[发明专利]无过量噪声的线性模式雪崩光电二极管

权利要求书

1.一种感测光并且输出电流的装置，包括：

线性模式雪崩光电二极管，其通过以下方式来感测光子并输出电流：被配置为生成等于或大于1000倍放大的增益，同时生成过量噪声因子，所述过量噪声因子小于由于来自所述放大的所述增益而引起的、处于非低温温度或高于非低温温度时存在的热噪声的3倍，以便通过使用超晶格结构检测一个或多个光子，对于所述线性模式雪崩光电二极管中的第一载流子，所述超晶格结构被匹配以抑制碰撞电离，而对于第二载流子进行以下中的至少一项：1)增加碰撞电离，2)基本上保持碰撞电离，以及3)在较小程度上抑制碰撞电离，其中其碰撞电离被抑制的所述第一载流子是i)电子或ii)空穴；并且然后所述第二载流子是所述电子或所述空穴，其中所述非低温温度高于负50℃；并且

其中，具有匹配的超晶格结构的所述线性模式雪崩光电二极管被匹配以通过使用在衬底上生长的两种或更多种材料的层的周期性结构来针对所述匹配的超晶格结构的倍增区中的仅所述第一载流子抑制所述碰撞电离，所述周期性结构能够从半导体的晶格匹配对中选择以形成所述超晶格结构，其带偏移被设置为以下之一：i)至少主要在与所述第一载流子相对应的带中，以及ii)完全处于与要被抑制碰撞电离的所述第一载流子相对应的所述带中。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，具有匹配的超晶格结构的所述线性模式雪崩光电二极管被配置为在超晶格倍增区中，以如下方式抑制所述第一载流子的所述碰撞电离：i)当所述第一载流子是空穴时，在价带中实现超晶格，以及ii)当所述第一载流子是电子时，在导带中实现超晶格。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，形成所述匹配的超晶格结构的两种或更多种材料的层的周期性结构被设计为，当所述超晶格被电压控制器偏置以具有仅能在阱半导体或势垒半导体的层中维持碰撞电离的电场时，在其阱中的每个阱中具有至少一个量子状态。

4.根据权利要求2所述的装置，其中，具有所述匹配的超晶格结构的所述线性模式雪崩光电二极管使得放大仅在以下方式中发生：i)所述导带或ii)所述价带被配置为生成等于或大于10000倍放大的增益，同时生成过量噪声，所述过量噪声小于由于来自所述放大的所述增益而存在的所述热噪声的3倍，以及

其中，具有10000倍放大的所述增益的具有所述匹配的超晶格结构的所述线性模式雪崩光电二极管能够检测单个光子而不会造成具有死区时间的损失，因此这允许基本上在所述单个光子的所述检测之后立即发生后续光子的检测。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述超晶格结构在所述倍增区中具有半导体的晶格匹配对，并且当超晶格对的所述带偏移至少主要被设置在与所述第一载流子相对应的所述带中时，所述第二载流子的带能够具有偏移，只要所述偏移不足以支持以下项之一的厚度处的量子状态：i)阱层，ii)势垒层或iii)所述超晶格的所述阱层或所述势垒层，以及

其中，形成所述超晶格结构的所述半导体的晶格匹配对包括第一半导体材料和第二半导体材料的交替层。