JP2003023174A - Avalanche photodiode - Google Patents

Avalanche photodiode

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JP2003023174A
JP2003023174A JP2001207484A JP2001207484A JP2003023174A JP 2003023174 A JP2003023174 A JP 2003023174A JP 2001207484 A JP2001207484 A JP 2001207484A JP 2001207484 A JP2001207484 A JP 2001207484A JP 2003023174 A JP2003023174 A JP 2003023174A
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JP
Japan
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electrode
avalanche photodiode
mesa
layer
apd
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Application number
JP2001207484A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuo Yokozuka
達男 横塚
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an avalanche photodiode(APD) that can solve the problem that an excessive electric current flows to the conventional APD and a p-n junction in the conventional APD may be broken in the worst case when the intensity of input signal light is high, because the conventional APD makes electric current multiplying actions, and the high-frequency responsiveness, multiplication factor, noise producing amount of the conventional ADP are not able to be adjusted independently, because the conventional APD is a two- pole terminal device. SOLUTION: This APD is constituted in a mesa structure in which the side face of a multiplying layer or a light absorbing layer from which current leakage frequently occurs when a high voltage is impressed upon the layer is prevented from being exposed on the side face of the structure by installing a third electrode to the portion of the light absorbing layer. In the structure, in addition, the high-frequency responsiveness and multiplication factor of the APD can be adjusted independently.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用光検出
器、光信号測定用検出器であるアバランシェフォトダイ
オード(以下ではAPDと略記する)の構造、製造法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photodetector for optical communication and a structure and manufacturing method of an avalanche photodiode (hereinafter abbreviated as APD) which is a detector for measuring an optical signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】波長が1.3μmないし1.56μm付
近の近赤外光を用いた光通信システムは、インターネッ
トの普及とともにデータ通信システムの基幹となってき
た。これまでは光通信に要求されるのは、広いバンド幅
の通信を長距離離れた場所間で実施できる長距離・大容
量のシステムであった。しかしながら、このような都市
間を結ぶような使用形態だけでなく、共同住宅や、オフ
ィスビルなどへの通信網として、光通信の持つ広帯域の
メリットが望まれるようになってきた。ここでは局所的
な通信網が各地に存在し、それらの地域網を基幹網が結
ぶようなシステムを想定している。ここで新たに要求さ
れた近距離、多数の利用者向けの地域網システムに対し
て、光通信以外の無線を用いたり、従来の同軸ケーブル
を用いるような通信システムの提案があるが、これらは
排他的でなく相互補完の形態を形成するものと予想され
ている。ここで、光通信は基幹系との同一のメディアで
あり、広帯域、外来ノイズに対しての信号品質を高く保
てる、ノイズの発生が少ない等の特性を生かして、より
基地局側の部分で使用されると予想されている。実際、
光通信はさらに狭い区域内(LAN)での使用例があ
り、ギガビットイーサーとして規格が出来つつある。
2. Description of the Related Art Optical communication systems using near-infrared light with a wavelength of around 1.3 μm to 1.56 μm have become the backbone of data communication systems with the spread of the Internet. Until now, what has been required for optical communication has been a long-distance, large-capacity system capable of performing wide-bandwidth communication between long-distance locations. However, not only in such a usage pattern for connecting cities, but also as a communication network for an apartment house, an office building, etc., the advantage of broadband provided by optical communication has been desired. Here, it is assumed that a local communication network exists in each place and a backbone network connects these regional networks. There are proposals for communication systems that use wireless other than optical communication or use conventional coaxial cables for the newly requested regional network systems for short distances and a large number of users. It is expected to form forms of mutual complement rather than exclusion. Here, optical communication is the same medium as the core system, and is used in the part closer to the base station by taking advantage of its characteristics such as wide band, high signal quality against external noise, and low noise generation. Is expected to be done. In fact
Optical communication has an example of use in a narrower area (LAN), and is being standardized as a Gigabit Ethernet.

【0003】このような光通信の大衆化により、システ
ムの部品に対する要求としては、個々の部品の低コスト
化、システム構成部品点数の少量化が図れる多機能性、
高性能、長期間使用できるための高信頼性がある。これ
にはシステム毎に、そのシステムにあわせて部品やモジ
ュールを用意するのではなく、規格の共通化を進めるこ
と、様々な場面で適切に機能するように、広い動作範囲
を有することなどで達成できるものと思われる。
Due to the popularization of such optical communication, the requirements for system parts are such that the cost of individual parts can be reduced and the number of system constituent parts can be reduced.
It has high performance and high reliability because it can be used for a long time. To achieve this, instead of preparing parts and modules for each system, we will promote standardization of standards and have a wide operating range so that they can function properly in various situations. It seems that you can do it.

【0004】光通信の重要な能動部品として受光素子が
有るが、この場合高感度、広帯域、低ノイズが同時に実
現され、また外界の環境としての温度や、動作電流によ
る経時劣化が少ないなどの信頼性を有しているならば、
多様なシステムに対して、一つの部品で対応でき、上記
の目的を達成することになる。しかしながら、広く使わ
れているPIN型の受光素子では、自己増幅作用を有し
ていないことで高感度の点で劣る。
There is a light receiving element as an important active component of optical communication. In this case, high sensitivity, wide band and low noise are realized at the same time, and reliability such as temperature as an external environment and little deterioration with time due to operating current is high. If you have sex,
A single component can be used for various systems, and the above-mentioned object can be achieved. However, the widely used PIN type light receiving element is inferior in high sensitivity because it does not have a self-amplifying action.

【0005】APDとして高速応答ができるものが要求
されるようになり、特に過剰雑音の低減を目指してキャ
リアの増倍層として、超格子を用いたものが開発された
(アプライドフィジック55巻10号 1989年 9
93頁)。この報告では、電子と正孔のイオン化率(そ
れぞれα、βで表される)の比α/βを大きくするため
にInAlAs/InGaAsPからなる超格子層を増
倍層に用いている。この超格子層では価電子帯の不連続
は小さく、伝導帯の不連続が大きいために、αが大きく
なり、比α/βを大きくすることができ、低雑音化、高
速化に有効である。さらに、高速応答をさせるために
は、素子の持つ固有の容量を小さくすることが必要であ
り、例えば上記論文中では直径100μmの島状に受光
部を形成し、それ以外の領域の多層膜をウエットエッチ
ングで除去している。さらに高速応答をねらうためには
例えば直径40μmとするなどのことが行われている。
しかしながら、このような島状の構造(以下ではこの構
造をメサないしメサ構造という)を作ると、p−n接合
が島状の構造の側壁に露出することになる。通常この露
出部分は、ポリイミドあるいはシリコンの酸化膜ないし
窒化膜で覆うことにより大気から遮断して保護してい
る。
As APDs capable of high-speed response have been demanded, a superlattice has been developed as a carrier multiplication layer particularly for the purpose of reducing excess noise (Applied Physics Vol. 55, No. 10). 1989 9
Page 93). In this report, a superlattice layer made of InAlAs / InGaAsP is used as a multiplication layer in order to increase the ratio α / β of the ionization rates of electrons and holes (denoted by α and β, respectively). In this superlattice layer, the valence band discontinuity is small and the conduction band discontinuity is large, so that α becomes large and the ratio α / β can be made large, which is effective in reducing noise and speeding up. . Furthermore, in order to achieve a high-speed response, it is necessary to reduce the inherent capacitance of the element. For example, in the above paper, the light receiving portion is formed in an island shape with a diameter of 100 μm, and the multilayer film in other regions is formed. It is removed by wet etching. Further, in order to achieve a high speed response, for example, the diameter is set to 40 μm.
However, when such an island structure (hereinafter, this structure is referred to as a mesa or a mesa structure) is formed, the pn junction is exposed on the sidewall of the island structure. Usually, this exposed portion is covered with an oxide film or a nitride film of polyimide or silicon to shield it from the atmosphere and protect it.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特にア
バランシェフォトダイオードにおいては、電流増倍作用
があるために、入力信号光の強度が大きい場合には電流
が流れすぎ、最悪APDの中のpn接合が破壊される。
光ファイバーを用いたネットワーク、特にGbit E
ther,10Gbit Etherでは短距離から、
長距離まで様々な伝送距離に応じた規格が並立するもの
となる(日経エレクトロニクス 2000.6.19
no.772 p65)。この場合には接続先に対して
距離のみでなく、途中の状況に応じて検出の場所での信
号光の強度が変わり、それらの設定のを現場を行うこと
に余分な手数がかかる。また、光信号が強い場合にはA
PDの破壊も発生したりする。
However, especially in the avalanche photodiode, since there is a current multiplication effect, the current flows too much when the intensity of the input signal light is large, and the pn junction in the APD is worst in the worst case. Destroyed.
Optical fiber network, especially Gbit E
in the the 10Gbit Ether from a short distance,
Standards corresponding to various transmission distances up to a long distance will be lined up (Nikkei Electronics 2000.6.19)
no. 772 p65). In this case, not only the distance to the connection destination but also the intensity of the signal light at the detection location changes according to the situation in the middle, and it takes extra time and effort to perform those settings on site. If the optical signal is strong, A
The PD may be destroyed.

【0007】また、フォトニック通信では光信号をルー
ターなどの部位で電気信号に変換することなく、信号光
の行く先を変更をミラーを用いた光スイッチなどで行
う。この場合も、発信者と、受信者の組み合わせが変わ
ることで、受光レベルが大きく変動する。この際に受信
光強度の変動に対する最適なAPDの動作条件に調整を
するのは困難である。すなわち、APDは二極端子のデ
バイスであるがために、高周波応答性、増倍率、雑音の
発生量などが独立に調整が不可能である。
In photonic communication, the destination of signal light is changed by an optical switch using a mirror without converting the optical signal into an electric signal at a site such as a router. Also in this case, the light reception level fluctuates greatly due to a change in the combination of the sender and the receiver. At this time, it is difficult to adjust to the optimum operating condition of the APD with respect to the fluctuation of the received light intensity. That is, since the APD is a device with a bipolar terminal, it is impossible to independently adjust the high frequency response, the multiplication factor, the amount of noise generated, and the like.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、光吸収層の部位に第三電極を設置し、メ
サ構造において高電界がかかり、電流の漏洩が発生する
頻度の高い部位である増倍層や光吸収層のメサ側面が露
出しないようにする構造を設置するとともに、高周波応
答性、増倍率を独立に調整出来る構造を提供する。すな
わち、基本となる半導体の積層構造及びメサ構造は従来
のものと同様であるが、メサ側壁部分の一部を覆うよう
に新たな電極を設け、その他のメサ側壁部分を半絶縁性
に変質させる。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a third electrode at the portion of the light absorption layer, and a high electric field is applied to the mesa structure to reduce the frequency of current leakage. A structure that prevents the mesa side surfaces of the multiplication layer and the light absorption layer, which are high parts, from being exposed is provided, and a structure in which the high-frequency response and the multiplication factor can be independently adjusted is provided. That is, the basic semiconductor laminated structure and mesa structure are the same as those of the conventional one, but a new electrode is provided so as to cover a part of the mesa side wall portion, and the other mesa side wall portions are transformed into semi-insulating properties. .

【0009】このようにして、制御電極を設置し、その
他の高い電界のかか部分を保護することで、高周波特性
の低減、雑音の増加を避けながら、かつ強い光信号の入
力にも耐え、信頼性も高いアバランシェフォトダイオー
ドが実現される。
In this way, by installing the control electrode and protecting the heel portion of other high electric fields, it is possible to avoid a reduction in high frequency characteristics and an increase in noise, and also to endure a strong optical signal input, and to be reliable. An avalanche photodiode with high performance is realized.

【0010】この第三電極を形成するとともに、その部
分の下に空乏層を発生させるような、例えばpn接合、
ショットキ接合、もしくは、金属−誘電体−半導体構造
(MIS構造)の様な構造のいずれかを設置する。この
処置によりメサ部の表面近傍に空乏層を形成すると、キ
ャリアがメサ側壁に向かっても表面に達することがない
効果がある。このような構成により、かつ強度が大きな
光入力に対して壊れにくいアバランシェフォトダイオー
ドを提供できる。
When the third electrode is formed and a depletion layer is generated under that portion, for example, a pn junction,
Either a Schottky junction or a structure such as a metal-dielectric-semiconductor structure (MIS structure) is provided. By forming a depletion layer in the vicinity of the surface of the mesa portion by this treatment, there is an effect that carriers do not reach the surface even toward the side wall of the mesa. With such a configuration, it is possible to provide an avalanche photodiode that is not easily broken by an optical input having high intensity.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】請求項1記載の本発明は、InP
基板上に、少なくとも以下に記載するような層からなる
構造を持つ素子にかかわるものである。すなわち、その
InP基板と同じ型で、同程度の高い導電性を持つIn
Pバッファ層が最初に形成され、さらにその上に意図的
に不純物を添加しない高純度でかつInP基板に0.4
%以内で格子整合した3元系のInAlAs層と、同じ
くInPに0.4%以内で格子整合しかつエネルギーギ
ャップが0.85eVより大きな値を持つ4元系のIn
GaAsP層であって、共に厚さが5nmから20nm
の範囲にある層を交互に10周期以上積層した超格子か
らなるキャリア増倍層を有し、さらにその上に光を吸収
して電子正孔対を生成するInPに格子整合した組成を
持ち、基板とは導電性が異なるInGaAs光吸収層が
あり、さらにその上に基板と反対でかつ高い導電性を持
つ電極層を持つような構成の多層膜結晶から、実際にこ
の半導体多層構造を持つ受光領域が断面が台形の島(メ
サ)状に形成されたことを特徴とするアバランシェフォ
トダイオードである。なお、基板と反対でかつ高い導電
性を持つ電極層に接して金属を用いた電極を有してお
り、これをここでは上面電極と呼ぶ事にする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention according to claim 1 is based on InP.
It relates to an element having a structure composed of at least the following layers on a substrate. In other words, In, which has the same type as the InP substrate and has the same high conductivity,
A P buffer layer is first formed, and on the InP substrate, 0.4 is formed on the InP substrate with high purity in which impurities are not intentionally added.
% Lattice-matched ternary InAlAs layer, and also quaternary InAl lattice-matched to InP within 0.4% and having an energy gap larger than 0.85 eV.
GaAsP layers, both having a thickness of 5 nm to 20 nm
Has a carrier multiplication layer consisting of a superlattice in which layers in the range of 10 are alternately laminated for 10 cycles or more, and further has a composition lattice-matched to InP that absorbs light to generate electron-hole pairs, The InGaAs light absorption layer, which has a different conductivity from the substrate, and the multi-layered crystal that has the electrode layer that is opposite to the substrate and has a high conductivity on top of that has the effect of actually receiving this semiconductor multilayer structure. The avalanche photodiode is characterized in that the region is formed in the shape of a trapezoidal island (mesa). Note that an electrode using a metal is provided in contact with an electrode layer which is opposite to the substrate and has high conductivity, and this is referred to as an upper surface electrode here.

【0012】ここで、請求項2に記載のように、メサ状
に形成された受光部、増倍層の露出した側面近傍(素子
のサイズ、不純物の添加濃度によって依存するが、側面
の表面から内側に高々2μm以内の深さの領域であると
定義する)の 一つもしくは独立した複数の第三電極を
設けることにより、素子内部を流れる本来の信号電流を
制御することが可能となる。この請求項2の要求する機
能である空乏層を側面近傍に発生を実施するために、請
求項3から5の様な界面構造を、実際に使用するもの
で、これらは第3電極の具体的な構造となる。
Here, as described in claim 2, the light receiving portion formed in a mesa shape, the vicinity of the exposed side surface of the multiplication layer (depending on the size of the element and the concentration of added impurities, It is possible to control the original signal current flowing inside the device by providing one or a plurality of independent third electrodes (defined as regions having a depth of at most 2 μm inside). In order to generate the depletion layer near the side surface, which is the function required by this claim 2, the interface structure as claimed in claims 3 to 5 is actually used. These are specific to the third electrode. It becomes a simple structure.

【0013】請求項6記載のように、第3電極を設ける
と供に、少なくともメサの上平面が、さらに可能ならば
メサの側壁以外のすべての面が、シリコンの酸化膜ない
し窒化膜で覆われ、素子を流れる信号電流が素子の側壁
の全てからの影響を受けにくくし、結果的に暗電流が小
さくなるようにできる。
With the provision of the third electrode as described in claim 6, at least the upper plane of the mesa and, if possible, all the surfaces except the side wall of the mesa are covered with a silicon oxide film or a nitride film. That is, the signal current flowing through the element is less likely to be affected by all of the sidewalls of the element, and as a result, the dark current can be reduced.

【0014】請求項7記載のように、上面電極とメサ側
壁に例えば適当な格子欠陥、すなわち主としてIII属
原子の空格子を導入することにより絶縁化し、信号電流
への表面の影響をなくし、暗電流を低減させることがで
きる。そのための方法として、メサ側壁にシリコン酸化
膜を付け、それ以外の所はシリコン窒化膜覆って高温で
熱処理を行うと、結晶中のIII属元素がシリコン酸化
膜中に外方拡散し、結果として、メサの側壁近傍のみ高
抵抗化する。また、メサ側壁の一部を除いてシリコン窒
化膜覆ってドライエッチングで穴開け処理して、同様に
上面電極と第3電極の間の絶縁化をはかり、信号電流が
メサ側面の影響を受けないようにすることができる。
As described in claim 7, the upper surface electrode and the side wall of the mesa are insulated by, for example, introducing an appropriate lattice defect, that is, a vacancy mainly of a group III atom, thereby eliminating the influence of the surface on the signal current and reducing the darkness. The current can be reduced. As a method therefor, a silicon oxide film is attached to the side wall of the mesa, and a heat treatment is performed at a high temperature covering the silicon nitride film at other portions, and the group III element in the crystal diffuses outward into the silicon oxide film, resulting in , The resistance is increased only near the side wall of the mesa. Further, except for a part of the side wall of the mesa, the silicon nitride film is covered and a hole is formed by dry etching to similarly insulate the upper electrode and the third electrode, so that the signal current is not influenced by the side surface of the mesa. You can

【0015】以下、本発明の実施の形態について図を用
いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】図1では、請求項1で記載した基本的なア
バランシェフォトダイオードの構造を示す。n型InP
結晶の基板(101)の上にガスソース分子線エピタキ
シャル成長法を用いて、順次シリコンドープn型InP
バッファ層(102)、ノンドープInAlAs/In
GaAsP超格子層(各13nm、13周期)(10
3)、p型InP電界緩和層(104)、p型InGa
As光吸収層(105)、p型InP窓層(106)、
p型InGaAs電極層(107)の順に成長させる。
このウエハを上にメサ構造をフォトリソグラフとウエッ
トエッチングの手法を用いて形成する。本実施の形態に
おいては、ウエットエッチングでメサ構造を作るための
マスクとして、シリコン窒化膜を用いた。
FIG. 1 shows the structure of the basic avalanche photodiode described in claim 1. n-type InP
Using a gas source molecular beam epitaxial growth method on a crystalline substrate (101), silicon-doped n-type InP is sequentially formed.
Buffer layer (102), non-doped InAlAs / In
GaAsP superlattice layer (13 nm each, 13 periods) (10
3), p-type InP electric field relaxation layer (104), p-type InGa
As light absorption layer (105), p-type InP window layer (106),
The p-type InGaAs electrode layer (107) is grown in this order.
A mesa structure is formed on this wafer by using photolithography and wet etching. In this embodiment, a silicon nitride film is used as a mask for forming a mesa structure by wet etching.

【0017】図2aでは、請求項2で記載した第三電極
を設けたアバランシェフォトダイオードの構造を示す。
結晶成長したウエハに窒化膜を付け、その窒化膜をまず
メサの形に残る様にエッチングする。この窒化膜をマス
クとして結晶にメサ形成する。図2aでは第3電極の位
置を示しているが、大気から遮断して保護する目的の窒
化膜はここでは描かれていない。図2bでは、図2aの
中の内で本発明の基幹に関わる部分を拡大したものであ
り、窒化膜はここでは描かれている。なお、第3電極を
設けるプロセスを除けば、通常のプロセスと同等の素子
形成プロセスを行った。
FIG. 2a shows the structure of an avalanche photodiode provided with a third electrode as defined in claim 2.
A nitride film is attached to the crystal-grown wafer, and the nitride film is first etched so that it remains in the shape of a mesa. The nitride film is used as a mask to form mesas on the crystal. Although the position of the third electrode is shown in FIG. 2a, the nitride film for the purpose of blocking and protecting from the atmosphere is not drawn here. FIG. 2b is an enlarged view of the part related to the backbone of the present invention in FIG. 2a, and the nitride film is drawn here. An element forming process similar to the normal process was performed except for the process of providing the third electrode.

【0018】以上、本実施形態で作成されたアバランシ
ェフォトダイオードの機能について説明する。図2aで
は、請求項2で記載した第三電極を設けたアバランシェ
フォトダイオードに、上面電極との間に電圧を印加し、
側面近傍に空乏層を発生させて状況を示す。空乏層では
キャリアは出払っており、この中には比較的強い電界が
存在し、例えばこの領域内で光励起によるキャリアが発
生すると、速やかにこのキャリアは、両電極へと移動す
る。実際に稼動しているアバランシェフォトダイオード
では、pn接合を挟むように上面電極(209)と下面
電極(208)電圧をかけて、光吸収層(205)で発
生した、キャリアを光信号電流として取り出すのだが、
このような第3電極を設けて先の例のように空乏層が発
生する向きで、電圧を印加すると、光により発生したキ
ャリアの一部が、第3電極により持ち去られるために、
下面電極(208)から取り出される電流が減少する。
通常のアバランシェフォトダイオードではこのようなこ
とが起こると感度の低下を、つまり性能の低下を意味す
るが、非常に強い光信号下ではpn接合を流れる電流が
減る為に、pn接合の破壊が低減される効果がある。G
bit Ether,10Gbit Etherでは接
続ポイント毎に入力信号光の強度に大きなばらつきがあ
るが、この第3電極による信号電流削減効果で、アバラ
ンシェフォトダイオードの寿命延長、信頼性の向上、出
力電流のレンジが狭くなるため後付け回路の簡素化が図
れる。また第3電極に印加する電圧で電流の増倍の制御
が出来ると言うことも含む。また光電流が多くなると、
あるところから周波数帯域が狭くなり高周波特性が劣化
するが、信号電流の減少で帯域幅の改善が可能である。
The function of the avalanche photodiode manufactured in this embodiment will be described above. In FIG. 2a, a voltage is applied between the top electrode and the avalanche photodiode provided with the third electrode described in claim 2,
The situation is shown by generating a depletion layer near the side surface. Carriers are discharged in the depletion layer, and a relatively strong electric field exists therein. For example, when carriers are generated by photoexcitation in this region, the carriers are promptly moved to both electrodes. In an avalanche photodiode that is actually operating, the upper electrode (209) and the lower electrode (208) are applied so as to sandwich the pn junction, and the carriers generated in the light absorption layer (205) are extracted as an optical signal current. However,
When such a third electrode is provided and a voltage is applied in the direction in which the depletion layer is generated as in the previous example, part of the carriers generated by light is carried away by the third electrode,
The current drawn from the bottom electrode (208) is reduced.
In an ordinary avalanche photodiode, when such a phenomenon occurs, it means that the sensitivity is lowered, that is, the performance is lowered. However, since the current flowing through the pn junction is reduced under a very strong optical signal, the destruction of the pn junction is reduced. Is effective. G
In the case of bit Ether and 10 Gbit Ether, there is a large variation in the intensity of the input signal light at each connection point, but the signal current reduction effect of this third electrode extends the life of the avalanche photodiode, improves reliability, and increases the output current range. Since the width becomes narrower, the retrofit circuit can be simplified. It also includes the fact that the multiplication of the current can be controlled by the voltage applied to the third electrode. Also, when the photocurrent increases,
Although the frequency band is narrowed from a certain point and the high frequency characteristic is deteriorated, the bandwidth can be improved by reducing the signal current.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、メサ構造
アバランシェフォトダイオードにおいて、光吸収層から
発生するキャリアの一部を搾取することで、光−電流の
変換効率を変えて、増倍率の制御を図ることができる。
また、pn接合を通過する電流を減少させることで信頼
性も向上している。
As described above, according to the present invention, in the mesa structure avalanche photodiode, by extracting a part of the carriers generated from the light absorption layer, the conversion efficiency of light-current is changed and the multiplication factor is increased. Can be controlled.
Also, reliability is improved by reducing the current passing through the pn junction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)本発明の一実施形態によるアバランシェ
フォトダイオード構造を示す図 (b)図1(a)部分拡大図
FIG. 1A is a diagram showing an avalanche photodiode structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a partially enlarged view of FIG. 1A.

【図2】本発明の一実施例による光電流の削減の効果を
示す特性図
FIG. 2 is a characteristic diagram showing an effect of reducing photocurrent according to an embodiment of the present invention.

【図3】従来のアバランシェフォトダイオード構造を示
す図
FIG. 3 is a diagram showing a conventional avalanche photodiode structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 n+InP基板 102 n+−InPバッファ層 103 InGaAsP超格子増倍層 104 p−InP電界緩和層 105 p−InGaAs光吸収層 106 p−InP表面再結合防止層 107 p−InGaAsコンタクト層 108 下面電極 109 上面電極 110 第3電極 111 窒化膜 101 n + InP substrate 102 n + -InP buffer layer 103 InGaAsP superlattice multiplication layer 104 p-InP electric field relaxation layer 105 p-InGaAs light absorption layer 106 p-InP surface recombination prevention layer 107 p-InGaAs contact layer 108 Bottom electrode 109 top electrode 110 Third electrode 111 Nitride film

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 InP基板上に積層構造を有するアバラ
ンシェフォトダイオードであって、前記積層構造は、 前記InP基板と同じ導電性を持つInPバッファ層
と、 前記バッファ層の上方に形成され、意図的に不純物を添
加せずかつ前記InP基板に0.4%以内の格子定数の
ずれで成長したInAlAs層、および、前記InP基
板に0.4%以内の格子定数のずれで成長し、かつエネ
ルギーギャップが0.8eVより大きなInGaAsP
層を交互に積層した超格子からなるキャリア増倍層と、 前記キャリア増倍層の上方に形成され、光を吸収して電
子正孔対を生成するInPに格子整合した組成を持ち、
前記InP基板とは主キャリアの極性が異なる層とを有
し、 前記積層構造を持つ受光領域が、断面が台形の島(メ
サ)状に形成されたことを特徴とするアバランシェフォ
トダイオード。
1. An avalanche photodiode having a laminated structure on an InP substrate, wherein the laminated structure is an InP buffer layer having the same conductivity as the InP substrate, and is intentionally formed above the buffer layer. And an InAlAs layer grown on the InP substrate with a lattice constant deviation of 0.4% or less, and on the InP substrate with a lattice constant deviation of 0.4% or less and an energy gap. Is greater than 0.8 eV InGaAsP
A carrier multiplication layer composed of a superlattice in which layers are alternately laminated, and a composition lattice-matched to InP formed above the carrier multiplication layer and absorbing light to generate electron-hole pairs,
An avalanche photodiode having a layer having a main carrier having a polarity different from that of the InP substrate, and the light receiving region having the laminated structure is formed in an island (mesa) shape having a trapezoidal cross section.
【請求項2】 メサ状に形成された受光部の光吸収層の
側面部分に一つもしくは独立した複数の第三電極を設け
ることにより、光信号により発生した電流量を制御する
ことを特徴とする請求項1記載のアバランシェフォトダ
イオード。
2. The amount of current generated by an optical signal is controlled by providing one or a plurality of independent third electrodes on the side surface of the light absorption layer of the light-receiving portion formed in a mesa shape. The avalanche photodiode according to claim 1.
【請求項3】 第三電極部において電極とInGaAs
光吸収層との界面でショットキ接合を形成している請求
項2記載のアバランシェフォトダイオード。
3. The electrode and InGaAs in the third electrode section
The avalanche photodiode according to claim 2, wherein a Schottky junction is formed at the interface with the light absorption layer.
【請求項4】 第三電極部において電極とInGaAs
光吸収層との界面部に光吸収層と異なる伝導型の薄膜半
導体を設けて、pn接合を形成している請求項2記載の
アバランシェフォトダイオード。
4. The electrode and InGaAs in the third electrode portion.
The avalanche photodiode according to claim 2, wherein a pn junction is formed by providing a thin film semiconductor of a conductivity type different from that of the light absorption layer at an interface with the light absorption layer.
【請求項5】 第三電極部において電極とInGaAs
光吸収層との界面部に薄膜誘電体を設けて、金属−絶縁
体−半導体接合を形成している請求項2記載のアバラン
シェフォトダイオード。
5. The electrode and InGaAs in the third electrode portion
The avalanche photodiode according to claim 2, wherein a thin film dielectric is provided at an interface with the light absorption layer to form a metal-insulator-semiconductor junction.
【請求項6】 少なくともメサの上平面が、さらに可能
ならばメサの側壁以外のすべての面がシリコンの酸化膜
ないし窒化膜で覆われ、メサ側面に第三電極を設置する
ことを特徴とする請求項3から5のいずれかに記載のア
バランシェフォトダイオード。
6. At least the upper plane of the mesa and, if possible, all surfaces other than the side walls of the mesa are covered with a silicon oxide film or a nitride film, and a third electrode is provided on the side surface of the mesa. The avalanche photodiode according to claim 3.
【請求項7】 少なくともメサの上面に形成される電極
とオーミック接触しており高濃度の不純物の添加されて
いる半導体部と、それに近接した受光領域部のメサの側
面部との間に高抵抗部、もしくは漏れ電流を減少させる
目的の空隙を設置したことを特徴とする請求項1から6
のいずれかに記載のアバランシェフォトダイオード。
7. A high resistance between at least a semiconductor portion which is in ohmic contact with an electrode formed on the upper surface of the mesa and which is doped with a high concentration of impurities, and a side surface portion of the mesa in a light receiving region portion adjacent to the semiconductor portion. 7. A portion or a void for the purpose of reducing leakage current is provided.
The avalanche photodiode according to any one of 1.
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