[发明专利]生长用于红外光检测器的异质结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过分子束外延（MBE）生长具有多个量子阱的半导体异质结构的技术，该技术可用于制造基于在深红外范围（8-12μm）上具灵敏性的光接收矩阵的设备。通过在载流子在由交替的量子阱（具有较小带隙宽度的材料）和量子势垒（具有较大带隙宽度的材料）对所组成的异质结构的活性区分区之间间接跃迁过程中吸收能量，可以在低温（低于77°K）下提供所述光谱范围上的光敏性。在生长这样的异质结构的过程中，必须解决几个互相关联的问题：

-在单个量子阱中的吸收绝对值相对较低，因此在异质结构活性区内使用了数十（从20至50）对量子阱和量子势垒，这些量子阱和量子势垒的化学成分和厚度必须尽可能保持精确，以确保所需的光谱灵敏性。

-为了提高吸收效率，量子阱经常被调制掺杂（例如，用施主杂质——Si）直到达到高浓度（特别地，使用所谓的德尔塔掺杂），然而必须考虑表面偏析（segregation）的影响，这会导致不均匀的杂质浓度，在高生长温度下最为突出。

-为了确保活性区中所保持的层成分和厚度的精确以及其间异质边界的尖锐，优选地是降低生长温度，然而这将导致在层材料中形成的晶体缺陷（移位以及深杂质，主要是氧）的数量增多，这会构成复合中心（DX中心），降低量子阱中的吸收效率。

-增加量子阱中掺杂剂的浓度会提高活性区的灵敏性，然而它也会导致光检测器的“暗电流”增加，结果需要降低工作温度。

背景技术

在一种用于生长红外光检测器异质结构的已知方法中，该异质结构包括衬底以及上面覆盖的半导体层，即接触层以及形成包含50个GaAs量子阱以及AlGaAs量子势垒的活性区的层。该量子阱被Si掺杂，掺杂度为3.3x10¹⁸cm^-3。衬底温度被保持在690℃，见D.K.Sengupta等人发表在Journal of Electronic Materials（美国）的1998年第27卷、第7期、858859页的“GaAs-on-Si衬底上n型GaAs/AlGaAs量子阱红外光检测器的生长和特性（Growth and Characterization of n-Type GaAs/AlGaAs Quantum Well Infrared Photodetector on GaAs-on-Si Substrate）”（附复印件）。由于GaAs在温度690℃下的热不稳定性，所述方法不能确保异质边界的尖锐。此外，在高掺杂度并在该温度下，由于Si原子的表面偏析，不能确保量子阱的掺杂均匀性。这导致光检测器光谱灵敏性的降低以及暗电流的增加。

在另一种用于生长红外光检测器异质结构的已知方法中，该异质结构包括衬底以及覆盖的半导体层，半导体层形成包含多个硅掺杂量子阱以及多个量子势垒的活性区。所述方法采用MBE，通过在真空中在580℃加热衬底来实施，其中试剂Ga及As被馈送到量子阱中，并且Al、Ga及As被馈送到量子势垒中。量子阱的Si掺杂度为1×10¹⁸cm^-3，见K.L.Tsai等人发表在Journal of Applied Physics的1994年7月1日第76卷第1期274-277页上的“氧对GaAs/AlGaAs量子阱红外光检测器性能的影响（Influence of oxygen on the performance of GaAs/AlGaAs quantum well infrared photodetectors）”（附复印件）。

该技术方案已被视为本发明的原型。在该方法中过程温度相对于上述类似方法被降低，以防止GaAs的热不稳定性并确保异质边界的尖锐，然而过程的低温导致了晶体缺陷（移位以及深杂质，例如氧）的数量增加，构成复合中心（DX中心），复合中心降低量子阱中的吸收效率并且相应地，降低红外检测器的灵敏性以及检测率。

发明内容

本发明的一个目的是减少晶体缺陷的数量并从而提高灵敏性（信噪比）以及检测率（光检测器的最小可检测信号）。