一種霍爾元件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種霍爾元件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器。由于其工藝簡(jiǎn)單、成本低且容易實(shí)現(xiàn) 片上系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)已廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制、智能儀器儀表和消費(fèi)電子等領(lǐng)域?；魻栃?yīng)是指 磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾 效應(yīng)是1879年被美國(guó)物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流通過金屬箱片時(shí)，若在垂直于電流的方 向施加磁場(chǎng)，貝金屬箱片兩側(cè)面會(huì)出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箱片中更 為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。
[0003] 對(duì)于霍爾元件來(lái)說，載流子迀移率越大，則其靈敏度越大。大多數(shù)半導(dǎo)體的電子迀 移率都大于空穴迀移率，所以一般的霍爾元件功能層均采用N型摻雜，而半導(dǎo)體材料的電 子迀移率和摻雜濃度密切相關(guān)，摻雜濃度越高，則電子迀移率越低。因此，要獲得更高的靈 敏度，要求霍爾元件功能層材料摻雜濃度越低越好。但是，另一方面，當(dāng)霍爾元件功能層摻 雜濃度降低后，在其上與金屬形成良好歐姆接觸的工藝難度將大大提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于低摻雜濃度的高靈敏度霍爾元件功能層很 難與金屬電極形成良好的歐姆接觸，從而提出一種霍爾元件及其制備方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
[0006] -種霍爾元件，包括依次設(shè)置的襯底、摻雜的功能層、摻雜的歐姆接觸層和金屬電 極，且歐姆接觸層緊貼金屬電極設(shè)置，功能層的摻雜濃度小于歐姆接觸層的摻雜濃度。
[0007] 優(yōu)選地，功能層為N型摻雜，摻雜濃度為2E15cm 3到5E16cm 3,歐姆接觸層為N型 摻雜，摻雜濃度為lE18cm3到lE19cm 3。
[0008] 優(yōu)選地，歐姆接觸層與金屬電極之間的接觸電阻率小于7. 00 X 10 4 Ω /cm2。
[0009] 優(yōu)選地，襯底為半絕緣GaAs、功能層為N型摻雜的GaAs，歐姆接觸層為N型摻雜的 AlGaAs 或 InGaAs〇
[0010] 優(yōu)選地，還包括鈍化層，鈍化層覆蓋霍爾元件除金屬電極表面外的外表面，鈍化層 為氮化硅。
[0011] -種霍爾元件的制備方法，包括以下步驟：
[0012] 在襯底上依次形成功能層和歐姆接觸層，功能層的摻雜濃度小于歐姆接觸層的摻 雜濃度；
[0013] 在歐姆接觸層上形成金屬電極，以形成歐姆接觸；
[0014] 選擇性地去除與金屬電極緊貼部分以外的歐姆接觸層。
[0015] 優(yōu)選地，在選擇性地去除與金屬電極緊貼部分以外的歐姆接觸層的步驟之后，還 包括：
[0016] 在霍爾元件上形成鈍化層；
[0017] 去除金屬電極上的鈍化層。
[0018] 優(yōu)選地，功能層為N型摻雜的GaAs，歐姆接觸層為N型摻雜的AlGaAs或InGaAs。
[0019] 優(yōu)選地，在歐姆接觸層上形成金屬電極，以形成歐姆接觸的步驟包括：
[0020] 利用電子束蒸發(fā)法形成金屬電極；
[0021] 氮?dú)鈿夥罩性?00-800°C下保溫100-150秒以進(jìn)行退火。
[0022] 優(yōu)選地，在襯底上依次形成功能層和歐姆接觸層的步驟包括：
[0023] 在襯底上外延生長(zhǎng)功能層后，將壓力維持在120_140mbar、溫度維持在 700-800°C，并保持 50-70s ;
[0024] 將反應(yīng)壓力控制在100-120mbar、生長(zhǎng)溫度控制在600-700°C，外延生長(zhǎng)歐姆接觸 層。
[0025] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0026] 1.本發(fā)明提供的霍爾元件在功能層與金屬電極之間設(shè)置了摻雜濃度大于功能層 的歐姆接觸層，通過該歐姆接觸層與金屬電極形成良好的歐姆接觸，解決了低摻雜的功能 層難以與金屬電極形成良好的歐姆接觸的問題，從而其功能層的摻雜濃度可以非常低，因 此具有非常高的電子迀移率，即其靈敏度會(huì)非常高。
[0027] 2.本發(fā)明提供的霍爾元件制備方法，在功能層上形成了歐姆接觸層，再在歐姆接 觸層上制備金屬電極形成歐姆接觸，且功能層的摻雜濃度小于歐姆接觸層的摻雜濃度，摻 雜濃度較高的歐姆接觸層可以與金屬電極形成接觸電阻率低的良好歐姆接觸，從而可以制 作出功能層摻雜濃度很低的霍爾元件，功能層摻雜濃度低的霍爾元件的靈敏度高。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的霍爾元件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的霍爾元件制備方法的流程圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的功能層和歐姆接觸層的制備方法的流程圖；
[0031] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中的在歐姆接觸層上形成金屬電極的方法流程圖。
[0032] 圖中附圖標(biāo)記表不為：1_襯底、2_功能層、3-歐姆接觸層、4_金屬電極、5_純化 層。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本 發(fā)明所提供的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0034] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種霍爾元件，包括依次設(shè)置的襯底1、摻雜的 功能層2、摻雜的歐姆接觸層3和金屬電極4,且歐姆接觸層3緊貼金屬電極4設(shè)置，功能層 2的摻雜濃度小于歐姆接觸層3的摻雜濃度。功能層2與歐姆接觸層3可以采用N型摻雜， 也可以采用P型摻雜，優(yōu)選地采用N型摻雜。
[0035] 本發(fā)明實(shí)施例提供的霍爾元件，在功能層2與金屬電極4之間設(shè)置了摻雜濃度大 于功能層2的歐姆接觸層3,通過該歐姆接觸層3與金屬電極4形成良好的歐姆接觸，解決 了低摻雜的功能層難以與金屬電極形成良好的歐姆接觸的問題，從而其功能層2的摻雜濃 度可以非常低，因此具有非常高的電子迀移率，即其靈敏度會(huì)非常高。
[0036] 作為優(yōu)選的實(shí)施方式，功能層2選用娃元素?fù)诫s，摻雜濃度為2E15cm 3到 5E16cm 3,進(jìn)一步優(yōu)選摻雜濃度為5E16cm 3。該低摻雜濃度功能層的霍爾元件的靈敏度很 高。上述歐姆接觸層3選用娃元素?fù)诫s，摻雜濃度為lE18cm3到lE19cm 3,進(jìn)一步優(yōu)選摻雜 濃度為2E18cm 3。
[0037] 具體地，襯底1為半絕緣GaAs、功能層2為N型摻雜的GaAs，歐姆接觸層3為N型 慘雜的 AlGaAs 或 InGaAs。
[0038] 半絕緣GaAs襯底1的厚度優(yōu)選為300-400um，進(jìn)一步優(yōu)選為350um。GaAs功能層 2的厚度優(yōu)選為1-3 μ m，進(jìn)一步優(yōu)選為2 μ m。歐姆接觸層3具體選用Ina2GaasAs材料，厚 度優(yōu)選為〇· 1 μ m-0. 3 μ m，進(jìn)一步優(yōu)選為0· 2 μ m。
[0039] 本發(fā)明實(shí)施例提供的霍爾元件的歐姆接觸層3與金屬電極4之間的接觸電阻率小 于 7. 00X 10 4 Ω/cm2〇
[0040] 作為另一優(yōu)選的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明實(shí)施例的霍爾元件還包括鈍化層5,鈍 化層5覆蓋霍爾元件除金屬電極表面外的外表面，鈍化層5為氮化硅。其厚度優(yōu)選為 0. 1-0. 5 μ m，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 30 μ m。該鈍化層5主要用于保護(hù)功能層2,以防止其受到物 理?yè)p害或者化學(xué)腐蝕損害。
[0041] 如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種霍爾元件的制備方法，包括以下步驟：
[0042] S1 :在襯底上依次形成功能層和歐姆接觸層，功能層的摻雜濃度小于歐姆接觸層 的摻雜濃度；
[0043] S2 :在歐姆接觸層上形成金屬電極，以形成歐姆接觸；
[0044] S3 :選擇性地去除與金屬電極緊貼部分以外的歐姆接觸層。
[0045] 本發(fā)明實(shí)施例提供的霍爾元件的制備方法，在功能層上形成了歐姆接觸層，再在 歐姆接觸層上制備金屬電極形成歐姆接觸，且功能層的摻雜濃度小于歐姆接觸層的摻雜濃 度，摻雜濃度低的功能層雖然不能直接與金屬電極形成接觸電阻率低的良好