JPS5943580A - 光電変換素子 - Google Patents
光電変換素子Info
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- JPS5943580A JPS5943580A JP57152562A JP15256282A JPS5943580A JP S5943580 A JPS5943580 A JP S5943580A JP 57152562 A JP57152562 A JP 57152562A JP 15256282 A JP15256282 A JP 15256282A JP S5943580 A JPS5943580 A JP S5943580A
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- JP
- Japan
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- semiconductor
- photoelectric conversion
- conversion element
- depletion layer
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- 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
- 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
- H10F30/28—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 being characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistors
- H10F30/283—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 being characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistors the devices having Schottky gates
- H10F30/2843—Schottky gate FETs, e.g. photo MESFETs
Landscapes
- Light Receiving Elements (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】
[発明の技術分野]
本発明は、光検出を行なう光電変換素子に関する。
[発明の技術的背景と問題点]
従来、光検出用の光1TL変換素と1−では、光3み電
セル、フォトダイオード、フォトトランジスタなどがあ
り、多用されている。これらの光<K換素子を光検出に
用いるには、素子に一定の?#! 1(:、を印加して
おき、光が照射された時の電流(I■、)、J−暗時の
電流(I I))の差異を以って光の有無を検知しよう
とするものである。検出能を良くするにはI 、/Iゎ
が犬きくなければならずまだこれらの素子をある装置に
組込んで実用するには、IJ、の絶対値が大きくなけれ
ばならない○ 古ころで、上記の光?に変換素子の光電流と一士、イー
のエネ)Lギにより素子内に誘起された電子又は正孔(
光キャリア)が担っている。光導itセルの場合、IL
と■9の差異は、開時と暗時のキャリ−ア数の差異であ
り、ILを犬きくするため((光に誘起されるギヤリア
数が多い光導電セルを製作しようとすると、同時に暗時
のキャリア数も多くなり、IJ)が増大する。この場合
I I//工1)は逆に小さくなるのが通常である。フ
ォトダイオードは、半導体のpn接合を逆バイアス下で
使用するため、よりはpn接合の飽和電流値となり小さ
いが、■、は接合付近で生成されたキャリアによるもの
がほとんどであり、II、の絶対値はそれほど大きくな
い。フォトトランジスタは半導体のpnp接合又はnp
n接合のフック増倍作用を利用するもので、このだめI
Lはフォトダイオードより1桁大きくなるが、同時にI
I)が増加する。
セル、フォトダイオード、フォトトランジスタなどがあ
り、多用されている。これらの光<K換素子を光検出に
用いるには、素子に一定の?#! 1(:、を印加して
おき、光が照射された時の電流(I■、)、J−暗時の
電流(I I))の差異を以って光の有無を検知しよう
とするものである。検出能を良くするにはI 、/Iゎ
が犬きくなければならずまだこれらの素子をある装置に
組込んで実用するには、IJ、の絶対値が大きくなけれ
ばならない○ 古ころで、上記の光?に変換素子の光電流と一士、イー
のエネ)Lギにより素子内に誘起された電子又は正孔(
光キャリア)が担っている。光導itセルの場合、IL
と■9の差異は、開時と暗時のキャリ−ア数の差異であ
り、ILを犬きくするため((光に誘起されるギヤリア
数が多い光導電セルを製作しようとすると、同時に暗時
のキャリア数も多くなり、IJ)が増大する。この場合
I I//工1)は逆に小さくなるのが通常である。フ
ォトダイオードは、半導体のpn接合を逆バイアス下で
使用するため、よりはpn接合の飽和電流値となり小さ
いが、■、は接合付近で生成されたキャリアによるもの
がほとんどであり、II、の絶対値はそれほど大きくな
い。フォトトランジスタは半導体のpnp接合又はnp
n接合のフック増倍作用を利用するもので、このだめI
Lはフォトダイオードより1桁大きくなるが、同時にI
I)が増加する。
以上のように従来の光検出用の光電変換素子はIL
として光キャリアを用いるため、ILの大きな素子を製
作するのが困難であり、ILを大きくしようとするとI
Dが同時に増大し、I、/I。が小さくなるという問題
点がちった。
として光キャリアを用いるため、ILの大きな素子を製
作するのが困難であり、ILを大きくしようとするとI
Dが同時に増大し、I、/I。が小さくなるという問題
点がちった。
[発明の目的]
本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、高感
度の光電変換素子を提供することを目的とする。
度の光電変換素子を提供することを目的とする。
[発明の概要コ
本発明による光電変換素子は、基板上に形成された半導
体3と、前記半導体に電圧を印加し電流を検出するため
の2個の電極とからなる光電変換素子において、t)i
J記2個の電極の中間に、1)I■記半導体内に空乏層
を生じ忙しめるだめの金属もしくは半導体が形成されて
おり、前記?と乏層の厚さがniJ記半導体の厚さとほ
ぼ同程度である光電変換素子である。
体3と、前記半導体に電圧を印加し電流を検出するため
の2個の電極とからなる光電変換素子において、t)i
J記2個の電極の中間に、1)I■記半導体内に空乏層
を生じ忙しめるだめの金属もしくは半導体が形成されて
おり、前記?と乏層の厚さがniJ記半導体の厚さとほ
ぼ同程度である光電変換素子である。
[発明の効果]
本発明によれば、従来の光電変換素子である光導電セル
、フォトダイオ−ド、フォトトランジスタなどに比し、
製造工程も複雑でな(、I、、の絶対値が犬きく、1〜
かもI I/I Dの大きな高感度の光電変換素子が得
られる。
、フォトダイオ−ド、フォトトランジスタなどに比し、
製造工程も複雑でな(、I、、の絶対値が犬きく、1〜
かもI I/I Dの大きな高感度の光電変換素子が得
られる。
[発明の実施例]
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図(a)(b)に本発明による光電変換素子の上面
図、断面図を示す。(1)はi形のガリウム砒素(Ga
AS)基板であり、基板(1)上に光〕d変換素子の本
体(2)吉なるn形のGaASがエビタキンヤル成長さ
れている。
図、断面図を示す。(1)はi形のガリウム砒素(Ga
AS)基板であり、基板(1)上に光〕d変換素子の本
体(2)吉なるn形のGaASがエビタキンヤル成長さ
れている。
本体(2)である()aAsのドナ密度(ND)は約8
X10Crnで抵抗率(ρn)は約1Ω1であった。本
体(2)の厚さは約1μmである。本体(2)上の両端
には金−ゲルマニウム(Au−Ge)共晶から成る電極
が形成されており、以下それぞれをソース(3)、ドレ
イン(4)と記す。
X10Crnで抵抗率(ρn)は約1Ω1であった。本
体(2)の厚さは約1μmである。本体(2)上の両端
には金−ゲルマニウム(Au−Ge)共晶から成る電極
が形成されており、以下それぞれをソース(3)、ドレ
イン(4)と記す。
ソース(3)、ドレイン(4)のそれぞれの下の本体(
2)には、両電極のオーム性接触を良好にするためのn
土層(5)が形成されている。またソース(3)、ドレ
イン(4)の中間の本体(2)の上には、 GaAsに
ショットキ障壁を生じせしめる金属(6)である白金が
光が通過できるように薄く蒸着されており、この金W6
(6)の下の本体(2)内部には、ショットキ障壁に起
因する空乏層(7)が広がっている。
2)には、両電極のオーム性接触を良好にするためのn
土層(5)が形成されている。またソース(3)、ドレ
イン(4)の中間の本体(2)の上には、 GaAsに
ショットキ障壁を生じせしめる金属(6)である白金が
光が通過できるように薄く蒸着されており、この金W6
(6)の下の本体(2)内部には、ショットキ障壁に起
因する空乏層(7)が広がっている。
第1図に示しだ本発明による光電変換素子のソース(3
)、ドレイン(4)それぞれが負・正となる電圧(V)
−e印加した場合の電流−電圧特性(I−V特性)を1
.001Xの白色光照射における開時及び暗時それぞれ
について測定した結果の一例を第2図人に示す。同図に
は本発明との比較のために、本発明による光電変換素子
の本体(2)と厚さ、幅、長さの形状が同様な硫化カド
ミウム(CdS)光導″シセルによる特性Bをも示した
。
)、ドレイン(4)それぞれが負・正となる電圧(V)
−e印加した場合の電流−電圧特性(I−V特性)を1
.001Xの白色光照射における開時及び暗時それぞれ
について測定した結果の一例を第2図人に示す。同図に
は本発明との比較のために、本発明による光電変換素子
の本体(2)と厚さ、幅、長さの形状が同様な硫化カド
ミウム(CdS)光導″シセルによる特性Bをも示した
。
本発明による光電変換素子の特性は、第2図かられかる
よf、うに、明ビ流(IL)は印加tK圧Vに比例して
大きくなり、一方、暗電流(■、〕)はVがある程度大
きな領域になると飽和して」?す、■の変化に対し、I
I)はほぼ一定値をとる。このような領域では、ILと
IDの比(IT7’l4))は106以上となっている
。これに対し、CdS光導′眠セルの場合、Iv’Is
)は105徨度であり、ILの絶対値は本発明の光電変
換素子より2桁近く小さい。このように、本発明による
光電変換素子は、従来の光T1工変換素子に比べ大きな
IL値が得られ、且つ、■し′ID比も十分大きくなる
吉いう著しい効果がある。
よf、うに、明ビ流(IL)は印加tK圧Vに比例して
大きくなり、一方、暗電流(■、〕)はVがある程度大
きな領域になると飽和して」?す、■の変化に対し、I
I)はほぼ一定値をとる。このような領域では、ILと
IDの比(IT7’l4))は106以上となっている
。これに対し、CdS光導′眠セルの場合、Iv’Is
)は105徨度であり、ILの絶対値は本発明の光電変
換素子より2桁近く小さい。このように、本発明による
光電変換素子は、従来の光T1工変換素子に比べ大きな
IL値が得られ、且つ、■し′ID比も十分大きくなる
吉いう著しい効果がある。
本発明による光電変換素子の動作を説明すると以下のよ
うになる。
うになる。
第3図は、本発明による光電変換素子の動作状態を模式
的に示したものであり、同図(a)は、暗時における無
バイアス状態、同図(b)は、暗時において、ソース(
3)に負ドレイン(4)に正の電圧を印加した状態、同
図(C)は、開時において、ソースに負、ドレインに正
の電圧を印加した状態をそれぞれ表わすものである。半
導体にショットキ障壁を形成しだ場合、その空乏層の厚
さWは、 Wニ2ε。ε、・vb1/qNI) で表現される。ここに、6.)は真空の誘電率、εSは
半導体の比誘電率、■b1はビルトインポテンシャル、
qは電子の電荷、NI)は半導体のドナ密度である。N
D = 8 X 10”cm、 3の()aAsKpt
を蒸着サセテンヨットキ障壁を形成した場合Wは約1μ
mとなる。
的に示したものであり、同図(a)は、暗時における無
バイアス状態、同図(b)は、暗時において、ソース(
3)に負ドレイン(4)に正の電圧を印加した状態、同
図(C)は、開時において、ソースに負、ドレインに正
の電圧を印加した状態をそれぞれ表わすものである。半
導体にショットキ障壁を形成しだ場合、その空乏層の厚
さWは、 Wニ2ε。ε、・vb1/qNI) で表現される。ここに、6.)は真空の誘電率、εSは
半導体の比誘電率、■b1はビルトインポテンシャル、
qは電子の電荷、NI)は半導体のドナ密度である。N
D = 8 X 10”cm、 3の()aAsKpt
を蒸着サセテンヨットキ障壁を形成した場合Wは約1μ
mとなる。
従ってGaAsの厚さを、1μm程度にすると、第:3
図(a)のように空乏層(6)は半導体の厚さ方向はぼ
全体に広がっている。従9てソース(3)、ドレイン(
4)に電圧を印加した場合、電流は、半導体本体(2)
の底のごく薄い層をしか流れることができない。従って
■Dl′ltは極めて小さい。印加する4圧を増してい
くと、第3図(b)のように空乏IYt(6)がドレイ
ン(4)側で広がっていき、所謂ピンチオフ状態となり
、電圧をいくら増大しても醒流値は変化せず飽和する。
図(a)のように空乏層(6)は半導体の厚さ方向はぼ
全体に広がっている。従9てソース(3)、ドレイン(
4)に電圧を印加した場合、電流は、半導体本体(2)
の底のごく薄い層をしか流れることができない。従って
■Dl′ltは極めて小さい。印加する4圧を増してい
くと、第3図(b)のように空乏IYt(6)がドレイ
ン(4)側で広がっていき、所謂ピンチオフ状態となり
、電圧をいくら増大しても醒流値は変化せず飽和する。
即ち、第2図のrD−v特性が現われることとなる。
一方、光を照射すると、光のエネルギにより電子−正孔
対が生成され、空乏層の厚さWが短くなる。
対が生成され、空乏層の厚さWが短くなる。
即ち、半導体本体(2)の底にキャリアが通過できるチ
ャンネルが生じ、このfilL分を通−って大きな血’
riftが5fれる。これが第2図の15、−V7侍性
でヰ)る5、ところで、上述のような)′r、による空
乏層の厚テNの変化は、う“1ニーlがある程度大きく
なると、その光量゛の変化に対する空乏層厚の変化率は
小さくなり上述のよりな光電変換素子の構成では、光量
検++3には不利である。このへに鑑みて改良をなした
光電変換素子の模式図を第4図に、この素子の特性の一
例を第5図に示す。改良曳け、半導体(て・/ヨソトキ
障壁を生ずる金属(6)とリース(3)とを一定の抵抗
(8)で接続したものである。光のエネルギにより生成
されたキャリアのうち正孔は金属(Glにより収集され
、抵抗(8)を通ってソース(3)側へ流れる。
ャンネルが生じ、このfilL分を通−って大きな血’
riftが5fれる。これが第2図の15、−V7侍性
でヰ)る5、ところで、上述のような)′r、による空
乏層の厚テNの変化は、う“1ニーlがある程度大きく
なると、その光量゛の変化に対する空乏層厚の変化率は
小さくなり上述のよりな光電変換素子の構成では、光量
検++3には不利である。このへに鑑みて改良をなした
光電変換素子の模式図を第4図に、この素子の特性の一
例を第5図に示す。改良曳け、半導体(て・/ヨソトキ
障壁を生ずる金属(6)とリース(3)とを一定の抵抗
(8)で接続したものである。光のエネルギにより生成
されたキャリアのうち正孔は金属(Glにより収集され
、抵抗(8)を通ってソース(3)側へ流れる。
このとき抵抗(8)の両端に電位差が生じ、との′iL
位差に対応して空乏層(力の厚さが変化する。即ち、素
子に入射する光量に従って空乏層の厚さが!Ii制御さ
れ、ソース(3)、ドレイン(4)間を流れる電流が変
化することになり、第5図に示したようなl特性が得ら
れたのである。
位差に対応して空乏層(力の厚さが変化する。即ち、素
子に入射する光量に従って空乏層の厚さが!Ii制御さ
れ、ソース(3)、ドレイン(4)間を流れる電流が変
化することになり、第5図に示したようなl特性が得ら
れたのである。
以上述べたように本発明による光電変換素子では、IL
、 II、/ID 共に大きな光電変換素子力3実現で
き、光量の変化にILの変化力4対J?Sし、光量1b
用の光電変換素子として適用が可能となる。
、 II、/ID 共に大きな光電変換素子力3実現で
き、光量の変化にILの変化力4対J?Sし、光量1b
用の光電変換素子として適用が可能となる。
尚、上述の説明では、本発明の実施例として、p形基板
上のn形QaAsを光電変換素子の本体とした例につい
て述べたが、n形基板上のp形QaAsを以っても同様
の効果を得ることができる。
上のn形QaAsを光電変換素子の本体とした例につい
て述べたが、n形基板上のp形QaAsを以っても同様
の効果を得ることができる。
まだ、実施例には、QaAs本体内に空乏層を生ずる手
段としてptによるショットキー障壁を形成しだが、こ
の金属はA、11などでもよく、またショットキ障壁の
代わりに、本体のQaASの不純物密度にJ七し十分大
きな不純物密度を有する本体と導電形の逆なGaASを
形成し、このpn接合(てより空乏層を生じせしめても
同様の効果が得られる。なんとなれば、pn接合におい
てはp又はnの一方の不純物密度が他方のそれに比1〜
十分大きな場合、その空乏層はほとんど不純物密度の小
さな層にイ申びる75≧らである。
段としてptによるショットキー障壁を形成しだが、こ
の金属はA、11などでもよく、またショットキ障壁の
代わりに、本体のQaASの不純物密度にJ七し十分大
きな不純物密度を有する本体と導電形の逆なGaASを
形成し、このpn接合(てより空乏層を生じせしめても
同様の効果が得られる。なんとなれば、pn接合におい
てはp又はnの一方の不純物密度が他方のそれに比1〜
十分大きな場合、その空乏層はほとんど不純物密度の小
さな層にイ申びる75≧らである。
光電変換素子材料としてGaASではな(3iを適用し
た場合も、光電変換特性には#t#Y同様の効果力5あ
った。
た場合も、光電変換特性には#t#Y同様の効果力5あ
った。
第1図は本発明による光電変換素子の構造図、第2図は
本発明による光電変換素子の光電変換特性図、第3図は
本発明による光電変換素子の動作を説明する模式図、第
4図は改良した光電変換素子の構造図であり、第5図は
改良しだ光電変換素子の光電変換特性図である。 ■・・基板、2・・光電変換素子本体、3 ・ソース、
4・ ドレイン、 5・・n+層、 6・・・ショットキ障壁金属、7・・
・空乏層、8・・抵抗。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名) 第 (図 、 (/S〕 栴 4 N 第 2 図 (11)70IηΣンHV(V) m 3 図 ど 7 (2 乙 7 第S図 印カロ暁1)「 V (vC
本発明による光電変換素子の光電変換特性図、第3図は
本発明による光電変換素子の動作を説明する模式図、第
4図は改良した光電変換素子の構造図であり、第5図は
改良しだ光電変換素子の光電変換特性図である。 ■・・基板、2・・光電変換素子本体、3 ・ソース、
4・ ドレイン、 5・・n+層、 6・・・ショットキ障壁金属、7・・
・空乏層、8・・抵抗。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名) 第 (図 、 (/S〕 栴 4 N 第 2 図 (11)70IηΣンHV(V) m 3 図 ど 7 (2 乙 7 第S図 印カロ暁1)「 V (vC
Claims (2)
- (1)基板−Llで形成された半導体、と、前記半導体
に電圧を印加し電流を検出するだめの2個の電極とから
なる光電変換素子において、前記2個の′iL極の中間
に、前記半導体内に空乏層を生じせしめるための金属も
しくは半導体が形成されており、前記空乏層の厚さが、
前記半導体の厚さとt?f、ぼ同程度となることを特徴
とする光電変換素子。 - (2)1時だ1請求の範囲第1項記載の光電変換素子に
おいで、2個の電極のいずれか一方と、空乏層を生じせ
[7めるプζめの金属もしくは半導体とを一定の抵抗値
をもつ物質にて接続1−たことを特徴とする九′?δ変
換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57152562A JPS5943580A (ja) | 1982-09-03 | 1982-09-03 | 光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57152562A JPS5943580A (ja) | 1982-09-03 | 1982-09-03 | 光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5943580A true JPS5943580A (ja) | 1984-03-10 |
Family
ID=15543187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57152562A Pending JPS5943580A (ja) | 1982-09-03 | 1982-09-03 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5943580A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63249765A (ja) * | 1987-04-01 | 1988-10-17 | カネボウ株式会社 | パイル構造物の染色法 |
| JPS63249764A (ja) * | 1987-04-01 | 1988-10-17 | カネボウ株式会社 | パイルを有する繊維構造物の染色法 |
-
1982
- 1982-09-03 JP JP57152562A patent/JPS5943580A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63249765A (ja) * | 1987-04-01 | 1988-10-17 | カネボウ株式会社 | パイル構造物の染色法 |
| JPS63249764A (ja) * | 1987-04-01 | 1988-10-17 | カネボウ株式会社 | パイルを有する繊維構造物の染色法 |
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