NL7920079A - Meerstraps-lawinefotodetector met geringe ruis. - Google Patents
Meerstraps-lawinefotodetector met geringe ruis. Download PDFInfo
- Publication number
- NL7920079A NL7920079A NL7920079A NL7920079A NL7920079A NL 7920079 A NL7920079 A NL 7920079A NL 7920079 A NL7920079 A NL 7920079A NL 7920079 A NL7920079 A NL 7920079A NL 7920079 A NL7920079 A NL 7920079A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- layer
- layers
- series
- pair
- pairs
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 57
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 27
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 19
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 14
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 9
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 6
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 claims 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 2
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 2
- HTSGKJQDMSTCGS-UHFFFAOYSA-N 1,4-bis(4-chlorophenyl)-2-(4-methylphenyl)sulfonylbutane-1,4-dione Chemical compound C1=CC(C)=CC=C1S(=O)(=O)C(C(=O)C=1C=CC(Cl)=CC=1)CC(=O)C1=CC=C(Cl)C=C1 HTSGKJQDMSTCGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- -1 GaAsSb / AlGaAsSb Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001122767 Theaceae Species 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010893 electron trap Methods 0.000 description 1
- NLFBCYMMUAKCPC-KQQUZDAGSA-N ethyl (e)-3-[3-amino-2-cyano-1-[(e)-3-ethoxy-3-oxoprop-1-enyl]sulfanyl-3-oxoprop-1-enyl]sulfanylprop-2-enoate Chemical compound CCOC(=O)\C=C\SC(=C(C#N)C(N)=O)S\C=C\C(=O)OCC NLFBCYMMUAKCPC-KQQUZDAGSA-N 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000005524 hole trap Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GFWRVVCDTLRWPK-KPKJPENVSA-N sofalcone Chemical compound C1=CC(OCC=C(C)C)=CC=C1\C=C\C(=O)C1=CC=C(OCC=C(C)C)C=C1OCC(O)=O GFWRVVCDTLRWPK-KPKJPENVSA-N 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/111—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by at least three potential barriers, e.g. photothyristors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/201—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys
- H01L29/205—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
- H01L31/1075—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
- a 7920079 VO 87T1*
Titel : 'Méêrtraps-Iawinefötodétectör mét geringe ruis»
De uitvinding heeft betrekking op een fotodetector en meer in bet bijzonder op een lavinefotodetector.
Het is te verwachten, dat fotodetector en met hoge kwantumren-dementen in het golflengtegebied van 1,0 - 1,6 jm. op grote schaal 5 . zullen worden toegepaat in optische-vezeloverdrachtsstelsels met grote brandbreedte en geringe demping, evenals op andere gebieden. Lawine-fotodeteetorinriehtingen zijn hier van belang, omdat zij, vergeleken met eenvoudige junctiefotodioden een grote toename in de gevoeligheid van optische ontvangers mogelijk maken. De door fotonen geëxciteerde dra-10 gers in lawine—inrichtingen winnen voldoende energie om door ionisatie nieuwe elektron-gatparen vrij te maken, en deze nieuwe dragers verschaffen een versterking·voor de fotostroom. Echter neemt de ruisfactor, een maat voor de degradatie van een fotodetector, vergeleken met een ideale ruisloze versterker, sterk, met de gemiddelde versterking toe. Bij 15 een lawinefotodiode hangt de ruisfactor van het dragervermenigvuldi- gingsproces af van zowel de verhouding tussen de ionisatiëcoëfficiënten d.w.z. de ionisatiewaarsehijnlijkheid per eenheid van lengte voor elektronen en voor gaten en van de wijze, waarop de dragervermenigvuldiging wordt ingeleid. Een groot verschil tussen ionisatiëcoëfficiënten is 20 gunstig voor geringe ruis, mits de lawine wordt ingeleid door het dra— gertype, elektron of gat, met de grootste ionisatiecoëfficiënt. In het ideale geval wordt voor een bepaalde versterking de meest geringe ruis verkregen, zndien de kleinste ionisatiecoëfficiënt gelijk is aan nul.
Ofschoon silicium een zeer groot verschil tussen de ionosatie-25 coëfficiënten van elektronen en gaten, meer in het bijzonder bij de zwakke velden, vertoont, strekt de responsie van silicium inrichtingen voor fotonen zich niet veel voorbij 1,1 micron uit, doordat de responsie in wezen wordt begrensd door de energiesprongenergie van 1,12 eV van het silicium.
30 Germanium-lawinefotodioden blijken zeer goed geschikt te zijn voor de detectie van fotonen in het golflengtegebied van 1,1 - 1,5 micron. Germanium heeft evenwel bijna dezelfde elektron- en gationisatiecoëf-ficiënten, waardoor deze inrichtingen leiden aan de excessieve ruis van een minder dan ideaal dragervermenigvuldigingsproces.
35 Lawinefotodioden, vervaardigd uit III - V-halfgeleidercomponenten met stralingsgolflengtegevoeligheden, die in het gebied van praktisch 7920078 Τ Λ 2 belang instelbaar zijn, n.l. bet spectrale overdracht svenst er met ge- , ringe demping voor optische vezels, lijden ook aan sterke ruis ten gevolge van het bijna aan elkaar gelijk zijn. van de ionisatiecoëfficien-ten voor gaten en elektronen.
5 De situatie ten aanzien van de stand der techniek voor het ver schaffen van lawinefot©detectoren, kan het best worden geresumeerd door te wijzen op het artikel "Detectors voor Light Wave Communication" van ïï. Melchior in Physics Today, november 1977, pag. 32 - 39* Op pag. 38 vermeldt ff. "Melchior "An Ideal detector material.*, would be one in which 10 only one type of carrier - either the holes or the electrons-undergoes ionizing collisions. Finding such an material is a tedious job; because of the lack of technological guidance each material with a suitable bandgap has to be investigated experimentally.".
Een inrichting volgens de uitvinding vormt een lawinefotodetector 15 met geringe ruis.
Daartoe omvat een inrichting volgens de uitvinding een reeks van tenminste vier op elkaar aansluitende lagen van halfgeleiderraate-riaal met afwisselend tegengesteld geleidingstype. Volgens een eerste aspect van de uitvinding vormen de lagen wisselende hamojuncties en 20 heterojuncties bij de· scheidingsvlakken tussen naast elkaar gelegen lagen en neemt de energiesprong van de lagen ter weerszijden van de hamojuncties in de richting van het voortplantingssignaal af. Volgens een ander aspect van. de uitvinding vormen de lagen heterojuncties bij scheidingsvlakken tussen, naast elkaar gelegen lagen; de lagen worden ' 25 gegroepeerd tot een reeks van paren lagen, waarbij de energiesprong van de twee lagen in elk paar in hoofdzaak dezelfde is en de energiesprong van de lagen in de reeks paren van lagen in de richting van het voortplantingssignaal af neemt.
Eet effect van de opbouw van de bovenbeschreven meerlaagsin-30 richtingen is, dat invangplaatsen voor êên type drager worden verschaft. Deze invangplaatsen beletten, dat dragers met dat ladingsteken een lawinewerking door opeenvolgende versterkingsgebieden van de inrichting uitvoeren, hetgeen leidt tot een reduktie van de ruis.
Meer in het bijzonder kunnen meertrapslawinefotodetectorin-35 richtingen met geringe ruis worden vervaardigd uit materialen, waaronder III - V -halfgeleidercomponenten, II - VI -halfgeleidercomponenten, elementaire halfgeleidercomponenten van groep IV of combinaties 7920079 3 * ft van deze alle. Dit maakt het mogelijk, dat de inrichtingen worden vervaardigd uit materialen, waarvan het gebied van golf lengtegevoeligheid continu kan worden gevarieerd over het gebied van het spectrum, dat voor optische vezelcammunieaties geschikt is.
5 De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont : .fig. 1 gedeeltelijk schematisch, gedeeltelijk pictorieel een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, waarbij een tweetraps-pn-pn— stelsel met twee pn-homojuncties op een geschikt , substraatmateriaal 10 is gevormd en het stelsel, is voorzien van organen voor het aanleggen van een geschikte voor spanning; fig. 2. in pietoriële vorm de elektronische bandstructuur voor de in fig. 1 afgebeelde inrichting nadat deze is voorgespannen; 2
fig. 3 krommen van de berekende excessieve ruisfactor <f /M
15 (Μ—1) versus de^totale lawineversterking M voor êêntraps-, tweetraps— en drietrapsinrichtingen-volgens de uitvinding onder de voorwaarde 2 λ/*- 1, waarbij cr de variantie van het aantal uitgangsdragers per geïnjecteerde drager, β de ionisatiewaarschijnlijkheid per eenheid van lengte voor gaten en o(. dezelfde voor elektronen is. De onderste hori-20 zontale lijn stelt het ideale geval voor, waarbij β = 0; fig. in pietoriële vorm een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, waarbij een tweetraps pn-pn-fotodetectorinrichting is vervaardigd uit een In. Ga As P. /In. ,Ga ,As ,P, ,/InP-stelsel; ö 1-x x y 1-y 1-x’ x y 1-y fig. U een grafische voorstelling van liquidus- en solidus infor-25 mat ie voor de groei van In^ ^Ga^As^P^^. op < 100> InP. De informatie toont atomaire vloeistoffracties X^g, X^ en vaste stoffen x, y versus X^a voor dit proces. De vloeiende kromme, welke is getrokken door de ^As versus meetkundige plaats van vloeibare stoffen, welke in een aan het raster aangepaste groei voorzien; 30 fig. 6 een grafische voorstelling van de verdelingscoëfficiën- ten kGa en k^, waarbij kGa = χ/(2Χ^&) en kAg = y/(2XAg). als functies van de vaste stof y. Sen extrapolatie levert k^a ^ 8 en kAg ei» 8,55 waaruit X^a^; 0,029 en X^s« 0,059 worden voorspeld bij y = 1; fig. 7 de kamertemperatuur-energiesprong van het quaternaire
In. Ga As P. als een functie van de atomaire vloeistoffractie 35 1-x x y 1-y 4 · 7920079 9 % k fig, 8 in pictoriële vorm de elektronische bandstruktuur voor een tweetraps pn-pn-inrichting. met twee pn-hemojuncties volgens de uitvinding, voorzien van een iets gedoteerde, zwevende n-laag, d.w.z. een laag, waaraan geen voorspanning wordt aangelegd; en 5 fig. 9 in pictoriële vorm de elektronische handstrukfcuur voor tweetraps· np-np-inriehting met twee np-hcmojuncties volgens de uitvinding, voorzien van een iets gedoteerde, zwevende p-laag.
Een lawinefot©detector- volgens de uitvinding omvat een reeks van tenminste vier op elkaar aansluitende lagen van halfgeleiderraate-10. riaal met afwisselend tegengesteld geleidingstype. Volgens een eerste . . aspect van de uitvinding vormen de lagen afwisselende hamojuncties en . heterojuncties hij de scheidingsvlakken tussen naast elkaar gelegen lagen en.neemt de ènergiesprong van .de lagen, aan heide zijden van de homo juncties in de richting: van het voortplantings signaal af. Het ef-15 feet van de meerlaagsinrichting is, dat invangpunten voor éên drager— teken worden verschaft en wordt helet, dat· de ingevangen drager een lawinebeveging door de verschillende versterkertrappen uitvoert.
Fig. 1 toont schematisch een tweetrapselektronenversterker-inrichting 1 met een het er o junctie 1.1 tussen de versterkertrap, ge— 20 vormd door de p-laag 10' en de n-laag 11, en de versterkertrap, gevormd door de p-laag 12' en de n-laag 13» De het er o junctie 1..1 maakt een passeren van elektronen daarover mogelijk, doch blokkeert het passeren van gaten. Hierdoor wordt de ruis-veroorzakende invloed van verdere ionisa-tie door gaten, indien deze een lawinewerking hij de homojunctie 10.1 25 zouden kunnen veroorzaken, onderdrukt. Ofschoon de hierna volgende toelichting op fig. 1 en 2 betrekking heeft op een elektronenstroomver--sterkingsinrichting, geldt deze ook voor een gatenstroomversterkings-inrichting, die volgens de uitvinding is opgebouwd.. De bepaalde keuze ten aanzien van de dragerstrosm wordt, bepaald door het kiezen van de 30 drager met de grootste versterkimgscoëfficiënt in. de bepaalde materialen, waaruit de inrichting moet worden vervaardigd.
De in fig. 1 afgeheelde inrichting is een sandwich van p-mate-riaal 10, en n-materiaal 11, p-materiaal 12 en n-materiaal 13, gegroeid op een substraat 3. De energiesprongen van het p-materiaal 10 en het 35 n-materiaal 11 zijn gelijk aan en de energiespr ongen van het p-materiaal 12 en het n-materiaal 13 zijn gelijk aan E^* De pn-junctie 10,1 tussen het p-materiaal 10 en het n-materiaal. 11 is een homo junctie, even- 7920079 ψ- * 5 als de pn-junctie 11.1 tussen het p-materiaal 12 en het n-materiaal 13.
De np-junctie 1.1 is een hetero junctie en E^ is groter dan E^2, d.w.z., dat E .. > E g1 g2
Een foton 20 treft de substraat 3 via een spleet in de elektrode 5 2 en passeert deze ongehinderd, aangezien de substraat 3 transparant is voor het foton 20. De substraat 3 "wordt meer in het bijzonder transparant voor fotonen gemaakt door deze te vervaardigen uit een materiaal, . waarvan de energiesprong groter is dan de energie van de fotonen in de . . fotonenflux, welke moet worden gedetecteerd. Het foton 20 wordt in de 10. p—laag 10 geabsorbeerd. De p—laag 10 wordt zo dun gemaakt, dat foto- elektronen, die door de absorptie van het foton 20 worden opgewekt, door diffusie de pn-junetie 10.1 kannen bereiken.
Voorspanningsbronnen 30 en 31 spannen, de pn-hemojunctie 10.1 en 11.1 in de keerrichting en de np—heterojunctie 1.1 in de doorlaat— 15 richting voor teneinde de in fig. 2 aangegeven energieniveaustruktuur te verschaffen. Een elektrode,, welke in fig. 1 niet is afgebeeld, is aan de laag 13 bevestigd. Deze elektrode behoeft geen opening te bezitten, zoals de elektrode 2 en kan, indien gewenst, het gehele oppervlak van de n-laag 13 bedekken. De voorspanningen worden zodanig bepaald, 20 dat bij elke versterkertrap de gewenste versterking wordt verkregen.
Het bepalen van de gewenste versterking zal later worden besproken. Op-gemerkt wordt, dat, indien een npnp-inrichting volgens het eerste aspect van de uitvinding zou worden beschreven, de aangelegde voorspanningen de np-hcmojuncties in de doorlaatriehting en de pn-heterojuncties in de 25 keerrichting zouden moeten voorspannen.
In fig. 2 stelt de dikke lijn 50 het energieniveau van de bodem van de geleidingsband en de dikke lijn 51 het energieniveau van de bovenzijde van de valentieband in de verschillende gebieden 61, 62, 63 en 6k van de inrichting voor. Het foton 20, dat het gebied 61, overeenkomende 30 met het p-materiaal 10 in fig. 1, treft, wekt een elekfcron-gatpaar 20.1, 20.2 op. Het elektron 20.1 diffundeert via het gebied 6l naar de pn-homojunctie 10.1. Het elektron 20.1 wordt door het elektrische veld bij de junctie 10.1 versneld en levert nieuwe elektron-gatparen, die zelf de mogelijkheid hebben om verdere paren te verschaffen. Het resultaat 35 van het mechanisme is, dat voor elk geabsorbeerd foton elektronen het gebied 62, overeenkomende met het n-materiaal 11 in fig. 1, binnen treden en M^-l gaten, plus het oorspronkelijke gat 20.2 de inrichting 7920079 * η 6 door diffusie via het gebied 61 verlaten- De voor spanning op de np-heterojunctie 1.1 wordt zodanig ingesteld, dat. de elektronen zonder ernstige belemmering naar het gebied 63, overeenkomende met het p-mate-' riaal 12 in fig. 1, bewegen. Deze elektronen diffunderen door het gebied 5 63 en vormen opnieuw een lawine wanneer zij door de pn-homojunctie 11.1 worden versneld. Bij dit tweede lawineproces levert elk. van de elektronen Mg elektronen in het gebied 6h, overeenkomende met. het n-materiaal 13 in fig. 1, evenals Mg-1 gaten in" het gebied 63· Het resultaat is een totale geïntegreerde stroompuls van M^Mg elektronen» welke de inrichting 10. verlaat via een aan het n-materïaal 13 bevestigde elektrode. Tengevolge van de energieniveaueonfiguratie van het gebied’ 63 worden de gaten ingevangen en kunnen deze zich' niet door- de gebieden 62 en 61 bewegen om uit de inrichting uit te- treden. De ingevangen gaten woreen verwijderd door 3f hercombinatie 3f doordat zij uit de elektrode 21, welke, zoals 15 is aangegeven, aan de p-laag 12’ in fig. 1 is-bevestigd, weglekken. Het resultaat is, dat een opnieuw binnentreden van de (Mg-1) gaten in het eerste lawinegebied bij pn-homo junctie 10.1 is belet. Hierdoor verkrijgt’ men de dramatische reduktie van. ruis bij de inrichting.
De.wijze waarop de in fig. 1 afgeheelde inrichting tot een re- 2.0 duktie in ruis leidt, zal hierna nader worden besproken.
De spectrale energiedichtheid van ruis, opgewekt door een la- 2 wine-inrichting, wordt gegeven door- 2el*n < n P’ , waarbij e de elek- tronïsche lading, h de geïnjecteerde stroom en ^ n > het effectie- 2 ve aantal uitgangsdragers per geïnjecteerde drager is. Wanneer <? n .> 25 wordt uitgedrukt als + <r waarbij M de gemiddelde en o" de variant ie van n is, kan de ruis worden beschouwd als te zijn opgebouwd 2 .
uit twee componenten. De eerste component, 2eI^M is de hagelruis, die gemeenschappelijk is voor alle inrichtingen met dezelfde verster- 2 . .
king M. De tweede, 2eI^no* ,. is een excesruis en het is deze ruis, 30 waarvan de reduktie het oogmerk van de uitvinding vormt.
Laten wij de tweetrapsinrichting volgens fig. 1 beschouwen als te zijn opgebouwd uit een trap 1 en een trap 2, gescheiden door een junctie, welke elektronen zonder demping doorlaat, doch gaten blokkeert.
De vermenigvuldiging en variantie voor de twee trappen worden gegeven 2 2 35 als respectievelijk M., σ' en M„, σ'. , terwijl de totale waarden voor 2 2 . .
de inrichting zijn Μ , σ' , waarbij M = en
792007S
* * τ θ'2 a y22 + Ηg2^2 . (1)
Bij een eêntrapsinrichting met vezmenigvuldiging M heeft R. «Γ.
McIntyre in IEEE 'Trans. Electron. Devices, Vol. ED-13, no. 1, pag. 16k-168 "Multiplication Noise in Uniform Avalanche Diodes" aangetoond, 5 dat voor elektroneninjectie geldt : θ'2» Μ [(M-1) + (ft /d )(M-1)2] (2) waarbij β de ionisatiewaarsehijnlijkheid per eenheid van lengte voor gaten en c< dezelfde voor elektronen is. Uit deze vergelijking blijkt de sterke ruis, welke wordt opgewekt, indien β vergelijkbaar is metc( .
^ Voor een tweetrapsinrichting, waarbij wordt aangenomen, dat β / oC voor de twee trappen dezelfde is, wordt de variant ie voor de inrichting gegeven door - σ'2 * M { (M-1) + lek ) [(M2M)2 + M2CM1-1 )2J j . (3)
Wanneer men vergelijking (3) met vergelijking (2) vergelijkt, 15 dan blijkt, dat de term, welke in vergelijking (2) evenredig is met βίο(in vergelijking (3) is gereduceerd. Indien bijvoorbeeld M^ = Mg = λ/ M, d.w.z., dat in elke trap dezelfde lawineversterking aanwezig is, dan wordt de term, welke evenredig is met β l in vergelijk aan (β /ck ) (M-1)(ΫΜ-1). De term, welke in vergelijking (3) evenredig 20 is met β [ «A kan voor een constante M verder worden verkleind door 2Mg = M12 + 1.
De generalisatie van vergelijking (3) voor het omschrijven van een inrichting met n-trappen, waarbij β / ©<, voor elke trap verschillend is, wordt gegeven door : 25 σ'2 = M { (M-1) + [ ( β id )n(Mn-l)2 + ^n^n-1......M2(/3/<K )l(M1-l)2jJ . (U)
De reduktie in excesruis, welke met meert raps-lawinefotode-tectoren volgens de uitvinding kan worden verkregen, is aangegeven in 30 fig. 3. De excesruis, σ'2/ £ M(M-1 )J is uitgezet als een functie van de totale versterkingsfactor M voor een aantal gevallen, waaronder twee-en drietrapsinrichtingen. De horizontale lijn 300 in het onderste deel van de figuur, komt overeen met het ideale geval, dat ( β / oC ) =0, waarbij de meest geringe excesruis optreedt, die in een elektronen-ver-
7S2007S
/ Λ 8 menigvuldigende fotodetector~ kan worden verkregen.
Ook het slechtste geval, êên eentrapsinrichting met /3 I a( - 1 s is.in fig. 3 en wel hij de lijn 301 aangegeven. De figuur toont, dat hij een twee- of drietrapsinriehting de excesruis in het slechtste geval, 5 d.w.z. /3 /o( =1 zal worden gereduceerd met meer dan een orde van grootte tot een waarde, welke slechts enige malen groter is dan die voor het ideale geval. Dit betekent een. grote verbetering ten opzichte van de eigenschappen van. een eentrapsinrichting met dezelfde totale versterking. De krommen 302 en 303 gelden voor inrichtingen met gelijke 10 versterking per trap en de krommen. 304 en 305 gelden voor inrichtingen met verst er kingsver houdingen, die optimaal, zijn gemaakt, zoals hoven is toegelicht.
Meerlaagslawinedetectoren kunnen worden, vervaardigd door langs epitaxiale weg aan het raster aangepaste halfgeleiderlagen op een ge— 15 schikte substraat aan te brengen onder gebruik van bekende groeimethoden. De laagsamenstellingen worden zodanig gekozen, -dat men een maximale versterkingsgevoeligheid bij een bepaalde stralingsgolflengte verkrijgt en tevens een geschikte elektronen— of gatbarrière verkrijgt.
De mengkristalcombinaties GaAs/AlGaAs, GaAsSb/AlGaAsSb, GaSb/AlGaSb, . 20 en InP/lnGaAsP zijn voorbeelden van. materialen waaruit geschikte meer-trapsdetectoren kunnen worden vervaardigd. Ofschoon de boven bij wijze van voorbeeld genoemde materialen zijn gekozen uit stoffen met elementen uit de groepen II en V van het periodiek systeem, zijn de inrichtingen, welke volgens de uitvinding kunnen worden vervaardigd, niet tot 25 deze keuzen beperkt. Zo kunnen de inrichtingen ook worden vervaardigd uit materialen, gekozen uit stoffen met elementen uit de groepen II en VI van het periodiek systeem. De bepaalde keuze van de materialen is afhankelijk van het gebied van het elektromagnetische spectrum, dat moet worden gedetecteerd. Voorbeelden van raster-aangepaste stelsels, zoals 30 InGaAs/Ge, GaAsSb/Ge, CdTe/lnGaSb en CdTe/lnSbAs gebruiken elementaire homo juncties van kolom IV of samengestelde II - VI-homojuncties, tezamen met samengestelde III - V - juncties in elke inrichting. Elke halfgeleider met een geschikte energiesprong kan worden gebruikt, zolang als . de roosteraanpassing zodanig is, dat de scheidingsvlakhercombinatie-35 toestanden minimaal zijn.
Het aantal trappen voor een bepaalde inrichting, die volgens het eerste aspect van de uitvinding is opgebouwd, wordt bepaald door twee 7920079 9 overwegingen. In de eerste plaats wordt rekening gehouden met een verbetering» welke men door het toevoegen van een verdere trap verwacht. Dit kan worden, geschat door de krommen, die deze factor in fig. 3 aangeven, na te gaan. De verbetering in ruisfactor moet worden afgewogen 5 tegen de extra inspanning, die voor de fabricage vereist is. In de tweede plaats dient men het materiaal te beschouwen, waaruit de inrichting moet worden vervaardigd. Om op de juiste wijze een dragerinvang-plaats te vormen moet men een verschil in energiesprong hebben, dat groot is vergeleken met de thermische energie van de drager. Het be-10 paalde materiaal zal voorschrijven hoeveel increment en kunnen worden gevormd» die aan, deze eis voldoen.
'Een voorbeeld van een bepaalde inrichting, welke straling in het infrarode spectrum kan detecteren, dat gewenst is voor het optimaal maken van optische communicaties, is schematisch weergegeven in fig. k 15 onder gebruik van het stelsel In. Ga As P. /In. ,Ga ,As .P. ,/lnP.
° 1-x x y 1-y 1-x9 x’ y9 1-y9
In de inrichting worden x en y zodanig gekozen, dat de gewenste golf-lengteresponsie voor de invallende straling wordt verkregen, terwijl x' en y' zodanig worden gekozen, dat de gewenste barrierehoogte voor gaten wordt verkregen. Er zijn bekende methoden om aan deze voorwaarden 20 te voldoen. Verder bestaan er methoden voor het kiezen van de samenstellingen van materialen om ervoor te zorgen, dat alle rasters, wat de rooster betreft,. zijn aangepast. Als een voorbeeld geeft het Amerikaanse octrooischrift 3.928.261 aan op welke wijze een epitaxiale laag van een quateraaire III - V -verbinding van Ga, In, As, P met de con-25 stant daarvan, geproportioneerd voor roosteraanpassing, moet worden gegroeid op een substraat, welke is voorzien van een binaire III - V -verbinding van de elementen In en P, waarbij de constanten van de legering zodanig zijn geproportioneerd, dat een bepaalde energiesprong wordt verkregen. Het octrooischrift beschrijft de groei van de quater-30 naire verbinding op InP (111 )-substraten.
Als een verder voorbeeld zal hierna een enkele procedure worden besproken volgens welke In^^Ga^As^P^ op ^100^ InP-substraten kan worden gegroeid over het gehele gebied van raster-aangepaste materialen van InP tot IUq ^^-methode, welke hiertoe wordt ge- 35 bruikt, bestaat in een groei uit een teee-faze-oplossing. Monokristal-lijne InP-plaatjes in een grotere hoeveelheid dan nodig is voor het vervaardigen van een In-Ga-As-oplossing worden gebruikt voor het ver- 7920079 / 'i 10 schaffen van de P-bron-. Deze drijvende plaatjes elimineren de noodzaak om de kleine hoeveelheid P, die voor verzadiging nodig is, nauwkeurig te regelen. Zij dienen ook voor een tweede doel.. Omdat de oplossingen eerst tot ver hoven de groeitemperatuur worden verhit, wordt initieel 5. een overschot aan P in de vloeistof opgelost. Wanneer de temperatuur daarna wordt verlaagd tot die, welke wordt gebruikt voor de groei, dienen de resterende InP-plaatjes als nucleatieplaatsen voor de precipi-tatie van InGaAsP, waardoor de mate van superkoeling van. de oplossing . · . voor contact met de substraat automatisch wordt geregeld. Het toepassen • <10 van deze geschikte groeimethode strekt zich uit over het gehele gebied van raster-aangepaste InGaAsP/InP-materialen,: waardoor het volledige spectraalgebied van 0,92 < ^ 1,65 ^um. wordt bestreken.
De groei vindt plaats in een kwartsbuis in. een met Pd-gereinig-de koolwaterstof omgeving onder gebruik van een gespleten horizontale 15 oven. Men maakt gebruik van een van een aantal holten, voorzien grafiet— schuitje en glijstelsel om de. groeioplossingen vast te houden en de .ïnp-substraat te transporteren. De oplossingen bestaan uit nauwkeurig gewogen 99,9999 procent zuiver In en niet-gedoteerd polykristallijn.
GaAs en InAs tezamen met een overschot aan monokristallijn <. 100"> InP. 20' De in vloeistof ingekapselde volgens Czochralski gegroeide InP-substra-ten met een oppervlak van 0,75 x 1,0 cm worden ^ 100 ^ georiënteerd tot binnen +_ Q,5° of beter. De substraatbereiding omvat mechanisch lappen, gevolgd door een chemisch-mechanisch polijsten in 10 volume-procent Br:methanol tot een uiteindelijke dikte van ongeveer 0,25 mm.
25 Behalve, dat het schuitje de oplossing voor de quateraaire laag bevat,, bevat het schuitje ook twee In/lhP-oplossingen. De eerste dient voor verzadiging bij ongeveer 625° C en de tweede is bereid met een overschot aan < 100> InP.
Hadat de oplossingen en de substraat in het schuitje zijn ge-30 bracht, wordt het reactievat luchtledig gepompt en doorgespoeld met waterstof en wel gedurende ongeveer een uur, De temperatuur wordt vervolgens snel tot 675° C verhoogd en daar gedurende êên uur gehouden, terwijl de In-P- en In-Ga-As-P-oplossingen uit het zwevende InP worden verzadigd. Een koelsnelheid van 0,7° per minuut wordt dan door middel 35 van een elektronische regelaar ingesteld. Bij ongeveer 655° C wordt de substraat naar de eerste onderverzadigde In-P-oplossing getransporteerd en daar gedurende ongeveer 15 sec. gehouden. Hierdoor wordt 7920079 11 het oppervlak van de substraat beschadigd door het opdampen van P gedurende de periode bij 675° C teneinde juist voor de groei te worden -geëtst. Voorts wordt voor het verschaffen van een glad groeivlak een InP-bufferlaag uit de tweede oplossing in het interval van 655° - 636° C 5 gegroeid. Bij 635° C wordt de substraat in aanraking gebracht met de In-Ga-As-P-oplossing en wordt de quaternaire laag zolang als gewenst is . - gegroeid. De groeisnelheid varieert iets met de samenstelling en ligt in het gebied van 0,3 — 0,5 yum/° C. Voor de groei .van de quaternaire laag heeft de oplossing de neiging tot de evenwichtstoestand te kamen 10 en wel door het InP, dat daarover· stroomt. De mate van resterende su— perkoeling kan worden geregeld door de koelsnelheid, evenals de initiële verzadigingstemperatuur in te stellen.
In fig. 7 is de energiesprong van de gevormde quaternaire laag aangegeven als een functie van X^, de atomaire vloeistof fractie van 15 Ga. De krommen in fig. 5 stel] en de liquidus— en solidusinformatie voor het groeiproces voor. De vloeiende krommen, getrokken door de punten X^s versus X^, werden bij X^g en X^a respectievelijk de atomaire vloeistof fracties van As en Ga zijn, vormen de meetkundige plaats van vloeistofsamenstellingen, die bij deze methode een roosteraanpassings-20 groei verschaffen. Fig. 6 toont de Ga- en As-verdeelcoëfficiënten, en k&p als functie van y. Derhalve maakt de kromme in fig. J tezamen met de kromme volgens fig. 5 het mogelijk de vloeistofoplossing te kiezen, welke nodig is om een rooster-aangepaste
In. Ga As P. -samenstelling bij elke willekeurige golflengte in het j jc 7 i 25 gebied van o-,92 < λ < 1,65 ^um te doen groeien.
Met de n- en p-lagen kunnen elektrische contacnten tot stand worden gebracht door een respectieve elektrogalvanisering met Sn-ÏTi-Au en Au.
De substraten van de inrichtingen, die volgens het eerste aspect 30 volgens de uitvinding zijn gegroeid, kunnen als een vensterlaag voor de invallende straling, zoals in fig. 1, dienen. Zo veroorzaakt het ge- > bruik van een InP-substraat, dat de korte golflengtegrens van de inrichting dicht bij 0,9 ƒurn ligt ten gevolge van de absorptierand cm in het InP, d.w.z., dat de straling met A < 0,95 ^um in dikke substraat-35 vensters wordt geabsorbeerd. Voor sommige toepassingen kan het gewenst zijn de korte golflengteresponsie van een bepaalde detector te wijzigen. 3ij de illustratieve uitvoeringsvorm kan de InP-vensterlaag worden ver- 7920079 12 / Λ vangen door een rooster-aangepaste In^ ^Ga^As^P^ ^-laag opdat de , korte golflengteresponsiegrens van deze inrichtingen -wat samenstelling betreft op dezelfde wijze kan worden afgestemd als de lange golflengte-responsie. Deze substraten kunnen ook zijn voorzien van anti-reflecte-5 rende diëlektrische interferentiebekledingen, die op de substraten zijn aangebracht cm de ontvangst van straling door de inrichting te verbeteren. Deze bekledingen, zijn bekend en kunnen zelfs worden toegepast in . die gevallen, waarin de invallende straling de inrichting direkt binnen— ’ treedt via een eerste laag van. de reeks lagen,.
10 Fig. 8' toont de- eaergieniveaustruktuur· van een tweetraps pn-pn- insichting-volgens het eerste1- aspect van de uitvinding, weergegeven in fig.. 1, waarbij de zwevende n-laag 11 in fig. 1, d.w.z. de laag waaraan geen. voor spanning wordt aangelegd, zo gering is gedoteerd, dat deze onder normale bedrijfsomstandigheden volledig is uit geput. Dit betekent, 15 dat alle resterende achtergrondelektronen door de aangelegde spanning uit het gebied 62 in fig. 8 worden bewogen en het elektrische veldgebied van de homo junctie 10.1 zich door het gebied. 6 2 heen uit strekt. Deze inrichting bezit een kleinere responsietijd dan inrichtingen, welke zijn voorzien van een niet-uitgeputte, zwevende n-laag. De reden hiervoor is, 20 dat de responsietijd van inrichtingen met een niet-uitgeputte zwevende n-laag wordt beïnvloed door ‘de wijze waarop de in de doorlaatrichting voorgespannen np-heterojunctie, de junctie 1.1- in fig. 1, de elektron-gatenergienivesus daarvan wijzigt in aanwezigheid van geïnjecteerde elektronen. Bij een niet-uitgeputte, zwevende n-laag maakt de np-25 heterojunctie 1.1 het niet mogelijk, dat resterende elektronen zich uit de n-laag 11 in fig. 1 bewegen voordat de laag in staat is geweest zichzelf in te stellen cm. het mogelijk te maken, dat geïnjecteerde elekbro-' neruzieh over de np-heterojunctie 1.1 bewegen teneinde te beletten, dat de n-laag 11 wordt geladen. Bij de inrichting met een volledig uitge-30 putte n-laag 11 is een.dergelijke zelf-instelling van de np-heterojunc-tie 1.1 niet nodig.
Fig. 9 toont de energieniveaustruktuur van een tweetraps np-np-inriehting volgens het eerste aspect van de uitvinding, waarbij het gebied 131 overeenkomt met een zwevende p-laag, welke zo gering is gedo-35 teerd, dat deze onder normale bedrijfsomstandigheden volledig is uitgeput. De wijze waarop deze inrichting werkt is het spiegelbeeld van di van een tweetraps pn-pn-inrichting, welke boven is beschreven. Er 7920073 —- 13 wordt op gevezen, dat liet gebied 132 voor deze inrichting een elektronen-invangorgaan vordt en analoog is aan het gateninvangorgaan, dat bij de pn-pn-inrichting, aangegeven als het gebied 63 in fig.. 8, is gevormd.
Een lavinefotodetector volgens de uitvinding omvat een reeks 5 van tenminste vier op elkaar aansluitende lagen van halfgeleidermate-riaal met afwisselend tegengesteld geleidingstype. Volgens een tweede aspect', van de uitvinding vormen de lagen het er o juncties bij de schei-dingsvlakken tussen naast elkaar gelegen paren lagen; de lagen zijn gegroepeerd in een reeks paren lagen, waarbij de energiesprong van de 10 twee lagen in elk paar in hoofdzaak dezelfde is; de afmeting van de energiesprong van de lagen in de reeks paren lagen neemt in de richting van het voortplantingssignaal af. De meerlaagsinrichting dient om in-vangorganen voor êên téken van drager te verschaffen en te beletten, dat de ingevangen drager een lavinebeweging door de verschillende ver-15 sterkertrappen uitvoert.
De werking van inrichtingen, die volgens het tweede aspect van de uitvinding zijn opgebouvd, komt overeen met die van de inrichtingen, die volgens het eerste aspect van de uitvinding zijn opgebouwd. De bovengegeven beschrijving voor de inrichtingen, die volgens het eerste 20 aspect zijn opgebouvd, maakt het de vakman duidelijk de werking en de wijze van opbouw van inrichtingen overeenkomstig het tweede aspect van de uitvinding zonder meer te begrijpen. Zo kunnen bijvoorbeeld pn-hcmojuneties met gelijke energiesprongen worden verkregen door opeenvolgende lagen van een bepaald materiaal, dat eerst p-type en daarna 25 n-type kan worden gedoteerd, te groeien. Bovendien kunnen ongelijke materialen. met in hoofdzaak gelijke energiesprongen en roosterconstanten pn-heterojuncties verschaffen. Voorbeelden van materiaalstelsels met deze eigenschappen zijn A11 ^Ga^As/In 1 ^Ga^As^P 1 , Al-j ^a^As^Sb-j
In . Ga As P. , en InP/Al. (in. .Ga As) . Deze voorbeelden en vele 1-x x y 1-y* 1-z 1-ys y z 30 andere kunnen door de vakman worden verkregen door materiaal te raadplegen, zoals paper 6 getiteld ”III-V Quaternary Alloyx" van G. A. Antypas, E. L. Moon, L. W. James, J. Edgecum.be en R. L. Bell, pag. bQ - ^b in Gallium Arsenide ; and Related Compounds - Proceedings of the Fourth International Symposium, georganiseerd door de University of Colorado 35 en sponserd door The British Institute of Physics and the Avionic Laboratory of the United States Air Firce, gehouden in Boulder, Colorado, september 1972, gepubliceerd door The Institute of Physics, Londen en Bristol.
7920079
Claims (24)
1. Inrichting voorzien van een aantal tegen elkaar rustende lagen van halfgeleidermateriaal met afwisselend tegengesteld geleidingstype, welke lagen in een reeks van paren lagen zijn gegroepeerd met het kenmerk,. dat de energiesprong van de eerste laag en de energiesprong van 5 de tweede laag. van elk paar van de reeks paren lagen in hoofdzaak aan elkaar gelijk zijn en de energiesprongen 'van elk. paar van de reeks van paren, lagen in een afnemende volgorde van grootten, zijn gerangschikt.
2. Inrichting vol-ens eonelusie 1 met het kenmerk, dat aan het seheidingsvlak tussen de eerste laag en de tweede, laag van tenminste 10. êén paar van een reeks van paren lagen een homo junctie is gevormd.
3. Inrichting volgens conclusie 1-met het kenmerk,..dat de tweede laag van tenminste iin paar van de reeks van paren lagen iets is gedoteerd. k. Inrichting volgens eonelusie 2 met het kenmerk, dat de tweede 15 laag van tenminste êên paar van de reeks, van paren lagen iets is gedoteerd.
5. Inrichting volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat de materialen yoor de eerste laag en de tweede laag uit tenminste een paar van een reeks van paren lagen zijn gekozen uit de groep, bestaande uit 20. quaternaire verbindingen van InGaAsP, ternaire ‘verbindingen van InGaAs, ternaire verbindingen vaii GaAsSb, ternaire verbindingen van InSbAs, ternaire verbindingen van InGaSb, binaire verbindingen van CdTe en Ge.
6. Inrichting volgens conclusie k met het kenmerk, dat de mate rialen voor de eerste laag en de tweede laag uit tenminste êén paar van -25 een reeks van paren lagen zijn gekozen uit de groep, bestaande uit quaternaire verbindingen van InGaAsP, ternaire verbindingen van InGaAs, ternaire verbindingen van GaAsSb, ternaire verbindingen van InSbAs, ternaire verbindingen van InGaSb, binaire verbindingen van CdTe en Ge. T, Inrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de materialen 30 voor de eerste laag en de tweede laag uit tenminste één paar van een reeks- van paren lagen zijn gekozen uit een groep van paren lagen, bestaande uit Al, , Ga As/ln, Ga As P, , Al, Ga As Sb, /in, Ga As„ 1-u u 1-2 x y 1-y’ 1-u u v 1-v 1-x x y *1_y en InP/AlUz(in1-yGayAs)2‘ 8.Inrichting volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat de materialen voor 35 de eerste laag en de tweede laag uit tenminste één paar van de reeks 7920079 « paren lagen zijn gekozen uit de groep van paren lagen, bestaande uit Al^ ^ Ga As/ln. Ga As P. ,ΑΙ. Ga As Sb. /In, Ga As P, en InP/Al, u 1-x x y 1-y’ 1-u u v 1-v 1-x x y 1-y 1-z (in, Ga As) . 1-y y z
9. Inrichting, voorzien van eerste, tweede, derde en vierde tegen 5 elkaar· rustende lagen van halfgeleidermateriaal met afwisselend tegengesteld geleidingstype met het kenmerk, dat de energiesprong van de derde laag kleiner is dan de energiesprong van de tweede laag.
10. Lavinedeteetor met gereduceerde ruis,, voorzien van een substraat en een aantal tegen elkaar rustende lagen van halfgeleidermateriaal met 10 afwisselend tegengesteld geleidingstype, welke lagen, in een reeks van paren lagen zijn gegroepeerd met het kenmerk, dat de energiesprong van de eerste laag en de energiesprong van de tweede laag van elk paar van de reeks van paren lagen in hoofdzaak aan elkaar gelijk zijn, de ener-giespr ongen van elk paar van de reeks van paren lagen in een af nemende 15 volgorde van grootte zijn gerangschikt, en de lavinedeteetor verder is voorzien van elektrode-organen om de bij het scheidingsvlak tussen de eerste laag en de tweede laag van elk paar van de reeks van paren lagen, gevormde juncties in de keerrichting voor te spannen en de hetero juncties, gevormd bij het scheidingsvlak tussen de lagen van ver-20 schillende paren van de reeks van paren lagen in de doorlaatrichting voor te spannen.
11. Lawinefotodetector volgens conclusie 10 met het kenmerk, dat aan het scheidingsvlak tussen de eerste laag en de tweede laag van tenminste iên paar van de reeks paren lagen de homojunctie is gevormd.
12. Lawinefotodetector volgens conclusie 10 met het kenmerk, dat de tweede laag van tenminste een paar van de reeks van paren lagen iets is gedoteerd.
13. Lawinefotodetector volgens conclusie 11 met het kenmerk, dat de tweede laag van tenminste een paar van de reeks van paren lagen iets 30 is gedoteerd.
14. Lawinefotodetector volgens conclusie 11 met het kenmerk, dat de materialen voor de eerste laag en de tweede laag van tenminste een paar van de reeks paren lagen zijn gekozen uit de groep, bestaande uit quaternaire verbindingen van InGaAsP, ternaire verbindingen van InGaAs, 35 ternaire verbindingen van GaAsSb, ternaire verbindingen van InSbAs, ternaire verbindingen van InGaAsb, binaire verbindingen van CdTe, en Ge.
15- Lawinefotodetector volgens conclusie 13 met het kenmerk, dat de 7920079 materialen voor de eerste laag en de tweede laag van tenminste een paar van de reeks van paren lagen zijn gekozen uit de groep, bestaande uit quaternaire verbindingen van InGaAsP, ternaire verbindingen van InGaAs, ternaire verbindingen van GaAsSb, ternaire verbindingen van InSbAs, 5 ternaire verbindingen van InGaSb, binaire verbindingen van CdTe, en Ge.
16. Lawinefotodet eet or 'volgens conclusie 10 met het kenmerk, dat de materialen voor de eerste laag en de tweede laag uit tenminste een paar van de reeks van paren lagen zijn gekozen uit de groep van paren lagen,, bestaande uit Al^^Ga^As/Ih^Ga^ASyF^. Al^^Ga^As^Sb^/ln.^
10 Ga As P. en IhP/AL· (lnt Ga As), x y 1-7 1—z 1—y y z •1T.· Lawinefotodetector volgens conclusie 12 met het kenmerk, dat \ de materialen voor de eerste laaag en de tweede laag uit- tenminste een paar van de reeks van paren lagen zijn gekozen uit de groep van paren lagen bestaande uit AL· Ga As/In. Ga As P, , Al, Ga As Sb, /in, i-u u i-x x y 1—y 1—u u v 1 —v 1—x
15 Ga As P, en InP/Al, (in. Ga As) . x y 1-y t-z 1-y y 'z
18. Lawinedetector met gereduceerde ruis, voorzien van een aantal tegen elkaar rustende lagen van halfgeleidermateriaal met afwisselend tegengesteld geleidingstype, welke lagen in een reeks van paren lagen zijn gegroepeerd met het kenmerk, dat de energiesprong van de eerste 20 laag en de energiesprong van de tweede laag van .elk paar van de reeks van paren lagen in hoofdzaak aan elkaar gelijk zijn, de energiesprongen van elk paar van de reeks van paren lagen in een afnemende volgorde van grootte zijn gerangschikt en de lawinedetector verder is voorzien van een venstersubstraatlaat voor het opnemen van invallende straling, 25 welke laag zich bij de eerste laag van het paar lagen van de reeks van lagen met de grootste energiesprong bevindt, en elektrode-organen, die op de venstersubstraat, op de eerste laag van elk paar van de reeks van paren lagen verschillend van de eerste laag van het eerste paar, en op de laatste laag van het laatste paar van de reeks van paren lagen zijn 30 gevormd, door middel waarvan spanningen aan de elektrode-organen kunnen worden aangelegd om de juncties, gevormd aan het seheidingsvlak tussen de eerste laag en de tweede laag van elk paar van de reeks van paren lagen in de keerriehting voor te spannen en de heterojuncties, gevormd bij het seheidingsvlak tussen de lagen van verschillende paren van de 35 reeks van paren lagen in de doorlaatrichting voor te spannen.
19· Lawinefotodetector volgens conclusie 18 met het kenmerk, dat aan het seheidingsvlak tussen de eerste laag en de tweede laag van ten- 7920079 *_ x minste een paar van de reeks ran paren lagen een homo junctie is gevormd.
20. Lawinefotodetector volgens conclusie 18 met het kenmerk, dat de tweede laag van tenminste êen paar van de reeks van paren lagen iets is gedoteerd.
21. Lawinefotodetector volgens conclusie 19 met het kenmerk, dat de tweede laag van tenminste een paar van de reeks van paren lagen iets is gedoteerd.
22. Lawinefotodetector volgens conclusie 19 met het kenmerk, dat de materialen voor de eerste laag en de tweede laag van tenminste één paar 10 van de reeks.van paren lagen zijn gekozen uit de groep, bestaande uit quaternaire verbindingen van InGaAsP,, ternaire verbindingen van InGaAs, ternaire verbindingen van GaAsSb, ternaire verbindingen van InSbAs, ter— naire verbindingen van IhGaSt, binaire verbindingen van CdTe, en Ge.
23. Lawinefotodetector volgens conclusie 21 met het kenmerk, dat de 15 materialen voor de eerste laag en de tweede laag van tenminste êén paar van de reeks van paren lagen zijn gekozen uit de groep, bestaande uit quaternaire verbindingen van InGaAsP, ternaire verbindingen van InGaAs, ternaire verbindingen van GaAsSb, ternaire verbindingen van InSbAs, ter— naire verbindingen van InGaSb, binaire verbindingen van CdTe, en Ge. 20 2b. Lawinefotodetector volgens conclusie 18 met het kenmerk, dat de materialen voor de eerste laag en de tweede laag van tenminste len paar van de reeks van paren lagen zijn gekozen uit de groep van paren lagen, bestaande uit Al^Ga^s/to^Ba^P^, E1-y “ 25 25’ -·" Lawinefotodetector volgens, conclusie 20 met het kenmerk, dat de materialen voor de eerste laag en de tweede laag van tenminste een paar van de reeks van paren lagen zijn gekozen uit de groep van paren lagen, bestaande uit _uGauAs/In' ^Ga^Ai^ , Al^^Ga^Sb^^In^^As^ P. en InP/Al, (ïn. Ga As) . 30 1-7 1-z 1-7 7 z
26. Lawinefotodetector volgens conclusie 18 met het kenmerk, dat de venstersubstraatlaag bestaat uit een anti-reflecterende, diëlektrische int erferentiebekleding.
27· Lawinefotodetector volgens conclusie 18 met het kenmerk, dat de venstersubstraatlaag bestaat uit een halfgeleidermateriaal met een ener-35 giesprong, welke groter is dan de energiesprong van de eerste laag van het eerste paar van de reeks van paren lagen.
28. Lawinefotodetector volgens conclusie 18 met het kenmerk, dat de 7920079 venstersubstraatlaag een anti-r e£lecterende diëlektrische interferentie-bekleding omvat, die is aangebracht op een half gel ei dermat er i aal met een energiesprong, welke groter is dan de energiesprong van het eerste paar van een reeks van paren lagen. 7920079
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US94905778 | 1978-10-06 | ||
| US05/949,057 US4203124A (en) | 1978-10-06 | 1978-10-06 | Low noise multistage avalanche photodetector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL7920079A true NL7920079A (nl) | 1980-08-29 |
Family
ID=25488536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL7920079A NL7920079A (nl) | 1978-10-06 | 1979-09-21 | Meerstraps-lawinefotodetector met geringe ruis. |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4203124A (nl) |
| JP (1) | JPS55500788A (nl) |
| AU (1) | AU522867B2 (nl) |
| BE (1) | BE879196A (nl) |
| CA (1) | CA1135823A (nl) |
| ES (1) | ES484787A1 (nl) |
| FR (1) | FR2438343A1 (nl) |
| GB (1) | GB2043346B (nl) |
| IT (1) | IT7968943A0 (nl) |
| NL (1) | NL7920079A (nl) |
| SE (1) | SE8004005L (nl) |
| WO (1) | WO1980000765A1 (nl) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| US4486765A (en) * | 1981-12-07 | 1984-12-04 | At&T Bell Laboratories | Avalanche photodetector including means for separating electrons and holes |
| US4476477A (en) * | 1982-02-23 | 1984-10-09 | At&T Bell Laboratories | Graded bandgap multilayer avalanche photodetector with energy step backs |
| US4599632A (en) * | 1982-08-30 | 1986-07-08 | At&T Bell Laboratories | Photodetector with graded bandgap region |
| US4794440A (en) * | 1983-05-25 | 1988-12-27 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Heterojunction bipolar transistor |
| US4620214A (en) * | 1983-12-02 | 1986-10-28 | California Institute Of Technology | Multiple quantum-well infrared detector |
| US4530752A (en) * | 1984-06-20 | 1985-07-23 | Union Oil Company Of California | Oil shale retorting process |
| JPH01183174A (ja) * | 1988-01-18 | 1989-07-20 | Fujitsu Ltd | 半導体受光素子 |
| US5121181A (en) * | 1989-01-31 | 1992-06-09 | International Business Machines Corporation | Resonant tunneling photodetector for long wavelength applications |
| US5959339A (en) * | 1996-03-19 | 1999-09-28 | Raytheon Company | Simultaneous two-wavelength p-n-p-n Infrared detector |
| US6870239B1 (en) * | 2003-04-04 | 2005-03-22 | Solid State Scientific Corporation | Avalanche photodiode having an extrinsic absorption region |
| US8279411B2 (en) * | 2008-08-27 | 2012-10-02 | The Boeing Company | Systems and methods for reducing crosstalk in an avalanche photodiode detector array |
| US9395182B1 (en) | 2011-03-03 | 2016-07-19 | The Boeing Company | Methods and systems for reducing crosstalk in avalanche photodiode detector arrays |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2569347A (en) * | 1948-06-26 | 1951-09-25 | Bell Telephone Labor Inc | Circuit element utilizing semiconductive material |
| US3369132A (en) * | 1962-11-14 | 1968-02-13 | Ibm | Opto-electronic semiconductor devices |
| US3757174A (en) * | 1972-07-31 | 1973-09-04 | Sharp Kk | Light emitting four layer semiconductor |
| US3982261A (en) * | 1972-09-22 | 1976-09-21 | Varian Associates | Epitaxial indium-gallium-arsenide phosphide layer on lattice-matched indium-phosphide substrate and devices |
| US3928261A (en) * | 1973-05-17 | 1975-12-23 | Minnesota Mining & Mfg | Water removable film-forming compositions for topical application to skin |
| JPS5758075B2 (nl) * | 1974-10-19 | 1982-12-08 | Sony Corp | |
| US4103312A (en) * | 1977-06-09 | 1978-07-25 | International Business Machines Corporation | Semiconductor memory devices |
| US4110778A (en) * | 1977-06-21 | 1978-08-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Narrow-band inverted homo-heterojunction avalanche photodiode |
-
1978
- 1978-10-06 US US05/949,057 patent/US4203124A/en not_active Expired - Lifetime
-
1979
- 1979-09-13 CA CA000335545A patent/CA1135823A/en not_active Expired
- 1979-09-21 WO PCT/US1979/000749 patent/WO1980000765A1/en unknown
- 1979-09-21 JP JP50163979A patent/JPS55500788A/ja active Pending
- 1979-09-21 NL NL7920079A patent/NL7920079A/nl not_active Application Discontinuation
- 1979-09-21 GB GB8016844A patent/GB2043346B/en not_active Expired
- 1979-10-04 BE BE0/197469A patent/BE879196A/fr not_active IP Right Cessation
- 1979-10-04 AU AU51478/79A patent/AU522867B2/en not_active Ceased
- 1979-10-05 ES ES484787A patent/ES484787A1/es not_active Expired
- 1979-10-05 FR FR7924886A patent/FR2438343A1/fr active Granted
- 1979-10-05 IT IT7968943A patent/IT7968943A0/it unknown
-
1980
- 1980-05-29 SE SE8004005A patent/SE8004005L/ not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT7968943A0 (it) | 1979-10-05 |
| AU5147879A (en) | 1980-04-17 |
| AU522867B2 (en) | 1982-07-01 |
| ES484787A1 (es) | 1980-10-01 |
| GB2043346A (en) | 1980-10-01 |
| WO1980000765A1 (en) | 1980-04-17 |
| CA1135823A (en) | 1982-11-16 |
| US4203124A (en) | 1980-05-13 |
| JPS55500788A (nl) | 1980-10-16 |
| FR2438343B1 (nl) | 1981-05-29 |
| SE8004005L (sv) | 1980-05-29 |
| GB2043346B (en) | 1982-05-06 |
| BE879196A (fr) | 1980-02-01 |
| FR2438343A1 (fr) | 1980-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5371399A (en) | Compound semiconductor having metallic inclusions and devices fabricated therefrom | |
| US10032950B2 (en) | AllnAsSb avalanche photodiode and related method thereof | |
| Ozbay et al. | High-performance solar-blind photodetectors based on Al/sub x/Ga/sub 1-x/N heterostructures | |
| US4353081A (en) | Graded bandgap rectifying semiconductor devices | |
| Decoster et al. | Optoelectronic sensors | |
| US4731641A (en) | Avalanche photo diode with quantum well layer | |
| NL7920079A (nl) | Meerstraps-lawinefotodetector met geringe ruis. | |
| US6326654B1 (en) | Hybrid ultraviolet detector | |
| Forrest et al. | Performance of In 0.53 Ga 0.47 As/InP avalanche photodiodes | |
| Lee | Photodetectors | |
| US4250516A (en) | Multistage avalanche photodetector | |
| WO2022157888A1 (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| US4473835A (en) | Long wavelength avalanche photodetector | |
| Rao et al. | In0. 53Ga0. 47As metal‐semiconductor‐metal photodetector using proton bombarded p‐type material | |
| Dadey et al. | High-gain low-excess-noise MWIR detection with a 3.5-µm cutoff AlInAsSb-based separate absorption, charge, and multiplication avalanche photodiode | |
| Bandyopadhyay et al. | Photodetectors for optical fiber communications | |
| US4729004A (en) | Semiconductor photo device | |
| US4399448A (en) | High sensitivity photon feedback photodetectors | |
| JPH06302846A (ja) | デルタドーピングされた半導体を利用した赤外線光検出器 | |
| Becla et al. | Long wavelength HgMnTe avalanche photodiodes | |
| Chan et al. | High‐performance InP/Ga0. 47In0. 53As/InP metal‐semiconductor‐metal photodetectors with a strained Al0. 1In0. 9P barrier enhancement layer | |
| Piotrowski et al. | Optimisation of InGaAs infrared photovoltaic detectors | |
| US20230299223A1 (en) | Photodiode structures | |
| WO2019012276A1 (en) | SINGLE PHOTON DETECTOR | |
| JPS59151475A (ja) | バツフア層付きヘテロ構造アバランシ・ホトダイオ−ド |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA | A request for search or an international-type search has been filed | ||
| BB | A search report has been drawn up | ||
| BC | A request for examination has been filed | ||
| A85 | Still pending on 85-01-01 | ||
| BV | The patent application has lapsed |