JPH06260672A

JPH06260672A - 光電デテクタ

Info

Publication number: JPH06260672A
Application number: JP5053073A
Authority: JP
Inventors: Benoit Deveaud-Pledran; ブノワ、デボー‐プレドラン; Jean-Michel Gerard; ジャン‐ミシェル、ジェラール
Original assignee: France Telecom SA; Centre National dEtudes des Telecommunications CNET
Current assignee: Orange SA; France Telecom R&D SA
Priority date: 1992-02-18
Filing date: 1993-02-18
Publication date: 1994-09-16
Also published as: US5296699A; FR2687480B1; DE69303738T2; EP0557186B1; FR2687480A1; DE69303738D1; EP0557186A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】多重量子井戸構造を有する型の光電デテクタ
を提供する。【構成】半導体物質が少なくとも部分的にキャリヤに
よってドーピングされ、第１および第３半導体物質Ｃ１
〜Ｃ３の化学組成は、バリヤＢ１，２において、前記第
１半導体物質中の前記電子バンドのエネルギー極値と前
記第３半導体物質中の前記電子バンドのエネルギー極値
とのエネルギー差分が井戸を構成する第２半導体物質中
の光縦フォノンの最大エネルギーより大となるように選
定され、前記構造は第２半導体物質層と、キャリヤ方向
において１つの井戸の第２バリヤから次の井戸の第１バ
リヤまで前記第３半導体物質の組成から前記第１半導体
物質の組成まで徐々に変動する化学組成を有し、前記第
２半導体物質層を相互に分離する半導体物質層とから成
る交互層の堆積によって前記構造が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多重量子井戸構造を示
す型の光電デテクタに関するものである。本発明の特に
望ましい応用分野は、特に２×１０¹³乃至４×１０¹³Ｈ
ｚの周波数範囲の赤外線デテクタの分野である。

【０００２】

【従来の技術】最近まで、２×１０¹³乃至４×１０¹³Ｈ
ｚの周波数範囲のデテクタはメンデレーエフ周期律表の
第ＩＩ族および第ＶＩ族の元素から成る物質、主として
ＨｇＣｄＴｅによって製造されていた。これらの物質
は、所要幅（１００乃至２００ｍｅＶ）の禁止帯を有
し、顕著な検出性を示す。その主たる欠点は良質の接触
とｐ−ｎ接合の実現が困難な事であり、この欠点がＩＩ
−ＶＩ物質を使用するデバイスの発達を制限していた。
特に、十分サイズの光電デテクタ・マトリックスの信頼
できる製造法が知られていない。

【０００３】８０年代初期に、２×１０¹³乃至４×１０
¹³Ｈｚの周波数範囲における検出のために、量子井戸に
おいてバンド間遷移ではなくサブバンド間遷移を使用す
る事が提案された。この型の光電デテクタは、非常に一
般的に、第１半導体物質から成る「第１」バリヤと、第
２半導体物質から成る「井戸」と、第３半導体物質から
成る「第２」バリヤとから成り、各半導体物質がその化
学組成によって定義され、また前記各物質のエネルギー
極値を代表する与えられた電子バンド中の与えられた電
荷キャリヤの第１バリヤから第２バリヤへの伝播によっ
て、前記デテクタ中の導電性が保証されるように成され
た量子井戸構造を成す。実際上、量子井戸光電デテクタ
は一般に前記半導体物質の各層の基板上の連続エピタキ
シーによって製造される。

【０００４】量子井戸において、キャリヤがエピタキシ
ャル成長方向に閉じ込められるので、量子化エネルギー
準位を形成させる。例えば、第１および第３物質がＧａ
_0.7Ａｌ_0.3Ａｓから成り第２物質がＧａＡｓから成る
システム中の５ｎｍのオーダの幅の井戸の場合、最初の
２準位の間に得られる分離は所望の波長に対応する。前
記のシステムにおいて、キャリヤは電子であり、また前
記の電子バンドは伝導帯である。井戸にドナーをドープ
すれば、井戸の基礎準位において電子母集団が得られ、
この場合、入射光が正確に偏光される限りシステムは吸
収する事ができる。キャリヤが電子である時、偏光が層
の成長方向に平行な成分を有する場合にのみ遷移が許さ
れる。従って、前述のような量子井戸光電デテクタの基
本原理はその後、多くの修正によって改良された。例え
ば遷移は実際上、井戸中の２つの量子化準位の間におい
て生じる事なく、閉じ込められた準位とバリヤ上方の準
位ミニバンドとの間において生じる。このようにして、
光励起された電子が電流に寄与する確率が高い。

【０００５】Ｂ．Ｆ．レビンほか（Appl. Phys. Lett.5
7(4),1990, pp 383-385 ）は、一定範囲の波長において
調整可能のデテクタを得るため、井戸の２つのバリヤの
間に限定された非対称を導入する事を提案した。他の改
良法は、選択規則を考慮して入射光を多重量子井戸とさ
らに効率的に結合させる周期を有する格子を光電デテク
タの接触上側面に彫刻するにある。このようにして、Ｇ
ａＡｓ素材上の技術的処理の発達を利用して、２５６×
２５６光電デテクタ・マトリックスも余り困難なく製造
する事ができる。この型のマトリックスは６０゜Ｋで有
効である事が実証された。得られた画像の熱解像度は約
０．１゜Ｋである。この事自体が他の競合システムに対
する大きな利点である。

【０００６】しかし、実用的な光電デテクタを容易に製
造するためには、操作温度をできるだけ高くする必要が
ある。このような結果を得るためには、量子井戸デテク
タの検出度を改良しなければならない。この検出度は、
種々のパラメータ、特にサブバンド間の吸収係数の値に
よって影響される。この吸収係数を改良するための種々
の技術が提案された。例えば、主バリヤの組成と異なる
組成の薄いバリヤによって量子井戸を包囲する方法が提
案された。しかし一般にその利得と損失が相殺される。
前記の実施例においては、吸収における利得がバリヤに
向かっての電子転送係数の損失を伴う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】公知の量子井戸デテク
タの出力の基本的限界の１つは、デテクタのミニバンド
の光励起電子の井戸中の捕獲時間にある。実際に、この
型の構造の応答特性Ｒは、吸収係数（ａ）×井戸の中に
捕獲されずに再び接点に戻る電子の確率として非常に簡
単に現す事ができる。τ_captを平均捕獲時間としまたτ
_driftを電子が構造を横断する時間とすれば、下記の式
（１）が得られる：Ｒαａ・τ_capt／τ_drift （１）

【０００８】比率τ_capt／τ_driftを利得係数ｇで表
す。これは、平均捕獲時間が１つの接点から次の接点ま
でのドリフト時間より長ければ、デテクタが利得を示す
事を意味する。光デテクタの検出特性は、Ｒのみなら
ず、デバイスの暗電流のノイズｉの寄与にも依存する。
実験的に、非常に近似的にｉはショットノイズである事
が示されている。Ｉｄを暗電流とすれば、下記の式が得
られる：

【０００９】ｉｄ（Ｉｄ・ｇ）^1/2 およびＤαＲ／ｉα ａ×ｇ^1/2／ｄ^1/2

【００１０】出願人は、電子が量子井戸の中に捕獲され
るプロセスを深さにおいて分析し、ルミネッセンス実験
によって測定し、ピコ秒より高い精度まで経時的に定量
した。この検査結果は、通常構造において捕獲時間は常
に極度に短く、約１ピコ秒またはこれ以下である事を示
した。電子が構造を通過する時間は、これより長く、１
０ｐｓのオーダである。これは、現在公知の量子井戸デ
テクタの性能の限界を成す。

【００１１】本発明の目的は、構造を変更して光発生キ
ャリヤの捕獲時間を増大する事によって改良された検出
特性を有する多重量子井戸構造を有する光電デテクタを
提供するにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、前記の
量子井戸構造を有する光電デテクタは、前記半導体物質
が少なくとも部分的にキャリヤによってドーピングさ
れ、前記第１および第３半導体物質の化学組成は、前記
バリヤにおいて、前記第１半導体物質中の前記電子バン
ドのエネルギー極値と前記第３半導体物質中の前記電子
バンドのエネルギー極値とのエネルギー差分の絶対値が
井戸を構成する半導体物質中の光縦フォノンの最大エネ
ルギーより大となるように選定される。本発明によれ
ば、第２半導体物質層と、キャリヤ方向において１つの
井戸の第２バリヤから次の井戸の第１バリヤまで、前記
第３半導体物質の組成から前記第１半導体物質の組成ま
で変動する化学組成を有し、前記第２半導体物質層を分
離する半導体物質層とから成る交互層の堆積によって前
記構造が形成される。

【００１３】従って、公知の量子井戸のように同一また
はほとんど同一組成のバリヤを有するのでなく、本発明
によるホトデテクタのバリヤの組成は量子井戸の一方の
側の準位エネルギーが他方の側の電子エネルギーより、
例えばＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓシステムの場合、５０ｍ
ｅＶ以上大となるように変動する。このようにして、本
発明の光電デテクタが作動する場合のように電場に配置
される時、井戸の縁に達するキャリヤはその捕捉確率を
制限する下記の２つの効果を受ける： −キャリヤが不連続を通過する際により大きな動的エネ
ルギーを取得するので、キャリヤの速度が増大される。 −キャリヤの捕捉確率が光フォノンの放出によって低減
される。これは、この型のフォノンが放出された後にお
いても、キャリヤはなおもミニバンドの状態にあるから
である。井戸は相当に狭いので、衝撃によるイオン化の
問題は実際上解決される。

【００１４】継続的またピコ秒解像力を示すルミネッセ
ンス実験は、量子井戸の捕獲率を低減させるこの型の構
造の有効性を実証した。前記の式（１）により、出力は
同程度に増大される。一般式Ｇａ_xＡｌ_1-xＡｓに見合
う半導体物質を利用する量子井戸構造において、キャリ
ヤは好ましくは伝導帯から出る電子である。この場合キ
ャリヤの符号は負であるので、第２バリヤ中の伝導帯の
エネルギー極値は、第１バリヤ中の伝導帯のエネルギー
極値より低い。

【００１５】しかし本発明は、キャリヤが荷電子帯から
出る正孔である多重量子井戸光電デテクタの製造を可能
とするという大きな利点を有する。これは、一般式Ｓｉ
_xＧｅ_1-xの物質の場合であって、この物質はケイ素テ
クノロジーと両立するので、このようにして得られた光
デテクタがもっとも有効なケイ素基電子成分に組み込ま
れる利点を有する。この型のシステムにおいては、第１
バリヤ中の荷電子帯のエネルギー極値は第２バリヤ中の
荷電子帯の極値エネルギーより低くなければならない。
以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明す
るが本発明はこれに限定されるものではない。

【００１６】

【実施例】図１乃至図５は単一量子井戸構造に関するも
のであり、多重量子井戸構造に関する本発明の理解を容
易にするために記載される。図１は、本発明の理解を助
けるために図示された単一量子井戸を有する光電デテク
タ構造の断面図であって、第１電気接触層Ｃ５を介して
基板Ｓ上に堆積された３層から成り、すなわち第１バリ
ヤＢ１を成す第１半導体物質の厚さＬ_１の層Ｃ１と、井
戸Ｐを成す第２半導体物質の厚さＬ_２の中間層Ｃ２と、
第２バリヤＢ２を成す第３半導体物質の厚さＬ_３の層Ｃ
１とから成る。層Ｃ１は第２電気接触層Ｃ４によって覆
われている。

【００１７】各層Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の中の帯構造を図２
において基本的スケッチとして示し、またこの図２は伝
導帯ＢＣ１，ＢＣ２，ＢＣ３と、荷電子帯ＢＶ１，ＢＶ
２，ＢＶ３とを示す。この種の単一量子井戸構造におい
ては、半導体物質の組成は各層の厚さ全体を通して一定
である。図２のダイヤグラムにおいて、例えば伝導帯は
ブリュアン帯域中心Γ_１、Γ_２、Γ_３において，それぞ
れ極値、この場合には最小値を示す。

【００１８】それぞれの電子帯のそれぞれの位置は本質
的に半導体物質の化学組成に依存する。このように構成
された光電デテクタの中の導電性は、与えられた電子バ
ンド（伝導帯または荷電子帯）中の与えられた荷電キャ
リヤ（電子または正孔）の、第１バリヤＢ１から第２バ
リヤＢ２の方向の伝播によって保証される。

【００１９】図３は、各層のブリュアン帯域中心におい
て取られた伝導帯ＢＣ１，ＢＣ２，ＢＣ３の極小値
Γ_１、Γ_２、Γ_３によって発生された量子井戸のエネル
ギーダイヤグラムである。層Ｃ２のポテンシャル井戸に
おいて、キャリヤの閉じ込めの発生する量子化エネルギ
ー準位Ｅ_１，Ｅ_２，．．．Ｅ_ｎの値は下記の式から概算
評価される。

【００２０】

【数１】量子井戸が狭いほど、２つの第１準位Ｅ１とＥ２の間の
エネルギー差分が大きい事は理解されよう。従って、所
望の検出波長に対応して、量子井戸のサイズを調整する
事が可能である。

【００２１】エネルギー準位Ｅ_ｎに対応する波動関数Ψ
_ｎは下記の式から近似的に求められる。 Ψ_ｎ＝Ａｓｉｎ（ｎπＺ／Ｌ_２）ｎ＝１，２，３
… ここにＡは正規化定数である。量子井戸構造の最下準位
Ｅ_１を電子でポピュレートするため、層Ｃ１、Ｃ３の伝
導帯ＢＣ１，ＢＣ３の領域にドナー準位Ｅ_ｄ１を生じま
たは基本層Ｅ_１の近傍にドナー準位Ｅ_ｄ２を生じる不純
物をもって、半導体物質をドーピングする。このように
して電子が準位Ｅ_１をポピュレートする。同様に荷電子
帯の第１準位を正孔でポピュレートするため、半導体物
質を電子アクセプターによって適当にドーピングする。

【００２２】図３において、量子井戸構造の第１励起状
態のエネルギー準位Ｅ２は量子井戸の内部に閉じ込めら
れている事がわかる。従って、従ってエネルギー光子ｈ
ν＝Ｅ_２−Ｅ_１を吸収した後にそこに移動したキャリヤ
は伝播の確率がかなり低く、従って光電信号に実質的に
寄与する確率が低い。この伝播確率を増大するため、ゼ
ロ電場において図４に図示のように、量子井戸の閉じ込
め準位Ｅ_１と第２バリヤＢ２の高さより高いエネルギー
準位のミニ帯Ｅ_２との間の光遷移を実現する事が望まし
い。

【００２３】この最後のケースにおいて、図５は非ゼロ
電場における量子井戸の作動メカニズムを示す。エネル
ギー光子ｈνはエネルギーＥ_１のキャリヤ、例えば電子
によって量子井戸の中に吸収されて、ミニバンド中にお
いてエネルギー準位Ｅ_２に達する。この場合、印加され
た外部電場を受ける電子は構造を通して伝播できるが、
ミニバンド中を循環する電子は量子井戸を通過する際
に、構造によって捕捉されてこの量子井戸の最小エネル
ギー状態Ｅ_１に戻る一定の確率を有する。

【００２４】この捕捉確率を制限するため、第１および
第３半導体物質の組成は、望ましくは、バリヤＢ１とＢ
２において、第１半導体物質の第１層Ｃ１中の伝導帯Ｂ
Ｃ１の極小値Γ_１のエネルギーが第３半導体物質の第３
層Ｃ３中の伝導帯ＢＣ３の極小値Γ_３のエネルギーより
大となり、エネルギー差分ΔＥが量子井戸Ｐの第２半導
体物質中の光縦フォノンの最大エネルギーより大となる
ようにする。

【００２５】キャリヤが電子でありまた電子バンドが伝
導帯であるように成されたこの量子井戸は一般式Ｇａ_x
Ａｌ_1-xＡｓのヒ化ガリウム基半導体物質によって製造
する事ができる。特に、第１層Ｃ１の第１半導体物質の
組成はＧａ_x1-1Ａｌ_1-x1Ａｓとし、第２層Ｃ２の第２半
導体物質の組成はＧａＡｓとし、また第３層の第３半導
体物質の組成はＧａ_x3Ａｌ_1-x3Ａｓとし、ここにｘ１＞
ｘ３、またｘ１−ｘ３＞０．０５とし、５０ｍｅＶ以上
のバリヤ間エネルギー差分ΔＥを有するように成し、こ
のエネルギー差分それ自体がＧａＡｓ、ＡｌＡｓおよび
ＧａＡｌＡｓ中の光縦フォノンのエネルギーより大とす
る。代表的には、ｘ１とｘ３はそれぞれ０．２５と０．
２とする。一例として、各層の厚さは、Ｌ_１＝Ｌ_３＝
０．１μｍおよびＬ_２＝６ｎｍとする。

【００２６】本発明による多重量子井戸構造を図６およ
び図７に図示する。この構造は、第２井戸半導体物質、
例えばＧａＡｓの層を、キャリヤの伝播方向において井
戸Ｐの第２バリヤＢ２から次の井戸Ｐ’の第１バリヤＢ
１まで第３半導体物質の組成、例えばＧａ_x3Ａｌ_1-x3Ａ
ｓから第１半導体物質の組成、例えばＧａ_x1-1Ａｌ_1-x1
Ａｓ（ここにｘ１＞ｘ３とする）まで徐々に変動する化
学組成を有する半導体物質層によって分離して成る交互
堆積層によって形成される。

【００２７】光励起準位Ｅ_２が量子井戸中において閉じ
込め状態にある図３に図示の構造ダイヤグラムにおい
て、遷移Ｅ_１→Ｅ_２が対応波動関数間の大きな重なりの
故に比較的高い振動力を示す事は理解されよう。これに
反して、励起状態Ｅ_２の閉じ込めはこの励起状態Ｅ_２に
おいて電子が井戸を出て電流の中に参加する確率を制限
する効果を有する。逆に、図４に図示の構造はこの確率
に関してさらに有利であるが、波動関数の拡張により、
光遷移の振動力が弱くなる。

【００２８】図８と図９に図示の他の実施態様の目的
は、導電性を改良すると共に活性状態の波動関数の重な
りを光学的に増大するにある。そのため本発明は、エネ
ルギー状態Ｅ_２の波動関数を閉じ込めるが、ブリュアン
帯域の縁における近接可能の極値、この場合には極小値
の存在によって光発生キャリヤの脱出を許可する。

【００２９】図８に図示の構造は例えばＧａ_0.9Ａｌ
_0.1Ａｓから成る量子井戸層を含み、この量子井戸層が
その両側において、導電方向において前記第３半導体物
質のＡＩＡｓから前記第１半導体物質の例えばＧａ_0.7
Ａｌ_0.3Ａｓまで徐々に変動する第２半導体物質層によ
って包囲され、もちろん、第１物質中のブリュアン帯域
中心における伝導帯の極小値Γが第３物質中のブリルア
ン区域縁の伝導帯の極小値Ｘより大であり、これらの２
つのエネルギー差分ΔＥがＧａＡｓ中の光縦フォノンの
極大エネルギーより大である条件において、前記の組成
は変動する事ができる。９ｎｍの幅とＧａ_0.9Ａｌ_0.1
Ａｓの量子井戸組成において、デテクタは２．７×１０
¹³Ｈｚの範囲内で作動する。

【００３０】この型のホトデテクタの電場における作動
メカニズムを図９に図示する。閉じ込め状態Ｅ_１とＥ_２
の間の光遷移は実質的な振動力によって実施される。こ
のようにして発生された光電子は量子井戸中を第２バリ
ヤＢ２まで伝播し、第３物質の中に透過し、そこで、非
放射性脱励起によって極小エネルギーの準位Ｘ３に入
り、徐々に変動する組成の物質層中を伝播する間中この
準位に留まり、次にブリュアン帯域中心の伝導帯の極小
値を通る。次に電子はこの型の状態でその軌道を続け、
第１バリヤＢ１に達し、そこで量子井戸上方に、第１半
導体物質のΓ準位と第３半導体物質のＸ準位との間にお
いて量子跳躍が生じる。

【００３１】図１０と図１１には、図８と図９に図示の
構造と類似の構造の光電デテクタを示し、その応答性は
５×１０¹³−１０¹⁴Ｈｚまで拡張されている。実際の量
子井戸は、例えば組成Ｇａ_0.2Ａｌ_0.8Ａｓの第３半導
体物質から組成Ｇａ_0.4Ａｌ_0.6Ａｓの第１半導体物質
まで徐々に変動する組成の２層によってＧａＡｓ層を包
囲して成る。この型の構造においては、第１物質中のブ
リュアン帯域縁における伝導帯の極小値Ｘが第３物質中
のブリュアン区域縁の伝導帯の極小値Ｘより大であり、
これらの２つのエネルギー差分ΔＥがＧａＡｓ中の光学
縦フォノンの極大エネルギーより大である事が必要であ
る。３ｎｍのＧａＡｓ量子井戸について、このデテクタ
は１０¹⁴Ｈｚの区域で作動する。

【００３２】図１１に図示のように、光デテクタが作動
する際に、５×１０¹³−１０¹⁴Ｈｚの範囲内の光子を吸
収した後にエネルギー準位Ｅ_１まで上昇した電子は脱励
起して、第３半導体物質の極小値Ｘに達し、可変組成層
中を伝播して第１バリヤＢ１に達し、そこでこの電子は
第１半導体物質の極小値Ｘにある。本発明の構造によれ
ば、１つの準位Ｘから他の準位Ｘまで量子井戸を通して
の移行はポテンシャルジャンプによって実施される。

【００３３】また本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物の他
のシステム、例えばＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓシステムの
ほか、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｌＩｎＡｓ，ＧａＩｎＡｓ
／ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＳｂ／ＧａＡｌＳｂなどのシス
テムにも適用される。また本発明は、主要キャリヤとし
て荷電子帯の正孔を使用する光デテクタにも適用され
る。この原理に基づく量子井戸光電デテクタがすぐれた
検出性を示す事が実際に証明された。その本質的利点
は、垂直入射のもとに光デテクタの動作を可能とするに
ある。実際に、このコンフィグレーションにおいては重
い正孔の第１準位Ｅ_１と第２準位Ｅ_２の間の荷電子帯内
遷移が可能である。

【００３４】この構造の主な問題点は正孔の遅いドリフ
ト速度による低利得である。その結果、正孔は与えられ
た量子井戸を通過する際に捕捉される８０乃至１００％
のチャンスを有する。本発明による構造は、電子の場合
と同様に、この捕捉確率を低下させる事が可能である。
図１２と図１３は、一般式Ｓｉ_xＧｅ_1-xの半導体物質
を使用して２．７×１０¹³の範囲内の検出を可能とする
この型の構造を示す。

【００３５】この実施例において、第１バリヤＢ１を成
す第１半導体物質は純粋ケイ素層（ｘ＝０）である。こ
の場合の量子井戸Ｐは、式Ｓｉ_0.7Ｇｅ_0.3の第２半導
体物質の厚さ０．００４μｍの層から成る。最後に、こ
の構造は第３層を備え、その組成は第２バリヤＢ２にお
けるＳｉ_0.94Ｇｅ_0.06の第３半導体物質から純粋ケイ素
まで徐々に変動する組成を有する。

【００３６】図１２乃至図１３のエネルギーダイヤグラ
ムは、考慮される各半導体物質について、ブリュアン帯
域の中心における荷電子帯の極値を基準としてとられ
た。第１および第３物質のこれらの極値間のエネルギー
差分ΔＥは６０ｍｅＶであり、これは、ケイ素の光学縦
フォノンの極大エネルギー、５７ｍｅＶより大である。

【００３７】量子井戸の縁における閉じ込め状態Ｅ_１と
共鳴状態Ｅ_２の間の遷移は周波数２．７×１０¹³Ｈｚの
近傍において生じる。量子井戸光電デテクタのこの特殊
のケースは、原則としてＶＬＳＩ制御および処理エレク
トロニクスに容易に組み込む事ができるので特に有意義
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】量子井戸光電デテクタの断面図。

【図２】図１の光電デテクタの各層のバンド構造を示す
ダイヤグラム。

【図３】ゼロ電界における量子井戸の第１ダイヤグラ
ム。

【図４】ゼロ電界における量子井戸の第２ダイヤグラ
ム。

【図５】図４に図示の量子井戸構造の非ゼロ電界におけ
る作動ダイヤグラム。

【図６】ゼロ電界における本発明の多重量子井戸構造の
ダイヤグラム。

【図７】非ゼロ電界における本発明の多重量子井戸構造
のダイヤグラム。

【図８】交差極値Γ（実線）とＸ（破線）を有する多重
量子井戸の本発明による第１構造の伝導帯極値のゼロ電
界における位置を示すダイヤグラム。

【図９】図８に図示の構造の作動ダイヤグラム。

【図１０】交差極値Γ（実線）とＸ（破線）を有する多
重量子井戸の本発明による第２構造の伝導帯極値のゼロ
電界における位置を示すダイヤグラム。

【図１１】図１０の構造の作動ダイヤグラム。

【図１２】Ｓｉ（Ｇｅ）光電デテクタの量子井戸構造の
ダイヤグラム。

【図１３】図１２の構造の作動ダイヤグラム。

【符号の説明】

Ｃ１〜３半導体層Ｂ１，２バリヤＰ量子井戸Ｌ_１〜Ｌ_３層の厚さＳ基板ＢＣ１〜３伝導帯ＢＶ１〜３荷電子帯 Γ１〜３極値準位 ΔＥエネルギー極値差分Ｅエネルギー準位Ｅｄドナー準位 Ψ 波動関数ｈν エネルギーフォトン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各量子井戸は、第１半導体物質から成る第
１バリヤと、第２半導体物質から成る量子井戸と、第３
半導体物質から成る第２バリヤとから成り、各半導体物
質がその化学組成によって定義され、また前記各物質の
エネルギー極値を代表する与えられた電子バンド中の与
えられた電荷キャリヤの第１バリヤから第２バリヤへの
伝播によって、前記デテクタ中の導電性が保証されるよ
うに成された多重量子井戸構造を有する光電デテクタに
おいて、前記半導体物質が少なくとも部分的にキャリヤ
によってドーピングされ、前記第１および第３半導体物
質の化学組成は、前記バリヤにおいて、前記第１半導体
物質中の前記電子バンドのエネルギー極値と前記第３半
導体物質中の前記電子バンドのエネルギー極値とのエネ
ルギー差分が井戸を構成する第２半導体物質中の光縦フ
ォノンの最大エネルギーより大となるように選定され、
前記構造は第２半導体物質層と、キャリヤ方向において
１つの井戸の第２バリヤから次の井戸の第１バリヤまで
前記第３半導体物質の組成から前記第１半導体物質の組
成まで徐々に変動する化学組成を有し、前記第２半導体
物質層を相互に分離する半導体物質層とから成る交互層
の堆積によって前記構造が形成される事を特徴とする光
電デテクタ。
【請求項２】前記半導体物質は少なくとも部分的にドナ
ーによってドーピングされ、前記キャリヤは電子であ
り、また前記電子バンドは伝導帯であることを特徴とす
る請求項１に記載の光電デテクタ。
【請求項３】前記第１半導体物質中の前記電子バンドの
前記エネルギー極値は伝導帯のブリルアン区域中心の極
小値Γ_１であり、前記第３半導体物質中の前記電子バン
ドの前記エネルギー極値は伝導帯のブリルアン区域中心
の極小値Γ_３であることを特徴とする請求項２に記載の
光電デテクタ。
【請求項４】前記第１半導体物質中の前記電子バンドの
前記エネルギー極値は伝導帯のブリルアン区域中心の極
小値Γ_１であり、前記第３半導体物質中の前記電子バン
ドの前記エネルギー極値は伝導帯のブリュアン帯域の縁
の極小値Ｘであることを特徴とする請求項２に記載の光
電デテクタ。
【請求項５】前記第１半導体物質中の前記電子バンドの
前記エネルギー極値は伝導帯のブリルアン区域の縁の極
小値Ｘであり、前記第３半導体物質中の前記電子バンド
の前記エネルギー極値は伝導帯のブリルアン区域の縁の
極小値Ｘであることを特徴とする請求項２に記載の光電
デテクタ。
【請求項６】前記半導体物質は少なくとも部分的にアク
セプターによってドーピングされ、前記キャリヤは正孔
であり、前記電子バンドは荷電子帯であることを特徴と
する請求項１に記載の光電デテクタ。
【請求項７】前記第１半導体物質中の前記電子バンドの
前記エネルギー極値は荷電子帯のブリュアン帯域の中心
の極大値であり、また前記第３半導体物質中の前記電子
バンドの前記エネルギー極値は荷電子帯のブリュアン帯
域の中心の極大値であることを特徴とする請求項６に記
載の光電デテクタ。
【請求項８】前記半導体物質は元素周期律表の第ＩＩＩ
族および第Ｖ族の元素の化合物であることを特徴とする
請求項２に記載の光電デテクタ。
【請求項９】前記半導体物質は化学式Ｇａ_xＡｌ_1-xＡ
ｓに対応することを特徴とする請求項８に記載の光電デ
テクタ。
【請求項１０】前記半導体物質は一般式Ｓｉ_xＧｅ_1-x
に対応することを特徴とする請求項６に記載の光電デテ
クタ。