JPH0462980A - 半導体受光装置 - Google Patents

半導体受光装置

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JPH0462980A
JPH0462980A JP2172661A JP17266190A JPH0462980A JP H0462980 A JPH0462980 A JP H0462980A JP 2172661 A JP2172661 A JP 2172661A JP 17266190 A JP17266190 A JP 17266190A JP H0462980 A JPH0462980 A JP H0462980A
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photodiode
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要] 光通信、或いは、光情報処理などの分野に於いて、光信
号を電気信号に変換する働きをする半導体受光装置の改
良に関し、 著しく小型化することで超高速化した受光素子をサージ
電圧などの影響から完全に保護し、破壊されることがな
いようにすることを目的とし、同一基板上に少なくとも
接合面積が小さいもの一つ及びそれより大きいもの二つ
が組み合わされて形成され且つn側が共通に接続されて
なる複数のpin接合と、前記接合面積が最も小さいp
in接合に逆バイアス電圧を印加し本来のpinフォト
・ダイオードとして動作させる為の電源ラインとを備え
てなるよう構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光通信、或いは、光情報処理などの分野に於
いて、光信号を電気信号に変換する働きをする半導体受
光装置の改良に関する。
現在、前記のような光技術分野に於いては、例えば、2
0(GHz)以上の超高速光信号を電気信号に光電変換
することについて研究・開発が行われている。
その光電変換を行う受光素子は、素子容量を充分に小さ
くすることが必要であり、例えば、接合径が15〔μm
〕φで、且つ、光吸収層の厚さが1.4〔μm〕である
pinフォト・ダイオードに於いて、10〜40 (f
F)、又は、0.01〜0.04 (pF)を達成でき
る。
ところが、このような超小型の受光素子は、サージ電圧
などの影響を受けて簡単に破壊され易くなる。
従って、この問題を解決して、使用し易く、且つ、信頼
性が高い超高速受光素子を実現させる必要がある。
〔従来の技術〕
前記問題に対処する為、受光素子チップの極近傍にチッ
プ・コンデンサを設置し、サージ電圧を側路させる側路
コンデンサとして使用することが行われている。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記したように、受光素子チップの近傍にチップ・コン
デンサを別設してサージ電圧の側路を行う構成では、チ
ップ・コンデンサを如何に受光素子チップに近接させた
場合であっても、その近接の度合いにはチップ・コンデ
ンサなどの大きさに由来する限界があり、その限界は前
記した問題を解消するには大き過ぎる。従って、インパ
ルス的外来雑音に対しても素早く応答して受光素子の破
壊を完全に防止することは困難である。
本発明は、著しく小型化することで超高速化した受光素
子をサージ電圧などの影響から完全に保護し、破壊され
ることがないようにする。
〔課題を解決するための手段] 第1図は本発明の詳細な説明する為の半導体受光装置の
要部切断側面図を表している。
図に於いて、1はInP或いはGaAsなどからなる半
絶縁性或いは導電性(ここではn゛型)半導体基板、2
はn゛型1nP或いはn・型AffiGaAsなどから
なるn゛型半導体層、3はアン・ドープI nGaAs
或いはアン・ドープGaAsなどからなる光吸収層、4
はn−型1nP或いはn−型AnGaAsなどからなる
n−型窓層、5はp型態領域、6は接続用電極、A、B
、Cはpinフォト・ダイオード部分をそれぞれ示して
いる。
図から判るように、pinフォト・ダイオード部分A及
びCはpinフォト・ダイオード部分Bに比較して大型
化、即ち、pin接合面積は広くなっている。
第2図は第1図に見られる半導体受光装置を動作させる
場合の結線関係を説明する為の等価回路図を表し、第1
図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは
同じ意味を持つものとする。
図に於いて、psは電源、Rは負荷抵抗、Totは出力
端子をそれぞれ示している。
図から判るように、pinフォト・ダイオード部分Aは
電源PSに対して順方向に接続され、電源供給の役割を
果たし、pinフォト・ダイオード部分Bには逆バイア
ス電圧が印加されてpinフォト・ダイオードそのもの
として動作し、pinフォト・ダイオード部分Cは電源
PSに対して逆方向に接続されてはいるが、そのpin
接合面積が大きい為、側路コンデンサとして作用し、著
しく小型化されているpinフォト・ダイオード部分B
にサージ電圧が加わった場合、それを側路する働きをす
る。
第3図も本発明の詳細な説明する為の半導体受光装置の
要部切断側面図を表し、第1図及び第2図に於いて用い
た記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つ
ものとする。
図に於いて、5′はpinフォト・ダイオード部分Aに
於けるp型態領域を示している。尚、この窓領域5′は
導電型をn型にしても良い。
本発明に於ける半導体受光装置に於いて、pinフォト
・ダイオード部分Aは電源供給用としてのみ作用するも
のであり、その為にはi層である光吸収層3は不要であ
って、寧ろ、その存在で順方向電圧降下が発生すること
になる。
そこで、図示のようにpinフォト・ダイオード部分A
に於けるp型態領域5′はi層である光吸収層3を越え
てn゛型型半体体層2まで到達するように深く形成した
ものである。
第4図は第3図に見られる半導体受光装置を動作させる
場合の結線関係を説明する為の等価回路図を表し、第1
図乃至第3図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表
すか或いは同じ意味を持つものとする。
第4図の等価回路と第2図の等価回路とが相違する点は
、pinフォト・ダイオード部分Aに代わってpn接合
ダイオード部分A′が設置されていること、若し、p型
態領域5′の導電型をn型とした場合には、破線で示す
ように、ダイオード部分は完全に短絡状態になってしま
うこと、である。
第5図も本発明の詳細な説明する為の半導体受光装置の
要部切断側面図を表し、第1図乃至第4図に於いて用い
た記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つ
ものとする。
図に於いて、5″はpinフォト・ダイオード部分Cに
於けるp型態領域を示している。
図示された半導体受光装置が第1図乃至第4図について
説明した半導体受光素子と相違するところは、云うまで
もなく、側路コンデンサとして用いるpinフォト・ダ
イオード部分Cに於けるp型態領域5″が他のpinフ
ォト・ダイオード部分A或いはBに於けるp型態領域5
と比較して深く形成されていることである。
第6図は第5図に見られる半導体受光装置に於けるpi
nフォト・ダイオード部分B及びCに関する逆方向耐圧
を説明する為の線図であり、縦軸に電流を、また、横軸
に電圧をそれぞれ採っである。
図から明らかなように、側路コンデンサであるpinフ
ォト・ダイオード部分Cのpin接合に於ける逆方向耐
圧はpinフォト・ダイオードとして動作するpinフ
ォト・ダイオード部分Bのpin接合に於ける逆方向耐
圧と比較して低くなり、サージ電圧などからpinフォ
ト・ダイオード部分Bを保護する効果は更に向上する。
このように、pinフォト・ダイオード部分Cの逆方向
耐圧が低下する理由は、p型態領域5″の界面がエネル
ギ・ハンド・ギャップが狭いノン・F−プI nGaA
s光吸収層3内に存在することに由来する。
当然のことながら、pinフォト・ダイオード部分Bの
逆方向耐圧が高い理由は、p型態領域5の界面がn−型
窓層14とノン・ドープI nGaAs光吸収層13と
の界面に存在することに起因している。
前記したところから、本発明に依る半導体受光装置に於
いては、 (1)同一基板(例えばInP或いはGaAsなどから
なる半絶縁性或いは導電性半導体基板1)上に少なくと
も接合面積が小さいもの一つ(例えばpinフォト・ダ
イオード部分B)及びそれより大きいもの二つ(例えば
pinフォト・ダイオード部分A及びC)が組み合わさ
れて形成され且つn側(例えばn゛型1nP或いはn゛
型A/2GaAsなどからなるn゛型半導体層)が共通
に接続されてなる複数のpin接合と、前記接合面積が
最も小さいpin接合に逆バイアス電圧を印加し本来の
pinフォト・ダイオードとして動作させる為の電源ラ
インとを備えてなるか、或いは、 (2)前記(1)に於いて、複数のpin接合に於ける
大きいもの二つのうち一方のn側(例えばpinフォト
・ダイオード部分Aに於けるp型態領域5)はpinフ
ォト・ダイオードとして動作するpin接合に逆バイア
ス電圧を供給する電源ラインとして作用させる為に電源
(例えば電源PS)の正側に且つ他方のn側(例えばp
inフォト・ダイオード部分Cに於けるP型態領域5)
はpinフォト・ダイオードとして動作するpin接合
を保護する側路コンデンサとして作用させる為に電源の
負側にそれぞれ接続されてなること を特徴とするか、或いは、 (3)前記(2)に於いて、pinフォト・ダイオード
として動作するpin接合へ逆バイアス電圧を印加する
電源ラインとして作用するpin接合に於けるn型不純
物拡散領域(例えば第3図に見られるp型窓領域5′)
がi層を越えてn側に達していること を特徴とするか、或いは、 (4)前記(2)に於いて、pinフォト・ダイオード
として動作するpin接合へ逆バイアス電圧を印加する
電源ラインとして作用するpin接合に於けるn型不純
物拡散領域(例えば第10図に見られるp型態領域25
)をn側に到達させるため基板表面に凹所(例えば第1
0図に見られる凹所14A)が形成されてなることを特
徴とする請求項2記載の半導体受光装置。
(5)前記(2)に於いて、pinフォト・ダイオード
として動作するpin接合へ逆バイアス電圧を印加する
電源ラインとして作用するpin接合に於けるn型不純
物拡散領域がn型不純物拡散領域に代替されていること を特徴とするか、或いは、 (6)前記(2)に於いて、側路コンデンサとして作用
するpin接合に於ける逆方向耐圧はpinフォト・ダ
イオードとして動作するpin接合に於ける逆方向耐圧
に比較して低いものであること を特徴とするか、或いは、 (7)  前記(2)に於いて、側路コンデンサとして
作用するpin接合に於ける逆方向耐圧を低下させる為
そのn型不純物拡散領域(例えば第5図に見られるpi
nフォト・ダイオード部分Cに於けるp型態領域5″)
を少なくともpinフォト・ダイオードとして動作する
pin接合に於けるn型不純物拡散領域に比較してn側
に近接するよう深く形成してなること を特徴とするか、或いは、 (8)側路コンデンサとして作用するpin接合に於け
る逆方向耐圧を少なくともpinフォト・ダイオードと
して動作するpin接合に於ける逆方向耐圧に比較して
低くするため基板表面にn型不純物拡散領域をn側に近
接させる為の凹所(例えば第14図に見られる凹所14
B)が形成されてなること を特徴とする。
〔作用〕
前記手段を採った半導体受光装置では、本来のpinフ
ォト・ダイオードとして動作するpinフォト・ダイオ
ード部分Bに於けるp側電極である接続電極6には、当
然のことながら、光電流を電圧に変換する為の負荷抵抗
Rが接続されているので、pinフォト・ダイオード部
分Cに比較すると、その逆バイアス電圧は常に小さい値
になっている。従って、pinフォト・ダイオード部分
B及びCに電源ラインを介してサージ電圧が印加された
としても、pinフォト・ダイオード部分Cの方に早く
逆電流が流れるようになり、pinフォト・ダイオード
部分Bが破壊されるのを防止することができ、そしてま
た、パルス的なサージ電圧であっても、Pinフォト・
ダイオード部分Cの接合容量を大きくしておくことで充
分に吸収され、pinフォト・ダイオード部分Bは保護
される。
〔実施例〕
第7図は第1図及び第2図について説明した原理に対応
する実施例の要部平面説明図、第8図は第7図に見られ
る線X1〜X1に沿う要部切断側面図、第9図は第7図
に見られる線X2−X2に沿う要部切断側面図をそれぞ
れ表し、第1図乃至第6図に於いて用いた記号と同記号
は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
図に於いて、 11はn゛型1nP基板、 12はn+型InP層、 13はノン・ドープI nGaAs光吸収層、14はn
−型1nP窓層、 15はp型態領域、16は接続電極をそれぞれ示してい
る。
本実施例に於ける各部分に関する主要なデータを例示す
ると次の通りである。
(a)  基板11について 不純物:S 不純物濃度: 2 X 10 ′8(cm−3)(b)
InP層12について 厚さ: 1.0[μm] 不純物:Si 不純物濃度: 5 X 1017(cnr’)(C) 
 光吸収層13について 厚さ:1.4Cμm〕 (d)  窓層14について 厚さ:1 〔μm] 不純物:Si 不純物濃度: I X 10 ” (cm−33(e)
  窓領域15について 不純物:Zn 不純物濃度=1×10゛8〔cm−3](f)  接続
電極16について 材料 コンタクト・メタル: A u / Z n / A 
uバリヤ・メタル: T i / P を電極引き出し
メタル:Au フリップ・チップ接続用融着材:AuSn厚さ コンタクト・メタル 400〔入)/80(人)/120.C人〕バリヤ・メ
タル 500〔入)/1000(人] 電極引き出しメタル 1000 (人] フリップ・チップ接続用融着材 3(μm] 第10図は本発明に於ける他の実施例の要部切断側面図
を表し、第1図乃至第9図に於いて用いた記号と同記号
は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
図に於いて、14Aはn−型1nP窓層14に形成した
凹所をそれぞれ示している。
図示されているように、本実施例では、n−型InP窓
層14の表面をエツチングして凹所14Aを形成してか
ら、pinフォト・ダイオード′部分B及びCに於ける
p型態領域15を形成する為の不純物拡散と同時に不純
物拡散することで深いp型態領域25が一回の拡散で実
現される。
第11図は第3図及び第4図について説明した原理に対
応する実施例を表す要部平面説明図、第12図は第11
図に見られる線X1−XIに沿う要部切断側面図、第1
3図は第11図に見られる線X2−X2に沿う要部切断
側面図であり、第1図乃至第10図に於いて用いた記号
と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものと
する。
この実施例が第7図乃至第9図について説明した実施例
と相違するところは、n−型1nP窓層14及びI n
GaAs光吸収層12がメサになっていること、及び、
pinフォト・ダイオード部分Aに於けるP型態領域1
5がp型不純物拡散領域17に依ってn゛型1nPIi
i12と接続されていることである。
第12図乃至第14図について説明した実施例に於いて
、Pinフォト・ダイオード部分Aに於けるp型窩領域
15の導電型をn型にすることもできるが、その場合に
は、メサの側面にAuC;e/ A u膜を形成し、そ
のp型窩領域15とn゛型InP層とを結合すると良い
第14図は本発明に於ける他の実施例の要部切断側面図
を表し、第1図乃至第13図に於いて用いた記号と同記
号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
尚、この図は、第7図乃至第13図について説明した実
施例とは異なり、例えば第7図に見られる方形のチップ
に於ける対角線で切断して表したものであり、従って、
pinフォト・ダイオードA、B、Cなど全ての接続電
極16が現れている。
図に於いて、14Bはn−型1nP窓層14に形成した
凹所、18はn側電極、18Aは光入射用開口をそれぞ
れ示している。
図示されているように、本実施例では、n−型InP窓
層14の表面をエツチングして凹所14Bを形成してか
ら、pinフォト・ダイオード部分A及びBに於けるp
型窩領域15を形成する為の不純物拡散と同時に不純物
拡散することで深いp型態領域35が一回の拡散で実現
される。尚、この実施例では、裏面のn側電極18に光
入射用開口18Aを形成し、そこから光を入射させるよ
うにしているが、勿論、表面側から光を入射させること
もできる。この点については他の実施例に於いても全く
同じである。
前記説明した第7図乃至第9図、第10図、第11図乃
至第13図、第14図に見られる何れの実施例に於いて
も、方形をなしているチップの寸法は200〔μm)X
200[μm]、また、pinフォト・ダイオード部分
Bに於けるp型窩領域15の径は15〜20〔μm]φ
であり、また、これ等の半導体受光装置を用いる場合、
第2図或いは第4図について説明した等価回路と全く同
じ結線を行って動作させれば良い。
ところで、前記何れの半導体受光装置も、従来から多用
されている半導体技術を適用することで容易に製造する
ことができる。
例えば、第7図乃至第9図について説明した実施例を製
造するには、次に見られるような工程を採る。
(1)例えば有機金属化学気相堆積(MOVPE)法を
適用することに依って、n゛型1nP基板11上に n+型1nP層12、 ノン・ドープI nGaAs光吸収層13、n−型1n
P窓層14 を成長させる。
(2)熱CVD法、或いは、プラズマCVD法などを適
用することに依り、Sin、膜、或いは、SiN膜など
のマスク膜を全面に形成する。
(3)  フォト・リソグラフィ技術を適用することに
依り、マスク膜のエツチングを行って不純物導入用の開
口を形成する。
(4)熱拡散法を適用することに依り、マスク膜の開口
からZnを導入してp型窩領域15を形成する。尚、こ
の場合の温度は500(’C)、時間は30〔分〕程度
である。
(5)  フォト・リソグラフィ技術に於けるレジスト
・プロセス、真空蒸着法、リフト・オフ法を適用するこ
とに依り、接続電極16を形成する。
〔発明の効果〕
本発明に依る半導体受光装置に於いては、同一基板上に
接合面積が小さいものと大きいものとが組み合わせて形
成され且つn側が共通に接続されてなるpin接合と、
前記接合面積が最も小さいpin接合に逆バイアス電圧
を印加する為の電源ラインとを備えている。
前記構成を採ることに依り、接合面積が大きいpin接
合をpinフォト・ダイオードの側路コンデンサとして
使用することができ、その側路コンデンサはpinフォ
ト・ダイオードの極近傍に作り込まれているものである
から、サージ電圧を素早く吸収して微細なpinフォト
・ダイオードを破壊から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明する為の半導体受光装置の
要部切断側面図、第2図は第1図に見られる半導体受光
装置を動作させる場合の結線関係を説明する為の等価回
路図、第3図も本発明の詳細な説明する為の半導体受光
装置の要部切断側面図、第4図は第3図に見られる半導
体受光装置を動作させる場合の結線関係を説明する為の
等価回路図、第5図も本発明の詳細な説明する為の半導
体受光装置の要部切断側面図、第6図は第5図に見られ
る半導体受光装置に於けるpinフォト・ダイオード部
分B及びCに関する逆方向耐圧を説明する為の線図、第
7図は第1図及び第2図について説明した原理に対応す
る実施例の要部平面説明図、第8図は第7図に見られる
線X 1−X 1に沿う要部切断側面図、第9図は第7
図に見られる線X2−X2に沿う要部切断側面図、第1
θ図は本発明に於ける他の実施例の要部切断側面図、第
11図は第3図及び第4図について説明した原理に対応
する実施例の要部平面説明図、第12図は第11図に見
られる線X1−XIに沿う要部切断側面図、第13図は
第11図に見られる線X2X2に沿う要部切断側面図、
第14図は本発明に於ける他の実施例の要部切断側面図
をそれぞれ表している。 図に於いて、 11はn゛型InP基板、 12はn゛型1nP層、 13はノン・ドープI nGaAs光吸収層、14はn
−型1nP窓層、 15はp型態領域、16は接続電極をそれぞれ示してい
る。 特許出願人   富士通株式会社 代理人弁理士  相 谷 昭 司

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)同一基板上に少なくとも接合面積が小さいもの一
    つ及びそれより大きいもの二つが組み合わされて形成さ
    れ且つn側が共通に接続されてなる複数のpin接合と
    、 前記接合面積が最も小さいpin接合に逆バイアス電圧
    を印加し本来のpinフォト・ダイオードとして動作さ
    せる為の電源ラインと を備えてなることを特徴とする半導体受光装置。
  2. (2)複数のpin接合に於ける大きいもの二つのうち
    一方のp側はpinフォト・ダイオードとして動作する
    pin接合に逆バイアス電圧を供給する電源ラインとし
    て作用させる為に電源の正側に且つ他方のp側はpin
    フォト・ダイオードとして動作するpin接合を保護す
    る側路コンデンサとして作用させる為に電源の負側にそ
    れぞれ接続されてなること を特徴とする請求項1記載の半導体受光装置。
  3. (3)pinフォト・ダイオードとして動作するpin
    接合へ逆バイアス電圧を印加する電源ラインとして作用
    するpin接合に於けるp型不純物拡散領域がi層を越
    えてn側に達していること を特徴とする請求項2記載の半導体受光装置。
  4. (4)pinフォト・ダイオードとして動作するpin
    接合へ逆バイアス電圧を印加する電源ラインとして作用
    するpin接合に於けるp型不純物拡散領域をn側に到
    達させるため基板表面に凹所が形成されてなること を特徴とする請求項2記載の半導体受光装置。
  5. (5)pinフォト・ダイオードとして動作するpin
    接合へ逆バイアス電圧を印加する電源ラインとして作用
    するpin接合に於けるp型不純物拡散領域がn型不純
    物拡散領域に代替されていること を特徴とする請求項2記載の半導体受光装置。
  6. (6)側路コンデンサとして作用するpin接合に於け
    る逆方向耐圧はpinフォト・ダイオードとして動作す
    るpin接合に於ける逆方向耐圧に比較して低いもので
    あること を特徴とする請求項2記載の半導体受光装置。
  7. (7)側路コンデンサとして作用するpin接合に於け
    る逆方向耐圧を低下させる為そのp型不純物拡散領域を
    少なくともpinフォト・ダイオードとして動作するp
    in接合に於けるp型不純物拡散領域に比較してn側に
    近接するよう深く形成してなること を特徴とする請求項2記載の半導体受光装置。
  8. (8)側路コンデンサとして作用するpin接合に於け
    る逆方向耐圧を少なくともpinフォト・ダイオードと
    して動作するpin接合に於ける逆方向耐圧に比較して
    低くするため基板表面にp型不純物拡散領域をn側に近
    接させる為の凹所が形成されてなること を特徴とする請求項2記載の半導体受光装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018092983A (ja) * 2016-11-30 2018-06-14 日本電信電話株式会社 光受信回路
JP2018142581A (ja) * 2017-02-27 2018-09-13 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法、半導体装置

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