Brevet FR2586804A1 — publié le 19870306

Procédé et dispositif de photo-détection rapide à l'aide d'un superréseau La présente invention, qui concerne les superréseaux semi-conducteurs, a été faite au groupe de Physique des Solides de l'Ecole Normale Supérieure, Université de Paris VII, Laboratoire associé au Centre National de la Recherche Scientifique n 040017. Les superréseaux semi-conducteurs ont fait l'objet notamment des publications suivantes: 10. L. Esaki et R. Tsu IBM Journal of Research and Development, 14, 61 (1970). L. Esaki et L.L. Chang, Phys. Rev. Lett. 33, 495 (1974). R. Dingle et coll., Phys. Rev. Lett. 33, 827 (1974). R. Dingle, in Fest korper XV, édité par H.J. Queisser, Pergamon Vieweg, 1975, p. 21. L. Esaki and LL. Chang. Journal of Magnetism and magnetic materials 11, 208 (1979). L. Esaki, Journal of Crystal Growth, 52, 2277 (1981) et Surf. Sci., 113, n 1-3 (1982). Des outils mathématiques pour leur analyse ont par ailleurs été définis notamment dans les publications ci-après: G.A. Sai Halaz, L. Esaki and W.A. Harrison,Phys. Rev. B 18, 2812 (1978). G. Bastard, Phys. Rev. B 24, 5693 (1981) et B 25, 7584 (1982). À M. Altarelli, Phys. Rev. B 28, 842 (1983). En bref, un superréseau est une structure semi- conductrice dans laquelle apparaissent le long d'un de ses axes (dit ci-après l'axe de croissance), des varia- tions périodiques de la limite inférieure de la bande de conduction et de la limite supérieure de la bande de valence. En d'autres termes, il se produit une variation périodique de la largeur de la bande interdite le long de l'axe de croissance. La "forme d'onde" de cette variation périodique est le plus souvent très simple, du moins en théorie. On peut ainsi distinguer: les superréseaux o la variation périodique est d'allure rectangulaire, comme les hétérostructures obtenues par alternance de couches d'Arséniure de Gallium (GaAs) et d'Arséniure d'Aluminium-Gallium (AlxGa1_x As), étudiées notamment par Esaki et coll. (1974), Dingle et coll. (1975), ou encore les hété- rostructures d'Arséniure d'Indium et d'Antimoniure de Gallium (InAs-GaSb) étudiées par Esaki (1978 et 1982); les superréseaux o cette variation périodique est plutôt d'allure sinusoidale, comme les superréseaux de dopage, étudiés par GH Dôhler et coll., Phys. Rev. B 27, 3538 (1983); les superréseaux "en dent de scie" étudiés notamment par Capasso et coll., Phys. Rev. Lett. 51, 2318 (1983). L'une des propriétés intéressantes des superréseaux est qu'ils sont le siège d'une localisation des por- teurs de charges: électrons dans les puits de potentiel de la bande de conduction, c'est-à-dire dans les "creux" de la limite inférieure de la bande de conduc- tion; trous dans les puits de potentiel de la bande de valence, c'est-àdire dans les "bosses" de la limite supérieure de la bande de valence. Ceci a induit une nouvelle classification: On appelle superréseaux de type I ceux dans lesquels les creux et les bosses, sujets à ladite localisation, se trouvent sensiblement aux mêmes endroits le long de l'axe de croissance (GaAs-AlxGa x As). Les superréseaux de type II sont au contraire ceux o les creux (localisation des électrons) et les bosses (localisation des trous) apparaissent à des endroits différents, alternés, le long de l'axe de croissance (InAs-GaSb, superréseaux de dopage). L'invention concerne un nouvel effet photovoltaique transitoire qui apparatt dans les superréseaux de type Il et qui est de nature à permettre la réalisation d'un photodétecteur infrarouge rapide. Ainsi, l'invention offre tout d'abord un procédé pour détecter une variation temporelle, en particulier une impulsion ultra-brève, dans un faisceau de rayonnement électromagnétique. Ce procédé est caractérisé par les opérations suivantes: 10. appliquer ce faisceau à un superréseau de type II, selon son axe de croissance; et déterminer la tension entre les faces opposées du superréseau, selon le même axe. L'invention s'applique en particulier lorsque le super- réseau est un superréseau de composition. A l'heure actuelle, de tels superréseaux sont formés de composés semiconducteurs III-V, ou d'alliages de ceux-ci. En pratique, les superréseaux de composition sont des empilements périodiques de couches de deux composés différents. Il est avantageux de choisir ces composés de sorte que la limite inférieure de la bande de conduction de l'un des composés soit plus basse que la limite supérieure de la bande de valence de l'autre composé, ce qui permet de choisir par construction la largeur de la bande interdite du superréseau, comme on le verra plus loin. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, l'un des composés est l'Arséniure d'Indium (In As) et l'autre l'Antimoniure de Gallium (Gs Sb). On peut également envisager l'utilisation d'alliages de tels composés. Pour sa part, l'épaisseur des couches est en principe inférieure à environ 300 angstr5ms, de préférence inférieure à environ 200 angstrdms, en particulier pour les superréseaux InAs-GaSb. En règle générale, les épaisseurs des couches de l'un et l'autre composé sont sensiblement égales, à un facteur 2 près. Ainsi, on peut mettre en oeuvre le procédé avec des épaisseurs de couches d'environ 30 angstr6ms pour l'Arséniure d'Indium, et 50 angstr8ms pour l'Antimoniure de Gallium. Bien que le dopage ne joue pas de rôle direct, il est souhaitable qu'il demeure aussi faible que possible. En pratique, l'Arséniure d'Indium et l'Antimoniure de Gallium contiennent des dopages résiduels de types n et p, respectivement. L'empilement que constitue un superréseau peut compren- dre de l'ordre de 100 paires de couches, pour une épaisseur totale d'un ou quelques micromètres suivant l'axe de croissance. En variante, le superréseau peut aussi être un super- réseau de dopage du type dit "NIPI", c'est-à-dire comportant une alternance de régions fortement dopées n et de régions fortement dopées p, avec ou sans interposition des couches de semi-conducteurs intrin- sèques attachées initialement à la désignation "NIPI". Selon un autre aspect de l'invention, le superréseau est doué d'une asymétrie d'ensemble en réflexion, selon sa direction de croissance, visà-vis du faisceau de rayonnement électromagnétique incident. Cette asymétrie d'ensemble en réflexion peut être au moins en partie d'origine géométrique, par exemple par le fait que le superréseau comprend exactement un nombre entier de périodes spatiales (de paires de couches). L'asymétrie d'ensemble en réflexion peut aussi tenir pour partie à l'absorption de lumière dans les couches du superréseau. L'invention concerne aussi un dispositif pour détecter une variation temporelle, en particulier une impulsion ultra-brève, dans un faisceau de rayonnement électro- magnétique. Le dispositif comporte un superréseau de type II, tel que défini ci-dessus, des moyens pour focaliser le faisceau incident de sorte qu'il se pro- page sensiblement selon l'axe de croissance du super- réseau, et des moyens de mesure sensibles à la diffé- rence de potentiel qui règne entre les faces opposées du superréseau selon l'axe de croissance. Par exemple, le superréseau est engendré sur un subs- trat rendu conducteur par un fort dopage, et réalisé par la technique dite d'épitaxie par jets moléculaires. Un superréseau selon l'invention possède une réponse rapide au front de montée d'une impulsion lumineuse. Le signal photoélectrique décroît ensuite plus lente- ment. La constante de temps de décroissance peut d'ailleurs être un peu différente suivant que la transition qui lui a donné naissance est un passage d'un état de non éclairement à un état d'éclairement, ou au contraire d'un état d'éclairement à un état de non éclairement. Par ailleurs, l'impédance créée par les moyens de mesure entre les faces opposées du superréseau peut être ajustée pour définir la constante de temps de décroissance de la réponse du dispositif aux transi- tions de rayonnement électromagnétique, dans la mesure bien entendu o l'on souhaite raccourcir cette constante de temps. Selon un autre aspect de l'invention, o l'on fait usage d'un superréseau tel que ceux de composition In As/GaSb, la périodicité d'empilement du superréseau peut être choisie pour le rendre sensible à une bande prédéterminée de longueurs d'onde du rayonnement incident. Enfin, l'invention concerne toute application d'un superréseau de type II, en particulier d'un superréseau composite In As/Ga Sb, à des mesures photovoltaiques transitoires, en particulier d'impulsions ultra-brèves dans l'infrarouge. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma très simplifié, en pers- pective, d'un superréseau de composition; À la figure 2 illustre la disposition relative des bandes de conduction et de valence dans un superréseau de type I, tel que GaAs-Alx Ga xAs; la figure 3A illustre la disposition des bandes de conduction et de valence dans un superréseau de type II, utilisé selon l'invention; la figure 3B est un schéma d'une analogie par mise en cascade de condensateurs, permettant de mieux comprendre la présente invention; la figure 4 est un diagramme représentant les bandes d'énergie permises en fonction de la période pour un superréseau InAs/GaSb, o les épaisseurs des deux couches sont égales; la figure 5 est un schéma illustrant l'intensité de luminescence en fonction de l'énergie des photons inci- dents en meV, dans un superréseau de type II selon l'invention; les figures 6A et 6B sont deux illustrations schéma- tiques de la réponse photovoltalque d'un superréseau selon l'invention; et 25. la figure 7 est un schéma d'un dispositif photovol- talque à superréseau de type II selon l'invention. Sur la figure 1, le superréseau SL est constitué d'un substrat S, dont l'épaisseur est de l'ordre d'une fraction de millimètre. Sur ce substrat, on a fait croître par exemple par épitaxie par jets moléculaires, des couches alternées de matériaux A et B, et cela suivant une direction de croissance notée z. Le dessin n'étant pas à l'échelle, on admettra que le superréseau comporte une centaine de paires de couches A et B, formant une épaisseur globale d'un micromètre. La fabrication des superréseaux fait usage de techni- ques de pointe, et elle est très délicate puisque de nombreux facteurs interviennent. L'un de ces facteurs est la dimension de mailles cristallines que compor- tent normalement les deux matériaux A et B de l'empi- lement. La nature des matériaux utilisables est encore relativement limitée, à cause des problèmes d'évapora- tion, d'adhésion et de reconstruction cristalline qui peuvent se poser lors de la mise en oeuvre de l'épitaxie. On a fabriqué tout d'abord des superréseaux dont l'empilement est constitué alternativement de couches d'Arséniure de Gallium (Ga As) et d'un alliage d'Arsé- niure de Gallium/Aluminium, que l'on note habituellement Ga _xAlxAs. L'homme de l'art sait que, dans un tel superréseau, les limites de la bande de conduction et de la bande de valence sont définies par les courbes en créneau notées LBC et LBV sur la figure 2. Sur la figure 2, les abscisses représentent la direction z de l'axe de croissance, tandis que les ordonnées sont des énergies que l'on mesure habituellement en milli-électronvolts (meV). Dans un superréseau de type I, tel qu'illustré sur la figure 2, on observe des puits de potentiel constitués par les creux de la limite LBC de la bande de conduc- tion. Les porteurs de charges concernés, à savoir les électrons, vont s'établir préférentiellement dans les puits de potentiel. Le dessin représente ainsi un nuage d'électrons GE au fond de chacun des puits de potentiel. Il s'agit là d'une simplification, car il se produit e dans un superréseau une quantification des niveaux d'énergie que peuvent prendre les électrons. En d'au- tres termes, on dit qu'il existe des "sous-bandes" dans la bande de conduction. On observe de même un nuage de porteurs de charges positives ou trous, dans chacun des puits de la bande de valence. Ces nuages de trous sont notés GH. Et, compte tenu de l'inversion de signes, les puits quanti- ques de la bande de balence sont définis par les bosses de celle-ci dans une représentation telle que celle de la figure 2. La bande interdite d'un tel superréseau est l'intervalle entre les sousbandes fondamentales de conduction et de valence. Le superréseau de la figure 2 est de type I, car les nuages d'électrons GE et de trous GH sont aux mêmes endroits le long de la direction de croissance z. Il en est différemment dans un superréseau de type II, comme on va le voir maintenant en référence à la figure 3. Le superréseau de la figure 3A est un empilement alterné de couches In As et Ga Sb, d'épaisseurs respec- tives d1 et d2. On note d la période du réseau, avec d = d1+d2. On note également Zn-1' zn, et Zn+1 les limites de chaque paire de couches, qui commence ici lorsqu'on passe de Ga Sb à In As, définissant ainsi la cellule élémentaire du superréseau. Le superréseau de type II de la figure 3A possède deux particularités: 1 1 la première, liée à son appartenance au type II, est que les courbes en créneau LBC et LBV se présentent "en phase", c'est-à-dire que les creux de la courbe en créneau LBC (les puits quantiques de la bande de conduc- tion) alternent avec les bosses de la courbe LBV (les puits quantiques de la bande de valence); de plus, les extrema inférieurs LBCE de la limite de bande de conduction LBC sont plus bas que les extrema supérieurs LBVE de la limite de bande de valence LBV. Il en résulte que les deux courbes LBC et LBV se che- vauchent. La lecture est facilitée sur la figure 3A par le fait que la ligne LBV est marquée de points régu- lièrement espacés. La première remarque faite ci-dessus a pour conséquence que les localisations privilégiées des électrons GE alternent avec les localisations privilégiées des trous GH, le long de l'axe z. Sur la figure 3, on a fait apparaître une illustration schématique de la proba- bilité de présence FOE des électrons le long de l'axe z (module carré de la fonction d'onde ie(z))et de même FOH pour la probabilité de présence des trous le long de l'axe z (module de la fonction d'onde n(Z), porté au carré). Il est maintenant rappelé qu'il existe une quantifica- tion, c'est-à-dire des sous-bandes dans un superréseau. Ainsi, la figure 3A fait apparaître le niveau E1 de l'état fondamental des électrons dans les puits quanti- ques de la limite LBC de la bande de conduction. De même, on observe le niveau HH1 de l'état fondamental des trous (lourds, comme on le verra plus loin), dans les puits quantiques de la limite LBV de la bande de valence. La seconde propriété des superréseaux In As-Ga Sb sera mieux comprise à l'examen de la figure 4. Celle-ci comporte en abscisses la période d du superréseau, exprimée en Angstr5ms. En ordonnées, elle est graduée en énergie (électron-volts). Le graphe correspond au cas d'épaisseurs d1 et d2 égales. Sur cette figure 4, le domaine noté E1 illustre la taille de la sous-bande fondamentale des puits quanti- ques de la bande de conduction. Le domaine E2, E3, etc., illustre les tailles des sous-bandes d'ordre supérieur. On voit que ces domaines deviennent rapidement très fins, pour se terminer par une simple ligne lorsque la période d augmente vers 250 angstr8ms. La courbe HH1 illustre la sous-bande fondamentale dans les puits quantiques de la bande de valence, pour les trous lourds. Les domaines HH2, etc., illustrent les sous-bandes d'ordre supérieur. Enfin, le domaine LH1 illustre la première sous-bande des puits quantiques de la bande de valence pour les trous légers et les domaines LH2 et suivants illus- trent les sous-bandes d'ordre supérieur. Il n'est pas nécessaire de développer ici la différence entre les trous lourds et les trous légers. Cette différence est exposée dans les articles cités en tête de la description. En effet, il est suffisant d'admettre que le super- réseau se trouve dans son état que l'on appelle limite électrique quantique (en anglais Electric quantum Limit ou EQL), état dans lequel seules les sous- bandes fondamentales de la bande de conduction et de la bande de valence sont occupées. Ce sont alors les sous-bandes E1 et HH1 qui sont essentielles pour définir l'état de superréseau. La figure 4 fait encore apparaître une propriété inté- ressante des superréseaux In As/Ga Sb, liée au fait déjà relevé que LBVE est plus haut que LBCE. En effet, en choisissant la période d du réseau, on définit à volonté la distance entre les domaines HH1 et E1, c'est- à-dire la largeur de la bande interdite. Par exemple: la largeur de bande interdite est de quelques milli- électronvolts pour une période du superréseau de angstrbms; au-delà, il a été démontré que la bande interdite réaugmente, en dépit du croisement apparent des couches E1 et HH1 (article d'Altarelli, déjà cité); cette largeur de bande interdite monte au contraire à quelques centaines de milli-électronvolts, lorsque la période d du réseau descend à environ 60 angstrbms. Le comportement de tels superréseaux est tout à fait étonnant, et a fait l'objet d'études nombreuses. On a notamment remarqué qu'il se produit, du fait de la séparation spatiale des porteurs de charges (électrons et trous) une courbure périodique des ban- des. Mais il est apparu que ce phénomène ne pouvait à lui seul expliquer toutes les observations faites sur les superréseaux. Il s'agit d'ailleurs essentielle- ment d'un effet photo-induit qui est continu, contraire- ment à l'effet photoélectrique transitoire que l'on décrira plus loin. Les études faites au Laboratoire précité ont montré tout d'abord que, si l'on appelle Av une tension engen- drée dans une cellule élémentaire du superréseau, par exemple entre les abscisses zn et Zn+1l il se produit un phénomène additif lorsqu'on applique au super- réseau une injection de porteurs de charges. C'est-à- dire que la tension AV existant aux bornes de l'ensem- ble du superréseau est égale à N fois la tension Av, comme le rappelle l'équation (1) en annexe, N étant le nombre de périodes que comporte le superréseau. Les hommes de l'art ont mis assez longtemps à percevoir cette situation, pourtant simple en apparence. Comme déjà exposé, on considèrera maintenant que le superréseau est dans son état de limite électrique quantique, c'est-à-dire que seules les sousbandes de conduction et de valence sont occupées. On note ee(Z) la fonction d'onde enveloppe relative aux élec- trons, qui est centrée par rapport à la couche d'Arséniure d'Indium. (Les approximations de fonctions d'ondes enveloppes ont été décrites dans les articles de G. Bastard cités plus haut). On observe que les fonctions d'ondes des électrons débordent quelque peu sur les couches d'Antimoniure de Gallium adjacentes (voir sur figure 3A, la courbe FOE, qui représente Ve (z).). e 30. De même, on note h(Z), la fonction d'onde enveloppe associée aux trous lourds. Le carré de son module, c'est- à-dire la courbe FOH est illustré négativement par rapport aux courbes FOE des électrons, suivant une convention naturelle. On observe encore que la fonction d'onde Yh(Z) est centrée sur la couche d'Antimoniure de Gallium. Cette séparation spatiale des fonctions d'onde d'électrons et de trous correspond à une polarisation locale, qui induit une différence de potentiel glo- bale AV aux bornes du superréseau. Comme relevé dans l'équation 1, AV est égal à la somme des différences de potentiel local Av entre les plans z = Zn et z = Zn+1 qui limitent la nième cellule unitaire. L'homme de l'art comprendra que, dans une cellule unitaire, la différence de potentiel Av peut être définie par l'équation (2) donnée en annexe, o e est la charge de l'électron, ns est le nombre de porteurs de charges injectés par unité de surface (plus exactement de paires électrons- trous), s et sO sont les constantes diélectriques habituelles, et z, z', dz et dz' sont les symboles habituels de varia- bles d'intégration. La relation (2) définit l'intégrale de la différence entre les probabilités de présence des électrons et des trous, d'abord sur une fraction d'une cellule unitaire qui va de sa borne amont jusqu'à une valeur courante z, après quoi on effectue une nouvelle inté- gration pour z variant de l'une à l'autre limite de la cellule unitaire. L'équation (2) fait intervenir de façon implicite des conditions aux limites, qui assurent que le champ électrique s'évanouit en dehors d'une distribution de charges dipolaire bidimensionnelle. Il devient maintenant clair que le système peut être considéré comme un montage série de condensateurs, associés chacun à une période du superréseau, conden- sateurs dont l'armature positive se situe au niveau de la valeur moyenne en z de la fonction d'onde des trous, et dont l'armature négative est à la valeur moyenne en z de la fonction d'onde des électrons. Ceci est illustré sur la figure 3B, o l'on a fait apparaître des conden- sateurs notés Cn_2 à Cn+2 Les travaux faits dans le Laboratoire précité ont permis de vérifier que, si les fonctions d'ondes sont normalisées sur le segment Zn, Zn+1' l'intégrale double de l'équation (2) peut être écrite sous la forme d'une intégrale simple, qui fait l'objet de l'équation (3). A son tour, cette intégrale peut être exprimée comme la différence entre la valeur moyenne de zh pour les trous, et la valeur moyenne de Ze pour les électrons, ce qui est également écrit dans l'équation (3) en utili- sant une convention graphique classique pour illustrer la valeur moyenne ( ). En reportant dans l'équation (2) la valeur de l'inté- grale double déterminée par l'équation (3), on aboutit à l'équation (4). Celle-ci fait apparaître en plus la surface S de l'échantillon, perpendiculairement à son axe de croissance. L'expression de LAv ainsi obtenue dans l'équation (4) est assimilable au rapport d'une charge Q à une capacité C, ce qui est une justifica- tion mathématique des développements faits ci-dessus en référence à la figure 3B. En prenant en considération la symétrie des fonctions d'ondes, on peut encore montrer que la différence entre les valeurs moyennes de zh et ze peut être définie par l'équation (5), o Pe et Ph sont respectivement la probabilité pour les électrons d'être dans la couche In As, et la probabilité pour les trous d'être dans la couche Ga Sb. Ainsi par exemple, on considère un superréseau possé- dant N = 100 périodes, pour ces couches d'In As dont l'épaisseur est 30 angstr6ms, tandis que celle des couches Ga Sb est 50 angstrbms. La détermination des fonctions d'ondes fournit une probabilité p e d'environ 0,7, et une probabilité Ph d'environ 1. Si l'on injecte 17 -3 une densité de porteurs n = ns/d = 1017 cm 3, la diffé- rence de potentiel AV aux bornes de l'ensemble du * superréseau est de l'ordre de 200 millivolts. Ce qui précède montre l'existence d'un effet photovol- talque nouveau, d'origine quantique, qui se produit du fait de la localisation des fonctions d'ondes, et de l'absence de symétrie de réflexion globale le long de l'axe de croissance du superréseau. Il a été remarqué toutefois que cet effet ne peut être observé sous une illumination continue, en raison de la conductance que présente le superréseau parallèlement à son axe de croissance. Il s'agit donc en fait d'un effet transitoire gouverné par le temps de recombinaison T des paires électrons- trous, et également par la constante de temps RC que présente le circuit électrique. On reviendra plus loin sur cet aspect. Il est maintenant fait référence à la figure 5, qui illustre des résultats obtenus en luminescence sur un superréseau In As/Ga Sb, soumis à une forte excitation photonique pulsée. Un superréseau In As/Ga Sb (30 angstrôms et 50 angs- tr6ms) a été excité avec un laser au Krypton à ondes continues, puis par un laser Argon muni d'un modula- teur acousto-optique et délivrant des impulsions cour- tes, d'environ 20 nanosecondes à 150 nanojoules par impulsion. L'excitation se fait à une énergie très au-dessus de la bande interdite de l'échantillon, et la dimension de la région excitée sur le superréseau est typiquement de 50 micromètres. Après différents traitements et corrections, on obtient les courbes illustrées sur la figure 5, o l'abscisse correspond à l'énergie des photons émis en milli- électronvolts (meV), tandis que l'ordonnée définit l'intensité de luminescence, en unités arbitraires. Pour le laser à onde continue (courbe CW), le spectre de luminescence consiste en une seule ligne centrée sur 270 meV approximativement, et comportant un flanc à basse énergie qui tend à se saturer lorsqu'on augmente le niveau d'excitation. La position en énergie de cette raie (ainsi que la dépendance par rapport au niveau d'excitation d'une part et à la température d'autre part que présente cette raie de luminescence) sont tout à fait en faveur d'une interprétation fondée sur la recombinaison bande à bande des porteurs électrons-trous. En d'autres termes, la dépendance en température et les autres observations faites par les inventeurs tendent à montrer que la luminescence observée est essentiellement de nature intrinsèque, par opposition aux effets de luminescence plus complexes qui peuvent être dus à des impuretés ou autres phénomènes parasites, qui sont responsables du flanc à basse énergie. A côté de cela, le flanc à haute énergie de la courbe est relativement doux, ce qui indique que les porteurs de charges possèdent une température effective substan- tiellement plus élevée que ne l'est la température du réseau lui-même. L'homme de l'art sait en effet que l'analyse de phénomènes quantiques conduit souvent à attribuer aux porteurs de charges une température différente de celle du réseau cristallin qui les contient. On observera maintenant la cburbe PE, qui correspond à l'excitation du superréseau par des dimpulsions brèves, comme précédemment indiqué. Deux observations ont alors été faites: la raie de luminescence s'élargit lorsque le niveau d'excitation augmente, ce qui reflète l'augmentation de la densité de porteurs; mais, et surtout, cette raie est décalée dans sonensemble vers les énergies plus élevées, comme on le voit en comparant la courbe PE en trait plein et la courbe CW en trait tireté. On a pu ainsi montrer que l'intervalle de bande inter- dite est effectivement augmenté lorsque la densité de porteurs augmente, sous excitation pulsée. La forme de raie de la recombinaison bande à bande est celle définie par l'équation (6) donnée en annexe o: h est la constante de Planck v est la fréquence,hv étant l'énergie des photons; q et dq sont respectivement la composante du vecteur d'onde du superréseau dans la direction z et sa diffé- rentielle; feet fh sont les distributions de Fermi respective- ment relatives aux électrons et aux trous; 10. g est la masse réduite de la paire électron-trou; m*e *h sont respectivement les masses effectives des électrons et des trous lourds; 15. E est la valeur de l'intervalle de bande interdite; g cz qui définit le profil de la sous-bande fondamentale de conduction est égal à: 0,5 AE (1+cos qd); et 20. AE vaut ici 60 meV. On a encore observé qu'à basse température et pour un taux d'injection élevé, la distribution des électrons est dégénérée. Le profil théorique de la forme de raie est alors très sensible aux quasi-niveaux de Fermi des électrons, ou, ce qui est équivalent, à la densité de porteurs. Il est également très sensible à la tempéra- ture effective des porteurs Te. A côté de cela, la valeur de coupure à basse énergie de la forme de raie donne la valeur de l'intervalle de bande interdite E g du superréseau. On a alors procédé à une adaptation de cette fonction sur le spectre obtenu pour une excitation continue à 80 milliwatts (courbe CW de la figure 5). Ceci donne une densité de porteurs n d'environ 1,2 1017 cm3, une température effective de 43 K, et un intervalle de bande interdite E de 262 meV. g De la même manière, le spectre PE obtenu avec des impulsions ultrabrèves de 150 nanojoules a fait 17 - 3 l'objet d'une adaptation qui donne n = 2,1 1017 cm3, T e=55 K et E = 267 meV. e g Dans une approximation linéaire, il vient que la varia- tion de l'intervalle de bande interdite en fonction de la densité de porteurs sous excitation pulsée est: -17 3 LAE (en meV) = (4 + 1,5) 10 17.n (en cm 3). g La présente invention permet ainsi d'expliquer une variation qui est beaucoup plus importante que celle qui pouvait résulter du phénomène connu de courbure périodique des bandes, associé lui aussi à la sépara- tion spatiale des porteurs. Ce dernier effet, qui existe également sous excitation lumineuse continue, peut être évalué par une méthode de perturbation. Pour l'exemple pris ici, on obtiendrait une variation de l'ordre de 9.10 18.n dans les mêmes unités de mesure. Les expérimentations menéesau Laboratoire précité montrent donc clairement l'existence d'un effet photo- induit transitoire, lequel est sensiblement du même ordre de grandeur que la tension av que l'on observera de couche à couche dans le superréseau. Bien que les phénomènes ne soient pas encore complète- ment explorés, il semble bien que cette modification de la bande interdite sous excitation pulsée soit due à une modification de la forme des puits quantiques, et de l'effet tunnel qui se produit entre eux, sous l'effet du champ électrique que produit la tension photovoltaique. Par suite, sont affectées d'une part les énergies de confinement et d'autre part la largeur de la bande de conduction, donc la structure de bande du superréseau. Ce qui précède suppose que deux conditions soient remplies dans le superréseau: la première est qu'il existe une séparation spatiale des porteurs de charges, ce qui est vrai pour tous les superréseaux de type II; 15. la seconde veut qu'il existe une asymétrie globale dans la direction z de l'axe de croissance. Cette seconde condition peut être satisfaite par le fait que la structure est globalement non symétrique, c'est-à-dire qu'elle possède le même nombre N de cou- ches d'In As et de Ga Sb. On peut appliquer l'approxi- mation simple des capacités, comme illustré en figure 3B. La symétrie des états fondamentaux des fonctions d'ondes des électrons des trous implique que les valeurs moyennes de ze et ddezh sont respectivement aux centres des couches In As et Ga Sb. On peut alors écrire la relation (7). Cette relation s'obtient aussi en rapprochant les rela- tions (1), (4) et (5). Mais, en réalité, en raison de l'absorption de la lumière, la densité des porteurs injectés n'est pas homogène le long de l'axe de croissance du superréseau. Cet effet d'absorption peut être décrit d'une manière simple: l'intensité du faisceau incident décroît d'un facteur exp(-ad) à chaque période, et la densité des porteurs injectés est proportionnelle à cette intensité absorbée. Il en résulte la nouvelle expres- sion de l'équation (8). Pour une absorption de photons dont l'énergie est voisine du seuil d'absorption (bande interdite), et pour l'échantillon précité (In As-Ga Sb; 30-50 t), le coefficient a.d est d'envi- ron 10.En conséquence, l'effet photovoltaique va normalement saturer lorsque le nombre de périodes du superréseau atteindra une va-leur de l'ordre de 1 000. Toutefois, il y a compétition entre la séparation spa- tiale des charges et le coefficient d'absorption. Aux faibles valeurs de la bande interdite, le coefficient d'absorption est beaucoup plus petit. Par ailleurs, cet effet d'absorption peut contribuer, en complément de l'asymétrie déjà relevée, ou en substitution de celle-ci, à fournir l'asymétrie globale d'inversion (ou de réflexion) qui est nécessaire comme on l'a déjà mentionné. On reviendra maintenant, en référence aux figures 6A et 6B, sur les paramètres temporels de l'effet photovol- taique transitoire. La densité surfacique de porteurs ns et la tension phto- voltaique globale AV obéissent au jeu des deux équations dynamiques (9) et (10). Dans ces équations, G désigne le taux de génération des paires électrons-trous, T désigne le temps de recombi- naison des paires électrons-trous, et RC désigne une constante de temps du circuit électrique sur laquelle on reviendra plus loin. Le temps de recombinaison T (qui est typiquement infé- rieur à 1 nanoseconde pour l'échantillon considéré) gouverne la concentration des porteurs dans la masse de l'échantillon superréseau. A l'inverse, la constante de temps RC décrit la relaxation de la tension photovol- taique, qui correspond à un transfert net de charges entre les plans extrêmes du superréseau par rapport à l'axe z. Cette constante de temps RC peut être due seulement à la conduction du superréseau parallèlement à son axe de croissance; elle peut également être imposée par un circuit extérieur, si celui-ci donne une voie de décharge dont la constante de temps propre est plus faible. Elle peut ainsi varier de la gamme des valeurs inférieures à la nanoseconde à celle des valeurs compri- ses entre la microseconde et la milliseconde. Deux cas peuvent alors se présenter: La figure 6A illustre l'excitation du superréseau par une impulsion de lumière très brève (de durée T), comportant consécutivement une transition ascendante et une transition descendante aussi brutales l'une que l'autre. Cela est défini par la courbe G (RC>T>T). La densité de porteurs injectés ns suit l'allure de la courbe G, mais en tenant compte du temps de recombinai- son T des porteurs. Il en est de même pour la tension photovoltaique AV engendrée aux bornes du réseau, puisqu'aucun effet de relaxation macroscopique n'a eu le temps de se produire. Sur la figure 6B, l'excitation photonique impulsion- nelle est en forme de créneau, comme illustré par la courbe G, avec la condition T>RC>T. La densité de porteurs injectés n suit alors la transition ascen- s dante, avec une constante de temps qui est liée au temps de recombinaison T. Cette densité n suit alors S son maximum, pour redescendre avec la même constante de temps T lors de la transition descendante de la courbe G. Pour sa part, la tension photovoltaique globale AV va posséder elle aussi une montée qui est liée à celle de la densité de porteurs ns, par une loi exponentielle. Pendant que ns est à son maximum, AV redescend avec une constante de temps exponentielle RC, jusqu'à zéro. Lorsque la grandeur ns redescend, AV prend alors des valeurs négatives, définies comme le symétrique de sa montée initiale. Enfin, AV retourne à la valeur zéro par une constante de temps RC' qui peut être différence de RC. Les deux constantes de temps sont un peu différentes lorsqu'elles sont dues uniquement au. superréseau lui- même. En effet, on comprendra que le superréseau ne conduit pas de la même manière lorsqu'il contient une grande densité de porteurs, que lorsqu'il n'en contient pratiquement pas. Mais, comme déjà relevé, il est possible de raccourcir les deux constantes de temps RC et RC', qui deviennent alors sensiblement égales, si la décharge du condensa- teur global présent aux bornes du superréseau est liée à des constantes de temps plus faibles appartenant à un circuit extérieur. Bien entendu, dans la situation tout à a fait opposée o la constante de temps RC serait très inférieure au temps de recombinaison T, il n'apparaîtrait aucune tension photovoltalque, quelles que soient les condi- tions d'illumination, puisque le système se présente- rait alors essentiellement comme conducteur. Le phénomène photovoltalque transitoire selon la présente invention peut être observé à l'aide du dispo- sitif expérimental illustré sur la figure 7, à titre d'exemple. Un laser à impulsions ultra-brèves LIR, opérant dans l'infrarouge, illumine un dispositif optique qui foca- lise le faisceau sur le superréseau SL, obtenu par croissance sur un substrat N+ d'Arséniure de Gallium, la direction de croissance étant notée z comme précé- demment. Un dispositif de contact DC est placé sur la face supé- rieure du superréseau, par exemple sous la forme d'une laque à base d'argent. Un contact inférieur est effec- tué sur le substrat N+. On peut alors brancher un dis- positif de mesure d'impulsions de tension MV entre ces deux contacts. Avec un superréseau In As/Ga Sb possédant 100 périodes, pour des épaisseurs de couches 30 angstrôms et angstrôms respectivement, et une densité de porteurs injectés n = ns/d d'environ 1017cm 3, on obtient une tension photovoltaique de 0,2V. Les superréseaux du genre dit "nipi" possèdent égale- ment la propriété de localisation spatiale alternée des électrons et des trous le long de leur axe de crois- sance. Bien que cela n'ait pas encore pu être vérifié complètement, il est estimé que de tels réseaux de type II présentent aussi l'effet photovoltaique tran- sitoire selon l'invention. ANNEXE AV = N. Av e. n Av = S- E. E0 Jzn+l... z n Zn+l dz J dz' [ 1I - S. e. - ó S O - = 0,5 (Pe + Ph - 1). d L(hv) = (hv)2 I dq. l (q) fe (m*(hvEg-zz) e f (-- ( h -E -c) hm*h v z N e ns d Ph_ A V = (P + Ph 1) e. nSd ( 1 - exp[-(N1'l) ad] A 2E ú0 e1o - exp (-ad). dn nS dts = G - Ir dt d AV 4eN ( ) dt -c h e dn s - dt AV RC- (1) (2) Av= n. s Q c (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) REVENDICATIONS 1. Procédé pour détecter une variation temporelle, en particulier une impulsion ultra-brève, dans un fais- ceau de rayonnement électromagnétique, caractérisé par les opérations suivantes: appliquer ce faisceau à un superréseau (SL) de type II, selon son axe (z) de croissance; et 10. déterminer la tension (AV) entre les faces opposées du superréseau selon le même axe. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le superréseau (SL) est un superréseau de composition. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le superréseau (SL) est formé de composés semi- conducteurs III-V, ou d'alliages de ceux-ci. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le superréseau (SL) est un empi- lement périodique de couches de deux composés diffé- rents, choisis de sorte que la limite inférieure de la bande de conduction de l'un des composés soit plus basse que la limite supérieure de la bande de valence de l'autre composé. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que-l'un des composés comprend de l'Arséniure d'Indium (In As), et l'autre de l'Antimoniure de Gallium (Ga Sb) 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'un des composés est l'Arséniure d'Indium (In As) et l'autre l'Antimoniure de Gallium (Ga Sb). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'épaisseur des couches est inférieure à environ 300 angstrôms, de préférence inférieure à environ angstr3ms. 8. Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les épaisseurs des couches de l'un et l'autre composé sont sensiblement égales. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les épaisseurs des couches sont d'environ 30 angs- trôms pour l'Arséniure d'Indium et 50 ansgtrCms pour l'Antimoniure de Gallium. 10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l'Arséniure d'Indium est faible- ment dopé N, tandis que l'Antimoniure de Gallium est faiblement dopé P. 11. Procédé selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que l'empilement comprend de l'ordre de 100 paires de couches, pour une épaisseur totale de quelques micromètres suivant l'axe de croissance. 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le superréseau est un superréseau de dopage, du type dit "nipi". 13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le superréseau est doué d'une asymétrie d'ensemble en réflexion selon sa direction de croissance, vis-à-vis du faisceau de rayonnement électromagnétique incident. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite asymétrie d'ensemble en réflexion est au moins en partie d'origine géométrique, le superréseau comprenant un nombre entier de périodes spatiales. 15. Procédé selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que ladite asymétrie d'ensemble en réflexion est au moins pour partie due à l'absorption de lumière dans les couches du superréseau. 16. Dispositif pour détecter une variation temporelle, en particulier une impulsion ultra-brève, dans un faisceau de rayonnement électromagnétique, caractérisé en ce qu'il comporte: 15. un superréseau (SL) de type II, tel que défini dans l'une des revendications précédentes; des moyens (DO) pour focaliser le faisceau incident de sorte qu'il se propage sensiblement selon l'axe de croissance du superréseau; et des moyens de mesure (MV) sensibles à la différence de potentiel qui règne entre les faces opposées du superréseau selon l'axe de croissance. 17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que le superréseau (SL) est engendré sur un substrat conducteur. 18. Dispositif selon l'une des revendications 16 et 17, caractérisé en ce que l'impédance créée par les moyens de mesure (MV) entre les faces opposées du superréseau est ajustée pour définir la constante de temps de décroissance de la réponse du dispositif aux transitions de rayonnement électromagnétique. 19. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que le superréseau (SL) est un super- réseau composite, à recouvrement de la bande de conduc- tion d'un composé et de la bande de valence de l'autre, et en ce que la périodicité du réseau est choisie pour le rendre sensible à une bande prédéterminée de lon- gueurs d'ondes du rayonnement incident.