JPH10125973A

JPH10125973A - ＧａＡｓホール素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10125973A
Application number: JP8279041A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Kunitake; 栄一国武; Hisafumi Tate; 尚史楯; Hiroyoshi Harada; 弘喜原田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】エッチング技術を用いて感磁部を製作するＧ
ａＡｓホール素子にあって、高感度が得られるようにす
る。【解決手段】表面の最近接面が（１００）である半絶
縁性のＧａＡｓ基板１０上に導電層により十字形の感磁
部１１を形成する。この感磁部１１は、十字の直線部の
方向が＜１１０＞方向から±５°以内になるようにして
いる。これにより、ホール電圧が最大になり、感度を上
げることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出センサ等
に用いられているホールセンサに組み込まれるＧａＡｓ
ホール素子及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ブラシレスモータのロータの位
置検出センサにはホールセンサが用いられている。この
ホールセンサには、ホール効果を用いた磁気センサであ
るＧａＡｓホール素子が使用されている。このＧａＡｓ
ホール素子の材料には、主にＩｎＳｂ（インジウム・ア
ンチモン）或いはＧａＡｓ（ガリウム・砒素）が用いら
れる。ＧａＡｓはＩｎＳｂに比べて電子の移動度が小さ
いため、感度は落ちるものの、エネルギーバンドギャッ
プ幅が大きいため、温度変化は小さい。ホール電圧の磁
界に対するリニアリティが良好である等の特長を有し、
広くホール素子の材料として採用されている。

【０００３】ホール素子の感磁部は、形状に基づく磁気
依存性を小さくするため、通常、平面から見て十字形に
構成されている。この感磁部の製作方法には、以下の２
種類の方法がある。図３は感磁部の製作方法を示す工程
説明図である。表面の面方位が（１００）である半絶縁
性のＧａＡｓ基板１上には、感磁部のパターンの開孔部
２がフォトレジスト３によって形成されている。このフ
ォトレジスト３の上方から、（ａ）に示すように、表面
全体にＳｉイオンを注入する。この注入により、開孔部
２にのみＳｉイオンが通るため、（ｂ）に示すように、
感磁部のパターンに対してのみ導電層が形成される。そ
の後、フォトレジスト３を除去することにより、感磁部
４が形成される。このような製作方法は、選択イオン注
入法と呼ばれる。

【０００４】この選択イオン注入法は、ＬＳＩプロセス
等でかなりの実績があり、ホール素子に広く採用されて
いる。しかし、フォトレジスト３に開孔部２を設け、こ
こを通してイオンを注入するため、イオンを注入する角
度、フォトレジスト３の厚さ等によって感磁部４の特性
が大きく変わる、導電部と半絶縁部の境界が鋭くない等
の理由により、安定した特性を得ることが難しい。ま
た、イオンを注入した部分は、視覚で区別ができないた
め、基板にマスク合わせ用のマークを付けるためのフォ
トプロセスが１回多く必要になる。

【０００５】図４は感磁部の製作方法の他の例を示す工
程説明図である。（ａ）に示すような形状で、表面の面
方位が（１００）である半絶縁性のＧａＡｓ基板５上に
は、Ｓｉイオンの注入或いはＭＯＶＰＥ等によりエピタ
キシャル層を成長させることにより、（ｂ）のように導
電層６が形成される。ついで、フォトレジスト７を導電
層６上に形成し、（ｃ）のように感磁部のパターンを形
成する。次に、フォトレジスト７面及び導電層６面をエ
ッチング液に漬け、非レジスト面の導電層を除去する。
ついで、導電層６からフォトレジスト７を除去すれば、
（ｄ）のように感磁部が完成する。このような製作方法
を、上記した選択イオン注入法と区別するため、以下、
エッチング法と呼ぶことにする。

【０００６】このエッチング法は、フォトレジスト７の
開孔部を通してイオンを注入するのではなく、基板全面
にイオンを注入するため、安定したイオン注入条件を見
つけることは比較的容易である。また、感磁部の境界線
（周辺）がエッチングでシャープに形成されるため、選
択イオン注入法に比べ、安定な特性を得やすい。（１０
０）面に形成したＧａＡｓホール素子は、通常、ＧａＡ
ｓ基板が＜１１０＞方向で劈開されることを利用して素
子の分離を行っている。このとき、素子の角に電極がき
た場合、素子を小型化でき、結果的に低価格化が図れ
る。このため、図５に示すように、ＧａＡｓ基板８上に
十字形のパターン９が直交する２つの＜１１０＞方向に
対して４５°回転した方向に形成される。

【０００７】ここで、ホール素子の製作に用いるＧａＡ
ｓ基板表面の面方位は（１００）面が一般的であるが、
エピタキシャル成長後の表面状態やイオン注入状態等を
改善するため、（１００）面から０〜５°傾けた基板を
使用する場合もある。そこで以下の説明では、「最近接
面が（１００）面であるＧａＡｓ基板」をＧａＡｓ基板
に用いるものとする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＧａＡ
ｓホール素子によると、ホール電圧の温度変化が小さ
い、ホール電圧の磁界に対するリニアリティが良好であ
る等の特長を有する反面、ＩｎＳｂホール素子に比べて
感度が低いため、マグネットの近傍に設置しなければな
らないという制約がある。この理由は、主に電子の移動
度の違いによるものであり、ＩｎＳｂの電子移動度が約
８０，０００ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃであるのに対し、Ｇａ
Ａｓの電子移動度は約１／１０である。このような大差
のため、感度を上げることは難しい。

【０００９】例えば、本発明者らは、エッチング法によ
り、直交する２つの＜１１０＞方向に対して４５°回転
した方向に感磁部の十字形のパターンをＧａＡｓ基板上
に形成した。その結果は、入力電流＝１ｍＡ、磁束密度
＝０．１Ｔ、ホール電圧＝約１６ｍＶという値であっ
た。使用条件にもよるが、一般的な小型ＤＣブラシレス
モータに使用する場合、入力電流＝１ｍＡ、磁束密度＝
０．１Ｔ、ホール電圧＝約２０ｍＶ以上という規格を満
たすことが要求され、上記した約１６ｍＶのホール電圧
では感度的に不十分である。

【００１０】そこで本発明は、エッチング技術を用いて
感磁部を製作しながら、高感度を得ることのできるＧａ
Ａｓホール素子及びその製造方法を提供することを目的
としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、表面の最近接面が（１００）である半
絶縁性のＧａＡｓ基板上に導電層により十字形の感磁部
が形成されたＧａＡｓホール素子において、前記感磁部
は、前記十字形の軸の方向が＜１１０＞方向から±５°
以内にしたことを特徴とするＧａＡｓホール素子にして
いる。

【００１２】この構成によれば、十字形の縦、横の線の
方向を＜１１０＞方向に対し、角度を付けることによっ
て、電子の移動度が結晶方向によって異なるようにな
り、±５°以内にしたときにホール電圧が最大になる。
これにより、感度を上げることが可能になる。また、上
記の目的は、表面の最近接面が（１００）であるＧａＡ
ｓ基板にイオン注入又はエピタキシャル成長により導電
層を形成し、軸方向が＜１１０＞方向から±５°以内に
なるようにして十字形のフォトレジストパターンを形成
し、前記フォトレジストパターンが設けられていない部
分の導電層をエッチングにより除去することにより前記
導電層を前記十字形の感磁部にすることを特徴とするＧ
ａＡｓホール素子の製造方法によっても達成される。

【００１３】この方法によれば、感磁部としての十字形
のパターンの直線方向をＧａＡｓ基板の＜１１０＞方向
に対して±５°以内にすることにより、ホール電圧が最
も高くなるようにすることができる。この結果、感度を
高めることが可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を基に説明する。図１は本発明によるＧａＡｓホ
ール素子を示す平面図である。ＧａＡｓ基板１０は半絶
縁性で表面が（１００）面であり、この面に導電層によ
る十字形の感磁部１１が設けられている。ＧａＡｓ基板
１の十字形の方向は、ＧａＡｓ基板１０の劈開方向、す
なわち＜１１０＞方向に一致している。そして、ホール
電圧を２０ｍＶ以上にするため、図２の（ａ）に示すよ
うに、感磁部１１の十字形の方向の＜１１０＞方向から
のずれθを±５°以下にしている。この理由について
は、以下に説明する。

【００１５】図２の（ａ）における感磁部１１の十字形
の方向の＜１１０＞方向からのずれ角度θが、０°、５
°、１０°、３０°、４５°、６０°、８０°、９０°
の各回転位置にあるときのホール電圧を測定したのが図
２の（ｂ）である。同図において、横軸はずれ角度θ、
縦軸は入力電流１ｍＡで磁束密度が０．１Ｔの場合のホ
ール電圧を示している。図２の（ｂ）から明らかなよう
に、ホール電圧は、θ＝０°，９０°のとき、つまり感
磁部１１の十字形の方向が＜１１０＞方向に一致すると
きに最も大きく（約２２．５ｍＶ）なり、θ＝０°，９
０°からずれるにしたがって小さくなり、４５°で最小
（約１６ｍＶ）になる。この理由は、電子の移動度が結
晶方向によって異なるためと考えられる。そして、ホー
ル電圧が２０ｍＶ以上になるずれ角度θは、０°側では
約５°以内、９０°側では約７．５°以内である。した
がって、２０ｍＶ以上のホール電圧を得るためには、感
磁部１１の十字形の方向を＜１１０＞方向から±５°以
内にすることが好ましいことがわかる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。な
お、製造工程は従来と同じであるので、ここでは図４を
参照して説明する。ＧａＡｓ基板１０は図４の（ａ）に
示すような形状にし、その面方位は（１００）、半絶縁
性で比抵抗が１×１０⁷Ω・ｃｍ以上のものを用いた。
そして、シリコンイオン（Ｓｉ⁺）を５×１０¹²Ω・ｃ
ｍ以上のドーズ量によりＧａＡｓ基板１０の全面に注入
した。この後、７５０℃以上の温度で数十分間にわたり
アニール処理を施し、（ｂ）のように導電層を形成し
た。この導電層はＭＯＶＰＥ又はＭＢＥにより形成し
た。次に、フォトリソ技術によって、（ｃ）のように十
字形のフォトレジストパターンを形成した。この時、図
１に示したように、十字形の方向を＜１１０＞方向から
±５°以内になるようにした。次に、ＧａＡｓ基板のフ
ォトレジストから露出した部分をエッチングし、更に
（ｄ）のようにフォトレジストを除去し、十字形の感磁
部（１１）を形成した。なお、エッチング深さは、導電
層の深さより十分に深い１μｍ程度にし、アイソレーシ
ョンが確実に行われるようにした。その後、保護膜及び
電極等を形成し、スクライブでチップを分離してホール
素子を完成させた。

【００１７】以上の様にして製作されたホール素子は、
入力電流＝１ｍＡ、磁束密度＝０．１Ｔ、ホール電圧＝
２０〜２２ｍＶという結果が得られ、従来のホール素子
より２５〜４０％も高いホール電圧を得ることができ
た。このように、本発明によれば感度アップが可能にな
る。

【００１８】

【発明の効果】以上より明らかな如く、本発明によれ
ば、ＧａＡｓ基板上に形成する感磁部の十字形のパター
ンの直線部の方向が＜１１０＞方向から±５°以内にな
るようにしたので、最大のホール電圧が得られ、感度を
上げることが可能になる。また、本発明の製造方法によ
れば、ＧａＡｓ基板に導電層を形成するに際し、導電層
上に設けるフォトレジストパターンが、十字形の直線部
を＜１１０＞方向から±５°以内になるようにしたの
で、ホール電圧が最も高くなるようにすることができ、
感度を高めることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＧａＡｓホール素子を示す平面図
である。

【図２】本発明の効果を説明するもので、（ａ）は感磁
部の十字形のパターンの方向と＜１１０＞方向の角度を
示す説明図、（ｂ）は各角度値におけるホール電圧特性
図である。

【図３】感磁部の製作方法を示す工程説明図である。

【図４】感磁部の製作方法の他の例を示す工程説明図で
ある。

【図５】従来のＧａＡｓホール素子における感磁部の十
字形のパターンと＜１１０＞方向の角度設定を説明する
説明図である。

【符号の説明】

１０ＧａＡｓ基板１１感磁部

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年１２月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】例えば、ブラシレスモータのロータの位
置検出センサにはホールセンサが用いられている。この
ホールセンサには、ホール効果を用いた磁気センサであ
るホール素子が使用されている。このホール素子の材料
には、主にＩｎＳｂ（インジウム・アンチモン）或いは
ＧａＡｓ（ガリウム・砒素）が用いられる。ＧａＡｓは
ＩｎＳｂに比べて電子の移動度が小さいため、感度は落
ちるものの、エネルギーバンドギャップ幅が大きいた
め、温度変化が小さい、ホール電圧の磁界に対するリニ
アリティが良好である等の特長を有し、広くホール素子
の材料として採用されている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。な
お、製造工程は従来と同じであるので、ここでは図４を
参照して説明する。ＧａＡｓ基板１０は図４の（ａ）に
示すような形状にし、その面方位は（１００）、半絶縁
性で比抵抗が１×１０⁷Ω・ｃｍ以上のものを用いた。
そして、シリコンイオン（Ｓｉ⁺）を５×１０¹²Ω・ｃ
ｍ以上のドーズ量によりＧａＡｓ基板１０の全面に注入
した。この後、７５０℃以上の温度で数十分間にわたり
アニール処理を施し、（ｂ）のように導電層を形成し
た。この導電層はＭＯＶＰＥ又はＭＢＥにより形成す
る。次に、フォトリソ技術によって、（ｃ）のように十
字形のフォトレジストパターンを形成した。この時、図
１に示したように、十字形の方向を＜１１０＞方向から
±５°以内になるようにした。次に、ＧａＡｓ基板のフ
ォトレジストから露出した部分をエッチングし、更に
（ｄ）のようにフォトレジストを除去し、十字形の感磁
部（１１）を形成した。なお、エッチング深さは、導電
層の深さより十分に深い１μｍ程度にし、アイソレーシ
ョンが確実に行われるようにした。その後、保護膜及び
電極等を形成し、スクライブでチップを分離してホール
素子を完成させた。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面の最近接面が（１００）である半絶
縁性のＧａＡｓ基板上に導電層により十字形の感磁部が
形成されたＧａＡｓホール素子において、前記感磁部
は、前記十字形の軸の方向が＜１１０＞方向から±５°
以内にしたことを特徴とするＧａＡｓホール素子。
【請求項２】表面の最近接面が（１００）であるＧａ
Ａｓ基板にイオン注入又はエピタキシャル成長により導
電層を形成し、軸方向が＜１１０＞方向から±５°以内
になるようにして十字形のフォトレジストパターンを形
成し、前記フォトレジストパターンが設けられていない
部分の導電層をエッチングにより除去することにより前
記導電層を前記十字形の感磁部にすることを特徴とする
ＧａＡｓホール素子の製造方法。