JPH114028A - 化合物半導体素子の製造方法及び化合物半導体素子 - Google Patents

化合物半導体素子の製造方法及び化合物半導体素子

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JPH114028A
JPH114028A JP9153757A JP15375797A JPH114028A JP H114028 A JPH114028 A JP H114028A JP 9153757 A JP9153757 A JP 9153757A JP 15375797 A JP15375797 A JP 15375797A JP H114028 A JPH114028 A JP H114028A
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JP
Japan
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compound semiconductor
melting point
crystal
substrate
semiconductor crystal
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JP9153757A
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English (en)
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Mineo Wajima
峰生 和島
Takeshi Tanaka
丈士 田中
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ホール素子用半導体結晶の良好なチャネル特性
を得る。 【解決手段】半絶縁性GaAs基板の上に、該基板とは
格子定数の異なる低融点半導体結晶であるInSb能動
層2(融点:525℃)を成長し、その上に高融点半導
体結晶であるAlSbキャップ層を成長する(a)。成
長後、InSbの融点近傍の高温500℃、又はAlS
bの融点(1080℃)以下でAlSbの融点近傍の高
温でアニールする(c)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に基板材料
と格子定数の異なる化合物半導体結晶を製造する化合物
半導体素子の製造方法、及びその製造方法により製造さ
れる化合物半導体素子に係り、特にホール素子に好適な
ものに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体ホール素子は電子移動度の大きな
半導体を使用することにより、より高い検出出力を得る
ことが出来る。特にInSbはIII −V族化合物半導体
で最も大きな電子移動度を示し、半導体ホール素子用材
料として用いられている。ただし、実用上、素子の消費
電力を小さくするため、動作層(能動層)の膜厚を薄く
しなければならない。
【0003】このInSbを材料に用いたホール素子の
製造方法として、単結晶InSbを数十μmまで研磨し
て用いる方法、絶縁性基板上に蒸着または単結晶成長に
よりInSb薄膜を形成する方法が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの薄膜
の形成方法のうち、上記の単結晶InSbを研磨して用
いる方法では、単結晶InSbが高価であることや、薄
膜化するための研磨工程など非常に製造コストが高くな
る。
【0005】また、蒸着による薄膜成長では、基板材料
との格子定数差や、成長温度条件により、多結晶化して
粒界の影響が表れたり、InとSbの組成比がずれて電
子移動度が小さくなったり、抵抗率が極端に低下して、
金属的な特性が表れたりする。
【0006】さらに、基板上にInSbの薄膜単結晶を
成長させるには、InSbの組成制御が重要になる。I
nSbの組成制御は、In源、Sb源、及び成長基板の
各温度を制御する分子線エピタキシー法(MBE法)に
よる成長手段を採ることで実用的な制御が行える。しか
し、InSbに格子整合する適当な絶縁性基板材料が無
く、その上にInSbの薄膜を成長させると、通常、多
結晶化したものとなる。このため薄膜の特性は、本来の
物性値に比べて移動度が小さく、キャリア濃度も高く、
比抵抗が小さくなるのが一般的であった。
【0007】本発明の目的は、上述した従来の問題点を
解消して、格子定数が大きく異なる基板材料上に、極め
て薄い膜厚でバルクの結晶特性に近い半導体結晶が得ら
れる化合物半導体素子の製造方法及び化合物半導体素子
を提供するものである。
【0008】
【謀題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、次のように構成したものである。
【0009】請求項1記載の化合物半導体素子の製造方
法は、単結晶基板の上に、該単結晶基板と格子定数の異
なる低融点化合物半導体結晶層、高融点化合物半導体結
晶層を、上記低融点化合物半導体結晶の融点以下の温度
で順次成長し、成長終了後、低融点化合物半導体結晶の
融点近傍まで温度を上昇させてアニールし、アニール
後、上記高融点化合物半導体層の一部もしくは全部を除
去するものである。
【0010】また請求項2記載の化合物半導体素子の製
造方法は、単結晶基板の上に、該単結晶基板と格子定数
の異なる低融点化合物半導体結晶層、高融点化合物半導
体結晶層を、上記低融点化合物半導体結晶の融点以下の
温度で順次成長し、成長終了後、高融点化合物半導体結
晶の融点以下で、かつ融点近傍まで温度を上昇させてア
ニールし、アニール後、上記上記高融点化合物半導体層
の一部もしくは全部を除去するものである。
【0011】更に請求項3記載の発明は、請求項1又は
2に記載の化合物半導体素子の製造方法において、上記
低融点化合物半導体導体結晶及び高融点化合物半導体結
晶の構成元素をIII −V族またはII−VI族元素で構成
し、上記低融点化合物半導体結晶を構成するIII 族また
はII族元素の原子量に対して、上記高融点化合物半導体
結晶を構成するIII 族またはII族元素の原子量が小さい
ものを用いるものである。
【0012】例えば、低融点化合物半導体結晶としてI
nSb(融点:525℃)を、また高融点化合物半導体
結晶としてAlSb(融点:1080℃)を取り扱った
場合、これらと格子定数が大きく異なる単結晶基板材料
であっても、その上にInSb能動層とAlSbキャッ
プ層を順次成長した後、温度を低融点化合物半導体結晶
InSbの融点(525℃)の近傍(例えば500℃)
まで上げて、又は温度を高融点化合物半導体結晶AlS
bの融点(1080℃)以下でその融点の近傍まで上げ
てしばらく保持してアニールを行うことで、格子定数が
大きく異なる基板材料上に、極めて薄い膜厚でバルクの
結晶特性に近い半導体結晶が得られる。
【0013】上記請求項1ないし3のいずれかに記載の
化合物半導体素子の製造方法において、各成長層が、単
体化合物半導体結晶もしくは混晶化合物半導体結晶とす
ることができる(請求項4)。ここで単体化合物半導体
結晶は、混晶化合物半導体結晶に対する語であって、二
種類以上の単体化合物半導体結晶を混合した結晶が混晶
化合物半導体結晶となる。
【0014】また、上記請求項1、2、3又は4記載の
化合物半導体素子の製造方法において、上記基板の材料
にはガラス材料を用いることができ(請求項5)、また
上記基板の材料に多結晶材料を用いることもできる(請
求項6)。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
【0016】図2に半導体結晶の成長層構造の断面の概
略を示す。また図1にその成長温度プロファイルを示
す。図3は成長後にAlSbキャップ層を除去した状態
を示す。
【0017】MBE(分子線エピタキシー)装置によ
り、単結晶基板である半絶縁性GaAs基板(格子定数
5.6419オンク゛ストローム )1にInとSbの分子線を照射し、
InSb(格子定数6.478オンク゛ストローム)能動層2を基板温
度380℃で200nmエピタキシャル成長した(図1の
a参照)。その後、Inの分子線を照射を中断し、Al
とSbの分子線を照射し、AlSb(格子定数6.1355オン
ク゛ストローム )キャップ層3をl0nmエピタキシャル成長し
た。
【0018】上記AlSbキャップ層3を成長後、基板
温度を500℃まで60℃/分の割合で温度を上げてい
った(図1のb参照)。そして500℃でl0分間保持
しアニールした(図1のc参照)。その後、60℃/分
の割合で150℃以下まで基板温度を下げた後(図1の
d参照)、MBE装置から取りだし、エピタキシャルウ
ェーハ(図2)を得た。
【0019】このエピタキシャルウェーハを0.1N塩
酸に10分浸漬してAlSbキャップ層を溶解除去した
(図3参照)。水洗後、フォトレジスト工程とフッ酸系
エッチング液でクローバ型のパウパターン(パウ法に用
いるクローバ型)を形成した後、Au系材料を蒸着して
電極部を形成し、通常の半導体チップと同様にモールド
してホール素子(本発明品)を得た。
【0020】このようにして形成した本発明品のInS
b能動層のホール効果測定による電気的特性の温度依存
性を調べた。その結果を図4に示す。図から分かるよう
に、本発明品の電子移動度μH (cm2 /Vs)は、室温
付近(300K付近)ではInSb能動層を単に基板温
度380℃で200nm成長した従来品と同等であるが、
低温での移動度が改善された。
【0021】しかも、本発明品のシートキャリア濃度N
s(/cm2 )は、図5に示すようにほぼ1×l012cm-2
と従来品の2/3に少なくすることが出来た。その結
果、本発明品のホール素子は、入力抵抗が大きくできた
ため、定電流駆動を行うと従来品に比べ、l.5倍近く
のホール電圧が発生し、感度も1.5倍になった。図6
に本発明品と従来品のシート抵抗の温度特性の比較を示
す。
【0022】上記したように、InSb能動層を成長し
た後、AlSbキャップ層を成長し、温度を上げてしば
らく保持するいわゆるアニールを行い、AlSbキャッ
プ層を一部もしくは全部除去することにより、格子定数
が大きく異なる半絶縁性もしくは絶縁性基板材料上に、
極めて薄い膜厚でバルクの結晶特性に近い半導体結晶が
得られる。従って、ホール素子用半導体結晶の良好なチ
ャネル特性が得られる。
【0023】上記実施の形態では、能動層をInSb、
キャップ層としてAlSbとしたが、能動層をInA
s、キャップ層としてAlAsとした時も、600℃成
長、900℃アニール等の条件で、同様にアニールしな
い時の2/3以下のシートキャリア濃度が得られてい
る。これらはいずれもIII −V族の構成例であるが、II
−VI族元素にも適用でき、その構成例としては能動層を
ZnTe、キャップ層としてCdTeとしたものがあ
る。また、材料系がこれらやその他の材料の混晶系であ
っても同様にシートキャリア濃度の減少がみられてい
る。混晶系の構成例としては能動層をInGaAs、キ
ャップ層としてInAlAsとしたものがある。
【0024】また上記実施例では、基板材料に比較的高
価な半絶縁性GaAs基板を用いて作成したが、石英ガ
ラス基板上に同様の製法で製造したInSb能動層であ
っても、その上にAlSbキャップ層を被せてアニール
処理を行うことで、半絶縁性GaAs基板を用いたとき
よりも若干特性が劣るものの、高い移動度を示した。そ
のほかに本発明が適用できる基板材料には、SiO2
SIN,Al2 3 などの絶縁膜を形成したSi基板や
サファイヤ基板がある。
【0025】また、本発明のエピタキシャルウェーハは
ホール素子以外にミリ波用HEMTなど超高速移動エピ
タキシャルウェーハとしても有用である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明の化合物半導
体結晶の製造方法は、単結晶基板の上に、低融点化合物
半導体結晶、高融点化合物半導体結晶を、低融点化合物
半導体結晶の融点以下の温度で順次成長し、成長終了
後、低融点化合物半導体結晶の融点近傍まで温度を上昇
させて、又は高融点化合物半導体結晶の融点以下でその
融点の近傍まで上昇させて、アニールするものであるの
で、格子定数が大きく異なる基板材料上に、極めて薄い
膜厚でバルクの結晶特性に近い半導体結晶が得られる。
このため入力インピーダンスが高く、高感度なホール素
子を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態の基板温度プロファイルを示す図であ
る。
【図2】実施形態の成長層構造の断面を示す概略図であ
る。
【図3】図1の成長層構造からAlSbキャップ層を除
去した状態を示す図である。
【図4】実施形態と従来例のホール移動度の温度特性を
示す比較図である。
【図5】実施形態と従来例のシートキャリア濃度の温度
特性を示す比較図である。
【図6】実施形態と従来例のシート抵抗の温度特性を示
す比較図である。
【符号の説明】
1 半絶縁性GaAs基板 2 InSb能動層 3 AlSbキャップ層

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単結晶基板の上に、該単結晶基板と格子定
    数の異なる低融点化合物半導体結晶層、高融点化合物半
    導体結晶層を、上記低融点化合物半導体結晶の融点以下
    の温度で順次成長し、成長終了後、低融点化合物半導体
    結晶の融点近傍まで温度を上昇させてアニールし、アニ
    ール後、上記高融点化合物半導体層の一部もしくは全部
    を除去することを特徴とする化合物半導体素子の製造方
    法。
  2. 【請求項2】単結晶基板の上に、該単結晶基板と格子定
    数の異なる低融点化合物半導体結晶層、高融点化合物半
    導体結晶層を、上記低融点化合物半導体結晶の融点以下
    の温度で順次成長し、成長終了後、高融点化合物半導体
    結晶の融点以下で、かつ融点近傍まで温度を上昇させて
    アニールし、アニール後、上記上記高融点化合物半導体
    層の一部もしくは全部を除去することを特徴とする化合
    物半導体素子の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1又は2に記載の化合物半導体素子
    の製造方法において、上記低融点化合物半導体導体結晶
    及び高融点化合物半導体結晶の構成元素をIII −V族ま
    たはII−VI族元素で構成し、上記低融点化合物半導体結
    晶を構成するIII 族またはII族元素の原子量に対して、
    上記高融点化合物半導体結晶を構成するIII 族またはII
    族元素の原子量が小さいものを用いることを特徴とする
    化合物半導体素子の製造方法。
  4. 【請求項4】請求項1ないし3のいずれかに記載の化合
    物半導体素子の製造方法において、上記各成長層が、単
    体化合物半導体結晶または混晶化合物半導体結晶である
    ことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。
  5. 【請求項5】請求項1ないし4のいずれかに記載の化合
    物半導体素子の製造方法において、上記単結晶基板に代
    えてガラス基板を用いることを特徴とする化合物半導体
    素子の製造方法。
  6. 【請求項6】請求項1ないし4のいずれかに記載の化合
    物半導体素子の製造方法において、上記単結晶基板に代
    えて多結晶基板を用いることを特徴とする化合物半導体
    素子の製造方法。
  7. 【請求項7】請求項1ないし6のいずれかに記載の製造
    方法により製造した化合物半導体素子。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001210811A (ja) * 1999-11-17 2001-08-03 Denso Corp 半導体基板の製造方法
US9512670B2 (en) 2008-01-28 2016-12-06 Jack R. Forbis Method of protecting a structure with a system of modular panels

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JP2001210811A (ja) * 1999-11-17 2001-08-03 Denso Corp 半導体基板の製造方法
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