JPH08172214A - 光電変換半導体装置の製造方法 - Google Patents
光電変換半導体装置の製造方法Info
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- JPH08172214A JPH08172214A JP6199888A JP19988894A JPH08172214A JP H08172214 A JPH08172214 A JP H08172214A JP 6199888 A JP6199888 A JP 6199888A JP 19988894 A JP19988894 A JP 19988894A JP H08172214 A JPH08172214 A JP H08172214A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 暗電流の小さなすぐれた光電変換半導体装置
を実現する。 【構成】 N- 型半導体基板1にP+ 型不純物領域2が
形成されアノード電極6とカソード電極7の間の部分あ
るいはカソード電極7の周辺部はコンタクト部以外のシ
リコンの上に酸化膜5とその上に窒化膜9が形成されて
いる。
を実現する。 【構成】 N- 型半導体基板1にP+ 型不純物領域2が
形成されアノード電極6とカソード電極7の間の部分あ
るいはカソード電極7の周辺部はコンタクト部以外のシ
リコンの上に酸化膜5とその上に窒化膜9が形成されて
いる。
Description
【0005】
【産業上の利用分野】本発明は光電変換半導体装置とそ
の製造方法および応用に関するものである。
の製造方法および応用に関するものである。
【0006】
【従来の技術】従来、このような分野の半導体装置とし
ては、図3に断面図として図示するごとく、第1導電型
半導体基板たるN- 型半導体基板1に第2導電型半導体
不純物領域たるP+ 型不純物領域2を持つものが知られ
ている。
ては、図3に断面図として図示するごとく、第1導電型
半導体基板たるN- 型半導体基板1に第2導電型半導体
不純物領域たるP+ 型不純物領域2を持つものが知られ
ている。
【0007】P+ 型不純物領域2にはアノード電極6が
形成されカソード電極7としては図示するようにP+ 型
不純物領域2と同一の面に形成されたチャンネルストッ
パーとなるN+ 型不純物領域4で取ってもかまわない。
各電極のコンタクト部以外のアノード電極6とカソード
電極7の間には熱酸化により形成されたSiO2 を主と
する酸化膜5およびP+ 型不純物領域2の表面には反射
をできるだけ小さくなるようにCVDなどで酸化膜8が
形成されている。
形成されカソード電極7としては図示するようにP+ 型
不純物領域2と同一の面に形成されたチャンネルストッ
パーとなるN+ 型不純物領域4で取ってもかまわない。
各電極のコンタクト部以外のアノード電極6とカソード
電極7の間には熱酸化により形成されたSiO2 を主と
する酸化膜5およびP+ 型不純物領域2の表面には反射
をできるだけ小さくなるようにCVDなどで酸化膜8が
形成されている。
【0008】図示するごとく、P+ 型不純物領域2の存
在する側(面)を表面と称するなら裏面には基板より高
い濃度のN型である裏面のN+ 型不純物領域3がありP
+ −N- N+ よりなるPN接合を形成しPINダイオー
ドと称される半導体装置である。
在する側(面)を表面と称するなら裏面には基板より高
い濃度のN型である裏面のN+ 型不純物領域3がありP
+ −N- N+ よりなるPN接合を形成しPINダイオー
ドと称される半導体装置である。
【0009】N- 型半導体基板1の不純物濃度が1×1
012atms/cm3 から1×1013atms/cm3
程度のものをさしてイントリンシック(intrins
ic、真性半導体)のiをとってPINと称されるもの
である。ここで、N- ,N+ ,P+ などはそれぞれの導
電型不純物においてNあるいはPより−は不純物濃度が
低いことを、+は高いことを意味している。
012atms/cm3 から1×1013atms/cm3
程度のものをさしてイントリンシック(intrins
ic、真性半導体)のiをとってPINと称されるもの
である。ここで、N- ,N+ ,P+ などはそれぞれの導
電型不純物においてNあるいはPより−は不純物濃度が
低いことを、+は高いことを意味している。
【0010】i層は不純物濃度が低くまた厚さとしては
数10〜数100μmであり、PN接合に逆バイアスを
加えた時の空乏層の伸びが大きく、検出する光や放射線
のエネルギーの範囲が大きく取れることや、比較的大き
なバイアスを加えることができ、その時の接合容量が少
ないという点から高速応答に適しており、広く使われて
いる。
数10〜数100μmであり、PN接合に逆バイアスを
加えた時の空乏層の伸びが大きく、検出する光や放射線
のエネルギーの範囲が大きく取れることや、比較的大き
なバイアスを加えることができ、その時の接合容量が少
ないという点から高速応答に適しており、広く使われて
いる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来のPINフォトダ
イオードは前述してきたような構造を取っているため暗
電流が大きいという課題があった。
イオードは前述してきたような構造を取っているため暗
電流が大きいという課題があった。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では以下の手段を取った。第1の手段とし
て、P+ 型不純物領域の形成工程でマスクとしてシリコ
ンの上に酸化膜を形成し、さらにその上に窒化膜を形成
する。
め、本発明では以下の手段を取った。第1の手段とし
て、P+ 型不純物領域の形成工程でマスクとしてシリコ
ンの上に酸化膜を形成し、さらにその上に窒化膜を形成
する。
【0013】第2の手段として、マスクとして利用した
窒化膜をコンタクト部以外残しておく。第3の手段とし
て、P+ 型不純物領域形成を、半導体基板表面の自然酸
化膜を除去し化学的に活性な表面を露出させる工程と、
この活性な表面にガス状のボロン元素を含む化合物を供
給し、ボロン元素あるいはボロン化合物層を形成する工
程と、この層を不純物拡散源とした固相拡散および不純
物の活性化を行う工程とから成る製造方法を取る。
窒化膜をコンタクト部以外残しておく。第3の手段とし
て、P+ 型不純物領域形成を、半導体基板表面の自然酸
化膜を除去し化学的に活性な表面を露出させる工程と、
この活性な表面にガス状のボロン元素を含む化合物を供
給し、ボロン元素あるいはボロン化合物層を形成する工
程と、この層を不純物拡散源とした固相拡散および不純
物の活性化を行う工程とから成る製造方法を取る。
【0014】
【作用】前記、手段を取ることで以下の作用が得られ
る。第1の手段により、高濃度の不純物をドーピングで
き、かつ欠陥の少ない接合層が形成でき、暗電流を減少
できる。
る。第1の手段により、高濃度の不純物をドーピングで
き、かつ欠陥の少ない接合層が形成でき、暗電流を減少
できる。
【0015】第2の手段により、表面および酸化膜の欠
陥に起因する暗電流を減少できる。また、マスクとして
利用した窒化膜を利用することで工程が簡易になる。第
3の手段により欠陥の少ない接合層が形成でき、空乏層
が伸びやすくなる。
陥に起因する暗電流を減少できる。また、マスクとして
利用した窒化膜を利用することで工程が簡易になる。第
3の手段により欠陥の少ない接合層が形成でき、空乏層
が伸びやすくなる。
【0016】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1は、本発明にかかる光電変換半導体装
置の実施例のPINフォトダイオードを示す平面図であ
る。
に説明する。図1は、本発明にかかる光電変換半導体装
置の実施例のPINフォトダイオードを示す平面図であ
る。
【0017】N- 型半導体基板1にP+ 型不純物領域2
が形成され周辺にはアノード電極6が形成されている。
さらにその外側にはチャンネルストッパーとなるN+ 型
不純物領域4にカソード電極7が形成されている。P+
型不純物領域2の上には無反射膜となるように厚みを制
御されたCVDで形成されたSiO2 よりなる酸化膜8
がある。
が形成され周辺にはアノード電極6が形成されている。
さらにその外側にはチャンネルストッパーとなるN+ 型
不純物領域4にカソード電極7が形成されている。P+
型不純物領域2の上には無反射膜となるように厚みを制
御されたCVDで形成されたSiO2 よりなる酸化膜8
がある。
【0018】アノード電極6とカソード電極7の間の部
分あるいはカソード電極7の周辺部はコンタクト部以外
にシリコン(N- 型半導体基板あるいはN+ 型不純物領
域)の上には熱酸化により形成されたSiO2 を主とす
る(CVDによるSiO2 層も含む)酸化膜5とそのう
えSi3 N4 を主とする窒化膜9が形成されている。
分あるいはカソード電極7の周辺部はコンタクト部以外
にシリコン(N- 型半導体基板あるいはN+ 型不純物領
域)の上には熱酸化により形成されたSiO2 を主とす
る(CVDによるSiO2 層も含む)酸化膜5とそのう
えSi3 N4 を主とする窒化膜9が形成されている。
【0019】カソード電極は裏面のN+ 型不純物領域3
からとってもかまわない。図3の(a)〜(d)はこの
ような本発明にかかる光電変換半導体装置のP+型不純
物領域形成のための製造工程を示す工程順の断面図であ
る。まず図3(a)に示すように、N- 型半導体基板1
の表面に熱酸化により酸化膜31をその上にCVDでS
i3 N4 を主とする窒化膜32を形成しこれをパターニ
ングし、窒化膜32(および酸化膜31)をマスクにし
てP+ 型不純物領域形成する。
からとってもかまわない。図3の(a)〜(d)はこの
ような本発明にかかる光電変換半導体装置のP+型不純
物領域形成のための製造工程を示す工程順の断面図であ
る。まず図3(a)に示すように、N- 型半導体基板1
の表面に熱酸化により酸化膜31をその上にCVDでS
i3 N4 を主とする窒化膜32を形成しこれをパターニ
ングし、窒化膜32(および酸化膜31)をマスクにし
てP+ 型不純物領域形成する。
【0020】そのためには図3(b)に示すように、ま
ず開口部の表面の自然酸化膜33を除去してシリコンの
活性表面を露出する。それは例えば次の方法による。す
なわち、0.5%HF程度の希フッ酸に基板を浸漬し
て、表面に自然酸化膜が形成され難くした後、基板を真
空装置内におき、800℃以上に加熱し、バックグラウ
ンド圧力10-6Torr以下で10分以上保持する。そ
の際水素ガスを導入するのが望ましい。
ず開口部の表面の自然酸化膜33を除去してシリコンの
活性表面を露出する。それは例えば次の方法による。す
なわち、0.5%HF程度の希フッ酸に基板を浸漬し
て、表面に自然酸化膜が形成され難くした後、基板を真
空装置内におき、800℃以上に加熱し、バックグラウ
ンド圧力10-6Torr以下で10分以上保持する。そ
の際水素ガスを導入するのが望ましい。
【0021】次に図3(c)に示すように、N- 型半導
体基板1の活性表面に対しB2 H6ガスなどのボロンの
化合物ガスを導入し、ボロンあるいはボロンシリサイド
膜34を形成する。この工程では、B2 H6 ガスの導入
圧力と導入時間の積が3×10-2Torr・sec以上
となるようにガスを導入すると制御性の高いドーピング
ができる。
体基板1の活性表面に対しB2 H6ガスなどのボロンの
化合物ガスを導入し、ボロンあるいはボロンシリサイド
膜34を形成する。この工程では、B2 H6 ガスの導入
圧力と導入時間の積が3×10-2Torr・sec以上
となるようにガスを導入すると制御性の高いドーピング
ができる。
【0022】B2 H6 ガス導入時の基板温度が300℃
〜700℃の場合には、ボロンの膜が、700℃以上で
はボロンシリサイドの膜が形成される。前記したB2 H
6 ガスの導入条件では、基板温度600℃の場合、約1
0nmのボロン膜が堆積され、基板温度800℃の場合
には、ほぼ同じ膜厚のボロンシリサイド膜が形成され
る。ボロン膜、ボロンシリサイド膜ともに10nm以上
形成すると、それらの拡散源からSiへの拡散は、拡散
温度での固溶限で決まる表面濃度一定の拡散となり、均
一で制御性の高いドーピングが可能になる。
〜700℃の場合には、ボロンの膜が、700℃以上で
はボロンシリサイドの膜が形成される。前記したB2 H
6 ガスの導入条件では、基板温度600℃の場合、約1
0nmのボロン膜が堆積され、基板温度800℃の場合
には、ほぼ同じ膜厚のボロンシリサイド膜が形成され
る。ボロン膜、ボロンシリサイド膜ともに10nm以上
形成すると、それらの拡散源からSiへの拡散は、拡散
温度での固溶限で決まる表面濃度一定の拡散となり、均
一で制御性の高いドーピングが可能になる。
【0023】また、ボロンの堆積は熱CVDであるが、
ボロンシリサイドの形成はB2 H6ガス中のボロンとS
iとの反応によるものでCVDとは全く異なる。ボロン
シリサイド膜はボロン膜より安定であり、ボロンシリサ
イド膜の方が、より制御性の高い拡散を行える。
ボロンシリサイドの形成はB2 H6ガス中のボロンとS
iとの反応によるものでCVDとは全く異なる。ボロン
シリサイド膜はボロン膜より安定であり、ボロンシリサ
イド膜の方が、より制御性の高い拡散を行える。
【0024】窒化膜32は、N- 型半導体基板1表面に
ボロンがドーピングされるのを防止するために有効であ
り、酸化膜31だけではマスクとして不十分である。以
上で述べた方法でボロンまたはボロンシリサイドの膜を
形成すると、溝の内壁のような立体的な構造がある場合
でも均一な厚さの膜となる。
ボロンがドーピングされるのを防止するために有効であ
り、酸化膜31だけではマスクとして不十分である。以
上で述べた方法でボロンまたはボロンシリサイドの膜を
形成すると、溝の内壁のような立体的な構造がある場合
でも均一な厚さの膜となる。
【0025】バッチ処理で一度に大量の基板にボロンま
たはボロンシリサイドの膜を均一に形成できる。その
後、ジボランの導入を停止し、真空中で800℃〜85
0℃で30分程度のアニールを行う、もしくはRTAに
て1050℃〜1100℃で5〜10秒アニールを行う
ことで不純物原子の活性化と図3(d)に示すようにP
+ 型不純物領域2の形成が同時に行われ表面に残ったボ
ロンシリサイド層をエッチングや酸化によって除去され
る。
たはボロンシリサイドの膜を均一に形成できる。その
後、ジボランの導入を停止し、真空中で800℃〜85
0℃で30分程度のアニールを行う、もしくはRTAに
て1050℃〜1100℃で5〜10秒アニールを行う
ことで不純物原子の活性化と図3(d)に示すようにP
+ 型不純物領域2の形成が同時に行われ表面に残ったボ
ロンシリサイド層をエッチングや酸化によって除去され
る。
【0026】このようにして、比抵抗5〜7kΩ・cm
で厚み300μmのN- 型半導体基板に1cm×1cm
のP+ 型不純物領域を形成したチップ寸法11cm×1
1cmのPINフォトダイオードを製作し、室温(ほぼ
25℃)で100Vで暗電流を測定したことろ2nAあ
った。
で厚み300μmのN- 型半導体基板に1cm×1cm
のP+ 型不純物領域を形成したチップ寸法11cm×1
1cmのPINフォトダイオードを製作し、室温(ほぼ
25℃)で100Vで暗電流を測定したことろ2nAあ
った。
【0027】この場合、P+ 型不純物領域形成後窒化膜
を除去し、従来のPINフォトダイオードと同じ構造に
し室温で100Vで暗電流を測定したところ5nAあっ
た。上記本発明のP+ 型不純物領域形成方法により窒化
膜を形成しないで同様のPINフォトダイオードを製作
し室温(ほぼ25℃)で100Vで暗電流を測定したと
ころ25nAあった。
を除去し、従来のPINフォトダイオードと同じ構造に
し室温で100Vで暗電流を測定したところ5nAあっ
た。上記本発明のP+ 型不純物領域形成方法により窒化
膜を形成しないで同様のPINフォトダイオードを製作
し室温(ほぼ25℃)で100Vで暗電流を測定したと
ころ25nAあった。
【0028】また、窒化膜をマスクにイオン注入により
P+ 型不純物領域形成しコンタクト以外の窒化膜を残し
た本発明の別の実施例では、同じN- 型半導体基板を使
用し同じ寸法でPINフォトダイオードを製作し室温
(ほぼ25℃)で100Vで暗電流を測定したところ6
nAであった。
P+ 型不純物領域形成しコンタクト以外の窒化膜を残し
た本発明の別の実施例では、同じN- 型半導体基板を使
用し同じ寸法でPINフォトダイオードを製作し室温
(ほぼ25℃)で100Vで暗電流を測定したところ6
nAであった。
【0029】一方、従来の構造のPINフォトダイオー
ドをマスクとして窒化膜を形成しないでイオン注入によ
りP+ 型不純物領域を形成した場合、同じN- 型半導体
基板を使用し同じ寸法で製作し室温(ほぼ25℃)で1
00Vで暗電流を測定したところ12nAであった。
ドをマスクとして窒化膜を形成しないでイオン注入によ
りP+ 型不純物領域を形成した場合、同じN- 型半導体
基板を使用し同じ寸法で製作し室温(ほぼ25℃)で1
00Vで暗電流を測定したところ12nAであった。
【0030】このように、P+ 型不純物領域形成として
イオン注入やBNやモノシラン(SiH4 )とジボラン
(B2 H6 )のCVDによるボロンシリケートガラス
(BSG)を利用しても窒化膜をマスクとすることおよ
びコンタクト以外の窒化膜を最終的に残しておくことの
効果はあるが、特に窒化膜をマスクとすることは本発明
のP+ 型不純物領域形成方法に大きな効果があり、また
本発明のP+ 型不純物領域形成方法は実施例のような比
抵抗が1kΩ・cmをこえるような高抵抗基板でもプロ
セスの影響による比抵抗の低下がほとんどなく、空乏層
の伸びやすいPINフォトダイオードを得ることができ
る。
イオン注入やBNやモノシラン(SiH4 )とジボラン
(B2 H6 )のCVDによるボロンシリケートガラス
(BSG)を利用しても窒化膜をマスクとすることおよ
びコンタクト以外の窒化膜を最終的に残しておくことの
効果はあるが、特に窒化膜をマスクとすることは本発明
のP+ 型不純物領域形成方法に大きな効果があり、また
本発明のP+ 型不純物領域形成方法は実施例のような比
抵抗が1kΩ・cmをこえるような高抵抗基板でもプロ
セスの影響による比抵抗の低下がほとんどなく、空乏層
の伸びやすいPINフォトダイオードを得ることができ
る。
【0031】本発明のP+ 型不純物領域形成では窒化膜
をマスクとして形成しない場合、暗電流は極めて大きく
なる。
をマスクとして形成しない場合、暗電流は極めて大きく
なる。
【0032】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の製造
方法によれば、暗電流を小さなすぐれた光電変換半導体
装置を実現できる。
方法によれば、暗電流を小さなすぐれた光電変換半導体
装置を実現できる。
【図1】本発明による光電変換半導体装置の実施例のP
INフォトダイオードを示す断面図である。
INフォトダイオードを示す断面図である。
【図2】本発明のP+ 型不純物領域形成工程の断面図で
ある。
ある。
【図3】従来のPINフォトダイオードの平面図であ
る。
る。
1 N- 型半導体基板 2 P+ 型不純物領域 3 裏面のN+ 型不純物領域 4 N+ 型不純物領域 5,8,31 酸化膜 6 アノード電極 7 カソード電極 9,32 窒化膜 33 自然酸化膜 34 ボロンあるいはボロンシリサイド膜
Claims (3)
- 【請求項1】 第1導電型シリコン半導体基板と第2導
電型不純物領域と酸化膜と電極を有する光電変換半導体
装置において、 前記第1導電型シリコン半導体基板の前記第2導電型不
純物領域を有する面の前記酸化膜と前記電極を有しない
部分に酸化膜と前記酸化膜の上に窒化膜を有することを
特徴とする光電変換半導体装置。 【0003】 - 【請求項2】 第1導電型シリコン半導体基板と第2導
電型不純物領域と酸化膜と電極を有する光電変換半導体
装置の製造方法において、 前記第1導電型シリコン半導体基板の前記第2導電型不
純物領域を形成しない部分に酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜の上に窒化膜を形成する工程と、 前記第2導電型不純物領域を形成する工程からなること
を特徴とする光電変換半導体装置の製造方法。 【0004】 - 【請求項3】 請求項2記載の光電変換半導体装置の製
造方法において、前記第2導電型不純物領域の形成工程
が、 前記第1導電型シリコン半導体基板の自然酸化膜を除去
し化学的に活性な表面を露出する工程と、 ガス状のボロン元素を含む化合物を供給し、前記活性な
表面にボロン元素またはボロン化合物から選ばれる層を
形成する工程と、 前記ボロン元素またはボロン化合物から選ばれる層を不
純物拡散源とし固相拡散と不純物の活性化を行う工程か
らなることを特徴とする光電変換半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6199888A JPH08172214A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 光電変換半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6199888A JPH08172214A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 光電変換半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08172214A true JPH08172214A (ja) | 1996-07-02 |
Family
ID=16415283
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6199888A Pending JPH08172214A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 光電変換半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08172214A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7547619B2 (en) | 2002-09-20 | 2009-06-16 | Panasonic Corporation | Method of introducing impurity, device and element |
CN108695344A (zh) * | 2017-04-04 | 2018-10-23 | 浜松光子学株式会社 | 光半导体装置的制造方法 |
-
1994
- 1994-08-24 JP JP6199888A patent/JPH08172214A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7547619B2 (en) | 2002-09-20 | 2009-06-16 | Panasonic Corporation | Method of introducing impurity, device and element |
CN108695344A (zh) * | 2017-04-04 | 2018-10-23 | 浜松光子学株式会社 | 光半导体装置的制造方法 |
JP2018181910A (ja) * | 2017-04-04 | 2018-11-15 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光半導体装置の製造方法 |
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