JP2706029B2 - ｐ−ｉ−ｎダイオード - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は透明導電性コンタクト付
きｐ−ｉ−ｎフォトダイオードに関する。
きｐ−ｉ−ｎフォトダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体フォトダイオー
ドは光通信の鍵をにぎる要素である。データ転送率を一
層高めたいという要望に応じ、より高速なフォトダイオ
ードが必要とされている。しかし、フォトダイオードの
速度に関しては二つの基本的な制限がある。すなわち
（１）電子走行時間、ｔr、これは光電子によって生じ
たキャリアーをｐ−ｎ接合を越えて掃引しコンタクトが
集電するまでの時間である、そして（２）ＲＣ時定数、
これは与えられたダイオードの大きさに対する、前記フ
ォトダイオードのキャパシタンスに関係する時間であ
る。通常前記の電子走行時間はかなり速く５−１０ｐｓ
ｅｃのオーダーなので、前記のＲＣ時定数が一般に制限
要因となっている。このＲＣ時定数を減少させるには前
記のフォトダイオードを可及的に小さくすればよい。し
かし、フォトダイオードエリアが縮小するにつれ、光を
集めるために有効な領域が小さくなり、従って測定され
る光信号の著しい減少が生じる。前記のフォトダイオー
ドエリア上の電極が陰影妨害を生じるフォトダイオード
エリアの割合が比例して増加するので、装置の大きさが
小さくなると、性能もより小さなフォトダイオード用に
妥協することになる。
ドは光通信の鍵をにぎる要素である。データ転送率を一
層高めたいという要望に応じ、より高速なフォトダイオ
ードが必要とされている。しかし、フォトダイオードの
速度に関しては二つの基本的な制限がある。すなわち
（１）電子走行時間、ｔr、これは光電子によって生じ
たキャリアーをｐ−ｎ接合を越えて掃引しコンタクトが
集電するまでの時間である、そして（２）ＲＣ時定数、
これは与えられたダイオードの大きさに対する、前記フ
ォトダイオードのキャパシタンスに関係する時間であ
る。通常前記の電子走行時間はかなり速く５−１０ｐｓ
ｅｃのオーダーなので、前記のＲＣ時定数が一般に制限
要因となっている。このＲＣ時定数を減少させるには前
記のフォトダイオードを可及的に小さくすればよい。し
かし、フォトダイオードエリアが縮小するにつれ、光を
集めるために有効な領域が小さくなり、従って測定され
る光信号の著しい減少が生じる。前記のフォトダイオー
ドエリア上の電極が陰影妨害を生じるフォトダイオード
エリアの割合が比例して増加するので、装置の大きさが
小さくなると、性能もより小さなフォトダイオード用に
妥協することになる。
【０００３】上部金属電極によるこの陰影妨害の影響を
減少させるための試みがＧａＡｓをベースとしたフォト
ダイオードにおいてインジウムスズオキサイド（ＩＴ
Ｏ）を透明上部電極として用いてλが０．８５μｍ以下
の波長で研究された。Ｍ．ジーンギブルらによる「イン
ジウムオキサイドスズコンタクトを持つ上部照明ｐ−ｉ
−ｎダイオードの特性決定」、１９８９年５月２２日、
アプライドフィジックスレターズ第５４巻２１番、２０
７６〜２０７８頁を参照。
減少させるための試みがＧａＡｓをベースとしたフォト
ダイオードにおいてインジウムスズオキサイド（ＩＴ
Ｏ）を透明上部電極として用いてλが０．８５μｍ以下
の波長で研究された。Ｍ．ジーンギブルらによる「イン
ジウムオキサイドスズコンタクトを持つ上部照明ｐ−ｉ
−ｎダイオードの特性決定」、１９８９年５月２２日、
アプライドフィジックスレターズ第５４巻２１番、２０
７６〜２０７８頁を参照。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、より高い波長
においては上部電極としてのＩＴＯの使用はその吸収損
失のため適当ではない。例えば、１〜２μｍの波長範囲
に対しては透過度はそれぞれ約８７％から約２５％へと
殆ど直線的に落ち込む。低損失光ファイバーの減衰が
１.３〜１.６ミクロンの波長領域でとりわけ低くなる傾
向があるため、このような波長で有効な光検出器が求め
られている。
においては上部電極としてのＩＴＯの使用はその吸収損
失のため適当ではない。例えば、１〜２μｍの波長範囲
に対しては透過度はそれぞれ約８７％から約２５％へと
殆ど直線的に落ち込む。低損失光ファイバーの減衰が
１.３〜１.６ミクロンの波長領域でとりわけ低くなる傾
向があるため、このような波長で有効な光検出器が求め
られている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は１μｍを越える
波長領域、特に１．３〜１．６μｍ間の波長領域で使用
するのに適当な化合物半導体ｐ−ｉ−ｎフォトダイオー
ドを具現する。このフォトダイオードには薄い半透明の
金属層と透明なカドミウムスズオキサイド（ＣＴＯ）を
含む非合金上部電極が設けられている。この上部電極は
コンタクト、オプティカルウィンドウ、および反射防止
コートとして作用する。この電極はまたアクティブ層の
陰影妨害を行なわず入射光をより多く集光することがで
きる。このコンタクトが合金化されていないため、ｉ領
域への相互拡散は重要ではなく、暗電流の増加を防ぐこ
とができる。
波長領域、特に１．３〜１．６μｍ間の波長領域で使用
するのに適当な化合物半導体ｐ−ｉ−ｎフォトダイオー
ドを具現する。このフォトダイオードには薄い半透明の
金属層と透明なカドミウムスズオキサイド（ＣＴＯ）を
含む非合金上部電極が設けられている。この上部電極は
コンタクト、オプティカルウィンドウ、および反射防止
コートとして作用する。この電極はまたアクティブ層の
陰影妨害を行なわず入射光をより多く集光することがで
きる。このコンタクトが合金化されていないため、ｉ領
域への相互拡散は重要ではなく、暗電流の増加を防ぐこ
とができる。
【０００６】本発明は薄い半透明な金属層と透明なカド
ミウムスズオキサイド（ＣＴＯ）からなる、透明上部電
極を持つｐ−ｉ−ｎフォトダイオードである。この金属
の薄い層は５から４０ｎｍの厚さでＡｇ，ＡｌおよびＩ
ｎから選択され、少なくとも次の作用を持つものであ
る；（ｉ）半導体へよりよい非合金電気（オーム）接点
を形成する中間層として作用する、（ｉｉ）前記のＣＴ
Ｏ層のリアクティブマグネトロンスパッタリングの際に
プラズマ内の酸素によって上部電極の下部にある半導体
が酸化されるのを防ぐ、（ｉｉｉ）前記の上部制限層ま
たはコンタクト層と前記のＣＴＯ層間にｐ−ｎ接合が形
成されることを防ぐ、そして（ｉｖ）前記のＣＴＯ層と
組み合わされることにより、上部電極層による前記のフ
ォトダイオードアクティブ層への陰影妨害を取り除く。
前記のＣＴＯ層は光学的に透明（８０パーセント以上）
で無視できる吸収を持ち、室温において抵抗率が５×１
０-4Ωｃｍ、電気伝導度が２×１０3Ω-1ｃｍ-1であ
る。このＣＴＯ層には次のような長所がある（ｉ）ｎま
たはｐコンタクトとして作用することができる、（ｉ
ｉ）オプティカルウィンドウとして作用する、（ｉｉ
ｉ）反射防止コートとして作用する、（ｉｖ）上部電極
によるアクティブ層への陰影妨害を取り除き、入射光が
より多く集光できるようにする、そして（ｖ）このＣＴ
Ｏコンタクトが合金化されていないため、前記のｉ領域
への相互拡散は因子ではなく、従って暗電流の増加を防
ぐ。
ミウムスズオキサイド（ＣＴＯ）からなる、透明上部電
極を持つｐ−ｉ−ｎフォトダイオードである。この金属
の薄い層は５から４０ｎｍの厚さでＡｇ，ＡｌおよびＩ
ｎから選択され、少なくとも次の作用を持つものであ
る；（ｉ）半導体へよりよい非合金電気（オーム）接点
を形成する中間層として作用する、（ｉｉ）前記のＣＴ
Ｏ層のリアクティブマグネトロンスパッタリングの際に
プラズマ内の酸素によって上部電極の下部にある半導体
が酸化されるのを防ぐ、（ｉｉｉ）前記の上部制限層ま
たはコンタクト層と前記のＣＴＯ層間にｐ−ｎ接合が形
成されることを防ぐ、そして（ｉｖ）前記のＣＴＯ層と
組み合わされることにより、上部電極層による前記のフ
ォトダイオードアクティブ層への陰影妨害を取り除く。
前記のＣＴＯ層は光学的に透明（８０パーセント以上）
で無視できる吸収を持ち、室温において抵抗率が５×１
０-4Ωｃｍ、電気伝導度が２×１０3Ω-1ｃｍ-1であ
る。このＣＴＯ層には次のような長所がある（ｉ）ｎま
たはｐコンタクトとして作用することができる、（ｉ
ｉ）オプティカルウィンドウとして作用する、（ｉｉ
ｉ）反射防止コートとして作用する、（ｉｖ）上部電極
によるアクティブ層への陰影妨害を取り除き、入射光が
より多く集光できるようにする、そして（ｖ）このＣＴ
Ｏコンタクトが合金化されていないため、前記のｉ領域
への相互拡散は因子ではなく、従って暗電流の増加を防
ぐ。
【０００７】
【実施例】図１に本発明によるｐ−ｉ−ｎフォトダイオ
ード１０の断面図を示す。フォトダイオード１０には化
合物半導体フォトダイオード構造およびこの構成への電
極が含まれる。この半導体材料は波長１〜２μｍをカバ
ーする、例えばＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓおよびＩｎ
ＧａＡｓＰ／ＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ化合物半導体から
構成できる。この構造には化合物半導体基板１１から上
に向かって順に、超格子（ＳＬ）バッファー層１２およ
び一方の導電型を持つ底部制限層１３を含む大きい下部
メサと、底部遷移層１４、アクティブ層１５、上部遷移
層１６、反対の導電型を持つ上部制限層１７、および同
じく反対の導電型を持つ、高度にドープされたコンタク
ト層１８を含む小さい上部メサが設けられている。絶縁
層１９はウィンドウ２０および２１を除き、この化合物
半導体構造全体を覆っている。ウィンドウ２０はコンタ
クト層１８の上部表面の上方にあり、ウィンドウ２１は
下部メサの上部表面の上方にある。
ード１０の断面図を示す。フォトダイオード１０には化
合物半導体フォトダイオード構造およびこの構成への電
極が含まれる。この半導体材料は波長１〜２μｍをカバ
ーする、例えばＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓおよびＩｎ
ＧａＡｓＰ／ＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ化合物半導体から
構成できる。この構造には化合物半導体基板１１から上
に向かって順に、超格子（ＳＬ）バッファー層１２およ
び一方の導電型を持つ底部制限層１３を含む大きい下部
メサと、底部遷移層１４、アクティブ層１５、上部遷移
層１６、反対の導電型を持つ上部制限層１７、および同
じく反対の導電型を持つ、高度にドープされたコンタク
ト層１８を含む小さい上部メサが設けられている。絶縁
層１９はウィンドウ２０および２１を除き、この化合物
半導体構造全体を覆っている。ウィンドウ２０はコンタ
クト層１８の上部表面の上方にあり、ウィンドウ２１は
下部メサの上部表面の上方にある。
【０００８】電極には上部電極２２と下部電極２３があ
る。この上部電極は薄い半透明な金属層２４と透明な導
電性カドミウムスズオキサイド層２５の複合体である。
薄い金属電極層２４はコンタクト層１８の上部にある絶
縁層の表面、およびウィンドウ２０内に露出しているコ
ンタクト層の表面を覆い、前記の絶縁層上を伝って下方
に、小メサへ隣接する基板の領域の上方まで伸びてい
る。透明導電ＣＴＯ層２５は金属層２４の上におかれて
いる。この透明導電ＣＴＯ層もまた前記の小メサへ隣接
する基板の領域の上方にまで下に伸びている。下部電極
２３は底部制限層１３のウィンドウ２１内に露出してい
る部分と接触している。下部電極２３と透明酸化物層２
５とにそれぞれ接触して探針に適した金属パッド２６と
２７を設けてもよい。
る。この上部電極は薄い半透明な金属層２４と透明な導
電性カドミウムスズオキサイド層２５の複合体である。
薄い金属電極層２４はコンタクト層１８の上部にある絶
縁層の表面、およびウィンドウ２０内に露出しているコ
ンタクト層の表面を覆い、前記の絶縁層上を伝って下方
に、小メサへ隣接する基板の領域の上方まで伸びてい
る。透明導電ＣＴＯ層２５は金属層２４の上におかれて
いる。この透明導電ＣＴＯ層もまた前記の小メサへ隣接
する基板の領域の上方にまで下に伸びている。下部電極
２３は底部制限層１３のウィンドウ２１内に露出してい
る部分と接触している。下部電極２３と透明酸化物層２
５とにそれぞれ接触して探針に適した金属パッド２６と
２７を設けてもよい。
【０００９】さらに詳細なｐ−ｉ−ｎフォトダイオード
１０の構成を下記に記載する。本発明は例としてＩｎx
Ｇａ1-xＡｓ／ＩｎＰ／ＩｎyＡｌ1-yＡｓ系（ここでｘ
は０．５３ｙは０．５２である）を用いて解説する。
１０の構成を下記に記載する。本発明は例としてＩｎx
Ｇａ1-xＡｓ／ＩｎＰ／ＩｎyＡｌ1-yＡｓ系（ここでｘ
は０．５３ｙは０．５２である）を用いて解説する。
【００１０】基板１１は厚みが１００〜６００μｍであ
るＩｎＰ材からなる。本実施例においてはこの基板は半
絶縁性である。バッファー層１２は通常０．１〜０．５
μｍの厚みで、前記の基板から上部層、特にアクティブ
領域へと不純物が拡散するのを抑えるために設けられて
いる。バッファー層１２は１０から３０周期のドープさ
れていない半導体材料を含む超格子である。各周期には
ＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓの薄い層が含まれている。
柱状構造のフォトダイオードではこの下部電極は基板の
後部に形成され、その場合基板１１とバッファ層１２は
ｎ型にドープされる。それぞれｎ+およびｐ+型のＩｎ
0.52Ａｌ0.48Ａｓである制限層１３と１７はアクティブ
層１５のラジエーションを前記のアクティブ層の厚み内
に閉じ込める。制限層は通常０．１〜０．５μｍの範囲
の厚みを持ち、５×１０17〜５×１０18ｃｍ-3のドープ
濃度を持つ。
るＩｎＰ材からなる。本実施例においてはこの基板は半
絶縁性である。バッファー層１２は通常０．１〜０．５
μｍの厚みで、前記の基板から上部層、特にアクティブ
領域へと不純物が拡散するのを抑えるために設けられて
いる。バッファー層１２は１０から３０周期のドープさ
れていない半導体材料を含む超格子である。各周期には
ＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓの薄い層が含まれている。
柱状構造のフォトダイオードではこの下部電極は基板の
後部に形成され、その場合基板１１とバッファ層１２は
ｎ型にドープされる。それぞれｎ+およびｐ+型のＩｎ
0.52Ａｌ0.48Ａｓである制限層１３と１７はアクティブ
層１５のラジエーションを前記のアクティブ層の厚み内
に閉じ込める。制限層は通常０．１〜０．５μｍの範囲
の厚みを持ち、５×１０17〜５×１０18ｃｍ-3のドープ
濃度を持つ。
【００１１】アクティブ層１５は０．１〜２．０μｍの
厚みを持ちドープされていないＩｎ 0.53Ｇａ0.47Ａｓで
ある。制限層１３および１７とそれぞれ同じ材料で作成
されているがドープされていない、薄い遷移層１４と１
６がアクティブ層の外側にアクティブ層と制限層１３と
１７の間にそれぞれ挾まれて形成されている。遷移層は
比較的高度にドープされた制限層とドープされていない
アクティブ層の間の遷移を強化し、制限層からアクティ
ブ層へと移動するキャリアのトラップとして作用する。
高度にドープされたＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓコンタクト層
１８は０．０１〜０．１μｍの範囲の厚みを持つように
形成され、上部制限層１７と上部電極２２の金属層２４
間の非合金オーム接点の形成を容易にする。通常このコ
ンタクト層のドーピング濃度は１×１０18〜１×１０19
ｃｍ-3の範囲である。このコンタクト層は前記の上部制
限層と同じ導電型である。絶縁材料の誘電層１９（これ
は例えばＳｉＯ2、ＳｉＮx、ホウケイ酸ガラス、リンケ
イ酸ガラスおよびその他の前記ダイオードの材料に関し
不活性な絶縁材料である）は１００〜５００ｎｍの範囲
の厚みに堆積されている。この誘電層は前記の二つのメ
サと基板の残りの表面とを囲み、外部環境からの保護と
絶縁とを提供している。
厚みを持ちドープされていないＩｎ 0.53Ｇａ0.47Ａｓで
ある。制限層１３および１７とそれぞれ同じ材料で作成
されているがドープされていない、薄い遷移層１４と１
６がアクティブ層の外側にアクティブ層と制限層１３と
１７の間にそれぞれ挾まれて形成されている。遷移層は
比較的高度にドープされた制限層とドープされていない
アクティブ層の間の遷移を強化し、制限層からアクティ
ブ層へと移動するキャリアのトラップとして作用する。
高度にドープされたＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓコンタクト層
１８は０．０１〜０．１μｍの範囲の厚みを持つように
形成され、上部制限層１７と上部電極２２の金属層２４
間の非合金オーム接点の形成を容易にする。通常このコ
ンタクト層のドーピング濃度は１×１０18〜１×１０19
ｃｍ-3の範囲である。このコンタクト層は前記の上部制
限層と同じ導電型である。絶縁材料の誘電層１９（これ
は例えばＳｉＯ2、ＳｉＮx、ホウケイ酸ガラス、リンケ
イ酸ガラスおよびその他の前記ダイオードの材料に関し
不活性な絶縁材料である）は１００〜５００ｎｍの範囲
の厚みに堆積されている。この誘電層は前記の二つのメ
サと基板の残りの表面とを囲み、外部環境からの保護と
絶縁とを提供している。
【００１２】上部電極２２はまず薄い半透明な金属層２
４を小メサの上部の誘電層の上部とウィンドウ２０に露
出したコンタクト層の上部表面に堆積し、ついで透明導
電性カドミウムスズオキサイドの透明層２５を堆積する
ことによって形成される。この金属層はＡｇ，Ａｌ，Ｉ
ｎのような金属から選ばれるが、これらの金属は５〜４
０ｎｍの厚みに堆積されると光の照射に対し半透明とな
り、光の通過に対して低い吸収を示す。この金属により
前記のコンタクト層に対する、非合金オーム接点が形成
される。またこの金属は前記のコンタクト層の半導体材
料と導電性カドミウムスズオキサイド層間でバリアーと
して作用し、ＣＴＯのリアクティブマグネトロン堆積中
に酸素によって半導体の表面が酸化され、前記のｐ型化
合物半導体と前記の酸化物層の間に別のｐ−ｎ接合が形
成されるのを防ぐ働きをする。透明導電性カドミウムス
ズオキサイド層２５は金属層２４上に堆積され、それと
同じ広がりを持つ。ＣＴＯは９０〜６００ｎｍ（好まし
くは２００〜３００ｎｍ）の範囲の厚みに堆積される。
６００ｎｍを越える厚みは（あるいは５００ｎｍ以上で
も）直列抵抗の減少を引き起こすことがあり、光の照射
に対する透過度が減少する。前記の金属層と共に用いる
と、ＣＴＯは９０パーセントもの高さの総合透過度を持
つ上部電極を形成することができる。
４を小メサの上部の誘電層の上部とウィンドウ２０に露
出したコンタクト層の上部表面に堆積し、ついで透明導
電性カドミウムスズオキサイドの透明層２５を堆積する
ことによって形成される。この金属層はＡｇ，Ａｌ，Ｉ
ｎのような金属から選ばれるが、これらの金属は５〜４
０ｎｍの厚みに堆積されると光の照射に対し半透明とな
り、光の通過に対して低い吸収を示す。この金属により
前記のコンタクト層に対する、非合金オーム接点が形成
される。またこの金属は前記のコンタクト層の半導体材
料と導電性カドミウムスズオキサイド層間でバリアーと
して作用し、ＣＴＯのリアクティブマグネトロン堆積中
に酸素によって半導体の表面が酸化され、前記のｐ型化
合物半導体と前記の酸化物層の間に別のｐ−ｎ接合が形
成されるのを防ぐ働きをする。透明導電性カドミウムス
ズオキサイド層２５は金属層２４上に堆積され、それと
同じ広がりを持つ。ＣＴＯは９０〜６００ｎｍ（好まし
くは２００〜３００ｎｍ）の範囲の厚みに堆積される。
６００ｎｍを越える厚みは（あるいは５００ｎｍ以上で
も）直列抵抗の減少を引き起こすことがあり、光の照射
に対する透過度が減少する。前記の金属層と共に用いる
と、ＣＴＯは９０パーセントもの高さの総合透過度を持
つ上部電極を形成することができる。
【００１３】下部電極２３は薄い金属層を底部制限層１
３と接触させて堆積することによって形成される。好ま
しくは絶縁層１９の堆積に先立ち電極２３を堆積し、つ
いで絶縁層１９をパターン化して電極２３をウィンドウ
２１内に露出する。通常電極２３は厚み５０〜２００ｎ
ｍのＡｕＧｅ合金層であるが、この層には２０〜３０ｎ
ｍの厚みのＮｉフィルム、２０〜３０ｎｍの厚みのＴｉ
フィルムおよび３０〜２００ｎｍの厚みのＡｕフィルム
がさらに堆積されてもよい。ついで電極２３およびＣＴ
Ｏ層２５とそれぞれ接触するように金属パッド２６と２
７を堆積してもよい。これらは通常Ｔｉ／Ａｕの複合体
で全体の厚みが５０〜２００ｎｍの範囲、Ｔｉの厚みが
５〜３０ｎｍであるように堆積される。
３と接触させて堆積することによって形成される。好ま
しくは絶縁層１９の堆積に先立ち電極２３を堆積し、つ
いで絶縁層１９をパターン化して電極２３をウィンドウ
２１内に露出する。通常電極２３は厚み５０〜２００ｎ
ｍのＡｕＧｅ合金層であるが、この層には２０〜３０ｎ
ｍの厚みのＮｉフィルム、２０〜３０ｎｍの厚みのＴｉ
フィルムおよび３０〜２００ｎｍの厚みのＡｕフィルム
がさらに堆積されてもよい。ついで電極２３およびＣＴ
Ｏ層２５とそれぞれ接触するように金属パッド２６と２
７を堆積してもよい。これらは通常Ｔｉ／Ａｕの複合体
で全体の厚みが５０〜２００ｎｍの範囲、Ｔｉの厚みが
５〜３０ｎｍであるように堆積される。
【００１４】本装置はプレーナー技術によって有利に製
造することができる。これにはまず基板１１上に層１２
〜１８を含む化合物半導体構造を金属有機物気相エピタ
キシー（ＭＯＶＰＥ）、これはまた金属有機化学蒸着法
（ＭＯＣＶＤ）とも呼ばれている、あるいは分子線エピ
タキシー（ＭＢＥ）、水素化物気相エピタキシー（ＶＰ
Ｅ）等の公知の方法によって成長させる。好ましい実施
例においてはこの半導体構造を分子線エピタキシー技術
によって成長させた。その後二つのメサを規定すること
により、引き続き本デバイスの形成が行なわれる。まず
第一に活性なフォトダイオードエリアがリソグラフィー
によってパターン化され、その構造が底部制限層１３ま
で湿式化学的方法でエッチングされて、前記の小（活
性）メサを形成する。このエッチングを行なうのにプラ
ズマエッチングを使用することもできる。この構造を再
びパターン化し、前記の大径絶縁メサを規定し、半絶縁
のＩｎＰ基板までエッチングを行う。下部電極２３がつ
いでフォトリソグラフィーとリフトオフ法によって付け
加えられる。下部電極２３の合金化を３００〜４５０℃
の範囲の温度でそれぞれ１２分〜１０秒の間行った後、
サンプルをプラズマ強化化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）によ
ってＳｉＯ2で被覆した。このＳｉＯ2はついでリソグラ
フィーによってパターン化し、ウィンドウ２０および２
１がアクティブメサのコンタクト層１８の上部表面と下
部電極２３に達するまでエッチングされる。ＳｉＯ2の
エッチングの後、ウェファーはアクティブメサの上面に
上部電極２２をリフトオフ堆積するべくパターン化され
る。パターン化されたウェファーは電子線蒸着により１
０ｎｍ以下のＡｇまたはＩｎによって被覆され、ついで
３００ｎｍの厚みのＣＴＯをリアクティブマグネトロン
スパッタリングによって堆積し、被覆すべきでない領域
から前記の金属とＣＴＯをリフトオフする。このリフト
オフの後、Ｔｉ／Ａｕパッド（図１に破線で囲んで示
す）をパターン化し、堆積してもよい。
造することができる。これにはまず基板１１上に層１２
〜１８を含む化合物半導体構造を金属有機物気相エピタ
キシー（ＭＯＶＰＥ）、これはまた金属有機化学蒸着法
（ＭＯＣＶＤ）とも呼ばれている、あるいは分子線エピ
タキシー（ＭＢＥ）、水素化物気相エピタキシー（ＶＰ
Ｅ）等の公知の方法によって成長させる。好ましい実施
例においてはこの半導体構造を分子線エピタキシー技術
によって成長させた。その後二つのメサを規定すること
により、引き続き本デバイスの形成が行なわれる。まず
第一に活性なフォトダイオードエリアがリソグラフィー
によってパターン化され、その構造が底部制限層１３ま
で湿式化学的方法でエッチングされて、前記の小（活
性）メサを形成する。このエッチングを行なうのにプラ
ズマエッチングを使用することもできる。この構造を再
びパターン化し、前記の大径絶縁メサを規定し、半絶縁
のＩｎＰ基板までエッチングを行う。下部電極２３がつ
いでフォトリソグラフィーとリフトオフ法によって付け
加えられる。下部電極２３の合金化を３００〜４５０℃
の範囲の温度でそれぞれ１２分〜１０秒の間行った後、
サンプルをプラズマ強化化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）によ
ってＳｉＯ2で被覆した。このＳｉＯ2はついでリソグラ
フィーによってパターン化し、ウィンドウ２０および２
１がアクティブメサのコンタクト層１８の上部表面と下
部電極２３に達するまでエッチングされる。ＳｉＯ2の
エッチングの後、ウェファーはアクティブメサの上面に
上部電極２２をリフトオフ堆積するべくパターン化され
る。パターン化されたウェファーは電子線蒸着により１
０ｎｍ以下のＡｇまたはＩｎによって被覆され、ついで
３００ｎｍの厚みのＣＴＯをリアクティブマグネトロン
スパッタリングによって堆積し、被覆すべきでない領域
から前記の金属とＣＴＯをリフトオフする。このリフト
オフの後、Ｔｉ／Ａｕパッド（図１に破線で囲んで示
す）をパターン化し、堆積してもよい。
【００１５】光学的に透明なＣＴＯ層２５の成長はＲＦ
マグネトロンスパッタリングシステム（アネルバ社製、
モデルＳＰＦ−３３２Ｈ）によって行なった。例示した
実施例において、ターゲットは約６７パーセントのＣｄ
Ｏと約３３パーセントのＳｎＯ2（カリフォルニア、サ
ンホセにあるサセルデン製）の混合物を焼成したディス
ク（直径７．６ｃｍ、厚み０．６ｃｍ）であった。この
ターゲットはサンプルの約５ｃｍ上方にマウントした。
プレート電圧は１．５ＫＶ、プレート電流は約１１０ｍ
Ａであった。成長の間、３オングストローム／秒の堆積
速度を保った。スパッタリングガスはアルゴンと酸素の
混合ガスで全圧力は３〜４Ｐａであった。カドミウムス
ズオキサイド（ＣＴＯ）フィルムの抵抗率は酸素の分圧
に大きく依存する。最低抵抗率は２〜４Ｐａのアルゴン
中で酸素の分圧Ｐ（Ｏ2）が約２〜４×１０-2Paの時に
得られる。
マグネトロンスパッタリングシステム（アネルバ社製、
モデルＳＰＦ−３３２Ｈ）によって行なった。例示した
実施例において、ターゲットは約６７パーセントのＣｄ
Ｏと約３３パーセントのＳｎＯ2（カリフォルニア、サ
ンホセにあるサセルデン製）の混合物を焼成したディス
ク（直径７．６ｃｍ、厚み０．６ｃｍ）であった。この
ターゲットはサンプルの約５ｃｍ上方にマウントした。
プレート電圧は１．５ＫＶ、プレート電流は約１１０ｍ
Ａであった。成長の間、３オングストローム／秒の堆積
速度を保った。スパッタリングガスはアルゴンと酸素の
混合ガスで全圧力は３〜４Ｐａであった。カドミウムス
ズオキサイド（ＣＴＯ）フィルムの抵抗率は酸素の分圧
に大きく依存する。最低抵抗率は２〜４Ｐａのアルゴン
中で酸素の分圧Ｐ（Ｏ2）が約２〜４×１０-2Paの時に
得られる。
【００１６】このようにして数多くのフォトダイオード
を製造し様々な試験を行なった。直径６０μｍのフォト
ダイオードのＩ−Ｖ特性を測定し、図２に示した。これ
らのフォトダイオードは８ｎＡ以下の漏洩電流を示した
が、中には２３ｐＡという低い値を示すものもあった。
また逆破壊電圧は１５〜１７Ｖ以上であった。
を製造し様々な試験を行なった。直径６０μｍのフォト
ダイオードのＩ−Ｖ特性を測定し、図２に示した。これ
らのフォトダイオードは８ｎＡ以下の漏洩電流を示した
が、中には２３ｐＡという低い値を示すものもあった。
また逆破壊電圧は１５〜１７Ｖ以上であった。
【００１７】直径９μｍのフォトダイオードのゼロバイ
アスマイクロ波性能を１００ＭＨｚ−４０ＧＨｚプロー
ブステーションとＨＰ８５１０ネットワークアナライザ
ーによって測定した。測定されたＳパラメータは次いで
図３に示すπネットワークを最適化することにより、等
価回路を求めるのに用いられた。この等価回路を最適化
することによってデバイスのキャパシタンス９．３ｆＦ
が得られたが、これは長さ０．７５μｍのアクティブ領
域に対して計算された１１．６ｆＦに近い数字となって
いる。直列抵抗のＲsは３４．７オーム付近であった。
本デバイスは走行時間制限であるものと予想され、ｔr
＝７．５ｐｓｅｃであり、これはｆ3dB＝８５ＧＨｚに
相当する。
アスマイクロ波性能を１００ＭＨｚ−４０ＧＨｚプロー
ブステーションとＨＰ８５１０ネットワークアナライザ
ーによって測定した。測定されたＳパラメータは次いで
図３に示すπネットワークを最適化することにより、等
価回路を求めるのに用いられた。この等価回路を最適化
することによってデバイスのキャパシタンス９．３ｆＦ
が得られたが、これは長さ０．７５μｍのアクティブ領
域に対して計算された１１．６ｆＦに近い数字となって
いる。直列抵抗のＲsは３４．７オーム付近であった。
本デバイスは走行時間制限であるものと予想され、ｔr
＝７．５ｐｓｅｃであり、これはｆ3dB＝８５ＧＨｚに
相当する。
【００１８】応答度は波長１．５５μｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐダイオードレーザーを用いて測定された。このレーザ
ーからの光を不活性化していない直径６０μｍのフォト
ダイオード領域上に集光した。-5Vの逆バイアスを同軸
プローブを通じて加え、光電流を測定し較正済みＧｅ光
伝導体と比較した。前記のｐ−ｉ−ｎフォトダイオード
の１．５５μｍにおける応答度は少なくとも０．４１Ａ
／Ｗである。この応答のスペクトル依存性を白色光源と
モノクロノメータを用いて測定した。スペクトル応答を
図４に示す。短波長のカットオフはスペクトルハーモニ
ックスを除去するために使用したバンドパスフィルター
によるものである。このスペクトル依存応答は調整後
１．５５μｍで測定した絶対応答度と一致した。
Ｐダイオードレーザーを用いて測定された。このレーザ
ーからの光を不活性化していない直径６０μｍのフォト
ダイオード領域上に集光した。-5Vの逆バイアスを同軸
プローブを通じて加え、光電流を測定し較正済みＧｅ光
伝導体と比較した。前記のｐ−ｉ−ｎフォトダイオード
の１．５５μｍにおける応答度は少なくとも０．４１Ａ
／Ｗである。この応答のスペクトル依存性を白色光源と
モノクロノメータを用いて測定した。スペクトル応答を
図４に示す。短波長のカットオフはスペクトルハーモニ
ックスを除去するために使用したバンドパスフィルター
によるものである。このスペクトル依存応答は調整後
１．５５μｍで測定した絶対応答度と一致した。
【００１９】フォトダイオードのフォトレスポンスはデ
バイスを共面チップキャリアー上にパッケージし、それ
をデザインテクニック試験固定具へと挿入して測定し
た。フォトダイオードはついでＴｉ−サファイアＣＷレ
ーザーでポンプされたパッシブモードロックＮｄ：ＹＩ
Ｆレーザー（１．０４７μｍ）からの３ｐｓｅｃパルス
で照明された。この直径６０μｍのフォトダイオードは
図５に示すように１６９ｐｓｅｃの半値全幅（ＦＷＨ
Ｍ）を示したが、これは予想された最大値である１１５
ｐｓｅｃよりもわずかに高い値であった。ＳｉＯ2を中
に挟んだ上部電極とドープされたコンタクト層の寄生キ
ャパシタンスはＲＣ時定数を増加させた。前記の９μｍ
のフォトダイオードは図６に示すように８６ｐｓｅｃの
半値全幅しか示さなかったが、これは前記のＲＣ時定数
の計算から、また前記の直径６０μｍのデバイスから直
径９μｍのデバイスへスケーリングした計算からも期待
される２０〜３０ｐｓｅｃという値よりもはるかに大き
い。より小さなフォトダイオードの応答時間はパッケー
ジングの設計やボンドワイヤーによって制限を受けるよ
うに思われる。これはまたオンチップマイクロ波プロー
ブを用いたマイクロ波の測定との対比によって確認され
る、そこでは遅いフォトレスポンスを示すパッケージさ
れた９μｍのフォトダイオードと比較し、オンチップの
マイクロ波プローブでは低い寄生キャパシタンスが測定
された。
バイスを共面チップキャリアー上にパッケージし、それ
をデザインテクニック試験固定具へと挿入して測定し
た。フォトダイオードはついでＴｉ−サファイアＣＷレ
ーザーでポンプされたパッシブモードロックＮｄ：ＹＩ
Ｆレーザー（１．０４７μｍ）からの３ｐｓｅｃパルス
で照明された。この直径６０μｍのフォトダイオードは
図５に示すように１６９ｐｓｅｃの半値全幅（ＦＷＨ
Ｍ）を示したが、これは予想された最大値である１１５
ｐｓｅｃよりもわずかに高い値であった。ＳｉＯ2を中
に挟んだ上部電極とドープされたコンタクト層の寄生キ
ャパシタンスはＲＣ時定数を増加させた。前記の９μｍ
のフォトダイオードは図６に示すように８６ｐｓｅｃの
半値全幅しか示さなかったが、これは前記のＲＣ時定数
の計算から、また前記の直径６０μｍのデバイスから直
径９μｍのデバイスへスケーリングした計算からも期待
される２０〜３０ｐｓｅｃという値よりもはるかに大き
い。より小さなフォトダイオードの応答時間はパッケー
ジングの設計やボンドワイヤーによって制限を受けるよ
うに思われる。これはまたオンチップマイクロ波プロー
ブを用いたマイクロ波の測定との対比によって確認され
る、そこでは遅いフォトレスポンスを示すパッケージさ
れた９μｍのフォトダイオードと比較し、オンチップの
マイクロ波プローブでは低い寄生キャパシタンスが測定
された。
【００２０】前記のＣＴＯの透過率は１〜２μｍ（波数
で１０，０００〜５０００ｃｍ-1）の波長に対して測定
されたが、前記のスペクトル域にわたり、少しずつ透過
率の減衰が見られる、１μｍで９７パーセント以下であ
った透過率は、２μｍで８５パーセント以下に落ちてい
る。図７（上の曲線）を参照。比較として、波長１〜２
μｍのＩＴＯの透過率は前記のスペクトル域にわたって
ほぼ直線的な減衰を示し、１μｍでは８７パーセント以
下であり、２μｍでは２５パーセント以下に落ちてい
る。図７（下の曲線）を参照。ガラス上のＡｇおよびＩ
ｎ層の透過率もまた別個の波長１．５５μｍにおいて測
定され、それぞれ１０ｎｍ以下の厚みのＡｇおよびＩｎ
層に対して透過率は９７．３および９８．８パーセント
であった。
で１０，０００〜５０００ｃｍ-1）の波長に対して測定
されたが、前記のスペクトル域にわたり、少しずつ透過
率の減衰が見られる、１μｍで９７パーセント以下であ
った透過率は、２μｍで８５パーセント以下に落ちてい
る。図７（上の曲線）を参照。比較として、波長１〜２
μｍのＩＴＯの透過率は前記のスペクトル域にわたって
ほぼ直線的な減衰を示し、１μｍでは８７パーセント以
下であり、２μｍでは２５パーセント以下に落ちてい
る。図７（下の曲線）を参照。ガラス上のＡｇおよびＩ
ｎ層の透過率もまた別個の波長１．５５μｍにおいて測
定され、それぞれ１０ｎｍ以下の厚みのＡｇおよびＩｎ
層に対して透過率は９７．３および９８．８パーセント
であった。
【００２１】本発明に従うフォトダイオードの様々な特
性を下記にまとめることができよう。本フォトダイオー
ドは８ｎＡ以下の漏洩電流を示し、その内のいくつかは
２３ｐＡまでの低い値を示した。逆破壊電圧は１５〜１
７Ｖ以上であった。応答度はｐ−ｉ−ｎフォトダイオー
ドの不活性化していない６０μｍの直径の上部電極上に
集光した１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰレーザーダイオ
ードを用いて測定され、０．４１Ａ／Ｗ以上であった。
ダイオードのＮｄ：ＹＩＦレーザー（λ＝１．０４７μ
ｍ）からの３ｐｓｅｃパルスに対するフォトレスポンス
はそれぞれ直径６０μｍのダイオードに対しては１６９
ｐｓｅｃ、直径９μｍのダイオードに対しては８６ｐｓ
ｅｃであった。前記の直径９μｍのダイオードに対する
周波数応答はパッケージングの制限を受けており、２０
〜３０ｐｓｅｃの応答時間を持つことが予想されてい
る。
性を下記にまとめることができよう。本フォトダイオー
ドは８ｎＡ以下の漏洩電流を示し、その内のいくつかは
２３ｐＡまでの低い値を示した。逆破壊電圧は１５〜１
７Ｖ以上であった。応答度はｐ−ｉ−ｎフォトダイオー
ドの不活性化していない６０μｍの直径の上部電極上に
集光した１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰレーザーダイオ
ードを用いて測定され、０．４１Ａ／Ｗ以上であった。
ダイオードのＮｄ：ＹＩＦレーザー（λ＝１．０４７μ
ｍ）からの３ｐｓｅｃパルスに対するフォトレスポンス
はそれぞれ直径６０μｍのダイオードに対しては１６９
ｐｓｅｃ、直径９μｍのダイオードに対しては８６ｐｓ
ｅｃであった。前記の直径９μｍのダイオードに対する
周波数応答はパッケージングの制限を受けており、２０
〜３０ｐｓｅｃの応答時間を持つことが予想されてい
る。
【００２２】
【発明の効果】本発明は１μｍを越える波長領域、特に
１．３〜１．６μｍ間の波長領域で使用するのに適当な
化合物半導体ｐ−ｉ−ｎフォトダイオードを具現する。
このフォトダイオードには薄い半透明の金属層と透明な
カドミウムスズオキサイド（ＣＴＯ）を含む非合金上部
電極が設けられている。この上部電極はコンタクト、オ
プティカルウィンドウ、および反射防止コートとして作
用する。この電極はまたアクティブ層の陰影妨害を行な
わず入射光をより多く集光することができる。このコン
タクトが合金化されていないため、前記のｉ領域への相
互拡散は起こらず、暗電流の増加を防ぐことができる。
１．３〜１．６μｍ間の波長領域で使用するのに適当な
化合物半導体ｐ−ｉ−ｎフォトダイオードを具現する。
このフォトダイオードには薄い半透明の金属層と透明な
カドミウムスズオキサイド（ＣＴＯ）を含む非合金上部
電極が設けられている。この上部電極はコンタクト、オ
プティカルウィンドウ、および反射防止コートとして作
用する。この電極はまたアクティブ層の陰影妨害を行な
わず入射光をより多く集光することができる。このコン
タクトが合金化されていないため、前記のｉ領域への相
互拡散は起こらず、暗電流の増加を防ぐことができる。
【図１】本発明のｐ−ｉ−ｎフォトダイオードのメサ型
版の断面図である。
版の断面図である。
【図２】前記のｐ−ｉ−ｎフォトダイオードのＩ−Ｖ特
性のプロットである。
性のプロットである。
【図３】前記のｐ−ｉ−ｎフォトダイオードから測定し
たゼローバイアスＳパラメータをシミュレートするため
に用いられた等価回路を図示したものである。
たゼローバイアスＳパラメータをシミュレートするため
に用いられた等価回路を図示したものである。
【図４】本発明のＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ ｐ−ｉ−ｎフ
ォトダイオードのスペクトル応答度を測定しプロットし
たものである。
ォトダイオードのスペクトル応答度を測定しプロットし
たものである。
【図５】本発明のＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ ｐ−ｉ−ｎフ
ォトダイオードのＮｄ：ＹＩＦレーザー（λ＝１．０４
７μｍ）からの直径６０μｍの上部電極に対する３ｐｓ
ｅｃパルスに対するフォトレスポンスを測定しプロット
したものである。
ォトダイオードのＮｄ：ＹＩＦレーザー（λ＝１．０４
７μｍ）からの直径６０μｍの上部電極に対する３ｐｓ
ｅｃパルスに対するフォトレスポンスを測定しプロット
したものである。
【図６】本発明のＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ ｐ−ｉ−ｎフ
ォトダイオードのＮｄ：ＹＩＦレーザー（λ＝１．０４
７μｍ）からの直径９μｍの上部電極に対する３ｐｓｅ
ｃパルスに対するフォトレスポンスを測定しプロットし
たものである。
ォトダイオードのＮｄ：ＹＩＦレーザー（λ＝１．０４
７μｍ）からの直径９μｍの上部電極に対する３ｐｓｅ
ｃパルスに対するフォトレスポンスを測定しプロットし
たものである。
【図７】ＣＴＯ（上の曲線）とＩＴＯ（下の曲線）の透
過度対波数のプロットである。
過度対波数のプロットである。
１０ ｐ−ｉ−ｎフォトダイオード １１ 化合物半導体基板 １２ バッファー層 １３ 底部制限層 １４ 底部遷移層 １５ アクティブ層 １６ 上部遷移層 １７ 上部制限層 １８ コンタクト層 １９ 絶縁層 ２０ ウィンドウ ２１ ウィンドウ ２２ 上部電極 ２３ 下部電極 ２４ 薄い半透明な金属層 ２５ 透明な導電性カドミウムスズオキサイド層 ２６ 金属パッド ２７ 金属パッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニロイ ケー．ダッタ アメリカ合衆国 07767 ニュージャー ジー コロニア、ハートランド コート 11 (72)発明者 ジョン ルパタ アメリカ合衆国 07060 ニュージャー ジー ノース プレインフィールド、ウ ェスターヴェルト アヴェニュー 160 ナンバー １ (72)発明者 ヘンリー エム．オブライアン ジュニ ア アメリカ合衆国 07060 ニュージャー ジー プレインフィールド、シャルロッ ト ロード 1600 (72)発明者 デボラ リー シヴェオ アメリカ合衆国 07060 ニュージャー ジー ウォーレン、プレインフィールド アヴェニュー 16 (72)発明者 ジョージ ジェイ．ジドジック アメリカ合衆国 07832 ニュージャー ジー コロンビア、ルート １ (56)参考文献 特開 平３−234061（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−150838（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−170580（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−259578（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−1079（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−36878（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−4184（ＪＰ，Ａ)
Claims (10)
- 【請求項１】 複数の化合物半導体層の層状構造と、 前記の構造に対する下部および上部電極と、 からなることを特徴とするｐ−ｉ−ｎダイオードであ
り、 前記の構造は第一の導電型を持つ基板と、 前記の第一の導電型を持つ底部制限層と、 固有アクティブ層と、 第２の導電型を持つ上部制限層と、 前記第２の導電型を持つコンタクト層とからなり、 前記の上部電極は前記のコンタクト層と接触し、前記の
コンタクト層の上に置かれる薄い光学的に半透明な金属
層と、前記の金属層の上に置かれる光学的に透明な導電
性カドミウムスズオキサイド層とからなり、 前記の金属層は前記のコンタクト層に対し非合金オーム
接点を形成していることを特徴とするｐ−ｉ−ｎダイオ
ード。 - 【請求項２】 前記の金属層の金属がＡｇ、Ａｌおよび
Ｉｎからなる群から選択されることを特徴とする請求項
１のｐ−ｉ−ｎダイオード。 - 【請求項３】 前記の金属層の厚みが５から４０ｎｍの
範囲であることを特徴とする請求項２のｐ−ｉ−ｎダイ
オード。 - 【請求項４】 前記の金属層がＡｇからなることを特徴
とする請求項２のｐ−ｉ−ｎダイオード。 - 【請求項５】 前記の金属層の厚みが１０ｎｍであるこ
とを特徴とする請求項３のｐ−ｉ−ｎダイオード。 - 【請求項６】 前記のＣＴＯ層の厚みが９０ｎｍから６
００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１のｐ−
ｉ−ｎダイオード。 - 【請求項７】 前記のＣＴＯ層が３００ｎｍの厚みであ
ることを特徴とする、請求項６のｐ−ｉ−ｎダイオー
ド。 - 【請求項８】 前記の構造がｎ+およびｐ+型のＩｎＡｌ
Ａｓ層の間に閉じ込められたドープされていないＩｎＧ
ａＡｓアクティブ層を含むことを特徴とする請求項１の
ｐ−ｉ−ｎダイオード。 - 【請求項９】 前記のＩｎＧａＡｓがＩｎ0.53Ｇａ0.47
Ａｓからなり、前記のＩｎＡｌＡｓがＩｎ0.52Ａｌ0.48
Ａｓからなることを特徴とする、請求項８のｐ−ｉ−ｎ
ダイオード。 - 【請求項１０】 ドープされていないＩｎ0.52Ａｌ0.48
Ａｓからなる薄い遷移層が前記のＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ
アクティブ層と前記のそれぞれｎ+およびｐ+型のＩｎ
0.52Ａｌ0.48Ａｓとの間に置かれていることを特徴とす
る請求項８のｐ−ｉ−ｎダイオード。
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| KR100429388B1 (ko) * | 2002-04-30 | 2004-04-29 | 국방과학연구소 | 핀다이오드 및 핀다이오드 제조방법 |
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| KR101131650B1 (ko) * | 2003-05-02 | 2012-03-28 | 피코메트릭스 엘엘씨 | Рιν 광검출기 |
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| US7492028B2 (en) * | 2005-02-18 | 2009-02-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion device and manufacturing method of the same, and a semiconductor device |
| US7687870B2 (en) * | 2006-12-29 | 2010-03-30 | Panasonic Corporation | Laterally configured electrooptical devices |
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| US4598306A (en) * | 1983-07-28 | 1986-07-01 | Energy Conversion Devices, Inc. | Barrier layer for photovoltaic devices |
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