JP3044835B2 - Magnetoelectric conversion element - Google Patents

Magnetoelectric conversion element

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JP3044835B2
JP3044835B2 JP3145419A JP14541991A JP3044835B2 JP 3044835 B2 JP3044835 B2 JP 3044835B2 JP 3145419 A JP3145419 A JP 3145419A JP 14541991 A JP14541991 A JP 14541991A JP 3044835 B2 JP3044835 B2 JP 3044835B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体材料を用い
た磁電変換素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoelectric device using a compound semiconductor material.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁界の測定や磁界の変化を検知し、電気
信号に変換する素子としてホール素子が知られている。
ホール素子は半導体に電流Iを流し、これに垂直に磁界
Bを加えた場合に電流Iに直角方向に生ずるいわゆるホ
ール電圧VH を検知するものであり、回転角検出用の磁
気センサー等に多用されている。
2. Description of the Related Art A Hall element is known as an element for measuring a magnetic field or detecting a change in a magnetic field and converting the signal into an electric signal.
The Hall element detects a so-called Hall voltage VH which is generated in a direction perpendicular to the current I when a magnetic field B is applied to the semiconductor and a current I flows through the semiconductor, and is often used for a magnetic sensor for detecting a rotation angle. Have been.

【0003】ホール素子に使用される半導体としてはS
i、InP、InSb、InAs、GaAs等が知られ
ている。ホール素子用半導体に要求される特性として
は、微小な磁界の変化を高感度に検知できるように大き
なホール出力電圧を有することである。すなわちホール
係数が大きいことがまず要求される。ホール係数は電子
移動度(Electron Mobility )によって決まり、電子移
動度が高いほど大きなホール電圧が発生し、高感度のホ
ール素子が得られる。電子移動度が高い半導体としては
InSb、InAsが知られており、室温での電子移動
度はそれぞれ30,000、28,000cm2 /V・
s程度である。
The semiconductor used for the Hall element is S
i, InP, InSb, InAs, GaAs and the like are known. A characteristic required for a semiconductor for a Hall element is to have a large Hall output voltage so that a minute change in a magnetic field can be detected with high sensitivity. That is, it is first required that the Hall coefficient is large. The Hall coefficient is determined by the electron mobility (Electron Mobility). As the electron mobility is higher, a larger Hall voltage is generated, and a highly sensitive Hall element can be obtained. InSb and InAs are known as semiconductors having a high electron mobility, and the electron mobilities at room temperature are 30,000 and 28,000 cm 2 / V ·, respectively.
s.

【0004】一方、性能の安定化したホール素子として
はホール電圧の温度依存性が小さいことが要求される。
ホール電圧の温度依存性を小さくするためにはバンドギ
ャップエネルギーの大きな材料を使用すれば良く、前記
のInSb、InAsのバンドギャップがそれぞれ0.
172eV、0.36eV(at 300K)であるのに対し
て、InP、GaAsではそれぞれ1.35eV、1.
42eV(at 300K)である。しかし電子移動度は43
00cm2 /V・s、6000cm2 /V・sと低い。
On the other hand, a Hall element with stabilized performance is required to have a small temperature dependency of a Hall voltage.
In order to reduce the temperature dependence of the Hall voltage, a material having a large band gap energy may be used, and the band gap of each of InSb and InAs is set to 0.1.
172 eV and 0.36 eV (at 300 K), whereas InP and GaAs have 1.35 eV and 1.
42 eV (at 300 K). However, the electron mobility is 43
00cm 2 / V · s, 6000cm 2 / V · s and low.

【0005】上記のような半導体の性質を利用した高感
度のホール素子としては、たとえばInSbやInAs
を使用したものが提案されている(特開昭59-13385参
照) 。また、温度依存性が小さく信頼性の高いホール素
子としてはGaAsを使用したものが知られている(特
開昭53- 20782 参照)。さらに電子移動度が高く、バン
ドギャップエネルギーの大きなInAsSb、InGa
Sb,InGaAs等の3元系混晶III-V族化合物半導
体を応用しようすることも提案されている(特開昭61-
20378 参照)。これらの半導体は混晶比を調整すること
によって電子移動度8000〜20000cm2 /V・
s、バンドギャップ0.2〜2.0eVのものが得ら
れ、ホール素子の感磁部として利用すれば高感度でかつ
高信頼性を備えたものが得られると期待されている。
A high-sensitivity Hall element utilizing the above-described properties of a semiconductor is, for example, InSb or InAs.
(Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-13385) has been proposed. A device using GaAs is known as a Hall device having low temperature dependency and high reliability (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 53-20782). InAsSb, InGa with high electron mobility and high band gap energy
It has also been proposed to apply a ternary mixed crystal III-V compound semiconductor such as Sb, InGaAs, etc.
20378). These semiconductors have an electron mobility of 8000 to 20,000 cm 2 / V · by adjusting the mixed crystal ratio.
s, a band gap of 0.2 to 2.0 eV is obtained, and it is expected that a device having high sensitivity and high reliability can be obtained when used as a magnetic sensing portion of a Hall element.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】近年、自動車等の高度
な電装化に見られるように、温度変化の激しい環境下で
精密な回転制御の必要性が高まり、高出力、高信頼性を
備えたホール素子の開発が要望されるようになってき
た。高感度の磁電変換素子用として大きなホール電圧を
示すInSb、InAsはバンドギャップエネルギーが
小さく、温度依存性が大きいため、自動車のエンジンル
ーム内のように高温になる環境下では信頼性に乏しい欠
点があった。従来、温度依存性を問題にするような高信
頼性のホール素子用にはGaAs半導体が使用されてき
た。しかしGaAs半導体は電子移動度が小さく、ホー
ル電圧が低いので計器用やオーディオ用のブラシレスマ
イクロモーターの制御用には使用できない欠点があっ
た。
In recent years, as seen in advanced electrical equipment such as automobiles, the necessity of precise rotation control in an environment where temperature changes sharply has increased, and high output and high reliability have been provided. There has been a demand for the development of Hall elements. InSb and InAs exhibiting a large Hall voltage for high-sensitivity magnetoelectric transducers have a small band gap energy and a large temperature dependency, and therefore have a disadvantage that they have poor reliability in an environment where the temperature is high such as in an engine room of an automobile. there were. Heretofore, a GaAs semiconductor has been used for a highly reliable Hall element that has a problem of temperature dependency. However, GaAs semiconductors have a drawback that they cannot be used for controlling instrument and audio brushless micromotors because of their low electron mobility and low Hall voltage.

【0007】通常、ホール素子用の半導体は半導体単結
晶基板上にエピタキシャル成長させたものを使用する。
基板として利用できるのはGaP、GaAs、InP等
である。これらは良質の単結晶基板が量産されている。
しかし、混晶III-V族3元系化合物半導体の多くは前記
基板単結晶とは格子定数が異なり、混晶比によっても格
子定数が変化するため、結晶性の良いエピタキシャル成
長結晶を得るのは困難をともなっていた。
Normally, a semiconductor for a Hall element is used which is epitaxially grown on a semiconductor single crystal substrate.
GaP, GaAs, InP and the like can be used as the substrate. These are mass-produced with high quality single crystal substrates.
However, most of the mixed crystal III-V ternary compound semiconductors have a different lattice constant from the substrate single crystal, and the lattice constant changes depending on the mixed crystal ratio. Therefore, it is difficult to obtain an epitaxially grown crystal having good crystallinity. Was accompanied by

【0008】たとえば、特開昭61-20378ではGaAs基
板上に3元混晶化合物をエピタキシャル成長させること
を提案している。しかし、GaAs基板の格子定数は
5.653Åであるのに対して、III 族のGaをInに
置換していくと格子定数は大きくなり、InAsの6.
058Åに近付く。格子定数の違い(格子ミスマッチ)
が大きくなるほどエピタキシャル成長させた結晶は不完
全なものとなり、高い電子移動度は得られなかった。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-20378 proposes epitaxial growth of a ternary mixed crystal compound on a GaAs substrate. However, while the lattice constant of the GaAs substrate is 5.653 °, the lattice constant increases as the group III Ga is replaced with In, and the lattice constant of InAs is increased.
It approaches 058 °. Difference in lattice constant (lattice mismatch)
The crystal grown epitaxially became incomplete as the value became larger, and high electron mobility was not obtained.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者はInP基板上
にエピタキシャル成長させた結晶性の良いGax In
(1-x) Asを感磁部として使用することにより、高感度
で高信頼性のホール素子を提供することを目的としてい
る。そのために本発明ではInPエピタキシャル成長層
とGax In(1-x) Asエピタキシャル成長層とでヘテ
ロ接合を構成し、InPエピタキシャル成長層とGax
In(1-x) Asエピタキシャル成長層との厚さとキャリ
ア濃度とを特定範囲に限定することにより目的が達成さ
れることを見出し、発明に至ったものである。
The inventor of the present invention has developed a Ga x In crystal having good crystallinity epitaxially grown on an InP substrate.
An object of the present invention is to provide a highly sensitive and highly reliable Hall element by using (1-x) As as a magnetically sensitive part. In the present invention in order that constitutes a heterojunction between the InP epitaxial layer and Ga x In (1-x) As epitaxial layer, InP epitaxial layer and Ga x
The inventors have found that the object can be achieved by limiting the thickness of the In (1-x) As epitaxial growth layer and the carrier concentration to specific ranges, and have reached the invention.

【0010】基板に使用するInP単結晶はできるだけ
結晶欠陥の少ないものが好ましいことは言うまでもな
い。たとえばEPD(Etch Pit Density) は5×104
cm-2が好ましい。また、絶縁性が高いことが好まし
く、Feドープまたはアンドープで、比抵抗が104 Ω
・cm以上のものが使用できる。通常はLEC法により
得られたインゴットをスライスして表面を研磨したもの
を使用する。面方位は特に制限はなく、通常(1 0
0 )面もしくはこれより10°以内で傾斜した方位を
使用する。
It is needless to say that the InP single crystal used for the substrate preferably has as few crystal defects as possible. For example, EPD (Etch Pit Density) is 5 × 10 4
cm -2 is preferred. Further, it is preferable that the insulating property is high, and it is Fe-doped or undoped and has a specific resistance of 10 4 Ω.
・ Thing more than cm can be used. Usually, an ingot obtained by the LEC method is sliced and the surface thereof is polished. The plane orientation is not particularly limited, and is usually (10
0) Use a plane or a direction inclined within 10 ° from this plane.

【0011】InP基板上にInPエピタキシャル成長
層とGax In(1-x) Asエピタキシャル成長層とによ
りヘテロ接合を作る。このヘテロ接合構造を設けること
により、たとえば基板からの不純物のエピタキシャル成
長層領域への拡散を抑制する効果が得られる。かつま
た、基板に存在する格子欠陥のエピタキシャル成長層へ
の伝播等を抑制する効果を生じるため、電子移動度が向
上する結果となる。また、通常ではホール素子の高感度
化による入力抵抗の増大を伴うが、このようなヘテロ接
合を複数個設けることにより高い電子移動度を維持しな
がら、しかも入力抵抗をホール素子の実用的な範囲に保
持したまま高感度化が得られる利点がある。
A heterojunction is formed on an InP substrate by using an InP epitaxial growth layer and a Ga x In (1-x) As epitaxial growth layer. By providing this hetero junction structure, for example, an effect of suppressing the diffusion of impurities from the substrate into the epitaxial growth layer region can be obtained. In addition, since the effect of suppressing the propagation of lattice defects existing in the substrate to the epitaxial growth layer and the like is produced, the electron mobility is improved. Usually, the input resistance is increased by increasing the sensitivity of the Hall element, but by providing a plurality of such heterojunctions, the high electron mobility is maintained and the input resistance is reduced to a practical range of the Hall element. There is an advantage that high sensitivity can be obtained while maintaining the sensitivity.

【0012】InPエピタキシャル成長層とGax In
(1-x) Asエピタキシャル層の順序に特に制限は無い
が、高品質のGax In(1-x) Asエピタキシャル層を
得るためには、通常InP基板上にInPエピタキシャ
ル成長層をバッファ層として積載する。InPバッファ
層は通常アンドープのものを厚さ(d1 )0.1μm以
上積載する。0.1μm以下では基板の格子欠陥等の影
響を排除することができず、良好なGax In(1-x)
sエピタキシャル成長層は期待出来ない。InPエピタ
キシャル成長層のキャリア濃度(n1 )は1×1015
1×1017cm-3が適当である。
InP epitaxial growth layer and Ga x In
There is no particular limitation on the order of (1-x) As epitaxial layer, in order to obtain the Ga x In (1-x) As epitaxial layer of high quality, loading the InP epitaxial layer as a buffer layer on a normal InP substrate I do. The InP buffer layer is usually undoped and has a thickness (d 1 ) of 0.1 μm or more. If the thickness is less than 0.1 μm, the influence of lattice defects or the like on the substrate cannot be eliminated, and good Ga x In (1-x) A
An s epitaxial growth layer cannot be expected. The carrier concentration (n 1 ) of the InP epitaxial growth layer is 1 × 10 15-
1 × 10 17 cm −3 is appropriate.

【0013】InPエピタキシャル層の上に目的とする
Gax In(1-x) Asエピタキシャル成長層を載置し、
ヘテロ接合を形成する。Gax In(1-x) Asエピタキ
シャル成長層の厚さ(d2 )はホール素子の入力抵抗の
実用的範囲である数百Ω〜数kΩを得るために、0.1
〜1.0μmが適当であり、さらにInPエピタキシャ
ル層の厚さd1 とd2 との関係はd1 ≦d2 とする必要
がある。InPの電子移動度はGax In(1-x) Asの
電子移動度より低いためd1 を厚くするのは得策ではな
い。d1 はd2 よりも小さくとどめ、d2 は0.1〜
1.0μmとするのが適当である。
A target Ga x In (1-x) As epitaxial growth layer is mounted on the InP epitaxial layer,
Form a heterojunction. The thickness (d 2 ) of the Ga x In (1-x) As epitaxially grown layer is set at 0.1 to obtain several hundred Ω to several kΩ which is a practical range of the input resistance of the Hall element.
1.0 μm is appropriate, and the relationship between the thicknesses d 1 and d 2 of the InP epitaxial layer needs to be d 1 ≦ d 2 . Since the electron mobility of InP is lower than the electron mobility of Ga x In (1-x) As, it is not advisable to increase d 1 . d 1 is kept smaller than d 2, d 2 is 0.1
1.0 μm is appropriate.

【0014】ホール素子の入力抵抗の実用的範囲とする
ためには、Gax In(1-x) Asエピタキシャル成長層
のキャリア濃度(n2 )は5×1015〜1×1017cm
-3が適当である。キャリア濃度が1×1017cm-3以上
になるとかえって電子移動度が低下する。また、Gax
In(1-x) Asエピタキシャル成長層のキャリア濃度n
2 はInPエピタキシャル層のキャリア濃度n1 よりも
大きくするか、すくなくとも同じとすることが必要であ
る。
In order to make the input resistance of the Hall element a practical range, the carrier concentration (n 2 ) of the Ga x In (1-x) As epitaxial growth layer is 5 × 10 15 to 1 × 10 17 cm.
-3 is appropriate. When the carrier concentration is 1 × 10 17 cm −3 or more, the electron mobility is rather reduced. Ga x
Carrier concentration n of In (1-x) As epitaxially grown layer
2 needs to be higher than the carrier concentration n 1 of the InP epitaxial layer, or at least the same.

【0015】Gax In(1-x) Asエピタキシャル層の
混晶比xは0.37≦x≦0.57とする。x=0.4
7の場合の格子定数は5.869Åであり、InP基板
の格子定数と一致し、大幅な格子ミスマッチは生じない
ので好ましい。しかし、混晶比をx=0.47に維持す
るのは困難を伴う。xが0.47からずれるに従って格
子ミスマッチも大きくなり、結晶欠陥が発生しやすくな
って電子移動度が低くなる。電子移動度が6000cm
2 /V・sとなる格子ミスマッチの許容範囲はおよそ±
0.7%以内である。x=0.37の場合の格子定数は
5.9086Åで格子ミスマッチは+0.68%、x=
0.57の場合の格子定数は5.8275Åで格子ミス
マッチは−0.70%である。
The mixed crystal ratio x of the Ga x In (1-x) As epitaxial layer is set to 0.37 ≦ x ≦ 0.57. x = 0.4
The lattice constant in the case of 7 is 5.869 °, which is preferable because it matches the lattice constant of the InP substrate and does not cause significant lattice mismatch. However, it is difficult to maintain the mixed crystal ratio at x = 0.47. As x deviates from 0.47, the lattice mismatch also increases, which tends to cause crystal defects and lower electron mobility. Electron mobility 6000cm
The allowable range of the lattice mismatch of 2 / V · s is approximately ±
It is within 0.7%. When x = 0.37, the lattice constant is 5.9086 °, the lattice mismatch is + 0.68%, x =
In the case of 0.57, the lattice constant is 5.8275 ° and the lattice mismatch is -0.70%.

【0016】また、混晶比xに対するバンドギャップエ
ネルギーEg(eV)の関係はEg=0.36+1.0
64xとなり、混晶比xが大きくなるほどバンドギャッ
プエネルギーは大きくなる。その結果、混晶比xが大き
くなるほどホール電圧の温度依存性も低くなる。混晶比
xが0.37≦x≦0.57の範囲ではホール電圧の温
度係数は0.03〜0.08%と非常に小さい。
The relationship between the bandgap energy Eg (eV) and the mixed crystal ratio x is Eg = 0.36 + 1.0.
64x, and the bandgap energy increases as the mixed crystal ratio x increases. As a result, the temperature dependence of the Hall voltage decreases as the mixed crystal ratio x increases. When the mixed crystal ratio x is in the range of 0.37 ≦ x ≦ 0.57, the temperature coefficient of the Hall voltage is as very small as 0.03 to 0.08%.

【0017】Gax In(1-x) Asエピタキシャル層は
液相成長法でも気相成長法で作ってもよい。特にIII 族
原料化合物としてシクロペンタンジエニルインジウム
(C55 In)を使用した常圧のMO−VPE法によ
る場合は良好なGax In(1-x ) Asエピタキシャル成
長膜が得られる。
The Ga x In (1-x) As epitaxial layer may be formed by a liquid phase growth method or a vapor phase growth method. In particular, a good Ga x In (1-x ) As epitaxially grown film can be obtained by the atmospheric pressure MO-VPE method using cyclopentanedienyl indium (C 5 H 5 In) as the group III raw material compound.

【0018】上記のようにして得られたInP基板上の
Gax In(1-x) Asエピタキシャル成長結晶を利用し
て、公知のフォトリソグラフィー法、真空蒸着法、リフ
トオフ、メサエッチング法等を駆使してホール素子を得
る。Gax In(1-x) As上に良好なオーミック電極を
形成するにはAu−12%Ge合金を使用する。通常の
フォトリソグラフィー工程に従ってオーミック電極用パ
ターンを形成した後、真空蒸着装置を使用して約120
0ÅのAu−12%Ge合金と、約400ÅのNiを連
続的に蒸着する。次いでリフトオフ法により電極パター
ンを形成した後、ホール素子の活性層に相当する部分だ
けを残して他の部分をメサエッチングにより除去して感
磁部のパターンを形成し、フォトレジストを除去する。
さらに、Gax In(1-x) AsとAu−12%Ge電極
材料とを合金化するために、窒素雰囲気中で420℃前
後で1〜2分間熱処理を施す。
Using the Ga x In (1-x) As epitaxially grown crystal on the InP substrate obtained as described above, a known photolithography method, a vacuum deposition method, a lift-off method, a mesa etching method and the like are used. To obtain a Hall element. To form a good ohmic electrode on Ga x In (1-x) As, an Au-12% Ge alloy is used. After forming a pattern for an ohmic electrode according to a normal photolithography process, about 120
Continuously deposit 0% Au-12% Ge alloy and about 400% Ni. Next, after an electrode pattern is formed by the lift-off method, the remaining portion is removed by mesa etching except for a portion corresponding to the active layer of the Hall element to form a pattern of a magnetically sensitive portion, and the photoresist is removed.
Furthermore, in order to alloy the Ga x In (1-x) As and Au-12% Ge electrode material is subjected to a 1-2 minute heat treatment at about 420 ° C. in a nitrogen atmosphere.

【0019】[0019]

【作用】磁電変換素子の基本特性を決定する感磁部の材
質を、物理的に優れた良質のGax In(1-x) As結晶
とし、InPエピタキシャル層とヘテロ接合を形成し、
Gax In(1-x) Asエピタキシャル層の厚さをInP
エピタキシャル層の厚さよりも大きくし、かつ、Gax
In(1-x) Asエピタキシャル層のキャリア濃度をIn
Pエピタキシャル層のキャリア濃度よりも高くすること
により、磁電変換素子の高感度、高信頼性を実現させる
ようにした。
The material of the magnetic sensing portion that determines the basic characteristics of the magnetoelectric conversion element is made of a high-quality Ga x In (1-x) As crystal which is physically excellent, and forms a heterojunction with the InP epitaxial layer.
Ga x In (1-x) As
Greater than the thickness of the epitaxial layer and Ga x
The carrier concentration of the In (1-x) As epitaxial layer
By making the carrier concentration higher than the P epitaxial layer, high sensitivity and high reliability of the magnetoelectric conversion element are realized.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明の磁電変換素子について実施例
にて詳しく説明する。 (実施例1) 比抵抗1×107 Ω・cmの半絶縁性FeドープInP
単結晶ミラーウェーハを、通常の常圧MO−VPE装置
内にセットし、真空置換後アルシン(AsH3)、ホス
フィン(PH3 )および水素(H2 )をそれぞれ50c
c/min、60cc/min、6l/minの割合で
混合したガスを流通し、V族元素の蒸発を防止しながら
600℃迄加熱した。加熱後、InP成長用原料ガスと
してシクロペンタンジエニルインジウム(CpIn:C
55 In)、ホスフィン(PH3 )及びドーパントガ
スとして硫化水素ガス(H2 S)の混合ガスを、それぞ
れ100cc/min、500cc/min、2cc/
minの割合でキャリアガスとして水素ガス6l/mi
nと共に、前述のガスと瞬時に切り替えて装置内へ導入
し、30分間InPをエピタキシャル成長させた。次い
で、Gax In(1-x) As成長用原料ガスとしてCpI
n、トリメチルガリウム(TMG:(CH33
a)、アルシン(AsH3 )、及びドーパントガスであ
る硫化水素、キャリアガスである水素(H2 )からなる
混合ガスを、100cc/min、5cc/min、3
00cc/min、5cc/min、6l/minの割
合で前述のガスと瞬時に切替えて装置内に導入し、60
分間にわたりGax In(1-x) Asをエピタキシャル成
長させた。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the magnetoelectric conversion element of the present invention will be described in detail with reference to embodiments. (Example 1) Semi-insulating Fe-doped InP having a specific resistance of 1 × 10 7 Ω · cm
The single crystal mirror wafer is set in a normal atmospheric pressure MO-VPE apparatus, and after vacuum substitution, arsine (AsH 3 ), phosphine (PH 3 ) and hydrogen (H 2 ) are each 50 c.
A gas mixed at a rate of c / min, 60 cc / min, 6 l / min was circulated and heated to 600 ° C. while preventing evaporation of the group V element. After heating, cyclopentanedienyl indium (CpIn: C) was used as a source gas for InP growth.
5 H 5 In), phosphine (PH 3 ), and a mixed gas of hydrogen sulfide gas (H 2 S) as a dopant gas at 100 cc / min, 500 cc / min, and 2 cc / min, respectively.
min at a rate of 6 l / mi of hydrogen gas as a carrier gas
In addition to n, the gas was instantly switched and introduced into the apparatus, and InP was epitaxially grown for 30 minutes. Then, CpI was used as a source gas for growing Ga x In (1-x) As.
n, trimethylgallium (TMG: (CH 3 ) 3 G
a), a mixed gas consisting of arsine (AsH 3 ), hydrogen sulfide as a dopant gas, and hydrogen (H 2 ) as a carrier gas was supplied at 100 cc / min, 5 cc / min,
The gas was instantaneously switched at a rate of 00 cc / min, 5 cc / min, and 6 l / min and introduced into the apparatus.
Ga x In (1-x) As was epitaxially grown for minutes.

【0021】このInP、Gax In(1-x) Asエピタ
キシャル成長層の諸特性を測定したところ、以下のとお
りであった。InPエピタキシャル層はn形で厚さは
0.2μm、キャリア濃度は通常のホール効果測定によ
り(1±0.1)×1016cm-3、300Kにおける電
子移動度は3200±200cm2 /V・sであった。
Gax In(1-x) Asエピタキシャル成長層はn形で厚
さは0.4μm、キャリア濃度は(2±0.1)×10
16cm-3、混晶比xはx=0.47±0.03、300
Kにおける電子移動度は11000±500cm2 /V
・s、バンドギャップエネルギーEgはEg=0.86
eVで、ホール電圧の温度係数は0.05%/℃であっ
た。これらの結果を表1に整理する。
The characteristics of the InP and Ga x In (1-x) As epitaxially grown layers were measured and the results were as follows. The InP epitaxial layer is n-type, has a thickness of 0.2 μm, has a carrier concentration of (1 ± 0.1) × 10 16 cm −3 by ordinary Hall effect measurement, and has an electron mobility of 3200 ± 200 cm 2 / V · at 300K. s.
The Ga x In (1-x) As epitaxial growth layer is n-type, has a thickness of 0.4 μm, and has a carrier concentration of (2 ± 0.1) × 10.
16 cm -3 , mixed crystal ratio x is x = 0.47 ± 0.03, 300
The electron mobility at K is 11000 ± 500 cm 2 / V
S, band gap energy Eg is Eg = 0.86
At eV, the temperature coefficient of the Hall voltage was 0.05% / ° C. Table 1 summarizes these results.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】次に、このInP、Gax In(1-x) As
エピタキシャル成長層により構成されたヘテロ接合を、
磁電変換素子の一つであるホール素子に適用した例を示
す。まず、通常のフォトリソグラフィー工程によりオー
ミック電極用のパターンを形成し真空蒸着装置によりA
u−Ge(Ge:12%)を1200Å、Niを400
Åの厚さに連続的に蒸着した。電極材料を蒸着後、通常
のフォトリソ法により電極パターンを形成した。
Next, the InP, Ga x In (1-x) As
Heterojunction composed of epitaxial growth layer,
An example in which the present invention is applied to a Hall element, which is one of the magnetoelectric conversion elements, will be described. First, a pattern for an ohmic electrode is formed by a normal photolithography process, and A
u-Ge (Ge: 12%) is 1200Å, Ni is 400
Continuously deposited to a thickness of Å. After depositing the electrode material, an electrode pattern was formed by a usual photolithography method.

【0024】次に、ホール素子の活性層に相当する部分
だけを残し、メサエッチングにより感磁部のパターンを
形成し、フォトレジストを除去した。さらにオーミック
電極材料とGax In(1-x) Asを合金化するため、N
2 雰囲気中で420℃で1分間熱処理を施した。この熱
処理により良好なオーミック電極が形成された。以上の
ようなプロセスで作成されたGax In(1-x) Asホー
ル素子と従来のInSbホール素子およびGaAsホー
ル素子の特性を比較し、結果を表2に示す。
Next, a pattern of a magnetically sensitive portion was formed by mesa etching except for a portion corresponding to the active layer of the Hall element, and the photoresist was removed. Further, in order to alloy the ohmic electrode material and Ga x In (1-x) As, N
Heat treatment was performed at 420 ° C. for 1 minute in two atmospheres. A good ohmic electrode was formed by this heat treatment. The characteristics of the Ga x In (1-x) As Hall element produced by the above-described process are compared with those of the conventional InSb Hall element and the GaAs Hall element, and the results are shown in Table 2.

【0025】[0025]

【表2】 [Table 2]

【0026】表2より明らかなように、本発明のホール
素子は感度が70mV/mA・KGと高く、従来のホー
ル素子に無い高感度で温度特性に優れた性能を示してい
る。
As is evident from Table 2, the Hall element of the present invention has a high sensitivity of 70 mV / mA · KG, exhibiting high sensitivity and excellent temperature characteristics not available in the conventional Hall element.

【0027】(実施例2〜3、比較例1〜2)InP、
Gax In(1-x) Asエピタキシャル成長層の厚さ(d
1 、d2 )及びキャリア濃度(n1 、n2 )を変更した
以外は実施例1と同様にしてホール素子を作成し、特性
を測定した。厚さの制御はエピタキシャル成長する時間
を調節することにより行った。キャリア濃度はドーピン
グガスである硫化水素の流量を調節することによって行
った。これらの結果を表3にまとめて示す。
(Examples 2-3, Comparative Examples 1-2) InP,
Ga x In (1-x) As epitaxial growth layer thickness (d
1 , d 2 ) and the carrier concentration (n 1 , n 2 ) were changed in the same manner as in Example 1 except that the carrier element (n 1 , n 2 ) was changed, and the characteristics were measured. The thickness was controlled by adjusting the time for epitaxial growth. The carrier concentration was adjusted by adjusting the flow rate of hydrogen sulfide as a doping gas. These results are summarized in Table 3.

【0028】[0028]

【表3】 [Table 3]

【0029】表3より感磁部の電子移動度が6000c
2 /V・s以上となり感度が60mV/mA・kG以
上で、しかもホール電圧の温度係数が0.08%/℃以
下となるのは、明細書特許請求の範囲の条件を満たす必
要があることがわかる。この条件を満足しない場合には
ホール素子の感度に著しい低下が認められた。
According to Table 3, the electron mobility of the magnetosensitive part is 6000c.
The condition that the sensitivity is not less than m 2 / V · s, the sensitivity is not less than 60 mV / mA · kG, and the temperature coefficient of the Hall voltage is not more than 0.08% / ° C. must satisfy the conditions described in the claims of the specification. You can see that. When this condition was not satisfied, the sensitivity of the Hall element was significantly reduced.

【0030】(実施例4〜5、比較例3〜4)Gax
(1-x) Asエピタキシャル成長層のGa混晶比xの値
を変えた以外は実施例1と同様にしてホール素子を作成
した。混晶比xの変更はGax In(1 -x) Asエピタキ
シャル成長工程でTMG及びCpInの流量を変更する
ことにより行った。結果を表4に示す。
(Examples 4 and 5, Comparative Examples 3 and 4) Ga x I
A Hall element was prepared in the same manner as in Example 1 except that the value of the Ga mixed crystal ratio x of the n (1-x) As epitaxial growth layer was changed. The change of the mixed crystal ratio x was performed by changing the flow rates of TMG and CpIn in the Ga x In (1- x) As epitaxial growth step. Table 4 shows the results.

【0031】[0031]

【表4】 [Table 4]

【0032】表4よりGa混晶比xは0.37≦x≦
0.57の範囲で電子移動度が高くなることがわかっ
た。ホール電圧の温度係数は混晶比xの増加と共に減少
する傾向にあり、上記範囲では0.03〜0.08%/
℃と良好な結果を示すことがわかった。
According to Table 4, the Ga mixed crystal ratio x is 0.37 ≦ x ≦
It was found that the electron mobility was increased in the range of 0.57. The temperature coefficient of the Hall voltage tends to decrease with an increase in the mixed crystal ratio x, and within the above range, 0.03 to 0.08% /
It turned out that it shows a favorable result with ° C.

【0033】(実施例6)実施例1で作成したGax
(1-x) Asエピタキシャル成長層の上に、さらにIn
Pエピタキシャル成長層を実施例1と同様の条件で形成
した。このInPエピタキシャル成長層のキャリア濃度
は1.0×1016cm-3であった。このようにして得ら
れたヘテロ界面を2個有するエピタキシャルウエーハを
用いて、実施例1を同様にしてホール素子を作成した。
このホール素子の感度は60mV/mA・KG、ホール
電圧の温度係数は0.045%/℃であり、感度は従来
のホール素子並であったが、ホール電圧の温度依存性は
極めて小さく、信頼性の高いホール素子を得ることがで
きた。
(Embodiment 6) Ga x I prepared in Embodiment 1
On top of the n (1-x) As epitaxial growth layer,
A P epitaxial growth layer was formed under the same conditions as in Example 1. The carrier concentration of this InP epitaxial growth layer was 1.0 × 10 16 cm −3 . Using the epitaxial wafer having two hetero interfaces thus obtained, a Hall element was prepared in the same manner as in Example 1.
The sensitivity of this Hall element was 60 mV / mA · KG, the temperature coefficient of the Hall voltage was 0.045% / ° C., and the sensitivity was the same as that of a conventional Hall element. A high-performance Hall element was obtained.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上述べた様に、本発明の磁電変換素子
により温度変化の大きい環境で低磁束密度の微小な変化
を検出できるようになる。その結果、たとえば温度環境
の厳しい自動車用や高出力の電動機を備えた産業機械で
の回転制御用として用途が広がる。
As described above, the magnetoelectric conversion element of the present invention makes it possible to detect a small change in the low magnetic flux density in an environment where the temperature change is large. As a result, for example, the use thereof is widened for rotation control in an automobile having a severe temperature environment or in an industrial machine having a high-output electric motor.

フロントページの続き (72)発明者 臼田 雅彦 埼玉県秩父市大字下影森1505番地 昭和 電工株式会社秩父工場内 (56)参考文献 特開 昭60−198877(JP,A) Revue Phys.Appl.18 (1983)pp.757−761 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 43/00 - 43/14 JICSTファイル(JOIS)Continuation of the front page (72) Inventor Masahiko Usuda 1505 Shimokagemori, Chichibu City, Saitama Prefecture Showa Denko KK Chichibu Plant (56) References JP-A-60-198877 (JP, A) Revue Phys. Appl. 18 (1983) pp. 757-761 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 43/00-43/14 JICST file (JOIS)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半絶縁性リン化インジウム(InP)単
結晶基板上に形成されたInPエピタキシャル成長層と
ヒ化ガリウムインジウム(GaxIn(1-x)Asただし、
0.37≦x≦0.57)エピタキシャル成長層よりな
るヘテロ界面を具備し、該InPエピタキシャル成長層
の厚さd1(μm)と該GaxIn(1-x)Asエピタキシ
ャル成長層の厚さd2(μm)との関係が 0.1≦d1≦d2≦1 ・・・・・・(1) を満足し、かつ該InPエピタキシャル成長のキャリ
ア濃度n1(cm-3)と該GaxIn(1-x)Asエピタキ
シャル成長層のキャリア濃度n2(cm-3)との関係が n1≦n2 ・・・・・・(2) 5×1015≦n2≦1×1017 ・・・・・・(3) を満足する半導体材料を感磁部として有することを特徴
とする磁電変換素子。
1. An InP epitaxial growth layer formed on a semi-insulating indium phosphide (InP) single crystal substrate and gallium indium arsenide (Ga x In (1-x) As,
0.37 ≦ x ≦ 0.57) comprises a hetero-interface consisting of the epitaxial growth layer, the InP epitaxial growth thickness of the layer d 1 (μm) and the Ga x In (1-x) As epitaxial growth thickness of the layer d 2 (Μm) satisfies 0.1 ≦ d 1 ≦ d 2 ≦ 1 (1), and the carrier concentration n 1 (cm −3 ) of the InP epitaxial growth layer and the Ga x The relationship with the carrier concentration n 2 (cm −3 ) of the In (1-x) As epitaxial growth layer is n 1 ≦ n 2 ... (2) 5 × 10 15 ≦ n 2 ≦ 1 × 10 17. ... A magnetoelectric conversion element comprising a semiconductor material satisfying (3) as a magnetically sensitive portion.
【請求項2】 ヘテロ界面を少なくとも2個以上有する
ことを特徴とする請求項第1項記載の磁電変換素子。
2. The magnetoelectric conversion element according to claim 1, wherein the element has at least two or more heterointerfaces.
【請求項3】 感磁部のGaxIn(1-x)Asエピタキシ
ャル成長層の電子移動度が、6000cm2/V・s以
上であることを特徴とする請求項第1項記載の磁電変換
素子。
3. The magnetoelectric conversion element according to claim 1, wherein the electron mobility of the Ga x In (1-x) As epitaxial growth layer of the magnetically sensitive portion is 6000 cm 2 / V · s or more. .
【請求項4】 ホール電圧の温度係数が、0.03〜
0.08%/℃であることを特徴とする請求項第1項記
載の磁電変換素子。
4. The temperature coefficient of the Hall voltage is 0.03 to 0.03.
2. The magnetoelectric conversion element according to claim 1, wherein the rate is 0.08% / ° C.
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