[發(fā)明專利]無(wú)過(guò)量噪聲的光電二極管

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210139787.4
• 申請(qǐng)日: 2019-05-24
• 公開（公告）號(hào): CN114497263A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: W·K·陳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 斯坦福國(guó)際研究院
• 主分類號(hào): H01L31/105
• 分類號(hào): H01L31/105;H01L31/0304;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 袁策

1.一種裝置，包括：

線性模式雪崩光電二極管，所述線性模式雪崩光電二極管通過(guò)以下來(lái)構(gòu)造：

超晶格倍增區(qū)中的第一半導(dǎo)體合金和第二半導(dǎo)體合金的晶格匹配對(duì)，當(dāng)所述光電二極管被電偏置以傳導(dǎo)電流時(shí)，所述超晶格倍增區(qū)僅允許選自i)電子或ii)空穴的一種電流載流子類型積聚足夠的動(dòng)能以進(jìn)行碰撞電離，并且

其中具有匹配的超晶格結(jié)構(gòu)的所述線性模式雪崩光電二極管使得放大被配置為僅在i)導(dǎo)帶或ii)價(jià)帶中發(fā)生以生成增益，同時(shí)從足夠低以能夠檢測(cè)單個(gè)光子而不會(huì)造成具有死區(qū)時(shí)間的損失的碰撞電離生成過(guò)量噪聲，從而允許在檢測(cè)到所述單個(gè)光子之后基本上立即發(fā)生對(duì)后續(xù)光子的檢測(cè)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1的所述裝置，其中具有匹配的超晶格的所述線性模式雪崩光電二極管被配置為檢測(cè)所述單個(gè)光子而不會(huì)在檢測(cè)到所述單個(gè)光子后造成具有所述死區(qū)時(shí)間的所述損失，其中具有所述死區(qū)時(shí)間的另一個(gè)線性模式雪崩光電二極管直到設(shè)定時(shí)間段后才能檢測(cè)到另一個(gè)光子。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中具有匹配的超晶格的所述線性模式雪崩光電二極管被配置為在室溫或更高溫度下同時(shí)實(shí)現(xiàn)單光子靈敏度的檢測(cè)，而無(wú)死區(qū)時(shí)間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中具有匹配的超晶格的所述線性模式雪崩光電二極管被配置為解決多個(gè)光子的幾乎同時(shí)到達(dá)，并且所述線性模式雪崩光電二極管在其檢測(cè)到個(gè)體光子后沒(méi)有死區(qū)時(shí)間。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述線性模式雪崩光電二極管被配置為室溫、基于InP的線性模式雪崩光電二極管，其具有至少10⁴個(gè)電子/光子的增益和受控量的過(guò)量噪聲。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述線性模式雪崩光電二極管被配置為傳遞單極性增益，其輸出耦合到電子放大器以產(chǎn)生波形，在所述波形中所述單個(gè)光子的到達(dá)可在噪聲水平之上檢測(cè)到并且能夠區(qū)分多個(gè)光子的同時(shí)到達(dá)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中具有匹配的超晶格結(jié)構(gòu)的所述線性模式雪崩光電二極管被配置為使得放大僅在i)導(dǎo)帶或ii)價(jià)帶中發(fā)生，并且生成等于或大于10000倍(10⁴)放大的增益，同時(shí)由于來(lái)自放大的增益而引起的生成的過(guò)量噪聲小于在處于或高于室溫時(shí)存在的熱噪聲的三倍。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中構(gòu)成所述倍增區(qū)的所述第一半導(dǎo)體合金和所述第二半導(dǎo)體合金的所述晶格匹配對(duì)是InGaAsP-InAlAs超晶格。

9.根據(jù)權(quán)利要求1的所述裝置，其中所述第二半導(dǎo)體合金是AlGaAsSb，并且

其中所述第一半導(dǎo)體合金與AlGaAsSb的所述第二半導(dǎo)體合金配對(duì)以構(gòu)成所述倍增區(qū)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中構(gòu)成所述倍增區(qū)的所述第一半導(dǎo)體合金是InGaAsSb，其中所述超晶格被設(shè)置在導(dǎo)帶中，使得電子碰撞電離。

11.一種用于線性模式雪崩光電二極管的方法，包括：

配置超晶格倍增區(qū)中的第一半導(dǎo)體合金和第二半導(dǎo)體合金的晶格匹配對(duì)，以當(dāng)所述光電二極管被電偏置以傳導(dǎo)電流時(shí)，僅允許選自i)電子或ii)空穴的一種電流載流子類型積聚足夠的動(dòng)能以進(jìn)行碰撞電離，以及

配置具有匹配的超晶格結(jié)構(gòu)的所述線性模式雪崩光電二極管使得放大僅在i)導(dǎo)帶或ii)價(jià)帶中發(fā)生以生成增益，同時(shí)從足夠低以能夠檢測(cè)單個(gè)光子而不會(huì)造成具有死區(qū)時(shí)間的損失的碰撞電離生成過(guò)量噪聲，以及

配置對(duì)所述單個(gè)光子的所述檢測(cè)而不會(huì)造成具有所述死區(qū)時(shí)間的所述損失允許在檢測(cè)到所述單個(gè)光子之后基本上立即發(fā)生對(duì)后續(xù)光子的檢測(cè)。