"アバランシェフォトダイオードを具備する光子検出システムであって、前記アバランシェフォトダイオードは、第1導電型を有する第1半導体層と第2導電型を有する第2半導体層とから形成されたpn接合を具備し、前記第1導電型はn型またはp型から選択され、前記第2導電型は前記第1導電型とは異なりかつn型またはp型から選択され、前記第1半導体層は第1導電型のドーパントでドープされるドープ層であり、低い場の複数ゾーンに囲まれた高い場の複数ゾーンの複数のアイランドを第1層が具備するように、第1導電型のドーパントの濃度に変化があり、高いおよび低い場の複数ゾーンは、pn接合の平面で横方向に分布していて、ドーパント濃度は、高い場の複数ゾーンでは低い場の複数ゾーンよりも高く、前記システムは、さらにバイアス部を具備し、前記バイアス部は、時間に関して静的である電圧、および時間変動する電圧を印加する光子検出システム。前記第2層は、前記第1層と境界を接して、前記第1層の高い場および低い場の複数ゾーンの両方でpn接合を形成する請求項1の光子検出システム。前記高い場の複数ゾーンは、pn接合の全範囲の0.5以上の幾何学的な充填率を有している請求項1の光子検出システム。隣接する高い場の複数ゾーン間の最短距離は、5μm以下である請求項1の光子検出システム。前記高い場の複数ゾーンは、前記第2半導体層を介して電気的に結合される請求項1の光子検出システム。複数の高い場のゾーンは、均一な電気ポテンシャルの単一層によって接続されている請求項1の光子検出システム。前記高い場の複数ゾーンは、側方のサイズおよび形が同一である請求項1の光子検出システム。前記アバランシェフォトダイオードは、光子パルスが受け取られる場合、アバランシェ効果を受け、前記システムは、受け取った光子パルスの中の光子数を判定するために前記アバランシェイベントを測定する計数回路をさらに具備する請求項1の光子検出システム。前記計数回路は、前記アバランシェイベントの測定を多数の所定レベルと比較する弁別器を具備する請求項8の光子検出システム。前記アバランシェフォトダイオードからの出力信号を受け取り、前記出力信号から時間変動成分を取り除くために前記出力信号を処理する出力回路をさらに具備する請求項1の光子検出システム。前記時間変動成分は周期的であり、前記出力回路は、あるサイクルでの前記アバランシェフォトダイオードの前記出力電圧を、前の周期での出力電圧と比較する請求項10に記載の光子検出システム。前記出力回路は、前記信号を2つの部分に分離する信号分割器と、ある部分を他の部分に対して遅延させる電線と、前記2つの部分間での差を出力する信号差分器と、を具備する光子検出システム。前記バイアス回路は、前記アバランシェフォトダイオードの破壊電圧よりも上である高い部分と、前記アバランシェフォトダイオードの破壊電圧よりも下である低い部分とを有するように前記時間変動成分を印加し、前記電圧成分の前記高い部分の時間は、全装置のアバランシェ電流が飽和しないように十分短い、請求項1の光子検出システム。前記出力回路は、帯域阻止フィルタを具備する請求項10の光子検出システム。前記アバランシェフォトダイオードにわたって入射光を一様に分散させるレンズおよびコリメーションオプティックスをさらに具備する請求項1の光子検出システム。前記バイアス回路は、前記検出器を介して全電流が飽和する時間よりも短い前記時間変動成分の前記高い部分に印加する請求項13の光子検出システム。光子検出システムを製造する方法であって、次によってpn接合を形成することを具備し:第1導電型を有する第1半導体層を形成すること、ここで第1半導体層は第1導電型のドーパントでドープされたドープ層であり、低い場の複数ゾーンに囲まれた高い場の複数ゾーンのアイランドを第1層が具備するように第1導電型のドーパントの濃度に変動があり、ドーパント濃度は、高い場の複数ゾーンでは低い場の複数ゾーンよりも高く、高いおよび低い場の複数ゾーンはpn接合の平面で横方向に分布していて;前記第1半導体層に接して、第2導電型を有する第2の単一半導体層を形成すること、を具備し、ここで第1導電型はn型またはp型から選択されるものであり、第2導電型は第1導電型とは異なりかつn型またはp型から選択され、方法は、時間に関して静的である電圧と時間変動する電圧をpn接合にわたって印加することをさらに具備する方法。前記第1半導体層を形成することは、より低いドーパント濃度を持った物質の中へより高いドーパント濃度の物質を埋め込むために、ガス浸漬レーザーのドーピング、イオン注入または拡散を使用して、前記高い場の複数ゾーンを形成することを具備する請求項17の方法。前記第1半導体層を形成することは、第1型のより高濃度にドープした物質がエピタキシャルに沈着する第1型の半導体物質へ複数のピットをエッチングすることによって前記高い場の複数ゾーンを形成することを具備する請求項17の方法。実施形態によれば、アバランシェフォトダイオードを具備する光子検出システムを具備する光子検出システムが提供される。前記アバランシェフォトダイオードは、第1導電型を有する第1半導体層と第1導電型を有する第2半導体層とから形成されるpn接合を具備し、第1導電型はn型またはp型から選択されたものであり、第2導電型は第1導電型とは異なりかつn型またはp型から選択され、第1半導体層は、第1導電型のドーパントでドープされるドープ層であり、低い場の複数ゾーンに囲まれた高い場の複数ゾーンの複数のアイランドを第1層が具備するように、第1導電型のドーパントの濃度に変化があり、高いおよび低い場の複数ゾーンは、pn接合の平面で横方向に分布していて、ドーパント濃度は、高い場の複数ゾーンでは低い場の複数ゾーンよりも高い。前記システムは、さらにバイアス部を具備し、前記バイアス部は、時間に関して静的である電圧、および時間変動する電圧を印加する。一実施形態では、第2層は高いまたは低い場の複数ゾーンをカバーする。さらなる実施形態では、pn接合が高い場の複数ゾーンでのみ形成されるように、第2層は高い場の複数ゾーンをちょうどカバーする。一実施形態では、高い場の複数ゾーンは、アバランシェフォトダイオードの全範囲の0.5以上の幾何学的な充填率を有している。またさらなる実施形態では、幾何学的な充填率は0.8以上である。全範囲は、高い場ゾーンの複数領域と高い場ゾーンの複数領域の間の複数領域とである。一実施形態では、隣接した高い場の複数ゾーン間での最短距離は5μm以下である。本発明への実施形態に従う配置では、高い場の複数ゾーンは、第2半導体層を介して電気的に連結される。さらに、一実施形態では、低い場の複数ゾーンは一様な電気ポテンシャルを有するか、または均一なドーピング濃度を有する。一実施形態では、高い場の複数ゾーンは側方のサイズおよび形が同一である。本発明の実施形態は、放射の単一パルスにおいてアバランシェフォトダイオードに入射する光子数を数えるために用いられる。放射の一パルスがアバランシェフォトダイオードに入射するとき、アバランシェ効果はフォトダイオードの高い場の複数ゾーンにおいて経験される。一実施形態では、システムは、受信された光子パルスにおける光子数を判定するためにアバランシェイベントを測定するための計数回路をさらに具備する。この計数回路は、アバランシェ効果により引き起こされる信号のサイズを測定してもよく、他の実施形態では、それは、参照することによって本明細書に組み込まれるGB2469961とGB2447054に記述されるように、リセットパルス数をカウントする。さらなる実施形態では、計数回路は、アバランシェイベントの測定を、多数の所定レベルと比較する弁別器を具備する。さらなる実施形態では、システムは、前記アバランシェフォトダイオードからの出力信号を受け取り、かつ出力信号から時間変動する成分を取り除くために出力信号を処理する出力回路をさらに具備する。例えば、時間変動する成分が周期的な場合、出力回路は、ある周期でのアバランシェフォトダイオードの出力電圧を、前の周期での出力電圧と比較してもよい。APDから出力を処理するための出力回路を持った光子検出器は、参照することによって本明細書に組込まれる、米国シリアル番号12/529495、GB2466299に記述されている。さらなる実施形態では、出力回路は、出力信号を分離して2つの部分に分ける信号分割器と、複数部分のうちの1つを他に比べて遅延させる電線と、2つの部分間での差を出力する信号差分器と、を具備する。これは、検出された複数の光子による信号を残すために、周期的なバックグラウンド信号がキャンセルされることを可能にする。さらなる実施形態では、出力回路は、ゲーティングバイアス期間の前半および後半でのAPDの出力電圧を合成する。さらなる実施形態では、遅延は、整数個のゲート期間を有している。電気回路は、信号の2つの部分のうちの1つの位相を180°だけ変えるために、信号分割器に加えて位相シフターをも具備してもよい。信号インバーターも同じ機能を行なうために提供されてもよい。信号合成器は、その後、2つの部分の合計を出力するために提供される。時間変動するバイアスの周期の期間は、固定されてもよいが他の実施形態では、それは時間の関するとして変動してもよい。期間にジッタを引き起こすことによって、検出システムは疑似のCWタイプの動作を採用することができる。さらなる実施形態では、コントローラーは2つの部分の強さの平衡を保つために提供される。コントローラーは、その場で検出システムのチューニングを許容するために、遅延の長さを変化させてもよい。さらなる実施形態では、出力回路はアバランシェによる信号を分離するために帯域阻止フィルタを具備する。一実施形態では、バイアス回路は、2つのレベル高レベルおよび低レベルを有する時間変動成分を印加する。さらなる実施形態では、電圧成分のより高いレベル部分の期間は、全デバイスのアバランシェ電流が飽和することを防ぐのに十分に短い。別の実施形態では、破壊電圧より上である時間変動成分の高い部分があり、アバランシェフォトダイオードの破壊より下である低い部分がある。バイアスの形状は正弦波方形波などでもよい。さらなる実施形態では、レンズおよびコリメーションオプティックスopticsは、アバランシェフォトダイオードの活動範囲にわたって入射光を一様に分散させるために提供される。またさらなる実施形態では、マイクロレンズアレイあるいはバイナリ回折ビームスプリッターは、構造化した多地点の照明によって複数の高い電場ゾーンを照らすために用いられる。光子検出システムを作り上げる方法は、さらなる実施形態によって提供され、方法は以下を具備する:次のものによってpn接合を形成すること:第1導電型を有する第1半導体層を形成すること、ここで第1半導体層は第1導電型のドーパントでドープされたドープ層であり、低い場の複数ゾーンに囲まれた高い場の複数ゾーンのアイランドを第1層が具備するように第1導電型のドーパントの濃度に変動があり、ドーパント濃度は、高い場の複数ゾーンでは低い場の複数ゾーンよりも高く、高いおよび低い場の複数ゾーンはpn接合の平面で横方向に分布している;前記第1半導体層に接して、第2導電型を有する第2の単一半導体層を形成すること、ここで第1導電型はn型またはp型から選択されるものであり、第2導電型は第1導電型とは異なりかつn型またはp型から選択される。方法は、時間に関して静的である電圧と時間変動する電圧をpn接合にわたって印加することをさらに具備する。一実施形態では、第1半導体層を形成することは、より低いドーパント濃度を持った物質の中へより高いドーパント濃度を持った物質を埋め込むために、ガス浸漬レーザーのドーピング、注入または拡散を使用して、高い場の複数ゾーンを形成することを具備する。したがって、高濃度にドープした物質の領域は、より低くドープした物質の領域によって囲まれて形成される。さらなる実施形態では、第1半導体層は前記層にピットを形成するためにエッチングされ、同じ導電型のより高いドーピング濃度を持った物質が、前記ピットにおいて提供される。図1は、発明の実施形態に従ってシステムにおいて用いられることになっているアバランシェフォトダイオードAPDの概略の断面視図である。APDは、第1導電型103の層と、第1導電型103の層に接して覆っている第2導電型107の層と、を具備する。この特別な実施形態では、第1導電型103の層は基板101に重なって接している。この特別な実施形態では、第1導電型103の層はp型層であり、第2導電型107の層はn型層である。しかしながら、複数の層の順序を変さらすることは、理解されるだろう。pn接合は、第1層103と第2層107との接点で形成される。第1層103は、層103の残りよりもより高いドーパント濃度を有している複数の領域105を具備する。これらの領域は、複数のアイランドとして形成され、その結果それらは他の高いドーパント濃度領域から横方向に分離されている。疑問の回避のために、用語高いドーパント濃度領域は、ドーパントによって提供されたキャリアの濃度をしめし、必ずしもドーパントそれ自体の濃度を示さない。2つのキャリアを提供するドーパントが、1つのキャリアを与えるドーパントよりも僅かに低い濃度で提供されて、それでもより高いキャリア濃度を提供してもよいことは、当業者によって理解されるだろう。図1の構造の製造をここで説明する。ヘテロ構造の基底は、p型の基板101であり、この基板上では続く層構造が製造される。一様なp型ヘテロ層103は、前記基板101上に置かれる。高濃度にドープしたp型物質105の範囲は前記層103に組み込まれる。前記範囲は、例えばガス浸漬レーザーGasImmersionLaserドーピング、イオン注入あるいはドライブイン拡散によって組み込まれてもよい。高濃度にドープしたp型領域105をすべて包含するために、高濃度にドープしたn型物質107の層は、例えばガス浸漬レーザーのドーピング、注入あるいは拡散によって範囲にわたって次々に成長する。高い電場は、高濃度にドープしたp型の複数アイランド105とこれらの領域でのn型物質との接点と交わるように生成される。この領域では、適切なバイアスが接合と交わるように印加されると、アバランシェの増大が起こりうる。したがって、これらの領域105は、複数の単一光子に敏感なデバイスの複数の活性ゾーンを構成する。これは、適度にドープしたp型層103と、nドープ層107との間で形成される低電場とは対照的である。これはアバランシェすることを十分にサポートできず、したがって、後述するガイガーモードで動作する場合に活性のある複数ゾーン間での光学的に非活性のスペーサーとして作用する。高濃度にドープした層105および107の深さは、浅い空乏領域を有する薄い接合が実現するように、対応する低い破壊電圧を有するAPDで、4μmよりも小さくなりうる。接合深さは、これよりも大きくてもよく、例えば30μm以上であり、この結果、深い結合デバイスが大きな破壊電圧を満たす。これらの範囲105および隣接したn型層は、装置の活発なアバランシェ領域を形成し、これらの領域のサイズ、形状、および配置は、中間の低い場の領域に関して、適用の要件にしたがってpn接合面での2次元ドーピングプロファイルを操作することによって制御することができる。検出され識別されうる光子数は、これらの活性ゾーン数によって確定する。また、検出効率は幾何学的な充填率に依存をしている。実施形態では、活性ゾーンはピクセルである。一実施形態では、Nがピクセル数である場合、検出された信号が入射信号に対して線型である光子の最大数はN/2である。この数値を超過する入射光子数については、単一のピクセル内に多重光子吸収が起こる可能性がより高く、続いて検出される光子数分布にエラーが発生するだろう。したがって、高い場のピクセル数が高いほど、エラーなく検出される光子数も高くなる。充填率は、デバイス全範囲に対する高い場の領域の範囲の比と見なすことができる。つまり、高い充填率は、高い場のゾーンの高密度を意味する。単一光子に敏感である高い場のピクセルに入射する光子の増加した確率を反映する充填率を持った検出効率は増加する。実施形態では、p型およびn型ドーピングはホウ素またはリン不純物をそれぞれ使用して達成されてもよい第1層103および第2層105は、シリコンでもよい。さらに、それはシリコン-ゲルマニウムヘテロ構造でもよいし、または特にlnGaAsのような半導体のIII-Vクラスに基づいていてもよい。一実施形態では、光子吸収は、400meVより大きなエネルギーバンドギャップを持った層でのAPD内で起こる。さらなる実施形態では、APDは、0.8以上の活発な高い場のゾーン105の幾何学的な充填率で10~200ミクロンの全範囲を有している。一実施形態では、それは10pF未満の接合キャパシタンスを有している。別の実施形態では、APDはnにドープした基板101上で製造され、例えばガス浸漬レーザーのドーピング、注入または拡散によって、適度にドープしたn型ヘテロ層103に組み入れられる、高度にnにドープした領域105を具備する。その後、活性領域は高濃度にドープしたp型の物質107の層によって形成される。以前のように、それはイオン注入または拡散によって組込まれる。これは上述の物質システムで達成されてもよい。図2は、図1のAPDの対応する平面図を示し、発明の一部を具備し、高濃度にドープされたp型105の層とn型107の層との間での半導体接合によって形成される活性領域は、マトリックス構造で配置されている。高濃度にドープした領域105はアイランドを形成する。示された配置は、16光子まで含む複数の光パルス間で識別することが許容され、好ましくは応用に依存してデバイスが4-1000の単一光子に敏感な活性ゾーンから構成される。実施形態では、高濃度にドープした領域は、5から50μmの幅までであり、5μm未満で分離される。高い場の複数ゾーンは原理的に、多角形および円形を含む、照明源の強度およびビームプロフィールに適合する全体的な形状で、任意の形でよい。実施形態では、高い場の複数ゾーンは、少なくとも1010cm-2のドーピング濃度を有し、さらなる実施形態では少なくとも1011cm-2あるいは1012cm-2のドーピング濃度を有する。低い場の複数ゾーンのドーピング濃度は、高い場の複数ゾーンでの濃度よりも少なくとも10倍低く、さらなる実施形態では100倍低い。図3は図1および図2のAPDを用いて、本発明の実施形態に従うシステムを示す。APDは、出力信号の自己差分化を許容する形態で配置される。自己差分化モードの動作では、出力信号のバックグラウンドは、信号の一部と信号の先立つ部分とを比較することによって、取り除かれる。APD317は、それが逆バイアスされるように、接続される。バイアス電圧は、DCバイアス源313からのDC成分VDC311、およびACバイアス源309からのAC成分VAC307の両方を含む。AC307およびDC311の成分は、バイアスティー305を用いて合成される。バイアスティー305は、ティーの第1のアーム上でAC源309に接続されたキャパシタ301と、ティーの第2のアーム上でDC源313に接続されたインダクタ303とを具備する。APD317の出力は、地面に導く抵抗319と自己差分回路323とに分割される。光子がAPD317上に入射する場合、アバランシェ光電流は、出力電圧Vout321に対応する直列抵抗319にわたって電圧を導く光子検出に起因するアバランシェによって引き起こされる。高速操作に起因する小さな複数のアバランシェを覆い隠すゲーティング変調に対して、APD317の周期的な容量性応答を分離させるために、信号分割器325、2つの電線327および329、および信号差分器331を具備する自己差分回路323が使用される。APD出力電圧Vout321は、信号を等しい成分に近い2つに分割する信号分割器325に入力される。ポテンシオメーター335は、分割比の平衡を保ち、さらに2つの成分を均等にするために用いられる。電線のうちの1つ327が他の電線329より長いので、これらの成分のうちの1つは遅延する。遅延は、AC電圧源311によって供給される整数個のゲーティング周期Tになるように選択され、遅延線327は、Tとは無関係に遅延を調整するために、調整可能になるように選択される。これらの2つの信号が信号差分器331に入力される場合、それらは他方から減じられたものであり、また、強い周期的な容量性バックグラウンドは、自己差分器出力電圧Vsd333で大部分キャンセルされる。容量性バックグラウンドの遅延をさらに改善するために、780MHzのローパスフィルタ337および増幅器339は使用されてもよい。あるいは、フィルタ337は、取り消されていない信号に関連した周波数を除外するために、調整可能なバンドパスフィルタと取り替えることができる。これは、小さな不飽和のアバランシェ関連の電圧信号が自己差分器出力Vsd133で明らかにされることを可能にする。これらの小さな信号の振幅は、誘導される高い場のピクセルの数によれば、入射光子数に依存する。出力信号は、多数の誘導されたピクセルにおいて発生する疑似の飽和している信号の和を含む。図3での設備の代わりとして、電線327と329との間での電気的遅延は、奇数個の、ゲーティング周期Tの半分になるように選択されてもよい。この場合、信号差分器331は、2つの信号を足し合わせる信号合成器と取り替えられる。これはまた、弱い光子だけがアバランシェ信号を誘導するようにしておくAPD317の容量性応答をキャンセルする効果を有する。さらなる実施形態では、帯域阻止フィルタは検出器電圧応答の振動部分を除外するために用いられてもよい。もし本発明の実施形態に従うデバイスが従来のガイガーモードにおいて用いられれば、それらは、飽和している光電流による1つ以上の光子の吸収を区別しない大面積光子検出器として作用するだろう。上記の実施形態では、それぞれの電圧周期中に高い場のピクセル105がそれぞれ単一光子に敏感な状態に誘導されるように、全デバイス電流が飽和しないように十分に短い時間だけバイアスは破壊電圧よりも上である。しかしながら、バイアスが破壊電圧よりも大きい時間は、それぞれの高い場のピクセル105で誘導されるアバランシェ光電流を事実上飽和させるのに十分かもしれない。その後、多数のピクセルからのそれぞれの疑似の飽和しているアバランシェ光電流信号は、誘導されたピクセル数を反映するために、デバイスによって合計される。この合計は、高い場の複数ゾーン105を電気的に並列に連結する、共通のコンタクト層107により明示される。実施形態では、ピクセルがそれぞれ各周期に高々1つの光子を検出するであろうと推定される。したがって、多重光子検出は、多数のピクセルで受け取られる複数の光子と異なるピクセルからの出力の和によって、起こる。そのような実施形態の例では、単一のピクセル内では光子吸収による信号は疑似飽和していることが仮定される。さらなる実施形態では、各ピクセルに到着する光子数を判定することができるように、検出器は構成される。そのような配置のさらなる例では、単一のピクセル内では、信号は吸収されたサブピクセル光子数すなわち、単一光子信号の倍数に対して線型に増加することが仮定される。図4は、本発明の実施形態に従うAPDから高い単一光子検出効率および光子数分解能を得るために使用されてもよいバイアス条件に示す。APDは、逆方向の破壊電圧Vbr401を有する。この電圧より上では光励起キャリアの巨視的なアバランシェゲインが生じる。APDバイアス電圧Vapd315は、頂点間振幅Vac307と周期T403を有するAC電圧上に重ね合わせられたDC電圧Vdc311を具備する。ACバイアスの周期はゲーティング周期あるいはクロック周期と時々呼ばれ、ゲーティング周波数かクロック周波数の逆数である。ゲーティング周期またはクロック周期は光子源の周期と同期してもよい。一実施形態では、検出器のゲーティング周波数は、検出器が光子を検出することができる時間窓を本質的に広げるために使用される僅かな量例えば50kHzによって変えられる。その最高値Vhigh209では破壊電圧401より上にあり、その最低値Vlow205では破壊電圧201より下にあるAPDバイアス電圧315に起因する。Vdcはまた破壊電圧以下に設定することができる。APDがシリコンベースである実施形態では、DCバイアスVdc311は逆方向破壊電圧Vbr401より大きさにおいてより大きい場合は、好ましいことが実験的に見出された。APDは、1GHzのゲーティング周波数に対応する1nsのACゲーティング周期で操作されてもよい。動作温度および実際のデバイス構造に依存して、APDに関する破壊電圧は20Vから300Vまで変化する。それは実際にAPDのpn接合に適用された逆バイアスであるが、これが正の数として書かれていることに注意する。APDは、29.35ボルトのDCバイアスVdcおよびVac=7.0VのAC電圧頂点間振幅で作動されてもよい。図5は、シリコンに基づくAPDの測定された電気的な回路への応答Vout321と、上述したバイアス条件Vapd315を示す。Vout321で観察された強く振動する信号は、印加されたAC電圧Vac307に対するAPD317の容量性応答による。これらの強い振動は、APD317に吸収された光子によって誘導された複数のアバランシェから信号への任意の寄与を隠す。ACバイアス307のリーディングエッジに反応する場合、正のピーク501は、APDキャパシタンスの帯電に起因して、ACバイアス307の立ち下がりから発生する容量性の放電に対応する負のピーク503が続く。明白に、APDの容量性応答によるこれらの非常に強い振動は、単一光子検出用のゲート制御されたガイガーモードGeigerModeにおけるAPDを操作することが通常望ましくないことを意味する。図6は、速いディジタルオシロスコープを使用してサンプリングした、1つの光子603、2つの光子605、および検出された光子がない601に関して、測定された自己差分器出力Vad133を示す。0光子信号601は、自己差分回路の不完全なキャンセルが原因となって、有限の振幅を有することに注意する。2光子ピーク605は、1光子ピーク603の振幅のほぼ2倍の振幅を有している。出力電圧Vsd333が、低い光子数Nに関して検出された光子数にほぼ線形に依存していることを示している。これは、それぞれの高濃度にドープした領域105で検出される複数のアバランシェの和からマルチ光子信号が発生するという事実による。これは、検出器が光子数検出器として動作することを示している。上記の実施形態に従うシステムにおいて用いられるAPDでは、DC電圧源およびAC電圧源の両方が、その破壊電圧より上および下に周期的にバイアスをAPDにかける、交互に起こるバイアスを提供するために用いられる。上に記述されるAPDでは、APDの光に敏感な範囲の横方向の電場プロファイルは、より低い電場より低いドープした領域の範囲から分離された多くの高い電場ゾーン高濃度にドープした領域から成る単一のメサダイオード構造を製造するために、強く変さらされる。これは、APD吸収平面で一様でないドーピングの制御されたパターンを用いて達成することができる。これはガス浸漬レーザードーピング、イオン注入あるいは拡散を用いて行われてもよい。反対にドープした包含層と結合して、生成された高い電場ゾーンは、周期的なバイアス信号によって破壊の上の状態に上昇した場合に、単一光子に敏感である。したがって、これらのゾーンの各々は、局所的に励起した光キャリアの離散的ななだれ現象を、独立してサポートすることができる。これらの高い場のゾーンは、包含層を介して電気的に結合され、並列に接続されているように振る舞い、したがって、これらの活性ゾーンのそれぞれで吸収された光子からのアバランシェ光電流への寄与は足し合わされる。APD出力電圧を、整数個のゲート信号によって遅延された電圧と比較する自己差分回路が、使用される。結果は、非常に弱い信号を、全デバイス電流を飽和させない本発明の実施形態に従うシステムで検出することができる、ということである。生成された信号は、吸収された光子数に依存すると示される。APDでは、最大の動作速度は、作用面積のサイズに強く依存する。上記の実施形態に従うシステムは、作用面積のサイズが増加されることを可能にする。さらに、増加する光子数に伴って統計的な広がりにより発生する測定された光子数におけるエラーは、減少する。上記の実施形態に従うシステムでは、単一APDメサのみからなる装置としては、集積回路は必要ではない。メサでは、複数の活性ゾーンは単一のヘテロ構造層を介しかつ別個の回路は介さないで結合する。したがって、これらの活性ゾーンは、一連の離散的な複数のダイオードによってではなく、電場分布の観点から定義される。上記の実施形態に従うシステムでは、ACおよびDCのバイアスを使用して、APDは周期的に破壊より上でバイアスされ光に敏感な状態になる。クエンチングquenchingは検出器のバイアス周期の低い電圧部分でのゲーティングを介して受動的に達成される。上記の実施形態のシステムは、クエンチング回路、高濃度にドープした領域間での電気的な回路接続あるいは復帰時間を必要とせず、それを高スピードで動作することができる。この高速動作によって、高濃度にドープした隣接した範囲から光生成された光子の吸収による光学的な漏話crosstalkが抑制されることが可能になる。さらに、電気的な漏話も、チップに搭載される電子部品がないことにより否定される。したがって、幾何学的な充填率も、高電場ゾーン高濃度にドープした領域の間での電気的な結合が単一の半導体層を介して、電子部品を必要とせずに達成されるという事実によって増加する。さらに、高速動作は、増幅チャネルが飽和してそれ故リセットを必要とする場合であるかを決定する電子機器に対する要求を否定する。上記の実施形態のシステムは、可視/短波長、赤外/近赤外波長300-3000nmでの光子数検出器として操作することができる。上記の実施形態に従うシステムは、良い光子数分解能、高い幾何学的な充填率を提供するために領域が密接して配置されることを許容する、高濃度にドープした領域間での低漏話、低ダークカウントノイズ率、低アフターパルス率、低タイミングジッタ、および高ダイナミックレンジを示すことができる。システムは外部時計に同期されてもよい。さらに、システムは高度にコンパクトになることができ、安く、拡張可能に、チップ上に集積するために適合して、標準的な製作テクノロジーを使用することができる。図7は、自己差分器出力Vsdの関数としてプロットされた信号確率に起因する、測定された統計を示す。確率分布は600万のサンプルから得られ、速いディジタルオシロスコープを用いてリアルタイムで累積する。0mVのピーク701は、光子が検出されなかったゲートからの0光子寄与に相当する。この特徴の幅~7mVは、図3を参照して記述した自己差分器回路の不完全なキャンセルによりダイオードの容量性応答の残余の成分に起因する。53.0mV付近の特徴、ピーク703は、1つの光子の吸収から発生する複数の信号に起因し、91.8mV、120.0mVおよび140.4mVでのピーク705、707および709は、それぞれ2つ、3つおよび4つの光子の検出に対応する。これらの特徴のほぼ線形の間隔sublinearspacingは、入射光子数でのAPDの飽和していない自己差分器出力の線型依存性が、ダイオードの全面的な直列抵抗によって影響を受けるという証拠である。図8は、1および2光子ピーク803および805はmVでの自己差分化出力に対して0光子ピーク801から完全に分離される、出力信号灰色の円の測定された確率分布を示す。これは、APDゲート315に関する光子の到達時刻と、自己差分化条件、バイアスVdc311およびVac307とを調整することによって達成される。黒い点の曲線は、ガウシアンを使用したフィットに対応し、それぞれの光子ピークを記述する。ピークの複数の範囲は、検出された同じ光子フラックスに関する源のポアソン統計によく合う。光子数分解能は、隣接した複数の光子数状態801、803、805の間での数的なオーバーラップに関して定量化され、自己差分化出力電圧Vsd333から入射光子数εNを判定する際のエラーに対応する。計算値は、記述されたバイアス条件に関して、ε0=2.2x10-8、ε1=1.1x10-2およびε2=4.3x10-3に対応する。図9は、検出された光子フラックスμでの自己差分EFD-APD光子数検出器からの出力の依存を確認するグレースケール画像を示す。ここで、確率は、光子フラックスμおよび自己差分器出力Vsd333の関数としてページから出て来てプロットされる。ホワイトは高い強度に相当し、また黒は低い強度に相当する。0光子ピーク901の平均電圧位置は固定されているが、1,2,3,および4光子ピークそれぞれ903、905、907および909の平均位置は、増加した光電流によって引き起こされるサンプルヒーティングが原因となって、光子フラックスの増加と共に僅かに低い電圧にシフトする。ピークの相対強度は、検出された光子フラックスの関数として、源のポアソン統計によく合う。図10は、印加されたDCのバイアス26.95Vから29.35VまでのVdc311の関数として、固定された入射光子フラックスに関して測定された、確率分布を示す。複数の光子数ピークの平均電圧が、より低いNに関して完全に解明することを可能にする強化された分離に対応する印加されたDCバイアス311と共に強く増加することは明らかである。図11は、図10に示されたアバランシェ確率分布に対応する印加DCバイアスVdc311の関数として、0、1、2、3、および4光子ピークの平均電圧を示す。我々は、活発なAPD接合にわたる電場の依存に従って、各特徴に関する依存が線型であることを明らかにする。図12は本発明のさらなる実施形態に従うシステムを示す。ここで、図3の電線327および329は、パワースプリッター325の2つの出力1205、1207のうちの1つ1205で180度の位相ずれを生成するように、位相シフター1201に置き換えられる。180度位相シフターは、信号インバーターとして動作する。図3の信号差分器331は、その関数が2つの信号を加算する信号コンバイナーsignalcombiner1203に置き換えられる。それらは180°の相対的な位相シフトがあるので、これはAPDの容量性応答を取り消す効果がある。これは、前の説明で述べられたものと同様の方法で、弱い複数のアバランシェの検出を許容する。図13aは、本発明のさらなる実施形態に従って熱電冷却器1307上に搭載されたアバランシェフォトダイオード317を示す。図13bは、90°回転された図13aのシステムを示す。熱接触は銅ヒートシンク1303および導電性ねじ1305によってパッケージにされたデバイス117のケースに提供される。T=-30°Cの温度が一般に用いられる。サンプルへの光学的接続は光ファイバーピグテール1301によって提供される。光信号はレンズ1309を用いて焦点がずらされ、それは、EFD-APDを具備する高い場の活性領域の構造にわたって信号が拡散的に分散されることを可能にする。SiAPD、Vapd315およびVout321への電気的なアクセスは、金属ピンによって提供される。ある実施形態では記述されているが、これらの実施形態はほんの一例として示されており、発明の範囲を制限するようには意図されない。実際、本明細書で記述された新しい方法およびシステムは様々な他の形式で具体化されてもよい。さらに、本明細書で説明される方法およびシステムの形式では様々な省略、置換および変さらは、発明の精神から外れずになされてもよい。添付のクレームおよびその均等物は、発明の範囲および精神内にあるように、そのような形式あるいは変さらをカバーするように意図される。"