JPH0691287B2 - Heterojunction magnetic sensor - Google Patents

Heterojunction magnetic sensor

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JPH0691287B2
JPH0691287B2 JP63249544A JP24954488A JPH0691287B2 JP H0691287 B2 JPH0691287 B2 JP H0691287B2 JP 63249544 A JP63249544 A JP 63249544A JP 24954488 A JP24954488 A JP 24954488A JP H0691287 B2 JPH0691287 B2 JP H0691287B2
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layer
quantum well
doped
electric field
mobility
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佳延 杉山
致和 鷹野
肇 曽我
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Soken Inc
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Nippon Soken Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子・機械工業分野における各種の計測・制
御に用いられている磁気センサに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a magnetic sensor used for various measurements and controls in the fields of electronic and mechanical industries.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、ヘテロ接合磁気センサは、不純物を含まないGaAs
層を不純物を含まないAlGaAs層(スペーサ層)に接合す
ることにより、ヘテロ接合界面の不純物を含まないGaAs
層に二次元電子ガス層(以下2DEG層という)が形成さ
れ、かつこのAlGaAs層にn型不純物を含むAlGaAs層(キ
ャリア供給層)を接合するように構成されていた。
Conventionally, the heterojunction magnetic sensor is made of GaAs containing no impurities.
By joining the layers to the AlGaAs layer (spacer layer) containing no impurities, the GaAs containing no impurities at the heterojunction interface
A two-dimensional electron gas layer (hereinafter referred to as a 2DEG layer) is formed in the layer, and the AlGaAs layer (carrier supply layer) containing n-type impurities is bonded to this AlGaAs layer.

しかし、上記のセンサでは、高電界を入力した場合にn
型AlGaAs層中に余剰キャリアが生成して2DEG層に過剰に
キャリアが満たされるため感度が飽和し、さらに、この
余剰キャリアによって2DEG層と並列に電気伝導に寄与す
ることによって平均の移動度が低下する等によって、高
出力が得られないという問題点があった。
However, in the above sensor, when a high electric field is input, n
-Type AlGaAs layers generate excess carriers and the 2DEG layer is overfilled with carriers, which saturates the sensitivity, and the excess carriers contribute to electrical conduction in parallel with the 2DEG layer, reducing the average mobility. However, there was a problem that high output could not be obtained.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

本発明は上記点に鑑み、高電界駆動でも、感度が飽和せ
ず高出力が得られる磁気センサを提供することを目的と
してなされたものである。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a magnetic sensor that can obtain a high output without saturating the sensitivity even when driven by a high electric field.

〔課題を解決するための手段〕 基本的な磁気センサであるホール素子の設計原理を考え
る。長方形ホール素子において、入力電圧Vinと出力電
圧(ホール電圧)VHの関係は、Vinが十分小さく高電界
効果やジュール熱の影響がない場合、次式で表される。
[Means for Solving the Problem] Consider the design principle of a Hall element, which is a basic magnetic sensor. In rectangular Hall element, the relationship between the input voltage V in and the output voltage (Hall voltage) V H, if V in is no influence of sufficiently small high field effect and Joule heat is expressed by the following equation.

VH=(w/l)・μHO・B・Vin ……(1) ここでl及びwは、素子の長さと幅、μHOは、素子の低
電界のホール移動度、Bは、磁束密度である。
V H = (w / l) · μ HO · B · V in (1) where l and w are the length and width of the device, μ HO is the Hall mobility of the device in the low electric field, and B is Magnetic flux density.

入力電圧が大きくなると、ジュール熱と電界依存性によ
るホール移動度の低下を考慮する必要があり、最大ホー
ル電圧は次式で表される。
When the input voltage increases, it is necessary to consider the decrease in hole mobility due to Joule heat and electric field dependence, and the maximum Hall voltage is expressed by the following equation.

VHmax=B・w・μ(E)・(2・h・ΔT・ρ/t)
1/2 ……(2) ここで、μ(E),h,ρ、及びtは、素子の高電界ホ
ール移動度、熱伝達係数、比抵抗、及び厚さ、ΔTは素
子と周囲との温度差である。
V Hmax = B ・ w ・ μ H (E) ・ (2 ・ h ・ ΔT ・ ρ / t)
1/2 (2) where μ H (E), h, ρ, and t are the high electric field Hall mobility, heat transfer coefficient, specific resistance, and thickness of the device, and ΔT is the device and its surroundings. Is the temperature difference.

ここで、ρ/tは素子の内部抵抗を表す項であるが、外部
回路との整合性から素子の内部抵抗は一定の範囲(数十
Ω〜数キロΩ)のものがよい。従って、ホール素子の高
出力化には、この条件の下で、高電界の移動度が大きい
ことが必要である。
Here, ρ / t is a term representing the internal resistance of the element, but the internal resistance of the element is preferably within a certain range (several tens of Ω to several kilo Ω) from the compatibility with the external circuit. Therefore, in order to increase the output of the Hall element, it is necessary that the mobility of the high electric field is large under this condition.

そこで、本発明では、2DEG層を有するヘテロ接合磁気セ
ンサにおいて、2DEG層の自由キャリアのエネルギー準位
より大きくかつ互いに異なるエネルギー準位をを有する
量子井戸構造の半導体層を2DEG層に隣接して複数層設け
て、高電界においてその特徴を発揮させることにより、
高電界においても感度が飽和せず、かつ移動度の向上に
より高出力を得るという技術手段とする。
Therefore, in the present invention, in a heterojunction magnetic sensor having a 2DEG layer, a plurality of quantum well structure semiconductor layers having energy levels higher than the energy levels of free carriers of the 2DEG layer and different from each other are adjacent to the 2DEG layer. By providing a layer and exhibiting its characteristics in a high electric field,
The technical means is that sensitivity is not saturated even in a high electric field and high output is obtained by improving mobility.

〔作用〕[Action]

エネルギー状態の低い2DEG層に隣接して、量子井戸構造
の半導体層を設けたので、高電界を印加した場合にエネ
ルギーを得て有効質量が増加した2DEG層中の電子が、2D
EG層よりもエネルギー状態の高い量子井戸層に実空間遷
移を起こし、このときエネルギーの一部はポテンシャル
エネルギーに変換されるため、電子の有効質量を減少さ
せ、移動度を増加させる。実空間遷移を起こりやすくす
るためには、量子井戸層に入り得るキャリアの数をふや
すことが有効であるが、量子井戸層を厚くしたのでは、
量子井戸層のエネルギー状態が低くなって、実空間遷移
しても電子のエネルギーの損失が少ないため移動度はあ
まり増加しない。しかし、複数の量子井戸層を設けたこ
とにより、量子井戸層のエネルギー状態を低くしない
で、量子井戸層を満たし得る電子の数をふやすことがで
き、実空間遷移が起こりやすくなることにより、量子井
戸層の数が1の場合よりも移動度が増加する。
Since a quantum well structure semiconductor layer is provided adjacent to the 2DEG layer having a low energy state, the electrons in the 2DEG layer whose energy gained and the effective mass increased when a high electric field was applied
A real-space transition occurs in the quantum well layer, which has a higher energy state than the EG layer, and at this time part of the energy is converted to potential energy, which reduces the effective mass of the electron and increases the mobility. It is effective to increase the number of carriers that can enter the quantum well layer in order to facilitate real space transition, but if the quantum well layer is made thicker,
The mobility of the quantum well layer does not increase much because the energy state of the quantum well layer becomes low and the electron energy loss is small even if the transition occurs in real space. However, by providing multiple quantum well layers, it is possible to increase the number of electrons that can fill the quantum well layer without lowering the energy state of the quantum well layer, and to facilitate real-space transitions. The mobility is higher than that when the number of well layers is one.

また、高電界でキャリア供給層に生成される余剰キャリ
アが2DEG層に満たされるばかりでなく、量子井戸構造の
半導体層にも満たされるため、2DEG層が余剰キャリアに
よって飽和することがなく、かつ余剰キャリアは2DEG層
または量子井戸層に移り、移動度が向上するため、2DEG
層と並列に電気伝導に寄与することによる平均の移動度
の低下を防止できるが、量子井戸層を複数設けたことに
より、量子井戸層を満たすことのできるキャリアの数が
増すため、さらに移動度は増加し、高電界においても高
出力のヘテロ接合磁気センサが得られる。
In addition, the excess carriers generated in the carrier supply layer in a high electric field are not only filled in the 2DEG layer but also in the semiconductor layer of the quantum well structure, so that the 2DEG layer is not saturated by the excess carriers, and the excess carriers are not generated. The carriers move to the 2DEG layer or the quantum well layer, and the mobility is improved.
Although it is possible to prevent the average mobility from decreasing by contributing to electric conduction in parallel with the layers, the mobility is further increased because the number of carriers that can fill the quantum well layer is increased by providing multiple quantum well layers. Is increased, and a heterojunction magnetic sensor having a high output even in a high electric field can be obtained.

さらにまた、本願発明においては、二次元電子ガス層の
エネルギー状態よりも高いエネルギー状態の量子井戸層
を複数設けただけではなく、さらにエネルギー準位が互
いに異なる量子井戸層を設けたことを特徴とする。
Furthermore, the present invention is characterized in that not only a plurality of quantum well layers having an energy state higher than that of the two-dimensional electron gas layer are provided, but also quantum well layers having different energy levels are provided. To do.

そして、このように量子井戸層のエネルギー準位を互い
に異ならしめることによって、高いエネルギー準位から
さらに高いエネルギー準位を有する電子のすべてについ
て適切な量子井戸層への実空間遷移を容易に生じさせる
ことができるのである。
Then, by making the energy levels of the quantum well layers different from each other in this way, it is easy to cause a real space transition from a high energy level to an appropriate quantum well layer for all electrons having a higher energy level. It is possible.

即ち、通常の高い電界を印加した場合においては、印加
した電界に応じて与えられる電子のエネルギーを量子井
戸層のポテンシャルエネルギーに変換して、量子井戸層
の中でも低いエネルギー準位を有する方の量子井戸層に
実空間遷移することができる。そして、さらに高い電界
を印加した場合においては、電子は非常に高いエネルギ
ーを有するため、このエネルギーを量子井戸層の高いボ
テンシャルエネルギーに変換して、量子井戸層の中でも
高い方のエネルギー準位を有する量子井戸層に実空間遷
移することができるのである。
That is, when an ordinary high electric field is applied, the energy of the electron given according to the applied electric field is converted into the potential energy of the quantum well layer, and the quantum energy of the quantum well layer having the lower energy level is converted. A real space transition can be made to the well layer. Then, when an even higher electric field is applied, the electrons have very high energy, so this energy is converted into high potential energy in the quantum well layer, and the higher energy level in the quantum well layer is converted. It is possible to make a real-space transition to the quantum well layer that it has.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図に示す実施例に基づいて詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.

第1図は、本発明を特にホール素子用として適用した場
合のその概略構成図を示す。この場合、バンドギヤツプ
の異なる2種類の半導体層4と5のヘテロ接合部分に
は、高移動度の二次元電子ガス層(以下2DEG層という)
6が形成される。半導体層5は、不純物をドープした半
導体層5b(キャリア供給層)と、ドープしていない半導
体層5a(スペーサ層)からなり、かつ半導体層5aは量子
井戸構造を有する。なお、第1図において、2a,2bは、
ホール素子Hに電流を流すための電流端子、3aおよび3b
は、ホール素子Hに磁束密度Bの磁界を加えた時、発生
するホール起電力VHを取り出すためのホール端子であ
る。
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram when the present invention is applied particularly to a Hall element. In this case, a high mobility two-dimensional electron gas layer (hereinafter referred to as a 2DEG layer) is formed at the heterojunction portion of the two types of semiconductor layers 4 and 5 having different band gaps.
6 is formed. The semiconductor layer 5 is composed of an impurity-doped semiconductor layer 5b (carrier supply layer) and an undoped semiconductor layer 5a (spacer layer), and the semiconductor layer 5a has a quantum well structure. In addition, in FIG. 1, 2a and 2b are
Current terminals 3a and 3b for supplying current to the Hall element H
Is a Hall terminal for taking out the Hall electromotive force V H generated when a magnetic field of magnetic flux density B is applied to the Hall element H.

次に、上記のホール素子Hの具体的な構造、及びその製
造方法について説明する。
Next, a specific structure of the Hall element H and a manufacturing method thereof will be described.

第2図は第1実施例として、量子井戸層付ヘテロ接合半
導体の構造を示しており、半絶縁性GaAs基板7の上に、
ノンドープGaAs4、ノンドープバリア層5a−1、ノンド
ープウエル(量子井戸)層5a−2、キャリア供給層5b、
SiドープGaAs層5cを順次分子線結晶成長法(MBE)を用
いて形成した。なお、他に、有機金属気相成長法、液相
成長法等を用いてもよい。5a−1をノンドープAlGaAs、
5a−2をノンドープGaAsとし、5bをSiドープAlGaAsとす
る場合を第1実施例として説明する。なお、第2図に
は、ノンドープ量子井戸層の付加数が2の場合を示し
た。
FIG. 2 shows, as a first embodiment, the structure of a heterojunction semiconductor with a quantum well layer, on a semi-insulating GaAs substrate 7,
Non-doped GaAs4, non-doped barrier layer 5a-1, non-doped well (quantum well) layer 5a-2, carrier supply layer 5b,
The Si-doped GaAs layer 5c was sequentially formed by the molecular beam crystal growth method (MBE). Alternatively, a metal organic vapor phase epitaxy method, a liquid phase epitaxy method, or the like may be used. 5a-1 is undoped AlGaAs,
A case where 5a-2 is non-doped GaAs and 5b is Si-doped AlGaAs will be described as a first embodiment. Note that FIG. 2 shows the case where the number of non-doped quantum well layers added is two.

第2図からわかるように、2DEG層6は、ノンドープGaAs
層4のノンドープバリア層5a−1側のヘテロ接合境界面
上に形成される。ノンドープバリア層5a−1とノンドー
プウエル層5a−2からなる量子井戸層は、n型不純物の
Siがドープされたキャリア供給層5b中のSiがノンドープ
GaAs層4中に侵入するのを防止するのに加えて、高電界
における移動度を向上させるために設けてある。
As can be seen from FIG. 2, the 2DEG layer 6 is made of undoped GaAs.
It is formed on the heterojunction boundary surface of the layer 4 on the non-doped barrier layer 5a-1 side. The quantum well layer composed of the non-doped barrier layer 5a-1 and the non-doped well layer 5a-2 contains n-type impurities.
Si in the carrier supply layer 5b doped with Si is undoped
It is provided not only to prevent invasion into the GaAs layer 4 but also to improve mobility in a high electric field.

また、上述した電流端子2a,2b、及びホール端子3a,3bの
電極として機能するAu−Geオーム性電極200が、上記各
層4,5a−1,5a−2,5b,5cとオーム性接触を有するように
形成されているが、低周波数雑音が小さいAu−Sn電極を
用いてもよい。
Further, the above-mentioned current terminals 2a, 2b, and the Au-Ge ohmic electrode 200 functioning as an electrode of the hole terminals 3a, 3b make ohmic contact with the layers 4,5a-1, 5a-2, 5b, 5c. Although it is formed so as to have an Au—Sn electrode with low low-frequency noise, it may be used.

なお、結晶成長用の半絶縁性GaAs基板のクリーニング
は、濃硫酸、過酸化水素水、純水の混合液(容積比が4:
1:1、液温60℃)中で約1分間エッチングし、結晶成長
用真空槽の中でヒ素の蒸気をあてながら熱エッチングを
行った。結晶成長条件の第1実施例における代表例は以
下のとおりである。
The semi-insulating GaAs substrate for crystal growth is cleaned by a mixed solution of concentrated sulfuric acid, hydrogen peroxide solution, and pure water (volume ratio of 4:
Etching was performed for about 1 minute in a 1: 1, liquid temperature 60 ° C.), and thermal etching was performed in a vacuum chamber for crystal growth while applying arsenic vapor. Typical examples of the crystal growth conditions in the first embodiment are as follows.

1.Gaフラックス:4.8×10-7Torr 2.Asフラックス:1.0×10-5Torr 3.Alフラックス:1.2×10-7Torr 4.結晶成長温度:630℃ 5.結晶成長速度: 1.20μm/hr(GaAs) 1.65μm/hr(AlGaAs) 0.45μm/hr(AlAs) 6.第1層:ノンドープGaAs(500nm) 第2層:ノンドープAlGaAs(1.5nm) 第3層:ノンドープGaAs(2.5nm) 第4層:ノンドープAlGaAs(1.5nm) 第5層:ノンドープGaAs(2.5nm) 第6層:ノンドープAlGaAs(1.5nm) 第7層:SiドープAlGaAs(75nm) 第8層:SiドープGaAs(10nm) ここでSiドープ濃度は1×1018cm-3である。1.Ga Flux: 4.8 × 10 -7 Torr 2.As Flux: 1.0 × 10 -5 Torr 3.Al Flux: 1.2 × 10 -7 Torr 4.Crystal Growth Temperature: 630 ℃ 5.Crystal Growth Rate: 1.20 μm / hr (GaAs) 1.65 μm / hr (AlGaAs) 0.45 μm / hr (AlAs) 6. First layer: non-doped GaAs (500 nm) Second layer: non-doped AlGaAs (1.5 nm) Third layer: non-doped GaAs (2.5 nm) 4th layer: Non-doped AlGaAs (1.5nm) 5th layer: Non-doped GaAs (2.5nm) 6th layer: Non-doped AlGaAs (1.5nm) 7th layer: Si-doped AlGaAs (75nm) 8th layer: Si-doped GaAs (10nm) Therefore, the Si doping concentration is 1 × 10 18 cm −3 .

7.オーミック電極はAuGe(7%から12%)/Ni/Auの蒸着
膜の合金化による。
7. Ohmic electrodes are formed by alloying AuGe (7% to 12%) / Ni / Au evaporated film.

上記の方法によって得られたヘテロ接合ホール素子の考
えられる作用を第3図のエネルギーバンド図を用いて説
明する。
A possible action of the heterojunction Hall element obtained by the above method will be described with reference to the energy band diagram of FIG.

なお、量子井戸5a−2−1,5a−2−2および2DEG層6に
は、伝導帯底のエネルギー状態を示すとともに、量子効
果によって生ずる基底量子準位Aを合わせ示した。
In the quantum wells 5a-2-1 and 5a-2-2 and the 2DEG layer 6, the energy state at the bottom of the conduction band is shown and the ground quantum level A generated by the quantum effect is also shown.

はじめに、電流端子2a,2bに正電圧を印加した場合、キ
ャリア供給層であるn型AlGaAs層5bより基底量子準位A
のエネルギー状態の低い2DEG層6を通して電流が流れる
と、電子の持つエネルギーは低く、電子の移動度は高
い。
First, when a positive voltage is applied to the current terminals 2a and 2b, the ground quantum level A from the n-type AlGaAs layer 5b, which is the carrier supply layer, is increased.
When a current flows through the 2DEG layer 6 having a low energy state, the energy of electrons is low and the mobility of electrons is high.

その状態で、高電界を印加した場合に、2DEG層6に満た
されている電子のエネルギーが高くなり、実効質量が増
加するため、移動度が低下する。しかし、第1実施例の
構造においては、1.5nmのノンドープAlGaAs層5a−1−
1、5a−1−2を介して、2DEG層6よりも基底量子準位
Aのエネルギー状態のわずかに高いGaAs層5a−2−1,5a
−2−2が設けられているので、電子は実空間遷移を起
こし、ノンドープAlGaAs層5a−1−1,5a−1−2を介し
てGaAs層5a−2−1,5a−2−2を満たしはじめる。その
ため、GaAs層5a−2−1,5a−2−2に満たされる電子の
エネルギーの一部はポテンシャルエネルギーに変換され
るため、電子の実効質量を減少させ、ふたたび移動度を
増加させる。
In that state, when a high electric field is applied, the energy of the electrons filled in the 2DEG layer 6 increases and the effective mass increases, so that the mobility decreases. However, in the structure of the first embodiment, the 1.5 nm non-doped AlGaAs layer 5a-1-
GaAs layers 5a-2-1 and 5a whose energy state of the ground quantum level A is slightly higher than that of the 2DEG layer 6 via 1, 5a-1-2.
-2-2 is provided, the electrons cause a real space transition, and the GaAs layers 5a-2-1 and 5a-2-2 are passed through the non-doped AlGaAs layers 5a-1-1 and 5a-1-2. Begin to meet. Therefore, a part of the energy of the electrons filled in the GaAs layers 5a-2-1 and 5a-2-2 is converted into potential energy, which reduces the effective mass of the electrons and increases the mobility again.

また、高電界を印加することによって生成されたキャリ
ア供給層であるAlGaAs層5b中のキャリアは、2DEG層6だ
けでなく量子井戸層5a−2のエネルギー状態をもとるこ
とができるので、移動度の低い余剰キャリアの存在を防
ぐことができ、平均の移動度の低下を防止できる。
Also, the carriers in the AlGaAs layer 5b, which is a carrier supply layer generated by applying a high electric field, can take the energy state of not only the 2DEG layer 6 but also the quantum well layer 5a-2. It is possible to prevent the existence of surplus carriers having a low mobility, and to prevent a decrease in average mobility.

ここで、GaAs層5a−2の幅が大きくなると、GaAs層5a−
2の基底量子準位のエネルギー状態が低くなり、低い電
界においてもGaAs層5a−2内に留まる電子の数が多くな
ってしまい、上記の効果を得ることが困難となる。
Here, when the width of the GaAs layer 5a-2 becomes large, the GaAs layer 5a-
The energy state of the ground quantum level of 2 becomes low, and the number of electrons remaining in the GaAs layer 5a-2 increases even in a low electric field, making it difficult to obtain the above effect.

しかし、複数の量子井戸層を設けたことにより、GaAs層
5a−2の基底量子準位のエネルギー状態を低くしない
で、量子井戸層を満たすことのできるキャリアの数を増
すことができ、上記の効果がさらに有効となる。
However, by providing multiple quantum well layers, the GaAs layer
The number of carriers that can fill the quantum well layer can be increased without lowering the energy state of the ground quantum level of 5a-2, and the above effect becomes more effective.

さらに、第1実施例においては、量子井戸層5a−2−2
のエネルギー準位を量子井戸層5a−2−1のエネルギー
準位よりも高くすることによって、互いに異なるエネル
ギー準位を有する量子井戸層とした。そのため、電界の
強さに対応した2DEG層中の電子のエネルギーに応じた量
子井戸層に実空間遷移させることができるため、高いエ
ネルギー準位からさらに高いエネルギー準位を有する電
子のすべてについて適切な量子井戸層への実空間遷移を
容易に生じさせることができる。
Further, in the first embodiment, the quantum well layer 5a-2-2
The energy level of 2 is set higher than that of the quantum well layer 5a-2-1 to obtain quantum well layers having different energy levels. Therefore, it is possible to make a real-space transition to the quantum well layer corresponding to the energy of the electrons in the 2DEG layer corresponding to the strength of the electric field, so that it is appropriate for all the electrons having higher to higher energy levels. A real space transition to the quantum well layer can be easily generated.

次に、第1実施例のGaAs層5a−2−1と5a−2−2の厚
さを、例えば、5a−2−1が2.5nm,5a−2−2が1.5nm
という様に変えたものを第2実施例とする。このよう
に、量子井戸層の幅を変えることにより、2DEG側の量子
井戸層5a−2−1より逆側の量子井戸層5a−2−2のエ
ネルギー状態を高くすれば、5a−2−1から5a−2−2
層への量子井戸層間の実空間遷移が起こり、移動度はさ
らに増加する。
Next, the thicknesses of the GaAs layers 5a-2-1 and 5a-2-2 of the first embodiment are, for example, 2.5 nm for 5a-2-1 and 1.5 nm for 5a-2-2.
The second embodiment is changed as described above. In this way, by changing the width of the quantum well layer to increase the energy state of the quantum well layer 5a-2-2 on the opposite side to the quantum well layer 5a-2-1 on the 2DEG side, 5a-2-1 From 5a-2-2
A real space transition between the quantum well layers to the layers occurs and the mobility is further increased.

次に、5a−1をノンドープAlAs、5a−2をノンドープGa
Asとし、5bがノンドープAlAs/ノンドープGaAs/Siドープ
GaAs/ノンドープGaAsを基本構造とする超格子である場
合を第3実施例とし、第4図にその模式断面図を示す。
Next, 5a-1 is non-doped AlAs and 5a-2 is non-doped Ga.
As, 5b is non-doped AlAs / non-doped GaAs / Si-doped
A case of a superlattice having a basic structure of GaAs / non-doped GaAs is taken as a third embodiment, and its schematic sectional view is shown in FIG.

第3実施例では、第1実施例のn型AlGaAs層5bを、ノン
ドープAlAs層(1.5nm)50b−1、ノンドープGaAs層(0.
5nm)50b−2、SiドープGaAs層(1.5nm)50b−3、ノン
ドープGaAs層(0.5nm)50b−4からなる4nmの層を基本
構造とし、これらの15回の繰り返しからなる総膜厚60nm
の超格子構造の半導体層50bに置き換え、ノンドープAlG
aAs層50a−1を、ノンドープAlAs層(1.5nm)で置き換
えた量子井戸層付超格子ホール素子とする。なお、第4
図には、量子井戸層50a−2の数が2の場合を示した。
In the third embodiment, the n-type AlGaAs layer 5b of the first embodiment is replaced by a non-doped AlAs layer (1.5 nm) 50b-1 and a non-doped GaAs layer (0.
5nm) 50b-2, Si-doped GaAs layer (1.5nm) 50b-3, non-doped GaAs layer (0.5nm) 50b-4 with a basic structure of 4nm.
Replaced with the semiconductor layer 50b of the superlattice structure of
The aAs layer 50a-1 is replaced with a non-doped AlAs layer (1.5 nm) to form a quantum well layered superlattice Hall element. The fourth
The figure shows the case where the number of quantum well layers 50a-2 is two.

第3実施例の素子の直流駆動時の移動度の電界依存性を
第5図に示す。量子井戸層50a−2の数nが増えると、
低電界移動度は小さくなるが、電界増加に伴う移動度の
低下の割合は小さくなる。なお、n=0のときよりn=
1の場合に低電界移動度が高いのは、スペーサ層が厚く
なることによりドープした不純物と2DEG層中のキャリア
との分離が良くなるためである。
FIG. 5 shows the electric field dependence of the mobility of the device of the third embodiment when driven by direct current. When the number n of the quantum well layers 50a-2 increases,
Although the low electric field mobility decreases, the rate of decrease in mobility with increasing electric field decreases. It should be noted that n =
In the case of 1, the low electric field mobility is high because the spacer layer becomes thicker to improve the separation between the doped impurities and the carriers in the 2DEG layer.

第3実施例の素子の直流駆動時の磁界感度の電界依存性
を第6図に示す。量子井戸層50a−2の数nが増える
と、低電界での磁界感度は小さくなるが、高電界時には
n=0の場合より大きくなり、高出力が得られる。
FIG. 6 shows the electric field dependence of the magnetic field sensitivity of the device of the third embodiment when driven by direct current. When the number n of the quantum well layers 50a-2 increases, the magnetic field sensitivity in a low electric field decreases, but the magnetic field sensitivity in a high electric field becomes larger than that in the case of n = 0, and a high output can be obtained.

さらに、素子を小型化して高電界で駆動すれば、量子井
戸層50a−2を複数設けたことによる磁気センサの高出
力化の効果は、さらに大きくなる。
Furthermore, if the element is downsized and driven by a high electric field, the effect of increasing the output of the magnetic sensor by providing a plurality of quantum well layers 50a-2 is further enhanced.

また、ダブルヘテロ構造で、2DEG層に隣接して片側ある
いは両側に量子井戸層を複数層設けた構造を第4実施
例、基板側にキャリア供給層を設けた逆構造のヘテロ構
造で、2DEG層に隣接して量子井戸層を複数層設けた構造
を第5実施例、ヘテロ接合構造で、2DEGに隣接して基板
側に量子井戸層を複数層設けた構造を第6実施例とし、
それぞれ、第7図、第8図、第9図に概略断面図を示
す。この様な構造でも素子の高出力化が実現できる。
In addition, a double hetero structure in which a plurality of quantum well layers are provided on one side or both sides adjacent to the 2DEG layer is the fourth embodiment. In the hetero structure of the reverse structure in which the carrier supply layer is provided on the substrate side, the 2DEG layer is formed. In the fifth embodiment, a structure having a plurality of quantum well layers adjacent to, is a heterojunction structure, and a sixth embodiment has a structure having a plurality of quantum well layers adjacent to 2DEG on the substrate side.
Schematic sectional views are shown in FIG. 7, FIG. 8 and FIG. 9, respectively. Even with such a structure, high output of the device can be realized.

また、上記第1実施例から第6実施例に示した断面構造
でのドレイン分離型の磁気センサの様なホール素子以外
の磁気センサでも高出力化が実現できる。
Further, the magnetic sensor other than the Hall element such as the drain separation type magnetic sensor having the sectional structure shown in the first to sixth embodiments can achieve high output.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べたように本発明によれば、ヘテロ接合ホール素
子のスペーサ層を量子井戸構造としているため、高電界
移動度の低下を小さくでき、高出力の磁気センサが得ら
れ、計測、制御の高精度化に大きく貢献することができ
るという優れた効果が得られる。さらには、高いエネル
ギー準位からさらに高いエネルギー準位を有する電子の
すべてについて適切な量子井戸層への実空間遷移を容易
に生じさせることができる。
As described above, according to the present invention, since the spacer layer of the heterojunction Hall element has the quantum well structure, the decrease in high electric field mobility can be reduced, a high output magnetic sensor can be obtained, and high measurement and control can be achieved. An excellent effect that it can greatly contribute to the improvement of accuracy is obtained. Furthermore, a real space transition from a high energy level to a suitable quantum well layer for all electrons with a higher energy level can easily occur.

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

第1図は本発明の第1実施例であるヘテロ接合ホール素
子の概略構成図、第2図は第1実施例のヘテロ接合ホー
ル素子の模式断面図、第3図は第1実施例のエネルギー
バンド図、第4図は本発明の第3実施例を示す模式断面
図、第5図は第3実施例の移動度と入力電界との関係を
示す特性図、第6図は第3実施例の磁界感度と入力電界
との関係を示す特性図、第7図、第8図、第9図は第4
実施例、第5実施例、第6実施例のホール素子の概略断
面図である。 5a…半導体層,5a−2…量子井戸層,5b…キャリア供給
層,6…二次元電子ガス層。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a heterojunction Hall element that is the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the heterojunction Hall element of the first embodiment, and FIG. 3 is energy of the first embodiment. FIG. 4 is a band diagram, FIG. 4 is a schematic sectional view showing a third embodiment of the present invention, FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the mobility and the input electric field of the third embodiment, and FIG. 6 is a third embodiment. Is a characteristic diagram showing the relationship between the magnetic field sensitivity and the input electric field of FIG. 7, FIG. 8, FIG.
It is a schematic sectional drawing of the Hall element of an Example, a 5th Example, and a 6th Example. 5a ... semiconductor layer, 5a-2 ... quantum well layer, 5b ... carrier supply layer, 6 ... two-dimensional electron gas layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 豊永 茂弘 (56)参考文献 社団法人電子情報通信学会「電子情報通 信学会技術研究報告」ED87「369」(昭 63−2−15)P.7−14 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page Examiner Shigehiro Toyonaga (56) References The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, "Technical Research Report of The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers" ED87 "369" (Sho 63-2-15) p. 7-14

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ハンドギャップの異なる異種半導体の接合
部に、高移動度の二次元電子ガス層を形成するヘテロ接
合構造を包含するヘテロ接合磁気センサにおいて、 前記二次元電子ガス層のエネルギー状態より高くかつ互
いに異なるエネルギー状態を持つ量子井戸構造の半導体
層を、複数層設けたことを特徴とするヘテロ接合磁気セ
ンサ。
1. A heterojunction magnetic sensor including a heterojunction structure in which a high-mobility two-dimensional electron gas layer is formed at a junction of different semiconductors having different hand gaps. A heterojunction magnetic sensor comprising a plurality of quantum well structure semiconductor layers having high energy states different from each other.
JP63249544A 1988-03-28 1988-10-03 Heterojunction magnetic sensor Expired - Lifetime JPH0691287B2 (en)

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社団法人電子情報通信学会「電子情報通信学会技術研究報告」ED87「369」(昭63−2−15)P.7−14

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