JPS63164372A - アバランシェ現象による電荷キャリアの増倍装置ならびに該装置の光センサ、光電陰極および赤外線映像装置への応用 - Google Patents
アバランシェ現象による電荷キャリアの増倍装置ならびに該装置の光センサ、光電陰極および赤外線映像装置への応用Info
- Publication number
- JPS63164372A JPS63164372A JP62315085A JP31508587A JPS63164372A JP S63164372 A JPS63164372 A JP S63164372A JP 62315085 A JP62315085 A JP 62315085A JP 31508587 A JP31508587 A JP 31508587A JP S63164372 A JPS63164372 A JP S63164372A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- charge carriers
- type
- semiconductor
- layer
- potential well
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
- H10F30/225—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
- H10F30/2255—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers form heterostructures, e.g. SAM structures
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/26—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having three or more potential barriers, e.g. photothyristors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F55/00—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto
- H10F55/10—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto wherein the radiation-sensitive semiconductor devices control the electric light source, e.g. image converters, image amplifiers or image storage devices
- H10F55/15—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto wherein the radiation-sensitive semiconductor devices control the electric light source, e.g. image converters, image amplifiers or image storage devices wherein the radiation-sensitive devices and the electric light source are all semiconductor devices
- H10F55/155—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto wherein the radiation-sensitive semiconductor devices control the electric light source, e.g. image converters, image amplifiers or image storage devices wherein the radiation-sensitive devices and the electric light source are all semiconductor devices formed in, or on, a common substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/10—Semiconductor bodies
- H10F77/14—Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies
- H10F77/146—Superlattices; Multiple quantum well structures
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明の目的は、所与のタイプ（電子または正孔）の電
荷キャリアを低雑音で増倍するための装置に関するもの
である。この増倍は、衝突電離過程により生じる。かか
る過程において、所与の電荷キャリアは衝突により１つ
以上の同じタイプの電荷キャリアを放出し、それら放出
電荷キャリアは上記タイプの電荷キャリアを更に放出さ
せ、このようにしてアバランシェ現象を生じる。
荷キャリアを低雑音で増倍するための装置に関するもの
である。この増倍は、衝突電離過程により生じる。かか
る過程において、所与の電荷キャリアは衝突により１つ
以上の同じタイプの電荷キャリアを放出し、それら放出
電荷キャリアは上記タイプの電荷キャリアを更に放出さ
せ、このようにしてアバランシェ現象を生じる。
アバランシェ現象による電荷キャリアの半導体増倍装置
にふいては、雑音は、該半導体装置に存在する２つのタ
イプのキャリア（電子と正孔）のイオン化率と、アバラ
ンシェ増倍過程を開始させる機構とに関係している。こ
こで、電荷キャリアのイオン化率とは、電荷キャリアが
単位長さ当たりに電離衝突を起こす確率を意味する。ア
バランシェ現象を利用した装置の雑音は、増倍される電
荷キャリアのイオン化率が、反対の電荷キャリアのイオ
ン化率よりはるかに大きい場合、小さい。
にふいては、雑音は、該半導体装置に存在する２つのタ
イプのキャリア（電子と正孔）のイオン化率と、アバラ
ンシェ増倍過程を開始させる機構とに関係している。こ
こで、電荷キャリアのイオン化率とは、電荷キャリアが
単位長さ当たりに電離衝突を起こす確率を意味する。ア
バランシェ現象を利用した装置の雑音は、増倍される電
荷キャリアのイオン化率が、反対の電荷キャリアのイオ
ン化率よりはるかに大きい場合、小さい。
更に、このタイプの装置における雑音の第２の原因は、
最初の電荷キャリア当たりの電離衝突数の分散に関わっ
ている。この装置のこＱような統計的な雑音は、半導体
中の電荷キャリアの増倍が均一に生じるのではなく、材
料中の所定の正確な位置に起これば、減少させることが
できる。
最初の電荷キャリア当たりの電離衝突数の分散に関わっ
ている。この装置のこＱような統計的な雑音は、半導体
中の電荷キャリアの増倍が均一に生じるのではなく、材
料中の所定の正確な位置に起これば、減少させることが
できる。
従って、アバランシェ現象による電荷キャリアの増倍装
置において良好なＳＮ比を得るためには、上記した２種
類の雑音を最小限に抑えることが必要となる。
置において良好なＳＮ比を得るためには、上記した２種
類の雑音を最小限に抑えることが必要となる。
従来の技術
これまでにも前記のような装置が存在している。
これは、Ｆ、カパッソ（Ｃａｐａｓｓｏ） らにより
アブライドフィジクスレター（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ、）４８ （１９） 、１９８６年
５月１２日、１２９４ページ中に発表された論文に記載
されている。この装置は、異なる特性の半導体間にほぼ
平行な一連のへテロ接合が形成されている非導電性材料
を備える（ここでペテロ接合とは２つの異る材料間また
は異る組成の材料間の接合を示す）。これらのへテロ接
合により、ペテロ接合に対してほぼ垂直な方向の上記材
料のバンド構造中に不連続性が生じ、そのために四角形
のポテンシャル井戸が形成される。これら井戸は、所定
タイプの電荷キャリアを捕獲するリザーバとなる。この
材料は、前記へテロ接合に対してほぼ垂直に印加される
動作電界と呼ばれる電界内に置かれる。前述した態様で
の電荷キャリアの増倍は、同じタイプの少なくとも１つ
の電荷キャリアの注入により開始される。この電荷キャ
リアは動作電界により加速され、ポテンシャル井戸から
そこに閉じ込められている電荷キャリアを衝突電離によ
り放出させるのに充分なエネルギを獲得する。このよう
にポテンシャル井戸から放出された電荷キャリアは動作
電界により案内される。
アブライドフィジクスレター（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ、）４８ （１９） 、１９８６年
５月１２日、１２９４ページ中に発表された論文に記載
されている。この装置は、異なる特性の半導体間にほぼ
平行な一連のへテロ接合が形成されている非導電性材料
を備える（ここでペテロ接合とは２つの異る材料間また
は異る組成の材料間の接合を示す）。これらのへテロ接
合により、ペテロ接合に対してほぼ垂直な方向の上記材
料のバンド構造中に不連続性が生じ、そのために四角形
のポテンシャル井戸が形成される。これら井戸は、所定
タイプの電荷キャリアを捕獲するリザーバとなる。この
材料は、前記へテロ接合に対してほぼ垂直に印加される
動作電界と呼ばれる電界内に置かれる。前述した態様で
の電荷キャリアの増倍は、同じタイプの少なくとも１つ
の電荷キャリアの注入により開始される。この電荷キャ
リアは動作電界により加速され、ポテンシャル井戸から
そこに閉じ込められている電荷キャリアを衝突電離によ
り放出させるのに充分なエネルギを獲得する。このよう
にポテンシャル井戸から放出された電荷キャリアは動作
電界により案内される。
そして、この電荷キャリア放出プロセスは、１つのポテ
ンシャル井戸から次のポテンシャル井戸へと繰返され、
このようにしてアバランシェ現象による電荷キャリアの
増倍が実現される。
ンシャル井戸から次のポテンシャル井戸へと繰返され、
このようにしてアバランシェ現象による電荷キャリアの
増倍が実現される。
発明が解決しようとする問題点
残念ながら、このタイプのへテロ構造の結晶成長を実現
するのは極めて困難である。その理由は、一方で、非常
に多くのパラメータに対し正確な制御を必要とし、また
他方では“明瞭な”界面、すなわち結晶学の見地から明
瞭に区分された界面をつくるのは難しいからである。
するのは極めて困難である。その理由は、一方で、非常
に多くのパラメータに対し正確な制御を必要とし、また
他方では“明瞭な”界面、すなわち結晶学の見地から明
瞭に区分された界面をつくるのは難しいからである。
さらに、上記のタイプの材料のバンド構造中にできたポ
テンシャル井戸は浅い。従って、電荷キャリアが閉じ込
められたポテンシャル井戸から自発的に飛出すのに充分
な熱エネルギをもっている確率が高い。その結果、この
装置は大きな熱雑音を有することになる。
テンシャル井戸は浅い。従って、電荷キャリアが閉じ込
められたポテンシャル井戸から自発的に飛出すのに充分
な熱エネルギをもっている確率が高い。その結果、この
装置は大きな熱雑音を有することになる。
問題を解決するための手段
本発明は、前述した従来の装置と同様の動作原理に基く
電荷キャリア増倍装置（以後ＣＣＭＤと呼ぶ）であって
、はぼ平行な層が形４成された均質組成の単一半導体か
ら成る非導電性材料を備え、該層は、増倍したい電荷キ
ャリアのタイプに応じてｎ型ドーピングまたはｎ型ドー
ピングが施されることを特徴とするＣＣＭＤを提供する
。
電荷キャリア増倍装置（以後ＣＣＭＤと呼ぶ）であって
、はぼ平行な層が形４成された均質組成の単一半導体か
ら成る非導電性材料を備え、該層は、増倍したい電荷キ
ャリアのタイプに応じてｎ型ドーピングまたはｎ型ドー
ピングが施されることを特徴とするＣＣＭＤを提供する
。
これにより、本発明のＣＣＭＤは、
−電子〔この場合、電子増倍装置（以後ＥＭＤと呼ぶ）
となり〕または、 −正孔〔この場合、正孔増倍装置（以後ＨＭＤと呼ぶ）
となる〕 のいずれかを増倍することができる。
となり〕または、 −正孔〔この場合、正孔増倍装置（以後ＨＭＤと呼ぶ）
となる〕 のいずれかを増倍することができる。
上記の層は、上記の非導電性材料部分により分離され、
上記層の厚さは、これらの層にほぼ垂直な上記非導電性
材料部分の寸法よりはるかに小さい。
上記層の厚さは、これらの層にほぼ垂直な上記非導電性
材料部分の寸法よりはるかに小さい。
このようにほぼ平行なドーピング層を備えた単一の均質
組成半導体の結晶成長は、ヘテロ構造の結晶成長と比較
して、制御すべきパラメータがはるかに少ないため、達
成が非常に容易である。
組成半導体の結晶成長は、ヘテロ構造の結晶成長と比較
して、制御すべきパラメータがはるかに少ないため、達
成が非常に容易である。
その結果、ドーピング層を含むこのような単一半導体は
、前述したヘテロ構造の半導体よりはるかに工業的規模
での製造が容易である。
、前述したヘテロ構造の半導体よりはるかに工業的規模
での製造が容易である。
さらに、このタイプの単一半導体のドーピングにより、
前述したヘテロ構造のへテロ接合で得られる四角形のポ
テンシャル井戸よりずっと深いポテンシャル井戸が得ら
れる。そのため、本発明に従うＣＣＭＤは従来の装置よ
りはるかに低いレベルの熱雑音を有する。
前述したヘテロ構造のへテロ接合で得られる四角形のポ
テンシャル井戸よりずっと深いポテンシャル井戸が得ら
れる。そのため、本発明に従うＣＣＭＤは従来の装置よ
りはるかに低いレベルの熱雑音を有する。
さらに詳細には、アバランシェ現象により所与タイプの
電荷キャリアを増倍するための本発明による装置は、 −非導電性の材料と、 −上記材料中に設けられたほぼ平行の層であって、該層
に垂直な方向にポテンシャル井戸を生じ、該ポテンシャ
ル井戸は上記電荷キャリアを閉込めるリヂーバを形成す
る層と、 −上記層にほぼ垂直な方向に動作電界を印加する手段と
を備え、 −上記電荷キャリアの少なくとも１つを注入して、該キ
ャリアが上記動作電界により加速され、衝突電離により
上記ポテンシャル井戸の１つから同じタイプの電荷キャ
リアを放出させ、上記同じタイプ電荷キャリアは動作電
界によって案内され、上記電荷キャリアの放出過程は上
記ポテンシャル井戸から次のポテンシャル井戸へと繰返
され、このようにしてアバランシェ現象による電荷キャ
リアの増倍が行われ、 −上記非導電性の材料は均質組成の単一半導体であり、 −上記層は電荷キャリアのタイプに応じてｎ型ドーピン
グまたはｎ型ドーピングを施され、−上記層は上記非導
電性の材料部分により分離され、上記層の厚さは、該層
にほぼ垂直な該非導電性の材料部分の寸法よりはるかに
小さいことを特徴とする特許 実施例 本発明の改良部分、実施例およびその他の利点について
、添付の図面を参照しながら以下に詳しく説明すること
にする。
電荷キャリアを増倍するための本発明による装置は、 −非導電性の材料と、 −上記材料中に設けられたほぼ平行の層であって、該層
に垂直な方向にポテンシャル井戸を生じ、該ポテンシャ
ル井戸は上記電荷キャリアを閉込めるリヂーバを形成す
る層と、 −上記層にほぼ垂直な方向に動作電界を印加する手段と
を備え、 −上記電荷キャリアの少なくとも１つを注入して、該キ
ャリアが上記動作電界により加速され、衝突電離により
上記ポテンシャル井戸の１つから同じタイプの電荷キャ
リアを放出させ、上記同じタイプ電荷キャリアは動作電
界によって案内され、上記電荷キャリアの放出過程は上
記ポテンシャル井戸から次のポテンシャル井戸へと繰返
され、このようにしてアバランシェ現象による電荷キャ
リアの増倍が行われ、 −上記非導電性の材料は均質組成の単一半導体であり、 −上記層は電荷キャリアのタイプに応じてｎ型ドーピン
グまたはｎ型ドーピングを施され、−上記層は上記非導
電性の材料部分により分離され、上記層の厚さは、該層
にほぼ垂直な該非導電性の材料部分の寸法よりはるかに
小さいことを特徴とする特許 実施例 本発明の改良部分、実施例およびその他の利点について
、添付の図面を参照しながら以下に詳しく説明すること
にする。
尚、添付の図面において縮小尺度は厳密ではない。また
、同一要素については同じ参照番号を繰返して用いた。
、同一要素については同じ参照番号を繰返して用いた。
本発明の目的は、
−電子（この場合の装置をＥＭＤと呼ぶ）あるいは、
−正孔（この場合の装置をＨＭＤと呼ぶ）のいずれかを
増倍するための電荷キャリア増倍装置（ＣＣＭＤ）であ
る。
増倍するための電荷キャリア増倍装置（ＣＣＭＤ）であ
る。
第１ａ図はＥＭＤの電子増倍方法を示す。第１ａ図は、
−望ましくはｎ型ドーピングを全体に施した半導体材料
１と、 −望ましくは強度にｎ型ドーピングが施され、電子リザ
ーバを形成する材料１中に設けられたほぼ平行な層２−
１〜２−３と、 − 材料の両端に配置された電極により、ｎ型ドーピン
グ層にほぼ垂直なＸ方向に与えられる動作電界と呼ばれ
る電界ｖ：ｆの断面を示す。
１と、 −望ましくは強度にｎ型ドーピングが施され、電子リザ
ーバを形成する材料１中に設けられたほぼ平行な層２−
１〜２−３と、 − 材料の両端に配置された電極により、ｎ型ドーピン
グ層にほぼ垂直なＸ方向に与えられる動作電界と呼ばれ
る電界ｖ：ｆの断面を示す。
上記断面図は、ＥＭＤの電子増倍方法を示し、− この
構造に電子３を注入することにより電子増倍が開始する
。電子３は動作電界π、により加速され、層２−１から
電子４−２を衝突により放出するのに充分なエネルギを
得る。こうして得られた電子４−１および４−２は動作
電界π、により案内され、続いて加速される。これらの
電子もまた層２−２から他の電子を衝突により放出する
ことができる。このプロセスは１つの層から次の層へと
同様に繰返され、アバランシェ現象による電子増倍が行
われる。
構造に電子３を注入することにより電子増倍が開始する
。電子３は動作電界π、により加速され、層２−１から
電子４−２を衝突により放出するのに充分なエネルギを
得る。こうして得られた電子４−１および４−２は動作
電界π、により案内され、続いて加速される。これらの
電子もまた層２−２から他の電子を衝突により放出する
ことができる。このプロセスは１つの層から次の層へと
同様に繰返され、アバランシェ現象による電子増倍が行
われる。
第１ｂ図は第１ａ図と同様、ＨＭＤの正孔増倍法を示す
。第１ｂ図は、 −望ましくは全体にｎ型ドーピングを施した半導体材料
１と、 −望ましくは強度にｎ型ドーピングが施され、正孔のリ
ザーバを形成する材料１中に設けられたほぼ平行な層２
−１〜２−３と、 −ＥＭＤと同様に与えられるが、方向が逆の動作電界と
呼ばれる電界π、の断面を示す。
。第１ｂ図は、 −望ましくは全体にｎ型ドーピングを施した半導体材料
１と、 −望ましくは強度にｎ型ドーピングが施され、正孔のリ
ザーバを形成する材料１中に設けられたほぼ平行な層２
−１〜２−３と、 −ＥＭＤと同様に与えられるが、方向が逆の動作電界と
呼ばれる電界π、の断面を示す。
上記断面図は、ＥＭＤのものと類似しているが、電子の
代わりに正孔が用いられるＨＭＤの正孔増倍法を示す。
代わりに正孔が用いられるＨＭＤの正孔増倍法を示す。
ドーピング層２−１〜２−３ （ＥＭＤにはｎ型ドーピ
ング、ＨＭＤにはｎ型ドーピング）間の厳密な平行性は
ＣＣＭＤの機能に不可欠というわけではない。しかし、
材料１の結晶底１長は一層ごとに行われる。その結果、
材料中に形成されたドーピング層は実際にはほぼ平行と
なる。
ング、ＨＭＤにはｎ型ドーピング）間の厳密な平行性は
ＣＣＭＤの機能に不可欠というわけではない。しかし、
材料１の結晶底１長は一層ごとに行われる。その結果、
材料中に形成されたドーピング層は実際にはほぼ平行と
なる。
第２ａ図は、所与方向の半導体材料のバンド構造の一部
を示す。価電子帯７と伝導帯６は菓子帯８により分離さ
゛れ、菓子帯８にフェルミ準位Ｅ。
を示す。価電子帯７と伝導帯６は菓子帯８により分離さ
゛れ、菓子帯８にフェルミ準位Ｅ。
が位置している。
第２ｂ図は、半導体材料１が動作電界！、内に位置して
いない場合、ＥＭＤを形成するこの材料の方向Ｘに沿っ
たバンド構造の一部を示す。ｎ型ドーピング層２−１〜
２−３の形成により、ポテンシャル井戸９−１〜９−３
が価電子帯７中に、またポテンシャル井戸５−１〜５−
３が伝導帯６中に生じる。層２−１〜２−３の厚さは上
記ポテンシャル井戸５−１〜５−３の下端に存在するエ
ネルギが材料のフェルミ準位Ｅ、より小さくなるように
すると、上記ポテンシャル井戸はリザーバとなってその
中に電子を閉込める。
いない場合、ＥＭＤを形成するこの材料の方向Ｘに沿っ
たバンド構造の一部を示す。ｎ型ドーピング層２−１〜
２−３の形成により、ポテンシャル井戸９−１〜９−３
が価電子帯７中に、またポテンシャル井戸５−１〜５−
３が伝導帯６中に生じる。層２−１〜２−３の厚さは上
記ポテンシャル井戸５−１〜５−３の下端に存在するエ
ネルギが材料のフェルミ準位Ｅ、より小さくなるように
すると、上記ポテンシャル井戸はリザーバとなってその
中に電子を閉込める。
材料中に形成されたｎ型ドーピング層２−ｉ間の距離は
、隣接する２つのポテンシャル井戸が互いに充分な距離
離れ、伝導帯６のポテンシャル井戸５−ｉの下端に閉込
められた電子１個がトンネル効果によりポテンシャル井
戸５−ｉから隣のポテンシャル井戸まで通過する可能性
を極めて小さくするように定める。
、隣接する２つのポテンシャル井戸が互いに充分な距離
離れ、伝導帯６のポテンシャル井戸５−ｉの下端に閉込
められた電子１個がトンネル効果によりポテンシャル井
戸５−ｉから隣のポテンシャル井戸まで通過する可能性
を極めて小さくするように定める。
ＥＭＤを最も効果的にするため、隣接する２つのｎ型ド
ーピング層２−１の間にある領域から自由電荷キャリア
を排除する。このために、−半導体ｌには全体にｎ型ド
ーピングが施される。その結果、上記領域に存在する自
由電荷キャリアは主に正孔であり、 −全体のｎ型ドーピングに対応するアクセプタタイプの
不純物の体積濃度をＮａ 、層２−ｉＯｎ型ドーピング
に対応するドナータイプの不純物の表面濃度をＮｄ 、
また隣接する２つのドーピング層２−ｉ間の距離をＬと
すると、これらの関係が、Ｎｄ＞ＮａｘＬ となるようにそれぞれを定める。
ーピング層２−１の間にある領域から自由電荷キャリア
を排除する。このために、−半導体ｌには全体にｎ型ド
ーピングが施される。その結果、上記領域に存在する自
由電荷キャリアは主に正孔であり、 −全体のｎ型ドーピングに対応するアクセプタタイプの
不純物の体積濃度をＮａ 、層２−ｉＯｎ型ドーピング
に対応するドナータイプの不純物の表面濃度をＮｄ 、
また隣接する２つのドーピング層２−ｉ間の距離をＬと
すると、これらの関係が、Ｎｄ＞ＮａｘＬ となるようにそれぞれを定める。
この条件に従えば、ｎ型ドーピング層２−ｉに含まれる
電子により、半導体１全体のｎ型ドーピングで生じた正
孔は確実に消滅する。これは、ポテンシャル井戸５−ｉ
により形成され、物理的にｎ型ドーピング層２−１と対
応する電子リザーバを空けることなく行われる。
電子により、半導体１全体のｎ型ドーピングで生じた正
孔は確実に消滅する。これは、ポテンシャル井戸５−ｉ
により形成され、物理的にｎ型ドーピング層２−１と対
応する電子リザーバを空けることなく行われる。
さらに、半導体１のｎ型ドーピングにより、フェルミ準
位ＥＦは価電子帯７の上端により近い位置に来る。それ
故、フェルミ準位Ｅ、をその連続体から分離している電
位障壁を横切るためには、伝導帯６のポテンシャル井戸
５−ｉの底に閉込められた電子はその熱エネルギよりは
るかに大きいエネルギを得なければならない。このタイ
プの電子が閉込められたポテンシャル井戸から自発的に
出る確率は低い。すなわち、ＥＭＤの熱雑音は低い。
位ＥＦは価電子帯７の上端により近い位置に来る。それ
故、フェルミ準位Ｅ、をその連続体から分離している電
位障壁を横切るためには、伝導帯６のポテンシャル井戸
５−ｉの底に閉込められた電子はその熱エネルギよりは
るかに大きいエネルギを得なければならない。このタイ
プの電子が閉込められたポテンシャル井戸から自発的に
出る確率は低い。すなわち、ＥＭＤの熱雑音は低い。
第２Ｃ図は第２ｂ図に示したＥＭＤと類似した方法でＨ
ＭＤを示している。従って、第２ｃ図の説明は第２ｂ図
の説明と同様であり、下記の月給を入れ替えればよい。
ＭＤを示している。従って、第２ｃ図の説明は第２ｂ図
の説明と同様であり、下記の月給を入れ替えればよい。
−“ＥＭＤ”と”ＨＭＤ”、
−”ｎ型ドーピングと“ｎ型ドーピング、−“価電子帯
”と“伝導帯”、 −“電子”と“正孔”、 −“アクセプタタイプ不純物”と“ドナータイプ不純物
”、 −“Ｎｄ”と“Ｎａ″ （ここでＮｄ、Ｎａはそれぞれ
ＨＭＤについての体積濃度と面積濃度を表す）、−“価
電子帯７の上端”と“伝導帯６の底”、−“ポテンシャ
ル井戸５−１〜５−３の底”とポテンシャル井戸９−１
〜９−３の上端”、−“フェルミ準位ＥＦより低い”と
“フェルミ準位ＥＦより高い”。
”と“伝導帯”、 −“電子”と“正孔”、 −“アクセプタタイプ不純物”と“ドナータイプ不純物
”、 −“Ｎｄ”と“Ｎａ″ （ここでＮｄ、Ｎａはそれぞれ
ＨＭＤについての体積濃度と面積濃度を表す）、−“価
電子帯７の上端”と“伝導帯６の底”、−“ポテンシャ
ル井戸５−１〜５−３の底”とポテンシャル井戸９−１
〜９−３の上端”、−“フェルミ準位ＥＦより低い”と
“フェルミ準位ＥＦより高い”。
第３ａ図と第３ｂ図は、ＥＭＤを構成する材料中にｎ型
ドーピング層を形成することにより生じるポテンシャル
井戸の模式図であり、下記のような２つの異るケースに
おいて、同数のドナータイプ不純物が用いられている。
ドーピング層を形成することにより生じるポテンシャル
井戸の模式図であり、下記のような２つの異るケースに
おいて、同数のドナータイプ不純物が用いられている。
−第３ａ図は、平面ドーピング、すなわち、−価のドー
ピング層から成るドーピングにより生じるポテンシャル
井戸の模式図であり、 −第３ｂ図は、ドーピング層が複数の結晶面を含む場合
の同じポテンシャル井戸の模式図を示す。
ピング層から成るドーピングにより生じるポテンシャル
井戸の模式図であり、 −第３ｂ図は、ドーピング層が複数の結晶面を含む場合
の同じポテンシャル井戸の模式図を示す。
ポテンシャル井戸の充填物、すなわち、ポテンシャル井
戸中に保持される電子の数は、両図において同じである
（ドナータイプの不純物の数が両ケースにおいて同じで
あることから）。上記ポテンシャル井戸の形成は両ケー
スで異るが、電子が閉込められているポテンシャル井戸
を出るのに必要なエネルギ量Ｗ（フェルミ単位とポテン
シャル井戸の縁の間のエネルギの違いに対応する）は両
ケース共はとんど同じである。従って、熱雑音はｎ型ド
ーピング層の結晶層の数によってほとんど変えられるこ
とはない。従って、ドーピング層が一価である必要はな
い。
戸中に保持される電子の数は、両図において同じである
（ドナータイプの不純物の数が両ケースにおいて同じで
あることから）。上記ポテンシャル井戸の形成は両ケー
スで異るが、電子が閉込められているポテンシャル井戸
を出るのに必要なエネルギ量Ｗ（フェルミ単位とポテン
シャル井戸の縁の間のエネルギの違いに対応する）は両
ケース共はとんど同じである。従って、熱雑音はｎ型ド
ーピング層の結晶層の数によってほとんど変えられるこ
とはない。従って、ドーピング層が一価である必要はな
い。
第３ａ図と第３ｂ図は、ＨＭＤ （ＥＭＤではない）を
構成する材料中にｎ型ドーピング（ｎ型ドーピングでは
ない）層を形成することにより生じたポテンシャル井戸
の模式図であるが、両図からこれらの層も一価である必
要がないことがわかる。
構成する材料中にｎ型ドーピング（ｎ型ドーピングでは
ない）層を形成することにより生じたポテンシャル井戸
の模式図であるが、両図からこれらの層も一価である必
要がないことがわかる。
実際、このような構造は分子線エピタキシにより、Ａ
Ｉ ｒ−ｘＧａ、ＩＡｓ （０＜ ｘ ＜ １ ）で実
現することができる。
Ｉ ｒ−ｘＧａ、ＩＡｓ （０＜ ｘ ＜ １ ）で実
現することができる。
さらに大きなエネルギギャップをもつ半導体材料（Ｇａ
Ｐ、ＡＩＰ）を用いた構造を形成することにより、より
深いポテンシャル井戸が得られ、このポテンシャル井戸
に捕獲された電荷キャリアに対してより高い電離エネル
ギが与えられる。従って、熱雑音はさらに減少する。
Ｐ、ＡＩＰ）を用いた構造を形成することにより、より
深いポテンシャル井戸が得られ、このポテンシャル井戸
に捕獲された電荷キャリアに対してより高い電離エネル
ギが与えられる。従って、熱雑音はさらに減少する。
ＥＭＤが動作する様子を第４ａ図に示す。前述の半導体
材料は動作電界と呼ばれる電界り内に設置される。この
構造は絶縁性を有したままであり、この絶縁性も第４ａ
図に示されている。
材料は動作電界と呼ばれる電界り内に設置される。この
構造は絶縁性を有したままであり、この絶縁性も第４ａ
図に示されている。
−ポテンシャル井戸の深さがポテンシャル井戸が獲得で
きる熱エネルギよりはるかに大きく、２つの隣接するポ
テンシャル井戸間の距離が、ポテンシャル井戸間のトン
ネル効果相互作用を無視できるほど充分な大きさである
ことから、伝導帯６のポテンシャル井戸５−１〜５−３
中に閉込められた電子は、電気を伝えることができない
。
きる熱エネルギよりはるかに大きく、２つの隣接するポ
テンシャル井戸間の距離が、ポテンシャル井戸間のトン
ネル効果相互作用を無視できるほど充分な大きさである
ことから、伝導帯６のポテンシャル井戸５−１〜５−３
中に閉込められた電子は、電気を伝えることができない
。
−価電子帯７の上端１２−１と１２−２に位置する正孔
は、価電子帯７のポテンシャル井戸がこれら正孔に対し
障壁を形成するので電気を伝えることはできない。
は、価電子帯７のポテンシャル井戸がこれら正孔に対し
障壁を形成するので電気を伝えることはできない。
これに対し、自由電子３がこの構造中に注入されると、
自由電子３は電界！、により加速され、次のポテンシャ
ル井戸５−１中に閉込められた電子４−２を衝突で放出
させるのに充分なエネルギを獲得する。その結果得られ
た電子４−１および４−２は動作電界π、により案内さ
れ、次に加速されてポテンシャル井戸５−２から他の電
子を衝突により放出するエネルギを獲得する。このよう
に、電子を衝突電離によりポテンシャル井戸５−１の外
に放出する過程は１つのポテンシャル井戸から次のポテ
ンシャル井戸へと繰返され、第４ａ図に示すようなアバ
ランシェ現象による増倍現象が起こる。
自由電子３は電界！、により加速され、次のポテンシャ
ル井戸５−１中に閉込められた電子４−２を衝突で放出
させるのに充分なエネルギを獲得する。その結果得られ
た電子４−１および４−２は動作電界π、により案内さ
れ、次に加速されてポテンシャル井戸５−２から他の電
子を衝突により放出するエネルギを獲得する。このよう
に、電子を衝突電離によりポテンシャル井戸５−１の外
に放出する過程は１つのポテンシャル井戸から次のポテ
ンシャル井戸へと繰返され、第４ａ図に示すようなアバ
ランシェ現象による増倍現象が起こる。
衝突電離によりポテンシャル井戸から飛出した電子は、
様々な方法で交換することができる。すなわち、 −価電子帯から電子を発生させる、または、−各ドーピ
ング層２−１を電子付与装置と側面接触させる、あるい
は、 −電界πｆとは反対方向の電界を短時間定期的に課す（
この間もちろんＥＭＤは機能しない）等の方法である。
様々な方法で交換することができる。すなわち、 −価電子帯から電子を発生させる、または、−各ドーピ
ング層２−１を電子付与装置と側面接触させる、あるい
は、 −電界πｆとは反対方向の電界を短時間定期的に課す（
この間もちろんＥＭＤは機能しない）等の方法である。
ＨＭＤの動作の様子を第４ｂ図に示す。第４ｂ図の説明
は第４ａ図の説明と同様であり、下記の用語をそれぞれ
入れ替えればよい。
は第４ａ図の説明と同様であり、下記の用語をそれぞれ
入れ替えればよい。
−“電子”と“正孔”、
−“伝導帯６のポテンシャル井戸５−１″と“価電子帯
７のポテンシャル井戸９−ｉ”、−“価電子帯７の上端
１２−１”と“伝導帯６の下端１１−１”、 −“価電子帯”と“伝導帯”。
７のポテンシャル井戸９−ｉ”、−“価電子帯７の上端
１２−１”と“伝導帯６の下端１１−１”、 −“価電子帯”と“伝導帯”。
本発明に従うＣＣＭＤについては多くの応用が考えられ
るが、以下に３つの応用例について説明する。
るが、以下に３つの応用例について説明する。
まず、本発明によるＣＣＭＤは低雑音光センサに応用す
ることができる。第５ａ図は、ＥＭＤを光センサに応用
した例を示す。ここで問題となるのは、所与エネルギを
もつ光子１３を検出することにある。このため、検出す
べき光子１３のエネルギに対応するエネルギギャップを
有する半導体１４と、ＥＭＤ１５との間に接合が形成さ
れる。この半導体１４は、電子をＥＭＤ１５中に注入す
るために用いられる。これにより、光子１３は半導体１
４中に電子−正孔の対を作る。電子は、電界πｆにより
ＥＭＤ１５中に引き込まれる。ＥＭＤ１５の出力端で電
流ユが検出される。例えば、この電流ユは抵抗１６を通
過し、電流計１７により測定される。電界πｆを印加す
るための電圧源を参照番号３０で示す。
ることができる。第５ａ図は、ＥＭＤを光センサに応用
した例を示す。ここで問題となるのは、所与エネルギを
もつ光子１３を検出することにある。このため、検出す
べき光子１３のエネルギに対応するエネルギギャップを
有する半導体１４と、ＥＭＤ１５との間に接合が形成さ
れる。この半導体１４は、電子をＥＭＤ１５中に注入す
るために用いられる。これにより、光子１３は半導体１
４中に電子−正孔の対を作る。電子は、電界πｆにより
ＥＭＤ１５中に引き込まれる。ＥＭＤ１５の出力端で電
流ユが検出される。例えば、この電流ユは抵抗１６を通
過し、電流計１７により測定される。電界πｆを印加す
るための電圧源を参照番号３０で示す。
第５ｂ図はＨＭＤを光センサに応用した１例を示す図で
あるが、この図の説明は第５ａ図と同様であり、下記の
用語を入れ替えればよい。
あるが、この図の説明は第５ａ図と同様であり、下記の
用語を入れ替えればよい。
−“ＥＭＤ”と”ＨＭＤ”、
−“電子”と“正孔”、
− また、動作電界Ｔｒの方向を第５ａ図に示した方向
とは反対にする。
とは反対にする。
第２に、本発明に従うＥＭＤは、第６図に示すように低
雑音光電陰極に応用することができる。
雑音光電陰極に応用することができる。
第６図では、動作電界π、を与える手段は示されていな
い。
い。
ここでの問題は、真空中に自由電子１９を放出すること
にある。ＥＭＤ１５中への電子の注入は、例えば下記の
ようにして行われる。
にある。ＥＭＤ１５中への電子の注入は、例えば下記の
ようにして行われる。
−ＥＭＤ１５と半導体１４の間に接合を作り、−この半
導体１４上に、半導体１４のギャップと対応するエネル
ギをもった光子１３を送ると、−光子１３が半導体１４
中に電子と正孔の対を作り、−電子は動作電界である電
界π、によりＥＭＤ１５中に引込まれる。尚、この電界
を与えるのに必要な表面１８の直前に位置する陽極は電
子に出来る限り影響を与えないように設計されている。
導体１４上に、半導体１４のギャップと対応するエネル
ギをもった光子１３を送ると、−光子１３が半導体１４
中に電子と正孔の対を作り、−電子は動作電界である電
界π、によりＥＭＤ１５中に引込まれる。尚、この電界
を与えるのに必要な表面１８の直前に位置する陽極は電
子に出来る限り影響を与えないように設計されている。
例えば、この陽極は、
−非常に薄い（数十オングストローム）均質の金属めっ
き、 −薄い金属格子、 −強度のｐ型ドーピングを施した半導体領域を備える。
き、 −薄い金属格子、 −強度のｐ型ドーピングを施した半導体領域を備える。
例えば、この表面上に酸素またはセシウムを蒸着させる
等、ＥＭＤ１５の構成材料の表面１８に予備処理を施す
ことにより、ＥＭＤ１５により増倍された電子は真空中
に放出する。
等、ＥＭＤ１５の構成材料の表面１８に予備処理を施す
ことにより、ＥＭＤ１５により増倍された電子は真空中
に放出する。
第３に、本発明のＣＣＭＤは赤外線光子の可視光子に変
換／増幅するための装置、すなわち赤外線映像装置に応
用することができる。第７ａ図はＥＭＤを赤外線映像装
置に応用した１例を示す。
換／増幅するための装置、すなわち赤外線映像装置に応
用することができる。第７ａ図はＥＭＤを赤外線映像装
置に応用した１例を示す。
ここで問題となるのは、わずかな赤外線光子を多数の可
視光子に変換することである。ＥＭＤ１５中への電子の
注入は、上記と同様の方法で行われる（もちろん半導体
１４は、赤外線光子のエネルギに対応するエネルギギャ
ップを有するものを選択する）。ＥＭＤ１５により増倍
される電子は、下記の方法で可視光子２１に変換される
。
視光子に変換することである。ＥＭＤ１５中への電子の
注入は、上記と同様の方法で行われる（もちろん半導体
１４は、赤外線光子のエネルギに対応するエネルギギャ
ップを有するものを選択する）。ＥＭＤ１５により増倍
される電子は、下記の方法で可視光子２１に変換される
。
−強度のｐ型ドーピングが全体に施され、可視光子のエ
ネルギに対応するエネルギギャップをもつ半導体材料２
０に、ＥＭＤ１５の出力部を接続すると、 −ＥＭＤ１５から出た電子は半導体２０の正孔と再結合
し、可視光子２１を放出する。
ネルギに対応するエネルギギャップをもつ半導体材料２
０に、ＥＭＤ１５の出力部を接続すると、 −ＥＭＤ１５から出た電子は半導体２０の正孔と再結合
し、可視光子２１を放出する。
第７ｂ図は、ＨＭＤを赤外線映像装置に応用した１例を
示すものであるが、第７ａ図の説明と同様であり、下記
の用語を入れ替えればよい。
示すものであるが、第７ａ図の説明と同様であり、下記
の用語を入れ替えればよい。
−ＥＭＤ’と“ＨＭＤ”、
−“電子”と“正孔”、
−″ｐ型ドーピングと“ｎ型ドーピング。
第７ａ図および第７ｂ図には、動作電界ｖｔが与えられ
る手段は示されていない。
る手段は示されていない。
尚、本発明は、上記３つのＣＣＭＤ１５の応用例に限ら
れるわけではない。
れるわけではない。
第１ａ図は、電子を増倍する場合の本発明の原理を示し
、 第１ｂ図は、正孔を増倍する場合の本発明の原理を示し
、 第２ａ図は、半導体材料のバンド構造を示し、第２ｂ図
は、半導体材料が電界内に位置しない場合の本発明に従
うＥＭＤを形成する半導体材料のバンド構造を示し、 第２Ｃ図は、半導体材料が電界内に位置しない場合の本
発明に従うＨＭＤを形成する半導体材料のバンド構造を
示し、 第３ａ図は、−価のｎ型ドーピング層の形成により半導
体材料のバンド構造中に入り込んだポテンシャル井戸を
示し、 第３ｂ図は、ｎ型ドーピング層がいくつかの結晶層を含
む場合の第３ａ図と類似したポテンシャル井戸を示し、 第４ａ図は、半導体材料が動作電界と呼ばれる電界中に
位置する場合の本発明に従うＥＭＤを形成する半導体材
料のバンド構造を示し、またこのＥＭＤの動作の様子を
示し、 第４ｂ図は、半導体材料が動作電界と呼ばれる電界中に
位置する場合の本発明に従うＨＭＤを形成する半導体材
料のバンド構造を示し、またこのＨＭＤの動作の様子を
示し、 第５ａ図は、本発明に従うＥＭＤを光センサに応用した
例を示し、 第５ｂ図は、本発明に従うＨＭＤを光センサに応用した
例を示し、 第６図は、本発明に従うＥＭＤを光電陰極に応用した例
を示し、 第７ａ図は、本発明に従うＥＭＤを赤外線映像装置に応
用した例を示し、 第７ｂ図は、本発明に従うＨＭＤを赤外線映像装置に応
用した例を示す。 （主な参照番号） １・・半導体材料、 ２−１．２−２．２−３・・ドーピング層、３．４−１
．４−２・・電子、 ５−１． ５−２． ５−３． ９−１． ９−２．
９−３・・ポテンシャル井戸、 ６・・伝導帯、 ７・・価電子帯、８・・禁止帯、
１３・・光子、 １４・・半導体材料、 １５・・ＥＭＤ。 １６・・抵抗、 １７・・電流計、１８・・表面
、 １９・・自由電子、２０・・半導体材料、
２１・・可視光子、３０・・電圧源
、 第１ｂ図は、正孔を増倍する場合の本発明の原理を示し
、 第２ａ図は、半導体材料のバンド構造を示し、第２ｂ図
は、半導体材料が電界内に位置しない場合の本発明に従
うＥＭＤを形成する半導体材料のバンド構造を示し、 第２Ｃ図は、半導体材料が電界内に位置しない場合の本
発明に従うＨＭＤを形成する半導体材料のバンド構造を
示し、 第３ａ図は、−価のｎ型ドーピング層の形成により半導
体材料のバンド構造中に入り込んだポテンシャル井戸を
示し、 第３ｂ図は、ｎ型ドーピング層がいくつかの結晶層を含
む場合の第３ａ図と類似したポテンシャル井戸を示し、 第４ａ図は、半導体材料が動作電界と呼ばれる電界中に
位置する場合の本発明に従うＥＭＤを形成する半導体材
料のバンド構造を示し、またこのＥＭＤの動作の様子を
示し、 第４ｂ図は、半導体材料が動作電界と呼ばれる電界中に
位置する場合の本発明に従うＨＭＤを形成する半導体材
料のバンド構造を示し、またこのＨＭＤの動作の様子を
示し、 第５ａ図は、本発明に従うＥＭＤを光センサに応用した
例を示し、 第５ｂ図は、本発明に従うＨＭＤを光センサに応用した
例を示し、 第６図は、本発明に従うＥＭＤを光電陰極に応用した例
を示し、 第７ａ図は、本発明に従うＥＭＤを赤外線映像装置に応
用した例を示し、 第７ｂ図は、本発明に従うＨＭＤを赤外線映像装置に応
用した例を示す。 （主な参照番号） １・・半導体材料、 ２−１．２−２．２−３・・ドーピング層、３．４−１
．４−２・・電子、 ５−１． ５−２． ５−３． ９−１． ９−２．
９−３・・ポテンシャル井戸、 ６・・伝導帯、 ７・・価電子帯、８・・禁止帯、
１３・・光子、 １４・・半導体材料、 １５・・ＥＭＤ。 １６・・抵抗、 １７・・電流計、１８・・表面
、 １９・・自由電子、２０・・半導体材料、
２１・・可視光子、３０・・電圧源
Claims (12)
- （１）アバランシェ現象により所与のタイプの電荷キャ
リアを増倍するための装置において、 均質組成の単一半導体から成る非導電性の材料と、 上記半導体材料中に設けられ、上記非導電性材料部分に
より分離されるほぼ平行の層であって、上記電荷キャリ
アのタイプに応じてｎ型ドーピングまたはｐ型ドーピン
グの施された半導体領域で形成され、その厚さは、該層
に垂直な上記非導電性材料部分の寸法より小さく、該層
に垂直な方向にポテンシャル井戸を生じ、該ポテンシャ
ル井戸が上記電荷キャリアを閉込めるリザーバを形成す
る層と、 上記垂直な方向に動作電界を印加する手段とを備え、 上記電荷キャリアの少なくとも１つを注入し、該キャリ
アは上記動作電界により加速され、衝突電離により上記
ポテンシャル井戸の１つから上記タイプの電荷キャリア
を放出させ、上記タイプの電荷キャリアは動作電界によ
って案内され、上記タイプの電荷キャリアの放出過程は
上記ポテンシャル井戸から次のポテンシャル井戸へと繰
返されて、上記アバランシェ現象が起こることを特徴と
する装置。 - （２）上記層の幅は多くとも数層の原子面から成ること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 - （３）上記非導電性材料である半導体は、大きなエネル
ギギャップを有し、上記ポテンシャル井戸に閉込められ
た上記電荷キャリアは高い電離エネルギをもつことを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 - （４）２つの隣接する上記層同士の間隔は、ポテンシャ
ル井戸間のトンネル効果相互作用が無視できる程の距離
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
装置。 - （５）上記ポテンシャル井戸の外に放出される電荷キャ
リアの交換手段を備えることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の装置。 - （６）上記電荷キャリアは電子であり、上記層はｎ型ド
ーピングの施された半導体領域であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の装置。 - （７）上記非導電性材料は、ｐ型不純物の体積濃度をＮ
ａ、ｎ型不純物の表面濃度をＮｄ、隣接する２つの層の
間の距離をＬとするとき、これらの関係が、Ｎｄ＞Ｎａ
×Ｌとなるように全体にｐ型ドーピングが施されること
を特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の装置。 - （８）上記電荷キャリアは正孔であり、上記層はｐ型ド
ーピングを施した半導体領域であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の装置。 - （９）上記非導電性材料は、ｎ型不純物の体積濃度をＮ
ｄ、ｐ型不純物の表面濃度をＮａ、隣接する２つの層の
間の距離をＬとするとき、これらの関係が、Ｎａ＞Ｎｄ
×Ｌとなるように全体にｎ型ドーピングが施されること
を特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の装置。 - （１０）均質組成の単一半導体から成る非導電性の材料
と、上記半導体材料中に設けられ、上記非導電性材料部
分により分離されるほぼ平行の層であって、上記電荷キ
ャリアのタイプに応じてｎ型ドーピングまたはｐ型ドー
ピングの施された半導体領域で形成され、その厚さは、
該層に垂直な上記非導電性材料部分の寸法より小さく、
該層に垂直な方向にポテンシャル井戸を生じ、該ポテン
シャル井戸が上記電荷キャリアを閉込めるリザーバを形
成する層と、上記垂直な方向に動作電界を印加する手段
とを備える、アバランシェ現象により所与のタイプの電
荷キャリアを増倍するための装置と、検出したい光子の
エネルギに対応するエネルギギャップをもち、該光子を
吸収して電子−正孔の対を作る半導体材料と、 上記電荷キャリア増倍装置中に電荷キャリアの注入を行
うための上記半導体材料と上記電荷キャリア増倍装置と
の間の接合と、 上記電荷キャリア増倍装置から出る電流を検出するため
の機構と を備えることを特徴とする低雑音光センサ。 - （１１）均質組成の単一半導体から成る非導電性の材料
と、上記半導体材料中に設けられ、上記非導電性材料部
分により分離されるほぼ平行の層であって、上記電荷キ
ャリアのタイプに応じてｎ型ドーピングまたはｐ型ドー
ピングの施された半導体領域で形成され、その厚さは、
該層に垂直な上記非導電性材料部分の寸法より小さく、
該層に垂直な方向にポテンシャル井戸を生じ、該ポテン
シャル井戸が上記電荷キャリアを閉込めるリザーバを形
成する層と、上記垂直な方向に動作電界を印加する手段
とを備え、上記電荷キャリアは電子であり、上記層はｎ
型ドーピングの施された半導体領域である、アバランシ
ェ現象により所与のタイプの電荷キャリアを増倍するた
めの装置と、 電子−正孔の対を作る光子を吸収することが可能な半導
体材料と、 電荷キャリアの上記電荷キャリア増倍装置への注入を可
能にする上記半導体と上記電荷キャリア増倍装置との間
の接合と、 真空中に自由電子を放出させることが可能な表面と を備えることを特徴とする低雑音光電陰極。 - （１２）均質組成の単一半導体から成る非導電性の材料
と、上記半導体材料中に設けられ、上記非導電性材料部
分により分離されるほぼ平行の層であって、上記電荷キ
ャリアのタイプに応じてｎ型ドーピングまたはｐ型ドー
ピングの施された半導体領域で形成され、その厚さは、
該層に垂直な上記非導電性材料部分の寸法より小さく、
該層に垂直な方向にポテンシャル井戸を生じ、該ポテン
シャル井戸が上記電荷キャリアを閉込めるリザーバを形
成する層と、上記垂直な方向に動作電界を印加する手段
とを備える、アバランシェ現象により所与のタイプの電
荷キャリアを増倍するための装置と、赤外線光子が吸収
されて電子−正孔の対を作るようなエネルギギャップを
もつ第１の半導体材料と、上記電荷キャリア増倍装置中
に電荷キャリアの注入を行うための上記第１の半導体材
料と上記電荷キャリア増倍装置との間の接合と、 可視光子のエネルギと対応するエネルギギャップをもち
、上記電荷キャリアのタイプに応じて全体に強度のｐ型
ドーピングまたはｎ型ドーピングが施された第２の半導
体材料と、上記電荷キャリア増倍装置と上記第２の半導
体材料間の接合とを備え、 上記電荷キャリア増倍装置を出る上記電荷キャリアは上
記第２の半導体材料の正孔または電子と再結合し、可視
光子を放出することを特徴とする赤外線映像装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8617406A FR2612334B1 (fr) | 1986-12-12 | 1986-12-12 | Dispositif de multiplication de porteurs de charge par un phenomene d'avalanche et son application aux photodetecteurs, aux photocathodes, et aux visionneurs infrarouges |
| FR8617406 | 1986-12-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63164372A true JPS63164372A (ja) | 1988-07-07 |
Family
ID=9341831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62315085A Pending JPS63164372A (ja) | 1986-12-12 | 1987-12-12 | アバランシェ現象による電荷キャリアの増倍装置ならびに該装置の光センサ、光電陰極および赤外線映像装置への応用 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4907042A (ja) |
| EP (1) | EP0274940A1 (ja) |
| JP (1) | JPS63164372A (ja) |
| FR (1) | FR2612334B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02214275A (ja) * | 1988-11-23 | 1990-08-27 | Messerschmitt Boelkow Blohm Gmbh <Mbb> | 光学的に制御可能な画像センサ |
| JPH0447629A (ja) * | 1990-06-11 | 1992-02-17 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体光電子放出面 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2684807B1 (fr) * | 1991-12-10 | 2004-06-11 | Thomson Csf | Transistor a puits quantique a effet tunnel resonnant. |
| US5315126A (en) * | 1992-10-13 | 1994-05-24 | Itt Corporation | Highly doped surface layer for negative electron affinity devices |
| JP3976700B2 (ja) * | 2003-03-24 | 2007-09-19 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 極薄分子結晶を用いたアバランシェ増幅型フォトセンサー及びその製造方法 |
| CN118899210A (zh) * | 2024-07-16 | 2024-11-05 | 北方夜视技术股份有限公司 | 具有光电子雪崩放大效应的光电阴极结构、微光像增强器、ebaps结构 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1038200A (en) * | 1963-12-24 | 1966-08-10 | Standard Telephones Cables Ltd | Improvements in or relating to solid state display devices |
| DE2261527C2 (de) * | 1972-12-15 | 1983-04-21 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., 3400 Göttingen | Halbleiterkörper mit in einer vorgegebenen Richtung abwechselnd aufeinanderfolgenden n- und p-dotierten Zonen, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendungen des Halbleiterkörpers |
| US4053920A (en) * | 1975-11-10 | 1977-10-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Step graded photocathode |
| DE2716143A1 (de) * | 1977-04-12 | 1978-10-19 | Siemens Ag | Lichtemittierendes halbleiterbauelement |
| US4208667A (en) * | 1978-06-09 | 1980-06-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Controlled absorption in heterojunction structures |
| US4250516A (en) * | 1979-08-06 | 1981-02-10 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Multistage avalanche photodetector |
| US4383269A (en) * | 1980-09-19 | 1983-05-10 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Graded bandgap photodetector |
| US4399448A (en) * | 1981-02-02 | 1983-08-16 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | High sensitivity photon feedback photodetectors |
| JPS60785A (ja) * | 1983-06-16 | 1985-01-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体光検出装置 |
| EP0162942B1 (en) * | 1984-05-30 | 1989-03-01 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | A semiconductor device for detecting electromagnetic radiation or particles |
| US4694318A (en) * | 1984-12-05 | 1987-09-15 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Sawtooth photodetector |
| FR2592217B1 (fr) * | 1985-12-20 | 1988-02-05 | Thomson Csf | Photocathode a amplification interne |
| US4755860A (en) * | 1986-08-05 | 1988-07-05 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Avalanche photodetector |
-
1986
- 1986-12-12 FR FR8617406A patent/FR2612334B1/fr not_active Expired
-
1987
- 1987-12-09 US US07/130,647 patent/US4907042A/en not_active Expired - Fee Related
- 1987-12-11 EP EP87402815A patent/EP0274940A1/fr not_active Withdrawn
- 1987-12-12 JP JP62315085A patent/JPS63164372A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02214275A (ja) * | 1988-11-23 | 1990-08-27 | Messerschmitt Boelkow Blohm Gmbh <Mbb> | 光学的に制御可能な画像センサ |
| JPH0447629A (ja) * | 1990-06-11 | 1992-02-17 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体光電子放出面 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2612334A1 (fr) | 1988-09-16 |
| FR2612334B1 (fr) | 1989-04-21 |
| EP0274940A1 (fr) | 1988-07-20 |
| US4907042A (en) | 1990-03-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5627377A (en) | Single carrier-type solid-state radiation detector device | |
| Schneider et al. | Thermionic emission and Gaussian transport of holes in a GaAs/Al x Ga 1− x As multiple-quantum-well structure | |
| US4683484A (en) | Lateral confinement of charge carriers in a multiple quantum well structure | |
| EP0041119B1 (en) | Cold electron emission device | |
| EP0433542A2 (en) | Optoelectronic devices | |
| JP2845081B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2937404B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| US5457327A (en) | Avalanche photodiode with an improved multiplication layer | |
| Capasso et al. | New transient electrical polarization phenomenon in sawtooth superlattices | |
| Capasso | Compositionally graded semiconductors and their device applications | |
| JP3287458B2 (ja) | 超高速・低電圧駆動アバランシェ増倍型半導体受光素子 | |
| EP0497279B1 (en) | Avalanche photodiode | |
| JP3413241B2 (ja) | 電子管 | |
| EP0393317A2 (en) | Resonant tunneling semiconductor devices | |
| McGregor et al. | Present status of undoped semi-insulating LEC bulk GaAs as a radiation spectrometer | |
| Cellek et al. | Detailed investigation of electron transport, capture and gain in Al0. 3Ga0. 7As/GaAs quantum well infrared photodetectors | |
| Capasso | New heterojunction devices by band-gap engineering | |
| US4907042A (en) | Device for the multiplication of charge carriers by an avalanche phenomenon and application of the said device to photosensors, photocathodes and infrared viewing devices | |
| Martin et al. | Transport properties in HgI2 | |
| JPS61170079A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2666440B2 (ja) | フォトコンダクタ | |
| US4942436A (en) | Superlattice avalanche photodetector | |
| CN2547008Y (zh) | 具有复合结构的量子点器件 | |
| Wei et al. | A study on the photoresponses in GaAs n-channel optical detectors | |
| RU2454750C2 (ru) | Фотокатод |