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JP3399042B2 - Hall element - Google Patents

Hall element

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Publication number
JP3399042B2
JP3399042B2 JP23506293A JP23506293A JP3399042B2 JP 3399042 B2 JP3399042 B2 JP 3399042B2 JP 23506293 A JP23506293 A JP 23506293A JP 23506293 A JP23506293 A JP 23506293A JP 3399042 B2 JP3399042 B2 JP 3399042B2
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JP
Japan
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layer
hall element
heterojunction
gainas
value
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JP23506293A
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Japanese (ja)
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Inventor
隆 宇田川
範行 粟飯原
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Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
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Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
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  • Hall/Mr Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は III−V族化合物半導体
ヘテロ接合を含むホール素子に係わり、特に該ヘテロ接
合が保有する高移動度特性を維持するために施されるべ
き加工の基準に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Hall element including a group III-V compound semiconductor heterojunction, and more particularly to a processing standard to be maintained in order to maintain the high mobility characteristic of the heterojunction.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、磁気センサーとしてホール素
子が知られている。このホール素子にはシリコン(S
i)やゲルマニウム(Ge)などの元素半導体の他、ア
ンチモン化インジウム(InSb)、ヒ化インジウム
(InAs)やヒ化ガリウム(GaAs)等の元素周期
律表の第 IIIに属する元素と、同じく第V族に属する二
つの元素を化合させてなる III−V族2元化合物半導体
も使用されている。
2. Description of the Related Art Hall elements have been known as magnetic sensors. Silicon (S
In addition to elemental semiconductors such as i) and germanium (Ge), indium antimonide (InSb), indium arsenide (InAs), gallium arsenide (GaAs), etc. A III-V group binary compound semiconductor formed by combining two elements belonging to V group is also used.

【0003】また最近では III−V族化合物半導体でも
三種類の元素を混合させてなるヒ化ガリウム・インジウ
ム(GaInAs)三元混晶とリン化インジウム(In
P)から構成されるヘテロ接合を、InP単結晶基板上
に具備した材料を新たな高感度ホール素子の材料として
応用する試みもなされている(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
(1992年応用物理学会発行)、16a−SZC−1
6、1078頁)。この新たなGaInAsヘテロ接合
ホール素子は特性の温度変化も比較的小さく、且つまた
室温電子移動度が極めて高いために従来にない優れた積
感度をもたらすとされる。
Recently, even in III-V group compound semiconductors, a ternary mixed crystal of gallium-indium-arsenide (GaInAs) and indium phosphide (In).
Attempts have also been made to apply a heterojunction composed of P) as a material for a new high-sensitivity Hall element equipped with a InP single crystal substrate (Okuyama Shinobu et al., Autumn 1992 53rd Applied Physics Society). Academic Lecture Proceedings No. 3
(Published by Japan Society of Applied Physics, 1992), 16a-SZC-1
6, pages 1078). It is said that this new GaInAs heterojunction Hall element brings about an unprecedented excellent product sensitivity because the characteristic temperature change is relatively small and the room temperature electron mobility is extremely high.

【0004】ホール素子として応用できると考えられる
ヘテロ接合構造には他にもGaAs/GaInAs、A
lGaAs/GaInAs系がある。これらのヘテロ系
は上記のInP/GaInAs系とは異なり格子不整合
系である。ホール素子の製造を目的とした場合、GaA
s基板上のGaAs、AlGaAs等の緩衝層上に、感
磁部層としてGaInAsを堆積した積層構造とするの
が適する。何故ならばGaInAsはGaAsやAlG
aAsに比較しバンドギャップが小さく、オーミック性
電極が得易いからである。よってホール素子用にあって
はGaInAsを電極が形成される最表面層に設けるの
が得策である。
Other heterojunction structures that are considered to be applicable as Hall elements include GaAs / GaInAs and A.
There is a 1GaAs / GaInAs system. These hetero systems are lattice mismatched systems, unlike the above InP / GaInAs system. For the purpose of manufacturing Hall elements, GaA
It is suitable to have a laminated structure in which GaInAs is deposited as a magnetic sensing part layer on a buffer layer such as GaAs or AlGaAs on the s substrate. Because GaInAs is GaAs or AlG
This is because the band gap is smaller than that of aAs and an ohmic electrode is easily obtained. Therefore, for Hall elements, it is a good idea to provide GaInAs on the outermost surface layer on which electrodes are formed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、GaAs、A
lGaAs上に堆積したGaInAs層は、下地と格子
が整合しないため表面は荒れている。
However, GaAs, A
The GaInAs layer deposited on lGaAs has a rough surface because the lattice does not match the underlying layer.

【0006】GaAs或いはAlGaAsとGaInA
sとの格子不整合系ヘテロ構造は、結晶成長の点からす
れば各層を連続的に積層すれば良い。例えば、GaAs
/GaInAs格子不整合ヘテロ構造を得るには、先ず
GaAs単結晶基板上にGaAs層を堆積させ、連続し
てGaInAs層を堆積するのが従来の方法である。ま
た、格子不整合系ヘテロ構造の積層後、最表面層のGa
InAs層には熱的な加工をせず、そのまま素子化工程
へ移行するのが従来からの慣例である。従って、GaI
nAs層は格子不整合であるが故に、結晶成長時の表面
の粗さが残存したままとなっている。この様な粗い表面
にホール素子のオーミック性入力・出力電極を形成する
と層内でアロイフロントの位置が一定せず、オーミック
特性に不安定性を生じ、結果としてホール素子の不平衡
率の不均一性を招く問題点があった。
GaAs or AlGaAs and GaInA
The lattice-mismatched heterostructure with s may be obtained by continuously laminating each layer from the viewpoint of crystal growth. For example, GaAs
In order to obtain a / GaInAs lattice mismatch heterostructure, the conventional method is to first deposit a GaAs layer on a GaAs single crystal substrate and then deposit a GaInAs layer continuously. Also, after stacking the lattice-mismatched heterostructures, Ga of the outermost surface layer
It is a conventional practice that the InAs layer is not thermally processed and the process proceeds directly to the element forming process. Therefore, GaI
Since the nAs layer has a lattice mismatch, the surface roughness during crystal growth remains. When the ohmic input / output electrodes of the Hall element are formed on such a rough surface, the position of the alloy front is not constant within the layer, causing instability in the ohmic characteristics, resulting in non-uniformity of the unbalance ratio of the Hall element. There was a problem that caused.

【0007】不平衡率とは、無磁場下での出力電圧(V
0 )と或る磁束密度下でのホール出力電圧(V)との比
率である。即ち、次の式(1)で表される。 不平衡率(%)=V0 /(V−V0 )×100(%)・
・・式(1) 不平衡率はいわばS/N比を表し、これが大きくなると
感度特性の悪化をもたらし、ホール素子を動作させるに
都合が悪い。従って、GaAs/GaInAs等の格子
不整合ヘテロ系では最表面層のGaInAsの表面の粗
さの改善が重要となる。しかし、従来よりGaInAs
格子不整合層の表面の粗さを各層の積層後に改善する方
法はなく、ホール素子の不平衡率等の特性向上に支障を
来たしていた。
The unbalance rate is the output voltage (V
0 ) and the Hall output voltage (V) under a certain magnetic flux density. That is, it is expressed by the following equation (1). Imbalance ratio (%) = V 0 / (V−V 0 ) × 100 (%).
.. (1) The unbalance ratio represents, so to speak, the S / N ratio, and if it becomes large, the sensitivity characteristics deteriorate and it is not convenient to operate the Hall element. Therefore, in the lattice mismatched hetero system such as GaAs / GaInAs, it is important to improve the surface roughness of GaInAs as the outermost surface layer. However, it has been
There is no method to improve the surface roughness of the lattice mismatch layer after each layer is laminated, which hinders the improvement of characteristics such as the unbalance ratio of the Hall element.

【0008】また、使用されている材料に拘らず、1枚
の単結晶基板上に複数の素子を形成し、数々の素子化プ
ロセスを経て最終的にはホール素子を個々に分離裁断す
べくダイシングをする。このダイシングにあってはダイ
ヤモンドブレード等の裁断用治具を利用し、母体材料を
機械的に切削して個々の素子に分離する。旧来からのこ
の素子の個別化のための裁断技術は、当然のことながら
個別素子を得るために、ただ単に母体材料を切削するこ
とに主眼が置かれていた。従って、素子を確実に裁断分
離できるか否か、例えば裁断が不完全で個々の素子に完
全に分離されず、隣接する素子同士が連結している事態
が生ずる様なダイシング法は不適切とされていた。この
ため、従来はホール素子の母体材料の特性の変化に及ぼ
すダイシング工程の影響などを殆ど省みることなく、分
離裁断の収率をひたすら向上すべく、より激しい条件下
でダイシングする方向へと技術が向いていたのも否めな
い。
Regardless of the material used, a plurality of elements are formed on one single crystal substrate, and after a number of element forming processes, finally the Hall elements are diced so as to be individually cut. do. In this dicing, a cutting jig such as a diamond blade is used to mechanically cut the base material to separate it into individual elements. Traditionally, this cutting technique for singulation of the elements has, of course, focused solely on cutting the matrix material to obtain the individual elements. Therefore, whether or not the elements can be cut and separated surely, for example, the dicing method is unsuitable in that cutting is incomplete and individual elements are not completely separated, and adjacent elements are connected to each other. Was there. For this reason, in the past, in order to improve the yield of separation cutting with almost no influence of the dicing process on the change in the characteristics of the base material of the Hall element, the technology has been dicing under more severe conditions. It cannot be denied that it was facing.

【0009】しかし、上述の如く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するホール素子にあっ
ては、ダイシングに要する機械的な圧力によりヘテロ接
合部に歪が導入され、ひいてはヘテロ界面の物性に多大
な悪影響を及ぼし、電子移動度の低下をもたらすことが
懸念されていた。このダイシングに因るヘテロ接合を含
む母体材料が被る電気的な損傷の程度を知るには、従来
は簡便に定量的に判定する方法はなかった。即ち、個別
に分離された素子の各々につき、それらの電気的特性を
実際に測定しなければならないという煩雑な作業を必要
としていた。
However, in the Hall element that utilizes the high electron mobility characteristic developed by the heterojunction as described above, strain is introduced into the heterojunction portion due to the mechanical pressure required for dicing, and as a result, the hetero interface It was feared that the physical properties would be greatly adversely affected and the electron mobility would be lowered. In order to know the degree of electrical damage to the base material including the heterojunction due to this dicing, there has been no conventional method for quantitatively determining it easily. That is, the complicated work of actually measuring the electrical characteristics of each of the individually separated elements is required.

【0010】本発明者は、係る従来からのGaInAs
格子不整合層を利用したホール素子の不平衡率の悪化、
ダイシングに因るホール素子の特性の変動、特にヘテロ
接合を含むホール素子が被る特性の劣化を防止する新た
な方法を見出すことを課題として鋭意検討した。その結
果、感磁部層となるエピタキシャル成長層の表面粗さと
素子を形成する基板側面の表面粗さを規定することによ
って、容易に且つ簡便にホール素子の特性の劣化が防止
できることを見出し、本発明に至ったものである。
The inventor of the present invention has found that such conventional GaInAs
Deterioration of unbalance ratio of Hall element using lattice mismatch layer,
The subject of the present invention was earnestly studied to find a new method for preventing the fluctuation of the characteristics of the Hall element due to dicing, especially the deterioration of the characteristics of the Hall element including the heterojunction. As a result, it was found that the characteristics of the Hall element can be easily and easily prevented from deteriorating by defining the surface roughness of the epitaxially grown layer serving as the magnetic sensing layer and the surface roughness of the side surface of the substrate on which the element is formed. It came to.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明はGaInAs/
InP、GaInAs/GaAs等の格子不整合系のヘ
テロ接合を含むホール素子に於いて、感磁部層の表面粗
さをPV値にして0.07μm未満にして、不平衡率の
悪化を防止するものである。また、個々の素子に分離裁
断する機械的条件に制限を加え、ホール素子を構成する
基板側面の表面粗さをPV値にして10μm未満に規定
する。これらにより上記母体材料が本来有する高電子移
動度特性を損なうことなく、高品位のヘテロ接合ホール
素子を安定して得るものである。
The present invention is based on GaInAs /
In a Hall element including a lattice-mismatched heterojunction such as InP or GaInAs / GaAs, the surface roughness of the magnetic sensing part layer is set to a PV value of less than 0.07 μm to prevent deterioration of the unbalance ratio. It is a thing. In addition, the mechanical condition for separating and cutting each element is limited, and the surface roughness of the side surface of the substrate forming the Hall element is defined as a PV value of less than 10 μm. By these, a high-quality heterojunction Hall element can be stably obtained without impairing the high electron mobility characteristic originally possessed by the above-mentioned base material.

【0012】本発明に依る効果が発揮される、例えばG
aInAs/InPやAlGaAs/GaAs若しくは
GaInAs/AlInAsからなる単一ヘテロ接合、
或はGaAs/GaInAs/AlGaAsからなるダ
ブルヘテロ接合からなるヘテロ接合ホール素子の製作に
当たっては、従来のGaAsホール素子等とほぼ同様の
素子化プロセスが採用される。従って詳述はしないがこ
こで素子化の工程順に簡単な説明を加える。
The effect of the present invention is exerted, for example, G
a single heterojunction made of aInAs / InP, AlGaAs / GaAs or GaInAs / AlInAs,
Alternatively, in manufacturing a heterojunction Hall element composed of a double heterojunction composed of GaAs / GaInAs / AlGaAs, an elementization process similar to that of a conventional GaAs Hall element or the like is adopted. Therefore, although not described in detail, a brief description will be added here in the order of steps for forming the device.

【0013】先ず、この様なヘテロ接合を堆積するに
は、素子機能を果たす動作部の電気的な絶縁性の観点か
ら、半絶縁性を有する高抵抗の III−V族化合物半導体
からなる単結晶基板が使用される。これに該当する基板
としては、半絶縁性を呈するGaAsやInP結晶等が
挙げられ、所望するヘテロ接合を構成する化合物半導体
層の格子整合等を勘案して選択すれば良い。例えば、G
aAs/GaInAsヘテロ接合を形成する場合にあっ
ては、GaAs単結晶を基板として採用する。GaIn
As/InPヘテロ接合を所望する場合にあっては、半
絶縁性のInP単結晶を基板として採用するのが一般的
である。次に、これら基板として使用される単結晶の品
質の一つである絶縁性の程度を示す比抵抗についてであ
るが、ホール素子用としては従来のGaAsホール素子
と大差はなく、比抵抗が104 Ω・cm以上108 Ω・
cm未満の単結晶を用いるのが一般的である。
First, in order to deposit such a heterojunction, a single crystal made of a high-resistance III-V group compound semiconductor having a semi-insulating property is used from the viewpoint of the electrical insulating property of the operating portion that performs the device function. A substrate is used. Substrates corresponding to this include GaAs and InP crystals exhibiting semi-insulating properties, and may be selected in consideration of the lattice matching of a compound semiconductor layer forming a desired heterojunction. For example, G
When forming an aAs / GaInAs heterojunction, a GaAs single crystal is adopted as a substrate. GaIn
When an As / InP heterojunction is desired, a semi-insulating InP single crystal is generally adopted as the substrate. Next, regarding the specific resistance showing the degree of insulation, which is one of the qualities of the single crystals used as these substrates, there is no great difference from the conventional GaAs Hall element for the Hall element, and the specific resistance is 10 4 Ω ・ cm or more 10 8 Ω ・
It is common to use single crystals of less than cm.

【0014】これらの単結晶基板上にAlGaAs層や
GaInAs層をエピタキシャル成長させるが、例えば
GaInAs/InPヘテロ接合の形成にあっては、通
常、感磁部となるGaInAs層に高い電子移動度を保
持させるために、InP単結晶基板上にInPエピタキ
シャル成長層を緩衝(バッファ)層として堆積するのが
一般的である。このバッファ層を設けることによりIn
P単結晶基板からのFe不純物のGaInAsエピタキ
シャル成長層への拡散の抑制や、結晶欠陥等のエピタキ
シャル成長層への伝幡を抑制するなどの効果を生じるた
め、GaInAs層の電子移動度を低下させずに、ホー
ル素子の高感度特性を保持できるなどの利点を招くから
である。また、GaInAs/GaAsヘテロ系にあっ
ては、GaAsバッファ層上にGaInAs層を積層す
る。この場合、GaInAsとGaAsとは格子整合し
ない。従って、GaInAs層の表面は格子整合層の表
面に比べれば一般に粗い。GaInAsに格子整合する
バッファ層としては他にAlInAsなどがある。Ga
InAsと格子整合しないバッファ層としてはAlGa
Asなども利用できる。上記のヘテロ接合を構成するエ
ピタキシャル層の成長方法には、特に制限はない。液相
エピタキシャル成長法、分子線エピタキシャル成長法や
有機金属熱分解気相成長法、いわゆるMOVPEが利用
できる。またMOVPEとMBE双方を複合させたMO
・MBE法なども適用できる。
An AlGaAs layer or a GaInAs layer is epitaxially grown on these single crystal substrates. For example, in the case of forming a GaInAs / InP heterojunction, the GaInAs layer, which is the magnetic sensitive section, usually has a high electron mobility. Therefore, the InP epitaxial growth layer is generally deposited as a buffer layer on the InP single crystal substrate. By providing this buffer layer, In
Since the effect of suppressing diffusion of Fe impurities from the P single crystal substrate into the GaInAs epitaxial growth layer and suppressing the propagation of crystal defects and the like to the epitaxial growth layer are produced, the electron mobility of the GaInAs layer is not reduced. This is because it brings about an advantage that the high sensitivity characteristics of the Hall element can be maintained. Further, in the GaInAs / GaAs hetero system, a GaInAs layer is laminated on the GaAs buffer layer. In this case, GaInAs and GaAs are not lattice-matched. Therefore, the surface of the GaInAs layer is generally rougher than the surface of the lattice matching layer. Other buffer layers that lattice match GaInAs include AlInAs. Ga
AlGa is used as a buffer layer that does not lattice match with InAs.
As and the like can also be used. There is no particular limitation on the method of growing the epitaxial layer forming the heterojunction. Liquid phase epitaxial growth method, molecular beam epitaxial growth method, metalorganic pyrolysis vapor phase growth method, so-called MOVPE can be used. In addition, MO that combines both MOVPE and MBE
・ MBE method etc. can be applied.

【0015】GaInAsはInPと格子整合するた
め、この様な格子整合ヘテロ接合系では、Gax In
1-x AsのGaの混晶比Xを0.47±0.10とする
のが望ましい。何故ならば、InPに格子整合するX=
0.47からずれるに伴い、Gax In1-x AsとIn
Pとの格子定数の差、即ち格子不整合度も顕著となり多
量の結晶欠陥等を誘発し結晶性の低下を招くからであ
る。また、電子移動度の低下等の電気的特性をも悪化さ
せ、ホール素子の特性上積感度の改善に多大な支障を来
すからである。一方、GaAsやAlGaAsとGaI
nAsとでヘテロ接合を形成する場合については、Ga
x In1-x Asはこれらと格子整合しないので、Xにつ
いては厳しい制限はなく、むしろ電気的に好結果が得ら
れるXを選択し、格子定数変化層を利用して調整すれば
良い。
Since GaInAs lattice-matches with InP, in such a lattice-matched heterojunction system, Ga x In
It is desirable that the mixed crystal ratio X of 1-x As Ga is 0.47 ± 0.10. Because X = lattice-matched to InP
Ga x In 1-x As and In with the deviation from 0.47
This is because the difference in the lattice constant with P, that is, the degree of lattice mismatching becomes remarkable, which induces a large amount of crystal defects and the like, resulting in deterioration of crystallinity. Further, the electrical characteristics such as a decrease in electron mobility are also deteriorated, and the characteristics of the Hall element greatly impair the product sensitivity. On the other hand, GaAs or AlGaAs and GaI
When forming a heterojunction with nAs, Ga is
Since x In 1 -x As does not have a lattice match with these, there is no strict limitation on X, and rather, X which gives good electrical results may be selected and adjusted by utilizing the lattice constant change layer.

【0016】また、本発明に係わるヘテロ接合を構成す
るエピタキシャル層の膜厚については特段の制限はな
い。但し、ホール素子の実際の製作に当たっては素子間
を電気的に絶縁するためメサエッチングと称する特定領
域の結晶層を除去するための工程が一般的に採用されて
いる。このためヘテロ接合系の合計の膜厚を概ね5μm
より薄く設定すると好結果が得られる。何故ならば、エ
ピタキシャル成長層の全体的な厚みが増すと必然的にメ
サエッチングに要する時間の増大を伴い、通常 III−V
族化合物半導体結晶の劈開方向である<0バー11>
と、それに直行する<0バー1バー1>に沿って形成さ
れる、いわゆるホールクロス(Hall cross)部のエッチ
ング断面形状の結晶方位に因る差異が顕著となる。この
差異が一因となって、ホール素子の重要な特性の一つで
ある不平衡率の増大をもたらし、素子特性の高品質化を
妨げると共に良品素子収率の低下を招くからである。
The film thickness of the epitaxial layer forming the heterojunction according to the present invention is not particularly limited. However, in the actual manufacture of Hall elements, a process for removing a crystal layer in a specific region called mesa etching is generally adopted in order to electrically insulate elements from each other. Therefore, the total film thickness of the heterojunction system is approximately 5 μm.
Good results can be obtained with thinner settings. This is because an increase in the total thickness of the epitaxial growth layer inevitably leads to an increase in the time required for mesa etching, and is usually III-V.
<0 bar 11> which is the cleavage direction of the Group compound semiconductor crystal
Then, the difference due to the crystal orientation of the etching cross-sectional shape of the so-called Hall cross portion formed along <0 bar 1 bar 1> orthogonal to it becomes remarkable. This difference is partly responsible for increasing the unbalance ratio, which is one of the important characteristics of the Hall element, hindering the improvement of the quality of the element characteristics and lowering the yield of non-defective elements.

【0017】特に格子不整合系ヘテロ積層構造にあって
は、成長後にホール素子の不平衡率の低減のための処理
を施す。この処理とはGaInAs格子不整合層表面の
表面粗さを改善する目的のものである。即ち、不整合層
をヒ素(As)を含む雰囲気内で熱処理して表面を滑ら
かにする。600℃前後の温度で30分間の程度の熱処
理によりPV値を0.07μm以下とすることが出来
る。図8(a)は熱処理前のGaAs層上に堆積したG
0.48In0.52As層の表面粗さの一方向の測定結果を
示す。熱処理前はPV値にして0.086μmであった
が、アルシン(AsH3 )を含む気流中で温度520℃
で15分間熱処理した後の表面粗さは、図8(b)に示
すようにPV値で0.032μmに改善された。Asを
含む熱処理雰囲気の創出には、AsH3 以外のAs源を
用いることが出来る。また、InP層上に積層したGa
0.46In0.54As格子不整合層についても熱処理に因り
平坦性に優れる表面とすることが出来、結果としてGa
InAs/InPヘテロ接合ホール素子の不平衡率の低
減に貢献することとなる。一例として具体的な数値を掲
げると、混晶比が0.46のGa0.46In0.54Asの格
子不整合層を、温度680℃で30分間熱処理すること
によってPV値は0.02μm以下となる。混晶比がこ
れより大きな不整合度を与える場合にあっては、例えば
熱処理温度を上昇させるか、或いは熱処理時間を延長す
るなどの創意を加えればPV値を容易に適正範囲に納め
ることができる。このPV値の規定はGaInAs/I
nPヘテロ接合系に於いては、Gaの混晶比によってさ
したる変化はない。
Particularly in the case of the lattice-mismatched hetero-laminated structure, a treatment for reducing the unbalance ratio of the Hall element is performed after the growth. This treatment is intended to improve the surface roughness of the GaInAs lattice mismatch layer surface. That is, the mismatched layer is heat-treated in an atmosphere containing arsenic (As) to smooth the surface. The PV value can be made 0.07 μm or less by heat treatment at a temperature of around 600 ° C. for about 30 minutes. FIG. 8A shows G deposited on the GaAs layer before heat treatment.
showing the way of the measurement results of the surface roughness of a 0.48 In 0.52 As layer. The PV value before heat treatment was 0.086 μm, but the temperature was 520 ° C in an air stream containing arsine (AsH 3 ).
The surface roughness after heat treatment for 15 minutes was improved to a PV value of 0.032 μm as shown in FIG. 8B. As sources other than AsH 3 can be used to create a heat treatment atmosphere containing As. In addition, Ga stacked on the InP layer
The 0.46 In 0.54 As lattice-mismatched layer can also have a surface with excellent flatness due to the heat treatment, resulting in Ga
This contributes to the reduction of the unbalance ratio of the InAs / InP heterojunction Hall element. As a specific example, a PV value becomes 0.02 μm or less by heat-treating a lattice mismatched layer of Ga 0.46 In 0.54 As having a mixed crystal ratio of 0.46 at a temperature of 680 ° C. for 30 minutes. When the mixed crystal ratio gives a larger degree of mismatch, the PV value can be easily set within an appropriate range by adding an idea such as increasing the heat treatment temperature or prolonging the heat treatment time. . The PV value is regulated by GaInAs / I
In the nP heterojunction system, there is no significant change depending on the mixed crystal ratio of Ga.

【0018】ここで、PV値とは表面の粗さを定量的に
表す指標の一つである。PV(Peak to Val
ley)値とは、表面に存在する凹凸の凸部の頂点と凹
部の底点との高低の差の最大値のことを言う。例えば、
図4に示す凹凸が表面に存在していると仮定する。各凹
凸の高低差をδ1、δ2、・・・δnとすると、それら
のδn値の中で最大値がPV値となる。従って、ある数
値の中での最大値を記号にしてmax()で示すとする
と、PV値は次の式(2)で表される。 PV=max(δ1、δ2、δ3、・・・δn)・・・・式(2) 例えば、GaAs層上のGa混晶比が0.55である膜
厚が1μmのGa0.55In0.45As層のPV値は0.0
8から0.12μm程度であるのが従来の例である。図
9にGa0.48In0.52As/GaAs格子不整合系に於
ける格子不整合層のPV値と不平衡率の絶対値との関係
を示す。同図からPV値を0.07μm以下とすれば、
±10%以内の不平衡率となるのが判る。
Here, the PV value is one of the indexes quantitatively representing the surface roughness. PV (Peak to Val)
The ley) value means the maximum value of the difference in height between the apex of the convex portion of the unevenness and the bottom point of the concave portion existing on the surface. For example,
It is assumed that the unevenness shown in FIG. 4 exists on the surface. Letting δ1, δ2, ... δn be the height difference of each unevenness, the maximum value among these δn values becomes the PV value. Therefore, assuming that the maximum value among certain numerical values is represented by max (), the PV value is expressed by the following equation (2). PV = max (δ1, δ2, δ3, ... δn) ... Equation (2) For example, a Ga 0.55 In 0.45 As layer having a Ga mixed crystal ratio of 0.55 on the GaAs layer and a film thickness of 1 μm. PV value is 0.0
In the conventional example, the thickness is about 8 to 0.12 μm. FIG. 9 shows the relationship between the PV value of the lattice mismatched layer and the absolute value of the unbalance ratio in the Ga 0.48 In 0.52 As / GaAs lattice mismatched system. From the figure, if PV value is 0.07 μm or less,
It can be seen that the unbalance rate is within ± 10%.

【0019】上述の如くの単結晶基板上に成長させたヘ
テロ接合エピタキシャルウエハを母体材料として、ヘテ
ロ接合ホール素子を形成する。素子化にあたっては従来
のホール素子と同じく製作工程に特段の違いはなく、公
知技術であるフォトリソグラフィー技術、エッチング技
術等を利用でき、これらの技術を駆使して入力用並びに
出力用電極形成や個別の素子への分離のためのスクライ
ブライン等を実施する。実際に個々のホール素子に分離
するダイシングにあっては、ダイシングラインに沿って
スクライビングを施す。このスクライブは実際にはダイ
ヤモンド針やダイヤモンドブレードなどを使用して行わ
れる。本発明では分離された後のホール素子を構成する
半導体ウエハの側面の平坦度が、PV値にして10μm
未満となるようにダイシング加工を施すこととする。こ
の様にPV値を規定する理由をGaInAs/InPヘ
テロ接合ホール素子を例に挙げて説明すると、側面のP
V値が10μm以上となると図5に示す如くこれを臨界
値として急激に電子移動度が低下する傾向が認められた
からである。逆に言えばPV値にして10μm未満の値
を与える様なダイシング加工が、ヘテロ接合ホール素子
の優位な特性を維持するために必要不可欠であるという
ことである。
A heterojunction Hall element is formed by using the heterojunction epitaxial wafer grown on the single crystal substrate as described above as a base material. There is no particular difference in the manufacturing process when making elements, as in the case of conventional Hall elements, and it is possible to use known photolithography technology, etching technology, etc., and make full use of these technologies to form input and output electrodes and separate A scribe line etc. for separating the elements into elements will be implemented. In dicing for actually separating individual Hall elements, scribing is performed along dicing lines. This scribe is actually performed using a diamond needle or diamond blade. In the present invention, the flatness of the side surface of the semiconductor wafer constituting the Hall element after separation is 10 μm in PV value.
The dicing process is performed so that it is less than the above. The reason for defining the PV value in this way will be described by taking a GaInAs / InP heterojunction Hall element as an example.
This is because when the V value is 10 μm or more, it is recognized that the electron mobility sharply decreases with this value as a critical value as shown in FIG. Conversely speaking, dicing processing that gives a PV value of less than 10 μm is indispensable for maintaining the superior characteristics of the heterojunction Hall element.

【0020】ダイシング工程後に、この様なPV値を有
する素子側面を得るにあたっては、例えば、ダイシング
にダイヤモンド針を使用する場合は、その針圧、ダイシ
ング速度、被切断材料となす角度など、ダイシングに係
わる基本的な因子の最適化を図れば良い。また、使用す
るダイヤモンド針の先端の形状や被切断材料と針との接
触の箇所の点数も、得られる素子側面のPV値に影響を
与えるので注意を要する。一般的には、針圧を劈開する
に足り得る範囲内で出来得る限り軽減し、ダイシング速
度は遅くするのが望ましい。
In order to obtain the element side surface having such a PV value after the dicing step, for example, when a diamond needle is used for dicing, the needle pressure, the dicing speed, the angle with the material to be cut, etc. The basic factors involved may be optimized. In addition, the shape of the tip of the diamond needle to be used and the number of points at the point of contact between the material to be cut and the needle also affect the PV value on the side surface of the obtained element, so care must be taken. Generally, it is desirable to reduce the stylus pressure as much as possible within a range sufficient for cleavage and slow the dicing speed.

【0021】ここで、10μm未満の平坦性を有しなが
らも、素子側面の平坦度に差異が生ずるのは、主にダイ
シングラインの形成方向、即ち III−V族化合物半導体
結晶が劈開性を呈する[110]結晶軸にダイシングラ
インを如何に平行に形成するかにも依っている。この劈
開方向に合致している場合程、側面の表面粗さが小さい
素子が得られる。また、ダイシングラインはスクライブ
時のスクライバーをこのラインに沿って走行させる必要
があるため、或る程度の線幅を持っている。従って、ダ
イシングラインを劈開方向に正確に合致させて形成した
場合でも、ダイシングラインの線幅内でスクライバーの
走行方向が変化する。スクライバーの走行方向も正確に
劈開方向に合致させるのが良い。具体的には劈開を呈す
結晶軸方向に対し、角度にして±0.5度以内に合致さ
せると好結果が得られる。
Here, the difference in the flatness of the side surface of the device even though the flatness is less than 10 μm is mainly due to the dicing line forming direction, that is, the III-V group compound semiconductor crystal exhibits the cleavage property. It also depends on how the dicing line is formed parallel to the [110] crystal axis. The closer to the cleavage direction, the smaller the surface roughness of the side surface of the device. Further, the dicing line has a certain line width because the scriber at the time of scribing needs to run along this line. Therefore, even when the dicing line is formed so as to be exactly aligned with the cleavage direction, the traveling direction of the scriber changes within the line width of the dicing line. It is good to match the traveling direction of the scriber exactly with the cleavage direction. Specifically, good results are obtained when the angle is matched within ± 0.5 degrees with respect to the crystal axis direction which exhibits cleavage.

【0022】一方、個別素子への分離時に上述の如くの
操作をせず、素子を構成する側面の表面を従来のように
チッピングを有するままに粗く加工し、然る後、エッチ
ング等を施して素子側面のPV値を10μm未満とした
ところで、ホール素子としての電子移動度の低下が防止
される訳ではない。あくまでも高電子移動度を発現する
GaInAs/InPヘテロ接合部を、素子分離時の機
械的衝撃や圧力等に因る破壊から保護することが肝要で
ある。慎重なダイシング加工を施し素子側面の平坦度を
適正範囲に納めることが肝要であって、分離に際し一旦
破壊された母体材料に含まれているヘテロ接合の特性
は、後工程で単に側面の表層部のみを平坦化したところ
で回復するに至らないからである。
On the other hand, at the time of separation into individual elements, the above-mentioned operation is not performed, but the surface of the side surface constituting the element is roughly processed with chipping as in the conventional case, and then, etching or the like is performed. When the PV value on the side surface of the device is less than 10 μm, the electron mobility of the Hall device is not prevented from being lowered. It is essential to protect the GaInAs / InP heterojunction that exhibits high electron mobility from damage due to mechanical shock or pressure during element isolation. It is important to perform careful dicing to keep the flatness of the element side surface within an appropriate range, and the characteristics of the heterojunction contained in the base material that was once destroyed during separation are simply the side surface layer in the subsequent process. This is because the recovery cannot be achieved by flattening only this.

【0023】[0023]

【作用】また、一般的にダイシングラインは互いに直交
する劈開の方向に形成される。これは、ダイシングによ
り素子を分離するに際し、ダイシング治具に必要以上の
機械的な圧力をかけなくても、劈開という結晶が本来有
する性質を利用して素子の分離が果たせるからである。
III−V族化合物半導体結晶にとって、劈開の方向は
[110]であることから、通常、<0バー11>と<
0バー1バー1>に沿ってダイシング溝が形成される。
この溝に沿ってダイヤモンド針などのダイシング治具を
通過させる訳である。しかしエッチングにより溝を形成
するに際し、結晶方位に依って溝の断面形状に差が生ず
る。具体的に説明すると<0バー11>方向に沿って形
成した溝の断面は逆三角形状のいわゆる順メサとなり、
<0バー1バー1>方位に平行に形成されたダイシング
ライン溝の断面形状は、三角形状のエッチングの深さ方
向に向かって底面が末広がりとなるいわゆる逆メサとな
る。この様な溝の断面形状とダイシング後に得られる素
子の側面のPV値との関係を探ると、順メサを呈する断
面に沿ったスクライブにあっては、逆メサ断面のライン
のスクライブ面のPV値に比較し、PV値の大きい表
面、即ち粗度の粗い表面が得られることが多い。これ
は、ある角度をもって傾斜している結晶面から構成され
る順メサの溝を利用したスクライブでは、ダイヤモンド
針などのダイシング治具が当たる面が傾斜しているの
で、ダイヤモンド針の接触地点が安定しないためであ
る。
The dicing lines are generally formed in the cleavage directions orthogonal to each other. This is because, when the elements are separated by dicing, the elements can be separated by utilizing the intrinsic property of the crystal called cleavage, which is a property that the crystal originally has, without applying excessive mechanical pressure to the dicing jig.
For the III-V group compound semiconductor crystal, the cleavage direction is [110], so that it is usually <0 bar 11> and <0 bar 11>.
A dicing groove is formed along 0 bar 1 bar 1>.
A dicing jig such as a diamond needle is passed along this groove. However, when forming the groove by etching, a difference occurs in the cross-sectional shape of the groove depending on the crystal orientation. More specifically, the cross section of the groove formed along the <0 bar 11> direction is an inverted triangular shape, so-called forward mesa,
The cross-sectional shape of the dicing line groove formed in parallel with the <0 bar 1 bar 1> orientation is a so-called reverse mesa whose bottom surface widens toward the depth direction of the triangular etching. By investigating the relationship between the cross-sectional shape of such a groove and the PV value of the side surface of the element obtained after dicing, in the case of scribing along a cross section showing a forward mesa, the PV value of the scribe surface of the line of the reverse mesa cross section In comparison with the above, a surface having a large PV value, that is, a surface having a rough surface is often obtained. This is because in a scribe that uses a groove of a forward mesa composed of crystal planes that are inclined at a certain angle, the contact surface of the diamond needle is stable because the surface that the dicing jig such as the diamond needle contacts is inclined. This is because it does not.

【0024】即ち、図6(a)に順メサの溝(601)
を模式的に示す。この場合ダイシング治具(604)の
僅かな移動(図6中に矢印でその移動方向を示す。)に
伴って、治具(604)が接触する点が異なることとな
り、或る場合は結晶面(602)が交わる溝の底部(6
03)にダイヤモンド針(604)が接触し、或る時は
また結晶面(602)の傾斜面に接触することもあり、
ダイシング点が安定せず、結果として逆メサ状のライン
のダイシシングによるPV値に比較し悪化するというこ
とになる。逆に、逆メサのダイシング溝の場合にあって
は、図6(b)に模式的に示す如く、傾斜した結晶面
(602)が存在するものの、末広がりの形状で且つメ
サの低面(605)は傾斜しておらず、ほぼ水平となっ
ている。このため、ダイシング治具(604)が多少移
動しても、治具(604)とメサ底面(605)との接
触は安定しており、変動の少ないPV値が得られる。従
って、本発明に係わるPV値を得るに当たっては、順メ
サを呈するラインのスクライブに於いてPV値10μm
未満とすれば、自ずと逆メサラインのスクライブに依っ
てもたらされるPV値は本発明の規定を満たすこととな
る。以上のように素子を構成する半導体の表面粗さを規
制することにより、結晶中への歪の量を低減させ、もっ
て不平衡率の低減と当該ヘテロ接合が本来有す高移動度
特性等を保持できる作用を有す。
That is, the groove (601) of the forward mesa is shown in FIG. 6 (a).
Is schematically shown. In this case, a slight movement of the dicing jig (604) (the moving direction is indicated by an arrow in FIG. 6) is different in that the jig (604) contacts, and in some cases, the crystal plane The bottom (6) of the groove where (602) intersect
03) is brought into contact with the diamond needle (604), and in some cases also comes into contact with the inclined surface of the crystal plane (602),
The dicing point is not stable, and as a result, it becomes worse than the PV value due to the dicing of the inverted mesa line. On the other hand, in the case of the reverse mesa dicing groove, as shown schematically in FIG. 6B, although there is an inclined crystal plane (602), it has a divergent shape and a lower surface of the mesa (605). ) Is not inclined and is almost horizontal. Therefore, even if the dicing jig (604) moves to some extent, the contact between the jig (604) and the mesa bottom surface (605) is stable, and a PV value with little fluctuation can be obtained. Therefore, in obtaining the PV value according to the present invention, the PV value is 10 μm in the scribe of the line exhibiting the forward mesa.
When it is less than the above, the PV value naturally caused by the scribe of the reverse mesa line satisfies the requirement of the present invention. By controlling the surface roughness of the semiconductor that constitutes the element as described above, the amount of strain in the crystal is reduced, and thus the reduction of the unbalance ratio and the high mobility characteristics originally possessed by the heterojunction are reduced. Has a function that can be retained.

【0025】[0025]

【実施例】ヘテロ接合ホール素子の一例としてGaIn
As/InPヘテロ接合を含むヘテロ接合ホール素子を
挙げ、本発明を実施例を基に詳細に説明する。 (実施例1)図1は本発明に係わるGaInAs/In
Pヘテロ接合を含むホール素子の模式的な平面図であ
る。また、図2は図1に示した平面模式図の破線A−
A’の方向に沿った垂直断面の概略図であり、且つまた
スクライブに依り個別の素子に分離された後の状態を示
す。エピタキシャルウエハの形成に当たっては、先ず鉄
(Fe)を添加してなる比抵抗が約106 Ω・cmで面
方位が(100)の半絶縁性高抵抗InP単結晶基板
(101)を使用し、第一の層としてアンドープInP
層(102)を約100nmの厚さでエピタキシャル成
長させた。該InP層(102)のキャリア濃度をホー
ル効果法により測定した結果、約2×1015cm-3であ
った。
EXAMPLES GaIn as an example of a heterojunction Hall element
The present invention will be described in detail with reference to examples with reference to a heterojunction Hall element including an As / InP heterojunction. (Example 1) FIG. 1 shows GaInAs / In according to the present invention.
It is a schematic plan view of a Hall element including a P heterojunction. 2 is a broken line A- of the schematic plan view shown in FIG.
FIG. 6 is a schematic view of a vertical cross section along the direction of A ′, and also after being separated into individual elements by scribe. In forming an epitaxial wafer, first, a semi-insulating high resistance InP single crystal substrate (101) having a specific resistance of about 10 6 Ω · cm and a plane orientation of (100), which is obtained by adding iron (Fe), is used. Undoped InP as first layer
Layer (102) was epitaxially grown to a thickness of about 100 nm. As a result of measuring the carrier concentration of the InP layer (102) by the Hall effect method, it was about 2 × 10 15 cm −3 .

【0026】然る後、上記のInP結晶層(102)上
にキャリア濃度が2×1016cm-3でGaの混晶比を0.
47としたアンドープn形Ga0.47In0.53As(10
3)を250nmの厚さに堆積した。尚、本実施例では
Ga0.47In0.53As(103)、InP結晶層(10
2)の双方共に、結合価が一価のシクロペンタジエニル
インジウム(C55 In)をIn源とする常圧MOV
PE法で成長させた。このn形Ga0.47In0.53Asエ
ピタキシャル成長層(103)の表面粗さは、PV値で
0.50μmであった。
After that, on the above InP crystal layer (102), the carrier concentration was 2 × 10 16 cm -3 and the Ga mixed crystal ratio was 0.1.
Undoped n-type Ga 0.47 In 0.53 As (10
3) was deposited to a thickness of 250 nm. In this example, Ga 0.47 In 0.53 As (103) and InP crystal layer (10
Both of 2), atmospheric pressure MOV using cyclopentadienyl indium (C 5 H 5 In) having a monovalent valence as an In source.
It was grown by the PE method. The surface roughness of the n-type Ga 0.47 In 0.53 As epitaxial growth layer (103) was 0.50 μm in PV value.

【0027】次に、Ga0.47In0.53As層(103)
を通常の有機フォトレジスト材で全面被覆し、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(104)をメサ形状に加工した。本実施例ではメ
サエッチング加工には無機酸を使用した。その後、Ga
0.47In0.53As層(103)の表面を再び有機レジス
ト材で全面に亘り被覆した。
Next, a Ga 0.47 In 0.53 As layer (103)
Was covered with a normal organic photoresist material, and then the well-known photolithography technology and etching technology were used to process the regions where the input / output electrodes were to be formed and the regions (104) to be the magnetic sensitive parts into mesa shapes. . In this example, an inorganic acid was used for the mesa etching process. Then Ga
The entire surface of the 0.47 In 0.53 As layer (103) was coated again with the organic resist material.

【0028】次に各々一対をなす入力電極(105)と
出力電極(106)を形成すべき領域に存在するレジス
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、Ga0.47In0.53As層(103)の表面を
露出させた。然る後、ゲルマニウム(Ge)を重量で約
13%程度含む金(Au)・Ge合金を真空蒸着した。
その後、当該ウエハを有機溶剤混合液に浸しレジスト材
を剥離すると同時に,蒸着によってレジスト材上に被着
した素子の製作上不要となるAu・Ge合金膜をリフト
オフ法で除去した。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
℃で数分間熱処理した。更に、入・出力用の電極(10
5及び106)と電気的に連結させてパッド電極(10
7)を各電極に設けた。該パッド電極(107)は、メ
サエッチングにより露出させたInP単結晶基板(10
1)の表層部に載置した。これはアロイング時にGa
0.47In0.53As層(103)やInP層(102)の
ヘテロ接合部に、直接歪が導入されるのを防止するため
である。更に、上記工程を経たヘテロ接合材料の表面の
入・出力電極部以外の領域を、プラズマCVD法により
二酸化珪素膜(108)で被覆した。また酸化膜の堆積
膜厚は約400nmとした。
Next, only the resist material existing in the regions where the pair of input electrodes (105) and output electrodes (106) are to be formed is removed by using a known photolithography technique, and Ga 0.47 In 0.53 As is removed. The surface of layer (103) was exposed. Then, a gold (Au) .Ge alloy containing germanium (Ge) by about 13% by weight was vacuum-deposited.
Then, the wafer was dipped in an organic solvent mixed solution to remove the resist material, and at the same time, the Au / Ge alloy film, which is unnecessary for manufacturing the element deposited on the resist material by vapor deposition, was removed by the lift-off method. Next, in order to obtain an ohmic electrode, the wafer on which the alloy film to be the electrode is adhered is heated to a temperature of 420.
It was heat-treated at ℃ for several minutes. Furthermore, input / output electrodes (10
5 and 106) and electrically connected to the pad electrode (10
7) was provided on each electrode. The pad electrode (107) is an InP single crystal substrate (10 exposed by mesa etching).
It was placed on the surface layer of 1). This is Ga when alloying
This is to prevent the strain from being directly introduced into the heterojunction of the 0.47 In 0.53 As layer (103) and the InP layer (102). Further, a region other than the input / output electrode portions on the surface of the heterojunction material that has undergone the above steps was covered with a silicon dioxide film (108) by a plasma CVD method. The thickness of the oxide film deposited was about 400 nm.

【0029】更に、素子の表面全体を再び一般のフォト
レジスト材で覆い、ウエハの全面に形成されたホール素
子を単体に分離しホール素子チップとなすための、ダイ
シングライン(109)を互いに直交する<0バー11
>と<0バー1バー1>結晶軸方向に平行に形成すべく
パターニングを施した。然る後、ダイシングライン(1
09)に相当する部分に於いて、ラインの直下に存在す
る酸化膜(108)、Ga0.47In0.53As層(10
3)並びにInPバッファ層(102)を順次エッチン
グにより除去した。更に、エッチングを進め、InP単
結晶基板(101)の表層部に至る迄構成材料を除去
し、ダイシングライン(109)となした。然る後、ス
クライビング装置を使用して母体材料の一主面に形成し
たGaInAsホール素子を個別の素子に分離した。こ
の分離に当たっては、先端に多面体形状のダイヤモンド
粒を具備したダイヤモンド針を使用した。このダイヤモ
ンド針の上記ダイシングライン(109)に対する接触
角度θは水平方向に対し80度の角度に設定した。ま
た、針圧は11g/cm2 に設定した。この分離条件下
で得られたGaInAsホール素子を構成する側面(1
10)の平坦度は、PV値で表すと最低で2μm、最大
で9.8μmであり、検査に供した全数の素子が10μ
m未満の値を有していた。
Further, the dicing lines (109) for covering the entire surface of the device with a general photoresist material again and separating the Hall devices formed on the entire surface of the wafer into individual Hall device chips are orthogonal to each other. <0 bar 11
> And <0 bar 1 bar 1> were patterned to be formed parallel to the crystal axis direction. After that, the dicing line (1
09), the oxide film (108) immediately below the line, the Ga 0.47 In 0.53 As layer (10)
3) and the InP buffer layer (102) were sequentially removed by etching. Further, the etching was advanced to remove the constituent materials up to the surface layer portion of the InP single crystal substrate (101) to form a dicing line (109). After that, a GaInAs Hall element formed on one main surface of the base material was separated into individual elements by using a scribing device. At the time of this separation, a diamond needle having a polyhedral diamond grain at its tip was used. The contact angle θ of the diamond needle with the dicing line (109) was set to an angle of 80 degrees with respect to the horizontal direction. The needle pressure was set to 11 g / cm 2 . The side surface (1) that constitutes the GaInAs Hall element obtained under this separation condition
The flatness of 10) is 2 μm at minimum and 9.8 μm at maximum when expressed by PV value, and the total number of elements subjected to inspection is 10 μm.
It had a value of less than m.

【0030】このようにして得たホール素子の電気特
性、特に室温電子移動度を従来のホール素子と比較して
図3に示した。従来のホール素子素子とはGaInAs
感磁部層の表面平坦度がPV値で0.8〜1.5μm
で、素子側面の粗度はPV値で25μmのホール素子を
指す。図3に示すように本発明のホール素子は素子化前
後における母体材料の電子移動度の劣化は認められなか
った。これに対して従来のホール素子では分離加工前の
平均室温電子移動度が10,000cm2 /V・Sであ
ったものが、分離加工後には8,000cm2 /V・S
と約20%の低下を示した。更に、低温から高温に至る
熱的サイクルの履行による環境信頼性試験の結果では、
本発明に係る平坦性を備えたGaInAsホール素子に
あっては、試験に供したホール素子の93%は特性上の
変化が認められなかった。一方、これとは対照的に従来
のホール素子にあっては、当該環境試験に於いては特性
が悪化し合格率は78%程度に滞まり、信頼性の点から
も本発明は従来例に比較し優位であるのが如実に示され
た。
The electrical characteristics of the thus obtained Hall element, particularly room temperature electron mobility, are shown in FIG. 3 in comparison with those of the conventional Hall element. What is a conventional Hall element? GaInAs
The surface flatness of the magnetic sensing part layer is 0.8 to 1.5 μm in PV value.
The roughness of the side surface of the element means a Hall element having a PV value of 25 μm. As shown in FIG. 3, in the Hall element of the present invention, no deterioration in electron mobility of the base material was observed before and after device formation. On the other hand, in the conventional Hall element, the average room temperature electron mobility before the separation processing was 10,000 cm 2 / V · S, but after the separation processing, it was 8,000 cm 2 / V · S.
And a decrease of about 20%. Furthermore, according to the result of the environmental reliability test by implementing the thermal cycle from low temperature to high temperature,
In the GaInAs Hall element having flatness according to the present invention, 93% of the Hall elements tested did not show any change in characteristics. On the other hand, in contrast to this, in the conventional Hall element, in the environmental test, the characteristics deteriorate and the pass rate is delayed to about 78%, and the present invention is also a conventional example from the viewpoint of reliability. It was clearly shown that they were superior in comparison.

【0031】(実施例2)ここでは、InPと格子整合
しないGaInAsを含むヘテロ接合系からなる、Ga
InAs/InP格子不整合ヘテロ接合ホール素子につ
いて実施例を基に具体的に説明する。GaInAs/I
nP格子不整合ヘテロ構造ホール素子の平面は図1と同
様である。断面の模式図を図7に示す。図中(701)
は当該ヘテロ接合を形成するにあたり、基板として使用
した鉄(Fe)を添加してなる面方位が(100)の半
絶縁性のInP単結晶である。当該基板結晶の厚みは約
350μmであった。本実施例では比抵抗が約107 Ω
・cmの結晶を用いた。図中(702)は結晶基板(7
01)上に実施例1と同様の条件で成長させたInPエ
ピタキシャル結晶層である。
(Embodiment 2) Here, Ga is composed of a heterojunction system containing GaInAs that does not lattice match with InP.
The InAs / InP lattice mismatched heterojunction Hall element will be specifically described based on Examples. GaInAs / I
The plane of the nP lattice mismatch heterostructure Hall element is the same as that in FIG. A schematic view of the cross section is shown in FIG. In the figure (701)
Is a semi-insulating InP single crystal having a plane orientation of (100) added with iron (Fe) used for forming the heterojunction. The substrate crystal had a thickness of about 350 μm. In this embodiment, the specific resistance is about 10 7 Ω.
A cm crystal was used. In the figure, (702) is a crystal substrate (7
01) is an InP epitaxial crystal layer grown under the same conditions as in Example 1.

【0032】次に、InP層(702)上に、InPと
格子整合する混晶比が0.47で約10nmの膜厚を有
するn形のGa0.47In0.53Asエピタキシャル層(7
03)を上記の常圧MOCVD成長法で設けた。この層
(703)のキャリア濃度はホール効果法に依れば2.
0×1016cm-3であった。更に、Ga0.47In0.53
sエピタキシャル層(703)上に、混晶比0.48の
Ga0.48In0.52As格子不整合層(704)を、膜厚
400nmで成長させた。Ga0.48In0.52As格子不
整合層(704)のキャリア濃度は上記のGa0.47In
0.53As層(703)とほぼ同じの1.9×1016cm
-3とした。この時点での同層のPV値は0.074μm
であった。また、この状態での不平衡率は約±5%であ
った。然る後、このウエハを同一の薄膜成長装置内で温
度700℃で25分間、Asを含む雰囲気下で熱処理を
施した。これにより同層(704)の表面のPV値は
0.036μm程度に迄改善された。その後、Ga0.48
In0.52As層(704)上に上記のGa0.47In0.53
As層(703)と同様のキャリア濃度を有するGa
0.47In0.53As層(705)を成長させた。同層の膜
厚は380nmとした。同層(705)の表面、即ち、
積層構造の最表面のPV値は0.040μmであった。
Next, on the InP layer (702), an n-type Ga 0.47 In 0.53 As epitaxial layer (7 having a mixed crystal ratio of 0.47 and a film thickness of about 10 nm, which lattice-matches with InP, is formed.
03) was provided by the atmospheric pressure MOCVD growth method described above. The carrier concentration of this layer (703) is 2. according to the Hall effect method.
It was 0 × 10 16 cm −3 . Furthermore, Ga 0.47 In 0.53 A
On the s epitaxial layer (703), a Ga 0.48 In 0.52 As lattice mismatch layer (704) having a mixed crystal ratio of 0.48 was grown to a film thickness of 400 nm. The carrier concentration of the Ga 0.48 In 0.52 As lattice mismatch layer (704) is the same as that of Ga 0.47 In described above.
1.9 × 10 16 cm, which is almost the same as the 0.53 As layer (703)
-3 . PV value of the same layer at this point is 0.074 μm
Met. The unbalance rate in this state was about ± 5%. Then, this wafer was heat-treated in the same thin film growth apparatus at a temperature of 700 ° C. for 25 minutes in an atmosphere containing As. As a result, the PV value of the surface of the layer (704) was improved to about 0.036 μm. After that, Ga 0.48
The above Ga 0.47 In 0.53 is formed on the In 0.52 As layer (704).
Ga having a carrier concentration similar to that of the As layer (703)
A 0.47 In 0.53 As layer (705) was grown. The film thickness of the same layer was 380 nm. The surface of the same layer (705), that is,
The PV value of the outermost surface of the laminated structure was 0.040 μm.

【0033】この様な構造のウエハを使用して、実施例
1と同様の手順でホール素子に加工した。さらに実施例
1に記載の条件によってダイシングライン(708)に
沿ってダイシングを施し、側面のPV値が2〜9.5μ
mの個別チップとした。チップサイズは極く一般的な3
50μm×350μmとした。上述の如く作成したホー
ル素子を電気的な特性評価に供した。第1表に、評価し
た項目と特性値につき、本発明に係わる場合と従来例と
を対比させて示す。従来例とは、前記したGa0.47In
0.53As層内にGa0.48In0.52As格子不整合層を挿
入しているものの、熱処理を実施していない積層構造か
ら製作され、最表面のGaInAs層のPV値が0.5
8μmのヘテロ接合ホール素子を指す。第1表に示すよ
うに、本発明に係わるホール素子と従来のホール素子と
では不平衡率に顕著な差異が認められ、本発明の優位性
が示された。
Using the wafer having such a structure, a Hall element was processed in the same procedure as in Example 1. Further, dicing was performed along the dicing line (708) under the conditions described in Example 1, and the PV value of the side surface was 2 to 9.5 μ.
m individual chips. Chip size is very general 3
The size was 50 μm × 350 μm. The Hall element produced as described above was subjected to electrical characteristic evaluation. Table 1 shows the evaluated items and characteristic values in comparison with the case of the present invention and the conventional example. The conventional example is the above-mentioned Ga 0.47 In
Although the Ga 0.48 In 0.52 As lattice mismatch layer is inserted in the 0.53 As layer, the PV value of the outermost GaInAs layer is 0.5.
8 μm heterojunction Hall element. As shown in Table 1, a significant difference was found in the unbalance ratio between the Hall element according to the present invention and the conventional Hall element, indicating the superiority of the present invention.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】[0035]

【発明の効果】エピタキシャル成長層の表面及びダイシ
ング直後の基板側面の平坦性を規定することにより、高
感度で低不平衡率のホール素子の安定な供給がもたらさ
れる。本発明の実施例では、GaInAsとInPから
なるヘテロ接合ホール素子を例にして説明を加えたが、
本発明はこのホール素子に限定されず、他のヘテロ接合
を有するホール素子、例えばGaInAs/AlGaA
sやGaInAs/GaAsのヘテロ接合を有するヘテ
ロ接合ホール素子、或いはGaAs/GaInAs/A
lGaAsからなるダブルヘテロ接合からなるヘテロ接
合ホール素子にも応用できる。
By defining the flatness of the surface of the epitaxial growth layer and the side surface of the substrate immediately after dicing, a stable supply of the Hall element with high sensitivity and low unbalance rate can be obtained. In the embodiments of the present invention, the description has been given by taking the heterojunction Hall element made of GaInAs and InP as an example.
The present invention is not limited to this Hall element, and other Hall elements having a heterojunction, for example, GaInAs / AlGaA.
heterojunction Hall element having s or GaInAs / GaAs heterojunction, or GaAs / GaInAs / A
It can also be applied to a heterojunction Hall element composed of a double heterojunction composed of 1GaAs.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わるホール素子の模式的な平面図で
ある。
FIG. 1 is a schematic plan view of a Hall element according to the present invention.

【図2】図1に示すホール素子の破線A−A’に沿った
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the Hall element shown in FIG. 1 taken along the broken line AA ′.

【図3】個別素子へ分離前後の電子移動度の変化を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing changes in electron mobility before and after separation into individual devices.

【図4】PV値の概念を概略的に説明するための図であ
る。
FIG. 4 is a diagram for schematically explaining the concept of PV value.

【図5】素子側面のPV値と電子移動度との関係を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a PV value on the side surface of the device and electron mobility.

【図6】ダイシングラインの断面の概略図である。
(a)は順メサの場合、(b)は逆メサの場合を示す。
FIG. 6 is a schematic view of a cross section of a dicing line.
(A) shows the case of forward mesa, (b) shows the case of reverse mesa.

【図7】実施例2に示すホール素子の断面の模式図であ
る。
FIG. 7 is a schematic view of a cross section of the Hall element shown in Example 2.

【図8】熱処理前(a)及び熱処理後(b)のGaIn
Asエピタキシャル成長層の表面粗さを示す図である。
FIG. 8: GaIn before (a) and after (b) heat treatment
It is a figure which shows the surface roughness of an As epitaxial growth layer.

【図9】GaInAs最表面の粗さと不平衡率の絶対値
との関係を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the roughness of the outermost surface of GaInAs and the absolute value of the imbalance ratio.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(101) InP単結晶基板 (102) InP結晶層 (103) Ga0.47In0.53As結晶層 (104) メサ領域 (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 (110) ホール素子の側面 (601) スクライブ溝 (602) 順メサ形状を構成する傾斜した結晶面 (603) 傾斜した結晶面の交点に当たる溝の底部 (604) ダイシング治具 (605) 逆メサ形状を呈する溝の平坦な底面 (701) InP半絶縁性単結晶基板 (702) InP結晶層 (703) Ga0.47In0.53As層 (704) Ga0.48In0.54As層 (705) Ga0.47In0.53As層 (706) オーミック性入・出力電極 (707) SiO2 絶縁膜 (708) ダイシングライン(101) InP single crystal substrate (102) InP crystal layer (103) Ga 0.47 In 0.53 As crystal layer (104) Mesa region (105) Input electrode (106) Output electrode (107) Pad electrode (108) Oxide film (109) ) Dicing line (110) Side surface of the Hall element (601) Scribe groove (602) Slanted crystal plane (603) forming a normal mesa shape Bottom of groove corresponding to intersection of slanted crystal plane (604) Dicing jig (605) Flat bottom surface of groove having a reverse mesa shape (701) InP semi-insulating single crystal substrate (702) InP crystal layer (703) Ga 0.47 In 0.53 As layer (704) Ga 0.48 In 0.54 As layer (705) Ga 0.47 In 0.53 As layer (706) Ohmic input / output electrode (707) SiO 2 insulating film (708) Dicing line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−198877(JP,A) 特開 昭57−128087(JP,A) 特開 昭57−128086(JP,A) 特開 昭56−167378(JP,A) 特開 昭57−188890(JP,A) 特開 昭58−106883(JP,A) 特開 昭57−197884(JP,A) 特開 平6−350158(JP,A) 特開 平6−349887(JP,A) 特開 平2−97075(JP,A) 特開 昭52−87993(JP,A) 電総研ニュース,第511号,pp.6 −10 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 43/06 JICSTファイル(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-60-198877 (JP, A) JP-A-57-128087 (JP, A) JP-A-57-128086 (JP, A) JP-A-56- 167378 (JP, A) JP 57-188890 (JP, A) JP 58-106883 (JP, A) JP 57-197884 (JP, A) JP 6-350158 (JP, A) JP-A-6-349887 (JP, A) JP-A-2-97075 (JP, A) JP-A-52-87993 (JP, A) Electrotechnical Laboratory News, No. 511, pp. 6-10 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 43/06 JISST file (JOIS)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】GaInAsを含むヘテロ接合を具備して
なるホール素子において、感磁部層となるエピタキシャ
ル成長層の表面の粗さがPV値にて0.07μm未満で
あることを特徴とするホール素子。
1. A Hall element comprising a heterojunction containing GaInAs, wherein the surface roughness of an epitaxially grown layer serving as a magnetic sensing layer is less than 0.07 μm in PV value. .
【請求項2】ダイシング直後の素子の側面の粗さがPV
値にて10μm未満であることを特徴とする請求項1に
記載のホール素子。
2. The roughness of the side surface of the device immediately after dicing is PV.
The Hall element according to claim 1, wherein the value is less than 10 μm.
【請求項3】ヘテロ接合がヒ化ガリウム・インジウムと
リン化インジウムとからなることを特徴とする請求項1
または2に記載のホール素子。
3. The heterojunction comprises gallium indium arsenide and indium phosphide.
Alternatively, the hall element according to item 2.
【請求項4】ヘテロ接合がヒ化ガリウム・アルミニウム
とヒ化ガリウム・インジウムとからなることを特徴とす
る請求項1または2に記載のホール素子。
4. The Hall element according to claim 1, wherein the heterojunction is made of gallium arsenide / aluminum and gallium arsenide / indium arsenide.
【請求項5】ヘテロ接合がヒ化ガリウムとヒ化ガリウム
・インジウムとからなることを特徴とする請求項1また
は2に記載のホール素子。
5. The Hall element according to claim 1, wherein the heterojunction is composed of gallium arsenide and gallium indium arsenide.
【請求項6】ヘテロ接合がヒ化ガリウムと、ヒ化ガリウ
ム・アルミニウムおよびヒ化ガリウム・インジウムとか
らなるダブルヘテロ構造であることを特徴とする請求項
1または2に記載のホール素子。
6. The Hall element according to claim 1, wherein the heterojunction has a double heterostructure composed of gallium arsenide and gallium arsenide / aluminum and gallium arsenide / indium arsenide.
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