JPH0362977A - Long wavelength avalanche photodiode - Google Patents
Long wavelength avalanche photodiodeInfo
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- JPH0362977A JPH0362977A JP1198503A JP19850389A JPH0362977A JP H0362977 A JPH0362977 A JP H0362977A JP 1198503 A JP1198503 A JP 1198503A JP 19850389 A JP19850389 A JP 19850389A JP H0362977 A JPH0362977 A JP H0362977A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野」
この発明は、アバランシェフォトダイオード(以下AP
Dと略す)に、逆方向電圧を与え、空乏層をつくるバイ
アス回路と光信電流を取り出す出力回路を分離し、AP
Dの出力としてバイアス回路と空乏層容量の影響を与え
ないAPD構造に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] This invention relates to avalanche photodiodes (hereinafter referred to as AP).
AP
This relates to an APD structure in which the output of D is not affected by the bias circuit and depletion layer capacitance.
第2図は、従来の長波長APDの構造を示す断画図であ
る。図において、(la)はn”−InP 基板、(2
a)はn−InPバッファーノー(3a)はn−−In
QiAs もしくはC以下/で示す)、I nGaA
s P光吸収層、(4a〉は周波数応答を改善するため
のn−−InGaAsP FA、(5a)はn−InP
増倍層、(6)はn−InPガードリング/in、(7
)は保護絶縁膜、(8)はBeイオン注入によるガード
リング領域、(9)はCd拡散領域、σQは表面オーミ
ックIIE極、(ロ)は裏向オーミック電極である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional long wavelength APD. In the figure, (la) is an n”-InP substrate, (2
a) is n-InP buffer no (3a) is n--In
QiAs or C or less/), InGaA
s P light absorption layer, (4a> is n--InGaAsP FA to improve frequency response, (5a) is n-InP
Multiplier layer, (6) is n-InP guard ring/in, (7
) is a protective insulating film, (8) is a guard ring region formed by Be ion implantation, (9) is a Cd diffusion region, σQ is a surface ohmic IIE electrode, and (b) is a back ohmic electrode.
次に従来の長波長APD構造の製作方法を説明する。n
” −1nP基板(la)の上に、n−−1nPバツフ
ア一層(2a)、n InGaAs / InGaA
sP光吸収層(3a)、n−InGaAsP層(4a)
、n−InP増倍m(5a)、n −InPガードリン
グ層(6)を順次エピタキシャル成長する。Next, a method of manufacturing a conventional long wavelength APD structure will be explained. n
” -1 nP substrate (la), n--1 nP buffer layer (2a), n InGaAs/InGaA
sP light absorption layer (3a), n-InGaAsP layer (4a)
, n-InP multiplication m (5a), and n-InP guard ring layer (6) are epitaxially grown in sequence.
その後、 Beイオン注入とアニールにより、濃度勾配
の小さいP+n傾斜接合をもつガードリング領域(8)
とPn階段接合をつくるCd拡散領域(9)を形成する
。最後に表酊オーミック電極叫と裏酊オーミックWla
anを形成し、長波長APD構造が製作される。After that, by Be ion implantation and annealing, a guard ring region (8) with a P+n graded junction with a small concentration gradient is formed.
and a Cd diffusion region (9) forming a Pn step junction. Finally, the front drunken ohmic electrode scream and the back drunkenness ohmic Wla
an and a long wavelength APD structure is fabricated.
次に長波長APD構造の動作原理を説明する。長波長の
光は、リング状の表百オーミック電極CIOで囲まれた
受光面より入射し、保護絶縁膜(7)、Cd拡散領域(
9)、n−↓InP増倍膚(5a)、n−−InGaA
sP層(4a)の各層を効率よく透過し、全てn−1n
GaAs /InGaAsP光吸収/1i(3a)で吸
収され、光励起によるキャリア対を発生する。表面オー
ミック電極αQ1裏石オーミック′lIt極(6)の間
には、常にCa拡散領域(97の下のn−−InP増倍
m(5a)である増倍領域において、アバランシェでレ
ークダウンを起こす寸前の逆方向電圧が、かけられてお
り、n InGaAs /I nGaAsP光吸収I
I(3a)まで十分空乏層は延びている。I −1nG
aAs / 1 nGaAsP光映収量(3a)で発生
したキャリア対は、この空乏層にかかる電界によりドリ
フトする。この場合、ホールが増倍領域に注入され、高
電界によりなだれ的にInPの原子的に1nP中の原子
をイオン化しホールをアバランシェ増倍していく。In
Pは、ホールのイオン化率が電子よりも大きく、注入ホ
ールが増倍領域を通過する時間で増倍キャリアの発生が
ほぼ終了するので過剰雑音が少なく、微小信号の増倍及
び高速応答が得られるため、第2図6ζ示されるような
伝導型の組合わせが用いられている。Next, the operating principle of the long wavelength APD structure will be explained. The long-wavelength light enters the light-receiving surface surrounded by the ring-shaped 100-ohmic electrode CIO, and passes through the protective insulating film (7) and the Cd diffusion region (
9), n-↓InP multiplied skin (5a), n--InGaA
It efficiently passes through each layer of the sP layer (4a), and all n-1n
It is absorbed by GaAs/InGaAsP light absorption/1i (3a) and generates carrier pairs by light excitation. Between the front ohmic electrode αQ1 and the back ohmic 'lIt pole (6), avalanche always occurs in the Ca diffusion region (the multiplication region which is n--InP multiplication m(5a) below 97). A nearly reverse voltage is applied, and nInGaAs /I nGaAsP light absorption I
The depletion layer extends sufficiently to I(3a). I-1nG
Carrier pairs generated at the aAs/1 nGaAsP optical yield (3a) drift due to the electric field applied to this depletion layer. In this case, holes are injected into the multiplication region, and the atoms in 1nP of InP are ionized in an avalanche manner by a high electric field, and the holes are avalanche multiplied. In
With P, the ionization rate of holes is higher than that of electrons, and the generation of multiplication carriers is almost completed in the time it takes for the injected holes to pass through the multiplication region, so there is little excess noise, multiplication of minute signals, and high-speed response can be obtained. Therefore, a combination of conduction types as shown in FIG. 26ζ is used.
従来の長波長APDは以上のようC?−構成されている
ので、表面、裏if+z対のオーミック電極を通しテ高
い逆バイアスが与えられ、また光信号が出力される。よ
って相互の影響があり、APDの出力にはi11周波フ
ィルターが必要とされる。また出力側にCd拡散(P+
)領域のりくる空乏層容量が影響し、高周波応答の劣化
の原因となる。この発明は、以上のような問題を解決す
るためになされたもので、高周波フィルター回路が不要
で、かつ高周波特性の良いAPDを得ることを目的とす
る。The conventional long wavelength APD is C? - structure, a high reverse bias is applied through the front and rear if+z pairs of ohmic electrodes, and an optical signal is output. Therefore, there is a mutual influence, and an i11 frequency filter is required at the output of the APD. Also, Cd diffusion (P+
) region is affected by the depletion layer capacitance, which causes deterioration of high frequency response. The present invention was made to solve the above problems, and aims to provide an APD that does not require a high frequency filter circuit and has good high frequency characteristics.
この発明lζ係るI nGaAs / I nGaAs
PのAPD構造は、反転層型NMO5トランジスタとA
PDを組合せ、光により光吸収層で発生し、増倍層で増
倍した電子をn型チャネルのキャリアとするものである
。InGaAs/InGaAs according to this invention
The APD structure of P is an inversion layer type NMO5 transistor and A
In this device, PDs are combined, and electrons generated by light in a light absorption layer and multiplied in a multiplication layer are used as carriers in an n-type channel.
この発明における、反転層型NMOSトランジスタとA
PDを組合せた構造は、NMO3)ランジスタのゲート
領域4r−APD構造を形成する。ゲート電圧による空
乏層を用いて光励起された電子を増倍しゲートwL極下
に集める。これらの電子は、n型チャネルをドリフトし
N0M5 トランジスタの出力として得られる。よって
APD 4こ逆方向電圧を与え、空乏層をつくるバイア
ス回路と光信号電流を取り出す出力回路を力離したAP
D構造を製作することができる。Inversion layer type NMOS transistor and A
The combined structure of PDs forms a gate region 4r-APD structure of an NMO3) transistor. Photo-excited electrons are multiplied using a depletion layer created by the gate voltage and collected under the gate wL. These electrons drift through the n-type channel and are obtained as the output of the N0M5 transistor. Therefore, the APD 4 is an AP that applies a reverse voltage and separates the bias circuit that creates a depletion layer and the output circuit that takes out the optical signal current.
D structure can be manufactured.
〔実施例)
以下、この発明の一実施例を図によって説明する。第1
図は反転層型NMO5)ランジスタとAPDを組合せた
1 nGaAs / 1 nGaAsPのAPDの構造
を示す断面図である。図において(7)、(6)は第2
図の従来例に示したものと同等である。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. 1st
The figure is a cross-sectional view showing the structure of a 1 nGaAs/1 nGaAsP APD that combines an inversion layer type NMO5) transistor and an APD. In the figure, (7) and (6) are the second
This is equivalent to the conventional example shown in the figure.
次に′製造方法について説明する。P+−1nP基板(
lb)上に、P −InPバッファーノー2b) 、
P −InGaAsP −1nGaAsP光吸収HJ
(3b)、P−−1nGaAsP(4b)、P−1nG
aAaP 増倍m (5b)のエピタキシャル層を形成
することは、第2図の従来例に示したものと同じである
。ただし移動度の大きな電子をチャネルのキャリアとす
るため、各半導体の伝導型は従来例と異なりP型である
。また、電子を増倍するため電子のイオン化率が、ホー
ルよりも大きなP−fnGaAsP増倍層As中ている
。Next, the manufacturing method will be explained. P+-1nP substrate (
lb) on top, P-InP buffer no 2b),
P -InGaAsP -1nGaAsP light absorption HJ
(3b), P--1nGaAsP (4b), P-1nG
The formation of the epitaxial layer of aAaP multiplication m (5b) is the same as that shown in the conventional example of FIG. However, since electrons with high mobility are used as channel carriers, the conductivity type of each semiconductor is P type, unlike the conventional example. Further, in order to multiply electrons, the ionization rate of electrons is higher than that of holes in the P-fnGaAsP multiplication layer As.
この発明による製造方法は、P−1nGaAsPを土台
としてN0M5 トランジスタを形成する。ここで(ハ
)はn″” 1nGaAsP領域、04はドレイン電極
、四はソース電極である。また四は、光を透過するゲー
ト電極で、1nxUyや5nxOy等の透明IIE極を
用いている。The manufacturing method according to the present invention forms a N0M5 transistor based on P-1nGaAsP. Here, (c) is an n'''' 1nGaAsP region, 04 is a drain electrode, and 4 is a source electrode. 4 is a gate electrode that transmits light, and a transparent IIE electrode such as 1nxUy or 5nxOy is used.
四はゲート電極□□□とオーミック接触をとる表面オー
ミック電極である。αGはゲート電圧6ζよるn型チャ
ネルである。4 is a surface ohmic electrode that makes ohmic contact with the gate electrode □□□. αG is an n-type channel with gate voltage 6ζ.
次に動作原理を説明する。ゲート電圧をかけるゲート電
極□□□から入射した光がp −I nGaAs/P−
1nGaAsP光吸収層(3b)で吸収されて電子を発
生し、ゲート電圧のりくる空乏層([界)Iこのり、P
−InGaAsP増倍層(5b)で増倍された′電子が
n型チャネルαQのキャリアとなってドレイン電極α4
、ソース′dl極μsのvIL極より出力される。Next, the operating principle will be explained. The light incident from the gate electrode □□□ to which the gate voltage is applied is p -I nGaAs/P-
Electrons are generated by being absorbed by the 1nGaAsP light absorption layer (3b), and the gate voltage is applied to the depletion layer (field) I, P
-The 'electrons multiplied by the InGaAsP multiplication layer (5b) become carriers of the n-type channel αQ, and the drain electrode α4
, is output from the vIL pole of the source 'dl pole μs.
以上のように、この発明によればAPD!@II作を行
なうための逆バイアス回路と光電流の出方回路が、完全
−こ分離されているため、それらの間の相互影響はなく
、高周波?イルター回路が必要でない。As described above, according to this invention, APD! Since the reverse bias circuit for @II operation and the photocurrent output circuit are completely separated, there is no mutual influence between them, and high frequency? No filter circuit required.
また、出力回路への空乏層容量の影響がなく、NMO5
トランジスタと面様に、簡単2こは、低い抵抗のみの等
価回路で表わされるため、高周波特性が良いという効果
がある。In addition, there is no effect of depletion layer capacitance on the output circuit, and NMO5
Like a transistor, a simple transistor is represented by an equivalent circuit with only a low resistance, so it has the advantage of good high frequency characteristics.
第1図はこの発明の一実施例による長波長APDの構造
を示す断百図、第2図は従来の長波長APDの構造を示
す断面図である。図において(1b)はP”−InP基
板、(2b)はP−1nPバッファ層、(3b)はP
’ −I nGaAs / P−−I nGaAsP光
吸収層、(4b)はP −InGaAsP 、 (5b
)はP−InGaAsP増倍層、(7)は保護絶縁膜、
OQは表向オーミックwt極、 (11)は裏部オーミ
ック電極、四はゲート電極、曽はn+−InGaAsP
領域、α4はドレイン電極、(4)はソース電極、Ql
はn型チャネルである。なお、図中、同一符号は同−又
は相等部分を示す。FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a long wavelength APD according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a conventional long wavelength APD. In the figure, (1b) is a P''-InP substrate, (2b) is a P-1nP buffer layer, and (3b) is a P''-InP substrate.
'-InGaAs/P--InGaAsP light absorption layer, (4b) is P-InGaAsP, (5b
) is a P-InGaAsP multiplication layer, (7) is a protective insulating film,
OQ is the front ohmic wt pole, (11) is the back ohmic electrode, 4 is the gate electrode, and so is n+-InGaAsP.
area, α4 is the drain electrode, (4) is the source electrode, Ql
is an n-type channel. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
イオードを組合せ、光により光吸収層で発生し、増倍層
で増倍した電子を、n型チヤネルのキャリアとすること
を特徴とする長波長アバランシエフオトダイオード。A long-wavelength avalanche photodiode that combines an inversion layer type NMOS transistor and an avalanche photodiode, and uses electrons generated in a light absorption layer by light and multiplied in a multiplication layer as carriers of an n-type channel. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1198503A JPH0362977A (en) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | Long wavelength avalanche photodiode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1198503A JPH0362977A (en) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | Long wavelength avalanche photodiode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0362977A true JPH0362977A (en) | 1991-03-19 |
Family
ID=16392218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1198503A Pending JPH0362977A (en) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | Long wavelength avalanche photodiode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0362977A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105590985A (en) * | 2015-12-31 | 2016-05-18 | 南京大学 | Optoelectronic device based on two-dimensional layered material p-i-n heterojunction |
| JP2018088494A (en) * | 2016-11-29 | 2018-06-07 | キヤノン株式会社 | Photo-detection device and photo-detection system |
Citations (3)
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| JPS62147786A (en) * | 1985-12-20 | 1987-07-01 | Mitsubishi Electric Corp | light detection element |
-
1989
- 1989-07-31 JP JP1198503A patent/JPH0362977A/en active Pending
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| US10283651B2 (en) | 2016-11-29 | 2019-05-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Photodetection device and system having avalanche amplification |
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