(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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１の化合物半導体層２１はＧａＡｓ１−ｘＳｂｘ（０≦ｘ≦０．１）層であり、第２の化合物半導体層２２はＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（０＜ｙ≦０．０５）層である。第２の化合物半導体層２２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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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−ｘＳｂｘ（０≦ｘ≦０．１）層であり、
前記第２の化合物半導体層はＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（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。
【請求項２】
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。
【請求項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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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−ｘＳｂｘ（０≦ｘ≦０．１）層であり、
前記第２の化合物半導体層はＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／０３５０７９号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ１１１  （１９９１）  ２８４-２８７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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［／ｃｍ３］以上、８．０×１０１７［／ｃｍ３］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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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−ｘＳｂｘ（０≦ｘ≦０．１）層であり、前記第２の化合物半導体層はＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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−ｘＳｂｘ（０≦ｘ≦０．１）層であり、前記第２の化合物半導体層はＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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−ｘＳｂｘ（０≦ｘ≦０．１）層である。第２の化合物半導体層は、ＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（０＜ｙ≦０．０５）層である。
【００１７】
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。
【００１８】
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−ｙＳｂｙ（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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
［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。
【００２３】
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。
【００２４】
［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−ｘＳｂｘ（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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
［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−ｙＳｂｙ（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。
【００２９】
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−ｙＳｂｙ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−ｙＳｂｙ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。
【００３０】
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。
【００３１】
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−ｙＳｂｙ（０＜ｙ≦０．０５）の領域となる。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
（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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。  
【００３９】
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ＳｉＯ２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。
【００４０】
（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［／ｃｍ３］以上、８．０×１０１７［／ｃｍ３］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。
【００４１】
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。
【００４２】
（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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【実施例】
【００４５】
（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。
【００４６】
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Ａｓ４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ２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Ａｓ４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ２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。
【００４７】
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［ｃｍ２／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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
（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。
【００５１】
（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Ａｓ４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ２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。
【００５２】
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［ｃｍ２／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。
【００５３】
（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Ａｓ４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ２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。
【００５４】
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［ｃｍ２／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。
【００５５】
（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Ａｓ４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ２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。
【００５６】
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［ｃｍ２／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。
【００５７】
（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。  
【００５８】
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Ａｓ４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ２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。
【００５９】
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［ｃｍ２／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。
【００６０】
（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。  
【００６１】
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Ａｓ４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ２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。
【００６２】
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［ｃｍ２／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。
【００６３】
（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。
【００６４】
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Ａｓ４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ２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。
【００６５】
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［ｃｍ２／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。
【００６６】
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。
【符号の説明】
【００６７】
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
【図１】
2015053387.tif 000003
【図２】
2015053387.tif 000004
【図３】
2015053387.tif 000005