JPH0338070A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
- Publication number
- JPH0338070A JPH0338070A JP1173351A JP17335189A JPH0338070A JP H0338070 A JPH0338070 A JP H0338070A JP 1173351 A JP1173351 A JP 1173351A JP 17335189 A JP17335189 A JP 17335189A JP H0338070 A JPH0338070 A JP H0338070A
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- Japan
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- inp
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- light
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、半導体受光素子に係り、特に高速応答が可
能なフォトダイオード(Photo Diode :以
下PDと略す)に関するものである。
能なフォトダイオード(Photo Diode :以
下PDと略す)に関するものである。
第2図(aL (b)は、例えば昭和61年度電子通信
学会総合全国大会予1%51978(4〜149ページ
)に記載されている従来のI nGaAsプレーナ型P
Dの代表的な構造を示す図であり、第2図(a)は、第
2図(b)に示す平面図の動作中のB−B’断面図であ
る。これらの図において、1はn”−InP基板、2は
n − I n Pバラ”77層、3はn−−In.G
aAs光吸収層、3aは空乏層、4はn−−InP窓層
、5はp+領領域、Znなどの不純物の拡散により導電
型が反転して形成されている。10はn電極(以下、カ
ソード)11はp電極(以下、アノード) 20(よプ
ラズマCVDなどの方法で形成された、例えばシリコン
窒化膜などの表面保護膜(光に対して透明)、31はア
ノードワイヤ、40は入射光、50は電子、51はホー
ルである。
学会総合全国大会予1%51978(4〜149ページ
)に記載されている従来のI nGaAsプレーナ型P
Dの代表的な構造を示す図であり、第2図(a)は、第
2図(b)に示す平面図の動作中のB−B’断面図であ
る。これらの図において、1はn”−InP基板、2は
n − I n Pバラ”77層、3はn−−In.G
aAs光吸収層、3aは空乏層、4はn−−InP窓層
、5はp+領領域、Znなどの不純物の拡散により導電
型が反転して形成されている。10はn電極(以下、カ
ソード)11はp電極(以下、アノード) 20(よプ
ラズマCVDなどの方法で形成された、例えばシリコン
窒化膜などの表面保護膜(光に対して透明)、31はア
ノードワイヤ、40は入射光、50は電子、51はホー
ルである。
次に動作について説明する。
一般的に、InP基板上に結晶成長され、格子定数がI
nPに合ったInGaAs層のバンドギャップ波長λ8
は、λg:1.67μmであり、−方、InPではλ、
;0.93μmであるので、第2図のInGaAs−P
Dの波長感度は^=1.0〜1.6μm帯にある。
nPに合ったInGaAs層のバンドギャップ波長λ8
は、λg:1.67μmであり、−方、InPではλ、
;0.93μmであるので、第2図のInGaAs−P
Dの波長感度は^=1.0〜1.6μm帯にある。
そこで、入射光40の波長が1.3μmの場合について
動作を説明する。
動作を説明する。
PDは一般的に無バイアスまたは逆バイアス状態で使用
されるので、1ノード11にはカソード10に対して印
加電圧ゼロまたは負電圧(−5〜−IOV)が印加され
る。n−InP:9層4のキャリア濃度はI X 10
”a m−3層1度、n−−InG aAs光吸収層
3のキャリア濃度は5X101Seffi−”程度であ
り、n−−InGaAs光吸収層3のキャリア濃度の方
が小さいので、逆バイアス状態では特に、空乏層3aは
主にn−−InGaAs光吸収層3内に広がる。受光面
にλ≦1.3μmの光が入射すると、この光はλ、==
0.92のn−I n P窓層4には吸収されず、n−
−InGaAs光吸収層3に吸収され、電子50.ホー
ル51のペアが発生する。n’−−InGaAs光吸収
層3内の空乏層3a内で発生したキャリアは、空乏JI
3a内の電界によるドリフト電流として外部回路に観測
される。空乏層外のホールのうち拡散により空乏層3a
に達したものはドリフl−電流に寄与する。n−−I
nGaAs光吸収層3のキャリア濃度を下げ、空乏層3
aの幅を広くすることにより、ドリフト電流に寄与する
キャリアの割合を大きくして光電流の値を大きくシ(す
なわち感度を良<シ)、ブレイクダウン電圧を大きくす
ることが可能である。
されるので、1ノード11にはカソード10に対して印
加電圧ゼロまたは負電圧(−5〜−IOV)が印加され
る。n−InP:9層4のキャリア濃度はI X 10
”a m−3層1度、n−−InG aAs光吸収層
3のキャリア濃度は5X101Seffi−”程度であ
り、n−−InGaAs光吸収層3のキャリア濃度の方
が小さいので、逆バイアス状態では特に、空乏層3aは
主にn−−InGaAs光吸収層3内に広がる。受光面
にλ≦1.3μmの光が入射すると、この光はλ、==
0.92のn−I n P窓層4には吸収されず、n−
−InGaAs光吸収層3に吸収され、電子50.ホー
ル51のペアが発生する。n’−−InGaAs光吸収
層3内の空乏層3a内で発生したキャリアは、空乏JI
3a内の電界によるドリフト電流として外部回路に観測
される。空乏層外のホールのうち拡散により空乏層3a
に達したものはドリフl−電流に寄与する。n−−I
nGaAs光吸収層3のキャリア濃度を下げ、空乏層3
aの幅を広くすることにより、ドリフト電流に寄与する
キャリアの割合を大きくして光電流の値を大きくシ(す
なわち感度を良<シ)、ブレイクダウン電圧を大きくす
ることが可能である。
しかしながら、上記のような従来のInGaAsプレー
ナ型PDでは、アノード11以外の受光面全体は1.3
μmの光に対して透明な表面保護111!20で覆われ
ているので、入射光40がPDチップ全体に広がってい
る場合には、第2図(a)に示されているように、空乏
j13aから離れた所でも電子、ホール対が発生する。
ナ型PDでは、アノード11以外の受光面全体は1.3
μmの光に対して透明な表面保護111!20で覆われ
ているので、入射光40がPDチップ全体に広がってい
る場合には、第2図(a)に示されているように、空乏
j13aから離れた所でも電子、ホール対が発生する。
この内、拡散いより空乏層3aに対するホール51は光
電流に寄与するが、拡散が遅いため、空乏層3a内また
はその近傍で発生したキャリアに比べて光電流の寄与す
る時間が遅れる。したがって、入射光40がパルス状の
場合には、入射光40の波形に比べて受光電流波形にす
そ引きが生ずる。第3図(a )e (b )はこの状
況を説明する図であり、第3図(a)は入射光強度の時
間的変化を示すパルス波形、第3図(b)は光電流の応
答波形である。これらの図から明らかなように、立下り
時間tetが入射光40の波形に比べて長くなっており
、すなわち、tfl−tt2の時間だけ遅くなっており
、高速で変化する入射光40に応答できないという問題
が生ずる。
電流に寄与するが、拡散が遅いため、空乏層3a内また
はその近傍で発生したキャリアに比べて光電流の寄与す
る時間が遅れる。したがって、入射光40がパルス状の
場合には、入射光40の波形に比べて受光電流波形にす
そ引きが生ずる。第3図(a )e (b )はこの状
況を説明する図であり、第3図(a)は入射光強度の時
間的変化を示すパルス波形、第3図(b)は光電流の応
答波形である。これらの図から明らかなように、立下り
時間tetが入射光40の波形に比べて長くなっており
、すなわち、tfl−tt2の時間だけ遅くなっており
、高速で変化する入射光40に応答できないという問題
が生ずる。
この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、高速で変動する入射光に対しても十分応答可能な
半導体受光素子を得ることを目的とする。
ので、高速で変動する入射光に対しても十分応答可能な
半導体受光素子を得ることを目的とする。
この発明に係る半導体受光素子は、第1の導電型を有す
るInP基板と、このInP基板上に直接、もしくは第
1の導電型を有するInPnソバ9フフ 吸収動作用の導電型を有する光吸収動作用のInGaA
s光吸収層上に積層された第1の導電型を有するInP
窓層と、このInPfi層上の一部から少なくともI
nGaAs光吸収層に達するように形成された第2の導
電型を有する導電型反転領域と、この導電型反転領域上
の窓部分およびInPg層上の窓部分を除いてInP窓
層上に形成された表面保護膜と、導電型反転領域と電気
的に導通する第1の電極と、この第1の電極とTi電気
的絶縁2分離して、少なくとも導電型反転領域が形成さ
れていないInP窓層上に表面保ス5膜を介して形成さ
れ、かっInP窓層と電気的に導通する金属遮光膜と、
InP基板と電気的に導通する第2の電極とで構成した
ものである。
るInP基板と、このInP基板上に直接、もしくは第
1の導電型を有するInPnソバ9フフ 吸収動作用の導電型を有する光吸収動作用のInGaA
s光吸収層上に積層された第1の導電型を有するInP
窓層と、このInPfi層上の一部から少なくともI
nGaAs光吸収層に達するように形成された第2の導
電型を有する導電型反転領域と、この導電型反転領域上
の窓部分およびInPg層上の窓部分を除いてInP窓
層上に形成された表面保護膜と、導電型反転領域と電気
的に導通する第1の電極と、この第1の電極とTi電気
的絶縁2分離して、少なくとも導電型反転領域が形成さ
れていないInP窓層上に表面保ス5膜を介して形成さ
れ、かっInP窓層と電気的に導通する金属遮光膜と、
InP基板と電気的に導通する第2の電極とで構成した
ものである。
この発明においては、金属遮光膜によって導電型反転領
域以外に光が入射しなくなり、従来受光部の空乏層から
十分離れた所で発生し、時間的に遅れて光電流に寄与し
ていたキャリアの発生が抑えられるほか、第1の電極と
金属遮光膜が導通した場合に、電圧・f4流特性に著し
い変化が現れる。
域以外に光が入射しなくなり、従来受光部の空乏層から
十分離れた所で発生し、時間的に遅れて光電流に寄与し
ていたキャリアの発生が抑えられるほか、第1の電極と
金属遮光膜が導通した場合に、電圧・f4流特性に著し
い変化が現れる。
第1図(a)? (b)はこの発明の半導体受光素子の
一実施例の構造を示す図であり、第1図(41)は、第
1図(b)に示す平面図の動作中のA−A’断面図であ
る。これらの図において、第2図(a)。
一実施例の構造を示す図であり、第1図(41)は、第
1図(b)に示す平面図の動作中のA−A’断面図であ
る。これらの図において、第2図(a)。
(b)と同一符号は同一または相当部分を示し、6は前
記表面保護膜20に加工形成されたコンタクトホール、
7はこの発明によって新たに形成された金属遮光膜で、
第1の電極としてのアノード11と電気的、空間的に絶
縁・分離され、表面保護11420の一部に形成された
コンタクトホール6を介してn−−InP窓層4と電気
的に導通するように、受光部となる導電型反転領域とし
てもp+領域5以外の余分な平面のほとんど全面を覆う
形で形成されている。
記表面保護膜20に加工形成されたコンタクトホール、
7はこの発明によって新たに形成された金属遮光膜で、
第1の電極としてのアノード11と電気的、空間的に絶
縁・分離され、表面保護11420の一部に形成された
コンタクトホール6を介してn−−InP窓層4と電気
的に導通するように、受光部となる導電型反転領域とし
てもp+領域5以外の余分な平面のほとんど全面を覆う
形で形成されている。
第2図の従来のPDの動作の説明で述べたように、この
実施例の場合においてもアノード11には、カソード1
0に対して負電圧が印加される。
実施例の場合においてもアノード11には、カソード1
0に対して負電圧が印加される。
しかし、この状態でPDチップ全体に広がった1、3μ
mの波長を持つ光が入射しても、受光部以外の領域には
、この発明によって形成された金属遮光1II7によっ
て光は入射されない。したがって、従来の構造の特性上
の問題点であった、時間的に遅れて寄与するキャリアは
発生しなくなる。このことによって第3図(aL (b
)に示されていた立下り時間111は、従来のPDの値
に比べて飛躍的に小さくなり、パールス応答波形のすそ
引きは改善され、PDの高速性が向上する。
mの波長を持つ光が入射しても、受光部以外の領域には
、この発明によって形成された金属遮光1II7によっ
て光は入射されない。したがって、従来の構造の特性上
の問題点であった、時間的に遅れて寄与するキャリアは
発生しなくなる。このことによって第3図(aL (b
)に示されていた立下り時間111は、従来のPDの値
に比べて飛躍的に小さくなり、パールス応答波形のすそ
引きは改善され、PDの高速性が向上する。
次に、この発明によって形成された金属遮光膜7が、表
面保X1ll!!20に新たに形成されたコンタクトホ
ール6によってn−−InP窓層4と電気的に導通する
ように構成されている理由について述べる。コンタクト
ホール6が形成されていない場合でも金属遮光膜7は、
目的とする効率を十分果すと考えられる。この場合、金
属遮光#!47は電気的にフローティングな形となるが
、実際のデバイス製造上、アノード11と金属遮光膜7
が工程中の異物パターン欠陥、アセンブリ時のワイヤボ
ンド位置不具合等様々な原因により電気的に導通してし
まう可能性が完全にゼロではなく、少なくとも起こり得
ると考えられる。アノード11と、金属遮光膜7が電気
的に導通してしまった場合、アノード11から検出され
る暗電流、すなわち、入射光のない場合の電流値は、構
造上前述の不具合がない場合と変わらず、1ノード11
とカッド10間の電圧・電流特性には何ら悪影響を与え
ず、さも何ら問題のないように見えるが、アンド11側
の電極面積が金属遮光膜7の面積の分t2け相対的に広
くなっていることから、電極容量が増大しており、応答
速度は大きく低下する。電)l容量をC!L、その他の
容量をCx、:a断層波数をfo、抵抗をRとすれば、
−殻内に の関係が成り立つことは公知の事実である。
面保X1ll!!20に新たに形成されたコンタクトホ
ール6によってn−−InP窓層4と電気的に導通する
ように構成されている理由について述べる。コンタクト
ホール6が形成されていない場合でも金属遮光膜7は、
目的とする効率を十分果すと考えられる。この場合、金
属遮光#!47は電気的にフローティングな形となるが
、実際のデバイス製造上、アノード11と金属遮光膜7
が工程中の異物パターン欠陥、アセンブリ時のワイヤボ
ンド位置不具合等様々な原因により電気的に導通してし
まう可能性が完全にゼロではなく、少なくとも起こり得
ると考えられる。アノード11と、金属遮光膜7が電気
的に導通してしまった場合、アノード11から検出され
る暗電流、すなわち、入射光のない場合の電流値は、構
造上前述の不具合がない場合と変わらず、1ノード11
とカッド10間の電圧・電流特性には何ら悪影響を与え
ず、さも何ら問題のないように見えるが、アンド11側
の電極面積が金属遮光膜7の面積の分t2け相対的に広
くなっていることから、電極容量が増大しており、応答
速度は大きく低下する。電)l容量をC!L、その他の
容量をCx、:a断層波数をfo、抵抗をRとすれば、
−殻内に の関係が成り立つことは公知の事実である。
したがって、アノード11とカソード10間の容量測定
を全数実施して、上述の不具合の発生に対して除去する
必要があるが、実際に容量全a測定は時間と手間がかか
り、デバイス作成上、コスト的に得策ではない。
を全数実施して、上述の不具合の発生に対して除去する
必要があるが、実際に容量全a測定は時間と手間がかか
り、デバイス作成上、コスト的に得策ではない。
しかし、この発明の構造によれば、コンタクトホール6
によって金属遮光膜7は、n−−InP窓層4と電気的
に導通しているため、上述の不具合が起こった場合でも
、1ノード11は金属遮光膜7.n−−InP窓層4.
n−−I nG aAs光吸収層3.n−InPバッフ
−r層2.n”−InP基板1を介してカソード10と
、同一導電型で導通しているため、上述の不具合がない
場合の電圧・電流特性と大きな違いが見られ、電圧・電
流特性検査の段階で発見して除去することが可能であり
、従来の検査フローで簡単に検出除去することが可能で
ある。
によって金属遮光膜7は、n−−InP窓層4と電気的
に導通しているため、上述の不具合が起こった場合でも
、1ノード11は金属遮光膜7.n−−InP窓層4.
n−−I nG aAs光吸収層3.n−InPバッフ
−r層2.n”−InP基板1を介してカソード10と
、同一導電型で導通しているため、上述の不具合がない
場合の電圧・電流特性と大きな違いが見られ、電圧・電
流特性検査の段階で発見して除去することが可能であり
、従来の検査フローで簡単に検出除去することが可能で
ある。
この発明は以上説明したとおり、第1の導電型を有する
InP基板と、このInP基板上に直接、もしくは第1
の導電型を有するInPnツバ9フフ 動作用のInGaAs光吸収層と、とのInGaAs光
吸収層上に積層された第1の導電型を有するInP窓層
と、このInP窓層上の一部から少なくともInGaA
s光吸収層に達するように形成された第2の導電型を有
する導電型反転領域と、この導電型反転領域上の窓部分
およびInP窓層上の窓部分を除いてInP窓層上に形
成された表面保3!膜と、導電型反転領域と電気的に導
通する第1の電極と、この第1の電極と電気的に絶縁。
InP基板と、このInP基板上に直接、もしくは第1
の導電型を有するInPnツバ9フフ 動作用のInGaAs光吸収層と、とのInGaAs光
吸収層上に積層された第1の導電型を有するInP窓層
と、このInP窓層上の一部から少なくともInGaA
s光吸収層に達するように形成された第2の導電型を有
する導電型反転領域と、この導電型反転領域上の窓部分
およびInP窓層上の窓部分を除いてInP窓層上に形
成された表面保3!膜と、導電型反転領域と電気的に導
通する第1の電極と、この第1の電極と電気的に絶縁。
分離して、少なくとも導電型反転領域が形成されていな
いInP窓層上に表面保護膜を介して形成され、かつI
nP窓層と電気的に導通する金属遮光膜と、InP基板
と電気的に導通する第2の電極とで構成したので、空間
的に広がって入射する光に対しても、受光部となる導電
型反転領域以外の領域には光が入射せず、受光部以外の
領域で時間的に遅れて作用するキャリアの発生がないた
め、高速応答が可能になるという効果があるほか、工程
中に発生する異物,パターン欠陥,ワイヤボンド位置不
具合等の原因によって第1の電極と、金属遮光膜が電気
的に導通する不具合が発生した場合でも時間的に容易な
電圧・電流特性検査の段階で除去でき、製造コストが増
加することもない。
いInP窓層上に表面保護膜を介して形成され、かつI
nP窓層と電気的に導通する金属遮光膜と、InP基板
と電気的に導通する第2の電極とで構成したので、空間
的に広がって入射する光に対しても、受光部となる導電
型反転領域以外の領域には光が入射せず、受光部以外の
領域で時間的に遅れて作用するキャリアの発生がないた
め、高速応答が可能になるという効果があるほか、工程
中に発生する異物,パターン欠陥,ワイヤボンド位置不
具合等の原因によって第1の電極と、金属遮光膜が電気
的に導通する不具合が発生した場合でも時間的に容易な
電圧・電流特性検査の段階で除去でき、製造コストが増
加することもない。
第1図はこの発明の半導体受光素子の一実施例の構成を
示す図、第2図は従来の半導体受光素子の一例の構造を
示す図、第3図は入射光と検出電流の関係を示す図であ
る。 図ニオイテ、1はn”−InP基板、2はn−InPn
ツバ9フフ 収層、3aは空乏層、4はn−−InP窓層、5はp+
領領域6はコンタクトホール、7は金属遮光膜、10は
カソード、11はアノード、20は表面保護膜、40は
入射光、50は電子、51はホールである。 なお、 各図中の同一符号は同一または相当部分を小す。
示す図、第2図は従来の半導体受光素子の一例の構造を
示す図、第3図は入射光と検出電流の関係を示す図であ
る。 図ニオイテ、1はn”−InP基板、2はn−InPn
ツバ9フフ 収層、3aは空乏層、4はn−−InP窓層、5はp+
領領域6はコンタクトホール、7は金属遮光膜、10は
カソード、11はアノード、20は表面保護膜、40は
入射光、50は電子、51はホールである。 なお、 各図中の同一符号は同一または相当部分を小す。
Claims (1)
- 第1の導電型を有するInP基板と、このInP基板上
に直接、もしくは第1の導電型を有するInPバッファ
層を介して積層された第1の導電型を有する光吸収動作
用のInGaAs光吸収層と、このInGaAs光吸収
層上に積層された第1の導電型を有するInP窓層と、
このInP窓層上の一部から少なくとも前記InGaA
s光吸収層に達するように形成された第2の導電型を有
する導電型反転領域と、この導電型反転領域上の窓部分
および前記InP窓層上の窓部分を除いて前記InP窓
層上に形成された表面保護膜と、前記導電型反転領域と
電気的に導通する第1の電極と、この第1の電極と電気
的に絶縁、分離して、少なくとも前記導電型反転領域が
形成されていない前記InP窓層上に前記表面保護膜を
介して形成され、かつ前記InP窓層と電気的に導通す
る金属遮光膜と、前記InP基板と電気的に導通する第
2の電極とで構成したことを特徴とする半導体受光素子
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1173351A JPH0338070A (ja) | 1989-07-04 | 1989-07-04 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1173351A JPH0338070A (ja) | 1989-07-04 | 1989-07-04 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0338070A true JPH0338070A (ja) | 1991-02-19 |
Family
ID=15958806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1173351A Pending JPH0338070A (ja) | 1989-07-04 | 1989-07-04 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0338070A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12017374B2 (en) | 2016-12-27 | 2024-06-25 | Hangzhou Great Star Industrial Co., Ltd. | Blade-replaceable cutting tool |
| US12257730B2 (en) | 2016-12-27 | 2025-03-25 | Hangzhou Great Star Industrial Co., Ltd. | Blade-replaceable cutting tool |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51138185A (en) * | 1975-05-26 | 1976-11-29 | Oki Electric Ind Co Ltd | Semi-conductor device |
| JPS61199677A (ja) * | 1985-03-01 | 1986-09-04 | Shimadzu Corp | Pinフオトダイオ−ド |
| JPS6423580A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-26 | Fujitsu Ltd | Semiconductor photodetector device |
-
1989
- 1989-07-04 JP JP1173351A patent/JPH0338070A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12017374B2 (en) | 2016-12-27 | 2024-06-25 | Hangzhou Great Star Industrial Co., Ltd. | Blade-replaceable cutting tool |
| US12257730B2 (en) | 2016-12-27 | 2025-03-25 | Hangzhou Great Star Industrial Co., Ltd. | Blade-replaceable cutting tool |
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