JPH02238677A - 光検出器 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ．産業上の利用分野 本発明は、一般に長波長光検出器に関し、さらに詳しく
は、非ドープ超格子フィルタ構造を採用した赤外検出器
に関する。

Ｂ．従来の技術 短波長デバイス（例えば、１．５ミクロン以下の近赤外
域、可視域または紫外域にある波長に感応するデバイス
）は比較的一般的である。これらのデバイスは狭いバン
ドギャソプの祠料を必要としないので、周知の容易に集
積可能な材料を使用することができる。赤外線などの波
長が７ミクロン以上の比較的長い波長（低いエネルギー
）を検出するには、狭いバンドギャップの材料、材料に
ひずみを与えてバンドギャップを狭くした比較的広いバ
ンドギャップの材料、または狭いバンドギャップの材料
の吸収特性を模倣した特殊構造のいずれかを使用する必
要がある。検出周波数または検出波長は、検出器がそれ
を検出するように設計またはチューニングされる放射線
の周波数または波長（すなわち、デバイス内に所望の光
電流を発生させる周波数または波長）である。

広バンドギャップ材料内でのバンド間吸収の原理に基づ
いて動作する電子なだれ検出器の例は、１．０〜１．５
ミクロンのスペクトルの波長を検出するように適合され
たマルチｐ−ｎ接合デバイスを記載した、米国特許第４
２０３１２４号を参照されたい。検出はバンド間（　ｉ
ｎｔｅｒｂａｎｄ）吸収によって行なわれる。米国特許
第４７２２９０７号は、１．０〜１．５ミクロンの近赤
外スペクトルの波長を検出するように適合された電子な
だれ検出器（ＡＰＤ）デバイスを記載している。このデ
バイスも、広バンドギャップ材料内のバンド間吸収によ
って働き、超格子電子なだれ増幅制御を含んでいる。可
視スペクトルの波長を検出するように適合されたｐ−ｉ
−ｎひずみ層超格子フォトダイオードの例は、米国特許
第４６１６２４１号を参照されたい。このデバイスは、
広バンドギャップ材料内でのバンド間吸収の原理に基づ
き、ひずみ層超格子によって動作する。

従来技術では、長波長光検出器、すなわち赤外（７ミク
ロン以上）スペクトルの波長を検出するように適合され
た検出器は、主として、狭バンドギャップ材料における
バンド間吸収、ひずみ層超格子によるバンド間吸収、も
しくはドープされた超格子または主検出機構としてのマ
ルチ量子ウェル検出器におけるサブバンド間吸収を利用
していた。

ドープされた超格子または多数量子ウェル検出器でのバ
ンド内（　ｉｎｔｒａｂａｎｄ）吸収の原理に基づいて
動作する長波長光検出器の例は、米国特許第４７１１８
５７号を参照されたい。このデバイスは、サブバンド間
吸収を利用するのではなく、多数キャリアの光励起によ
って入射放射線を検出する。入射放射線が、量子バリヤ
を越すのに十分なエネルギーでキャリアを励起するのに
十分な時、電流が流れる。

長波長放射線を検出するための他のデバイスは、内部光
子放出の原理に基づいて動作する、金属半導体インタフ
ェース・デバイスである。これは多数キャリア・デバイ
スである。例えば、Ｈ・ポーラック（Ｈ．　Ｐｏｈｌａ
ｃｋ）の論文「随意に強化されたＩＲイメージ・センサ
用のショットキー・バリヤ光検出器（Ｏｐｔｉｏｎａｌ
ｌｙ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ＳｃｈｏｔｔｋｙＢａｒｒｉ
ｅｒ　　Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ　　ｆｏｒ　　
ＩＲ　　Ｉｍａｇｅ　　ＳｅｎｓｏｒＡｐｐｌｉｃａｔ
ｉｏｎ）　Ｊ、　Ｐｈｙｓ．　　Ｓｔａｔ．　　Ｓｏｌ
．　　、（ａ）９７　（１９８８年）、ｐｐ．Ｋ２１１
−Ｋ２１５　を参照されたい。

バンド間吸収デバイスは、Ｈ　ｇ　Ｃ　ｄ　Ｔ　ｅなど
の狭バンドギャップ材料を利用するものである。バンド
間吸収の使用は古い着想で、かなり完成されている。そ
の主な欠点は、ＨｇＣｄＴｅ族などの狭バンドギャップ
材料の劣った材料特性、及びこれらの材刺を他の電子デ
バイスと集積可能なアレイの作成に使用することが極め
て困難なことである。これらの電子デバイスは、少数キ
ャリア・デバイスである。例えば、Ｅ．Ｒ．ガートナー
（Ｇｅｒｔｎｅｒ）　、Ｓ．　Ｈ．　　シン（Ｓｈｉｎ
）　、Ｄ．　Ｄ．エドウォール（Ｅｄｗａｌｌ）　、Ｌ
．　Ｏ．ブブラック（Ｂｕｂｕｌａｃ）　、Ｄ　．　Ｓ
　，ロー（Ｌｏ）及びＷ．Ｅ．テナント（Ｔｅｎｎａｎ
ｔ　）の論文ｒＧａＡｓ上Ｈｇ＋−ｘＣ　ｄ　ｘ　Ｔ　
ｅの高性能光起電力赤外線デバイス（Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒ
ｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　Ｉｎｆ
ｒａｒｅｄＤｅｖｉｃｅ　ｉｎ　Ｉ｛ｇ＋−ｘＣｄｘＴ
ｅ　ｏｎ　ＧａＡｓ）　Ｊ　、Ａ　ｐｐ１　．Ｐｈｙｓ
．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌｕｍｅ　　　４Ｂ、Ｎｏ．９（１
９８５年５月１日）、１）１）．８５１−８５３を参照
されたい。

サブバンド間吸収（後で詳しく述べる）デバイスは比較
的新しく、例えば、ＧａＡｓ−ＡＱＧａＡｓマルチ量子
ウェル構造を用いて作ることができる。これらのデバイ
スは、光学的に活性な超格子構造を利用して、適当な波
長の入射放射線を検出する。これらは多数キャリア・デ
バイスである。

長波長（例えば７ミクロン以上）検出器では、ドープさ
れた超格子構造が検出器として有効に機能し、デバイス
の集積が重要であるバンド間吸収デバイスに勝る利点を
有する。従来技術の他のタイプのデバイスに対しては、
材料処理の問題にぶつかるので、集積は困難である。材
料の問題の他に、ドープされた超格子構造を含めて、従
来技術によるほとんどのデバイスを使用する際の欠点と
しては、大きな暗電流及び電圧チューニング可能性の欠
如がある。ドープされた超格子構造に伴う別の問題は、
検出の立体角が非常に小さいことである。サブバンド間
吸収を利用したデバイスは、感度を向上させるため、入
射放射線（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）に対して特定の角度に
向けなければならない。さらに、少数キャリア伝導を利
用したデバイスは、多数キャリア伝導を利用したデバイ
スより速度が遅くなる傾向がある。

前記のすべての問題のうちで、暗電流の問題が最もやっ
かいである。従来技術による検出器の大暗電流特性は、
主として、デバイス中の熱エネルギーの結果である。こ
うした従来技術によるほとんどのデバイスでは、暗電流
が大きいため、暗電流を所望の光電流から区別すること
が難しい。すなわち、暗電流はこれらのデバイスの感度
を大幅に制限する。この問題は、電子なたれ効果によっ
てさらに悪化することがある。暗電流の主要成分は電子
の伝導状態への熱励起であり、かつ暗電流成分を濾過す
る効果的な手段は見つかっていないので、暗電流を制御
する主な方法は、熱エネルギーを下げるものである。熱
エネルギーを低下させて暗電流を制限する周知の一方法
は、デバイスを極低温に冷却するものである。冷却によ
り、キャリアの熱励起とそれによって発生する電流が減
少する。しかしながら、極低温冷却はコストが高く、複
雑な熱伝達装置を必要とする。

従来技術によるほとんどのデバイスに伴うもう１つの問
題は、検出周波数がデバイス構造及び材料特性によって
異なることである。したがって、検出器の製造後は検出
周波数が固定され、例えば、バイアス電圧を調節するこ
とによって変更することはできない。ほとんどの長波長
光検出器は、その構造と検出機構上から固定検出周波数
で動作するように制約され、したがってチューニング不
可能である。一つの例外は、電圧チューニングが可能な
ｎ−ｉ−ｐ−ｉ構造（現在、１．０ミクロン以下の応用
分野で使用されている）である。例えば、Ｇ．Ｈ．　　
ドーラー（Ｄｏｈｌｅｒ）　、Ｈ．　クンゼル（Ｋｕｎ
ｚｅｌ）　、Ｋ．プルーグ（Ｐｌｏｏｇ）の論文ｒＧａ
Ａｓドーピング超格子におけるチューニング可能吸収係
数（Ｔｕｎａｂｌｅ　ＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＣｏｅｆｆ
ｉｃｉｅｎｔ　ｉｎ　ＧａＡｓ　Ｄｏｐｉｎｇ　Ｓｕｐ
ｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ）　Ｊ、Ｐｈ　ｙｓｉｃａｌ　　
　Ｒｅｖｉｅｗ　　　ＢＮ　　ＶＯＩ．２５、Ｎｏ．４
　（１９８２年２月１５口）、ｐｐ．２６　１６−２６
２６　　を参照されたい。ｎ−ｉｐ−ｉ構造における検
出機構は、伝導帯と価電子帯の間の間接実空間遷移なの
で、そのバイアス電圧を変更することによってチューニ
ングができる。

デバイスの両端間のバイアス電圧を変更すると、隣接す
るドーブされた領域の伝導帯と価電子帯の間のエネルギ
ー・ギャップが変化する。しかしながら、このタイプの
デバイスが長波長の応用例に適合可能なことは知られて
いない。

このため、高速、集積可能、高感度で、所望の光電流を
実質上減衰させずに、望ましくない暗電流の大部分を濾
過除去する長波長光検出器を提供できれば好都合である
。さらに、検出周波数の全域にわたって電気的にチュー
ニング可能な長波長光検出器を提供できれば好都合であ
る。また、直交放射線を含めて大きな立体角の入射放射
線で機能する長波長光検出器を提供できれば好都合であ
る。最後に、多数キャリア伝導によって動作する集積可
能かつ高感度の長波長光検出器を提供できれば好都合で
ある。

サブバンド間吸収の原理に基づいて動作する、ＧａＡｓ
−ＡＱＧａＡｓでドープされた超格子ｔＭ造は、Ｂ．Ｆ
．　　リーパイン（Ｌｅｖｉｎｅ）他の論文「共振トン
ネリングＧａＡＱＡｓ超格子におけるサブバンド間吸収
を用いた新しい１０ミクロン赤外検出器（Ｎｅｗ　１０
μｍ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　ｕｓｉｎ
ｇＩｎｔｅｒｓｕｂｂａｎｄ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　
ｉｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｔ　ＴｕｎｎｅｌｉｎｇＧａＡＩ
Ａｓ　Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ）　Ｊ　）Ａ　Ｔ）
　Ｉ）　１　．　Ｐ　ｈ　ｙｓ　．Ｌｅｔｔ．　、５０
　（１６）（１９８７年４月２０日）に記載されている
。この検出器は、サブバンド間吸収を利用して検出を行
なうためにドープされたＡ　ｌｘＧ　ａ，−ｘＡ　ｓ超
格子を使用して、長波長光検出器を電子回路に集積する
ことに伴う問題を克服することを意図したものである。

上記論文によれば、この検出器は、技術的に遅れている
Ｈ　ｇ　ｘ　Ｃ　ｄ　１−ｘ　Ｔ　ｅ合金ではなく、第
■−■族半導体を使用して、長波長（１０ミクロン）赤
外線に対する感受性を実現することを意図したものであ
る。このデバイスでは、光の吸収と大きな暗電流を防止
するため、陰極と陽極のドーピングを制限する必要があ
る。それだけのドーピングが、デバイスとの間での電流
の移動を容易にする。したがって、このデバイスの光学
的に活性な構成部分は、ドープされた超格子部分であり
、自由キャリアのサブバンド間励起から光電流が生じる
。

しかし、サブバンド間吸収は、上記のデバイスが最適結
果を達成するのを妨げるという固有の欠点を持つ。まず
、このデバイスの動作原理のゆえに、デバイスにバイア
スをかけて、効率的な光検出が起こる前に、電子なだれ
降伏を起こす電圧に近い電圧に、つまり電界が熱的に発
生した暗電流キャリアを増倍させる条件にしなければな
らない。

したがって、このデバイスは、その最適動作条件でバイ
アスをかけた時、比較的大きな「暗電流」すなわちノイ
ズを有する。第２に、光が量子ウェルを形成する層に垂
直に入射する場合、サブバンド間吸収は消滅するので、
感度を最大にするため、検出器をブルースター角に配向
しなければならな＝１３ い。したがって、この検出方式は非常に限られた立体角
でしか感受性がない。

第７図は、陽極１０、陰極１２、量子ウェル１４、及び
便宜上後で説明するバリヤ領域１６を含む、バイアスを
かけていない２ウェル量子格子デバイスを示す。Ｅｆは
陽極１２のフェルミ・エネルギー準位である。Ｅｃは伝
導帯エネルギー準位である。従来技術のサブバンド間吸
収デバイス（例えば、リーバイン他のデバイス）の量子
ウェル１４は、本発明と本質的に同じ材料で作ることが
できるが、（少なくとも）最低エネルギー滑子ウェル・
サブバンド１８（以後低サブバンドと呼ぶ）の電子を生
成するようにドープされている。

自由キャリアが空乏の高エネルギー・サブバンド２０も
含まれる。さらに、バリヤ領域１６は、すべての電子ト
ンネリングを実質上防止するのに十分な厚さである。

ドープされた超格子デバイスに第８図のようにバイアス
をかけると、量子ウェルの低サブバンド１８から高エネ
ルギー・サブバンド２０に励起された電子は、バリヤ１
６の幅がバイアス・スロープ２４によって減少し、かつ
上部サブバンドがバリヤ上端に近くなるので、トンネリ
ングによってデバイス中をより容易に通過する。バイア
ス・スロープ２４は、デバイスの両端間に直流電位をか
けることによって誘起される。したがって、（例えば、
デバイスを照射することによって）電子を低サブバンド
１８から高サブバンド２０に励起する時、電子は容易に
量子ウェルから陽極に移動する。電子がある量子ウェル
から次の量子ウェルに移動する時、（特に、デバイスに
バイアスをかけて電子なだれを強化する場合）電子なだ
れ効果を起こしてデバイス中の電流を指数関数的に増加
させる可能性がある。

第９図は、サブバンド間吸収を示す図であり、エネルギ
ー（例えば、入射放射線の形の光子エネルギー）を加え
ると、電子が低エネルギー・サブバンド１８から高エネ
ルギー・サブバンド２０ヘジャンプして、電子を量子ウ
ェル１４から逃がし、電流が流れる状態を示す。

したがって、電流の流れを誘起するには、例えばデバイ
スを照射することによってデバイスに加えるエネルギー
が、電子を低エネルギー・サブバンド１８から高エネル
ギー・サブバンド２０ヘジャンプさせるのに十分でなけ
ればならない。すなわち、入射放射線の光子エネルギー
は、電子をあるサブバンドから次のバンドへ上げるのに
要するエネルギーと同じでなければならない。放射エネ
ルギーがデバイス中を通過する時、光子は各量子ウェル
で吸収されて、各量子ウェルがデバイス電流に寄与する
ようになる。さらに具体的には、適切な波長の光がデバ
イス中を通過する時、各量子ウェル中の電子にエネルギ
ーを渡す。したがって、各量子ウェルはそれ自体の電流
を生成し、それが電子なだれ効果によって増幅できる。

これは、ドープされた複数量子ウェル検出器におけるサ
ブバンド間吸収の一例である。こうしたデバイスでは、
量子ウェル構造は感光性であり、入射放射線を検出する
。

サブバンド間検出器及び他のほとんどの長波長光検出器
のレスポンスは、検出周波数の周りで対称でないことに
注目されたい。すなわち、そのレスポンスは問題の周波
数より上の周波数を持つ入射放射線に対しては非常に高
く、問題の周波数より下の周波数では急速に低下する。

したがって、広バンドすなわち短波長の入射放射線は、
低サブバンドの電子をバリヤ層を越えて逃がし、かつ望
ましくない光電流を流させるのに十分な光子エネルギー
を持つ、検出周波数より下の波長を含む。

この高周波（高エネルギー）放射線を、検出器に当る前
に（例えば、検出器の前に、ほぼ検出周波数に等しいカ
ットオフ周波数を宵するフィルタを置くことによって）
濾過することができる。検出周波数より下の周波数を持
つ放射線は、電子にドープされたサブバンドからバリヤ
を飛び越させるにはその光子エネルギーが十分でな＜、
シたがって電流を誘起しないので、デバイスによって濾
過される。検出周波数のすぐ上の周波数は、検出周波数
での波長に対する検出器の感度を低下させずに濾過する
ことが難しいことに注目されたい。さらに、検出器をチ
ューニングして検出周波数を調節しながら、より短かい
波長を効果的に濾過することは、極めて困難である。

入射放射線によって検出器中に誘導される所望の電流の
ほかに、望ましくない電流も各種機構によって誘導され
る。従来技術のすべてのデバイスでは、入射放射線が存
在しない場合でも、外部のエネルギー源（主として熱エ
ネルギー及び電界エネルギー源）によって、望ましくな
い電流が、いずれかの活性領域中に（例えばドープされ
た量子ウェル中に）発生することがある。この望ましく
ない電流を暗電流と呼ぶ。これらのデバイスの多くでは
、望ましくない電流が増幅されて、電流なだれを起こす
。さらに、これらのデバイスは、暗電流を特定のエネル
ギー準位（例えば、検出周波数の光子エネルギー）に制
限するように適合されていず、その結果、広バンド暗電
流が生じて、デバイスの感度を低下させる。したがって
、検出器が有用になるには、検出周波数の入射放射線に
よる追加エネルギーが、暗電流と区別して検出すなわち
抽出されるのに十分な大きさでなければならない。

共振トンネリングからも大きな暗電流が生ずることがあ
る。量子ウェルがドープされており、したがって自由キ
ャリア（例えば、電子またはホール）を含む、バイアス
をかけた、ドープされた超格子では、第１０図に示すよ
うな量子ウェル・サブバンドの整列によって、共振トン
ネル電流が発生する。暗電流のレベルと検出器の量子効
率は、検出器の感度に比例する、量子ウェル中のドーピ
ング濃度の上昇につれて向上する。したがって、検出器
の感度が高いほど、暗電流の問題は大きくなる。

陰極がドープされ、バイアスのせいで、陰極のフェルミ
準位が整列したサブバンドに合致するか、またはそれを
超える場合にも、同様な現象が発生する。これによって
、陰極中の自由キャリアが電流として流れるようになる
。したがって、ドープされた超格子検出器では、共振ト
ンネリングが暗電流を増加させる好ましくない影響をも
つ。第１１図は、共振トンネリングを起こすためにバイ
アスをかけた、陰極のドーピング濃度が高い、サブバン
ド間吸収デバイスを示す。

ドープされた超格子構造の主な欠点は、検出の立体角が
限られていることである。検出のためにサブバンド間吸
収を利用するドープされた超格子構造では、入射光線が
適切な角度（ブルースター角）でデバイスに当たること
が、最適動作のために必要である。そうでないと、入射
放射線が各量子ウェルに光子エネルギーを渡さない。放
射線が、ブルースター角またはそれより僅かに異なる角
度でデバイスに当たる場合（例えば、量子ウェルに垂直
に検出器に入る場合）、入射放射線の電界（Ｅ界）は、
マトリックス・エレメントに直交する。したがって、電
子を低サブバンド・エネルギーから高サブバンド・エネ
ルギーに高めるために要するエネルギー成分はゼロであ
る（すなわち、それらの量子ウェルてはサブバンド間吸
収は起こらない）。

サブバンド間吸収を利用するドープされた超格子では、
陰極は通常、量子ウェルと同じ材料から構成されるので
、陰極のドーピング濃度を制限しなければならない。陰
極をドーピングすると、その７エルミ準位が、電流が光
励起なしに流れることができる所まで上がり、デバイス
の感度が大幅に低下する。このことは、第１０図を見る
とゎがる。第１０図では、フェルミ準位は、陰極の最低
サブバンドの僅か上にある。第１１図のようにさらにド
ーピングを行なうと、フェルミ準位が、共振電流が連続
的に流れる所にまで上昇してしまう。

Ｃ．発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、暗電流成分が減少した、長波長光検出
器を提供することである。

本発明の他の目的は、ドープされていない量子ウェルま
たは超格子フィルタ・エレメントを有する、長波長光検
出器を提供することである。

本発明の他の目的は、強くドープされた半導体陰極を有
する、長波長光検出器を提供することである。

本発明の他の目的は、陰極での自由キャリアの吸収によ
って入射放射線を検出する、長波長光検出器を提供する
ことである。

本発明の他の目的は、電気的に活性で光学的に活性な半
導体構造に結合された、電気的に活性で光学的に不活性
なフィルタ構造を有する、長波長光検出器を提供するこ
とである。

本発明の他の目的は、検山周波数を実質的に減衰させず
に、検出周波数より上及び下の周波数を濾過して除去す
る、電気的に活性で光学的に不活性なフィルタ構造を有
する、長波長光検出器を提供することである。

本発明の他の目的は、陰極と陽極の間の電圧バイアスを
変化させることによって検出周波数を変更することので
きる、長波長光検出器を提供することである。

本発明の他の目的は、検出周波数の全域にわたって電気
的にチューニングすることのできる、長波長光検出器を
提供することである。

本発明の他の目的は、長波長多数キャリア検出器を提供
することである。

＝２２ 本発明の他の目的は、有効電子質量の低い陰極を存する
、長波長光検出器を提供することである。

本発明の他の目的は、検出のためバイアスをかけた時に
検出器の電子なだれ電圧の近くにバイアスされない、長
波長光検出器を提供することである。

Ｄ．課題を解決するための手段 本発明の一実施例では、高度にドープされた陰極を、ド
ープされていない量子ウェルまたは超格子フィルタ構造
を介して陽極に結合することによって、長波長光検出器
を形成する。本発明による検出器の吸収機構は、強くド
ープされた直接バンドギャップ半導体（陰極）内での自
由キャリア吸収である。陰極材料は、伝導帯エッジが共
振トンネリング・フィルタのウェルを形成する材料の伝
導帯エッジより低くなるように選定することが望ましい
。また陰極材料は、電子質量が低い直接バンドギャップ
の比較的狭い半導体材料でなければならない。これは２
つの利点を有する。すなわち第１に、電子質量が低いこ
とは、自由キャリア吸収がより強いことを意味する。第
２に、伝導帯エッジがより低いことは、大きな暗電流を
助長せずに陰極をドーピングできることを意味する。本
発明による検出器は、共振トンネリングによって電子が
フィルタ構造を通過するようにバイアスがかかる。伝導
を励起するには、入射放射線は、陰極電子を陰極のフェ
ルミ・エネルギー準位から量子ウェル●フィルタの共振
エネルギー準位へ高めるのに十分な周波数（すなわち光
子エネルギー）を持たなければならない。したがって、
入射放射線の光子は、光子吸収器とも呼べる陰極に吸収
される。

本発明の第２の、電圧チューニング可能な好ましい実施
例では、ドープされていないサブバンドを有する単量子
ウェル・フィルタを、ドープされた陰極と陽極構造との
間に配置する。この単量子ウェル・フィルタは、２つの
バリヤ領域で囲まれた１つまたは複数のサブバンドを有
する。検出周波数は、伝導帯のバイアス勾配を増減させ
て、量子サブバンド・エネルギー準位を陰極フェルミ・
エネルギー準位に向って動かすことによって、変化する
。

Ｅ．実施例 本発明は、第１図に示した２量子ウェル３バリヤ・デバ
イスを参照すれば理解できる。第１図は、陽極１１０１
陰極１１２、量子ウェル１１４及びバリヤ領域１１６を
含む、バイアスをかけていない２ウェル量子格子デバイ
スを示す。量子ウェル１１４はドープされていす、最低
エネルギーの量子ウェル・サブバンド１１８と、より高
いエネルギーの量子サブバンド１２０の少なくとも２つ
のバンドを含む。このデバイスをドープすると、バイア
ス・スロープ２４が形成されて、デバイスに共振バイア
スをかけ、サブバンドを後続の量子ウェル中で整列させ
る。

本発明では、フィルタの量子ウェルはドープされていな
いが、陰極は強くドープされているので、フィルタ量子
ウェル中のどのサブバンドも自由電子を含まない。本発
明における電子電流の流れは、第１図に示すような本発
明によるデバイスにバイアスをかけて、第１量子ウェル
のサブバンドが次の量子ウェルのサブバンドと整列する
か、または次のバリヤのエネルギーを越えるようにする
ことによって生じる。したがって、フィルタがバイアス
されて、光励起された電子の共振トンネリングを起こす
。強くドープされた陰極領域で電子を励起することによ
って、そのエネルギーは第１量子ウェル状態（すなわち
サブバンド）の準位に上がり、共振トンネリングによっ
てデバイスを通過することができる。共振トンネリング
は、各後続量子ウェルのサブバンドが整列する所で起こ
り、そのため共振フィルタがそこを通過する電子を透過
させるように見える。この現象は、量子ウェル中の電子
の位相がコヒーレントなことによって生ずる。量子ウェ
ルはドープされていないため、バリヤ経路の全有効長が
陰極から陽極への電流のトンネリングを防止するので、
バリヤ居の厚さを、電子がトンネリングによって単一バ
リヤを通過できるのに十分な薄さにすることができる。

本発明によるフィルタ構造は、検出器陰極中での自由キ
ャリア吸収によって発生するキャリアの共振トンネリン
グによって動作する。陰極中での光励起されたキャリア
の効率的な発生を促進するには、脊効質量の低い電子を
もたらすバンドギャップの小さな材料を選定して、これ
を強くドーピングすることが重要である。したがって、
陰極の伝導帯エッジを量子ウェルの伝導帯エッジより低
くすることが好ましい。しかし、これは好ましい実施例
であり、また応用例によっては、より大きなバンドギャ
ップまたはより軽くドーブされた陰極または陽極を使用
するのが好ましいこともある。

第１図は、本発明によるバイアスされたデバイスの伝導
帯エッジの整列を示す。量子ウェルはドーブされていな
いので、量子ウェルのサブバンドは自由キャリアを含ま
ない。したがって本発明では、量子ウェルは吸収器とし
てではなく、光学的に不活性に光励起された電子エネル
ギー・フィルタとして働く。さらに、本発明の超格子は
共振するので、小さな範囲のエネルギー準位のみで電子
を移動させる。共振エネルギー準位より上または下のエ
ネルギー準位を持つ電子は、バリヤ層を越すのに十分な
エネルギーを持たない限り、移動しない。

したがって、本発明のフィルタ構造は、２つのエネルギ
ー準位に対してのみ応答する。そのフィルタ構造が応答
する第１のエネルギー準位は、陰極フェルミ準位と陰極
伝導帯の下端との間のエネルギーを持つ電子を、バイア
スされたフィルタの共振準位にジャンプさせるのに十分
な小さな範囲のエネルギー（例えば、光子エネルギー）
である。

１つまたは複数の検出波長の光子エネルギーはこの範囲
にある。フィルタ構造が応答する第２のエネルギー準位
は、陰極中の自由キャリアがバリヤ・エネルギーを越え
るに十分な（光子またはその他の）エネルギーの範囲で
ある。本発明のこの特性が、従来技術に勝る２つの主な
利点をもたらす。

本発明のフィルタ構造の第１の利点は、暗電流の大幅な
減少である。電流を誘起するのに必要な熱エネルギーは
、フィルタの共振エネルギー準位に合致するか、または
バリヤ層を越えなければならないため、暗電流はほとん
ど流れない。熱エネルギーは広帯域エネルギーであり、
いずれか１っの準位（例えば、共振電流を誘起するに必
要な準位）に集中しているエネルギーは極く僅かである
。

さらに、フィルタ・バリヤは、熱エネルギーが電子をバ
リヤ・エネルギー準位以上に励起する時に生ずる電流を
大幅に制限するように構成することがで聾る。これは、
大きな伝導帯エネルギー準位を持つバリヤ層を使用する
と実現される。したがって、従来技術のデバイスで必要
であった冷却をほぼすべて省略できる。

本発明のフィルタ構造の第２の利点は、検出周波数の周
りのほぼすべての高・低周波数応答が除去されることで
ある。本発明のフィルタ構造は、検出周波数の光子エネ
ルギーを越えるエネルギー及び検出周波数の周りの小帯
域光子エネルギーに応答するので、応答特性は、検出周
波数を中心とする通過域ノッチを有する高城光学フィル
タのように見える。検出器フィルタによって除去されな
いより高い周波数成分は、検出周波数より充分高いカッ
トオフ周波数ウェルを持つ簡単な外部低域光学フィルタ
によって除去できる。これはまた、検出器をチューニン
グする時、外部フィルタを変更する必要がないので、好
都合である。検出器をチューニングすると、共振フィル
タ・サブバンドの準位が移動し、したがってノッチが移
動する。

本発明による検出器では、光子の吸収は陰極で起こる。

陰極の伝導帯エッジは量子ウェルの最低量子エネルギー
準位より低いことがあるので、陰極を強くドープして自
由キャリア吸収を強化することができる。入射放射線が
なければ、キャリアが陰極から陽極に流れるのが量子ウ
ェル・フィルタによって妨げられ、また量子ウェル自体
はドープされていす、したがって暗電流に寄与しないの
で、ほとんど電流は流れない。しかしながら、陰極内の
キャリアに充分なエネルギー（例えば、放射エネルギー
）が利用可能であり、検出器が適切にバイアスされてい
る場合には、キャリアは、陰極から、共振トンネリング
によって量子ウェル中を通過する準位にまで上げられて
、デバイス中に電流が発生する。

電圧が制御可能なことは、検出可能な最低エネルギーの
光子を決定する際に重要である。これは、電圧を上げて
最低検出可能光子エネルギーを下げるか、または電圧を
下げて最低検出可能光子エネルギーを上げることができ
ることを意味する。電圧が高い場合は、デバイスの両端
間の電界が大きくなり、感度が高くなるので、電流が増
加する。

本発明に従って作成したデバイスは、約１００ｍｅＶの
範囲にわたってチューニング可能でなければならない。

本発明による電圧制御可能検出器は、例えば、１つまた
は複数のサブバンドを有する単量子ウェル共振トンネリ
ング・フィルタを使用して作成できる。例えば、第１図
及びそれに関連する説明を参照されたい。

第１図は、伝導のため適切にバイアスをかけた時、すな
わち量子ウェルの量子準位を、検出周波数の光子エネル
ギーに等しい陰極フェルミ準位より上の準位に調整した
時の、本発明の伝導帯図である。したがって、フェルミ
・エネルギーは、陰極のフェルミ・エネルギーと共振経
路のサブバンド・エネルギーの差が検出周波数の光子エ
ネルギーに等しくなるような準位になければならない。

ドープされた領域での自由キャリアの直接トンネリング
は、長い実効バリヤ経路によって防止されることに注目
されたい。ドープされた量子ウェル構造を使用する検出
器では、陽極に隣接するドープされた量子ウェルが暗電
流に寄与し、したがって実効バリヤ厚が本発明のデバイ
スよりも薄いので、その実効バリヤ経路はそれほど長く
はない。したがって、好ましくない電流がトンネリング
によってこの検出器を通り抜ける可能性がより高くなる
。

本発明によるデバイスは、基本的に全面的に透過性をも
ち、入射放射線が陽極に流入できることにも注目された
い。陽極に当たった入射放射線は、ほとんど損失なしに
デバイスを通過する。入射放射線の光子エネルギーは、
このエネルギーを吸収するのに十分な自由電子が存在す
る陰極に渡される。これは、放射エネルギーが通過する
時に放射エネルギーを吸収しない、光学的に不活性なフ
ィルタ構造の特徴である。

第２図は、単一量子ウェルを組み込んだ本発明の１実施
例を示す。陰極２１０は、約１０１９不純物／ｃｍ３に
Ｓｉ（シリコン）でドープされたＩ　ｎｘＧ　ａ，−ｘ
Ａ　ｓからなり、陽極はＳｉでドープされたＩ　ｎｘＧ
　ａｉ−ｘＡ　ｓ　（インジウム・ガリウム・ヒ素）で
ある。陽極中のＩｎＧａＡｓは、フィルタの方へ向って
、約２０ＯＡの間をＧａＡｓからＩｎＧａＡｓへと傾斜
している。同じ２００Ａの間で、Ｓｉドーピング濃度は
、約３Ｘ１０１７不純物／ｃｍ３から約４Ｘ１０１８不
純物／ｃｍ３へと傾斜している。金属接点２３０が陰極
２１０に取り付けられている。バリヤ領域２１６は Ａ　Ｑ　ｘ　Ｇ　ａ　Ｈ　−ｘ　Ａ　ｓであり、量子ウ
ェル２１４はドープされていないＧａＡｓである。第７
図に示したフィルタ構造を何回か繰り返して、希望する
数の量子ウェルを得ることができることに注目されたい
。

本発明によるデバイスの集積可能な実施例は、ある種の
精密エビタキシアル付着法を用いて、すべての半導体層
を付着することによって製造できる。例えば、半導体層
は、気相エビタキシアル付着（ＶＰＥ）、金属有機物化
学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）ま
たは金属脊機分子線エピタキシ（ＭＯＭＢＥ）のいずれ
か１つの方法またはその組合せによって付着できる。

その後、メタノール臭素研磨法を含む多くの周知の方法
のどれか１つを用いて、ウェハの裏面（例えば、陽極）
を研磨することができる。波長が長く、ウェハ表面の１
ミクロン程度の小さな凸凹は見過ごされるので、この研
磨段階は重要でないことに注目されたい。次いで、研磨
された表面上にオーム性グリッドを付着するが、グリッ
ドの周期は少なくとも、検出しようとする最長波長より
大きな値にする。デバイス（例えば、陰極）の裏面に反
射性のオーム性接点を付着して、吸収を増加させ、誘導
光流による漂遊放射線を防止することができる。

複数のデバイスを製造しようとする場合、メサ構造を形
成することによって個々のデバイスを分離することがで
きる。メサ構造は、たとえばデバイスをマスクして、上
面から陽極までエッチング−３４＝ することによって形成できる。

サブバンドまたは量子ウェル電子エネルギー準位は、量
子空間閉込めによって生成する。したがって、サブバン
ド・エネルギーは主として、電子がウェル内にある時は
、ウェルの幅と電子の有効質量の関数である。当業者な
ら、量子ウェルの幅と組成を調整して、所望のエネルギ
ー準位及び陰極のフェルミ・エネルギーとサブバンドの
所望のエネルギー差を得ることができるはずである。し
たがって、光子吸収器（陰極）のフェルミ準位を変更す
るか、または共振フィルタの量子電子エネルギー準位を
変更することによって、本発明によるデバイスの検出周
波数または検出周波数領域（例えば、チューニング可能
な検出器における）を同時に調節することができる。

さらに、共振フィルタ量子ウェル中に複数の電子量子準
位を生成することによって、このデバイスが多数の離散
光子エネルギー準位を検出するように適合させることが
できることは、当業者には明白である。したがって、デ
バイスの高城フィル夕特性中に、それぞれ離散量子準位
に対応する複数の帯域ノッチを含むレスポンスを生成す
ることが可能である。

さらに具体的には、本発明の好ましい実施例では、１０
ミクロン波長検出器が形成される。基板は、約２Ｘ１０
Ｉ７　Ｓｉ原子／ｃｍ３にドープされたｎ型ＧａＡｓ層
である。Ｉ　ｎｘ　Ｇ　ａ　Ｈ　−ｘ　Ａ　ｓ　（ただ
し、ＸはＯから０．２まで変化する）の第１の陽極層を
、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）によって２００Ａの厚
さに付着して、陽極を形成する。陽極のドーピングは、
約２Ｘ１０１７Ｓｉ原子／ｃｍ３から約４Ｘ　１　０１
８Ｓ　ｉ原子／ｃｒｎ３へと傾斜させ、その濃度はフィ
ルタ側で最高とする。

Ａ　Ｑｏ．４Ｇ　ａｏ．ｓＡ　ｓの第１のバリヤ層を、
ＭＢＥによって陽極の上に約９ＯＡの厚さに付着する。

ドープされていないＧａＡｓ層の第１の量子ウェルを、
ＭＢＥによって第１バリヤ層の表面」二に２０人の厚さ
に付着する。ＡＱ。．４ＧａＯ．６ＡＳの第２のバリヤ
層を、ＭＢＥによって量子ウェルの上に約９ＯＡの厚さ
に付着する。この実施例では、Ｓｉ濃度の傾斜化は、Ｍ
ＢＥ付着中に不純物濃度を増減することによって実施で
きる。

次に、陰極を２層として付着する。第１の陰極層は、ド
ーパント濃度４Ｘ１０１８Ｓｉ原子／ｃｍ３でｎ型にド
ープした、厚さ約２００ＡのＩ　ｎｏ，２Ｇ　ａｏ．ｓ
Ａ　Ｓの層である。第２の陰極層は、ドーパント濃度４
Ｘ　１　０１８Ｓ　ｉ原子／ｃＩＩ１３にドープし、厚
さ約１０ＯＡに分子線エピタクシで付着したｎ型Ｉ　ｎ
ｘＧ　ａ１−ｘＡ　ｓ　（ただし、Ｘは０．２からＯま
で変化する）の傾斜層である。約１０１９不純物／ｃｍ
３にドープしたｎ型ＧａＡｓのオーム性接触層を、分子
線エピタキシで第２陰極眉の上に約１６０ＯＡの厚さに
付着する。ＧａＡｓ層を用いて、陰極接触用の電極を付
着するための適当な表面（オーム性接触層）を設ける。

この実施例の伝導帯図を第３図に示す。この実施例では
、陰極３１２伝導帯とバリヤ３１６伝導帯の電位差は、
約５００ミリ電子ボル｝（ｍｅＶ）である。陰極３１２
のフェルミ準位は陰極伝導帯より約２００ｍｅＶ高く、
すなわちバリヤ伝導帯より３　０　０　ｍ　ｅ　Ｖ低い
。量子ウェル３１４の伝導帯は、バイアスされていない
状態では陰極伝導帯より約２００ｍｅＶ高い。形成され
た格子ウェルは、格子ウェル伝導帯より約２　０　０　
ｍ　ｅ　Ｖ高い少なくとも１つのサブバンドを存する。

したがって、バイアスされていない状態では、格子ウェ
ルのサブバンドはフェルミ・エネルギーより約１５０ｍ
ｅＶ高い。１０ミクロン領域の放射線を検出するには、
量子ウェル３１４のサブバンド準位３１８が陰極３１２
のフェルミ準位より約１００ｍｅＶ高くなるように、デ
バイスにバイアスをかける必要がある。これは、デバイ
ス全体の両端間に、直流電圧を加えて、格子ウェル・サ
ブバンド準位と陰極のフェルミ準位の差を約１　０　０
　ｍ　ｅ　Ｖに低下させることによって実現できる。こ
の好ましい実施例による多数量子ウェル・デバイスでは
、連続した量子ウェルのサブバンドは、陰極のフェルミ
準位の約１００ｍｅＶ上に整列して、第１図に示すよう
に、デバイス全体にわたって１０ミクロン領域の放射線
によって励起された電子の共振トンネリングを起こさせ
る。このデバイスは、帯域約１０１３Ｈｚを中心とする
ノッチ（約１００ｍｅＶの光子エネルギー）を有し、高
端カットオフ周波数が約２倍の大きさの、高城周波数特
性を宵すると予想される。光励起された電子移動に対す
る共振フィルタのインピーダンスを、入射放射線周波数
に対してプロットした予想グラフを第５図に示す。

本発明の別の好ましい実施例では、ＩｎＡｓ一ＡＱＧａ
−Ｓｂ−ＩｎＡｆｌＳｂまたはＧ　ａＡＱ　Ｓｂを使用
する。この実施例では、ＩｎＡｓは陽極と陰極の材料、
ＩｎＡ立ｓｂまたはＧａＡ立ｓｂはウェル材料、ＡＱＧ
ａＳｂまたはＡ！ｌＳｂはバリヤ材料である。この構造
は、ＧａＳｂ基板またはＧａＡｓ基板上に成長させるこ
とができる。この実施例は、本明細書で記載するどのデ
バイスの陰極とバリヤの間でも伝導帯の断続が最大にな
るので、伝導帯の観点から宵利である。

この実施例は、次のようにして、例えば１０ミクロン波
長領域の検出器を形成するように構成することができる
。基板は、シリコンで約１０１７不純物／　ｃ　ｍ　３
にドープし、ｎ型ＧａＡｓ層である。

ＩｎＡｓの第１層を、ＭＢＥ法によって約１０００Ａの
厚さに付着し、陽極領域を形成する。陽極のドーピング
は、最初は約１０１７Ｓｉ原子／　ｃ　ｍ　３であり、
２００Ａにわたって、陽極領域と対向する所で約１０１
８Ｓｉ原子／Ｃｍ３の最高濃度になるように傾斜させる
。ＡＱＳｂの第１バリヤ層を、ＭＢＥ法によって陽極の
上に約１０ＯＡの厚さに付着する。ドープされていない Ｉ　ｎｏ．ｓＧ　ａｏ．５Ａ　ｓの第１量子ウェルを、
ＭＢＥによって第１バリヤ層の表面上に約５０八の厚さ
に付着する。ＡＩＳｂの第２バリヤ層を、ＭＢＥ法によ
って量子ウェルの上に約１０ＯＡの厚さに付着する。次
に陰極を付着する。陰極層は、ｎ型不純物（例えばＳｉ
）で１０１９不純物／ａｍ”の不純物濃度にドープした
ＩｎＡｓから構成される。

陰極を、ＭＢＥ法によって２００ＯＡの厚さに付着する
。

この実施例の伝導帯図を第４図に示す。この実施例では
、陰極伝導帯とバリヤ伝導帯の電位差は、約１５００ミ
リ電子ボルト（ｍ　ｅ　Ｖ）である。フェルミ準位は陰
極電位帯より約３５０ｍｅＶ高く、すなわちバリヤ伝導
帯より１１５０ｍｅＶ低い。

量子ウェルの伝導帯は、バイアスをかけていない状態で
、陰極伝導帯より約５　０　０　ｍ　ｅ　Ｖ高い。構成
された格子ウェルは、格子ウェル伝導帯より約５０ｍｅ
Ｖ高い、少なくとも１つのサブバンドを有する。したが
って、バイアスをかけていない状態では、格子ウェルの
サブバンドは、フェルミ・エネルギーより約２００ｍｅ
Ｖ高い。１０ミクロン・レンジの放射線を検出するには
、量子ウェルのサブバンド準位が陰極のフェルミ準位よ
り約１００ｍｅＶ高くなるように、デバイスにバイアス
をかけることが必要である。これは、デバイス全体の両
端間に直流電圧を加えて、格子ウェル・サブバンド準位
と陰極のフェルミ準位の差を約１００ｍｅＶに低下させ
ることによって実現できる。

この好ましい実施例による多数量子ウェル・デバイスで
は、連続した量子ウェルのサブバンドは、陰極のフェル
ミ準位より約１００ｍｅＶ上に整列して、デバイスを通
過する１０ミクロン領域の放射線によって励起された電
子の共振トンネリングを起こさせる。このデバイスは、
約１０１３Ｈｚ（約１００ｍｅＶの光子エネルギー）を
中心とする帯域ノッチを有し、高端カットオフ周波数が
ノ．ツチ・フィルタ・カットオフ周波数よりほぼ１桁大
きいという、高城周波数特性を有すると予想される。こ
の実施例の光励起された電子移動に対する共振フィルタ
のインピーダンスを、入射放射線の周波数に対してプロ
ットした予想グラフを第６図に示す。

本発明の別の好ましい実施例は、ＩｎＧａＡｓ一Ｉ　ｎ
ＧａＡｓ−ＡＱ　Ｉ　ｎＡｓから構成される。この実施
例では、陽極と陰極は約６０原子％のＩｎを含むＩ　ｎ
ＧａＡｓであり、共振トンネリング・フィルタ中の量子
ウェルは、約５３原子％のＩｎを含むＩｎＧａＡｓであ
り、パリャは ＩｎＧａＡｓウェルとＩｎＰ基板に適合したＡＱ　Ｉ　
ｎＡｓ格子である。

本明細書で記載した材料だけが本発明を構成するのに適
用できる材料でないことは、当業者には明白である。こ
のデバイスのために特定の材料素を選定する際に、次の
基準を使用することができる。

第１に、陰極の帯域構造とフィルタ・ウェルの帯域構造
は、直接バンドギャップ・タイプであることが必要であ
る。この場合、本発明によるデバイスにおける共振電流
は運動量を保存し、非共振電流（暗電流の主成分）はそ
うではない。したがって、陰極中の電子の運動量が共振
トンネリング・フィルタのウェルにおける利用可能な状
態とほぼ同じになるように材料を選定すると、好都合で
ある。そうすると、光励起された電子は容易に共振トン
ネリングを起こして、このデバイスに最良の光レスポン
スを生成するこきができる。

第２に、陰極は強くドープできる材料であることが必要
である。自由キャリア吸収はドーピング濃度の増大につ
れて増加するので、ドーピング濃度が高いと量子効率が
向上する。ただし、フェルミ準位とフィルタ内の共振準
位の差を所望のエネルギー準位に保ちながら、吸収が最
適になるように、ドーピングを調節しなければならない
。

第３に、陰極の有効質量については簡単な基準はないが
、自由キャリア吸収は膏効質量に逆比例するため、有効
質量は光レスポンスを決定する重要なパラメータである
。すなわち有効質量が小さいほど吸収は高くなる。しか
し、有効質量がより小さいということは、同じドーピン
グ濃度の場合、フェルミ・エネルギーがより大きくなる
ことを意味する。したがって、フェルミ・エネルギーと
量子ウェル中のエネルギー準位のエネルギー差が、吸収
のために望ましい工不ルギー準位（１０ミクロン波長領
域では約１００ｍｅＶ）にある必要があるという要件と
、高い自由キャリア吸収が望ましいという希望の折合い
をつけなければならない。

前記の基準を考慮すれば、多くの材利が本発明の構造に
適していることが、当業者には明白である。

さらに、本発明の好ましい実施例を量子ウェルに関して
説明してきたが、本発明では多数量子ウェルと超格子が
ほぼ同じ働きをすることは、当業者なら認識できるはず
である。当技術分野で多重量子ウェルと呼ばれる構造と
、超格子と呼ばれる構造の唯一の構造上の違いは、バリ
ヤ層の幅である。

量子ウェルは厚いバリヤ層を有し、このためウェル中の
電子またはホールの波動関数は、ほとんどオーバーラッ
プせず、ウェル間の結合度を制限する。一方、超格子は
非常に薄いバリヤを有し、隣り合ったウェルからの波動
関数の大きな結合、すなわちオーバラップが存在する。

本発明のフィルタ構造が、単量子ウェル、多数量子ウェ
ル構造、または超格子構造のいずれを含んでもよいこと
は、当業者には明白である。このフィルタ構造の基本的
な特徴は、量子ウェル間にキャリアの共振トンネリング
を起こさせるのに十分な結合があること、及びフィルタ
構造が実質的に光学的に不活性であり、エネルギー損失
なしに光子を通過させることである。

デバイスが本発明の範囲内に含まれるのに、すベてのド
ーピングをフィルタから排除する必要はないことに留意
されたい。フィルタを光学的に活性にするのに十分なド
ーピング濃度のみで十分である。

Ｆ．発明の効果 本発明の長波長光検出器によれば、暗電流が大幅に減少
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による２量子ウェル・デバイスの伝導
帯の説明図である。 第２図は、本発明による単量子ウェル共振フィルタの伝
導帯の説明図である。 第３図は、本発明による一実施例の伝導帯の説明図であ
る。 第４図は、本発明による一実施例の伝導帯の説明図であ
る。 第５図は、第３図に関連して説明した実施例について、
光励起された電子移動に対する共振フィルタのインピー
ダンスを入射放射線の周波数に対してプロットしたグラ
フである。 第６図は、第４図に関して説明した実施例について、光
励起された電子電送に対する共振フィルタの予想インピ
ーダンスを入射放射線の周波数に対してプロットしたグ
ラフである。 第７図は、ドープされた陰極を含む、バイアスをかけて
いない、ドープされた超格子構造の伝導帯の説明図であ
る。 第８図は、ドープされた陰極を含む、バイアスをかけた
、ドープされた超格子構造の伝導帯の説明図である。 第９図は、ドープされた陰極を含む、バイアスをかけた
、ドープされた超格子構造の伝導帯の説明図である。 第１０図は、ドープされたコレクタを含む、共振バイア
スをかけた、ドープされた超格子構造の伝導帯の説明図
である。 第１１図は、強くドープされたコレクタ領域を含む、共
振バイアスをかけた、ドープされた超格子構造の伝導帯
の説明図である。 １０・・・・陽極、１２・・・・陰極、１４・・・・量
子ウェル、１６・・・・バリア領域、１８、２０・・・
・サブバンド、２４・・・・バイアス・スロープ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）陽極手段と、 所定の伝導帯エッジ・エネルギー準位を有する、強くド
   ープされた陰極手段と、 前記陰極手段の伝導帯エッジ・エネルギー準位より上の
   伝導帯エネルギー準位を有する、実質的にドープされて
   いない量子ウェルを含む、前記陽極手段と前記陰極手段
   との間の共振トンネリング・フィルタ手段と を含む光検出器。
2. （２）所定の周波数の光によって照射された時、それに
   応答してキャリアを発生させるように適合された光子吸
   収手段と、 前記所定の周波数の放射線に実質的に応答しない共振ト
   ンネリング・フィルタ手段を含む、前記キャリアを伝導
   するように適合されたフィルタ手段と を含む長波長光検出器。
3. （３）電気的に活性でかつ光不活性な共振トンネリング
   ・フィルタ手段に結合された、光活性でかつ電気的に活
   性な光子吸収手段を含む、長波長光検出器。
4. （４）光子吸収手段と、 第１バリヤ層と第２バリヤ層の間に少なくとも第１の量
   子ウェル層を含む、前記検出手段に連結された共振トン
   ネリング・フィルタ手段と を含む、波長チューニング可能な長波長光検出器。
5. （５）自由キャリアのバンド内吸収によって入射光を吸
   収するのに十分な準位にドープされた陰極手段と、 複数のバリヤ領域の間にインタレースされた複数のドー
   プされていない量子ウェルを含む、共振トンネリング・
   フィルタ手段と、 陽極手段とを含み 前記共振トンネリング・フィルタ手段が、前記陽極手段
   と前記陰極手段の間に配置され、前記自由キャリアを前
   記陰極手段から前記陽極手段に伝導することを特徴とす
   る、 長波長光検出器。
6. （６）複数のバリヤ領域とインタレースされた、複数の
   実質的にドープされていない量子ウェル手段を含み、 前記の複数の量子ウェル手段及び前記のバリヤ領域が、
   共振トンネリング・フィルタ手段を形成し、 前記共振トンネリング・フィルタ手段が、所定の範囲の
   エネルギー準位の光励起されたキャリアを伝導し、前記
   の所定の準位のすぐ上及びすぐ下の準位に励起されたキ
   ャリアは排除するようにバイアスされていることを特徴
   とする、 電子フィルタ。