JPH08102562A - ホール素子 - Google Patents
ホール素子Info
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- JPH08102562A JPH08102562A JP6237674A JP23767494A JPH08102562A JP H08102562 A JPH08102562 A JP H08102562A JP 6237674 A JP6237674 A JP 6237674A JP 23767494 A JP23767494 A JP 23767494A JP H08102562 A JPH08102562 A JP H08102562A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高感度で特性の温度変化が少ないヘテロ接合
ホール素子を得る。 【構成】 ＧａＩｎＡｓとＡｌＩｎＰ等、０．６４eV以
上のバンドギャップの差が得られるヘテロ接合系により
ホール素子を構成する。 【効果】 高感度で特性の温度変化係数が従来のＧａＡ
ｓホール素子と同等の０．１％／℃以下に抑制される。
ホール素子を得る。 【構成】 ＧａＩｎＡｓとＡｌＩｎＰ等、０．６４eV以
上のバンドギャップの差が得られるヘテロ接合系により
ホール素子を構成する。 【効果】 高感度で特性の温度変化係数が従来のＧａＡ
ｓホール素子と同等の０．１％／℃以下に抑制される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はホール素子に係わり、特
に、高感度特性を与える半導体ヘテロ接合からなるヘテ
ロ接合ホール素子に関する。
に、高感度特性を与える半導体ヘテロ接合からなるヘテ
ロ接合ホール素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ホール素子は一種の磁気センサーであ
り、回転センサーや電流センサー等として利用されてい
る。最近では、ホール素子の高感度化の要望に対応して
半導体ヘテロ接合によって発現される高電子移動度特性
を利用したヘテロ接合ホール素子が開発されている。Ｇ
ａ0.47Ｉｎ0.53ＡｓとＩｎＰとのヘテロ接合からなるホ
ール素子もその一例である（奥山 忍他，１９９２年秋
季第５３回応用物理学会学術講演会予稿集No．３，１０
７８頁，講演番号１６ａ−ＳＺＣ−１６）。
り、回転センサーや電流センサー等として利用されてい
る。最近では、ホール素子の高感度化の要望に対応して
半導体ヘテロ接合によって発現される高電子移動度特性
を利用したヘテロ接合ホール素子が開発されている。Ｇ
ａ0.47Ｉｎ0.53ＡｓとＩｎＰとのヘテロ接合からなるホ
ール素子もその一例である（奥山 忍他，１９９２年秋
季第５３回応用物理学会学術講演会予稿集No．３，１０
７８頁，講演番号１６ａ−ＳＺＣ−１６）。
【０００３】Ｇａ0.47Ｉｎ0.53ＡｓとＩｎＰとのヘテロ
接合は高い電子移動度を発現し（小沼 賢二郎他，１９
９２年秋季第５３回応用物理学会学術講演会予稿集No．
１，２８２頁，講演番号１８ａ−ＺＥ−３）、ホール素
子の高感度化が達成されている。感度と同様、ホール出
力電圧の温度係数αが小さいこともホール素子の重要な
特性である。温度係数αは通常は次の式（１）で求めら
れるホール出力電圧の温度による変化率である。 α（％）＝｛（ＶT2−ＶT1）／ＶT1｝／（Ｔ2 −Ｔ1 ） ……式（１） ここでＶT1，ＶT2は温度Ｔ1 ，Ｔ2 でのホール出力電圧
である。Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ／ＩｎＰヘテロ接合ホー
ル素子では、αは０．１〜０．２％／℃となっている
（奥山 忍他，１９９２年秋季第５３回応用物理学会学
術講演会予稿集No．３，１０７８頁，講演番号１６ａ−
ＳＺＣ−１６）。これは、一般的なＧａＡｓホール素子
の０．０５％／℃よりは大きい。高性能ホール素子とな
すには高い感度、即ちホール電圧の出力が大きく、且つ
その温度係数が小さい必要がある。
接合は高い電子移動度を発現し（小沼 賢二郎他，１９
９２年秋季第５３回応用物理学会学術講演会予稿集No．
１，２８２頁，講演番号１８ａ−ＺＥ−３）、ホール素
子の高感度化が達成されている。感度と同様、ホール出
力電圧の温度係数αが小さいこともホール素子の重要な
特性である。温度係数αは通常は次の式（１）で求めら
れるホール出力電圧の温度による変化率である。 α（％）＝｛（ＶT2−ＶT1）／ＶT1｝／（Ｔ2 −Ｔ1 ） ……式（１） ここでＶT1，ＶT2は温度Ｔ1 ，Ｔ2 でのホール出力電圧
である。Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ／ＩｎＰヘテロ接合ホー
ル素子では、αは０．１〜０．２％／℃となっている
（奥山 忍他，１９９２年秋季第５３回応用物理学会学
術講演会予稿集No．３，１０７８頁，講演番号１６ａ−
ＳＺＣ−１６）。これは、一般的なＧａＡｓホール素子
の０．０５％／℃よりは大きい。高性能ホール素子とな
すには高い感度、即ちホール電圧の出力が大きく、且つ
その温度係数が小さい必要がある。
【０００４】αは感磁層を構成する半導体材料の禁止帯
幅(バンドギャップ)に依存する。感磁層とは磁界を検知
しホール電圧を発生する機能を担う半導体層のことを言
う。感磁層が単一の半導体層から構成されている場合、
αは感磁層を構成する半導体のバンドギャップが小さい
程、大きくなる傾向がある。例えばＩｎＳｂの室温での
バンドギャップは０．１７eVであり、バンドギャップの
低さに対応してαは約２％／℃と大きい。一方、バンド
ギャップが１．４３eVのＧａＡｓではαは約０．０５％
／℃と小さくなる。
幅(バンドギャップ)に依存する。感磁層とは磁界を検知
しホール電圧を発生する機能を担う半導体層のことを言
う。感磁層が単一の半導体層から構成されている場合、
αは感磁層を構成する半導体のバンドギャップが小さい
程、大きくなる傾向がある。例えばＩｎＳｂの室温での
バンドギャップは０．１７eVであり、バンドギャップの
低さに対応してαは約２％／℃と大きい。一方、バンド
ギャップが１．４３eVのＧａＡｓではαは約０．０５％
／℃と小さくなる。
【０００５】ヘテロ接合を含む感磁層の場合、αはヘテ
ロ接合を構成する半導体層のバンドギャップの差に依存
する傾向がある。従来のＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ／ＩｎＰ
ヘテロ接合系を例にとれば、Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓの室
温でのバンドギャップは０．８６eVである（H. C. Case
y, Jr., and M. B. Panish,「HETEROSTRUCTUR LASERS-P
art B」(Academic Press(1978) ,16頁参照）。ＩｎＰの
それは１．３４eVであるからバンドギャップの差は０．
４８eVとなる。また、Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ／ＩｎＰヘ
テロ系からなるヘテロ接合ホール素子のαは、従来のＩ
ｎＳｂホール素子約２％／℃に比較すれば約１桁小さく
なっている。
ロ接合を構成する半導体層のバンドギャップの差に依存
する傾向がある。従来のＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ／ＩｎＰ
ヘテロ接合系を例にとれば、Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓの室
温でのバンドギャップは０．８６eVである（H. C. Case
y, Jr., and M. B. Panish,「HETEROSTRUCTUR LASERS-P
art B」(Academic Press(1978) ,16頁参照）。ＩｎＰの
それは１．３４eVであるからバンドギャップの差は０．
４８eVとなる。また、Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ／ＩｎＰヘ
テロ系からなるヘテロ接合ホール素子のαは、従来のＩ
ｎＳｂホール素子約２％／℃に比較すれば約１桁小さく
なっている。
【０００６】Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ／ＩｎＰヘテロ接合
系以外では、Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ／ＧａＡｓ系を用い
たヘテロ接合ホール素子がある（田口 隆志他，電子情
報通信学会論文誌Ｃ，Ｊ７０−Ｃ巻，５号（１９８
７），７５８頁）。Ａｌ組成比がｗのＡｌw Ｇａ1-w Ａ
ｓのバンドギャップ（（Ｅｇ）w ）は次の式（２）で与
えられる。 （Ｅｇ）w ＝１．４２４＋１．２４７・ｗ ……………式（２） ｗ＝０．３では、（Ｅｇ）w は１．８０eVである。Ｇａ
Ａｓのバンドギャップは１．４３eVである。従って、両
者のバンドギャップの差は０．３７eVとなる。Ａｌ0.3
Ｇａ0.7 Ａｓ／ＧａＡｓヘテロ接合ホール素子のαの絶
対値は０．６８％／℃となっている（田口 隆志他，電
子情報通信学会論文誌Ｃ，Ｊ７０−Ｃ巻，５号（１９８
７），７５８頁）。
系以外では、Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ／ＧａＡｓ系を用い
たヘテロ接合ホール素子がある（田口 隆志他，電子情
報通信学会論文誌Ｃ，Ｊ７０−Ｃ巻，５号（１９８
７），７５８頁）。Ａｌ組成比がｗのＡｌw Ｇａ1-w Ａ
ｓのバンドギャップ（（Ｅｇ）w ）は次の式（２）で与
えられる。 （Ｅｇ）w ＝１．４２４＋１．２４７・ｗ ……………式（２） ｗ＝０．３では、（Ｅｇ）w は１．８０eVである。Ｇａ
Ａｓのバンドギャップは１．４３eVである。従って、両
者のバンドギャップの差は０．３７eVとなる。Ａｌ0.3
Ｇａ0.7 Ａｓ／ＧａＡｓヘテロ接合ホール素子のαの絶
対値は０．６８％／℃となっている（田口 隆志他，電
子情報通信学会論文誌Ｃ，Ｊ７０−Ｃ巻，５号（１９８
７），７５８頁）。
【０００７】また、Ｇａ0.2 Ｉｎ0.8 Ａｓ／Ａｌ0.48Ｉ
ｎ0.52Ａｓヘテロ接合ホール素子も知られている（Y. S
ugiyama, Technical Digest of the 11th Sensor Sympo
sium(1992), 79頁）。Ｇａ0.2 Ｉｎ0.8 Ａｓの室温での
バンドギャップは１．２１eVで、Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ
では１．４９eVである(H. C. Casey, Jr., and M. B.Pa
nish,「HETEROSTRUCTUR LASERS-Part B」(Academic Pre
ss(1978), 16頁参照）。従って、バンドギャップの差は
０．２８eVとなる。また、電圧駆動の場合のＧａ0.2 Ｉ
ｎ0.8 Ａｓ／Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓヘテロ接合ホール素
子のαは０．５４％／℃と報告されている(Y. Sugiyam
a, Technical Digest of the 11th Sensor Symposium(1
992), 79頁)。上記の従来のヘテロ接合系からなるホー
ル素子でも、いずれもＧａＡｓホール素子に比較し高感
度ではあるものの、αはより大きくなっている。
ｎ0.52Ａｓヘテロ接合ホール素子も知られている（Y. S
ugiyama, Technical Digest of the 11th Sensor Sympo
sium(1992), 79頁）。Ｇａ0.2 Ｉｎ0.8 Ａｓの室温での
バンドギャップは１．２１eVで、Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ
では１．４９eVである(H. C. Casey, Jr., and M. B.Pa
nish,「HETEROSTRUCTUR LASERS-Part B」(Academic Pre
ss(1978), 16頁参照）。従って、バンドギャップの差は
０．２８eVとなる。また、電圧駆動の場合のＧａ0.2 Ｉ
ｎ0.8 Ａｓ／Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓヘテロ接合ホール素
子のαは０．５４％／℃と報告されている(Y. Sugiyam
a, Technical Digest of the 11th Sensor Symposium(1
992), 79頁)。上記の従来のヘテロ接合系からなるホー
ル素子でも、いずれもＧａＡｓホール素子に比較し高感
度ではあるものの、αはより大きくなっている。
【０００８】αが大きいと必然的に使用環境温度による
ホール出力電圧の変化が大きくなる。従って、温度によ
る出力電圧の変動を補償する付帯回路が必要となる。こ
れは工程的にも煩雑さを招き、また付帯回路を設けると
ホール素子を含むシステムの肥大化をもたらす。αを低
下させるには、従来よりも大きなバンドギャップの差、
ひいては大きな伝導帯の不連続性をもたらすヘテロ接合
系を利用する必要がある。
ホール出力電圧の変化が大きくなる。従って、温度によ
る出力電圧の変動を補償する付帯回路が必要となる。こ
れは工程的にも煩雑さを招き、また付帯回路を設けると
ホール素子を含むシステムの肥大化をもたらす。αを低
下させるには、従来よりも大きなバンドギャップの差、
ひいては大きな伝導帯の不連続性をもたらすヘテロ接合
系を利用する必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来のヘテロ接合ホー
ル素子のαを低減するには、バンドギャップの差が大き
い半導体からヘテロ接合を構成する必要がある。また、
高感度特性を得るには高い電子移動度を発現できるヘテ
ロ接合系を用いる必要がある。しかしながら、ホール素
子に適する大きなバンドギャップの差を有するヘテロ接
合系は未だ提案されていない。これが高感度で且つホー
ル出力電圧の温度変化が、従来のＧａＡｓホール素子と
同等に小さいヘテロ接合ホール素子の実現を妨げる一因
であった。高い感度特性とホール出力電圧の小さい温度
変動を与えるヘテロ接合系を新たに見出せれば高性能の
ヘテロ接合ホール素子が供給できる。
ル素子のαを低減するには、バンドギャップの差が大き
い半導体からヘテロ接合を構成する必要がある。また、
高感度特性を得るには高い電子移動度を発現できるヘテ
ロ接合系を用いる必要がある。しかしながら、ホール素
子に適する大きなバンドギャップの差を有するヘテロ接
合系は未だ提案されていない。これが高感度で且つホー
ル出力電圧の温度変化が、従来のＧａＡｓホール素子と
同等に小さいヘテロ接合ホール素子の実現を妨げる一因
であった。高い感度特性とホール出力電圧の小さい温度
変動を与えるヘテロ接合系を新たに見出せれば高性能の
ヘテロ接合ホール素子が供給できる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明では禁止帯幅が
０．６４eV以上である半導体でヘテロ接合を構成するこ
とにより、従来のホール出力電圧の温度変化係数が大き
い欠点を克服し、高感度で且つホール出力電圧の温度変
化が少ないヘテロホール素子を得る。本発明者がヘテロ
接合を構成する半導体材料のバンドギャップ差とホール
素子の温度係数の関係を検討した結果を図３に示す。温
度係数はヘテロ接合を形成する二種の半導体のバンドギ
ャップ差の増大と共に単調に減少していく。バンドギャ
ップの差が０．６４eV未満では、素子の実用上適すると
される０．１％程度以下のαを得るのは困難であること
が判明した。０．６４eV以上となると０．１％より小さ
いαを得ることが可能となるのが示唆された。このよう
なヘテロ接合はＧａx Ｉｎ1-x ＰまたはＡｌz Ｉｎ1-z
ＰとＧａy Ｉｎ1-y Ａｓとの接合によって達成される。
０．６４eV以上である半導体でヘテロ接合を構成するこ
とにより、従来のホール出力電圧の温度変化係数が大き
い欠点を克服し、高感度で且つホール出力電圧の温度変
化が少ないヘテロホール素子を得る。本発明者がヘテロ
接合を構成する半導体材料のバンドギャップ差とホール
素子の温度係数の関係を検討した結果を図３に示す。温
度係数はヘテロ接合を形成する二種の半導体のバンドギ
ャップ差の増大と共に単調に減少していく。バンドギャ
ップの差が０．６４eV未満では、素子の実用上適すると
される０．１％程度以下のαを得るのは困難であること
が判明した。０．６４eV以上となると０．１％より小さ
いαを得ることが可能となるのが示唆された。このよう
なヘテロ接合はＧａx Ｉｎ1-x ＰまたはＡｌz Ｉｎ1-z
ＰとＧａy Ｉｎ1-y Ａｓとの接合によって達成される。
【００１１】Ｇａx Ｉｎ1-x ＰとＡｌz Ｉｎ1-z Ｐのバ
ンドギャップ((Ｅｇ）x ，（Ｅｇ）z ）は各々、式
（３）及び式（４）から求められる。 （Ｅｇ）x ＝１．３５１＋０．６４３・ｘ＋０．７８６・Ｘ2 ……式（３） （Ｅｇ）z ＝１．３５１＋２．２３・ｚ ……式（４） 上式よりｘ＝０．５１±０．０２の範囲では（Ｅｇ）x
は１．８５〜１．９１eVとなる。ｚ＝０．５２±０．０
２の範囲では、（Ｅｇ）z は２．４７〜２．５６eVとな
る。Ｇａy Ｉｎ1-y Ａｓのバンドギャップ（（Ｅｇ）
y ）はＧａ組成比（ｙ）の関数として次式（５）で与え
られる。 （Ｅｇ）y ＝０．３６＋１．０６４・ｙ …………式（５） 式（５）より例えばｙ＝０．８では（Ｅｇ）y は１．２
１eVとなる。従って、Ｇａ0.8 Ｉｎ0.2 Ａｓとのバンド
ギャップの差は、ｘ＝０．５１±０．０２のＧａx Ｉｎ
1-x Ｐに対しては０．６４〜０．７０eVとなる。一方、
ｚ＝０．５２±０．０２のＡｌz Ｉｎ1-z Ｐに対しては
１．２６〜１．３５eVとなる。
ンドギャップ((Ｅｇ）x ，（Ｅｇ）z ）は各々、式
（３）及び式（４）から求められる。 （Ｅｇ）x ＝１．３５１＋０．６４３・ｘ＋０．７８６・Ｘ2 ……式（３） （Ｅｇ）z ＝１．３５１＋２．２３・ｚ ……式（４） 上式よりｘ＝０．５１±０．０２の範囲では（Ｅｇ）x
は１．８５〜１．９１eVとなる。ｚ＝０．５２±０．０
２の範囲では、（Ｅｇ）z は２．４７〜２．５６eVとな
る。Ｇａy Ｉｎ1-y Ａｓのバンドギャップ（（Ｅｇ）
y ）はＧａ組成比（ｙ）の関数として次式（５）で与え
られる。 （Ｅｇ）y ＝０．３６＋１．０６４・ｙ …………式（５） 式（５）より例えばｙ＝０．８では（Ｅｇ）y は１．２
１eVとなる。従って、Ｇａ0.8 Ｉｎ0.2 Ａｓとのバンド
ギャップの差は、ｘ＝０．５１±０．０２のＧａx Ｉｎ
1-x Ｐに対しては０．６４〜０．７０eVとなる。一方、
ｚ＝０．５２±０．０２のＡｌz Ｉｎ1-z Ｐに対しては
１．２６〜１．３５eVとなる。
【００１２】本発明では高性能のヘテロ接合を得るに、
Ｇａ組成比(ｘ)が０．４９以上０．５３以下のＧａx Ｉ
ｎ1-x ＰとＧａ組成比(ｙ)が０．１０以上０．４０以下
であるＧａy Ｉｎ1-y Ａｓとからヘテロ接合を構成す
る。または、Ａｌ組成比（ｚ）が０．５０以上０．５４
以下のＡｌz Ｉｎ1-z ＰとＧａ組成比（ｙ）が０．１０
以上０．４０以下であるＧａy Ｉｎ1-y Ａｓとでヘテロ
接合を構成する。いずれも、０．６４eV以上の禁止帯幅
の差を与えるヘテロ接合系からホール素子を構成する。
Ｇａ組成比(ｘ)が０．４９以上０．５３以下のＧａx Ｉ
ｎ1-x ＰとＧａ組成比(ｙ)が０．１０以上０．４０以下
であるＧａy Ｉｎ1-y Ａｓとからヘテロ接合を構成す
る。または、Ａｌ組成比（ｚ）が０．５０以上０．５４
以下のＡｌz Ｉｎ1-z ＰとＧａ組成比（ｙ）が０．１０
以上０．４０以下であるＧａy Ｉｎ1-y Ａｓとでヘテロ
接合を構成する。いずれも、０．６４eV以上の禁止帯幅
の差を与えるヘテロ接合系からホール素子を構成する。
【００１３】Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐ／Ｇａy Ｉｎ1-y Ａｓや
Ａｌz Ｉｎ1-z Ｐ／Ｇａy Ｉｎ1-yＡｓヘテロ接合は結
晶基板上に堆積する。Ｇａ組成比（ｘ）が０．５１のＧ
ａ0.51Ｉｎ0.49ＰとＡｌ組成比ｚが０．５２のＡｌ0.52
Ｉｎ0.48ＰはＧａＡｓと格子整合するため、半絶縁性の
ＧａＡｓ単結晶を基板とすると都合が良い。ホール素子
の特性上、ｘは０．５１±０．０２の範囲に収納するの
が好ましい。ｚは０．５２±０．０２の範囲に収納させ
ると良い。ｘ，ｚがこの範囲を越えると、これらの層に
ヘテロ接合させるＧａy Ｉｎ1-y Ａｓに結晶欠陥を誘引
する原因となる。結晶欠陥を多量に内在するヘテロ接合
系では高い電子移動度は顕現されない。よって、高感度
のヘテロ接合ホール素子は実現されない。ホール素子の
感度は母体材料の電子移動度に比例して向上するからで
ある。
Ａｌz Ｉｎ1-z Ｐ／Ｇａy Ｉｎ1-yＡｓヘテロ接合は結
晶基板上に堆積する。Ｇａ組成比（ｘ）が０．５１のＧ
ａ0.51Ｉｎ0.49ＰとＡｌ組成比ｚが０．５２のＡｌ0.52
Ｉｎ0.48ＰはＧａＡｓと格子整合するため、半絶縁性の
ＧａＡｓ単結晶を基板とすると都合が良い。ホール素子
の特性上、ｘは０．５１±０．０２の範囲に収納するの
が好ましい。ｚは０．５２±０．０２の範囲に収納させ
ると良い。ｘ，ｚがこの範囲を越えると、これらの層に
ヘテロ接合させるＧａy Ｉｎ1-y Ａｓに結晶欠陥を誘引
する原因となる。結晶欠陥を多量に内在するヘテロ接合
系では高い電子移動度は顕現されない。よって、高感度
のヘテロ接合ホール素子は実現されない。ホール素子の
感度は母体材料の電子移動度に比例して向上するからで
ある。
【００１４】Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐ若しくはＡｌz Ｉｎ1-z
Ｐとヘテロ接合させるＧａy Ｉｎ1-y ＡｓのＧａ組成比
（ｙ）は０．３０から０．４０以下とすると良い。ｙが
大きくなるとＧａＡｓとの格子の不整合性が大きくなる
からである。格子不整合性が増すとＧａy Ｉｎ1-y Ａｓ
の結晶性が悪化し、ホール素子の高感度化の妨げとな
る。ｙは結晶性の劣化が顕著でなく、高い電子移動度が
得られる０．１０〜０．４０とする。
Ｐとヘテロ接合させるＧａy Ｉｎ1-y ＡｓのＧａ組成比
（ｙ）は０．３０から０．４０以下とすると良い。ｙが
大きくなるとＧａＡｓとの格子の不整合性が大きくなる
からである。格子不整合性が増すとＧａy Ｉｎ1-y Ａｓ
の結晶性が悪化し、ホール素子の高感度化の妨げとな
る。ｙは結晶性の劣化が顕著でなく、高い電子移動度が
得られる０．１０〜０．４０とする。
【００１５】上記のヘテロ接合系は、第IV族若しくは第
VI族の元素をドープしたｎ型ＧａxＩｎ1-x Ｐとアンド
ープか第IV族若しくは第VI族の元素をドープしたＧａy
Ｉｎ1-y Ａｓから構成する。または、珪素を添加したｎ
型Ａｌz Ｉｎ1-z Ｐとアンドープか硫黄若しくは珪素を
ドープしたｎ型Ｇａy Ｉｎ1-y Ａｓとでヘテロ接合を構
成する。
VI族の元素をドープしたｎ型ＧａxＩｎ1-x Ｐとアンド
ープか第IV族若しくは第VI族の元素をドープしたＧａy
Ｉｎ1-y Ａｓから構成する。または、珪素を添加したｎ
型Ａｌz Ｉｎ1-z Ｐとアンドープか硫黄若しくは珪素を
ドープしたｎ型Ｇａy Ｉｎ1-y Ａｓとでヘテロ接合を構
成する。
【００１６】本発明に係わるヘテロ接合を構成するに際
し、元素周期律表の第IV族若しくは第VI族の元素をドー
プしたｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐとアンドープか第IV族若し
くは第VI族の元素をドープしたＧａy Ｉｎ1-y Ａｓとで
ヘテロ接合を構成する。ｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x ＰやＧａy
Ｉｎ1-y Ａｓを得るに適した第IV族若しくは第VI族のド
ーパントとしては、Ｓｉ，ＳやＳｅ等がある。これらの
ドーパントを添加してｎ型のＧａx Ｉｎ1-x Ｐを得る場
合、キャリア濃度としては１０17〜１０18cm-3とすると
高移動度化に適する。このｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐとヘテ
ロ接合させるＧａy Ｉｎ1-y Ａｓはアンドープか上記の
ドーパントを添加したｎ型とする。高移動度を得るため
には、Ｇａy Ｉｎ1-y Ａｓのキャリア濃度としては１０
16cm-3前後が適する。
し、元素周期律表の第IV族若しくは第VI族の元素をドー
プしたｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐとアンドープか第IV族若し
くは第VI族の元素をドープしたＧａy Ｉｎ1-y Ａｓとで
ヘテロ接合を構成する。ｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x ＰやＧａy
Ｉｎ1-y Ａｓを得るに適した第IV族若しくは第VI族のド
ーパントとしては、Ｓｉ，ＳやＳｅ等がある。これらの
ドーパントを添加してｎ型のＧａx Ｉｎ1-x Ｐを得る場
合、キャリア濃度としては１０17〜１０18cm-3とすると
高移動度化に適する。このｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐとヘテ
ロ接合させるＧａy Ｉｎ1-y Ａｓはアンドープか上記の
ドーパントを添加したｎ型とする。高移動度を得るため
には、Ｇａy Ｉｎ1-y Ａｓのキャリア濃度としては１０
16cm-3前後が適する。
【００１７】ｎ型Ｇａy Ｉｎ1-y Ａｓとのヘテロ接合さ
せるｎ型Ａｌz Ｉｎ1-z Ｐを得るには、ドーパントとし
てＳｉを利用する。周期律表の第VI族のＳとＳｅ等を含
む硫化水素（Ｈ2 Ｓ）やセレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）等の
ドーピングガスを使用してｎ型のＧａy Ｉｎ1-y Ａｓが
得られるが、例えばトリメチルＡｌ（（ＣＨ3 ）3 Ａ
ｌ）等のＡｌ源となる有機化合物と気相反応を起こし、
結晶表面のモホロジーを悪化させる。Ｓｉドープのｎ型
Ａｌz Ｉｎ1-z Ｐとヘテロ接合させるｎ型ＧａyＩｎ
1-y Ａｓは、アンドープかＳ若しくはＳｉをドープした
ｎ型層とする。ヘテロ接合を構成するＡｌz Ｉｎ1-z Ｐ
とＧａy Ｉｎ1-y Ａｓのキャリア濃度は１０17〜１０18
cm-3と１０16cm-3前後に各々、設定すると高移動度が得
られる。
せるｎ型Ａｌz Ｉｎ1-z Ｐを得るには、ドーパントとし
てＳｉを利用する。周期律表の第VI族のＳとＳｅ等を含
む硫化水素（Ｈ2 Ｓ）やセレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）等の
ドーピングガスを使用してｎ型のＧａy Ｉｎ1-y Ａｓが
得られるが、例えばトリメチルＡｌ（（ＣＨ3 ）3 Ａ
ｌ）等のＡｌ源となる有機化合物と気相反応を起こし、
結晶表面のモホロジーを悪化させる。Ｓｉドープのｎ型
Ａｌz Ｉｎ1-z Ｐとヘテロ接合させるｎ型ＧａyＩｎ
1-y Ａｓは、アンドープかＳ若しくはＳｉをドープした
ｎ型層とする。ヘテロ接合を構成するＡｌz Ｉｎ1-z Ｐ
とＧａy Ｉｎ1-y Ａｓのキャリア濃度は１０17〜１０18
cm-3と１０16cm-3前後に各々、設定すると高移動度が得
られる。
【００１８】Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐ若しくはＡｌz Ｉｎ1-z
ＰとＧａy Ｉｎ1-y Ａｓの積層の順序には制限はない。
しかし、単一ヘテロ構造とする場合には一般的にはＧａ
x Ｉｎ1-x ＰかＡｌz Ｉｎ1-z Ｐを基板上やＧａＡｓ緩
衝層上に先ず、堆積する。これらの混晶層上によりバン
ドギャップが小さいＧａy Ｉｎ1-y Ａｓを堆積する。バ
ンドギャップがＧａy Ｉｎ1-y Ａｓより大きなＧａx Ｉ
ｎ1-x ＰやＡｌz Ｉｎ1-z Ｐを最表層とすると、入・出
力電極にオーミック性を付与するに困難が伴うからであ
る。
ＰとＧａy Ｉｎ1-y Ａｓの積層の順序には制限はない。
しかし、単一ヘテロ構造とする場合には一般的にはＧａ
x Ｉｎ1-x ＰかＡｌz Ｉｎ1-z Ｐを基板上やＧａＡｓ緩
衝層上に先ず、堆積する。これらの混晶層上によりバン
ドギャップが小さいＧａy Ｉｎ1-y Ａｓを堆積する。バ
ンドギャップがＧａy Ｉｎ1-y Ａｓより大きなＧａx Ｉ
ｎ1-x ＰやＡｌz Ｉｎ1-z Ｐを最表層とすると、入・出
力電極にオーミック性を付与するに困難が伴うからであ
る。
【００１９】上記のＧａy Ｉｎ1-y Ａｓ等のヘテロ接合
構成層は、液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）、分
子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）や有機金属熱分
解法（ＭＯＶＰＥ法）等で成長できる。或はまたＭＯＶ
ＰＥとＭＢＥの双方を複合させたＭＯ・ＭＢＥ法でも得
られる。
構成層は、液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）、分
子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）や有機金属熱分
解法（ＭＯＶＰＥ法）等で成長できる。或はまたＭＯＶ
ＰＥとＭＢＥの双方を複合させたＭＯ・ＭＢＥ法でも得
られる。
【００２０】
【作用】ヘテロ接合材料を利用してホール素子を作るに
際し、ヘテロ接合を構成する材料のバンドギャップを規
定することにより、小さな温度係数と高い電子移動度を
得る。
際し、ヘテロ接合を構成する材料のバンドギャップを規
定することにより、小さな温度係数と高い電子移動度を
得る。
【００２１】
【実施例】本発明を実施例を基に詳細に説明する。図１
は本発明に係わるＧａx Ｉｎ1-xＡｓ（ｘはＧａの組成
比を表す。）ホール素子の平面模式図である。また、図
２は図１に示す破線Ａ−Ａ′の方向の断面模式図であ
る。本実施例では、比抵抗が約１０7 Ω・cmの面方位
｛１００｝の半絶縁性ＧａＡｓ単結晶を基板（１０１）
として使用した。
は本発明に係わるＧａx Ｉｎ1-xＡｓ（ｘはＧａの組成
比を表す。）ホール素子の平面模式図である。また、図
２は図１に示す破線Ａ−Ａ′の方向の断面模式図であ
る。本実施例では、比抵抗が約１０7 Ω・cmの面方位
｛１００｝の半絶縁性ＧａＡｓ単結晶を基板（１０１）
として使用した。
【００２２】基板（１０１）上には、高抵抗のアンドー
プＧａＡｓ層を緩衝層（１０２）として堆積させた。緩
衝層（１０２）の厚さは約１００nmとした。
プＧａＡｓ層を緩衝層（１０２）として堆積させた。緩
衝層（１０２）の厚さは約１００nmとした。
【００２３】緩衝層（１０２）上には、感磁層としてＳ
ｉをドープしたｎ型のＡｌ0.52Ｉｎ0.48Ｐ層（１０３）
を設けた。同層のバンドギャップエネルギーは２．５１
eVであり、キャリア濃度をＨａｌｌ効果法により測定し
た結果、約１×１０18cm-3であった。Ｓｉのドーピング
にはモノシランガス（ＳｉＨ4 ）を使用した。膜厚は２
５nmとした。
ｉをドープしたｎ型のＡｌ0.52Ｉｎ0.48Ｐ層（１０３）
を設けた。同層のバンドギャップエネルギーは２．５１
eVであり、キャリア濃度をＨａｌｌ効果法により測定し
た結果、約１×１０18cm-3であった。Ｓｉのドーピング
にはモノシランガス（ＳｉＨ4 ）を使用した。膜厚は２
５nmとした。
【００２４】Ａｌ0.52Ｉｎ0.48Ｐ層（１０３）上には、
アンドープでｎ型のＧａ0.82Ｉｎ0.18Ａｓ感磁層（１０
４）を堆積した。同層のバンドギャップエネルギーは
１．２３eVであり、キャリア濃度は５×１０16cm-3と
し、膜厚は７００nmとした。この結果ヘテロ接合をなす
ｎ型Ａｌ0.52Ｉｎ0.48Ｐ層（１０３）とｎ型Ｇａ0.82Ｉ
ｎ0.18Ａｓ感磁層（１０４）とのバンドギャップエネル
ギー差は１．２８eVとなった。
アンドープでｎ型のＧａ0.82Ｉｎ0.18Ａｓ感磁層（１０
４）を堆積した。同層のバンドギャップエネルギーは
１．２３eVであり、キャリア濃度は５×１０16cm-3と
し、膜厚は７００nmとした。この結果ヘテロ接合をなす
ｎ型Ａｌ0.52Ｉｎ0.48Ｐ層（１０３）とｎ型Ｇａ0.82Ｉ
ｎ0.18Ａｓ感磁層（１０４）とのバンドギャップエネル
ギー差は１．２８eVとなった。
【００２５】上記の半導体層は全て常圧のＭＯＶＰＥ法
で成長させた。Ｉｎ源としてはシクロペンタジエニルＩ
ｎ（Ｃ5 Ｈ5 Ｉｎ）を使用した。Ｇａ，Ａｌの原料には
各々トリメチルＧａとトリメチルＡｌを使用した。Ａｓ
源、Ｐ源はアルシン（ＡｓＨ3 ）、ホスフィン（ＰＨ
3 ）とした。成長温度は６６０℃に固定した。
で成長させた。Ｉｎ源としてはシクロペンタジエニルＩ
ｎ（Ｃ5 Ｈ5 Ｉｎ）を使用した。Ｇａ，Ａｌの原料には
各々トリメチルＧａとトリメチルＡｌを使用した。Ａｓ
源、Ｐ源はアルシン（ＡｓＨ3 ）、ホスフィン（ＰＨ
3 ）とした。成長温度は６６０℃に固定した。
【００２６】次に、Ｇａ0.82Ｉｎ0.18Ａｓ感磁層（１０
４）の表面を通常の有機フォトレジスト材で被覆し、そ
の後公知のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術
を駆使し、入・出力電極を形成すべき領域並びに感磁部
となす領域をメサ形状に加工した。
４）の表面を通常の有機フォトレジスト材で被覆し、そ
の後公知のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術
を駆使し、入・出力電極を形成すべき領域並びに感磁部
となす領域をメサ形状に加工した。
【００２７】その後、Ｇａ0.82Ｉｎ0.18Ａｓ感磁層（１
０４）の表面を再び有機レジスト材で全面を被覆した。
次に各々、一対をなす入力電極（１０５）と出力電極
（１０６）の形成領域に存在する上記レジスト材のみを
公知のフォトリソグラフィー技術を利用して除去し、Ｇ
ａ0.82Ｉｎ0.18Ａｓ感磁層（１０４）の表面を露出させ
た。その上にＧｅを重量で約１３％程度含むＡｕ・Ｇｅ
合金を真空蒸着した。蒸着後、当該ウエハを有機溶剤混
合液に浸し、レジスト材によるリフトオフ法で素子の製
作上、不要となるＡｕ・Ｇｅ合金膜を除去した。次に、
オーミック性電極を得るために電極となる合金膜を被着
させたウエハを温度４２０℃で数分間、熱処理（アロイ
ング）した。
０４）の表面を再び有機レジスト材で全面を被覆した。
次に各々、一対をなす入力電極（１０５）と出力電極
（１０６）の形成領域に存在する上記レジスト材のみを
公知のフォトリソグラフィー技術を利用して除去し、Ｇ
ａ0.82Ｉｎ0.18Ａｓ感磁層（１０４）の表面を露出させ
た。その上にＧｅを重量で約１３％程度含むＡｕ・Ｇｅ
合金を真空蒸着した。蒸着後、当該ウエハを有機溶剤混
合液に浸し、レジスト材によるリフトオフ法で素子の製
作上、不要となるＡｕ・Ｇｅ合金膜を除去した。次に、
オーミック性電極を得るために電極となる合金膜を被着
させたウエハを温度４２０℃で数分間、熱処理（アロイ
ング）した。
【００２８】更に、当該入・出力用の電極（１０５及び
１０６）と電気的に連結させてパッド電極（１０７）を
各電極に設けた。該パッド電極（１０７）は、上記の如
くメサエッチングにより露出させたＧａＡｓ単結晶基板
（１０１）の表層部に載置させた。これは電極のアロイ
ング時に感磁層に直接歪が掛かるのを防止するためであ
る。
１０６）と電気的に連結させてパッド電極（１０７）を
各電極に設けた。該パッド電極（１０７）は、上記の如
くメサエッチングにより露出させたＧａＡｓ単結晶基板
（１０１）の表層部に載置させた。これは電極のアロイ
ング時に感磁層に直接歪が掛かるのを防止するためであ
る。
【００２９】製作したホール素子の積感度は５４０Ｖ／
Ａ・Ｔであり、従来のＧａＡｓホール素子の約２から３
倍の積感度が得られた。また、αは従来のヘテロ接合ホ
ール素子より小さく０．０７％／℃であった。図３に点
Ａとして示す。このαは従来のＧａＡｓのそれとほぼ同
等であった。
Ａ・Ｔであり、従来のＧａＡｓホール素子の約２から３
倍の積感度が得られた。また、αは従来のヘテロ接合ホ
ール素子より小さく０．０７％／℃であった。図３に点
Ａとして示す。このαは従来のＧａＡｓのそれとほぼ同
等であった。
【００３０】
【発明の効果】ヘテロ接合ホール素子の感度を向上さ
せ、特性の温度変化を低く抑制する効果がある。
せ、特性の温度変化を低く抑制する効果がある。
【図１】本発明に係わるホール素子の平面模式図であ
る。
る。
【図２】図１の破線Ａ−Ａ′に沿った直線断面の模式図
である。
である。
【図３】ヘテロ接合のバンドギャップ差と温度係数の関
係を示す図である。
係を示す図である。
（１０１） 基板 （１０２） 緩衝層 （１０３） Ａｌ0.52Ｉｎ0.48Ｐ層 （１０４） Ｇａ0.82Ｉｎ0.18Ａｓ感磁層 （１０５） 入力電極 （１０６） 出力電極 （１０７） パッド電極 （１０８） 酸化膜 （１０９） ダイシングライン
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体結晶基板上に禁止帯幅の差が０．
６４eV以上である半導体からなるヘテロ接合を具備して
なることを特徴とするホール素子。 - 【請求項２】 ヘテロ接合がＧａ組成比（ｘ）が０．４
９以上０．５３以下のＧａx Ｉｎ1-x ＰとＧａ組成比
（ｙ）が０．１０以上０．４０以下であるＧａy Ｉｎ
1-y Ａｓとからなることを特徴とする請求項１に記載の
ホール素子。 - 【請求項３】 ヘテロ接合がＡｌ組成比（ｚ）が０．５
０以上０．５４以下のＡｌz Ｉｎ1-z ＰとＧａ組成比
（ｙ）が０．１０以上０．４０以下であるＧａy Ｉｎ
1-y Ａｓとからなることを特徴とする請求項１に記載の
ホール素子。 - 【請求項４】 ヘテロ接合が周期律表の第IV族若しくは
第VI族の元素をドープしたｎ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐとアン
ドープ若しくは第IV族若しくは第VI族の元素をドープし
たＧａy Ｉｎ1-y Ａｓを含むことを特徴とする請求項２
に記載のホール素子。 - 【請求項５】 ヘテロ接合が珪素を添加したｎ型Ａｌz
Ｉｎ1-z Ｐとアンドープ若しくは硫黄若しくは珪素をド
ープしたｎ型Ｇａy Ｉｎ1-y Ａｓを含むことを特徴とす
る請求項３に記載のホール素子。 - 【請求項６】 ホール出力電圧の温度係数の絶対値が
０．１％／℃以下であるヘテロ接合を具備してなること
を特徴とするホール素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23767494A JP3567500B2 (ja) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | ホール素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23767494A JP3567500B2 (ja) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | ホール素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08102562A true JPH08102562A (ja) | 1996-04-16 |
| JP3567500B2 JP3567500B2 (ja) | 2004-09-22 |
Family
ID=17018833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23767494A Expired - Lifetime JP3567500B2 (ja) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | ホール素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3567500B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107195772A (zh) * | 2014-06-17 | 2017-09-22 | 旭化成微电子株式会社 | 霍尔传感器 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6110886B2 (ja) * | 2014-06-17 | 2017-04-05 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | ホールセンサ |
-
1994
- 1994-09-30 JP JP23767494A patent/JP3567500B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107195772A (zh) * | 2014-06-17 | 2017-09-22 | 旭化成微电子株式会社 | 霍尔传感器 |
| CN107195772B (zh) * | 2014-06-17 | 2019-06-25 | 旭化成微电子株式会社 | 霍尔传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3567500B2 (ja) | 2004-09-22 |
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