[發明專利]生長用于紅外光檢測器的異質結構的方法

有效

• 申請號: 201280047193.5
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN103959441A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: D·M·科拉索維特斯基;V·P·查爾里;N·I·卡特賽弗茨;A·L·達丁
• 申請（專利權）人: "斯韋特蘭娜-羅斯特"股份公司
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;H01L31/18
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 姬利永

技術領域

本發明涉及用于通過分子束外延（MBE）生長具有多個量子阱的半導體異質結構的技術，該技術可用于制造基于在深紅外范圍（8-12μm）上具靈敏性的光接收矩陣的設備。通過在載流子在由交替的量子阱（具有較小帶隙寬度的材料）和量子勢壘（具有較大帶隙寬度的材料）對所組成的異質結構的活性區分區之間間接躍遷過程中吸收能量，可以在低溫（低于77°K）下提供所述光譜范圍上的光敏性。在生長這樣的異質結構的過程中，必須解決幾個互相關聯的問題：

-在單個量子阱中的吸收絕對值相對較低，因此在異質結構活性區內使用了數十（從20至50）對量子阱和量子勢壘，這些量子阱和量子勢壘的化學成分和厚度必須盡可能保持精確，以確保所需的光譜靈敏性。

-為了提高吸收效率，量子阱經常被調制摻雜（例如，用施主雜質——Si）直到達到高濃度（特別地，使用所謂的德爾塔摻雜），然而必須考慮表面偏析（segregation）的影響，這會導致不均勻的雜質濃度，在高生長溫度下最為突出。

-為了確?；钚詤^中所保持的層成分和厚度的精確以及其間異質邊界的尖銳，優選地是降低生長溫度，然而這將導致在層材料中形成的晶體缺陷（移位以及深雜質，主要是氧）的數量增多，這會構成復合中心（DX中心），降低量子阱中的吸收效率。

-增加量子阱中摻雜劑的濃度會提高活性區的靈敏性，然而它也會導致光檢測器的“暗電流”增加，結果需要降低工作溫度。

背景技術

在一種用于生長紅外光檢測器異質結構的已知方法中，該異質結構包括襯底以及上面覆蓋的半導體層，即接觸層以及形成包含50個GaAs量子阱以及AlGaAs量子勢壘的活性區的層。該量子阱被Si摻雜，摻雜度為3.3x10¹⁸cm^-3。襯底溫度被保持在690℃，見D.K.Sengupta等人發表在Journal?of?Electronic?Materials（美國）的1998年第27卷、第7期、858859頁的“GaAs-on-Si襯底上n型GaAs/AlGaAs量子阱紅外光檢測器的生長和特性（Growth?and?Characterization?of?n-Type?GaAs/AlGaAs?Quantum?Well?Infrared?Photodetector?on?GaAs-on-Si?Substrate）”（附復印件）。由于GaAs在溫度690℃下的熱不穩定性，所述方法不能確保異質邊界的尖銳。此外，在高摻雜度并在該溫度下，由于Si原子的表面偏析，不能確保量子阱的摻雜均勻性。這導致光檢測器光譜靈敏性的降低以及暗電流的增加。

在另一種用于生長紅外光檢測器異質結構的已知方法中，該異質結構包括襯底以及覆蓋的半導體層，半導體層形成包含多個硅摻雜量子阱以及多個量子勢壘的活性區。所述方法采用MBE，通過在真空中在580℃加熱襯底來實施，其中試劑Ga及As被饋送到量子阱中，并且Al、Ga及As被饋送到量子勢壘中。量子阱的Si摻雜度為1×10¹⁸cm^-3，見K.L.Tsai等人發表在Journal?of?Applied?Physics的1994年7月1日第76卷第1期274-277頁上的“氧對GaAs/AlGaAs量子阱紅外光檢測器性能的影響（Influence?of?oxygen?on?the?performance?of?GaAs/AlGaAs?quantum?well?infrared?photodetectors）”（附復印件）。

該技術方案已被視為本發明的原型。在該方法中過程溫度相對于上述類似方法被降低，以防止GaAs的熱不穩定性并確保異質邊界的尖銳，然而過程的低溫導致了晶體缺陷（移位以及深雜質，例如氧）的數量增加，構成復合中心（DX中心），復合中心降低量子阱中的吸收效率并且相應地，降低紅外檢測器的靈敏性以及檢測率。

發明內容

本發明的一個目的是減少晶體缺陷的數量并從而提高靈敏性（信噪比）以及檢測率（光檢測器的最小可檢測信號）。