一种霍尔元件及其制备方法

日期:2019-06-12 21:37:15

一种霍尔元件及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体技术领域,具体地说,涉及一种霍尔元件及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器。由于其工艺简单、成本低且容易实现 片上系统等优点已广泛应用在工业控制、智能仪器仪表和消费电子等领域。霍尔效应是指 磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时,产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔 效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箱片时,若在垂直于电流的方 向施加磁场,贝金属箱片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箱片中更 为明显,而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。
[0003] 对于霍尔元件来说,载流子迀移率越大,则其灵敏度越大。大多数半导体的电子迀 移率都大于空穴迀移率,所以一般的霍尔元件功能层均采用N型掺杂,而半导体材料的电 子迀移率和掺杂浓度密切相关,掺杂浓度越高,则电子迀移率越低。因此,要获得更高的灵 敏度,要求霍尔元件功能层材料掺杂浓度越低越好。但是,另一方面,当霍尔元件功能层掺 杂浓度降低后,在其上与金属形成良好欧姆接触的工艺难度将大大提升。

【发明内容】

[0004] 为此,本发明所要解决的技术问题在于低掺杂浓度的高灵敏度霍尔元件功能层很 难与金属电极形成良好的欧姆接触,从而提出一种霍尔元件及其制备方法。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明提供了如下技术方案:
[0006] -种霍尔元件,包括依次设置的衬底、掺杂的功能层、掺杂的欧姆接触层和金属电 极,且欧姆接触层紧贴金属电极设置,功能层的掺杂浓度小于欧姆接触层的掺杂浓度。
[0007] 优选地,功能层为N型掺杂,掺杂浓度为2E15cm 3到5E16cm 3,欧姆接触层为N型 掺杂,掺杂浓度为lE18cm3到lE19cm 3。
[0008] 优选地,欧姆接触层与金属电极之间的接触电阻率小于7. 00 X 10 4 Ω /cm2。
[0009] 优选地,衬底为半绝缘GaAs、功能层为N型掺杂的GaAs,欧姆接触层为N型掺杂的 AlGaAs 或 InGaAs〇
[0010] 优选地,还包括钝化层,钝化层覆盖霍尔元件除金属电极表面外的外表面,钝化层 为氮化硅。
[0011] -种霍尔元件的制备方法,包括以下步骤:
[0012] 在衬底上依次形成功能层和欧姆接触层,功能层的掺杂浓度小于欧姆接触层的掺 杂浓度;
[0013] 在欧姆接触层上形成金属电极,以形成欧姆接触;
[0014] 选择性地去除与金属电极紧贴部分以外的欧姆接触层。
[0015] 优选地,在选择性地去除与金属电极紧贴部分以外的欧姆接触层的步骤之后,还 包括:
[0016] 在霍尔元件上形成钝化层;
[0017] 去除金属电极上的钝化层。
[0018] 优选地,功能层为N型掺杂的GaAs,欧姆接触层为N型掺杂的AlGaAs或InGaAs。
[0019] 优选地,在欧姆接触层上形成金属电极,以形成欧姆接触的步骤包括:
[0020] 利用电子束蒸发法形成金属电极;
[0021] 氮气气氛中在400-800°C下保温100-150秒以进行退火。
[0022] 优选地,在衬底上依次形成功能层和欧姆接触层的步骤包括:
[0023] 在衬底上外延生长功能层后,将压力维持在120_140mbar、温度维持在 700-800°C,并保持 50-70s ;
[0024] 将反应压力控制在100-120mbar、生长温度控制在600-700°C,外延生长欧姆接触 层。
[0025] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0026] 1.本发明提供的霍尔元件在功能层与金属电极之间设置了掺杂浓度大于功能层 的欧姆接触层,通过该欧姆接触层与金属电极形成良好的欧姆接触,解决了低掺杂的功能 层难以与金属电极形成良好的欧姆接触的问题,从而其功能层的掺杂浓度可以非常低,因 此具有非常高的电子迀移率,即其灵敏度会非常高。
[0027] 2.本发明提供的霍尔元件制备方法,在功能层上形成了欧姆接触层,再在欧姆接 触层上制备金属电极形成欧姆接触,且功能层的掺杂浓度小于欧姆接触层的掺杂浓度,掺 杂浓度较高的欧姆接触层可以与金属电极形成接触电阻率低的良好欧姆接触,从而可以制 作出功能层掺杂浓度很低的霍尔元件,功能层掺杂浓度低的霍尔元件的灵敏度高。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明实施例的霍尔元件结构示意图;
[0029] 图2是本发明实施例的霍尔元件制备方法的流程图;
[0030] 图3是本发明实施例中的功能层和欧姆接触层的制备方法的流程图;
[0031] 图4是本发明实施例中的在欧姆接触层上形成金属电极的方法流程图。
[0032] 图中附图标记表不为:1_衬底、2_功能层、3-欧姆接触层、4_金属电极、5_纯化 层。
【具体实施方式】
[0033] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的内容,下面结合附图和实施例对本 发明所提供的技术方案作进一步的详细描述。
[0034] 如图1所示,本发明实施例提供了一种霍尔元件,包括依次设置的衬底1、掺杂的 功能层2、掺杂的欧姆接触层3和金属电极4,且欧姆接触层3紧贴金属电极4设置,功能层 2的掺杂浓度小于欧姆接触层3的掺杂浓度。功能层2与欧姆接触层3可以采用N型掺杂, 也可以采用P型掺杂,优选地采用N型掺杂。
[0035] 本发明实施例提供的霍尔元件,在功能层2与金属电极4之间设置了掺杂浓度大 于功能层2的欧姆接触层3,通过该欧姆接触层3与金属电极4形成良好的欧姆接触,解决 了低掺杂的功能层难以与金属电极形成良好的欧姆接触的问题,从而其功能层2的掺杂浓 度可以非常低,因此具有非常高的电子迀移率,即其灵敏度会非常高。
[0036] 作为优选的实施方式,功能层2选用娃元素掺杂,掺杂浓度为2E15cm 3到 5E16cm 3,进一步优选掺杂浓度为5E16cm 3。该低掺杂浓度功能层的霍尔元件的灵敏度很 高。上述欧姆接触层3选用娃元素掺杂,掺杂浓度为lE18cm3到lE19cm 3,进一步优选掺杂 浓度为2E18cm 3。
[0037] 具体地,衬底1为半绝缘GaAs、功能层2为N型掺杂的GaAs,欧姆接触层3为N型 惨杂的 AlGaAs 或 InGaAs。
[0038] 半绝缘GaAs衬底1的厚度优选为300-400um,进一步优选为350um。GaAs功能层 2的厚度优选为1-3 μ m,进一步优选为2 μ m。欧姆接触层3具体选用Ina2GaasAs材料,厚 度优选为〇· 1 μ m-0. 3 μ m,进一步优选为0· 2 μ m。
[0039] 本发明实施例提供的霍尔元件的欧姆接触层3与金属电极4之间的接触电阻率小 于 7. 00X 10 4 Ω/cm2〇
[0040] 作为另一优选的【具体实施方式】,本发明实施例的霍尔元件还包括钝化层5,钝 化层5覆盖霍尔元件除金属电极表面外的外表面,钝化层5为氮化硅。其厚度优选为 0. 1-0. 5 μ m,进一步优选为0. 30 μ m。该钝化层5主要用于保护功能层2,以防止其受到物 理损害或者化学腐蚀损害。
[0041] 如图2所示,本发明实施例还提供了一种霍尔元件的制备方法,包括以下步骤:
[0042] S1 :在衬底上依次形成功能层和欧姆接触层,功能层的掺杂浓度小于欧姆接触层 的掺杂浓度;
[0043] S2 :在欧姆接触层上形成金属电极,以形成欧姆接触;
[0044] S3 :选择性地去除与金属电极紧贴部分以外的欧姆接触层。
[0045] 本发明实施例提供的霍尔元件的制备方法,在功能层上形成了欧姆接触层,再在 欧姆接触层上制备金属电极形成欧姆接触,且功能层的掺杂浓度小于欧姆接触层的掺杂浓 度,掺杂浓度低的功能层虽然不能直接与金属电极形成接触电阻率低的良好

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