JP2564856B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2564856B2
JP2564856B2 JP62278596A JP27859687A JP2564856B2 JP 2564856 B2 JP2564856 B2 JP 2564856B2 JP 62278596 A JP62278596 A JP 62278596A JP 27859687 A JP27859687 A JP 27859687A JP 2564856 B2 JP2564856 B2 JP 2564856B2
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gaas
layer
gallium arsenide
gallium
semiconductor device
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肇 犬塚
康利 鈴木
直実 粟野
晴夫 川北
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Denso Corp
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NipponDenso Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本発明はシリコン基板上に砒化ガリウム(GaAs)系化
合物半導体をエピタキシャル成長して形成した半導体装
置に関する。
The present invention relates to a semiconductor device formed by epitaxially growing a gallium arsenide (GaAs) compound semiconductor on a silicon substrate.

【従来技術】[Prior art]

従来、砒化ガリウム(GaAs)系のIII−V化合物半導
体は、高移動度、直接遷移型のバンド構造、3元又は4
元系の化合物によるバンドギャップと格子定数の可変性
等の性質のため、ホール素子、高速トランジスタ、レー
ザダイオード、発光ダイオード、フォトトランジスタ、
フォトダイオード、太陽電池等やこれらの素子のICが注
目されている。 しかし、大口径の単結晶砒化ガリウム(GaAs)ウエハ
が容易に得られないことから、砒化ガリウム(GaAs)系
の化合物半導体は製造コストが高価になるという問題が
ある。 又、ホール素子等のセンサは磁気検出のための周辺回
路をホール素子部と共に同一チップに集積化してホール
ICとするのが使用上望ましい。
Conventionally, gallium arsenide (GaAs) -based III-V compound semiconductors have a high mobility, a direct transition type band structure, a ternary or quaternary structure.
Due to properties such as band gap and variability of lattice constant due to original compound, Hall element, high speed transistor, laser diode, light emitting diode, phototransistor,
Attention is paid to photodiodes, solar cells, and ICs of these elements. However, since a large-diameter single crystal gallium arsenide (GaAs) wafer cannot be easily obtained, there is a problem that the manufacturing cost of the gallium arsenide (GaAs) -based compound semiconductor is high. In addition, sensors such as Hall elements are integrated into the same chip along with the Hall element section for the peripheral circuits for magnetic detection.
IC is preferable for use.

【発明が解決しようとする問題点】[Problems to be Solved by the Invention]

しかし、磁気検出部をシリコンで形成すると、ホール
移動度が小さいため、ホール電圧や積感度が小さく、不
平衡率が大きいという問題がある。 そこで、高移動度の砒化ガリウム(GaAs)を磁気検出
部とし、他の周辺回路をシリコンで形成して材料を複合
化すれば安価なICが製作できる。 しかし、シリコンと砒化ガリウムとの格子定数のミス
フィットが大きいことから、シリコン基板上に結晶性の
良い砒化ガリウムを成長させることは困難である。 本発明者らは、シリコン基板上に直接砒化ガリウムを
成長させると、シリコンとの界面から0.5μm〜1μm
の範囲内に格子欠陥が集中すること及び、GaAsとSiの界
面付近でのキャリア濃度が大きくなるということを発見
した。格子欠陥の集中した界面付近のキャリア濃度が大
きくなると、その部分に電流が集中するため、シリコン
基板上にエピタキシャル成長した砒化ガリウムの動作層
において、砒化ガリウムの高移動度を有効に利用できな
いという問題が生じる。 本発明は、上記の問題点を解決するために成されたも
のであり、その目的とするところは、シリコン基板上に
形成された砒化ガリウム(GaAs)を動作層とする半導体
素子の特性を改善することである。
However, when the magnetic detection part is formed of silicon, there is a problem that the hole mobility and the product sensitivity are small and the unbalance ratio is large because the hole mobility is small. Therefore, an inexpensive IC can be manufactured by using gallium arsenide (GaAs) having a high mobility as a magnetic detection part and forming other peripheral circuits with silicon to compound the materials. However, it is difficult to grow gallium arsenide having good crystallinity on a silicon substrate because the misfit of the lattice constant between silicon and gallium arsenide is large. The present inventors have found that when gallium arsenide is grown directly on a silicon substrate, it is 0.5 μm to 1 μm from the interface with silicon.
It was discovered that the lattice defects are concentrated in the range of and the carrier concentration near the interface between GaAs and Si increases. When the carrier concentration near the interface where the lattice defects are concentrated becomes large, the current is concentrated at that portion, so that the high mobility of gallium arsenide cannot be effectively used in the operation layer of gallium arsenide epitaxially grown on the silicon substrate. Occurs. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to improve the characteristics of a semiconductor element using gallium arsenide (GaAs) formed on a silicon substrate as an operating layer. It is to be.

【問題点を解決するための手段】[Means for solving problems]

上記問題点を解決するための発明の構成は、シリコン
(Si)基板上に形成された砒化ガリウム(GaAs)から成
るバッファ層と、このバッファ層上に形成され、半導体
素子として機能する砒化ガリウム(GaAs)から成る動作
層と、前記バッファ層と、前記動作層の間に設けられ、
前記バッファ層を電気的に絶縁し、かつ、(a)砒化ガ
リウムアルミニウム(AlxGa1-xAs)、(b)前記動作層
の前記砒化ガリウム(GaAs)に対して電位障壁を形成す
る導電型の砒化ガリウム(GaAs)、(c)セレン化亜鉛
(ZnSe)、(d)砒化ガリウム(GaAs)を含む超格子の
うち(a),(b),(c),(d)のいずれか1つよ
り成る絶縁層とを有することを特徴とする。 又、前記砒化ガリウム(GaAs)を含む超格子は砒化ガ
リウム(GaAs)と、砒化アルミニウ(AlAs)、又は砒化
ガリウムアルミニウム(AlGaAs)、又は砒化ガリウムイ
ンジウム(InGaAs)、又は砒化インジウム(InAs)から
成る超格子を用いることができる。 又、前記砒化ガリウム(GaAs)から成る動作層は、例
えばホール素子としたり、前記シリコン(Si)基板には
前記動作層を含む半導体素子を駆動する駆動回路又はそ
の半導体素子から出力される信号を処理する信号処理回
路とを形成しても良い。 又、バッファ層と前記絶縁層とを総合した厚さは界面
から発生した転位が終端する厚さ以上であり好ましくは
1μmから3.5μmであることが望ましい。シリコン上
に直接エピタキシャル成長された砒化ガリウム(GaAs)
の格子欠陥がシリコンとの界面から約1μmに及ぶこと
から界面から1μm隔てた所に砒化ガリウム(GaAs)の
動作層を形成すれば、その動作層には格子欠陥が及ばな
い。又、3.5μm以上となるとシリコンとの熱膨張率の
相違からクラックが発生しやすくなる。
The structure of the invention for solving the above problems is a buffer layer made of gallium arsenide (GaAs) formed on a silicon (Si) substrate, and gallium arsenide (GaAs) formed on the buffer layer and functioning as a semiconductor element. Provided between the operating layer made of GaAs), the buffer layer, and the operating layer,
Conductivity that electrically insulates the buffer layer and (a) forms a potential barrier against the gallium arsenide (GaAs) of the operating layer (a) gallium aluminum arsenide (Al x Ga 1-x As). Type (a), (b), (c), (d) of a superlattice containing gallium arsenide (GaAs), (c) zinc selenide (ZnSe), and (d) gallium arsenide (GaAs) And a single insulating layer. The superlattice containing gallium arsenide (GaAs) is made of gallium arsenide (GaAs), aluminum arsenide (AlAs), gallium aluminum arsenide (AlGaAs), gallium indium arsenide (InGaAs), or indium arsenide (InAs). Superlattices can be used. The operating layer made of gallium arsenide (GaAs) is, for example, a Hall element, or the silicon (Si) substrate is provided with a drive circuit for driving a semiconductor element including the operating layer or a signal output from the semiconductor element. A signal processing circuit for processing may be formed. The total thickness of the buffer layer and the insulating layer is not less than the thickness at which dislocations generated at the interface terminate, and is preferably 1 μm to 3.5 μm. Gallium arsenide (GaAs) directly epitaxially grown on silicon
Since the lattice defect of (1) extends from the interface with silicon to about 1 μm, if the operating layer of gallium arsenide (GaAs) is formed at a position 1 μm away from the interface, the lattice defect does not reach the operating layer. On the other hand, when the thickness is 3.5 μm or more, cracks are likely to occur due to the difference in coefficient of thermal expansion with silicon.

【発明の効果】【The invention's effect】

本発明はシリコン基板上に形成された砒化ガリウム
(GaAs)から成るバッファ層の上部に、砒化ガリウム
(GaAs)から成る動作層を絶縁し且つ砒化ガリウム(Ga
As)を単結晶とすることができる絶縁層を形成している
ので、バッファ層とシリコン基板との界面にできる高キ
ャリア濃度部分を動作層を含む半導体素子から絶縁する
ことができ、素子の性能を向上させたり集積化したりす
ることが可能となる。
The present invention insulates an operating layer made of gallium arsenide (GaAs) on a buffer layer made of gallium arsenide (GaAs) formed on a silicon substrate and gallium arsenide (Ga).
Since the insulating layer that can be made into a single crystal (As) is formed, the high carrier concentration portion formed at the interface between the buffer layer and the silicon substrate can be insulated from the semiconductor element including the operating layer, and the performance of the element can be improved. Can be improved or integrated.

【実施例】【Example】

第1実施例 本実施例はホールICに関するものである。 ホールIC1の回路構成は、第2図に示すように、定電
圧電源回路30とホール素子部10と波形整形回路40とで構
成されている。そして、ホール素子部10は磁気検出層と
なる砒化ガリウム(GaAs)から成る動作層11と電流電極
28a、28bと出力電極29a、29bとを有しており、定電圧電
源回路30から電流電極28a、28bを介してGaAsからなる動
作層11に給電され、検出された磁気量に応じた検出信号
が出力電極29a、29bを介して波形整形回路40に出力され
る。又、ホールIC1の定電圧電源回路30にはバッテリー
2から給電され、検出された信号はホールIC1の波形整
形回路40から電子制御装置3に出力される。 ホールIC1の断面構造は第1図に示されている。 P−Si基板20上にホールIC1が形成されるのである
が、通常のSi ICの製造技術により定電圧電源回路30と
波形整形回路40とが製造される。 即ち、P−Si基板20の表面に埋込み拡散によりN+埋込
層24が形成され、その後P−Si基板20の表面にN-−Siを
エピタキシャル成長させ、素子間分離のためそのエピタ
キシャル層に局所的にP型不純物を拡散して、島状のN-
−Si層25と分離層のP−Si層22とが形成される。その
後、作成する素子に応じて、島状のN-−Si層25にP型、
N型の不純物を拡散して、定電圧電源回路30又は波形整
形回路40を構成する素子のPNPトランジスタ31、NPNトラ
ンジスタ32、MOS容量33等が形成される。尚、34はSiO2
から成る保護膜であり、35はAl電極である。 次に、ホール素子部10の構成について説明する。 P−Si基板20には、その主面が(100)面に対して〈0
11〉方向に4゜±1゜傾斜している単結晶が用いられて
いる。そして、そのP−Si基板20にエピタキシャル成長
された上記P−Si層22上に、GaAsから成るバッファ層13
が0.5μmの厚さに形成され、その上に砒化ガリウムア
ルミニウム(Al0.3Ga0.7As)から成る絶縁層12が0.5μ
mの厚さに形成され、その上にN−GaAsから成る動作層
11(本実施例ではこの動作層11がホール素子の感磁層と
なる。)が1.5μmの厚さに形成され、その上の電極部
にN-−GaAs層15a、15bが形成され、その上にAu/Ni/Au−
Geから成る電流電極28a、28bが形成されている。 これらの各層は、有機金属熱分解気相成長法(MOCV
D)により、順次、連続的にエピタキシャル成長させて
形成した。原料ガスには、トリメチルガリウム(TMGa,G
a(CH3)、トリメチルアルミニウム(TMAl.Al(C
H3)、水素希釈のアルシン(AsH3)を用いた。又n
型のドーパントには水素希釈のSiH4を用いた。それらの
ガスの流速は、一定の結晶成長速度が得られるように流
量制御装置によって正確に制御されており、成長速度を
4.3μm/hとした。又、成長温度は750℃とした。P−Si
層22上にGaAsから成るバッファ層を成長させるには、45
0℃で厚さ約200ÅのGaAs層を成長後、750℃で本成長を
行う二段階成長法を用いた。 このようにして、ホール素子部10をP−Si基板20上に
エピタキシャル成長されたGaAs系の半導体で構成し、他
の周辺回路を同一のP−Si基板20上に形成されるSi半導
体で構成したホールICが得られた。このホールICはGaAs
系の半導体だけで構成されたものと同様な特性を示し
た。 又、本実施例の特徴部に係るAl0.3Ga0.7Asから成る絶
縁層12の効果を確かめるために、ホール素子部10に於け
るN−GaAsから成る動作層11のホール移動度とAl0.3Ga
0.7Asから成る絶縁層12を介在させずにP−Si基板上に
直接エピタキシャル成長させたN−GaAs層のホール移動
度とを測定した。その結果は第3図から理解されるよう
に、ホール移動度は本実施例に係るAl0.3Ga0.7Asから成
る絶縁層12を介在させた方がAl0.3Ga0.7Asから成る絶縁
層12を介在させない場合に比べて1.6倍程大きいことが
分る。この結果、ホール素子としての検出感度もAl0.3G
a0.7Asから成る絶縁層12を介在させた方が絶縁層12を介
在させない場合に比べて1.6倍に大きくなっている。 又、P−Si基板上に直接エピタキシャル成長させたN
−GaAs層の断面を顕微鏡で観察した結果、Si界面から約
0.5〜1.0μmまで多数の転移が発生していることが判明
した。このことから、この転移がN−GaAsから成る動作
層11に及ばない程度にGaAsから成るバッファ層13とAl
0.3Ga0.7Asから成る絶縁層12との厚さの総和を1μm以
上に設定することが望ましいことが分る。 又、P−Si基板上に直接エピタキシャル成長させたN
−GaAs層のキャリア密度のSiとの界面からの距離に対す
る関係を測定した。その結果を第4図に示す。このこと
から、N−GaAs層のキャリア密度はSiとの界面近傍で1
×1019cm-3と最大であり、界面からN−GaAs層側に0.75
μmの所で表面近傍と同じ4×1016cm-3であることが分
る。したがって、N−GaAs層のキャリア密度はSiとの界
面近傍で表面近傍に比べて2桁程度高くなっている。こ
の結果、P−Si基板上に直接エピタキシャル成長させた
N−GaAs層をホール素子とすると、界面近傍に電流が集
中して流れるため、GaAsの高移動度が有効に利用されな
いことが明らかになった。 そこで、本実施例ではAl0.3Ga0.7Asから成る絶縁層12
をGaAsから成るバッファ層13とホール素子としてのN−
GaAs層11間に介在させることにより界面近傍の高キャリ
ア密度領域をN−GaAs層11から絶縁することによりホー
ル素子の感度を向上させている。 尚、上記実施例ではAlxGa1-xAsから成る絶縁層12の混
晶比xを0.3としたが、混晶比xの値はN−GaAs層11の
エピタキシャル成長を良好として絶縁性を保持すれば良
く、0<X<1〜の範囲で使用可能である。 第2実施例 上記第1実施例において、MOCVDでエピタキシャル成
長させる過程において、Al0.3Ga0.7Asから成る絶縁層12
を形成する代わりにP型のドーパントとしてジエチル亜
鉛(DEZn)を用いてP−GaAs層を約1μmの厚さに形成
し、その上にN−GaAs層から成る動作層11を形成しても
よい。この場合には動作層11はPN接合によりバッファ層
13から絶縁されると共に、同一のGaAs層をバッファ層13
から順次成長させることから動作層11の結晶性が良く、
第1実施例と同様な効果が得られた。 第3実施例 上記第1実施例において、MOCVDでエピタキシャル成
長させる過程において、Al0.3Ga0.7Asから成る絶縁層12
を形成する代わりに、ZnSe層をエピタキシャル成長させ
た。ZnSeはGaAsと格子整合性が良く、しかも禁制帯幅も
2.6eVと広いためバッファ層13に対する絶縁性が良く、
第1実施例ど同様な効果が得られた。 第4実施例 上記第1実施例において、MOCVDでエピタキシャル成
長させる過程において、Al0.3Ga0.7Asから成る絶縁層12
を形成する代わりに、AlAsとGaAsとの超格子を積層して
絶縁層を形成した。このホールICも第1実施例と同様な
効果を発生した。 第5実施例 本実施例は太陽電池ICを示すもので、第5図にその断
面構造が示されている。第1実施例と同一の機能部分に
は同一の番号が付されている。 第1実施例と同様にして、N−GaAs層から成る動作層
11までを形成し、その後、N−GaAs層から成る動作層11
の一部にP型のドーパントを用いてP−GaAs層14を形成
し、更にN−GaAs層から成る動作層11にはN+−GaAsから
成る電極層16bを接合し、P−GaAs層14にはP+−GaAs層
から成る電極層16aを接合している。他の周辺回路は第
1実施例と同様である。この場合には、N−GaAs層から
成る動作層11とP−GaAs層14とで太陽電池半導体素子を
構成している。このようにして製造された太陽電池ICは
良好な特性を示した。 上記各種実施例の他、同様にN−GaAs層から成る動作
層11上にGaAs系半導体のダブルヘテロ接合層を形成して
レーザダイオード等を形成すると共に、その駆動回路を
周辺回路として同一Si基板上に形成してもよい。 上記実施例では、他の機能素子と複合させてIC化する
ため、エピタキシャル成長されたP−Si層22をSi基板と
してGaAs等をエピタキシャル成長させているが、本来の
単結晶Si基板にGaAs等をエピタキシャル成長しても良
い。
First Embodiment This embodiment relates to a Hall IC. As shown in FIG. 2, the circuit configuration of the Hall IC 1 is composed of a constant voltage power supply circuit 30, a Hall element section 10 and a waveform shaping circuit 40. The Hall element section 10 includes an operating layer 11 made of gallium arsenide (GaAs) that serves as a magnetic detection layer and a current electrode.
28a, 28b and output electrodes 29a, 29b, and is supplied from the constant voltage power supply circuit 30 to the operating layer 11 made of GaAs via the current electrodes 28a, 28b, and a detection signal corresponding to the detected magnetic amount. Is output to the waveform shaping circuit 40 via the output electrodes 29a and 29b. The constant voltage power supply circuit 30 of the Hall IC 1 is supplied with power from the battery 2, and the detected signal is output from the waveform shaping circuit 40 of the Hall IC 1 to the electronic control unit 3. The sectional structure of the Hall IC 1 is shown in FIG. The Hall IC 1 is formed on the P-Si substrate 20, and the constant voltage power supply circuit 30 and the waveform shaping circuit 40 are manufactured by a normal Si IC manufacturing technique. That is, the N + buried layer 24 is formed on the surface of the P-Si substrate 20 by the buried diffusion, and then N -Si is epitaxially grown on the surface of the P-Si substrate 20 and is locally formed in the epitaxial layer for element isolation. manner by diffusing P-type impurity, an island-shaped N -
The -Si layer 25 and the P-Si layer 22 of the separation layer are formed. After that, depending on the element to be created, the island-shaped N -- Si layer 25 may be P-type,
By diffusing N-type impurities, the PNP transistor 31, the NPN transistor 32, the MOS capacitor 33, etc. of the elements constituting the constant voltage power supply circuit 30 or the waveform shaping circuit 40 are formed. Incidentally, 34 is SiO 2
And 35 is an Al electrode. Next, the configuration of the Hall element unit 10 will be described. The main surface of the P-Si substrate 20 is <0 with respect to the (100) plane.
A single crystal tilted by 4 ° ± 1 ° in the 11> direction is used. Then, on the P-Si layer 22 epitaxially grown on the P-Si substrate 20, a buffer layer 13 made of GaAs is formed.
Is formed with a thickness of 0.5 μm, and an insulating layer 12 made of gallium aluminum arsenide (Al 0.3 Ga 0.7 As) is formed with a thickness of 0.5 μm.
m-thick operating layer made of N-GaAs
11 (in this embodiment, this operation layer 11 serves as a magnetic sensing layer of a Hall element) is formed to a thickness of 1.5 μm, and N -GaAs layers 15a and 15b are formed on the electrode portion thereon. Au / Ni / Au− on top
Current electrodes 28a and 28b made of Ge are formed. Each of these layers is formed by metalorganic pyrolysis vapor deposition (MOCV).
According to D), it was formed by sequentially and continuously performing epitaxial growth. Trimethylgallium (TMGa, G
a (CH 3 ) 3 ), trimethylaluminum (TMAl.Al (C
H 3 ) 3 ) and hydrogen diluted arsine (AsH 3 ) were used. Again n
SiH 4 diluted with hydrogen was used as the type dopant. The flow rates of these gases are accurately controlled by a flow rate control device so that a constant crystal growth rate is obtained, and the growth rate is controlled.
It was 4.3 μm / h. The growth temperature was 750 ° C. P-Si
To grow a buffer layer of GaAs on layer 22, 45
A two-step growth method was used in which a GaAs layer having a thickness of about 200Å was grown at 0 ° C and then main growth was performed at 750 ° C. In this way, the Hall element part 10 is composed of a GaAs-based semiconductor epitaxially grown on the P-Si substrate 20, and the other peripheral circuits are composed of Si semiconductors formed on the same P-Si substrate 20. Hall IC was obtained. This Hall IC is GaAs
It showed the same characteristics as those composed only of semiconductors of the system. Further, in order to confirm the effect of the insulating layer 12 made of Al 0.3 Ga 0.7 As according to the characteristic part of the present embodiment, the hole mobility of the operating layer 11 made of N-GaAs in the Hall element portion 10 and Al 0.3 Ga.
The hole mobility of the N-GaAs layer directly epitaxially grown on the P-Si substrate without the interposition of the insulating layer 12 of 0.7 As was measured. As a result, as it can be understood from FIG. 3, the Hall mobility with insulating layer 12 who is interposed an insulating layer 12 made of Al 0.3 Ga 0.7 As of the present embodiment is made of Al 0.3 Ga 0.7 As It turns out that it is about 1.6 times larger than the case without it. As a result, the detection sensitivity as a Hall element is also 0.3 G
It is 1.6 times larger when the insulating layer 12 made of a 0.7 As is interposed than when the insulating layer 12 is not interposed. In addition, N directly grown epitaxially on the P-Si substrate
− As a result of observing the cross section of the GaAs layer with a microscope,
It was found that a large number of metastases occurred in the range of 0.5 to 1.0 μm. From this fact, the buffer layer 13 made of GaAs and the Al layer are made to the extent that this transition does not reach the operating layer 11 made of N-GaAs.
It can be seen that it is desirable to set the total thickness of the insulating layer 12 made of 0.3 Ga 0.7 As to 1 μm or more. In addition, N directly grown epitaxially on the P-Si substrate
-The relationship between the carrier density of the GaAs layer and the distance from the interface with Si was measured. The results are shown in FIG. From this, the carrier density of the N-GaAs layer is 1 near the interface with Si.
× 10 19 cm -3 , the maximum, 0.75 from the interface to the N-GaAs layer side
It can be seen that at μm it is 4 × 10 16 cm -3, which is the same as near the surface. Therefore, the carrier density of the N-GaAs layer is about two orders of magnitude higher in the vicinity of the interface with Si than in the vicinity of the surface. As a result, when the N-GaAs layer directly epitaxially grown on the P-Si substrate is used as a Hall element, it is revealed that the high mobility of GaAs cannot be effectively used because the current concentrates near the interface. . Therefore, in this embodiment, the insulating layer 12 made of Al 0.3 Ga 0.7 As is used.
Is a buffer layer 13 made of GaAs and N− as a Hall element.
By interposing it between the GaAs layers 11, the high carrier density region near the interface is insulated from the N-GaAs layer 11 to improve the sensitivity of the Hall element. Although the mixed crystal ratio x of the insulating layer 12 made of Al x Ga 1-x As is set to 0.3 in the above-mentioned embodiment, the value of the mixed crystal ratio x makes the epitaxial growth of the N-GaAs layer 11 good and maintains the insulating property. What is necessary is just to do, and it is possible to use it in the range of 0 <X <1. Second Embodiment In the first embodiment, the insulating layer 12 made of Al 0.3 Ga 0.7 As is used in the process of epitaxial growth by MOCVD.
Instead of forming P, a P-GaAs layer may be formed to a thickness of about 1 μm using diethylzinc (DEZn) as a P-type dopant, and an operating layer 11 composed of an N-GaAs layer may be formed thereon. . In this case, the operating layer 11 is a buffer layer by PN junction.
The same GaAs layer is insulated from the buffer layer 13
The crystallinity of the operating layer 11 is good because it is grown sequentially from
The same effect as that of the first embodiment was obtained. Third Embodiment In the first embodiment, the insulating layer 12 made of Al 0.3 Ga 0.7 As is used in the process of epitaxially growing by MOCVD.
Instead of forming, a ZnSe layer was epitaxially grown. ZnSe has good lattice matching with GaAs and has a forbidden band width.
Since it is as wide as 2.6 eV, it has good insulation properties for the buffer layer 13,
The same effect as in the first embodiment was obtained. Fourth Embodiment In the first embodiment, the insulating layer 12 made of Al 0.3 Ga 0.7 As is used in the process of epitaxially growing by MOCVD.
Instead of forming, a superlattice of AlAs and GaAs was laminated to form an insulating layer. This Hall IC also produced the same effect as in the first embodiment. Fifth Embodiment This embodiment shows a solar cell IC, the sectional structure of which is shown in FIG. The same functional parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals. An operating layer made of an N-GaAs layer as in the first embodiment.
11 is formed, and then an operating layer 11 made of an N-GaAs layer is formed.
A P-GaAs layer 14 is formed by using a P-type dopant in a part of the P-GaAs layer 14, and an electrode layer 16b made of N + -GaAs is joined to the operating layer 11 made of an N-GaAs layer. An electrode layer 16a made of a P + -GaAs layer is bonded to the. The other peripheral circuits are the same as in the first embodiment. In this case, the operating layer 11 made of the N-GaAs layer and the P-GaAs layer 14 form a solar cell semiconductor element. The solar cell IC manufactured in this way showed good characteristics. In addition to the various embodiments described above, a double heterojunction layer of a GaAs-based semiconductor is similarly formed on the operating layer 11 made of an N-GaAs layer to form a laser diode or the like, and its drive circuit is used as a peripheral circuit on the same Si substrate. It may be formed on top. In the above embodiment, GaAs or the like is epitaxially grown using the epitaxially grown P-Si layer 22 as a Si substrate in order to form an IC by combining with other functional elements. However, GaAs or the like is epitaxially grown on the original single crystal Si substrate. You may.

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

第1図は本発明の具体的な一実施例に係る半導体装置の
構成を示した断面図、第2図はその機能的構成を示した
ブロックダイヤグラム、第3図はホール移動度の測定
図、第4図はキャリア密度分布の測定図、第5図は他の
実施例に係る半導体装置を示した断面図である。 1……ホールIC、2……バッテリー、3……電子制御装
置、10……ホール素子部、11……動作層、12……絶縁
層、13……バッファ層、15a、15b……N-−GaAs層、20…
…P−Si基板、28a、28b……電流電極、22……P−Si
層、24……N+埋込層、25……N-−Si層、31……PNPトラ
ンジスタ、32……NPNトランジスタ、32、33……MOS容
量、34……保護膜、35……Al電極、30……定電圧電源回
路、40……波形整形回路
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a specific embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing its functional structure, and FIG. 3 is a hole mobility measurement diagram. FIG. 4 is a measurement diagram of carrier density distribution, and FIG. 5 is a sectional view showing a semiconductor device according to another embodiment. 1 ...... Hall IC, 2 ...... battery, 3 ...... electronic control unit, 10 ...... Hall element unit, 11 ...... Operation layer, 12 ...... insulating layer, 13 ...... buffer layer, 15a, 15b ...... N - -GaAs layer, 20 ...
... P-Si substrate, 28a, 28b ... Current electrode, 22 ... P-Si
Layer, 24 …… N + buried layer, 25 …… N -- Si layer, 31 …… PNP transistor, 32 …… NPN transistor, 32,33 …… MOS capacitance, 34 …… protective film, 35 …… Al Electrodes, 30 ... Constant voltage power supply circuit, 40 ... Waveform shaping circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/18 H01L 31/04 E ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01S 3/18 H01L 31/04 E

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリコン(Si)基板上に形成された砒化ガ
リウム(GaAs)から成るバッファ層と、このバッファ層
上に形成され、半導体素子として機能する砒化ガリウム
(GaAs)から成る動作層と、 前記バッファ層と、前記動作層の間に設けられ、前記バ
ッファ層を電気的に絶縁し、 かつ、(a)砒化ガリウムアルミニウム(AlxGa1-xA
s)、 (b)前記動作層の前記砒化ガリウム(GaAs)に対して
電位障壁を形成する導電型の砒化ガリウム(GaAs)、 (c)セレン化亜鉛(ZnSe)、 (d)砒化ガリウム(GaAs)を含む超格子 のうち(a),(b),(c),(d)のいずれか1つ
より成る絶縁層と を有することを特徴とする半導体装置。
1. A buffer layer made of gallium arsenide (GaAs) formed on a silicon (Si) substrate, and an operation layer made of gallium arsenide (GaAs) formed on this buffer layer and functioning as a semiconductor element. It is provided between the buffer layer and the operating layer, electrically insulates the buffer layer, and (a) gallium aluminum arsenide (Al x Ga 1-x A
s), (b) conductive type gallium arsenide (GaAs) forming a potential barrier against the gallium arsenide (GaAs) in the operating layer, (c) zinc selenide (ZnSe), (d) gallium arsenide (GaAs) An insulating layer formed of any one of (a), (b), (c), and (d) in a superlattice containing (1).
【請求項2】前記砒化ガリウム(GaAs)を含む超格子は
砒化ガリウム(GaAs)とガリウム又は砒素を含む化合物
半導体から成る超格子であることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の半導体装置。
2. The semiconductor according to claim 1, wherein the superlattice containing gallium arsenide (GaAs) is a superlattice made of a compound semiconductor containing gallium arsenide (GaAs) and gallium or arsenic. apparatus.
【請求項3】前記ガリウム又は砒素を含む化合物半導体
AlAs,AlGaAs,InGaAs,InAsから成ることが特徴とする特
許請求の範囲第2項記載の半導体装置。
3. A compound semiconductor containing the gallium or arsenic.
The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is made of AlAs, AlGaAs, InGaAs, InAs.
【請求項4】前記砒化ガリウム(GaAs)から成る動作層
はホール素子を構成することを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the operating layer made of gallium arsenide (GaAs) constitutes a Hall element.
【請求項5】前記シリコン(Si)基板には前記動作層を
含む半導体素子を駆動する駆動回路又はその半導体素子
から出力される信号を処理する信号処理回路とが形成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
半導体装置。
5. A drive circuit for driving a semiconductor element including the operation layer or a signal processing circuit for processing a signal output from the semiconductor element is formed on the silicon (Si) substrate. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項6】前記バッファ層と前記絶縁層とを総合した
厚さは界面から発生した転位が終端する厚さ以上である
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装
置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein a total thickness of the buffer layer and the insulating layer is equal to or larger than a thickness at which dislocations generated from an interface terminate.
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