concentration of the N-type carrier in the doped region is 1.0 × 10 16 [cm −3 ] or more and 8.0 × 10 17 [cm −3 ] or less at a temperature of 25 ° C. Yes, and
The resistivity of the doped region may be 0.001 [Ω · cm] or more and 0.1 [Ω · cm] or less at a temperature of 25 ° C.

また、上記の化合物半導体基板において、前記不純物はSiであることを特徴としてもよい。
本発明の一態様に係る磁気センサーは、上記の化合物半導体基板と、前記化合物半導体基板上に形成された電極とを備え、前記化合物半導体基板の前記第2の化合物半導体層はメサパターンに形成されており、前記電極は前記メサパターンに電気的に接続していることを特徴とする。
In the compound semiconductor substrate, the impurity may be Si.
A magnetic sensor according to one aspect of the present invention includes the above-described compound semiconductor substrate and an electrode formed on the compound semiconductor substrate, and the second compound semiconductor layer of the compound semiconductor substrate is formed in a mesa pattern. The electrode is electrically connected to the mesa pattern.

また、上記の磁気センサーにおいて、定電流感度の温度変化が25℃以上、85℃以下の範囲で、−0.1[%/℃]以上、−0.01[%/℃]以下の範囲であり、かつ入力抵抗が3500Ω以下であることを特徴としてもよい。
本発明の一態様に係る化合物半導体基板の製造方法は、基板表面の面方位が(111)面であるSi基板上に第1の化合物半導体層を形成する工程と、前記第1の化合物半導体層上に第2の化合物半導体層を形成する工程と、を備え、前記第1の化合物半導体層はGaAs1−xSb(0≦x≦0.1)層であり、前記第2の化合物半導体層はGaAs1−ySb(0<y≦0.05)層であり、前記第2の化合物半導体層を形成する工程では、該第2の化合物半導体層に成膜途中で不純物をドープして、活性層として働くためのN型キャリアを有するドープ領域を該第2の化合物半導体層中に形成することを特徴とする。
In the above magnetic sensor, the temperature change of the constant current sensitivity is in the range of 25 ° C. to 85 ° C., and in the range of −0.1 [% / ° C.] to −0.01 [% / ° C.]. And the input resistance may be 3500Ω or less.
The method of manufacturing a compound semiconductor substrate according to one aspect of the present invention includes a step of forming a first compound semiconductor layer on a Si substrate having a (111) plane orientation of the substrate surface, and the first compound semiconductor layer Forming a second compound semiconductor layer thereon, wherein the first compound semiconductor layer is a GaAs 1-x Sb x (0 ≦ x ≦ 0.1) layer, and the second compound semiconductor The layer is a GaAs 1-y Sb y (0 <y ≦ 0.05) layer. In the step of forming the second compound semiconductor layer, impurities are doped into the second compound semiconductor layer during the film formation. A doped region having an N-type carrier for acting as an active layer is formed in the second compound semiconductor layer.

本発明の一態様によれば、Si基板上の化合物半導体層について、N型キャリアの濃度及び抵抗率を所望の範囲に容易に合わせ込むことができる。   According to one embodiment of the present invention, the concentration and resistivity of an N-type carrier can be easily adjusted within a desired range for a compound semiconductor layer on a Si substrate.

本実施形態に係る化合物半導体基板10の構成例を示す平面図及び断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the structural example of the compound semiconductor substrate 10 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る磁気センサー110の構成例を示す平面図及び断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the structural example of the magnetic sensor 110 which concerns on this embodiment. 本実施形態の変形例に係る磁気センサー210を示す平面図及び断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the magnetic sensor 210 which concerns on the modification of this embodiment.

以下、本発明を実施するための形態(本実施形態)を説明する。
本実施形態の化合物半導体基板は、基板表面の面方位が(111)面であるSi(111)基板と、Si(111)基板上に形成された、第1の化合物半導体層と、第1の化合物半導体層上に形成された、第2の化合物半導体層とを備えた化合物半導体基板である。 第1の化合物半導体層は、GaAs1−xSb(0≦x≦0.1)層である。第2の化合物半導体層は、GaAs1−ySb(0<y≦0.05)層である。
Hereinafter, a form (this embodiment) for carrying out the present invention will be described.
The compound semiconductor substrate of the present embodiment includes a Si (111) substrate whose substrate surface has a (111) plane, a first compound semiconductor layer formed on the Si (111) substrate, a first compound semiconductor layer, It is a compound semiconductor substrate provided with the 2nd compound semiconductor layer formed on the compound semiconductor layer. The first compound semiconductor layer is a GaAs 1-x Sb x (0 ≦ x ≦ 0.1) layer. The second compound semiconductor layer is a GaAs 1-y Sb y (0 <y ≦ 0.05) layer.

第2の化合物半導体層中には、不純物のドープにより形成され、活性層として働くためのN型キャリアを有するドープ領域が存在する。すなわち、第2の化合物半導体層中には、活性層として働くためのN型キャリアが不純物ドープにより形成されたドープ領域が存在する。このドープ領域におけるN型キャリアの濃度は、例えば温度25℃(すなわち、室温)で測定したときに、1.0×1016[cm−3]以上、8.0×1017[cm−3]以下の範囲内にある。また、このドープ領域の抵抗率は、温度25℃で測定したときに、0.001[Ω・cm]以上、0.1[Ω・cm]以下の範囲内にある。 In the second compound semiconductor layer, there is a doped region that is formed by doping impurities and has N-type carriers to serve as an active layer. That is, in the second compound semiconductor layer, there is a doped region in which N-type carriers for acting as an active layer are formed by impurity doping. The concentration of the N-type carrier in the doped region is, for example, 1.0 × 10 16 [cm −3 ] or more and 8.0 × 10 17 [cm −3 ] when measured at a temperature of 25 ° C. (that is, room temperature). Within the following range. The resistivity of the doped region is in the range of 0.001 [Ω · cm] to 0.1 [Ω · cm] when measured at a temperature of 25 ° C.

本実施形態の化合物半導体基板において、第2の化合物半導体層は、GaAs1−ySb(0<y≦0.05)層であり、活性層として働くためのN型キャリアが不純物ドープにより形成されたドープ領域が該第2の化合物半導体層中に形成されている。これにより、該ドープ領域に磁気センサーを得るために十分な1.0×1016[cm−3]以上、8.0×1017[cm−3]以下のN型キャリアを形成することが可能になる。N型キャリアを形成するためにドープする不純物としては、Si、Sn、Se、Teなどを用いることができる。製造容易性の観点から、ドープする不純物はSiであることが好ましい。 In the compound semiconductor substrate of the present embodiment, the second compound semiconductor layer is a GaAs 1-y Sb y (0 <y ≦ 0.05) layer, and N-type carriers for acting as an active layer are formed by impurity doping. A doped region is formed in the second compound semiconductor layer. Thereby, it is possible to form an N-type carrier of 1.0 × 10 16 [cm −3 ] or more and 8.0 × 10 17 [cm −3 ] or less sufficient to obtain a magnetic sensor in the doped region. become. Si, Sn, Se, Te, or the like can be used as an impurity to be doped to form an N-type carrier. From the viewpoint of ease of production, the impurity to be doped is preferably Si.

また、本実施形態の磁気センサーは、本実施形態の化合物半導体基板上に、感磁部となるメサパターン及び電極を形成することにより実現される。上述した本実施形態の化合物半導体基板を用いることにより、定電流感度の温度変化が温度25℃から85℃の範囲で、−0.1[%/℃]以上、−0.01[%/℃]以下の範囲内であり、かつ温度25℃における素子抵抗が3500Ω以下の範囲である磁気センサーを実現することが可能になる。   In addition, the magnetic sensor of the present embodiment is realized by forming a mesa pattern and an electrode serving as a magnetic sensitive part on the compound semiconductor substrate of the present embodiment. By using the compound semiconductor substrate of the present embodiment described above, the temperature change of the constant current sensitivity is −0.1 [% / ° C.] or more and −0.01 [% / ° C. in a temperature range of 25 ° C. to 85 ° C. It is possible to realize a magnetic sensor within the following range and having a device resistance of 3500Ω or less at a temperature of 25 ° C.

次に、図面を参酌しながら、本実施形態に係る化合物半導体基板及び磁気センサーをより詳細に説明する。なお、以下で参酌する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(化合物半導体基板)
図1(a)及び(b)は、本発明の実施形態に係る化合物半導体基板10の構成例を示す平面図及び、この平面図をA−A´線で切断した断面図である。図1(a)及び(b)に示すように、この化合物半導体基板10は、基板表面の面方位が(111)面であるSi基板100と、Si基板100上に形成された第1の化合物半導体層21と、第1の化合物半導体層21上に形成された第2の化合物半導体層22とを備える。第2の化合物半導体層21中には、活性層として働くためのN型キャリアが不純物ドープにより形成されたドープ領域22bが存在する。このドープ領域22bには、1.0×1016[cm−3]以上、8.0×1017[cm−3]以下(温度25℃)のN型キャリアが形成され、かつ抵抗率(温度25℃)が0.001[Ω・cm]以上、0.1[Ω・cm]以下となる。
Next, the compound semiconductor substrate and the magnetic sensor according to the present embodiment will be described in more detail with reference to the drawings. In each drawing referred to below, parts having the same configuration are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
(Compound semiconductor substrate)
1A and 1B are a plan view showing a configuration example of a compound semiconductor substrate 10 according to an embodiment of the present invention, and a cross-sectional view of the plan view taken along the line AA ′. As shown in FIGS. 1A and 1B, this compound semiconductor substrate 10 includes a Si substrate 100 whose surface orientation is the (111) plane, and a first compound formed on the Si substrate 100. A semiconductor layer 21 and a second compound semiconductor layer 22 formed on the first compound semiconductor layer 21 are provided. In the second compound semiconductor layer 21, there is a doped region 22b in which N-type carriers for acting as an active layer are formed by impurity doping. In this doped region 22b, an N-type carrier of 1.0 × 10 16 [cm −3 ] or more and 8.0 × 10 17 [cm −3 ] or less (temperature 25 ° C.) is formed, and resistivity (temperature) 25 ° C.) is 0.001 [Ω · cm] or more and 0.1 [Ω · cm] or less.

この化合物半導体基板10は、各種の成膜方法を用いて形成される。例えば、分子線エピタキシー(MBE)法や有機金属気相エピタキシー(MOVPE)法などは好ましい方法である。これらの方法を用いて、化合物半導体基板10を形成する。以下に図1に示す各層の説明をする。   The compound semiconductor substrate 10 is formed using various film forming methods. For example, a molecular beam epitaxy (MBE) method or a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method is a preferable method. The compound semiconductor substrate 10 is formed using these methods. Hereinafter, each layer shown in FIG. 1 will be described.

[Si(111)基板]
Si基板100は、基板表面の面方位が(111)面であるものであれば特に制限されない。Siの単結晶基板が好ましく用いられる。単結晶基板は、半絶縁性基板であっても良いし、ドナー不純物やアクセプタ不純物によって、N型やP型にドーピングされた導電性基板であっても良い。N型の場合は、磁気センサー形成のためには抵抗率が高い方が好ましい。
[Si (111) substrate]
The Si substrate 100 is not particularly limited as long as the surface orientation of the substrate surface is the (111) plane. A single crystal substrate of Si is preferably used. The single crystal substrate may be a semi-insulating substrate, or may be a conductive substrate doped N-type or P-type with donor impurities or acceptor impurities. In the case of the N type, it is preferable that the resistivity is higher for forming the magnetic sensor.

ここで「基板表面の面方位が(111)面である」とは、基板表面の面方位がちょうど(111)面と一致する場合だけでなく、基板表面の面方位が(111)面に対して5°以下の範囲で傾いた場合も含む。
Si基板100上に第1の化合物半導体層21を形成する前に、Si基板100の表面を、真空中で加熱して酸化膜除去しても良いし、有機物、金属等の汚染物質を除去した後、濃度1.0wt%のフッ化水素水溶液を用いて表面の酸化膜を除去して、水素終端処理を行っても良い。
Here, “the surface orientation of the substrate surface is the (111) plane” is not only the case where the surface orientation of the substrate surface is exactly the same as the (111) plane, but the surface orientation of the substrate surface is relative to the (111) plane Including the case of tilting within a range of 5 ° or less.
Before forming the first compound semiconductor layer 21 on the Si substrate 100, the surface of the Si substrate 100 may be heated in vacuum to remove the oxide film, or contaminants such as organic substances and metals are removed. Then, the hydrogen termination treatment may be performed by removing the oxide film on the surface using a hydrogen fluoride aqueous solution having a concentration of 1.0 wt%.

[第1の化合物半導体層]
本実施形態において、第1の化合物半導体層21はGaAs1−xSb(0≦x≦1)層である。第1の化合物半導体層21は、結晶性が良く、且つ、表面の平坦性に優れた第2の化合物半導体層22を形成するための、下地層としての役割を果たす。当然のことながら、下地層としての第1の化合物半導体層21自体も、結晶性が良く、且つ、表面の平坦性も優れていることが好ましい。
[First compound semiconductor layer]
In the present embodiment, the first compound semiconductor layer 21 is a GaAs 1-x Sb x (0 ≦ x ≦ 1) layer. The first compound semiconductor layer 21 serves as an underlayer for forming the second compound semiconductor layer 22 having good crystallinity and excellent surface flatness. As a matter of course, it is preferable that the first compound semiconductor layer 21 itself as the underlayer also has good crystallinity and excellent surface flatness.

第1の化合物半導体層21は、高温で形成すると、表面の凹凸が激しくなり、十分な平坦性を確保することができなくなるため、比較的低温で形成することが多い。形成時の温度は、結晶性の観点から150度以上であることが好ましい。また、形成時の温度は、平坦性確保の観点から350度以下であることが好ましい。
第1の化合物半導体層21は、低温で形成した場合、表面の平坦性は十分であるが、結晶性は必ずしも良好ではない場合がある。但し、第1の化合物半導体層21を形成後に、第1の化合物半導体層21の温度を上昇させ保持すると、アニール効果によって結晶性、表面の平坦性いずれも改善することができる。例えば、低温で第1の化合物半導体層21を形成した後、温度をアニール効果が発現する程度に上昇させて保持した後、高温で第1の化合物半導体層21上に第2の化合物半導体層22を形成することが多い。
When the first compound semiconductor layer 21 is formed at a high temperature, the unevenness of the surface becomes severe and sufficient flatness cannot be ensured. Therefore, the first compound semiconductor layer 21 is often formed at a relatively low temperature. The temperature during formation is preferably 150 ° C. or more from the viewpoint of crystallinity. Moreover, it is preferable that the temperature at the time of formation is 350 degrees or less from a viewpoint of ensuring flatness.
When the first compound semiconductor layer 21 is formed at a low temperature, the surface flatness is sufficient, but the crystallinity may not always be good. However, if the temperature of the first compound semiconductor layer 21 is raised and maintained after the formation of the first compound semiconductor layer 21, both the crystallinity and the surface flatness can be improved by the annealing effect. For example, after the first compound semiconductor layer 21 is formed at a low temperature, the temperature is raised and maintained so that the annealing effect is exhibited, and then the second compound semiconductor layer 22 is formed on the first compound semiconductor layer 21 at a high temperature. Are often formed.

第1の化合物半導体層21の膜厚は、結晶性の確保及び被覆性の観点から5nm以上であることが好ましい。また、第1の化合物半導体層21の膜厚は、結晶性やアニール効果による改善効果の観点から50nm以下であることが好ましい。
第1の化合物半導体層21のSb組成xは、結晶性の観点から、0以上、0.1以下が好ましい。特に、x=0、すなわち、第1の化合物半導体層21がGaAsのとき、結晶性が非常に良好となる。
The film thickness of the first compound semiconductor layer 21 is preferably 5 nm or more from the viewpoint of ensuring crystallinity and covering properties. The film thickness of the first compound semiconductor layer 21 is preferably 50 nm or less from the viewpoint of the improvement effect due to the crystallinity and the annealing effect.
The Sb composition x of the first compound semiconductor layer 21 is preferably 0 or more and 0.1 or less from the viewpoint of crystallinity. In particular, when x = 0, that is, when the first compound semiconductor layer 21 is GaAs, the crystallinity is very good.

また、有機物、金属等の汚染物質を除去した後、濃度1.0wt%のフッ化水素水溶液を用いて表面の酸化膜を除去して水素終端処理を行う。そして、Si基板100にAsを先行照射する。このようにして、Asの先行照射後に形成する第1の化合物半導体層21とSi基板100との間に、第1の化合物半導体層21よりもAs濃度の高い物質を島状に存在させると、第1の化合物半導体層21の結晶性が良く、優れた表面の平坦性が得られるので好ましい。   In addition, after removing contaminants such as organic substances and metals, a hydrogen termination process is performed by removing the oxide film on the surface using a hydrogen fluoride aqueous solution having a concentration of 1.0 wt%. Then, As is irradiated on the Si substrate 100 in advance. In this manner, when a substance having an As concentration higher than that of the first compound semiconductor layer 21 is present in an island shape between the first compound semiconductor layer 21 formed after the prior irradiation of As and the Si substrate 100, The first compound semiconductor layer 21 is preferable because of good crystallinity and excellent surface flatness.

[第2の化合物半導体層]
本実施形態において、第2の化合物半導体層22は、GaAs1−ySb(0<y≦0.05)層である。第2の化合物半導体層22はその層中に、活性層として働くためのN型キャリアが不純物ドープにより形成されたドープ領域22bが存在する。GaAs膜形成時にSbと不純物とを同時に照射することによって、従来困難であったGaAs(111)層への不純物ドープが可能となり、1.0×1016[cm−3]以上、8.0×1017[cm−3]以下(温度25℃)のN型キャリアを有し、かつ抵抗率(温度25℃)が0.001[Ω・cm]以上、0.1[Ω・cm]以下であるドープ領域22bを形成可能となった。上述したように、ドープする不純物としては、Si、Sn、Se、Teなどを用いることができ、さらに製造容易性の観点から、Si、Snであることが好ましい。より優れた製造容易性の観点からはSiが好ましく、より高ドープのN型キャリアを必要とする場合はSnが好ましい。
[Second Compound Semiconductor Layer]
In the present embodiment, the second compound semiconductor layer 22 is a GaAs 1-y Sb y (0 <y ≦ 0.05) layer. The second compound semiconductor layer 22 includes a doped region 22b in which N-type carriers for acting as an active layer are formed by impurity doping. By irradiating the Sb and impurities at the same time as GaAs film, conventionally which was difficult impurity doped into GaAs (111) layer becomes possible, 1.0 × 10 16 [cm -3 ] or more, 8.0 × It has an N-type carrier of 10 17 [cm −3 ] or less (temperature 25 ° C.) and has a resistivity (temperature 25 ° C.) of 0.001 [Ω · cm] or more and 0.1 [Ω · cm] or less. A certain doped region 22b can be formed. As described above, Si, Sn, Se, Te or the like can be used as the impurity to be doped, and Si and Sn are preferable from the viewpoint of manufacturability. From the viewpoint of more excellent manufacturability, Si is preferable, and Sn is preferable when a highly doped N-type carrier is required.

第2の化合物半導体層22を形成する工程では、GaAs膜形成時にSbを照射するため、第2の化合物半導体層22としてGaAs1−ySbが形成されているが、その際の組成yは結晶性の観点から0.05以下が好ましく、更に好ましくは0.03以下である。また、SiドープしたGaAs(100)の磁気センサーと同程度の温度安定性を実現するためには、バンドギャップはGaAsと同程度であることが望ましく、そのためにはGaAs1−ySbの混晶の組成比yは小さければ小さいほど好ましい。一方でGaAs(111)膜へSi等の不純物をドープするためにはSbの同時照射が必須であり、結果、Sb組成yは0よりも大きい値となり、成長時に安定的なN型ドープを行うためには結果としてSb組成は0.001以上であることが好ましい。 In the step of forming a second compound semiconductor layer 22, for illuminating the Sb during GaAs film, although GaAs 1-y Sb y is formed as the second compound semiconductor layer 22, the composition y at that time From the viewpoint of crystallinity, it is preferably 0.05 or less, more preferably 0.03 or less. In order to realize temperature stability of the magnetic sensor and the same degree of GaAs (100) which is Si-doped, it is preferably a band gap of the same order as GaAs, mixed of GaAs 1-y Sb y in order that The smaller the crystal composition ratio y, the better. On the other hand, in order to dope impurities such as Si to the GaAs (111) film, simultaneous irradiation with Sb is essential, and as a result, the Sb composition y becomes a value larger than 0, and stable N-type doping is performed during growth. Therefore, as a result, the Sb composition is preferably 0.001 or more.

第2の化合物半導体層22の形成時の温度は、結晶性及び表面平坦性の観点から、550度以上が好ましい。また、第2の化合物半導体層22の形成時の温度は、V族元素であるAs,Sbの再蒸発を防止して、結晶性及び表面平坦性を確保する観点から700度以下であることが好ましい。
第2の化合物半導体層22の形成速度は、結晶性確保の観点から1.5μm/h以下が好ましく、0.3μm/h以下がより好ましい。また、第2の化合物半導体層22の形成速度は、形成時間の観点から、0.05μm/h以上が好ましく、0.1μm/h以上がより好ましい。第2の化合物半導体層22の形成速度は、所望の結晶性、形成時間に応じて、適宜決めることができる。
The temperature at the time of forming the second compound semiconductor layer 22 is preferably 550 ° C. or higher from the viewpoint of crystallinity and surface flatness. The temperature at the time of forming the second compound semiconductor layer 22 is 700 degrees or less from the viewpoint of preventing re-evaporation of the group V elements As and Sb and ensuring crystallinity and surface flatness. preferable.
The formation rate of the second compound semiconductor layer 22 is preferably 1.5 μm / h or less, more preferably 0.3 μm / h or less from the viewpoint of ensuring crystallinity. The formation rate of the second compound semiconductor layer 22 is preferably 0.05 μm / h or more, and more preferably 0.1 μm / h or more from the viewpoint of formation time. The formation rate of the second compound semiconductor layer 22 can be appropriately determined according to desired crystallinity and formation time.

第2の化合物半導体層22は、上述のドープ領域22bが形成されていれば特に制限されない。例えば第2の化合物半導体層22の全て(即ち、第2の化合物半導体層22の下面から上面に至る全領域)がドープ領域22bとなっていてもよい。また、図1(b)に示すように、ドープ領域22b以外に、バッファ領域22a、及び/又は、キャップ領域22cを備えていてもよい。バッファ領域22a、キャップ領域22cを備える場合は、第1の化合物半導体層21に近い側からバッファ領域22a、ドープ領域22b、キャップ領域22cの順で各領域が形成されることが好ましい。バッファ領域22a及びキャップ領域22cはノンドープの領域であることが好ましい。すなわち、ノンドープのGaAs1−ySb(0<y≦0.05)の領域となる。 The second compound semiconductor layer 22 is not particularly limited as long as the above-described doped region 22b is formed. For example, all of the second compound semiconductor layer 22 (that is, the entire region from the lower surface to the upper surface of the second compound semiconductor layer 22) may be the doped region 22b. In addition to the doped region 22b, a buffer region 22a and / or a cap region 22c may be provided as shown in FIG. When the buffer region 22a and the cap region 22c are provided, the regions are preferably formed in the order of the buffer region 22a, the doped region 22b, and the cap region 22c from the side close to the first compound semiconductor layer 21. The buffer region 22a and the cap region 22c are preferably non-doped regions. That is, it becomes a region of non-doped GaAs 1-y Sb y (0 <y ≦ 0.05).

バッファ領域22aは第1の化合物半導体層21とドープ領域22bの間のバッファとして機能する。成膜時間を短縮して生産効率を上昇させるためにはバッファ領域22aは必ずしも必須の条件ではない。バッファ領域22aの厚みとしては通常は0μm以上、0.3μm以下が採用されるがこの限りではない。結晶性確保の観点からは0.05μm以上が好ましく、0.1μm以上がより好ましい。   The buffer region 22a functions as a buffer between the first compound semiconductor layer 21 and the doped region 22b. In order to shorten the film formation time and increase the production efficiency, the buffer region 22a is not necessarily an essential condition. The thickness of the buffer region 22a is normally 0 μm or more and 0.3 μm or less, but is not limited thereto. From the viewpoint of ensuring crystallinity, 0.05 μm or more is preferable, and 0.1 μm or more is more preferable.

キャップ領域22cは素子形成プロセスでのダメージを防ぐために形成され、膜厚は0.15μm以上であることが好ましく、0.20μm以上であることがより好ましい。ドープ領域22bは十分な結晶性確保の観点から0.05μm以上であることが好ましく0.2μm以上であることがより好ましい。また、第2の化合物半導体層22全体としての膜厚は形成時間の観点から5μm以下であることが好ましい。   The cap region 22c is formed to prevent damage in the element formation process, and the film thickness is preferably 0.15 μm or more, and more preferably 0.20 μm or more. The doped region 22b is preferably 0.05 μm or more and more preferably 0.2 μm or more from the viewpoint of ensuring sufficient crystallinity. Moreover, it is preferable that the film thickness as the whole 2nd compound semiconductor layer 22 is 5 micrometers or less from a viewpoint of formation time.

本実施形態に係る化合物半導体基板10は、第1の化合物半導体層21及び第2の化合物半導体層22に加えて、他の層を備えていてもよい。例えば、第1の化合物半導体層21と第2の化合物半導体層21との間に図示しないバッファ層を備えていてもよい。また第2の化合物半導体層22上に、素子形成プロセスでのダメージを防ぐためのキャップ層(例えば、後述する第3の化合物半導体層30)を備えていてもよい。該バッファ層及びキャップ層としてはGaAsやGaAsSbからなる層が採用可能である。第2の化合物半導体層22の全領域をドープ領域22bとする場合、上述の図示しないバッファ層、及び/又は、キャップ層を備えていることが好ましい。   The compound semiconductor substrate 10 according to this embodiment may include other layers in addition to the first compound semiconductor layer 21 and the second compound semiconductor layer 22. For example, a buffer layer (not shown) may be provided between the first compound semiconductor layer 21 and the second compound semiconductor layer 21. Further, a cap layer (for example, a third compound semiconductor layer 30 described later) for preventing damage in the element formation process may be provided on the second compound semiconductor layer 22. As the buffer layer and the cap layer, a layer made of GaAs or GaAsSb can be employed. When the entire region of the second compound semiconductor layer 22 is the doped region 22b, it is preferable to include the above-described buffer layer and / or cap layer (not shown).

(磁気センサー)
図2(a)及び(b)は、本実施形態に係る磁気センサーの構成例を示す平面図及び、この平面図をB−B´線で切断した断面図である。この磁気センサー110は、図1(a)及び(b)に示した化合物半導体基板10を加工して得られるものである。
(Magnetic sensor)
2A and 2B are a plan view illustrating a configuration example of the magnetic sensor according to the present embodiment, and a cross-sectional view of the plan view taken along the line BB ′. This magnetic sensor 110 is obtained by processing the compound semiconductor substrate 10 shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

すなわち、図2(a)及び(b)に示すように、磁気センサー110は、上述した化合物半導体基板10と、化合物半導体基板10の第2の化合物半導体層22上に形成された第3の化合物半導体層30と、化合物半導体基板10上に形成されて第2の化合物半導体層22にオーミック接続するオーミック電極40と、化合物半導体基板10上に形成されてSi基板100、第1の化合物半導体層21、第2の化合物半導体層22及び第3の化合物半導体層30のうちの外部に露出している各領域を覆うパッシベーション層50と、を備えている。   That is, as shown in FIGS. 2A and 2B, the magnetic sensor 110 includes the above-described compound semiconductor substrate 10 and the third compound formed on the second compound semiconductor layer 22 of the compound semiconductor substrate 10. A semiconductor layer 30, an ohmic electrode 40 formed on the compound semiconductor substrate 10 and ohmically connected to the second compound semiconductor layer 22, and an Si substrate 100 and a first compound semiconductor layer 21 formed on the compound semiconductor substrate 10. And a passivation layer 50 covering each of the second compound semiconductor layer 22 and the third compound semiconductor layer 30 exposed to the outside.

第3の化合物半導体層30は、第2の化合物半導体層22よりも導電性の低いGaAsからなる。第3の化合物半導体層30は、例えば、MBE法やMOCVD法により形成される。第2の化合物半導体層22よりも導電性の低いGaAsを得る方法としては、第2の化合物半導体層22よりも低濃度で不純物をドープする方法や、不純物を意図的にドープしない方法(すなわち、ノンドープ)などが挙げられる。   The third compound semiconductor layer 30 is made of GaAs having a lower conductivity than the second compound semiconductor layer 22. The third compound semiconductor layer 30 is formed by, for example, the MBE method or the MOCVD method. As a method for obtaining GaAs having a conductivity lower than that of the second compound semiconductor layer 22, a method of doping impurities at a lower concentration than the second compound semiconductor layer 22, or a method of intentionally not doping impurities (that is, Non-doped).

また、オーミック電極40を構成する材料は特に制限されないが、良好なオーミック接続を得る観点から、AuGe、Ni、Auをこの順に順次蒸着した電極構造が挙げられる。オーミック電極40は、第2の化合物半導体層22は直接接していてもよいし、第3の化合物半導体層30を介して第2の化合物半導体層22と接続していてもよい。
磁気センサー110としては、本実施形態に係る化合物半導体基板10を用いて、ドライまたはウェット処理によるメサパターンつまり感磁部の形成と、感磁部とオーミック接続するオーミック電極40の形成を行えば、磁気センサーの一つの形態であるホール素子として動作することが可能である。図2(a)において、十字型に交差している領域における第2の化合物半導体層22が感磁部として働き、ホール素子として動作する。
The material constituting the ohmic electrode 40 is not particularly limited, but an electrode structure in which AuGe, Ni, and Au are sequentially deposited in this order can be cited from the viewpoint of obtaining good ohmic connection. The ohmic electrode 40 may be in direct contact with the second compound semiconductor layer 22, or may be connected to the second compound semiconductor layer 22 via the third compound semiconductor layer 30.
As the magnetic sensor 110, by using the compound semiconductor substrate 10 according to the present embodiment, a mesa pattern, that is, a magnetic sensitive part by dry or wet processing, and an ohmic electrode 40 that is in ohmic connection with the magnetic sensitive part are formed. It is possible to operate as a Hall element which is one form of a magnetic sensor. In FIG. 2A, the second compound semiconductor layer 22 in a region intersecting in a cross shape functions as a magnetic sensitive portion and operates as a Hall element.

なお、信頼性の観点から、メサパターン上に保護膜としてSiNやSiOからなるパッシベーション層50を形成することが望ましいが、本実施形態においてパッシベーション層50は必須ではない。
なお、図2(a)に示す平面図においては、メサパターン及びオーミック電極40の形状をわかりやすくするために、メサパターン上に形成されたパッシベーション層50はその輪郭を破線で示し、その他の部分に形成されたパッシベーション層50は省略している。
From the viewpoint of reliability, it is desirable to form a passivation layer 50 made of SiN or SiO 2 as a protective film on the mesa pattern, but the passivation layer 50 is not essential in this embodiment.
In the plan view shown in FIG. 2A, the outline of the passivation layer 50 formed on the mesa pattern is indicated by a broken line in order to make the shape of the mesa pattern and the ohmic electrode 40 easy to understand. The passivation layer 50 formed in FIG.

(本実施形態の効果)
本実施形態によれば、基板表面の面方位が(111)面であるSi基板100上の化合物半導体層について、N型キャリアの濃度及び抵抗率を所望の範囲に容易に合わせ込むことができる。例えば、結晶性が良く、磁気センサー形成に十分な濃度1.0×1016[/cm]以上、8.0×1017[/cm]以下(温度25℃で測定時)の範囲のN型キャリアを保有し、かつ抵抗率0.001[Ω・cm]以上、0.1[Ω・cm]以下(温度25℃で測定時)の範囲を実現できる第2の化合物半導体層(GaAsSb層)22を、Si基板100上に容易に形成することができる。
(Effect of this embodiment)
According to the present embodiment, the concentration and resistivity of the N-type carrier can be easily adjusted within a desired range for the compound semiconductor layer on the Si substrate 100 whose plane orientation is the (111) plane. For example, the crystallinity is good and the concentration is 1.0 × 10 16 [/ cm 3 ] or more and 8.0 × 10 17 [/ cm 3 ] or less (when measured at a temperature of 25 ° C.) sufficient for magnetic sensor formation. Second compound semiconductor layer (GaAsSb) which has an N-type carrier and can realize a range of resistivity 0.001 [Ω · cm] or more and 0.1 [Ω · cm] or less (when measured at a temperature of 25 ° C.). Layer) 22 can be easily formed on the Si substrate 100.

このような第2の化合物半導体層22を備える化合物半導体基板10を用いて磁気センサーを形成すると、GaAsを用いた磁気センサーと同等の温度安定性を示す磁気センサー110の作成が工業的に可能である。また、この磁気センサー110はSi基板100上に形成されているため薄型化が容易である。つまり、温度安定性に優れた磁気センサーの薄型化を、工業的に実現することが可能となる。   When a magnetic sensor is formed using the compound semiconductor substrate 10 including the second compound semiconductor layer 22 as described above, it is possible to industrially produce a magnetic sensor 110 having temperature stability equivalent to that of a magnetic sensor using GaAs. is there. Further, since the magnetic sensor 110 is formed on the Si substrate 100, it is easy to reduce the thickness. That is, it is possible to industrially realize a thin magnetic sensor with excellent temperature stability.

(変形例)
図3(a)及び(b)は、本実施形態の変形例に係る磁気センサー210を示す平面図及び、この平面図をC−C´線で切断した断面図である。
この磁気センサー210は、図2(a)及び(b)に示した磁気センサー110と比較すると、オーミック電極40が、第1の電極層41と第2の電極層42とからなっている点で異なる。
(Modification)
3A and 3B are a plan view showing a magnetic sensor 210 according to a modification of the present embodiment, and a cross-sectional view of the plan view cut along the line CC ′.
The magnetic sensor 210 is different from the magnetic sensor 110 shown in FIGS. 2A and 2B in that the ohmic electrode 40 includes a first electrode layer 41 and a second electrode layer 42. Different.

すなわち、図3(a)及び(b)に示すように、オーミック電極40は、第2の化合物半導体層22とオーミック接合された第1の電極層41と、第1の電極層41上に形成された第2の電極層42とを有する。このような構成であっても、磁気センサー210は上述した磁気センサー110と同様に動作し、かつ同様の効果を奏する。
また、この磁気センサー210は、導電性細線(ワイヤー)や半田ボール等でオーミック電極40と他の部材とを電気的に接続する際に、第2の電極層42を適切な材料または積層構造とすることにより、好ましい場合がある。すなわち、第2の電極層42として、導電性細線(ワイヤー)や半田ボールとの接続性が良好になるものを選択すれば、磁気センサー210を他の部材と接続する際に好適なものとなる。
That is, as shown in FIGS. 3A and 3B, the ohmic electrode 40 is formed on the first electrode layer 41 and the first electrode layer 41 that is in ohmic contact with the second compound semiconductor layer 22. The second electrode layer 42 is provided. Even in such a configuration, the magnetic sensor 210 operates in the same manner as the magnetic sensor 110 described above, and has the same effect.
In addition, the magnetic sensor 210 is configured such that when the ohmic electrode 40 and another member are electrically connected by a conductive thin wire (wire), a solder ball, or the like, the second electrode layer 42 is made of an appropriate material or a laminated structure. It may be preferable to do so. That is, if the second electrode layer 42 is selected to have good connectivity with conductive thin wires (wires) or solder balls, it is suitable for connecting the magnetic sensor 210 to other members. .

なお、図3(a)に示す平面図では、メサパターン及びオーミック電極40の形状をわかりやすくするために、メサパターンの上に形成されたパッシベーション層50はその輪郭を破線で示し、その他の部分に形成されたパッシベーション層50は省略している。
以下、本実施形態に係る化合物半導体基板及び磁気センサーを、実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
In the plan view shown in FIG. 3A, the outline of the passivation layer 50 formed on the mesa pattern is indicated by a broken line in order to make the shape of the mesa pattern and the ohmic electrode 40 easy to understand. The passivation layer 50 formed in FIG.
Hereinafter, the compound semiconductor substrate and the magnetic sensor according to this embodiment will be described in more detail based on examples.

(実施例1)
まず、基板表面の面方位が(111)面であるSi基板、すなわちSi(111)基板について、その表面の有機物、金属等の汚染物質を除去した後、濃度1.0wt%のフッ化水素水溶液を用いて表面の酸化膜を除去して、水素終端処理を行った。水素処理終端を行ったSi(111)基板を、直ちにMBE装置内に導入し、1×10−6Torr(1.333×10−4Pa)以下の真空中で、基板温度が300℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、その基板表面にAsを照射した。
Example 1
First, after removing contaminants such as organic substances and metals on a Si substrate whose surface orientation is (111) plane, that is, Si (111) substrate, an aqueous hydrogen fluoride solution having a concentration of 1.0 wt% The surface oxide film was removed using, and hydrogen termination treatment was performed. The Si (111) substrate subjected to the hydrogen treatment termination is immediately introduced into the MBE apparatus, and the substrate temperature becomes 300 ° C. in a vacuum of 1 × 10 −6 Torr (1.333 × 10 −4 Pa) or less. As the temperature became constant, the substrate surface was irradiated with As.

引き続き、分子線強度が7×10−8TorrのGaと、分子線強度が3×10−5TorrのAs分子をクラッキングすなわち加熱して生成したAs分子とを基板表面に同時に照射することにより、膜厚20nmの第1の化合物半導体層であるGaAs層を、1時間当たり0.1μmの形成速度で形成した。
その後、GaAs層が形成されたSi(111)基板を、基板温度が660℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が7×10−7TorrのGaと、分子線強度が3×10−5TorrのAs分子をクラッキングすなわち加熱して生成したAs分子と、分子線強度が1.66×10−6TorrのSbとを基板表面に同時に照射した。これにより、第1の化合物半導体層であるGaAs層上に、膜厚600nmの第2の化合物半導体層であるGaAsSb層を、1時間当たり1μmの形成速度で形成した。このとき、換算Sb/Ga分子線強度比は2.37である。換算Sb/Ga分子線強度比とは、GaAsSb層の形成速度が1時間当たり1μmとなるために必要なGa原料の分子線強度に対するSb原料の分子線強度の比のことである。
Subsequently, the substrate surface is simultaneously irradiated with Ga having a molecular beam intensity of 7 × 10 −8 Torr and As 2 molecules generated by cracking, ie heating, As 4 molecules having a molecular beam intensity of 3 × 10 −5 Torr. Thus, a GaAs layer, which is a first compound semiconductor layer having a thickness of 20 nm, was formed at a formation rate of 0.1 μm per hour.
Thereafter, the Si (111) substrate on which the GaAs layer is formed is heated until the substrate temperature reaches 660 ° C. When the temperature becomes constant, Ga having a molecular beam intensity of 7 × 10 −7 Torr and molecular beam The substrate surface was simultaneously irradiated with As 2 molecules generated by cracking or heating As 4 molecules having an intensity of 3 × 10 −5 Torr and Sb having a molecular beam intensity of 1.66 × 10 −6 Torr. As a result, a GaAsSb layer, which is a second compound semiconductor layer having a thickness of 600 nm, was formed on the GaAs layer, which is the first compound semiconductor layer, at a formation rate of 1 μm per hour. At this time, the converted Sb / Ga molecular beam intensity ratio is 2.37. The converted Sb / Ga molecular beam intensity ratio is the ratio of the molecular beam intensity of the Sb material to the molecular beam intensity of the Ga material necessary for the formation rate of the GaAsSb layer to be 1 μm per hour.

また、第2の化合物半導体層において、第1の化合物半導体層との界面から見て、膜厚200nmから400nmの領域(すなわち、上記界面から厚さ方向に沿って200nm以上、400nm以下だけ離れた領域)には、Siセル温度1180℃でSiを照射して、SiドープGaAsSb領域を形成した。
第2の化合物半導体層の(111)面に対応するX線回折ピークを解析したところ、Sb組成yは0.033であった。また、アクセント社製のホール効果測定システム「HL5500PC」を用いて測定温度25℃で評価したところ、伝導型はN型であることが分かり、シート抵抗は1300Ω/□、移動度は500[cm/V・s]、シートキャリア濃度は9.7×1012[cm−2]であった。Siドープして導電層とした部分の厚みが前述の通り200nmであることから、キャリア濃度は4.9×1017[cm−3]、抵抗率は0.026[Ω・cm]である。
In the second compound semiconductor layer, when viewed from the interface with the first compound semiconductor layer, the region has a thickness of 200 nm to 400 nm (that is, 200 nm or more and 400 nm or less from the interface along the thickness direction). The region was irradiated with Si at a Si cell temperature of 1180 ° C. to form a Si-doped GaAsSb region.
When the X-ray diffraction peak corresponding to the (111) plane of the second compound semiconductor layer was analyzed, the Sb composition y was 0.033. Further, when evaluated at a measurement temperature of 25 ° C. using a Hall effect measurement system “HL5500PC” manufactured by Accent Co., it was found that the conductivity type was N type, the sheet resistance was 1300Ω / □, and the mobility was 500 [cm 2. / V · s], and the sheet carrier concentration was 9.7 × 10 12 [cm −2 ]. Since the thickness of the portion doped with Si to form a conductive layer is 200 nm as described above, the carrier concentration is 4.9 × 10 17 [cm −3 ] and the resistivity is 0.026 [Ω · cm].

このようにして形成した化合物半導体基板を用いて、磁気センサーを作製すると、ウェハ面内の素子の特性平均値が、入力抵抗1700Ω、定電圧感度4.8mV(6V、20mT印加)、定電流感度1.3mV(1mA、20mT印加)である素子が得られる。またその定電流感度の温度25℃から85℃における温度変化は−0.03[%/℃]であり、磁気センサーとして実用化する上で望ましい、−0.1[%/℃]以上、−0.01[%/℃]以下の範囲の温度変化に収まり、かつ温度25℃での素子抵抗も3500Ω以下に収まる。   When a magnetic sensor is manufactured using the compound semiconductor substrate formed in this way, the characteristic average value of the elements in the wafer surface is 1700Ω input resistance, constant voltage sensitivity 4.8 mV (6 V, 20 mT applied), constant current sensitivity. An element of 1.3 mV (1 mA, 20 mT applied) is obtained. The change in temperature of the constant current sensitivity from 25 ° C. to 85 ° C. is −0.03 [% / ° C.], which is desirable for practical use as a magnetic sensor, −0.1 [% / ° C.] The temperature change is in the range of 0.01 [% / ° C.] or less, and the element resistance at a temperature of 25 ° C. is also 3500Ω or less.

磁気センサーの作製方法は以下の(1)−(10)の通りである。
(1)第3の化合物半導体層を積層した化合物半導体基板を用意する。次に、フォトリソグラフィー法を用いて、図3(a)及び(b)に示した様なメサパターンを形成するためのレジストパターンを第3の化合物半導体層上に形成した。
(2)次に、上記レジストパターンをマスクに、第3の化合物半導体層、第2の化合物半導体層及び第1の化合物半導体層を順次エッチングすることにより、平面視で十字型のメサパターン(一方の矩形状領域の幅70μm、長さ100μm、他方の矩形状領域の幅30μm、長さ110μm)を形成した。
(3)次に、十字型のメサパターンの各端部に電気的に接続されるオーミック電極を形成するためのレジストパターンを形成した。
(4)次に、AuGeを200nm、Niを50nm、Auを350nm、これらをこの順に蒸着した。
The manufacturing method of the magnetic sensor is as follows (1)-(10).
(1) A compound semiconductor substrate on which a third compound semiconductor layer is stacked is prepared. Next, a resist pattern for forming a mesa pattern as shown in FIGS. 3A and 3B was formed on the third compound semiconductor layer by photolithography.
(2) Next, the third compound semiconductor layer, the second compound semiconductor layer, and the first compound semiconductor layer are sequentially etched using the resist pattern as a mask, so that a cross-shaped mesa pattern (on the other hand) The rectangular region has a width of 70 μm and a length of 100 μm, and the other rectangular region has a width of 30 μm and a length of 110 μm.
(3) Next, a resist pattern for forming an ohmic electrode electrically connected to each end of the cross-shaped mesa pattern was formed.
(4) Next, 200 nm of AuGe, 50 nm of Ni, and 350 nm of Au were deposited in this order.

(5)次に、リフトオフ法によりオーミック電極を構成する第1の電極層を形成した。その後、該第1の電極層と第2の化合物半導体層との合金化により、該第1の電極層と第2の化合物半導体層とのオーミック接合を形成した。
(6)次に、プラズマCVD装置を用いてSiN層を280nm形成した。
(7)次に、パッシベーション層形成用のレジストパターンを形成した。そして、このレジストパターンをマスクにSiN層をエッチングして、第1の電極層上に開口部を有するパッシベーション層を形成した。
(8)次に、第2の電極層形成用のレジストパターンを形成した。
(9)次に、Tiを100nm、Auを350nmこの順に蒸着した。
(10)次に、リフトオフ法により第2の電極層を形成した。これにより、ホール素子として動作する磁気センサーを得た。
(5) Next, the 1st electrode layer which comprises an ohmic electrode was formed by the lift-off method. Thereafter, an ohmic junction between the first electrode layer and the second compound semiconductor layer was formed by alloying the first electrode layer and the second compound semiconductor layer.
(6) Next, a SiN layer was formed at 280 nm using a plasma CVD apparatus.
(7) Next, a resist pattern for forming a passivation layer was formed. Then, using this resist pattern as a mask, the SiN layer was etched to form a passivation layer having an opening on the first electrode layer.
(8) Next, a resist pattern for forming the second electrode layer was formed.
(9) Next, Ti was deposited to 100 nm and Au was deposited to 350 nm in this order.
(10) Next, a second electrode layer was formed by a lift-off method. As a result, a magnetic sensor operating as a Hall element was obtained.

(実施例2)
実施例2では、第2の化合物半導体層にSiを照射する際のSiセル温度を、実施例1よりも高い温度(1200℃)に設定した。詳細は、以下の通りである。なお、実施例2において、第1の化合物半導体層を形成する工程までは実施例1と同じである。
第1の化合物半導体層を形成する工程の次に、GaAs層が形成されたSi(111)基板を、基板温度が660℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が7×10−7TorrのGaと、分子線強度が3×10−5TorrのAs分子をクラッキングすなわち加熱して生成したAs分子と、分子線強度が1.66×10−6TorrのSbとを基板表面に同時に照射した。これにより、第1の化合物半導体層であるGaAs層上に、膜厚600nmの第2の化合物半導体層であるGaAsSb層を、1時間当たり1μmの形成速度で形成した。このとき、換算Sb/Ga分子線強度比は2.37である。
(Example 2)
In Example 2, the Si cell temperature when irradiating the second compound semiconductor layer with Si was set to a temperature (1200 ° C.) higher than that of Example 1. Details are as follows. In Example 2, the process up to the step of forming the first compound semiconductor layer is the same as that in Example 1.
After the step of forming the first compound semiconductor layer, the Si (111) substrate on which the GaAs layer is formed is heated until the substrate temperature reaches 660 ° C. When the temperature becomes constant, the molecular beam intensity is 7 × 10 −7 Torr Ga, As 2 molecules generated by cracking or heating As 4 molecules with molecular beam intensity 3 × 10 −5 Torr, and molecular beam intensity 1.66 × 10 −6 Torr The substrate surface was simultaneously irradiated with Sb. As a result, a GaAsSb layer, which is a second compound semiconductor layer having a thickness of 600 nm, was formed on the GaAs layer, which is the first compound semiconductor layer, at a formation rate of 1 μm per hour. At this time, the converted Sb / Ga molecular beam intensity ratio is 2.37.

また、第2の化合物半導体層において、第1の化合物半導体層との界面から見て、膜厚200nmから400nmの領域には、Siセル温度1200度でSiを照射することで、SiドープGaAsSb領域を形成した。
第2の化合物半導体層の(111)面に対応するX線回折ピークを解析したところ、Sb組成yは0.033であった。また、アクセント社製のホール効果測定システム「HL5500PC」を用いて測定温度25℃で評価したところ、伝導型はN型であることが分かり、シート抵抗は800Ω/□、移動度は670[cm/V・s]、シートキャリア濃度は1.2×1012[cm−2]であった。Siドープして導電層とした部分の厚みが前述の通り200nmであることから、キャリア濃度は5.9×1017[cm−3]、抵抗率は0.016[Ω・cm]である。
Further, in the second compound semiconductor layer, a region having a film thickness of 200 nm to 400 nm as viewed from the interface with the first compound semiconductor layer is irradiated with Si at a Si cell temperature of 1200 degrees, so that a Si-doped GaAsSb region is obtained. Formed.
When the X-ray diffraction peak corresponding to the (111) plane of the second compound semiconductor layer was analyzed, the Sb composition y was 0.033. Further, when evaluated at a measurement temperature of 25 ° C. using a Hall effect measurement system “HL5500PC” manufactured by Accent Co., it was found that the conductivity type was N type, the sheet resistance was 800Ω / □, and the mobility was 670 [cm 2]. / V · s], and the sheet carrier concentration was 1.2 × 10 12 [cm −2 ]. Since the thickness of the portion doped with Si to form the conductive layer is 200 nm as described above, the carrier concentration is 5.9 × 10 17 [cm −3 ] and the resistivity is 0.016 [Ω · cm].

(実施例3)
実施例3では、第2の化合物半導体層におけるバッファ領域の厚さを、実施例1よりも150nm薄くして、50nmとした。詳細は、以下の通りである。なお、実施例3において、第1の化合物半導体層を形成する工程までは実施例1と同じである。
第1の化合物半導体層を形成する工程の次に、GaAs層が形成されたSi(111)基板を、基板温度が660℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が7×10−7TorrのGaと、分子線強度が3×10−5TorrのAs分子をクラッキングすなわち加熱して生成したAs分子と、分子線強度が1.66×10−6TorrのSbとを基板表面に同時に照射した。これにより、第1の化合物半導体層であるGaAs層上に、膜厚450nmの第2の化合物半導体層であるGaAsSb層を、1時間当たり1μmの形成速度で形成した。このとき、換算Sb/Ga分子線強度比は2.37である。
(Example 3)
In Example 3, the thickness of the buffer region in the second compound semiconductor layer was 50 nm, which was 150 nm thinner than Example 1. Details are as follows. In Example 3, the process up to the step of forming the first compound semiconductor layer is the same as in Example 1.
After the step of forming the first compound semiconductor layer, the Si (111) substrate on which the GaAs layer is formed is heated until the substrate temperature reaches 660 ° C. When the temperature becomes constant, the molecular beam intensity is 7 × 10 −7 Torr Ga, As 2 molecules generated by cracking or heating As 4 molecules with molecular beam intensity 3 × 10 −5 Torr, and molecular beam intensity 1.66 × 10 −6 Torr The substrate surface was simultaneously irradiated with Sb. Thus, a GaAsSb layer as a second compound semiconductor layer having a thickness of 450 nm was formed on the GaAs layer as the first compound semiconductor layer at a formation rate of 1 μm per hour. At this time, the converted Sb / Ga molecular beam intensity ratio is 2.37.

また、第2の化合物半導体層において、第1の化合物半導体層との界面から見て、膜厚50nmから250nmの領域には、Siセル温度1180度でSiを照射することで、SiドープGaAsSb領域を形成した。つまり、SiドープGaAsSb領域下に位置するバッファ領域の厚さを50nmとした。
第2の化合物半導体層の(111)面に対応するX線回折ピークを解析したところ、Sb組成yは0.033であった。また、アクセント社製のホール効果測定システム「HL5500PC」を用いて測定温度25℃で評価したところ、伝導型はN型であることが分かり、シート抵抗は1500Ω/□、移動度は450[cm/V・s]、シートキャリア濃度は9.3×1012[cm−2]であった。Siドープして導電層とした部分の厚みが前述の通り200nmであることから、キャリア濃度は4.6×1017[cm−3] 、抵抗率は0.030[Ω・cm]である。
Further, in the second compound semiconductor layer, a region having a film thickness of 50 nm to 250 nm as viewed from the interface with the first compound semiconductor layer is irradiated with Si at a Si cell temperature of 1180 degrees, so that a Si-doped GaAsSb region is obtained. Formed. That is, the thickness of the buffer region located under the Si-doped GaAsSb region was 50 nm.
When the X-ray diffraction peak corresponding to the (111) plane of the second compound semiconductor layer was analyzed, the Sb composition y was 0.033. Further, when evaluated at a measurement temperature of 25 ° C. using a Hall effect measurement system “HL5500PC” manufactured by Accent Co., it was found that the conductivity type was N type, the sheet resistance was 1500Ω / □, and the mobility was 450 [cm 2. / V · s], and the sheet carrier concentration was 9.3 × 10 12 [cm −2 ]. Since the thickness of the portion doped with Si to form the conductive layer is 200 nm as described above, the carrier concentration is 4.6 × 10 17 [cm −3 ] and the resistivity is 0.030 [Ω · cm].

(実施例4)
実施例4では、換算Sb/Ga分子線強度比を実施例1よりも大きくして、Sb組成yが大きい第2の化合物半導体層を形成した。詳細は、以下の通りである。なお、実施例4において、第1の化合物半導体層を形成する工程までは実施例1と同じである。
第1の化合物半導体層を形成する工程の次に、GaAs層が形成されたSi(111)基板を、基板温度が660℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が7×10−7TorrのGaと、分子線強度が3×10−5TorrのAs分子をクラッキングすなわち加熱して生成したAs分子と、分子線強度が2.8×10−6TorrのSbとを基板表面に同時に照射した。これにより、第1の化合物半導体層であるGaAs層上に、膜厚600nmの第2の化合物半導体層であるGaAsSb層を、1時間当たり1μmの形成速度で形成した。このとき、換算Sb/Ga分子線強度比は4である。また、第2の化合物半導体層において、第1の化合物半導体層との界面から見て、膜厚200nmから400nmの領域には、Siセル温度1180度でSiを照射することで、SiドープGaAsSb領域を形成した。
Example 4
In Example 4, the converted Sb / Ga molecular beam intensity ratio was made larger than that in Example 1 to form a second compound semiconductor layer having a large Sb composition y. Details are as follows. In Example 4, the process up to the step of forming the first compound semiconductor layer is the same as Example 1.
After the step of forming the first compound semiconductor layer, the Si (111) substrate on which the GaAs layer is formed is heated until the substrate temperature reaches 660 ° C. When the temperature becomes constant, the molecular beam intensity is 7 × 10 −7 Torr of Ga, As 2 molecules generated by cracking or heating As 4 molecules of molecular beam intensity of 3 × 10 −5 Torr, and molecular beam intensity of 2.8 × 10 −6 Torr The substrate surface was simultaneously irradiated with Sb. As a result, a GaAsSb layer, which is a second compound semiconductor layer having a thickness of 600 nm, was formed on the GaAs layer, which is the first compound semiconductor layer, at a formation rate of 1 μm per hour. At this time, the converted Sb / Ga molecular beam intensity ratio is 4. In addition, in the second compound semiconductor layer, a region having a film thickness of 200 nm to 400 nm as viewed from the interface with the first compound semiconductor layer is irradiated with Si at a Si cell temperature of 1180 degrees, so that a Si-doped GaAsSb region is obtained. Formed.

第2の化合物半導体層の(111)面に対応するX線回折ピークを解析したところ、Sb組成yは0.05であった。また、アクセント社製のホール効果測定システム「HL5500PC」を用いて測定温度25℃で評価したところ、伝導型はN型であることが分かり、シート抵抗は1200Ω/□、移動度は550[cm/V・s]、シートキャリア濃度は9.5×1012[cm−2]であった。Siドープして導電層とした部分の厚みが前述の通り200nmであることから、キャリア濃度は4.7×1017[cm−3] 、抵抗率は0.024[Ω・cm]である。 When the X-ray diffraction peak corresponding to the (111) plane of the second compound semiconductor layer was analyzed, the Sb composition y was 0.05. Further, when evaluated at a measurement temperature of 25 ° C. using a Hall effect measurement system “HL5500PC” manufactured by Accent Co., it was found that the conductivity type was N type, the sheet resistance was 1200Ω / □, and the mobility was 550 [cm 2. / V · s], and the sheet carrier concentration was 9.5 × 10 12 [cm −2 ]. Since the thickness of the portion doped with Si to form the conductive layer is 200 nm as described above, the carrier concentration is 4.7 × 10 17 [cm −3 ] and the resistivity is 0.024 [Ω · cm].

(実施例5)
実施例5では、換算Sb/Ga分子線強度比を実施例1よりも大きくして、Sb組成yが大きい第2の化合物半導体層を形成した。また、第2の化合物半導体層に対する不純物ドープをSiではなく、Snで行った。詳細は、以下の通りである。なお、実施例5において、第1の化合物半導体層を形成する工程までは実施例1と同じである。
(Example 5)
In Example 5, the converted Sb / Ga molecular beam intensity ratio was made larger than that in Example 1, and a second compound semiconductor layer having a large Sb composition y was formed. In addition, the impurity doping of the second compound semiconductor layer was performed with Sn instead of Si. Details are as follows. In Example 5, the process up to the step of forming the first compound semiconductor layer is the same as Example 1.

第1の化合物半導体層を形成する工程の次に、GaAs層が形成されたSi(111)基板を、基板温度が660℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が7×10−7TorrのGaと、分子線強度が3×10−5TorrのAs分子をクラッキングすなわち加熱して生成したAs分子と、分子線強度が2.8×10−6TorrのSbとを基板表面に同時に照射した。これにより、第1の化合物半導体層であるGaAs層上に、膜厚500nmの第2の化合物半導体層であるGaAsSb層を、1時間当たり1μmの形成速度で形成した。このとき、換算Sb/Ga分子線強度比は4である。また、第2の化合物半導体層の全ての領域において、Snセル温度900度でSnを照射することで、SnドープGaAsSb領域を形成した。 After the step of forming the first compound semiconductor layer, the Si (111) substrate on which the GaAs layer is formed is heated until the substrate temperature reaches 660 ° C. When the temperature becomes constant, the molecular beam intensity is 7 × 10 −7 Torr of Ga, As 2 molecules generated by cracking or heating As 4 molecules of molecular beam intensity of 3 × 10 −5 Torr, and molecular beam intensity of 2.8 × 10 −6 Torr The substrate surface was simultaneously irradiated with Sb. Thus, a GaAsSb layer as a second compound semiconductor layer having a thickness of 500 nm was formed on the GaAs layer as the first compound semiconductor layer at a formation rate of 1 μm per hour. At this time, the converted Sb / Ga molecular beam intensity ratio is 4. In addition, an Sn-doped GaAsSb region was formed by irradiating Sn at an Sn cell temperature of 900 degrees in all regions of the second compound semiconductor layer.

第2の化合物半導体層の(111)面に対応するX線回折ピークを解析したところ、Sb組成yは0.05であった。また、アクセント社製のホール効果測定システム「HL5500PC」を用いて測定温度25℃で評価したところ、伝導型はN型であることが分かり、シート抵抗は80Ω/□、移動度は1300[cm/V・s]、シートキャリア濃度は6.1×1013[cm−2]であった。Snドープして導電層とした部分の厚みが前述の通り500nmであることから、キャリア濃度は1.2×1018[cm−3]、抵抗率は0.004[Ω・cm]である。 When the X-ray diffraction peak corresponding to the (111) plane of the second compound semiconductor layer was analyzed, the Sb composition y was 0.05. Further, when evaluated at a measurement temperature of 25 ° C. using a Hall effect measurement system “HL5500PC” manufactured by Accent Co., it was found that the conductivity type was N type, the sheet resistance was 80Ω / □, and the mobility was 1300 [cm 2]. / V · s], and the sheet carrier concentration was 6.1 × 10 13 [cm −2 ]. Since the thickness of the portion doped with Sn to form the conductive layer is 500 nm as described above, the carrier concentration is 1.2 × 10 18 [cm −3 ], and the resistivity is 0.004 [Ω · cm].

(比較例1)
比較例1では、第2の化合物半導体層として、GaAsSb層ではなく、GaAs層を形成した。つまり、第2の化合物半導体層を形成する際に、Sbの照射を行わなかった。詳細は、以下の通りである。なお、比較例1において、第1の化合物半導体層を形成する工程までは実施例1と同じである。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, not the GaAsSb layer but the GaAs layer was formed as the second compound semiconductor layer. That is, Sb irradiation was not performed when forming the second compound semiconductor layer. Details are as follows. In Comparative Example 1, the process up to the step of forming the first compound semiconductor layer is the same as that of Example 1.

第1の化合物半導体層を形成する工程の次に、GaAs層が形成されたSi(111)基板を、基板温度が660℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が7×10−7TorrのGaと、分子線強度が3×10−5TorrのAs分子をクラッキングすなわち加熱して生成したAs分子とを同時に照射した。これにより、第1の化合物半導体層であるGaAs層上に、膜厚600nmの第2の化合物半導体層であるGaAs層を、1時間当たり1μmの形成速度で形成した。このとき、換算Sb/Ga分子線強度比はSbを照射していないので0である。また、第2の化合物半導体層において、第1の化合物半導体層との界面から見て、膜厚200nmから400nmの領域には、セル温度1180℃でSiを照射して、SiドープGaAs領域を形成した。 After the step of forming the first compound semiconductor layer, the Si (111) substrate on which the GaAs layer is formed is heated until the substrate temperature reaches 660 ° C. When the temperature becomes constant, the molecular beam intensity is 7 × 10 −7 Torr Ga and As 2 molecules generated by cracking, ie heating, As 4 molecules having a molecular beam intensity of 3 × 10 −5 Torr were simultaneously irradiated. As a result, a GaAs layer as a second compound semiconductor layer having a thickness of 600 nm was formed on the GaAs layer as the first compound semiconductor layer at a formation rate of 1 μm per hour. At this time, the converted Sb / Ga molecular beam intensity ratio is 0 because Sb is not irradiated. Further, in the second compound semiconductor layer, as viewed from the interface with the first compound semiconductor layer, a region having a thickness of 200 nm to 400 nm is irradiated with Si at a cell temperature of 1180 ° C. to form a Si-doped GaAs region. did.

第2の化合物半導体層の(111)面に対応するX線回折ピークを解析したところ、Sb組成yはSbを照射していないので0であった。また、アクセント社製のホール効果測定システム「HL5500PC」を用いて測定温度25℃で評価したところ、伝導型はP型であることが分かり、シート抵抗は18000Ω/□、移動度は20[cm/V・s]、シートキャリア濃度は1.7×1013[cm−2]であった。Siドープして導電層とした部分の厚みが前述の通り200nmであることから、キャリア濃度は8.7×1017[cm−3] 、抵抗率は0.360[Ω・cm]である。
比較例1のシート抵抗は実施例1のものと比較して、1桁以上高い値である。第2の化合物半導体層の導電性はP型であることから、Sb照射がない場合はSiドープによるN型化は困難であることを示している。
When the X-ray diffraction peak corresponding to the (111) plane of the second compound semiconductor layer was analyzed, the Sb composition y was 0 because Sb was not irradiated. Further, when evaluated at a measurement temperature of 25 ° C. using a Hall effect measurement system “HL5500PC” manufactured by Accent Co., it was found that the conduction type was P type, the sheet resistance was 18000Ω / □, and the mobility was 20 [cm 2. / V · s], and the sheet carrier concentration was 1.7 × 10 13 [cm −2 ]. Since the thickness of the conductive layer formed by doping Si is 200 nm as described above, the carrier concentration is 8.7 × 10 17 [cm −3 ] and the resistivity is 0.360 [Ω · cm].
The sheet resistance of Comparative Example 1 is higher by one digit or more than that of Example 1. Since the conductivity of the second compound semiconductor layer is P-type, N-type conversion by Si doping is difficult when there is no Sb irradiation.

(比較例2)
比較例2では、第2の化合物半導体層として、GaAsSb層ではなく、GaAs層を形成した。つまり、第2の化合物半導体層を形成する際に、Sbの照射を行わなかった。
また、第2の化合物半導体層の全ての領域において、不純物ドープをSnで行った。詳細は、以下の通りである。なお、比較例2において、第1の化合物半導体層を形成する工程までは実施例1と同じである。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a GaAs layer was formed as the second compound semiconductor layer instead of the GaAsSb layer. That is, Sb irradiation was not performed when forming the second compound semiconductor layer.
Impurity doping was performed with Sn in all regions of the second compound semiconductor layer. Details are as follows. In Comparative Example 2, the process up to the step of forming the first compound semiconductor layer is the same as that of Example 1.

第1の化合物半導体層を形成する工程の次に、GaAs層が形成されたSi(111)基板を、基板温度が660℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が7×10−7TorrのGaと、分子線強度が3×10−5TorrのAs分子をクラッキングすなわち加熱して生成したAs分子とを同時に照射した。これにより、第1の化合物半導体層であるGaAs層上に、膜厚500nmの第2の化合物半導体層であるGaAs層を、1時間当たり1μmの形成速度で形成した。このとき、換算Sb/Ga分子線強度比はSbを照射していないので0である。また、第2の化合物半導体層の全ての領域において、Snセル温度900度でSnを照射することで、SnドープGaAs領域を形成した。 After the step of forming the first compound semiconductor layer, the Si (111) substrate on which the GaAs layer is formed is heated until the substrate temperature reaches 660 ° C. When the temperature becomes constant, the molecular beam intensity is 7 × 10 −7 Torr Ga and As 2 molecules generated by cracking, ie heating, As 4 molecules having a molecular beam intensity of 3 × 10 −5 Torr were simultaneously irradiated. Thus, a GaAs layer as a second compound semiconductor layer having a thickness of 500 nm was formed on the GaAs layer as the first compound semiconductor layer at a formation rate of 1 μm per hour. At this time, the converted Sb / Ga molecular beam intensity ratio is 0 because Sb is not irradiated. In addition, the Sn-doped GaAs region was formed in all regions of the second compound semiconductor layer by irradiating Sn at an Sn cell temperature of 900 degrees.

第2の化合物半導体層の(111)面に対応するX線回折ピークを解析したところ、Sb組成yはSbを照射していないので0であった。また、アクセント社製のホール効果測定システム「HL5500PC」を用いて測定温度25℃で評価したところ、伝導型はN型であることが分かったが、シート抵抗は9200Ω/□、移動度は50[cm/V・s]、シートキャリア濃度は1.3×1013[cm−2]であった。Snドープして導電層とした部分の厚みが前述の通り500nmであることから、キャリア濃度は2.5×1017[cm−3] 、抵抗率は0.462[Ω・cm]である。 When the X-ray diffraction peak corresponding to the (111) plane of the second compound semiconductor layer was analyzed, the Sb composition y was 0 because Sb was not irradiated. In addition, when the evaluation was made at a measurement temperature of 25 ° C. using a Hall effect measurement system “HL5500PC” manufactured by Accent Co., it was found that the conduction type was N type, but the sheet resistance was 9200Ω / □, and the mobility was 50 [ cm 2 / V · s], and the sheet carrier concentration was 1.3 × 10 13 [cm −2 ]. Since the thickness of the portion doped with Sn to form the conductive layer is 500 nm as described above, the carrier concentration is 2.5 × 10 17 [cm −3 ] and the resistivity is 0.462 [Ω · cm].

比較例2のシート抵抗は実施例5のものと比較して、2桁以上高い値であり、キャリア濃度は、同じSn照射量(同じドーズ量、同じSnセル温度)であるのにかかわらず、1桁程度低い。これは不純物ドープの際にSb照射がなければN型サイトへの安定したドープが困難であることを示している。   The sheet resistance of Comparative Example 2 is a value two digits or more higher than that of Example 5, and the carrier concentration is the same Sn irradiation amount (same dose amount, same Sn cell temperature), About an order of magnitude lower. This indicates that it is difficult to dope the N-type site stably without Sb irradiation during impurity doping.

10 化合物半導体基板
100 Si基板
21 第1の化合物半導体層
22 第2の化合物半導体層
30 第3の化合物半導体層
40 オーミック電極
41 第1の電極層
42 第2の電極層
50 パッシベーション層
110、210 磁気センサー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Compound semiconductor substrate 100 Si substrate 21 1st compound semiconductor layer 22 2nd compound semiconductor layer 30 3rd compound semiconductor layer 40 Ohmic electrode 41 1st electrode layer 42 2nd electrode layer 50 Passivation layers 110 and 210 Magnetic sensor

Claims (6)

基板表面の面方位が(111)面であるSi基板と、
前記Si基板上に形成された第1の化合物半導体層と、
前記第1の化合物半導体層上に形成された第2の化合物半導体層とを備え、
前記第1の化合物半導体層はGaAs1−xSb(0≦x≦0.1)層であり、
前記第2の化合物半導体層はGaAs1−ySb(0<y≦0.05)層であり、
前記第2の化合物半導体層中には、不純物のドープにより形成され、活性層として働くためのN型キャリアを有するドープ領域が存在することを特徴とする化合物半導体基板。
A Si substrate whose surface orientation is (111) plane;
A first compound semiconductor layer formed on the Si substrate;
A second compound semiconductor layer formed on the first compound semiconductor layer,
The first compound semiconductor layer is a GaAs 1-x Sb x (0 ≦ x ≦ 0.1) layer,
Said second compound semiconductor layer is GaAs 1-y Sb y (0 <y ≦ 0.05) layer,
A compound semiconductor substrate comprising a doped region formed by doping impurities and having an N-type carrier for acting as an active layer in the second compound semiconductor layer.
前記ドープ領域における前記N型キャリアの濃度は25℃において1.0×1016[cm−3]以上、8.0×1017[cm−3]以下であり、かつ、
前記ドープ領域の抵抗率は25℃において0.001[Ω・cm]以上、0.1[Ω・cm]以下であることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体基板。
The concentration of the N-type carrier in the doped region is 1.0 × 10 16 [cm −3 ] or more and 8.0 × 10 17 [cm −3 ] or less at 25 ° C., and
2. The compound semiconductor substrate according to claim 1, wherein the resistivity of the doped region is 0.001 [Ω · cm] or more and 0.1 [Ω · cm] or less at 25 ° C. 3.
前記不純物はSiまたはSnであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の化合物半導体基板。   The compound semiconductor substrate according to claim 1, wherein the impurity is Si or Sn. 請求項1から請求項3の何れか一項に記載の化合物半導体基板と、
前記化合物半導体基板上に形成された電極とを備え、
前記化合物半導体基板の前記第2の化合物半導体層はメサパターンに形成されており、
前記電極は前記メサパターンに電気的に接続していることを特徴とする磁気センサー。
The compound semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 3,
An electrode formed on the compound semiconductor substrate,
The second compound semiconductor layer of the compound semiconductor substrate is formed in a mesa pattern;
The magnetic sensor, wherein the electrode is electrically connected to the mesa pattern.
定電流感度の温度変化が25℃以上、85℃以下の範囲で、−0.1[%/℃]以上、−0.01[%/℃]以下の範囲であり、かつ入力抵抗が3500Ω以下であることを特徴とする請求項4に記載の磁気センサー。   The temperature change of the constant current sensitivity is 25 ° C or more and 85 ° C or less, -0.1 [% / ° C] or more and -0.01 [% / ° C] or less, and the input resistance is 3500Ω or less. The magnetic sensor according to claim 4, wherein 基板表面の面方位が(111)面であるSi基板上に第1の化合物半導体層を形成する工程と、
前記第1の化合物半導体層上に第2の化合物半導体層を形成する工程と、を備え、
前記第1の化合物半導体層はGaAs1−xSb(0≦x≦0.1)層であり、
前記第2の化合物半導体層はGaAs1−ySb(0<y≦0.05)層であり、
前記第2の化合物半導体層を形成する工程では、該第2の化合物半導体層に成膜途中で不純物をドープして、活性層として働くためのN型キャリアを有するドープ領域を該第2の化合物半導体層中に形成することを特徴とする化合物半導体基板の製造方法。
Forming a first compound semiconductor layer on a Si substrate having a (111) plane orientation of the substrate surface;
Forming a second compound semiconductor layer on the first compound semiconductor layer,
The first compound semiconductor layer is a GaAs 1-x Sb x (0 ≦ x ≦ 0.1) layer,
Said second compound semiconductor layer is GaAs 1-y Sb y (0 <y ≦ 0.05) layer,
In the step of forming the second compound semiconductor layer, the second compound semiconductor layer is doped with impurities during film formation, and a doped region having an N-type carrier for acting as an active layer is formed in the second compound semiconductor layer. A method for producing a compound semiconductor substrate, comprising: forming in a semiconductor layer.
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