(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半絶縁性ＧａＡｓの基板と、前記基板の上のｎ型ＩｎＧａＡｓの活性層から構成される化合物半導体ウェハにおいて、
前記活性層は、前記基板の表面に成長させたＩｎＧａＡｓ等のＩｎを含む中間層を介して前記基板の上に形成され、
前記中間層は、前記基板からの成長方向に向かってＩｎ混晶比が増大するように成長させられ、キャリアを捕捉するための不純物を含むことを特徴とする化合物半導体ウェハ。
【請求項２】
前記中間層は、前記基板との界面におけるＩｎ混晶比をゼロに設定し、前記活性層との界面におけるＩｎ混晶比を前記活性層と同じに設定することを特徴とする請求項第１項記載の化合物半導体ウェハ。
【請求項３】
前記中間層は、前記不純物の含有濃度を、自身が持つ自由キャリアを捕捉できる濃度に設定することを特徴とする請求項第１項記載の化合物半導体ウェハ。
【請求項４】
前記不純物は、酸素、クロム、バナジウム等の深いエネルギー準位を形成する物質であることを特徴とする請求項第１項記載の化合物半導体ウェハ。
【請求項５】
半絶縁性ＧａＡｓの基板と、前記基板の上のｎ型ＩｎＧａＡｓの動作層と、前記動作層に設けられた電極から構成されるホール素子において、
前記動作層は、前記基板の表面に成長させたＩｎＧａＡｓ等のＩｎを含む中間層を介して前記基板の上に形成され、
前記中間層は、前記基板からの成長方向に向かってＩｎ混晶比が増大するように成長させられ、キャリアを捕捉するための不純物を含むことを特徴とするホール素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体ウェハおよびホール素子に関し、特に、電子移動度が高く、シート抵抗の高い化合物半導体ウェハとこれを使用したホール素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気検出に使用されるホール素子には、動作層の感度を高めるために自由キャリアの高い移動度が要求される。化合物半導体のなかで高移動度を示す材料としては、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂがあり、これらの単体は、それぞれ常温において前者が約３００００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ、後者が約８００００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃの移動度を示す。
【０００３】
いずれも高い移動度であり、これらを使用したホール素子が実用化されているが、これらの半導体は、動作層を成長させる基板との相性が充分ではなく、従って、ＩｎＡｓ等の使用によって現状以上の高レベルの移動度を求めるのには限界がある。
【０００４】
通常、基板の構成材としては、半絶縁性のＧａＡｓが使用されるが、この材料は、ＩｎＡｓ等との格子定数の差が大きく、このため、ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ等の活性層を成長させると、活性層に格子歪みが生ずるようになる。
【０００５】
格子歪みは、転位等の結晶欠陥を発生させることから、これを原因として自由キャリアは散乱するようになり、その結果、自由キャリアの移動度は大きく低下し、ホール素子としての感度も低下する。
【０００６】
格子歪みを抑制するウェハとして、ｎ型ＩｎＧａＡｓを活性層に使用し、Ｉｎ混晶比をできるだけ少なく設定することで基板の組成に近付け、これにより格子定数の差を小さくして格子歪みを抑制することが試みられている。
しかし、このウェハによると、格子歪みは抑制されるが、一方においてはＩｎの混晶比減に伴う移動度の低下を招き、やはり、得られる移動度には限界がある。
【０００７】
ｎ型ＩｎＧａＡｓが本来有する高移動度の確保策として、Ｉｎ混晶比を減らさずに成長膜を厚くする方法が考えられる。この方法は、成長膜の上部に正常な結晶が生成する傾向があり、高い移動度を確保できる可能性がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、成長膜を厚くしたウェハによると、大きな厚さからくるシート抵抗の減少が生ずるようになり、このため、ホール素子には適さないものとなる。
ホール素子は、消費電力の関係から高い入力インピーダンスを有していることが必要であり、そのためにはシート抵抗を高くしなければならない。
【０００９】
高いシート抵抗を得るためには、成長膜をできるだけ薄くする必要があるが、たとえば、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3で移動度が１００００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃの場合に、１０００Ω／ｓｑの抵抗値を得るためには、０．０６３μｍの膜厚にしなければならず、上記の成長膜を厚くする対策はこれに反することになる。
【００１０】
従って、本発明の目的は、格子歪みが緩和され、自由キャリアの移動度が高く、シート抵抗の高い化合物半導体ウェハとこれを使用したホール素子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、半絶縁性ＧａＡｓの基板と、前記基板の上のｎ型ＩｎＧａＡｓの活性層から構成される化合物半導体ウェハにおいて、前記活性層は、前記基板の表面に成長させたＩｎＧａＡｓ等のＩｎを含む中間層を介して前記基板の上に形成され、前記中間層は、前記基板からの成長方向に向かってＩｎ混晶比が増大するように成長させられ、キャリアを捕捉するための不純物を含むことを特徴とする化合物半導体ウェハを提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、上記の目的を達成するため、半絶縁性ＧａＡｓの基板と、前記基板の上のｎ型ＩｎＧａＡｓの動作層と、前記動作層に設けられた電極から構成されるホール素子において、前記動作層は、前記基板の表面に成長させたＩｎＧａＡｓ等のＩｎを含む中間層を介して前記基板の上に形成され、前記中間層は、前記基板からの成長方向に向かってＩｎ混晶比が増大するように成長させられ、キャリアを捕捉するための不純物を含むことを特徴とするホール素子を提供するものである。
【００１３】
成長方向に向けてＩｎ混晶比を増大させたＩｎＧａＡｓ等の中間層は、活性層での格子歪みを防ぐために存在する。ＧａＡｓの基板側においてＩｎ混晶比を少なくし、ｎ型ＩｎＧａＡｓの活性層側において高くすることによって、基板と活性層間の格子定数の違いを緩和し、これにより格子歪みを解消する。
【００１４】
従って、中間層におけるＩｎ混晶比は、基板との界面においてはゼロ、活性層に至る間は徐増、活性層との界面においては活性層と同じ濃度とすることが好ましく、この構成を採用する場合には、格子歪みはほとんど解消されることになる。
【００１５】
Ｉｎの混晶比増大のカーブは、直線的に設定することが好ましいが、段階的に設定してもよい。
格子定数が異なる基板の上に成長させられる中間層には、格子歪みが発生することになるが、厚さを厚く、たとえば、５０ｎｍ程度に設定することによって、歪みをほぼなくすことができる。
【００１６】
従って、格子歪みのない中間層の上に形成され、中間層と同じＩｎＧａＡｓから構成される活性層には格子歪みは発生せず、従って、格子歪みを原因とした移動度の低下は生じない。そして、格子歪みのない活性層には、肉厚を薄くする方向において制約がなく、薄膜化によるシート抵抗の増大が可能となる。
【００１７】
中間層への不純物の添加は、中間層の自由キャリアを捕捉するためのものであり、中間層が本来有する低移動度の自由キャリアの活動停止を目的とする。
この結果、自由キャリアはｎ型ＩｎＧａＡｓの活性層が持つ高移動度のキャリアのみとなり、従って、このようなウェハをホール素子に応用すれば、動作層には高いホール電圧が発生することになり、高感度のホール素子の構成が可能となる。
【００１８】
不純物の濃度は、以上のことから、中間層が本来有する自由キャリアのすべてを捕捉できる濃度とすべきである。また、たとえば、添加される不純物の１個の構成単位が、２個の自由キャリアを捕捉できる場合には、不純物は、１／２の濃度で済むことになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による化合物半導体とホール素子の実施の形態について説明する。
図１は、化合物半導体ウェハの構造を示し、１は半絶縁性のＧａＡｓから構成される基板、２は基板１の表面に成長させたＩｎＧａＡｓの中間層、３は中間層２の表面に成長させたｎ型ＩｎＧａＡｓの活性層を示す。
【００２０】
図２のグラフは、実際に成長させた中間層２と活性層３の構成を示したもので、中間層２のＩｎ混晶比は、結晶成長当初のゼロから直線的に増やし、５０ｎｍの厚さのときに０．６の混晶比とし、その後、７０ｎｍまで同じ混晶比で推移させた。なお、中間層２には、５×１０17ｃｍ-3の酸素を添加した。
【００２１】
中間層２の成長完了時におけるＩｎの混晶比は、その上に形成された活性層３にも引き継がせてＩｎ混晶比０．６のｎ型ＩｎＧａＡｓを３００ｎｍの厚さまで成長させ、さらに、不純物として５×１０16ｃｍ-3のＳｅをドープすることにより所定の化合物半導体ウェハを得た。
【００２２】
このウェハの特性を測定したところ、以下の結果が得られた。
・中間層２のキャリア濃度：１×１０13ｃｍ-3以下
・活性層３のキャリア濃度：５×１０16ｃｍ-3
・ウェハの移動度：１０５００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ
・シート抵抗：８００Ω／ｓｑ
【００２３】
図２において、酸素を添加しないで同じ構成のウェハを製造し、その特性を測定したところ、移動度は４５００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｑと低く、また、シート抵抗も３８０Ω／ｓｅｃと不充分であった。本発明における不純物の必要性が確認された。
【００２４】
図３は、本発明によるホール素子の実施の形態を示したもので、図１のウェハから製作されたホール素子の構造を示す。
図１の中間層２と活性層３から、フォトリソプロセスによって十字状の動作層４が作られ、動作層４の十字先端には、オーミック電極形成プロセスによって表面が金の電極５が設けられる。
【００２５】
続いてこれに、絶縁膜の形成、ダイシング、ダイボンディング、ワイヤーボンディング、および樹脂モールドなどの一連の加工を施すことによって所定のホール素子を製作した。このホール素子の移動度とシート抵抗を測定したところ、ウェハにおけるのと同等の高い特性が確認された。
【００２６】
本発明によって得られる化合物半導体ウェハの用途は、ホール素子とは限らない。また、中間層の構成材としては、ＩｎＧａＡｓであることが原料準備の点から好ましいが、たとえば、ＩｎＡ  Ａｓにより中間層を構成してもよい。但し、その場合には、活性層に接するＩｎＡ  Ａｓの格子定数を活性層の格子定数と合わせるようにすることが必要である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による化合物半導体ウェハおよびホール素子によれば、半絶縁性のＧａＡｓにより構成される基板とｎ型ＩｎＧａＡｓにより構成される活性層ないし動作層の間に、ＩｎＧａＡｓ等のＩｎを含む中間層を介在させ、この中間層におけるＩｎの混晶比を、基板側から活性層ないし動作層側に向けて増大させているので、基板と活性層ないし動作層間の格子定数の違いからくる格子歪みは、中間層によって緩和されることになり、従って、格子歪みを原因とした移動度の低下は、未然に防止されることになる。
【００２８】
また、格子歪みが緩和される結果、活性層ないし動作層の薄膜化が可能となり、従って、高いシート抵抗を確保することができる。
さらに、中間層にキャリアを捕捉する不純物を添加していることから、中間層が本来有する低移動度の自由キャリアは、不純物によって捕捉されることになり、従って、ウェハあるいはホール素子としての移動度は、活性層あるいは動作層を構成するｎ型ＩｎＧａＡｓの高移動度の自由キャリアに基づくものとなり、この結果、高い移動度の化合物半導体ウェハあるいはホール素子を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による化合物半導体ウェハの実施の形態を示す説明図。
【図２】図１のウェハの中間層と活性層の構成を示す説明図。
【図３】本発明によるホール素子の実施の形態を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図を示す。
【符号の説明】
１      基板
２      中間層
３      活性層
４      動作層
５      電極
【図１】
0003800283.tif 000002
【図２】
0003800283.tif 000003
【図３】
0003800283.tif 000004