[发明专利]半导体结构、包括这种结构的装置以及制造半导体结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁辐射的检测和/或测量领域，以及实施这种检测和/或测量的装置。

与微电子技术适用于引导带隙半导体相关的光电子学的迅速发展，促使了检测和/或测量电磁辐射的装置的发展，该装置在从紫外线到红外线的波长范围内是紧凑的。

这些装置通常使得半导体结构能够接收电磁辐射并且将其转换为电信号。

本发明尤其涉及一种能够接收电磁辐射并且将其转换为电信号的半导体结构，涉及一种包括至少一种这样半导体结构的半导体装置以及一种制造这种半导体结构的方法。

现有技术

能够接收电磁辐射并且将其转换为电信号的半导体结构通常是试图反向偏置的二极管型半导体结构。

这种结构，当用于电磁辐射的检测和/或测量时，具有暗电流。这种暗电流，与当这种结构不受电磁辐射影响时的运转中二极管电流相对应，表现出了这种结构的主噪声源，并且因此限制了其信噪比，以及其灵敏度。在温度低于170K的低温情况下，这种暗电流基本上与空间电荷区有关系。当然，这是产生和重组电子空穴对的电流，和缺陷辅助隧道电流和带带隧道电流，的地方，这引起了大多数的低温暗电流。

已知的是，为了限制这种低温暗电流，使用了势垒型半导体结构，这种半导体结构包括由势垒区域隔开的具有相同传导性类型的第一区域和第二区域。具有相同传导性类型的第一区域和第二区域，包括相等的多数载流子，其由该结构的多数载流子所限定。势垒区域包括对于大多数载流子适于作为势垒，以及忽视少数载流子的带隙。为此，在不同区域之间，势垒区域具有比存在能量差的第一区域和第二区域更高的带隙能量，对应于少数载流子，能带尽可能低，也就是说，对应于少数载流子是空穴的价带，以及对应于少数载流子是电子的导带。因此，通过在第一和第二区域的带隙能量差值，该势垒区域产生了对于多数载流子的强烈的电势垒(potential barrier)。对于少数载流子而言，它是低的或者甚至消除，因为，对于少数载流子而言，能带是低的能量差值。

如此，当相对于第二区域，第一区域是反向偏置时，在第一区域中由光子产生了电子空穴对，产生的少数载流子从第一区域转换到第二区域并且由这种偏置来加速。如此，少数载流子在相同的方式集中。这种结构无需在小间隙材料中存在空间电荷区，而且免除了在空间电荷区存在的噪声，因此，具有相对于二极管型结构，减少的低温暗电流。

然而，如果对于低温操作，这种结构实现了降低的暗电流，由于用于势垒形成的带隙能量差，这种结构必然是一种异质结构。因此，这种结构通常包括包含不同元素的材料以及因此具有通常较高的点阵参数差值，和在该结构的不同区域之间的接合缺陷。这种缺陷，潜在地提高了噪声，因此限制了该结构的价值。

已知的是，特别是在美国专利US4679063所描述的，为了限制这种接合缺陷的量，使用了由相同元素构成的材料，例如Cd_XHg_1-XTe汞碲化镉型材料。这种材料具有，对于不同元素的比例，通常减少的点阵参数差值，并且当这些差值较高时，包括精细的匹配层，沿着此层元素比例发生变化，以降低在接合处的压力，因此降低了接合缺陷的量。

然而，如果包括此材料的结构具有降低的接合缺陷密度，用于形成所述结构的材料必须实现两个准则：

-该材料必须具有作为元素比例函数的强烈的带隙能量变化，

-该材料必须提供，对于至少一个传导性类型，在带隙能量中强烈变化的可能性，具有对于少数载流子的能带而言较低的能量差值。

在文献US4679063中描述的解决方案中为了满足第二准则，使用了势垒区域的适当的掺杂质。这种解决方案对于一些材料而言难以实现第一准则，例如镉－碲化汞，具有技术制约的足够的搀杂质很难不与工业生产发生矛盾。

发明内容

本发明旨在克服此缺点。

本发明的一个目的在于提供一种半导体结构，其能够接收电磁辐射并且将其转换为电信号，该结构由势垒类型的半导体材料构成，该材料由相同的元素组成，而不需要与第一和第二区域的元素不同的势垒区域的掺杂质类型，在运行过程中，对于少数载流子，电势垒是无效的，而对于多数载流子，电势垒仍然保持有效，甚至对于该结构的高的反向偏压的情况。

为此，本发明涉及一种半导体结构，其能够接收：

－第一和第二区域，它们具有相同的传导性类型并且分别由第一和第二半导体材料制成，所述第一和第二半导体材料两者由相同的元素构成，所述元素称为组成元素，这些组成元素中的至少两种的不同比例与所述材料的带隙能量差相对应，第一材料是直接带隙半导体材料，