JPH02170580A - PIN photodiode - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はPINフ電トダイオードに関するものであり、
例えば先ファイバ通信用の0ETCなどに利用される。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a PIN photodiode,
For example, it is used for 0ETC for fiber-to-fiber communication.
(従来の技術)
PINフォトダイオードは高帯域、低暗電流化が容易に
実現できるので、光通信用のデバイスに適している。こ
のようなPINフォトダイオードの従来技術は、例えば
S、M、Sze¥fの「半導体デバイスの物理、第2版
J (Physlcs ofSemiconduct
or Devlces 2nd Edltlon
) p、7 5 4〜760などに示されている。(Prior Art) PIN photodiodes are suitable for optical communication devices because they can easily achieve a high bandwidth and low dark current. The prior art of such a PIN photodiode is described in, for example, "Physics of Semiconductor Devices, 2nd Edition J" by S.M.Sze¥f.
or Devlces 2nd Edltlon
) p., 754-760, etc.
このダイオードの代表的な断面構造を模式的に示すと、
第7図のようになる。図示の通り、n型のInP基板7
1の上面にはノンドープのGaInAsを結晶成長した
i型の光吸収層72が形成され、光吸収層72の表面付
近にはznの拡散あるいはBeのイオン注入でp u
ra域73が形成されている。p型頭域73にオーミッ
ク接触するpal極74はAu/Zn/Auからなり、
InP基板71の裏面にオーミック接触するn!!2電
極′75は^uGe/Ni等からなっている。A typical cross-sectional structure of this diode is shown schematically.
It will look like Figure 7. As shown in the figure, an n-type InP substrate 7
An i-type light absorption layer 72 is formed by crystal-growing non-doped GaInAs on the upper surface of 1. Near the surface of the light absorption layer 72, p u is formed by Zn diffusion or Be ion implantation.
A ra area 73 is formed. The pal pole 74 in ohmic contact with the p-type head region 73 is made of Au/Zn/Au,
n! makes ohmic contact with the back surface of the InP substrate 71. ! The two electrodes '75 are made of uGe/Ni or the like.
しかしながら、上記の従来技術では、拡散工程やイオン
注入工程を経てPINフォトダイオードのp型頭域73
が作製されるため、製造工程が複雑化するだけでなく、
下記のような特性上の欠点も有していた。すなわち、Z
nの拡散は熱処理を伴い、またBeのイオン注入でもア
ニールと呼ばれる熱処理を伴うため、光吸収層72を形
成するGa1nAsの純度が低下する。また、n型電極
74としてAu/Zn/Auを用いるときは合金化(ア
ロイ)処理を伴うため、Auが半導体中の1μm程度の
深さまで拡散されてしまう。このため、PINフォトダ
イオードの暗電流が(光hνを入射しないときの逆方向
電流)増加してしまう欠点があった。However, in the above conventional technology, the p-type head region 73 of the PIN photodiode is formed through a diffusion process and an ion implantation process.
Not only does this complicate the manufacturing process, but
It also had the following characteristic defects. That is, Z
Diffusion of n involves heat treatment, and ion implantation of Be also involves heat treatment called annealing, so the purity of Ga1nAs forming the light absorption layer 72 decreases. Further, when Au/Zn/Au is used as the n-type electrode 74, an alloying process is involved, so Au is diffused to a depth of about 1 μm in the semiconductor. For this reason, there is a drawback that the dark current of the PIN photodiode (reverse current when no light hv is incident) increases.
そこで本発明は、暗電流を低減させたPINフォトダイ
オードを提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a PIN photodiode with reduced dark current.
本発明に係るPINフォトダイオードは、基板と、この
基板上に不純物ドーピングを伴って順次に結晶成長され
たn型、i型およびp型のGaInAs層と、最上層の
p型Ga1nAs層にオーミック接触して形成されたノ
ンアロイ電極とを備えることを特徴とする。The PIN photodiode according to the present invention has a substrate, n-type, i-type, and p-type GaInAs layers that are successively crystal-grown with impurity doping on the substrate, and an ohmic contact between the top layer of the p-type GaInAs layer. It is characterized by comprising a non-alloy electrode formed as follows.
本発明によれば、n型、i型およびp型のGaInAs
層を形成する際に格別の熱処理をしなくてもよいので、
n型Ga1nAsからなる光吸収層を高純度に保つこと
ができる。また、p型電極はノンアロイで形成されてい
るので、このp型電極の構成材料が光吸収層上のp型頭
域に拡散されてしまうこともない。According to the present invention, n-type, i-type and p-type GaInAs
Since there is no need for special heat treatment when forming the layer,
The light absorption layer made of n-type Ga1nAs can be maintained at high purity. Further, since the p-type electrode is formed of non-alloy, the constituent material of the p-type electrode will not be diffused into the p-type head region on the light absorption layer.
以下、添付図面を参照して、本発明の詳細な説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
第1図は実施例に係るPINフォトダイオード断面図で
ある。FIG. 1 is a cross-sectional view of a PIN photodiode according to an embodiment.
図示の通り、半絶縁性のInP基板11の上面には、不
純物ドーピングを伴ったエピタキシャル成長によるn型
Ga1nAs層12が形成され、このn型Ga1nAs
層12の上には不純物ドーピングを伴わないエピタキシ
ャル成長によるアンドープのn型Ga In Asから
なる光吸収層13が形成されている。更に、光吸収層1
3の上には不純物ドーピングを伴ったエピタキシャル成
長によるp型Ga In As層14が形成されている
。As shown in the figure, an n-type Ga1nAs layer 12 is formed on the upper surface of a semi-insulating InP substrate 11 by epitaxial growth with impurity doping.
A light absorption layer 13 made of undoped n-type Ga In As is formed on the layer 12 by epitaxial growth without impurity doping. Furthermore, the light absorption layer 1
A p-type Ga In As layer 14 is formed on the layer 3 by epitaxial growth with impurity doping.
このような構成の半導体層はメサエッチングされ、第1
図のようにn型Ga I nAs層は電極形成のため表
面が露出している。The semiconductor layer having such a structure is mesa-etched, and the first
As shown in the figure, the surface of the n-type GaInAs layer is exposed for electrode formation.
n型電極15はp型GaInAs層14の上にTi /
P、t /Auをノンアロイで積層して形成され、n型
電極16は露出したn型Ga In As層12の上に
AuGe/Ni等を積層し、アロイを施して形成される
。ここで、n型電極15についテハ、TIの厚サバ例え
ば300〜800A。The n-type electrode 15 is made of Ti/
The n-type electrode 16 is formed by laminating P, t 2 /Au in a non-alloy manner, and the n-type electrode 16 is formed by laminating AuGe/Ni or the like on the exposed n-type Ga In As layer 12 and applying an alloy. Here, the thickness of the n-type electrode 15 is, for example, 300 to 800A.
Ptの厚サバ例えば3oo〜8ooASAuの厚さは例
えば500〜200OAに設定される。このようなTl
/Pt/Auを用いると、ノンアロイでp型オーミック
電極を得ることができる。なお、Au (200〜8
00A)/Zn (400〜800 A ) / A
u (500〜200 OA )をn型電極15とし
て用いることも可能である。The thickness of Pt, for example, 30 to 80 OA, is set to 500 to 200 OA. Tl like this
/Pt/Au allows a non-alloy p-type ohmic electrode to be obtained. In addition, Au (200~8
00A)/Zn (400~800A)/A
It is also possible to use u (500 to 200 OA) as the n-type electrode 15.
実施例のPINフォトダイオードでは、p型Ga1nA
s層14についてもエピタキシャル成長で形成され、ま
たn型電極15はノンアロイで形成されているので、光
吸収層13のGa InAsは十分な高純度に保つこと
ができる。また、n型電極15の構成材料がp型Ga1
nAs層14に拡散していくこともないので、暗電流を
著しく低減できる。さらにn型電極15はノンアロイで
あるため、その下のp型GaInAs層14を十分に薄
くする(例えば1μm以下)ことができるので空乏層内
で発生するキャリアが増加し、広帯域化も可能になる。In the PIN photodiode of the example, p-type Ga1nA
Since the s-layer 14 is also formed by epitaxial growth and the n-type electrode 15 is formed of non-alloy, the Ga InAs of the light absorption layer 13 can be maintained at a sufficiently high purity. Furthermore, the constituent material of the n-type electrode 15 is p-type Ga1.
Since it does not diffuse into the nAs layer 14, dark current can be significantly reduced. Furthermore, since the n-type electrode 15 is non-alloy, the p-type GaInAs layer 14 underneath can be made sufficiently thin (for example, 1 μm or less), which increases the number of carriers generated in the depletion layer, making it possible to widen the band. .
第2図は実施例によるPINフォトダイオードの暗電流
低減効果を、従来のPINフォトダイオードと対比説明
するV−1特性図である。同図(a)は従来のPINフ
ォトダイオードに対応し、Au (300A)/Zn
(100A)/Au(100OA)をp型電極とし
て用いて、400℃、60秒のアロイを施したものであ
る。逆バイアスを一2V程度としたときでも、数μAの
大きな暗電流が現れている。同図(b)は本発明のPI
Nフォトダイオードに対応し、TI (500A)
/Pt (500A) /Au (100OA)をノン
アロイのp型電極として用いたものである。FIG. 2 is a V-1 characteristic diagram illustrating the dark current reduction effect of the PIN photodiode according to the embodiment in comparison with a conventional PIN photodiode. The same figure (a) corresponds to the conventional PIN photodiode, and the Au (300A)/Zn
Alloying was performed at 400°C for 60 seconds using (100A)/Au (100OA) as a p-type electrode. Even when the reverse bias is set to about -2V, a large dark current of several μA appears. The figure (b) shows the PI of the present invention.
Compatible with N photodiode, TI (500A)
/Pt (500A) /Au (100OA) is used as a non-alloy p-type electrode.
逆バイアスを一10V程度としたときでも、数nAの低
い暗電流に抑えられている。このように、ノンアロイコ
ンタクトをp型電極に用いることで、暗電流をμAオー
ダーからnAオーダーに著しく低減できる。Even when the reverse bias is set to about -10V, the dark current is suppressed to a low level of several nA. In this way, by using a non-alloy contact for the p-type electrode, the dark current can be significantly reduced from the μA order to the nA order.
なお、n型電極16についてもノンアロイコンタクトと
することが可能である。Note that the n-type electrode 16 can also be made of a non-alloy contact.
次に、本発明者らが行なった具体例を説明する。Next, a specific example carried out by the present inventors will be explained.
本発明者らはOMVPE (有機金属気相成長)法を用
いて、PINフォトダイオードとHEMT(高電子移動
度トランジスタ)からなる0EIC(光電子集積回路)
を試作したが、HEMTについては本発明とは直接に関
係しないので、詳細な説明は省略する。The present inventors used the OMVPE (organic metal vapor phase epitaxy) method to create an 0EIC (optoelectronic integrated circuit) consisting of a PIN photodiode and a HEMT (high electron mobility transistor).
Although the HEMT is not directly related to the present invention, a detailed explanation thereof will be omitted.
エピタキシャル成長
OMVPE装置としては、減圧、縦型リアクタの装置を
用い、表1に示す条件において成長を行った。Galn
As層の純度としては、キャリア密度約lX10cm、
室温での電子移動度的10000cd/Vsが得られて
いる。HEMTにおいてはへテロ接合界面の急峻性が重
要であるが、シュブニコフ・ド・ハース効果よりn−A
lInAs/GaInAs選択ドープ構造において2次
元電子の存在を確認しており、良好な界面急峻性が実現
されているものと考えられる。この選択ドープ構造にお
ける室温電子移動度は約10000cj / V sで
あり、MBE (分子線エピタキシー)法による値と同
程度の値を得ている。As the epitaxial growth OMVPE apparatus, a reduced pressure, vertical reactor apparatus was used, and growth was performed under the conditions shown in Table 1. Galn
As for the purity of the As layer, the carrier density is about 1×10 cm,
An electron mobility of 10,000 cd/Vs at room temperature has been obtained. In HEMT, the steepness of the heterojunction interface is important, but the n-A
The existence of two-dimensional electrons has been confirmed in the lInAs/GaInAs selectively doped structure, and it is thought that good interface steepness has been achieved. The room temperature electron mobility in this selectively doped structure is about 10000 cj/Vs, which is comparable to the value obtained by the MBE (molecular beam epitaxy) method.
プロセス
受信0EICの構造としては、第3図のようにHEMT
層とPINフォトダイオード(P I N−PD)層を
積層した構造を用いた。表2にエピタキシャル層構造を
示す。基板31側からHEMT層32〜34、■nPエ
ッチストップ層35、PINフォトダイオード層36〜
38の順に積層している。The structure of the process reception 0EIC is as shown in Figure 3.
A structure in which a layer and a PIN photodiode (PIN-PD) layer were stacked was used. Table 2 shows the epitaxial layer structure. From the substrate 31 side: HEMT layers 32 to 34, nP etch stop layer 35, PIN photodiode layer 36 to
They are stacked in the order of 38.
表2、エピタキシャル層構造
第3図に試作した受信0EICの断面模式図を示す。ま
ず、メサエッチングによりPDメサ部を形成するが、こ
の際にりん酸系の選択エツチング液を用いて、エツチン
グをInPエッチストップ層3層上5上止させる。次に
、このエッチストップ層35を除去してHEMT層32
〜34を露出させたのち、メサエッチングにより素子間
分離を行う。その後、Au Ge /Ti /Auより
なるn型オーミック電極41、Ti /PL /Au
p型オーミック電極42、PL/Auゲート電極43、
Ti/Au配線44を順次リフトオフにより形成した。Table 2 and epitaxial layer structure FIG. 3 show a schematic cross-sectional view of a prototype receiving 0EIC. First, a PD mesa portion is formed by mesa etching, and at this time, a phosphoric acid-based selective etching solution is used to stop the etching on the three InP etch stop layers. Next, this etch stop layer 35 is removed and the HEMT layer 32 is removed.
After exposing 34, elements are separated by mesa etching. After that, an n-type ohmic electrode 41 made of Au Ge /Ti /Au, Ti /PL /Au
p-type ohmic electrode 42, PL/Au gate electrode 43,
Ti/Au wiring 44 was sequentially formed by lift-off.
パターン形成にはDeepUVコンタクト・アライナを
用いており、表面段差が約3μmあるにもかかわらず1
μmゲート長のFET作製が可能である。オーミック電
極の合金化(アロイ)は、n型オーミック電極41につ
いてのみ行った。A Deep UV contact aligner is used for pattern formation, and despite the surface level difference of approximately 3 μm, the
It is possible to fabricate an FET with a μm gate length. Alloying of the ohmic electrode was performed only on the n-type ohmic electrode 41.
合金化温度は350℃である。p型オーミック電極42
は合金化の際に電極材料が1層37までシンクすると暗
電流の増加を招くため、ノンアロイオーミック電極を用
いている。The alloying temperature is 350°C. p-type ohmic electrode 42
A non-alloy ohmic electrode is used because if the electrode material sinks to one layer 37 during alloying, dark current will increase.
PINフォトダイオード
PINフォトダイオードは、受光径50μmおよび20
μmのものを作製した。これらのダイードの接合径はリ
ング電極幅および位置合わせ余裕分だけ受光径より大き
くなっており、接合径は受光径50μmおよび20μm
に対してそれぞれ80μmおよび50μmである。接合
容量は逆バイアスが2Vのとき、それぞれ0.4pFお
よび0.15pFであった。第4図に試作したフォトダ
イオードのI−V特性を示す。逆バイアス−2vにおけ
る暗電流は約500pAである。第5図に波長1.56
μmにおける光電流の照射光強度依存性を示す。フォト
ダイオードの感度として約IA/Wが得られている。こ
のPINフォトダイオードの光ショートパルスに対する
応答波形を第6図に示す。光源の立上り時間・立下り時
間も含めて、約50 psecの立上り時間、立下り時
間が得られている。PIN photodiode The PIN photodiode has a light receiving diameter of 50μm and 20μm.
A micrometer one was produced. The junction diameter of these diodes is larger than the light receiving diameter by the width of the ring electrode and alignment margin, and the joining diameter is 50 μm and 20 μm.
80 μm and 50 μm, respectively. The junction capacitances were 0.4 pF and 0.15 pF, respectively, when the reverse bias was 2V. FIG. 4 shows the IV characteristics of the prototype photodiode. The dark current at reverse bias -2v is about 500 pA. In Figure 5, the wavelength is 1.56.
The dependence of photocurrent on irradiation light intensity in μm is shown. Approximately IA/W was obtained as the sensitivity of the photodiode. FIG. 6 shows the response waveform of this PIN photodiode to an optical short pulse. Including the rise time and fall time of the light source, a rise time and fall time of approximately 50 psec were obtained.
以上、詳細に説明した通り本発明では、n型、i型およ
びp型のGaInAs層を形成する際に格別の熱処理を
しなくてもよいので、i型GaInAsからなる光吸収
層を高純度に保つことができる。また、p型電極はノン
アロイで形成されているので、このp型電極の構成材料
が光吸収層上のp型頭域に拡散されてしまうこともない
。このため、暗電流を著しく低減させた高感度なPIN
フォトダイオードが得られる。As explained above in detail, in the present invention, there is no need for special heat treatment when forming n-type, i-type, and p-type GaInAs layers, so the light absorption layer made of i-type GaInAs can be formed with high purity. can be kept. Further, since the p-type electrode is formed of non-alloy, the constituent material of the p-type electrode will not be diffused into the p-type head region on the light absorption layer. Therefore, a highly sensitive PIN with significantly reduced dark current
A photodiode is obtained.
第1図は、本発明の実施例に係るPINフォトダイオー
ドの断面図、第2図は、本発明のPINフォトダイオー
ドの暗電流を従来のPINフォトダイオードと比較する
図、第3図は、具体例に係るPINフォトダイオードを
用いた0EICの断面図、第4図は、第3図のPINフ
ォトダイオードI−V特性図、第5図は、第3図のPI
Nフォトダイオードにおける光電流の入射強度依存性を
示す図、第6図は、第3図のPINフォトダイオードの
光ショートパルス応答を示す図、第7図は、従来のPI
Nフォトダイオードの断面図である。
11−−− I n P基板、12−n型Ga1nAs
層、13−・・i型Ga1nAs(光吸収層)、14−
p型Ga1nAs層(p型頭域)、15・ p型電極(
ノンアロイ電極)、16・・・n型電極。
特許出願人 住友電気工業株式会社
代理人弁琲士 長谷用 芳 樹第1図
本発明
鴫電流の毘殻
’jn (mW)
光電ラホミの人身り°光弓むN依ぞ多イ生冨5図
PfNフオトタ゛イオードの光シトトノ問じた答第6
図
第3図
第7回FIG. 1 is a cross-sectional view of a PIN photodiode according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram comparing the dark current of the PIN photodiode of the present invention with a conventional PIN photodiode, and FIG. A cross-sectional view of an 0EIC using a PIN photodiode according to an example, FIG. 4 is a PIN photodiode IV characteristic diagram of FIG. 3, and FIG. 5 is a PI
FIG. 6 is a diagram showing the incident intensity dependence of the photocurrent in the N photodiode. FIG. 6 is a diagram showing the optical short pulse response of the PIN photodiode in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an N photodiode. 11--InP substrate, 12-n-type Ga1nAs
layer, 13-...i-type Ga1nAs (light absorption layer), 14-
p-type Ga1nAs layer (p-type head area), 15 p-type electrode (
non-alloy electrode), 16...n-type electrode. Patent Applicant: Sumitomo Electric Industries Co., Ltd. Attorney Yoshiki Hase Figure 1: The power of the current of the present invention (mW) Photoelectric Rahomi's human body Figure 5 PfN photodiode light source question and answer No. 6
Figure 3 Figure 7
Claims (1)
次に結晶成長されたn型、i型およびp型のGaInA
s層と、最上層のp型GaInAs層にオーミック接触
して形成されたノンアロイ電極とを備えることを特徴と
するPINフォトダイオード。 2、前記ノンアロイ電極はTi/Pt/Auからなる請
求項1記載のPINフォトダイオード。 3、前記ノンアロイ電極はAu/Zn/Auからなる請
求項1記載のPINフォトダイオード。[Claims] 1. A substrate, and n-type, i-type, and p-type GaInA crystals grown sequentially on this substrate with impurity doping.
A PIN photodiode comprising an s layer and a non-alloy electrode formed in ohmic contact with an uppermost p-type GaInAs layer. 2. The PIN photodiode according to claim 1, wherein the non-alloy electrode is made of Ti/Pt/Au. 3. The PIN photodiode according to claim 1, wherein the non-alloy electrode is made of Au/Zn/Au.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP88325488A JPH02170580A (en) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | PIN photodiode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP88325488A JPH02170580A (en) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | PIN photodiode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02170580A true JPH02170580A (en) | 1990-07-02 |
Family
ID=18177436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP88325488A Pending JPH02170580A (en) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | PIN photodiode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02170580A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100352816B1 (en) * | 2000-03-10 | 2002-09-16 | 광주과학기술원 | Epitaxial structure of high-speed photodetector |
| JP2020184566A (en) * | 2019-05-07 | 2020-11-12 | 日本ルメンタム株式会社 | Semiconductor light receiving element and method for manufacturing the same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5891685A (en) * | 1981-11-26 | 1983-05-31 | Nec Corp | Light receiving element |
| JPS63158880A (en) * | 1986-12-23 | 1988-07-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical semiconductor device |
-
1988
- 1988-12-23 JP JP88325488A patent/JPH02170580A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5891685A (en) * | 1981-11-26 | 1983-05-31 | Nec Corp | Light receiving element |
| JPS63158880A (en) * | 1986-12-23 | 1988-07-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical semiconductor device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US11705528B2 (en) | 2019-05-07 | 2023-07-18 | Lumentum Japan, Inc. | Semiconductor light-receiving element and manufacturing method of semiconductor light-receiving element |
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