[发明专利]一种霍尔元件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感领域，具体涉及一种高灵敏度砷化铟霍尔元件及其制备方法。

背景技术

霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，一般用于检测磁场及其变化。霍尔元件的灵敏度和材料的迁移率密切相关。为了进一步提升霍尔元件的灵敏度，人们采用化合物半导体替代硅，获得了性能非常优异的霍尔元件。

锑化铟霍尔元件灵敏度最高，其体材料的迁移率达到78000cm²/Vs，但是锑化铟的禁带宽度窄，可导致其霍尔元件的温度系数非常差，限制了它的应用范围。而砷化镓霍尔元件与之相反，其温度系数非常优异，但是灵敏度偏低。砷化铟霍尔元件，则兼具两者的有点，从而广泛吸引人们的关注。

然而，采用外延方法制备砷化铟薄膜时，因为缺少与之晶格匹配的低成本衬底，难以制备高质量的薄膜，从而导致砷化铟薄膜迁移率偏低，进而降低霍尔元件的灵敏度。为了获得高迁移率的砷化铟薄膜，传统方法采用砷化镓衬底，在其上生长掺杂的砷化铟材料，可以获得迁移率超过12000cm²/Vs的薄膜，从而基本满足砷化铟霍尔元件的应用需求。但是，因为砷化镓和砷化铟材料存在7％的晶格失配，在离砷化镓和砷化铟界面较近的区域内，存在大量的失配位错，降低了材料整体的迁移率。

发明内容

为此，本发明所要解决的是现有砷化铟霍尔元件中，由于砷化铟迁移率低影响其性能的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种霍尔元件，包括依次层叠设置的衬底、P型砷化铟层、N型砷化铟层。

可选地，所述P型砷化铟层的厚度为20nm～1000nm；

可选地，所述N型砷化铟层厚度为100nm-1000nm。

可选地，所述N型砷化铟层的掺杂元素为硅和/或碲和/或硫；

可选地，所述衬底为砷化镓衬底。

本发明还提供一种所述的霍尔元件的制备方法，包括如下步骤：

在衬底上形成P型砷化铟层；

在所述P型砷化铟层上形成N型砷化铟层。

可选地，所述P型砷化铟层通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。

可选地，所述P型砷化铟层的生长方法为：以砷烷(AsH₃)或叔丁基砷(TBAs)为砷源、三甲基铟(TMIn)为铟源、二乙基锌(DEZn)或者二茂镁(Cp₂Mg)为掺杂源，氢气(H₂)为载气，生长温度为450℃-600℃，压力为20-500mbar，Ⅴ/Ⅲ比为5-200，进行生长。

可选地，所述P型砷化铟层的生长方法为：以固态砷(As₄)为砷源、固态铟为铟源、固态铍或固态锌或固态镁为掺杂源，生长温度300℃-550℃，压力为1E-10Torr，Ⅴ/Ⅲ比为1-100，进行生长。

可选地，所述N型砷化铟层通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。

可选地，所述N型砷化铟层的生长方法为：以砷烷(AsH₃)或叔丁基砷(TBAs)为砷源、三甲基铟(TMIn)为铟源、硅烷(SiH₄)或乙硅烷(Si₂H₆)为掺杂源，氢气(H₂)为载气，生长温度为450℃-600℃，压力为20-500mbar，Ⅴ/Ⅲ比为5-200，进行生长。

可选地，所述N型砷化铟层的生长方法为：以固态砷(As₄)为砷源，固态铟为铟源，固态硅为掺杂源，生长温度300℃-550℃，背景压力为1E-10Torr，Ⅴ/Ⅲ比为1-100，进行生长。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明实施例提供一种霍尔元件，包括依次层叠设置的衬底、P型砷化铟层、N型砷化铟层。因为砷化铟层为N型掺杂，P型砷化铟层为过渡层，从而在两者界面处形成一个空间电荷区，而霍尔元件中的电极只接触N型区域，因此，在霍尔元件工作过程中，P型砷化铟层是不参与导通的。从而，P型砷化铟层中的缺陷不会影响器件性能。而N型功能层直接生长在P型砷化铟层上，缺陷密度大幅减小，从而材料的迁移率大幅增加，进而使得霍尔元件灵敏度得到极大改善。

2、本发明实施例还提供一种所述的霍尔元件的制备方法，包括如下步骤：在衬底上形成P型砷化铟层；在所述P型砷化铟层上形成N型砷化铟层。可选地，所述P型砷化铟层通过外延生长工艺制备；工艺成熟，方法简单、可靠。

附图说明