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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024068095
(43)【公開日】2024-05-17
(54)【発明の名称】ホール素子、ホールセンサ、及びホール素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
H10N 52/00 20230101AFI20240510BHJP
H10N 52/80 20230101ALI20240510BHJP
H10N 52/01 20230101ALI20240510BHJP
【ＦＩ】
H10N52/00 P
H10N52/80 D
H10N52/01
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023121358
(22)【出願日】2023-07-26
(31)【優先権主張番号】P 2022177865
(32)【優先日】2022-11-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】303046277
【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】服部 兼吾
【テーマコード（参考）】
5F092
【Ｆターム（参考）】
5F092AA05
5F092AA14
5F092AB01
5F092AC02
5F092BA06
5F092BA08
5F092BA15
5F092BA20
5F092BA21
5F092BA23
5F092BA34
5F092BA35
5F092BE23
5F092EA01
5F092FA03
5F092FA05
5F092GA03
(57)【要約】
【課題】ＳＮ比を向上する。
【解決手段】ホール素子１は、基板２、基板上で２次元電子ガス膜を形成する活性層３２、活性層の下側及び上側にそれぞれ積層される第１及び第２バッファ層３１，３３を含む積層体３、積層体上に形成された絶縁膜４、絶縁膜に設けられたコンタクトホール４ａ～４ｄを介して活性層にそれぞれ接続する電極６ａ～６ｄを備え、電極は、Ｘ軸方向に対向する電極６ａ，６ｂとＹ軸方向に対向する電極６ｃ，６ｄとを含み、２つの電極６ａ，６ｂが活性層に接続する接触領域３ａ，３ｂの離間距離、それらが対向する幅、及びそれらの間の領域のＹ軸方向への広がりから定められる形状因子と、２つの電極６ｃ，６ｄを活性層に接続する接触領域３ｃ，３ｄの離間距離、それらが対向する幅、及びそれらの間の領域のＸ軸方向への広がりから定められる形状因子との比が、活性層におけるＸ軸及びＹ軸方向のそれぞれに関する移動度の差に応じて定められる。
【選択図】図６
【解決手段】ホール素子１は、基板２、基板上で２次元電子ガス膜を形成する活性層３２、活性層の下側及び上側にそれぞれ積層される第１及び第２バッファ層３１，３３を含む積層体３、積層体上に形成された絶縁膜４、絶縁膜に設けられたコンタクトホール４ａ～４ｄを介して活性層にそれぞれ接続する電極６ａ～６ｄを備え、電極は、Ｘ軸方向に対向する電極６ａ，６ｂとＹ軸方向に対向する電極６ｃ，６ｄとを含み、２つの電極６ａ，６ｂが活性層に接続する接触領域３ａ，３ｂの離間距離、それらが対向する幅、及びそれらの間の領域のＹ軸方向への広がりから定められる形状因子と、２つの電極６ｃ，６ｄを活性層に接続する接触領域３ｃ，３ｄの離間距離、それらが対向する幅、及びそれらの間の領域のＸ軸方向への広がりから定められる形状因子との比が、活性層におけるＸ軸及びＹ軸方向のそれぞれに関する移動度の差に応じて定められる。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板上で２次元電子ガス膜を形成する活性層と、該活性層に対してそれぞれ下側及び上側に積層される第１バッファ層及び第２バッファ層と、を含む積層体と、
前記積層体上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜に設けられた開口を介して前記活性層にそれぞれ接続する４つの電極であり、２次元面内の第１方向に対向する２つの第１電極と前記第１方向に交差する第２方向に対向する２つの第２電極とを含む、４つの電極と、
を備え、前記絶縁膜に設けられた開口のうち、前記２つの第１電極を前記活性層に接続する２つの第１開口の離間距離（Ｌｉｎ）、前記２つの第１開口が対向する幅（Ｗｉｎ）、及び前記２つの第１開口間の領域の前記第２方向への広がりから定められる第１形状因子（Ｇｉｎ）と、前記２つの第２電極を前記活性層に接続する２つの第２開口の離間距離（Ｌｏｕｔ）、前記２つの第２開口が対向する幅（Ｗｏｕｔ）、及び前記２つの第２開口間の領域の前記第１方向への広がりから定められる第２形状因子（Ｇｏｕｔ）と、の比（Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ）が、前記活性層における前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれに関する移動度の差に応じて定められる、ホール素子。
前記基板上で２次元電子ガス膜を形成する活性層と、該活性層に対してそれぞれ下側及び上側に積層される第１バッファ層及び第２バッファ層と、を含む積層体と、
前記積層体上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜に設けられた開口を介して前記活性層にそれぞれ接続する４つの電極であり、２次元面内の第１方向に対向する２つの第１電極と前記第１方向に交差する第２方向に対向する２つの第２電極とを含む、４つの電極と、
を備え、前記絶縁膜に設けられた開口のうち、前記２つの第１電極を前記活性層に接続する２つの第１開口の離間距離（Ｌｉｎ）、前記２つの第１開口が対向する幅（Ｗｉｎ）、及び前記２つの第１開口間の領域の前記第２方向への広がりから定められる第１形状因子（Ｇｉｎ）と、前記２つの第２電極を前記活性層に接続する２つの第２開口の離間距離（Ｌｏｕｔ）、前記２つの第２開口が対向する幅（Ｗｏｕｔ）、及び前記２つの第２開口間の領域の前記第１方向への広がりから定められる第２形状因子（Ｇｏｕｔ）と、の比（Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ）が、前記活性層における前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれに関する移動度の差に応じて定められる、ホール素子。
【請求項2】
前記２つの第１開口間の領域の前記第２方向への広がりは、前記２つの第２開口の離間距離（Ｌｏｕｔ）により与えられ、前記２つの第２開口間の領域の前記第１方向への広がりは、前記２つの第１開口の離間距離（Ｌｉｎ）により与えられる、請求項１に記載のホール素子。
【請求項3】
前記第１形状因子はＧｉｎ＝２Ｌｉｎ／（Ｗｉｎ＋Ｌｏｕｔ）で与えられ、前記第２形状因子はＧｏｕｔ＝２Ｌｏｕｔ／（Ｗｏｕｔ＋Ｌｉｎ）で与えられ、
前記活性層内の結晶粒界の並びが前記第２方向に向けられている場合に、Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ＝１．００２～１．０４２である、請求項２に記載のホール素子。
前記活性層内の結晶粒界の並びが前記第２方向に向けられている場合に、Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ＝１．００２～１．０４２である、請求項２に記載のホール素子。
【請求項4】
前記活性層内の結晶粒界の並びが前記第２方向に向けられている場合に、前記比（Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ）を１より大きくする、請求項１に記載のホール素子。
【請求項5】
前記４つの電極のうちの少なくとも１つに対応する開口は、対向する開口に一辺を向ける形状を有する、請求項１に記載のホール素子。
【請求項6】
前記対応する開口は、該開口と前記対向する開口とを結ぶ中心線に対して対象な形状を有する、請求項５に記載のホール素子。
【請求項7】
前記４つの電極のうちの少なくとも１つの電極は、前記電極に対応する開口から前記電極に対向する別の電極に向かって前記絶縁膜上に延設される、請求項１に記載のホール素子。
【請求項8】
前記活性層は、ＩｎＡｓを含み、前記第１バッファ層及び前記第２バッファ層の少なくとも一方はＡｌＧａＡｓＳｂを含む、請求項１に記載のホール素子。
【請求項9】
請求項１に記載のホール素子を備え、前記ホール素子の前記活性層に入る磁場の強度を検出するホールセンサ。
【請求項10】
基板上に、２次元電子ガス膜を形成する活性層と、該活性層に対してそれぞれ下側及び上側に積層される第１バッファ層及び第２バッファ層と、を含む積層体を形成する段階と、
前記積層体上に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜に開口を形成する段階と、
前記絶縁膜に設けられた開口を介して前記活性層にそれぞれ接続する４つの電極であり、２次元面内の第１方向に対向する２つの第１電極と前記第１方向に交差する第２方向に対向する２つの第２電極とを含む、４つの電極を形成する段階と、
を備え、前記絶縁膜に設けられた開口のうち、前記２つの第１電極を前記活性層に接続する２つの第１開口の離間距離（Ｌｉｎ）、前記２つの第１開口が対向する幅（Ｗｉｎ）、及び前記２つの第１開口間の領域の前記第２方向への広がりから定められる第１形状因子（Ｇｉｎ）と、前記２つの第２電極を前記活性層に接続する２つの第２開口の離間距離（Ｌｏｕｔ）、前記２つの第２開口が対向する幅（Ｗｏｕｔ）、及び前記２つの第２開口間の領域の前記第１方向への広がりから定められる第２形状因子（Ｇｏｕｔ）と、の比（Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ）が、前記活性層における前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれに関する移動度の差に応じて定められる、ホール素子の製造方法。
前記積層体上に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜に開口を形成する段階と、
前記絶縁膜に設けられた開口を介して前記活性層にそれぞれ接続する４つの電極であり、２次元面内の第１方向に対向する２つの第１電極と前記第１方向に交差する第２方向に対向する２つの第２電極とを含む、４つの電極を形成する段階と、
を備え、前記絶縁膜に設けられた開口のうち、前記２つの第１電極を前記活性層に接続する２つの第１開口の離間距離（Ｌｉｎ）、前記２つの第１開口が対向する幅（Ｗｉｎ）、及び前記２つの第１開口間の領域の前記第２方向への広がりから定められる第１形状因子（Ｇｉｎ）と、前記２つの第２電極を前記活性層に接続する２つの第２開口の離間距離（Ｌｏｕｔ）、前記２つの第２開口が対向する幅（Ｗｏｕｔ）、及び前記２つの第２開口間の領域の前記第１方向への広がりから定められる第２形状因子（Ｇｏｕｔ）と、の比（Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ）が、前記活性層における前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれに関する移動度の差に応じて定められる、ホール素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ホール素子、ホールセンサ、及びホール素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
磁気センサの一種であるホール素子として、２次元電子ガス膜を形成する活性層を採用することで駆動電圧に対して生成される出力電圧の割合、すなわち感度を向上し、活性層を含む積層体上に絶縁膜を介して電極（ＵＰ）を設けることで低ノイズ化し、それによりＳＮ比の向上を図った２次元電子ガス膜－ＵＰ型のホール素子が考えられる。斯かる、ＵＰ型のホール素子は、例えば、特許文献１に開示されている。
特許文献１ 特開２０１８－１６０６３１号公報
特許文献１ 特開２０１８－１６０６３１号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
本発明の第１の態様においては、基板と、前記基板上で２次元電子ガス膜を形成する活性層と、該活性層に対してそれぞれ下側及び上側に積層される第１バッファ層及び第２バッファ層と、を含む積層体と、前記積層体上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜に設けられた開口を介して前記活性層にそれぞれ接続する４つの電極であり、２次元面内の第１方向に対向する２つの第１電極と前記第１方向に交差する第２方向に対向する２つの第２電極とを含む、４つの電極と、を備え、前記絶縁膜に設けられた開口のうち、前記２つの第１電極を前記活性層に接続する２つの第１開口の離間距離（Ｌｉｎ）、前記２つの第１開口が対向する幅（Ｗｉｎ）、及び前記２つの第１開口間の領域の前記第２方向への広がりから定められる第１形状因子（Ｇｉｎ）と、前記２つの第２電極を前記活性層に接続する２つの第２開口の離間距離（Ｌｏｕｔ）、前記２つの第２開口が対向する幅（Ｗｏｕｔ）、及び前記２つの第２開口間の領域の前記第１方向への広がりから定められる第２形状因子（Ｇｏｕｔ）と、の比（Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ）が、前記活性層における前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれに関する移動度の差に応じて定められる、ホール素子が提供される。
【0004】
本発明の第２の態様においては、第１の態様のホール素子を備え、前記ホール素子の前記活性層に入る磁場の強度を検出するホールセンサが提供される。
【0005】
本発明の第３の態様においては、基板上に、２次元電子ガス膜を形成する活性層と、該活性層に対してそれぞれ下側及び上側に積層される第１バッファ層及び第２バッファ層と、を含む積層体を形成する段階と、前記積層体上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜に開口を形成する段階と、前記絶縁膜に設けられた開口を介して前記活性層にそれぞれ接続する４つの電極であり、２次元面内の第１方向に対向する２つの第１電極と前記第１方向に交差する第２方向に対向する２つの第２電極とを含む、４つの電極を形成する段階と、を備え、前記絶縁膜に設けられた開口のうち、前記２つの第１電極を前記活性層に接続する２つの第１開口の離間距離（Ｌｉｎ）、前記２つの第１開口が対向する幅（Ｗｉｎ）、及び前記２つの第１開口間の領域の前記第２方向への広がりから定められる第１形状因子（Ｇｉｎ）と、前記２つの第２電極を前記活性層に接続する２つの第２開口の離間距離（Ｌｏｕｔ）、前記２つの第２開口が対向する幅（Ｗｏｕｔ）、及び前記２つの第２開口間の領域の前記第１方向への広がりから定められる第２形状因子（Ｇｏｕｔ）と、の比（Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ）が、前記活性層における前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれに関する移動度の差に応じて定められる、ホール素子の製造方法が提供される。
【0006】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】本実施形態に係るホール素子の全体構成を斜視において示す。
【図1B】ホール素子の分解構成を斜視において示す。
【図1C】ホール素子の上面構成を上面視において示す。
【図2A】本実施形態に係るホール素子を備えるホールセンサの全体構成を上面視において示す。
【図3】本実施形態に係るホール素子の製造フローを示す。
【図4A】ホール素子の製造フローの基板準備工程における素子の状態を示す。
【図4B】ホール素子の製造フローの積層体形成工程における素子の状態を示す。
【図4C】ホール素子の製造フローの開口形成工程における素子の状態を示す。
【図4D】ホール素子の製造フローの誘電体膜形成工程における素子の状態を示す。
【図4E】ホール素子の製造フローの誘電体膜のエッチング工程における素子の状態を示す。
【図4F】ホール素子の製造フローの積層体のエッチング工程における素子の状態を示す。
【図4G】ホール素子の製造フローの保護膜形成工程における素子の状態を示す。
【図4H】ホール素子の製造フローのコンタクトホール形成工程における素子の状態を示す。
【図4I】ホール素子の製造フローの電極形成工程における素子の状態を示す。
【図5】インジウム砒素（ＩｎＡｓ）結晶の異方性を示す。
【図6】活性層の上面の状態、疑似ＧＣ形状及びそのサイズパラメータを示す。
【図7A】形状因子比の変化の一例を示す。
【図7B】形状因子比の変化の別の例を示す。
【図8A】形状因子比に対する定電圧感度の異方性のシミュレーション結果及び測定結果を示す。
【図8B】定電圧感度の異方性のシミュレーションで使用したコンタクトホール（接触領域）のパターンを示す。
【図8C】シミュレーションで使用したパラメータの数値範囲を示す。
【図9】実施例及び比較例に係るホール素子における感度異方性の測定結果を示す。
【図10】ホール素子の感度異方性のシミュレーション結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0009】
図１Ａから図１Ｄに、本実施形態に係るホール素子１の構成を示す。ここで、図１Ａは、ホール素子１の全体構成を斜視において示し、図１Ｂは、ホール素子１の分解構成を斜視において示し、図１Ｃは、ホール素子１の上面構成を上面視において示し、図１Ｄは、図１Ｃにおける基準線ＤＤ（すなわち、対向する電極６ａ，６ｂの中心を結ぶ基準線）に関するＸＺ断面上でのホール素子１の内部構成を示す。ホール素子１は、対向する電極、例えば電極６ａ，６ｂ間に駆動電圧を印加して素子本体に電流を流した際に、別の対向する電極、すなわち電極６ｃ，６ｄ間に発生するホール起電力を検出することで、電極６ａ，６ｂの対向方向及び電極６ｃ，６ｄの対向方向のそれぞれに直交する方向に関する磁場強度を検出する素子である。
【0010】
ここで、ホール素子において、活性層の材料としてインジウム砒素（ＩｎＡｓ）を用いることで、超高移動度を有する２次元電子ガス膜（超高移動度膜とも呼ぶ）を形成することができる。しかし、超高移動度膜は、その結晶構造により２次元面内の一軸方向に成長し、これに交差する軸方向に粒界が生じることで、２つの軸方向で異なる移動度を呈し、これに伴って感度の異方性が生じてノイズの原因となることが予想される。ホール素子１は、基板２、積層体３、絶縁膜４、複数の電極６ａ～６ｄを備える。
【0011】
基板２は、素子本体である積層体３を形成するための基材であり、例えばガリウム砒素（ＧａＡｓ）のような化合物半導体を含む半導体基板を採用することができる。基板２は、上面視正方形状又は略正方形状を有する。なお、後述する電極６ａ，６ｂが対向して配置される基板２上の対角線方向をＸ軸方向とし、これに交差（本実施形態では直交）する方向であり、後述する電極６ｃ，６ｄが対向して配置される基板２上の別の対角線方向をＹ軸方向とし、これらのＸ軸及びＹ軸方向に直交する基板２の厚み方向をＺ軸方向とする。
【0012】
積層体３は、基板２上に支持される素子本体である。積層体３は、基板２よりいくらか小さい上面視正方形状又は略正方形状を有する。後述するように電極６ａ～６ｄを積層体３の上に配置することで、基板２の上面のほぼ全域に積層体３（活性層３２）を広げることができ、それにより電流集中が緩和されて低ノイズ化を図ることができる。積層体３は、活性層３２、第１バッファ層３１及び第２バッファ層３３を含む。
【0013】
活性層（感磁面とも呼ぶ）３２は、ホール起電力を生成する層であり、例えばインジウム砒素（ＩｎＡｓ）のような化合物半導体を含んで膜厚１５ｎｍで製膜される。活性層３２は、相対的に低いエネルギ伝導帯を有する。活性層３２の上面上において、後述する絶縁膜４のコンタクトホール４ａ～４ｄの内側に位置し、それらと同形状（又は相似する形状）の領域を接触領域３ａ～３ｄと呼ぶ。接触領域３ａ～３ｄにおいて、電極６ａ～６ｄが活性層３２に接続される。なお、接触領域３ａ～３ｄの上面視形状（本例においては三角形状）における少なくとも１つの角を丸くすることで、接触領域３ａ～３ｄにおいて電極６ａ～６ｄ及び活性層３２の間に流れる電流が領域端部に集中するのを緩和することができる。
【0014】
第１バッファ層３１及び第２バッファ層３３は、基板２と活性層３２との間の格子不整合を緩和するための層であり、例えばＩｎＡｓに近い格子定数を有するＡｌＧａＡｓＳｂのような化合物半導体を含んでそれぞれ膜厚６００ｎｍ及び３５ｎｍで製膜される。第１バッファ層３１及び第２バッファ層３３は、相対的に高い、例えば活性層３２より１．３ｅＶ程高いエネルギ伝導帯を有する。
【0015】
基板２上で、第１バッファ層３１及び第２バッファ層３３を活性層３２に対してそれぞれ下側及び上側に積層することで（斯かる積層構造の積層体３を超高移動度膜と呼ぶ）、活性層３２は、電子が不純物拡散されず、例えば２００００ｃｍ２／Ｖｓ以上の高移動度を有する２次元電子ガス膜を形成する。なお、第２バッファ層３３にコンタクトホール４ａ～４ｄを形成するための開口が設けられる。
【0016】
なお、第１バッファ層３１及び第２バッファ層３３は、同一の材料に限らず、異なる材料を用いて形成してもよい。さらに、第１バッファ層３１の下にＧａＡｓを含む膜厚１５０ｎｍのバッファ層、第２バッファ層３３の上にガリウム砒素アンチモニド（ＧａＡｓＳｂ）を含む膜厚１０ｎｍのバッファ層を設けてもよい。また、活性層３２を製造プロセスによるダメージから保護するよう、第２バッファ層３３の上に、例えばＧａＡｓを含むキャップ層を設けてもよい。
【0017】
絶縁膜４は、積層体３上に形成されて、特に活性層３２を絶縁し且つ腐食から保護するための膜体であり、１種以上の誘電体を含む。絶縁膜４は、酸化シリコン（ＳｉＯ）及び窒化シリコン（ＳｉＮ）のうちの少なくとも１つを含んでよい。また、低誘電率膜（ｌｏｗ－ｋ膜）、例えば、フッ化シリケートガラス（ＦＳＧ）、パリレン、炭素ドープＳｉＯ（ＳｉＯＣ）、フッ化炭化水素、テフロン（登録商標）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）、ハイドロジェンシルセスキオキサン（ＨＳＱ）、ポリイミド、芳香族炭化水素ポリマー（ＳｉＬＫ）、ポリアリレンエーテル（ＰＡＥ）、フッ化アモルファスカーボン、ポーラスシリカ等のうちの少なくとも１つを含んでよい。
【0018】
絶縁膜４は、一例として積層体３と同じ形状及び同じ大きさを有し、絶縁膜４の４つの角部近傍にＺ軸方向に貫通し、さらに第２バッファ層３３の開口を介して活性層３２の上面に到達するコンタクトホール４ａ～４ｄが形成されている。コンタクトホール４ａ～４ｄは、一例として上面視直角三角形状を有し、その２つの斜辺がなす頂点を絶縁膜４の角部に向け、２つの斜辺をそれぞれ絶縁膜４の２つの辺部と平行に並べ、底辺を対向する絶縁膜４の角部に向けて配置される。
【0019】
ここで、コンタクトホール４ａ～４ｄの形状は、上面視直角三角形状に限らず、三角形、四分円、扇形、四分楕円等、対向するコンタクトホール４ａ，４ｂ又は４ｃ，４ｄを結ぶ中心線（活性層３２の対角線）に対して対称な形状であってよい。ここで、三角形の底辺等、パターンの一辺を対向する開口に向けて配置される。それにより、対向するコンタクトホール４ａ，４ｂのそれぞれの一辺が、それらの間に電流が集中する矩形領域を形成する。対向する一辺は、外向きに（近接する活性層３２の角部に向かって）湾曲又は屈曲してもよい。
【0020】
本実施形態においては、絶縁膜４は、誘電体膜４１及び保護膜４２を含む。誘電体膜（ハードマスクとも呼ぶ）４１は、積層体３の全上面及び第２バッファ層３２の開口内に部分的に配置され、上述のコンタクトホール４ａ～４ｄが形成される。保護膜４２は、誘電体膜４１の上面上に成膜される。絶縁膜４の膜厚は、１３５ｎｍ以上、好ましくは２７０ｎｍ以上、より好ましくは５４０ｎｍ以上である。誘電体膜４１は例えばＳｉＯ、保護膜４２は例えばＳｉＮを用いてそれぞれ形成してよい。
【0021】
複数の電極６ａ～６ｄは、活性層３２に駆動電圧（又は駆動電流）を印加するための一軸方向に対向する２つの電極及び活性層３２において発生するホール起電力（ホール出力と呼ぶ）を検出するための一軸方向に交差する方向に対向する２つの電極を含む。本実施形態では、Ｘ軸方向に対向する２つの電極６ａ，６ｂ及びＹ軸方向に対向する２つの電極６ｃ，６ｄを含む。なお、ホール素子１の機能を説明するにあたって、２つの電極６ａ，６ｂを入力用（ｉｎ）の電極、２つの電極６ｃ，６ｄを出力用（ｏｕｔ）の電極とするが、２つの電極６ａ，６ｂは出力用の電極として、２つの電極６ｃ，６ｄは入力用の電極としても機能し、ホール素子１を、周期的に入力用の電極と出力用の電極を切り換えてスピニングカレント法のようなチョッピング動作をすることもできる。複数の電極６ａ～６ｄは、金、チタンのような金属、ポリシリコンのような導電性材料を用いて形成される。
【0022】
複数の電極６ａ～６ｄは、一例として上面視正方形状又は略正方形状を有し、絶縁膜４上の４つの角部近傍に配置され、それぞれコンタクトホール４ａ～４ｄを介して活性層３２の４つの角部近傍に電気的に接続される。各電極、例えば電極６ａは、上面視において、－Ｘ側の角部（－Ｘ角部）を絶縁膜４の－Ｘ側の角部及びコンタクトホール４ａ（又は接触領域３ａ）の頂点の間又はコンタクトホール４ａの頂点上に位置し、その－Ｘ角部をなす２つの辺部を絶縁膜４の２つの辺部及びコンタクトホール４ａ（又は接触領域３ａ）の２つの斜辺の間に平行に並べ又はコンタクトホール４ａの２つの斜辺に重ね、その－Ｘ角部に対向する＋Ｘ角部を対向する電極６ｂに向けて配置される。これにより、電極６ａの－Ｘ角部がコンタクトホール４ａの直上に配置され、＋Ｘ角部側の延設部分６ａ１が、コンタクトホール４ａ上から電極６ａに対向する電極６ｂに向かって絶縁膜４上に延設され、さらに電極６ａが、絶縁膜４に設けられたコンタクトホール４ａを介して活性層３２の－Ｘ側に接続される。
【0023】
なお、電極６ａ～６ｄの形状は、共通の形状に限らず、入力用の電極と出力用の電極とで異なる形状としてもよい。また、電極６ａ～６ｄは、絶縁膜４上に配置するに限らず、絶縁膜４上（すなわち、コンタクトホール４ａ～４ｄ）から基板２上に外向きに延設されてもよい。
【0024】
図２Ａ及び図２Ｂに、本実施形態に係るホール素子１を備えるホールセンサ１０の構成を示す。ここで、図２Ａはホールセンサ１０の全体構成を上面視において、ただしモールド部材１９を透過して示す。図２Ｂは、図２Ａの基準線ＢＢに関する断面上でのホールセンサ１０の内部構成を示す。ホールセンサ１０は、ホール素子１、保護層９、リード端子１２ａ～１２ｄ、ボンディングワイヤ１３ａ～１３ｄ、及びモールド部材１９を備える。本実施形態のホールセンサ１０は、一例として、図面左右方向に延びる立方体形状を有する。
【0025】
ホール素子１は先述のとおり構成される。ホール素子１は、センサ本体の中央に配置される。
【0026】
保護層９は、ホール素子１の下面に設けられて素子本体を保護する膜体である。保護層９は、銀ペーストのような導電性樹脂などの導体、エポキシ系の熱硬化型樹脂及び二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含む絶縁ペースト、ＳｉＮ、ＳｉＯ２などの絶縁体、又はシリコン（Ｓｉ）基板、ゲルマニウム（Ｇｅ）基板等、又はそれらの貼り合わせのような半導体を用いて形成することができる。
【0027】
リード端子１２ａ～１２ｄは、外部回路からホール素子１に駆動電圧を入力し、ホール素子１からのホール起電力を外部回路に出力するためのインタフェースである。リード端子１２ａ～１２ｄは、銅のような金属を用いて矩形板状に形成され、上面視においてセンサ本体の四隅に配置される。なお、リード端子１２ａ～１２ｄは、それぞれの下面に例えば錫（Ｓｎ）を含む外装めっき層１４ａ，１４ｃが設けられる。
【0028】
ボンディングワイヤ１３ａ～１３ｄは、ホール素子１の電極６ａ～６ｄをそれぞれリード端子１２ａ～１２ｄの上面に接続する部材である。ボンディングワイヤ１３ａ～１３ｄは、例えば金ワイヤのような導電性材料を用いて形成される。ボンディングワイヤ１３ａ～１３ｄ及びリード端子１２ａ～１２ｄを介して、ホール素子１を、外部回路に電気的に接続することができる。
【0029】
モールド部材１９は、ホール素子１、リード端子１２ａ～１２ｄ、及びボンディングワイヤ１３ａ～１３ｄを封止して、パッケージングする部材である。モールド部材１９は、エポキシ系の熱硬化型樹脂のようなリフロー時の高熱に耐え得る樹脂材料を用いて、ホール素子１等の上面側を覆って立方体形状に成形される。
【0030】
ホールセンサ１０は、リード端子１２ａ，１２ｂを介してホール素子１の電極６ａ，６ｂに駆動電圧を入力してリード端子１２ｃ，１２ｄを介してホール素子１の電極６ｃ，６ｄ間に発生するホール起電力を検出するとともに、リード端子１２ｃ，１２ｄを介してホール素子１の電極６ｃ，６ｄに駆動電圧を入力してリード端子１２ａ，１２ｂを介してホール素子１の電極６ａ，６ｂ間に発生するホール起電力を検出することで、ホール素子１の活性層３２に入る磁場の強度を検出する。ここで、駆動電圧を印加する方向（駆動方向と呼ぶ）を、電極６ａから電極６ｂに、電極６ｃから電極６ｄに、電極６ｂから電極６ａに、電極６ｄから電極６ｃにと周期的に切り換えることで（所謂、チョッピング動作）、ホール出力を高周波変調し、ノイズ或いはオフセット成分をフィルタリングしてＳＮ比を向上させることができる。
【0031】
図３に、本実施形態に係るホール素子１の製造フローを示す。
【0032】
ステップＳ１では、図４Ａに示すように、個片化された基板２を準備する。
【0033】
ステップＳ２では、図４Ｂに示すように、基板２上に積層体３を形成する。有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法及び分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により化合物半導体をエピタキシャル成長させることで、基板２上に順に第１バッファ層３１、活性層３２、及び第２バッファ層３３を積層する。それらの半導体材料、膜厚等の製造条件は、先述のとおりである。
【0034】
ステップＳ３では、図４Ｃに示すように、積層体３に開口を形成する。ここで、イオンミリングにより、上面視において積層体３の４つの角部近傍に、第２バッファ層３３を貫通し、活性層３２の一部にまで到達する開口がそれぞれ形成される。
【0035】
ステップＳ４では、図４Ｄに示すように、積層体３上に誘電体膜（ハードマスク）４１を形成する。プラズマ化学気相成膜（プラズマＣＶＤ）法により１種以上の誘電体を含んで製膜する。プラズマＣＶＤ法では、例えば４００ｋＨｚの高周波を印加して原料ガス及びキャリアガスをプラズマ化する。誘電体膜４１の材料、膜厚等の製造条件は、先述のとおりである。これにより、積層体３上に誘電体膜４１が製膜されるとともに第２バッファ層３３の開口内に膜材料が充填される。
【0036】
ステップＳ５では、図４Ｅに示すように、誘電体膜４１をエッチングする。ここで、誘電体膜４１上にレジストマスクを形成し、ドライエッチングにより上面視において誘電体膜４１の外縁を除去する。
【0037】
ステップＳ６では、図４Ｆに示すように、積層体３をエッチングする。ここで、誘電体膜４１をハードマスクとして用いてイオンミリングにより、上面視において積層体３の外縁を除去して、基板２上に積層体３及び誘電体膜４１の段差（メサ）を形成する。
【0038】
ステップＳ７では、図４Ｇに示すように、基板２及び誘電体膜４１上に保護膜４２を形成する。プラズマ化学気相成膜（プラズマＣＶＤ）法により１種以上の誘電体を含んで製膜する。プラズマＣＶＤ法では、例えば４００ｋＨｚの高周波を印加して原料ガス及びキャリアガスをプラズマ化する。保護膜４２の材料、膜厚等の製造条件は、先述のとおりである。これにより、誘電体膜４１及び保護膜４２を含む絶縁膜４が、積層体３上に形成される。
【0039】
ステップＳ８では、図４Ｈに示すように、誘電体膜４１及び保護膜４２（すなわち、絶縁膜４）の四隅近傍にそれぞれコンタクトホール４ａ～４ｄを形成する。ここで、上面視において、保護膜４２の上面の四隅のそれぞれにコンタクトホール４ａ～４ｄと同じ大きさ及び形状の開口を有する平面パターンを設け、これをマスクとして用いて誘電体膜４１及び保護膜４２をドライエッチングする。それにより、誘電体膜４１及び保護膜４２の四隅近傍に第２バッファ層３３の開口を介して活性層３２に到達する４つの上面視三角形状のコンタクトホール４ａ～４ｄが形成される。これに併せて、保護膜４２の外縁を除去する。
【0040】
ステップＳ９では、図４Ｉに示すように、保護膜４２の上面の四隅近傍にそれぞれ電極６ａ～６ｄを形成する。ここで、メッキ法、蒸着、スパッタリング等により導電性材料をコンタクトホール４ａ～４ｄ内に充填するとともに保護膜４２の上面上にパターンを形成することで、コンタクトホール４ａ～４ｄを介して活性層３２にそれぞれ接続する電極６ａ～６ｄを形成することができる。なお、電極６ａ，６ｂはＸ軸方向に対向し、電極６ｃ，６ｄはＸ軸方向に対向する。電極６ａ～６ｄの材料、形状、大きさ等の製造条件については先述のとおりである。これにより、ホール素子１の製造が完了する。
【0041】
図５に、ＩｎＡｓを用いて形成された活性層３２の結晶構造を示す。ＩｎＡｓは、結晶構造の異方性により特定の方向にエピタキシャル成長する。そのため、ＩｎＡｓの結晶は、その特定方向（図中の白抜き矢印の方向）には粒界が現れにくく、直交する方向（図中の黒塗り矢印の方向）に多くの粒界が現れる。結晶中を移動するキャリアが結晶粒界で散乱されることで、活性層３２の移動度は、特定方向について相対的に大きく且つ直交する方向（直交方向）について相対的に小さくなり、それにより移動度の異方性が生じる。
【0042】
一例として、ＧａＡｓ基板（基板２）上に、ＭＢＥ法により順に、膜厚５３０ｎｍのＡｌＧａＡｓＳｂバッファ層（第１バッファ層３１）、膜厚５２ｎｍのＩｎＡｓ活性層（活性層３２）、膜厚５３ｎｍのＡｌＧａＡｓＳｂバッファ層（第２バッファ層３３）、及び膜厚７ｎｍのＧａＡｓキャップ層を積層してホール素子１を製造し、サンプル数約２０００のホール素子１のそれぞれについて特定方向及び直交方向の移動度を測定した。特定方向の移動度の平均値２１４１３．５ｃｍ２／Ｖｓに対して直交方向の移動度の平均値２０８６０．３ｃｍ２／Ｖｓであり、移動度の異方性は２．６％であった。このように、ＩｎＡｓの場合、移動度の異方性は典型的に～２％である。
【0043】
本実施形態に係るホール素子１において、例えば、上記の特定方向をＸ軸方向、直交する方向をＹ軸方向に一致するように活性層３２の結晶方位を定める。電極６ａ～６ｄ（コンタクトホール４ａ～４ｄ又は接触領域３ａ～３ｄ）の配置及び形状をＸ軸方向及びＹ軸方向について対称に設計すると、移動度の異方性により、入力用の電極６ａ，６ｂに駆動電圧を入力して出力用の電極６ｃ，６ｄからホール起電力を検出する際の感度（ｉｎ方向の感度とも呼ぶ）と逆に出力用の電極６ｃ，６ｄに駆動電圧を入力して入力用の電極６ａ，６ｂからホール起電力を検出する際の感度（ｏｕｔ方向の感度と呼ぶ）との間に異方性が生じる。なお、感度は、駆動電圧に対するホール起電力の比であり、活性層３２内でのキャリアの移動度に比例する。この感度の異方性は、チョッピング動作においてホール出力（ホール起電力）を処理する場合にノイズの原因となり得る。
【0044】
活性層３２の移動度の異方性に伴うｉｎ方向及びｏｕｔ方向の間の感度の異方性は、例えば素子本体（すなわち、活性層３２）が上面視グリーククロス（ＧＣ）形状の場合のように活性層３２内を流れる電流の経路の幅が電極の離間方向にわたってほぼ一定の場合、電流経路の長さ及び幅、すなわち電極６ａ～６ｄと活性層３２とが接触する接触領域３ａ～３ｄ（コンタクトホール４ａ～４ｄの内側の領域）の離間距離及び対向幅を調整することで相殺又は抑制することができる。なお、接触領域３ａ～３ｄの離間距離はそれらの中心間距離で代用してもよい。対向幅は、互いに対向する電極６ａ，６ｂ又は６ｃ、６ｄが活性層３２と接触する接触領域３ａ，３ｂ又は３ｃ，３ｄ（又はコンタクトホール４ａ，４ｂ又は４ｃ，４ｄ）の互いに対向する一辺の幅であり、２つの電極６ａ，６ｂ又は６ｃ、６ｄが対向する方向に対して直交する方向に関する幅であってよい。
【0045】
例えば、ｉｎ方向の感度がｏｕｔ方向の感度より大きい場合、ｉｎ方向の２つの電極６ａ，６ｂが活性層３２と接触する接触領域３ａ，３ｂの離間距離を相対的に大きく（及び／又は対向幅を小さく）、ｏｕｔ方向の２つの電極６ｃ，６ｄが活性層３２と接触する接触領域３ｃ，３ｄの離間距離を相対的に小さく（及び／又は対向幅を大きく）定めることで、感度の異方性を相殺又は抑制することができる。
【0046】
本実施形態に係るホール素子１では、活性層３２は上面視正方形状又は略正方形状を有し、その四隅近傍に電極６ａ～６ｄと接触する接触領域３ａ～３ｄが配置されている。従って、電極６ａ，６ｂ間の電流経路の幅はそれらの離間方向にわたって一定ではなく、電流は、例えば接触領域３ａ，３ｂの一方から流れ出て逆の対角線方向（接触領域３ｃ，３ｄが対向する方向）に広がり、活性層３２の中心を超えて狭まりつつ他方の電極に流れ込む。従って、ホール素子１において感度の異方性を抑制するために、電流経路の長さ及び幅、すなわち接触領域３ａ～３ｄ（コンタクトホール４ａ～４ｄの内側の領域）の離間距離及び対向幅だけでなく、電流経路の広がりをさらに考慮する必要がある。
【0047】
図６に、ホール素子１の活性層３２の上面の状態、疑似ＧＣ形状及びそのサイズパラメータを示す。なお、活性層３２の四隅近傍にそれぞれコンタクトホール４ａ～４ｄが位置し、それらの内側にそれぞれ接触領域３ａ～３ｄが配置される。コンタクトホール４ａ～４ｄ及び接触領域３ａ～３ｄの大きさは必ずしも等しくなくてよく、コンタクトホール４ａ～４ｄの内側且つ接触領域３ａ～３ｄの外側に位置する三角枠状の領域に保護膜４２が形成されてよい。そこで、電極６ａ～６ｄから活性層３２に電流が流れ出る又は電極６ａ～６ｄに流れ込む接触領域３ａ～３ｄの形状及び配置について考えるが、保護膜４２の膜厚は通常十分小さいからコンタクトホール４ａ～４ｄの形状及び配置と読み替えて考えてもよい。
【0048】
接触領域３ａ～３ｄの形状及び配置より、図中点線で表される疑似ＧＣ形状を定める。ここで、入力方向に関する形状因子Ｇｉｎを、入力用の電極６ａ，６ｂが活性層３２に接続する２つの接触領域３ａ，３ｂのＸ軸方向に関する離間距離Ｌｉｎ、それらが対向する幅Ｗｉｎ、及びそれらの間の領域のＹ軸方向への広がりから定める。ここで、２つの接触領域３ａ，３ｂの間の領域のＹ軸方向への広がりは、例えば２つの接触領域３ｃ，３ｄの離間距離Ｌｏｕｔにより与えることができる。そこで、電極６ａ，６ｂ間の電流経路を、長さＬｉｎ及び幅（Ｗｉｎ＋Ｌｏｕｔ）／２を有する矩形状の疑似経路により表す。それにより、入力方向に関する形状因子Ｇｉｎ＝２Ｌｉｎ／（Ｗｉｎ＋Ｌｏｕｔ）と与えられる。
【0049】
一方、出力方向に関する形状因子Ｇｏｕｔを、出力用の電極６ｃ，６ｄが活性層３２に接続する２つの接触領域３ｃ，３ｄのＹ軸方向に関する離間距離Ｌｏｕｔ、それらが対向する幅Ｗｏｕｔ、及びそれらの間の領域のＸ軸方向への広がりから定める。ここで、２つの接触領域３ｃ，３ｄの間の領域のＸ軸方向への広がりは、例えば２つの接触領域３ａ，３ｂの離間距離Ｌｉｎにより与えることができる。そこで、電極６ｃ，６ｄ間の電流経路を、長さＬｏｕｔ及び幅（Ｗｏｕｔ＋Ｌｉｎ）／２を有する矩形状の疑似経路により表す。それにより、出力方向に関する形状因子Ｇｏｕｔ＝２Ｌｏｕｔ／（Ｗｏｕｔ＋Ｌｉｎ）と与えられる。
【0050】
なお、２つの接触領域３ａ，３ｂの間の領域のＹ軸方向への広がりは、２つの接触領域３ａ，３ｂの間で活性層３２内を流れる電流の経路の広がりを表すことから、２つの接触領域３ｃ，３ｄの離間距離Ｌｏｕｔに限らず、接触領域３ａ，３ｃ又は３ａ，３ｄの離間距離或いは活性層３２の一辺の長さで与えてもよい。また、２つの接触領域３ｃ，３ｄの間の領域のＸ軸方向への広がりは、２つの接触領域３ｃ，３ｄの間で活性層３２内を流れる電流の経路の広がりを表すことから、２つの接触領域３ａ，３ｂの離間距離Ｌｉｎに限らず、接触領域３ａ，３ｃ又は３ｂ，３ｃの離間距離或いは活性層３２の一辺の長さで与えてもよい。
【0051】
本実施形態に係るホール素子１では、疑似ＧＣ形状に基づいて、入力方向及び出力方向に関する形状因子Ｇｉｎ，Ｇｏｕｔの比（形状因子比）Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔを、活性層３２におけるＸ軸方向（ｉｎ方向）及びＹ軸方向（ｏｕｔ方向）のそれぞれに関する移動度の差（移動度の異方性とも呼ぶ）に応じて定める。形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔは、Ｌｉｎ，Ｗｉｎ，Ｌｏｕｔ，Ｗｏｕｔの少なくとも１つを増減することで調整することができる。それにより、活性層３２の移動度の異方性に伴うｉｎ方向及びｏｕｔ方向の間の感度の異方性を相殺又は抑制する。特に、本実施形態に係るホール素子１のように活性層３２内の結晶粒界の並びがＹ軸方向（ｏｕｔ方向）に向けられている場合に、形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔを１より大きくすることで、感度異方性を抑制又は相殺することができる。
【0052】
図７Ａに、形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔの変化の一例を示す。一例として、Ｌｉｎ＝１５０μｍ、Ｗｉｎ＝Ｗｏｕｔ＝３０μｍとした。Ｌｏｕｔを１２０μｍから１８０μｍに増大することにより、形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔは約１．５から約０．７まで傾きを緩やかにしつつ減少する。なお、Ｌｏｕｔに代えてＬｉｎを増大した場合、形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔは図示した振る舞いの逆数状の振る舞いを呈する。
【0053】
図７Ｂに、形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔの変化の別の例を示す。一例として、Ｌｉｎ＝Ｌｏｕｔ＝１５０μｍ、Ｗｉｎ＝３０μｍとした。Ｗｏｕｔを２４μｍから３６μｍに増大することにより、形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔは約０．９６８から約１．０３２までおよそ線形的に増大する。なお、Ｗｏｕｔに代えてＷｉｎを増大した場合、形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔは図示した振る舞いの逆数状の振る舞いを呈する。
【0054】
図８Ａ及び図８Ｂに、それぞれ、形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔに対する定電圧感度の異方性のシミュレーション結果及び測定結果並びに採用した接触領域３ａ～３ｄの形状を示す。定電圧感度の異方性は、入力用の電極６ａ，６ｂに一定の駆動電圧を印加した際に出力用の電極６ｃ，６ｄから検出されるホール出力の出力用の電極６ｃ，６ｄに同強度の駆動電圧を印加した際に入力用の電極６ａ，６ｂから検出されるホール出力に対する比と定める。接触領域３ａ～３ｄの形状として、略四分円（パターン１及び２）、直角三角形（パターン３）、カイト形（パターン４）、及び楔形（パターン５）を採用した。なお、パターン１～５のそれぞれについて、図８Ｃに示すようにＬｉｎ，Ｗｉｎの値を固定し、Ｌｏｕｔ，Ｗｏｕｔの値を変更することで形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔを与えて感度の異方性を有限要素法に基づくシミュレーション（本例ではＦｒｅｅＦＥＭ＋＋を用いた）により算出した。また、パターン１～３について感度の異方性を測定した。
【0055】
感度異方性は、パターン１についてはＧｉｎ／Ｇｏｕｔ＝１．０１０～１．０２０の範囲内で、パターン２についてはＧｉｎ／Ｇｏｕｔ＝１．００２～１．０２２の範囲内で、パターン３についてはＧｉｎ／Ｇｏｕｔ＝１．０２０～１．０４２の範囲内で、パターン４についてはＧｉｎ／Ｇｏｕｔ＝１．０１６～１．０３６の範囲内で、パターン５についてはＧｉｎ／Ｇｏｕｔ＝１．０２０～１．０４０の範囲内で０．５～－０．５％であった。測定値は、Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ＝１．０４～１．０６の範囲内で０．３２～－０．１２％であった。シミュレーションの結果と測定値とに矛盾はなく、これによりシミュレーションはホール素子１の感度異方性を精度良く再現していることがわかる。
【0056】
感度異方性の許容範囲は、一例として、典型的なホールセンサのノイズレベルに基づいて定めることができる。ホール素子１は、典型的な感度０．８ｍＶ／Ｖ／ｍＴを有し、常温下において典型的な磁場強度３０ｍＴ及び駆動電圧０．５Ｖで使用した場合のホール出力に対する感度異方性が、典型的なホールセンサのノイズレベル（～６０μＶｒｍｓ）と同レベルになる範囲、すなわち±０．５％とする。図８Ａに示したシミュレーヨンの結果より、活性層３２内の結晶粒界の並びがＹ軸方向（ｏｕｔ方向）に向けられている場合に、形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ＝１．００２～１．０４２の範囲内で感度異方性を許容範囲内に抑えることができる。
【0057】
図９に、実施例に係るホール素子１及び比較例に係るホール素子における感度異方性の測定結果を示す。実施例に係るホール素子１では、接触領域３ａ～３ｄの形状としてパターン１を採用し、Ｌｉｎ＝１８２．２４μｍ，Ｗｉｎ＝１７．５μｍ，Ｌｏｕｔ＝１８１．０４μｍ，Ｗｏｕｔ＝１７．９μｍとして形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ＝１．０１５と定めた。感度異方性の測定結果は０．１％と十分小さく、許容範囲内であった。比較例に係るホール素子１では、接触領域３ａ～３ｄの形状としてパターン２を採用し、Ｌｉｎ＝１７２．６７μｍ，Ｗｉｎ＝７．０７μｍ，Ｌｏｕｔ＝１７２．６７μｍ，Ｗｏｕｔ＝７．０７μｍとして形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ＝１．０と定めた。感度異方性の測定結果は１．６％であり、許容範囲を大きく超えた。
【0058】
図１０に、ホール素子１の感度異方性のシミュレーション結果を示す。シミュレーションに係るホール素子１では、３つのサンプルについて接触領域３ａ～３ｄの形状としてそれぞれパターン２，１，３を採用した。サンプル１ではＬｉｎ＝１９４．２μｍ，Ｗｉｎ＝７．５μｍ，Ｌｏｕｔ＝１９４．１μｍ，Ｗｏｕｔ＝７．９μｍとして形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ＝１．００３と定め、サンプル２ではＬｉｎ＝１８２．２μｍ，Ｗｉｎ＝１７．５μｍ，Ｌｏｕｔ＝１８０．８μｍ，Ｗｏｕｔ＝１８．３μｍとして形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ＝１．０１９と定め、サンプル３ではＬｉｎ＝１７２．７μｍ，Ｗｉｎ＝２９．５μｍ，Ｌｏｕｔ＝１６９．６μｍ，Ｗｏｕｔ＝３０．７μｍとして形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ＝１．０４０と定めた。感度異方性のシミュレーション結果は、サンプル１～３についてそれぞれ０．５％、０．０％、－０．５％といずれも許容範囲内であった。
【0059】
これらの測定結果及びシミュレーション結果より、形状因子比Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ＝１．００２～１．０４２の範囲内で感度異方性を許容範囲内に抑えることができることがわかる。
【0060】
本実施形態に係るホール素子１は、基板２、基板２上で２次元電子ガス膜を形成する活性層３２、該活性層３２に対してそれぞれ下側及び上側に積層される第１バッファ層３１及び第２バッファ層３３を含む積層体３、積層体３上に形成された絶縁膜４、絶縁膜４に設けられたコンタクトホール４ａ～４ｄを介して活性層３２にそれぞれ接続する４つの電極６ａ～６ｄであり、Ｘ軸方向に対向する２つの電極６ａ，６ｂとＹ軸方向に対向する２つの電極６ｃ，６ｄとを含む、４つの電極６ａ～６ｄを備え、絶縁膜４に設けられたコンタクトホール４ａ～４ｄのうち、２つの電極６ａ，６ｂが活性層３２に接続する接触領域３ａ，３ｂの離間距離（Ｌｉｎ）、それらが対向する幅（Ｗｉｎ）、及びそれらの間の領域のＹ軸方向への広がりから定められる形状因子（Ｇｉｎ）と、２つの電極６ｃ，６ｄを活性層３２に接続する２つの接触領域３ｃ，３ｄの離間距離（Ｌｏｕｔ）、それらが対向する幅（Ｗｏｕｔ）、及びそれらの間の領域のＸ軸方向への広がりから定められる第２形状因子（Ｇｏｕｔ）と、の比（Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ）が、活性層３２におけるＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに関する移動度の差に応じて定められる。第１形状因子（Ｇｉｎ）と第２形状因子（Ｇｏｕｔ）との比を、活性層３２におけるＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに関する移動度の差に応じて定めることで、活性層３２における移動度の差に起因する感度のｉｎ方向及びｏｕｔ方向間の異方性を抑制又は相殺し、ノイズの発生を回避することができる。
【0061】
本実施形態に係るホールセンサ１０は、ホール素子１を備え、その活性層３２に入る磁場の強度を高ＳＮ比で検出する。
【0062】
本実施形態に係るホール素子１の製造方法は、基板１上に、２次元電子ガス膜を形成する活性層３２、活性層３２に対してそれぞれ下側及び上側に積層される第１バッファ層３１及び第２バッファ層３３と、を含む積層体３を形成する段階、積層体３上に絶縁膜４を形成する段階、絶縁膜４にコンタクトホール４ａ～４ｄを形成する段階、絶縁膜４に設けられたコンタクトホール４ａ～４ｄを介して活性層３２にそれぞれ接続する４つの電極６ａ～６ｄであり、Ｘ軸方向に対向する２つの電極６ａ，６ｂとＹ軸方向に対向する２つの電極６ｃ，６ｄとを含む、４つの電極６ａ～６ｄを形成する段階を備え、絶縁膜４に設けられたコンタクトホール４ａ～４ｄのうち、２つの電極６ａ，６ｂを活性層３２に接続する２つのコンタクトホール４ａ，４ｂの離間距離（Ｌｉｎ）、２つのコンタクトホール４ａ，４ｂが対向する幅（Ｗｉｎ）、及び２つのコンタクトホール４ａ，４ｂ間の領域のＹ軸方向への広がりから定められる第１形状因子（Ｇｉｎ）と、２つの電極６ｃ，６ｄを活性層３２に接続する２つのコンタクトホール４ｃ，４ｄの離間距離（Ｌｏｕｔ）、２つのコンタクトホール４ｃ，４ｄが対向する幅（Ｗｏｕｔ）、及び２つのコンタクトホール４ｃ，４ｄ間の領域のＸ軸方向への広がりから定められる第２形状因子（Ｇｏｕｔ）と、の比（Ｇｉｎ／Ｇｏｕｔ）が、活性層３２におけるＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに関する移動度の差に応じて定められる。第１形状因子（Ｇｉｎ）と第２形状因子（Ｇｏｕｔ）との比を、活性層３２におけるＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに関する移動度の差に応じて定めることで、活性層３２における移動度の差に起因する感度のｉｎ方向及びｏｕｔ方向間の異方性を抑制又は相殺し、ノイズの発生を回避することができる。
【0063】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【0064】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【0065】
１…ホール素子、２…基板、３…積層体、３ａ～３ｄ…接触領域、４…絶縁膜、４ａ～４ｄ…コンタクトホール、６ａ～６ｄ…電極、６ａ１…延設部分、９…保護層、１０…ホールセンサ、１２ａ～１２ｄ…リード端子、１３ａ～１３ｄ…ボンディングワイヤ、１４ａ，１４ｃ…外装めっき層、１９…モールド部材、３１…第１バッファ層、３２…活性層、３３…第２バッファ層、４１…誘電体膜（ハードマスク）、４２…保護膜。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図4G】
【図4H】
【図4I】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9】
【図10】