JPS6293989A - Hall element - Google Patents

Hall element

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JPS6293989A
JPS6293989A JP60233226A JP23322685A JPS6293989A JP S6293989 A JPS6293989 A JP S6293989A JP 60233226 A JP60233226 A JP 60233226A JP 23322685 A JP23322685 A JP 23322685A JP S6293989 A JPS6293989 A JP S6293989A
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JP
Japan
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layer
hall element
dimensional electron
conductive layer
electron gas
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Pending
Application number
JP60233226A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Tanbara
丹原 日出夫
Hideaki Nakagome
英明 中込
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6293989A publication Critical patent/JPS6293989A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N52/00Hall-effect devices
    • H10N52/101Semiconductor Hall-effect devices

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  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

PURPOSE:To increase mobility in the conductive layer of a Hall element and make the thickness of the Hall element thinner by a method wherein a hetero junction is composed on a compound semiconductor substrate and a two-dimensional electron gas layer formed in the hetero junction boundary is utilized as the conductive layer. CONSTITUTION:A nondoped GaAs epitaxial layer 2 is formed on a GaAs substrate 1 and a silicon doped GaAlAs layer 3 is formed on the layer 2. Further, a nondoped GaAlAs layer 4 is formed between the layers 2 and 3 by utilizing a hetero junction boundary. A two-dimensional electron gas layer 5 is formed in the hetero junction boundary as a conductive layer by a molecular beam epitaxy method or the like. With this constitution, large mobility in the gas layer 5 of the Hall element can be obtained and the thickness of the Hall element can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はホール素子、特に、ガリウム−ヒ素(G a 
A s )半導体を用いたホール素子に適用して効果の
ある技術に関する。
Detailed Description of the Invention [Technical Field] The present invention relates to a Hall element, particularly a gallium-arsenide (Ga
A s ) It relates to a technique that is effective when applied to a Hall element using a semiconductor.

〔背景技術〕[Background technology]

ホール素子は、物質に電流を11.i L、その電流に
対して直角方向への磁界を印加すると、電流とルfi界
の両方に直角な方向に電位差を生じるという、いわゆる
ホール効果を利用した素子であり、このホール効果を用
いて磁界の強さを電気(3号として取り出すものである
The Hall element passes a current through the substance. It is an element that utilizes the so-called Hall effect, in which when a magnetic field is applied in the direction perpendicular to the current, a potential difference is generated in the direction perpendicular to both the current and the L fi field. The strength of the magnetic field is extracted as electricity (No. 3).

このような原理に基づくホール素子は一最にGa71.
sまたはインジウム−アンチモン(InSb)などの材
料によって形成されている。一方、ホール素子を高怒度
のものとするためには、その材料としては、キャリア4
度が低いこと、移動度が高いこと、導電層を含めて厚さ
が薄いこと、さらには高温でも使用できるようにするに
はバンドギャップが大きいことなどが要求される。
The Hall element based on this principle is Ga71.
s or indium-antimony (InSb). On the other hand, in order to make the Hall element high-temperature, carrier 4 is required as its material.
It is required to have a low temperature, high mobility, a small thickness including the conductive layer, and a large band gap so that it can be used even at high temperatures.

ところで、InSbは移動度は大きいが、バンドギャッ
プが小さいので、高温では使用しにくいという問題があ
る。
Incidentally, although InSb has high mobility, it has a small band gap, so there is a problem that it is difficult to use at high temperatures.

これに対し、GaAsはバンドギャップは大きいが、移
動度がInSbよりも小さく、またその導電層を含めた
厚さは半絶縁性GaAsにイオン打ち込みを行うことに
よりかなり薄くすることができるものの、さらに素子を
小形化、微細化するには限界があることが本発明者によ
って見い出された。
On the other hand, although GaAs has a large band gap, its mobility is lower than that of InSb, and although its thickness including the conductive layer can be made considerably thinner by ion implantation into semi-insulating GaAs, The inventors have discovered that there are limits to miniaturization and miniaturization of elements.

なお、ホール素子およびホールICについては、電波新
聞社、昭和59年5月20日発行、「総合電子部品ハン
ドブックJ、P564〜P569に説明されている。
The Hall element and Hall IC are explained in "Comprehensive Electronic Components Handbook J," published by Dempa Shimbunsha, May 20, 1980, pages 564 to 569.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、ホール素子の導電層の移動度を大きく
することのできる技術を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a technique that can increase the mobility of a conductive layer of a Hall element.

本発明の他の目的は、ホール素子の厚さを薄くすること
のできる技術を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a technique that can reduce the thickness of a Hall element.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。
A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows.

すなわち、化合物半導体基板上のヘテロ接合界面に形成
される二次元電子ガスを導電層として利用することによ
り、不純物散乱をなくし、移動度を高めることができ、
またヘテロ接合構造であるので、?5電層、ひいてはホ
ール素子の厚さを薄くすることができる。
In other words, by using the two-dimensional electron gas formed at the heterojunction interface on the compound semiconductor substrate as a conductive layer, impurity scattering can be eliminated and mobility can be increased.
Also, since it is a heterojunction structure,? It is possible to reduce the thickness of the pentaconductor layer and thus the Hall element.

〔実施例] 第1図は本発明による一実施例であるホール素子の断面
図である。
[Example] FIG. 1 is a sectional view of a Hall element that is an example of the present invention.

本実施例のホール素子はC+aAsを用いた構造のもの
であり、S、[、型GaAs基板lの上に、ノンドープ
型のGaAsエピタキシャル層2を形成してなる。
The Hall element of this embodiment has a structure using C+aAs, and is formed by forming a non-doped GaAs epitaxial layer 2 on an S, [, type GaAs substrate l.

このGaAsエビタキソヤル層2の上には、シリコンド
ープ型GaAlAs層3が形成され、これらの両層2.
3間にはヘテロ接合界面によりノンドープ型のG a 
A s A l 54が形成されている。
A silicon-doped GaAlAs layer 3 is formed on the GaAs layer 2, and both layers 2.
3 has a non-doped Ga
A s A l 54 is formed.

本実施例のヘテロ接合構造はたとえばMBE (分子線
エピタキシー)またはMO・CVD法によって形成する
ことができる。
The heterojunction structure of this embodiment can be formed by, for example, MBE (molecular beam epitaxy) or MO/CVD.

このヘテロ接合界面には二次元電子ガス層5が導電層と
して形成される。二次元電子ガスは常温ニオイても不純
物散乱がないので、極めて高い移動度が得られ、また低
温ではさらに高い移動度を得ることができる。勿論、G
aAs材料であることにより、高温でも有利に使用する
ことができる。
A two-dimensional electron gas layer 5 is formed as a conductive layer at this heterojunction interface. Two-dimensional electron gas has no impurity scattering even if it smells at room temperature, so extremely high mobility can be obtained, and even higher mobility can be obtained at low temperatures. Of course, G
Being an aAs material, it can be advantageously used even at high temperatures.

さらに、ヘテロ接合を構造における導電層の厚さはヘテ
ロ接合界面から100人以内であり、たとえばイオン打
ち込みによるものに比べてはるかに薄くすることができ
るものである。
Furthermore, the thickness of the conductive layer in the heterojunction structure is within 100 nm from the heterojunction interface, which can be much thinner than that achieved by, for example, ion implantation.

〔効果〕〔effect〕

(1)、化合物半導体基板上に形成したベテロ接合溝造
のヘテロ接合界面に形成される二次元電子ガス層を4電
層としてなることにより、二次元電子ガスに固有の高い
移動度を持つホール素子を得ることができる。
(1) By making the two-dimensional electron gas layer formed at the heterojunction interface of the beterojunction groove formed on the compound semiconductor substrate into a four-electrode layer, holes with high mobility inherent to the two-dimensional electron gas element can be obtained.

(2+、前記(1)により、導電層、ひいてはホール素
子の厚さもヘテロ接合構造によって極めて薄いものとす
ることができる。
(2+) According to the above (1), the thickness of the conductive layer and, by extension, the thickness of the Hall element can be made extremely thin due to the heterojunction structure.

(3)、前記fll、 f2+により、たとえばイオン
打ち込みによって得られるホール素子に比べて移動度お
よび厚さの点ではるかに優れたホール素子を実現できる
(3) By using the above fll and f2+, it is possible to realize a Hall element that is far superior in terms of mobility and thickness compared to, for example, a Hall element obtained by ion implantation.

(4)、前記+11. +21により、高感度のホール
素子を得ることができる。
(4), above +11. +21, a highly sensitive Hall element can be obtained.

(51,0aAs半導体基板を用いたホール素子とする
ことにより、前記f1)〜(4)の効果を有効に発揮で
きる上に、高温での使用にも有利な総合的に優れたホー
ル素子を実現できる。
(By using a Hall element using a 51,0aAs semiconductor substrate, it is possible to effectively exhibit the effects of f1) to (4) above, and also realize a comprehensively excellent Hall element that is advantageous for use at high temperatures. can.

(6)、従来のGaAsホール素子はS i Otなど
の保護膜を用いているため熱処理工程を経ると基板と保
護股間の応力分布が変化し不平衡電圧を増大させるとい
う問題があるが、本発明の構造においてはGaAs材料
層をそのまま保護膜として利用できるため基板との応力
変化が少なく不平衡電圧の小さいホール素子とする可能
性がある。
(6) Since conventional GaAs Hall elements use a protective film such as SiOt, there is a problem that the stress distribution between the substrate and the protective groin changes after the heat treatment process, increasing the unbalanced voltage. In the structure of the invention, since the GaAs material layer can be used as it is as a protective film, there is a possibility that a Hall element with less stress change with the substrate and a lower unbalanced voltage can be obtained.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。
Although the invention made by the present inventor has been specifically explained above based on Examples, it goes without saying that the present invention is not limited to the Examples and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Nor.

たとえば、ヘテロ接合の形成方式などを前記したもの以
外のものとすることもできる6〔利用分野〕 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるGaAs′+−導体
基板を用いたホール素子に適用した場合について説明し
たが、それに限定されるものではなく、たとえば、In
Sbなどの他の化合物半導体基板を用いたホール素子に
広く適用できる。
For example, the method for forming the heterojunction may be other than that described above.6 [Field of Application] The above description will mainly focus on the invention made by the present inventor, which is the field of application which is the background of the invention, GaAs'+ - Although the case where it is applied to a Hall element using a conductive substrate has been described, it is not limited thereto.
It can be widely applied to Hall elements using other compound semiconductor substrates such as Sb.

図面の簡fitな説明 第1図は本発明の一実施例であるホール素子の断面図で
ある。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view of a Hall element that is an embodiment of the present invention.

1・・・GaAs基)反、2・・・ノンドープ型QaA
sエピタキシャル層、3・・・シリコンドープ型GaA
pAs層、4・・・ノンドープ型GaAsAl![,5
・・・二次元電子ガス層。
1...GaAs group) anti, 2...non-doped QaA
s epitaxial layer, 3... silicon-doped GaA
pAs layer, 4...non-doped GaAsAl! [,5
...Two-dimensional electron gas layer.

第  1  図Figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、化合物半導体基板上に形成したヘテロ接合構造のヘ
テロ接合界面に形成される二次元電子ガス層を導電層と
してなることを特徴とするホール素子。 2、二次元電子ガス層が、ガリウム−ヒ素半導体基板上
のシリコンドープ型ガリウム−アルミニウム−ヒ素層と
ノンドープ型ガリウム−ヒ素層とのヘテロ接合界面に形
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
載のホール素子。
[Scope of Claims] 1. A Hall element characterized in that a two-dimensional electron gas layer formed at a heterojunction interface of a heterojunction structure formed on a compound semiconductor substrate is used as a conductive layer. 2. A two-dimensional electron gas layer is formed at a heterojunction interface between a silicon-doped gallium-aluminum-arsenide layer and a non-doped gallium-arsenide layer on a gallium-arsenide semiconductor substrate. The Hall element according to range 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2691839A1 (en) * 1992-05-27 1993-12-03 Schlumberger Ind Sa Hall Effect Sensor.
JP2006080338A (en) * 2004-09-10 2006-03-23 Tokyo Institute Of Technology Magnetic sensor for high temperature

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