JPH04111477A - 受光素子 - Google Patents
受光素子Info
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- JPH04111477A JPH04111477A JP2230206A JP23020690A JPH04111477A JP H04111477 A JPH04111477 A JP H04111477A JP 2230206 A JP2230206 A JP 2230206A JP 23020690 A JP23020690 A JP 23020690A JP H04111477 A JPH04111477 A JP H04111477A
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- JP
- Japan
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- region
- light
- conductivity type
- crystal layer
- semiconductor crystal
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
- H10F30/223—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a PIN barrier
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/10—Semiconductor bodies
- H10F77/12—Active materials
- H10F77/124—Active materials comprising only Group III-V materials, e.g. GaAs
- H10F77/1248—Active materials comprising only Group III-V materials, e.g. GaAs having three or more elements, e.g. GaAlAs, InGaAs or InGaAsP
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/20—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/30—Coatings
- H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
- H10F77/331—Coatings for devices having potential barriers for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
- H10F77/334—Coatings for devices having potential barriers for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors for shielding light, e.g. light blocking layers or cold shields for infrared detectors
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
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〕
本発明は、半導体レーザの出力モニタ用、あるいは光通
信システムの受光器用等に用いられる受光素子に関する
ものである。
信システムの受光器用等に用いられる受光素子に関する
ものである。
第5図は、従来の受光素子の構造を上面図およびそのX
−X断面図で示したものである。同図に示されている様
に従来の受光素子は、裏面に第1導電型の電極8が施さ
れた高濃度の第1導電型半導体基板1の表面上に、光吸
収層を含む低濃度の第1導電型半導体結晶層2が積層さ
れ、その半導体結晶層2には不純物が選択拡散されて、
第2導電型である第1の領域3が形成されている。この
部分が半導体基板1をN層(またはP層)、半導体結晶
層2を1層、第1の領域3をP層(またはN層)とする
PINフォトダイオード構造となり、ここに受光領域1
0を形成している。この様な構造を有する半導体結晶層
2の表面には、第1の領域3上に第2導電型電極6が設
けられており、その電極6の内側である第1の領域3上
は反射防止膜5で、また外側である半導体結晶層2上は
素子保護膜9で覆われている。
−X断面図で示したものである。同図に示されている様
に従来の受光素子は、裏面に第1導電型の電極8が施さ
れた高濃度の第1導電型半導体基板1の表面上に、光吸
収層を含む低濃度の第1導電型半導体結晶層2が積層さ
れ、その半導体結晶層2には不純物が選択拡散されて、
第2導電型である第1の領域3が形成されている。この
部分が半導体基板1をN層(またはP層)、半導体結晶
層2を1層、第1の領域3をP層(またはN層)とする
PINフォトダイオード構造となり、ここに受光領域1
0を形成している。この様な構造を有する半導体結晶層
2の表面には、第1の領域3上に第2導電型電極6が設
けられており、その電極6の内側である第1の領域3上
は反射防止膜5で、また外側である半導体結晶層2上は
素子保護膜9で覆われている。
上述の構造を有する半導体装置に逆バイアスを印加する
ことによって半導体結晶層2中のpn接合部分に空乏層
が生じる。すると、空乏層中に電界か生じ、受光領域1
0に入射された光によって生じた電子、正孔の各々は、
第1導電型半導体基板1と第2導電型領域3に振り分け
られて加速され乙。このため光電流を外部に取り出すこ
とができ、光信号を検出することができる。
ことによって半導体結晶層2中のpn接合部分に空乏層
が生じる。すると、空乏層中に電界か生じ、受光領域1
0に入射された光によって生じた電子、正孔の各々は、
第1導電型半導体基板1と第2導電型領域3に振り分け
られて加速され乙。このため光電流を外部に取り出すこ
とができ、光信号を検出することができる。
前述した第5図に示す構造では、受光領域10内に光が
入射した場合は、光生成キャリアは空乏層に捕捉されて
応答特性は良好となるが、領域10の外側に光が入射し
た場合は、発生したキャリアが密度勾配により拡散して
pn接合に達し、光電流として取り出されるため、応答
特性に悪影響が与えられる。第3図は受光素子の応答特
性を示したものであるが、前述の拡散によるキャリアの
移動は遅いため、光パルスに対する応答波形は同図(a
)に示す様に、終端に尾を引いた波形となる。
入射した場合は、光生成キャリアは空乏層に捕捉されて
応答特性は良好となるが、領域10の外側に光が入射し
た場合は、発生したキャリアが密度勾配により拡散して
pn接合に達し、光電流として取り出されるため、応答
特性に悪影響が与えられる。第3図は受光素子の応答特
性を示したものであるが、前述の拡散によるキャリアの
移動は遅いため、光パルスに対する応答波形は同図(a
)に示す様に、終端に尾を引いた波形となる。
この様な受光素子を光通信に用いる場合、光ファイバか
ら出射した光は受光領域10に入射する様に集光される
。しかし、一部の光が受光領域10の外に漏れた場合、
前述した理由により受光素子の応答速度の低下につなが
る。特に高速の受光素子では、受光領域10の面積を小
さくして接合容量を下げているので、受光領域10の外
側に入射する光の割合が増加し、応答速度の遅い拡散成
分が増加し、応答速度の劣化につながる。
ら出射した光は受光領域10に入射する様に集光される
。しかし、一部の光が受光領域10の外に漏れた場合、
前述した理由により受光素子の応答速度の低下につなが
る。特に高速の受光素子では、受光領域10の面積を小
さくして接合容量を下げているので、受光領域10の外
側に入射する光の割合が増加し、応答速度の遅い拡散成
分が増加し、応答速度の劣化につながる。
また、半導体レーザの光出力を一定に保つために、半導
体レーザの後ろ端面から出射する光を受光素子で受けて
半導体レーザの駆動電流を帰還制御する場合、半導体レ
ーザから出射した光が受光素子の受光領域10の外側に
も広がってしまうと、前述した様に拡散による応答速度
の遅い成分が発生し、帰還制御に悪影響を与える。
体レーザの後ろ端面から出射する光を受光素子で受けて
半導体レーザの駆動電流を帰還制御する場合、半導体レ
ーザから出射した光が受光素子の受光領域10の外側に
も広がってしまうと、前述した様に拡散による応答速度
の遅い成分が発生し、帰還制御に悪影響を与える。
本発明は、これらの問題を解決し、応答速度を改善した
受光素子を提供するためのものである。
受光素子を提供するためのものである。
本発明は、第1の導電型である半導体層の一部に、第2
の導電型である第1の領域を選択的に設けることによっ
て形成されるpn接合部分を受光領域とした上面入射構
造の受光素子において、受光領域が半導体層の一部に形
成された第2の導電型である第2の領域によって、所定
の間隔で取り囲まれていることを特徴とする。
の導電型である第1の領域を選択的に設けることによっ
て形成されるpn接合部分を受光領域とした上面入射構
造の受光素子において、受光領域が半導体層の一部に形
成された第2の導電型である第2の領域によって、所定
の間隔で取り囲まれていることを特徴とする。
本発明によれば、受光領域外に光が入射して電荷を発生
させた場合でも、その電荷は第2の領域に吸収されるた
めに受光領域内への電荷の流入を防ぐことができる。従
って、必要な光電流のみを外部回路に取り出すことがで
きる。
させた場合でも、その電荷は第2の領域に吸収されるた
めに受光領域内への電荷の流入を防ぐことができる。従
って、必要な光電流のみを外部回路に取り出すことがで
きる。
以下、図に基づいて本発明の実施例について説明する。
第1図は、本発明に係る受光素子の基本構造を示してお
り、同図(a)は上面図、同図(b)はそのX−X断面
図である。同図に示される様に、裏面にn側電極8が設
けられた高濃度の第1導電型半導体基板1の表面上には
低濃度の第1導電型の半導体結晶層2が形成され、その
半導体結晶層2には、不純物拡散によって第2導電型で
ある第1の領域3が設けられている。この第1の領域3
を設けることによって形成されたpn接合部分を、受光
領域10とする構造が形成されている。この第1の領域
3の周囲には、不純物拡散により第2導電型である第2
の領域4が、所定の間隔を保って形成されている。さら
に、半導体結晶層2の表面には、第1の領域3上にp側
電極6が設けられ、その内側の第1の領域3上には反射
防止膜5が、外側の半導体結晶層2上には素子保護膜9
が形成されている。
り、同図(a)は上面図、同図(b)はそのX−X断面
図である。同図に示される様に、裏面にn側電極8が設
けられた高濃度の第1導電型半導体基板1の表面上には
低濃度の第1導電型の半導体結晶層2が形成され、その
半導体結晶層2には、不純物拡散によって第2導電型で
ある第1の領域3が設けられている。この第1の領域3
を設けることによって形成されたpn接合部分を、受光
領域10とする構造が形成されている。この第1の領域
3の周囲には、不純物拡散により第2導電型である第2
の領域4が、所定の間隔を保って形成されている。さら
に、半導体結晶層2の表面には、第1の領域3上にp側
電極6が設けられ、その内側の第1の領域3上には反射
防止膜5が、外側の半導体結晶層2上には素子保護膜9
が形成されている。
上記の構造を有する半導体装置に逆バイアスを印加する
ことによって半導体結晶層2中のpn接合部に空乏層が
生じる。すると空乏層中に電界が生じ、受光領域10に
入射された光によって生じた電子、正孔の各々は第1導
電型半導体基板1、第2導電型領域3へ振り分けられて
加速される。
ことによって半導体結晶層2中のpn接合部に空乏層が
生じる。すると空乏層中に電界が生じ、受光領域10に
入射された光によって生じた電子、正孔の各々は第1導
電型半導体基板1、第2導電型領域3へ振り分けられて
加速される。
このため光電流を外部に取り出すことができ、光信号を
検出することができる。一方、受光領域10以外の部分
に光が入射した場合、半導体結晶層2に深く設けられた
第2の領域4によって生じた空乏層に不要なキャリアが
吸収される。従って、光信号の検出に必要な光電流のみ
を取り出すことができる。この様な不要電荷を不純物層
によって吸収する構造が、特開昭53−96719に示
されているが、その記載内容は、イメージセンサにおけ
る受光素子部と走査回路部の間の干渉を防ぐために不純
物層を設けるというものである。しかし本発明が目的と
する応答速度の改善は期待できない。
検出することができる。一方、受光領域10以外の部分
に光が入射した場合、半導体結晶層2に深く設けられた
第2の領域4によって生じた空乏層に不要なキャリアが
吸収される。従って、光信号の検出に必要な光電流のみ
を取り出すことができる。この様な不要電荷を不純物層
によって吸収する構造が、特開昭53−96719に示
されているが、その記載内容は、イメージセンサにおけ
る受光素子部と走査回路部の間の干渉を防ぐために不純
物層を設けるというものである。しかし本発明が目的と
する応答速度の改善は期待できない。
次に、上述の基本構造に基づいた具体的な実施例につい
て説明する。第2図は第1の実施例の構造を示しており
、同図(a)はその上面図、同図(b)はそのx−X断
面図である。図示されている様に、裏面にn側電極8が
設けられたn+型InP(インジウム・リン)半導体基
板1 (ドーパント濃度; n−2X 1018cm−
3)の表面上には、ノンドープInPバッファ層2a
(n−2X10cm、厚さ2μm)、ノンドープInG
aAs(インジウム・ガリウム・ヒ素)受光層2b(n
= 2 x 1 o 15crn−3、厚さ3.5
tttll) 、ノンB −3 ドープInP窓層2c(n−2X10 cm 、厚
さ2μm)が形成されている。さらに、これら受光層2
b及び窓層2Cには、p型である第1の領域3、及び第
2の領域4が、封管法によるZn(亜鉛)の選択拡散に
より形成されている。半導体結晶層2中の第1の領域3
上にはp側電極6が設けられており、その電極6の内側
である領域3上には反射防止膜5が、そして外側には素
子保護膜9が形成されている。なお、第2の領域4に集
められた電荷を外部に取り出すための電極7が、半導体
結晶層2上に形成されている。
て説明する。第2図は第1の実施例の構造を示しており
、同図(a)はその上面図、同図(b)はそのx−X断
面図である。図示されている様に、裏面にn側電極8が
設けられたn+型InP(インジウム・リン)半導体基
板1 (ドーパント濃度; n−2X 1018cm−
3)の表面上には、ノンドープInPバッファ層2a
(n−2X10cm、厚さ2μm)、ノンドープInG
aAs(インジウム・ガリウム・ヒ素)受光層2b(n
= 2 x 1 o 15crn−3、厚さ3.5
tttll) 、ノンB −3 ドープInP窓層2c(n−2X10 cm 、厚
さ2μm)が形成されている。さらに、これら受光層2
b及び窓層2Cには、p型である第1の領域3、及び第
2の領域4が、封管法によるZn(亜鉛)の選択拡散に
より形成されている。半導体結晶層2中の第1の領域3
上にはp側電極6が設けられており、その電極6の内側
である領域3上には反射防止膜5が、そして外側には素
子保護膜9が形成されている。なお、第2の領域4に集
められた電荷を外部に取り出すための電極7が、半導体
結晶層2上に形成されている。
ここで受光層2bの厚さは、入射光を効率良く吸収させ
るためには1μmから7μmの範囲にあることが望まし
いが、特にこの範囲に限定するものではない。また前述
の第1の領域3と第2の領域4の間にあるn型領域の幅
は、応答特性と電気特性を良好に保つためには5μmか
ら30μmの範囲にあることが望ましいが、特にこの範
囲に限定するものではない。
るためには1μmから7μmの範囲にあることが望まし
いが、特にこの範囲に限定するものではない。また前述
の第1の領域3と第2の領域4の間にあるn型領域の幅
は、応答特性と電気特性を良好に保つためには5μmか
ら30μmの範囲にあることが望ましいが、特にこの範
囲に限定するものではない。
この様な構造の受光素子において受光領域10以外の部
分に光が入射した場合、前述した様に、半導体結晶層2
に深く設けられた第2の領域4によって生じた空乏層に
不要な電荷が集められる。
分に光が入射した場合、前述した様に、半導体結晶層2
に深く設けられた第2の領域4によって生じた空乏層に
不要な電荷が集められる。
従って、光信号の検出に必要な光電流のみを取り出すこ
とができる。この受光素子の応答速度を01定した結果
、第3図(b)で示されている様に、波形の終端は尾を
引かず、受光領域10の外に入射した迷光による応答速
度の劣化がないことが確認できた。
とができる。この受光素子の応答速度を01定した結果
、第3図(b)で示されている様に、波形の終端は尾を
引かず、受光領域10の外に入射した迷光による応答速
度の劣化がないことが確認できた。
次に、第4図を用いて第2の実施例について説明する。
同図(a)はその上面図、同図(b)はそのX−X断面
図である。本実施例では、n側電極8が裏面に設けられ
ているn+型1nP基板1の表面上に半導体結晶層2と
してノンドープInGaAs受光層(n−IXIOcm
、厚さ5μm)が形成され、Znの選択拡散によっ
て、p型である第1の領域3、及び第2の領域4が形成
されている。この第1の領域3の直径は300μmであ
り、その領域3と周囲の第2の領域4との間にあるn型
領域の幅は20μ−である。前述した受光層の領域3上
にはp型電極6が設けられ、その電極6の内側である領
域3上には反射防止膜5が、そして外側の半導体結晶層
2上には素子保護膜9が形成されている。
図である。本実施例では、n側電極8が裏面に設けられ
ているn+型1nP基板1の表面上に半導体結晶層2と
してノンドープInGaAs受光層(n−IXIOcm
、厚さ5μm)が形成され、Znの選択拡散によっ
て、p型である第1の領域3、及び第2の領域4が形成
されている。この第1の領域3の直径は300μmであ
り、その領域3と周囲の第2の領域4との間にあるn型
領域の幅は20μ−である。前述した受光層の領域3上
にはp型電極6が設けられ、その電極6の内側である領
域3上には反射防止膜5が、そして外側の半導体結晶層
2上には素子保護膜9が形成されている。
この構造においても第1の実施例同様、受光領域10の
外側に入射した光によって生成された電荷は第2の領域
4に集められ、応答速度の劣化を防ぐことができる。
外側に入射した光によって生成された電荷は第2の領域
4に集められ、応答速度の劣化を防ぐことができる。
以上述べた半導体材料並びにその寸法などはあくまでも
その一例であり、用途・対象とする波長等により異なる
。例えば、半導体材料についてはGaAs (ガリウム
φヒ素) 、Al)GaAs (アルミニウム・ガリウ
ム・ヒ素) 、CdTe (カドミウム・テルル) 、
HgCdTe (水銀・カドミウム・テルル)、In5
b(インジウムψアンチモン)等の化合物半導体や、S
i(ケイ素)、Ge(ゲルマニウム)等でも良い。また
、不純物にはBe(ベリリウム)Ga(ガリウム)等の
材料を用いても良い。また、不純物拡散にはイオン打ち
込み等の方法を用いても良い。
その一例であり、用途・対象とする波長等により異なる
。例えば、半導体材料についてはGaAs (ガリウム
φヒ素) 、Al)GaAs (アルミニウム・ガリウ
ム・ヒ素) 、CdTe (カドミウム・テルル) 、
HgCdTe (水銀・カドミウム・テルル)、In5
b(インジウムψアンチモン)等の化合物半導体や、S
i(ケイ素)、Ge(ゲルマニウム)等でも良い。また
、不純物にはBe(ベリリウム)Ga(ガリウム)等の
材料を用いても良い。また、不純物拡散にはイオン打ち
込み等の方法を用いても良い。
以上説明した様に、受光領域の周囲の光吸収領域の一部
を空乏化し、受光領域の外側に入射した光によって発生
した電荷を収集するという簡単な構造を用いることによ
って、応答速度の劣化を防止することができ、高感度化
された受光素子を得ることができる。
を空乏化し、受光領域の外側に入射した光によって発生
した電荷を収集するという簡単な構造を用いることによ
って、応答速度の劣化を防止することができ、高感度化
された受光素子を得ることができる。
図は従来の受光素子構造を示した図である。
1・・・第1の導電型半導体基板、2・・・光吸収層を
含む半導体結晶層、2a・・・バッファ層、2b・・・
受光層、2C・・・窓層、3・・・第2の導電型である
第1の領域、4・・・第2の導電型である第2の領域(
応答速度劣化防止構造)、5・・・反射防止膜、6・・
・受光素子の第2導電型電極、7・・・領域4に集めら
れた電荷を取り出すための電極、8・・・第1導電型電
極、9・・・素子保護膜、10・・・受光領域。
含む半導体結晶層、2a・・・バッファ層、2b・・・
受光層、2C・・・窓層、3・・・第2の導電型である
第1の領域、4・・・第2の導電型である第2の領域(
応答速度劣化防止構造)、5・・・反射防止膜、6・・
・受光素子の第2導電型電極、7・・・領域4に集めら
れた電荷を取り出すための電極、8・・・第1導電型電
極、9・・・素子保護膜、10・・・受光領域。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、第1の導電型である半導体層の一部に、第2の導電
型である第1の領域を選択的に設けることによって形成
されるpn接合部分を受光領域とした上面入射構造の受
光素子において、 前記第1の領域は、前記半導体層の一部に形成された第
2の導電型である第2の領域によって、所定の間隔で取
り囲まれていることを特徴とする受光素子。 2、前記第2の領域と前記半導体層との間に逆方向電圧
を印加できる構造が形成されていることを特徴とする請
求項1記載の受光素子。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2230206A JPH04111477A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 受光素子 |
| CA002050435A CA2050435C (en) | 1990-08-31 | 1991-08-30 | Photo-sensing device |
| KR1019910015188A KR950003950B1 (ko) | 1990-08-31 | 1991-08-31 | 수광소자 |
| DE69128751T DE69128751T2 (de) | 1990-08-31 | 1991-09-02 | Lichtempfindliches Bauelement |
| EP91114760A EP0473198B1 (en) | 1990-08-31 | 1991-09-02 | Photo-sensing device |
| US08/050,720 US5304824A (en) | 1990-08-31 | 1993-04-08 | Photo-sensing device |
| US08/120,456 US5542018A (en) | 1990-08-31 | 1993-09-14 | Semiconductor laser device making use of photodiode chip |
| US08/159,577 US5412229A (en) | 1990-08-31 | 1993-12-01 | Semiconductor light detecting device making use of a photodiode chip |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2230206A JPH04111477A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04111477A true JPH04111477A (ja) | 1992-04-13 |
Family
ID=16904238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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