JP2002022533A

JP2002022533A - 紫外線センサー

Info

Publication number: JP2002022533A
Application number: JP2000204972A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yagi; 茂八木; Takeshi Iwanaga; 剛岩永
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2002-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】紫外線の面内強度分布を短時間で測定可能
で、かつ、安価な紫外線センサーの提供。【解決手段】少なくとも、紫外線を透過する紫外線透
過電極と、Ａｌ、Ｇａ、及び、Ｉｎからなる群より選ば
れる１以上の元素及び窒素を含有する光半導体層と、対
向電極と、を有する紫外線検出素子が複数個配列されて
なることを特徴とする紫外線センサーである。前記紫外
線検出素子の配列が、一次元的である態様、二次元的で
ある態様、３００ｎｍ以下の紫外線を検出する態様、更
に、フィルターを有し、前記光半導体層が、５００ｎｍ
を超える波長の光に感度を有しない態様等が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紫外線の強度分布
を測定可能な紫外線センサーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】紫外線や短波長光の工業的利用におい
て、紫外線の強度分布等の測定の技術が要求される。特
に近年、半導体集積素子の超微細化に伴って、製造工程
の縮小光学系によるフォトリソ工程において使用される
紫外線の波長が、水銀灯からさらに短波長のエキシマー
レーザのＫｒＦ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１９３ｎｍ）
等の紫外線を用いるようになってきた。

【０００３】従来、紫外線の強度分布測定には、シリコ
ンフォトダイオード等の汎色性の検出器に、長波長カッ
ト短波長透過フィルターと、このフィルターの可視域で
の二次光透過域をカットするフィルターとを組み合わせ
たものが、紫外線センサーとして使用されている。

【０００４】しかしシリコンフォトダイオード等の汎用
性の検出器は、短波長光の場合には、表面吸収により活
性部に光が届かなかったり、表面欠陥による再結合等に
より、４００ｎｍ以下の波長域において感度が低い等の
問題がある。また、３００ｎｍ以下の波長域において
は、感度がほとんど無い。更に、石英窓の場合にも窓材
の影響により安定性に問題がある。更にまた、紫外線だ
けを透過するフィルターの透過率が低いため低感度であ
ったり、フィルターのコストが高くなる等の問題があ
る。

【０００５】また、短波長域に感度のあるＧａＰなどの
半導体と長波長カット短波長透過フィルターとを合わせ
て使用する紫外線センサーも提案されている。この場合
も３００ｎｍ以下の紫外線の場合には二次光域に感度を
持つため、フィルター構成が複雑化し、フィルターが高
価となり、結果としてこのような波長域の紫外線センサ
ーは、低感度でかつ高価となる。

【０００６】一方、紫外線センサーにより、紫外線の面
内強度分布を求めるためには、紫外線センサーによる測
定を複数個所で行わなければならず、手間及び時間的ロ
スが大きかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来に
おける問題を解決し、以下の目的を達成することを課題
とする。即ち、本発明は、紫外線の面内強度分布を短時
間で測定可能で、かつ、安価な紫外線センサーを提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を達成するため
の手段としては、以下の通りである。＜１＞少なくとも、紫外線を透過する紫外線透過電極
と、Ａｌ、Ｇａ、及び、Ｉｎからなる群より選ばれる１
以上の元素及び窒素を含有する光半導体層と、対向電極
と、を有する紫外線検出素子が複数個配列されてなるこ
とを特徴とする紫外線センサーである。＜２＞前記紫外線検出素子の配列が、一次元的である
ことを特徴とする前記＜１＞に記載の紫外線センサーで
ある。＜３＞前記紫外線検出素子の配列が、二次元的である
ことを特徴とする前記＜１＞に記載の紫外線センサーで
ある。＜４＞３００ｎｍ以下の紫外線を検出することを特徴
とする前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の紫外線
センサーである。＜５＞更に、フィルターを有し、前記光半導体層が、
５００ｎｍを超える波長の光に感度を有しないことを特
徴とする前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の紫外
線センサーである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の紫外線センサーを
詳細に説明する。本発明の紫外線センサーは、紫外線透
過電極と、光半導体層と、対向電極と、を有する紫外線
検出素子が複数個配列されてなり、必要に応じてその他
の構成を有する。

【００１０】［光半導体層］前記光半導体層は、少なく
とも、Ａｌ、Ｇａ、及び、Ｉｎからなる群より選ばれる
１以上の元素及び窒素を含有し、必要に応じてその他の
成分を含有する。

【００１１】前記光半導体層としては、非単結晶質状で
もよく、単結晶質状でもよい。非単結晶質状である場合
には、非晶質状でもよく、微結晶質状でもよく、これら
の混合であってもよい。結晶質状の場合、その結晶系と
しては、立方晶あるいは６方晶系のいずれかであっても
よく、これらの混合であってもよく、更には、その他の
複数の結晶系が混合されていてもよい。結晶としては、
柱状成長した結晶でもよく、Ｘ線回折スペクトルで単一
ピークであり、結晶面方位が高度に配向したものでもよ
く、単結晶でもよい。

【００１２】前記光半導体層が非結晶質状の場合には、
前記光半導体層に、０．５〜５０原子％の水素が含有さ
れていてもよく、一配位のハロゲン元素が含有されてい
てもよい。前記水素の含有量が、０．５原子％未満で
は、結晶粒界での結合欠陥とあるいは非晶質相内部での
結合欠陥や未結合手を水素との結合によって無くし、バ
ンド内に形成する欠陥準位を不活性化するのに不充分で
あり、結合欠陥や構造欠陥が増大し、暗抵抗が低下し光
感度が低下するため、実用的な紫外線センサーとして機
能しなくなることがある。一方、前記水素の含有量が、
５０原子％を超えると、電気的特性が劣化すると共に硬
度等の機械的性質が低下することがある。さらに、光半
導体層が酸化され易くなり、耐候性が悪化することがあ
る。尚、前記水素の含有量（原子％）は、ハイドジェン
フォワードスキャタリング（ＨＦＳ）により絶対値を測
定することができる。また、シリコン、サファイア等の
赤外透明基板上に、本発明の紫外線センサーにおける光
半導体層の形成時に、同時に光半導体層を赤外透過基板
上に製膜することによって、水素の含有状態を赤外吸収
スペクトルによって容易に測定することできる。

【００１３】前記光半導体層の構造としては、例えば、
透過電子線回折で測定した際、全くリング状の回折パタ
ーンがなくぼんやりしたハローパターンのみが見られ、
完全に長距離秩序が欠如しているもの、ハローパターン
の中にリング状の回折パターンが見られるもの、更にそ
の中に輝点が見られるもの等が挙げられる。このような
光半導体層は、透過電子線回折測定より広範囲を観測す
るＸ線回折測定においては、ほとんど何もピークが見ら
れないことが多い。

【００１４】また、透過電子線回折測定において、リン
グ状の回折パターンと共に輝点が多数見られるもの、更
に、該透過電子線回折測定ではほとんどスポット状の輝
点のみ見られても、Ｘ線回折測定において、多結晶ある
いは他の最も強いピーク強度が、単結晶のピークに比べ
ると弱く、かつ、そのほかに、他の面方位の弱いピーク
が混在して見られるもの等が挙げられる。更に、ほとん
ど一つの面方位からなるＸ線回折スペクトルが見られる
ものも挙げられる。

【００１５】更に赤外吸収スペクトル測定では、水素と
の結合ピークが見られ、また、III族元素と窒素との結
合の振動吸収ピークの半値幅が、非晶質構造が主体の場
合には１５０ｃｍ^-1以上であり、微結晶質構造が主体の
場合には１００ｃｍ^-1以下である。尚、前記半値幅と
は、III族元素と窒素との結合を主体とする吸収位置で
の複数のピークからなる吸収帯における、最高強度から
バックグランドを除いた値の１／２の強度部分での吸収
帯の幅である。

【００１６】微結晶の大きさは、その径として、５ｎｍ
〜５μｍであり、Ｘ線回折や電子線回折および断面の電
子顕微鏡写真を用いた形状測定等によって測定できる。

【００１７】吸光係数は、分光光度計で吸収量を測定
し、層の厚みで除したものを自然対数系で現したもの
で、本発明において、４００ｎｍの光透過量は、透明
（紫外線透過性、以下、本発明において単に「透明」と
言う時は、紫外線透過性をいう。）とみなせるためには
２００００ｃｍ^-1以下が好ましく、１００００ｃｍ^-1以
下がより好ましい。これらの値は、バンドギャップとし
ては略３．０ｅＶ以下に相当する。

【００１８】前記光半導体層の原料としては、Ａｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎからなる群より選ばれる１以上の元素を含む有
機金属化合物が挙げられる。前記有機金属化合物として
は、例えば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアル
ミニウム、ターシャリーブチルアルミニウム、トリメチ
ルガリウム、トリエチルガリウム、ターシャリーブチル
ガリウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウ
ム、ターシャリーブチルインジウム等の液体や固体を気
化して単独にあるいはキャリアガスでバブリングするこ
とによって混合状態で使用することができる。キャリア
ガスとしては、水素，Ｎ₂，メタン，エタン等の炭化水
素、ＣＦ₄，Ｃ₂Ｆ₆等のハロゲン化炭素等を用いること
ができる。

【００１９】窒素原料としては、Ｎ₂，ＮＨ₃，ＮＦ₃，
Ｎ₂Ｈ₄、メチルヒドラジン等の気体、液体を気化あるい
はキャリアガスでバブリングすることによって使用する
ことができる。

【００２０】前記光半導体層において、Ａｌ、Ｇａ、及
び、Ｉｎからなる群より選ばれる１以上の元素（以下、
「III族元素」と称することがある。）と窒素との原子
数比（III族元素：窒素）としては、０．５：１．０〜
１：０．５が好ましく、０．７：１〜１：０．７がより
好ましい。前記原子数比が、前記数値範囲外である場
合、III族元素と窒素との結合において、四面体型結合
となる部分が少なくなるため、欠陥が多くなり、良好な
光半導体層として機能しなくなることがある。

【００２１】前記光半導体層の光学ギャップは、III族
元素の含有量によって任意に変えることができる。Ｇａ
Ｎ：Ｈを基準にすると、前記光学ギャップを３．２〜
３．５ｅＶより大きくする場合には、Ａｌを加えること
によって６．５ｅＶ程度にまで大きくすることができ、
３．２ｅＶより小さくするにする場合には、Ｉｎを加え
ることによって透明のまま測定波長域を変化させること
ができる。尚、前記光学ギャップは、波長（ｅＶ）と吸
収係数（αｅ）との２乗のプロットより、低エネルギー
の直線部分を外挿した点から求められる。あるいは、吸
収係数が１００００ｃｍ^-1の波長（ｅＶ）としてもよ
い。吸収係数は、バックグランドを除外した吸光度を用
いるか層厚依存性を測定して求められる。

【００２２】また、前記光半導体層においては、ｐ，ｎ
制御のために元素を層中にドープすることができる。

【００２３】ドープし得るｎ型用の元素としては、Iａ
族のＬｉ，Iｂ族のＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，IIａ族のＭｇ，I
Iｂ族のＺｎ，ＩVａ族のＳｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，VIａ
族のＳ，Ｓｅ，Ｔｅを用いることができる。ドープし得
るｐ型用の元素としては、Iａ族のＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Iｂ
族のＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，IIａ族のＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓ
ｒ，Ｂａ，Ｒａ，IIｂ族のＺｎ，Ｃｄ，Ｈｇ，IVａ族の
Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，VIａ族のＳ，Ｓｅ，Ｔ
ｅ、VIｂ族のＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，VIIIａ族のＦｅ，Ｃｏ，
Ｎｉ等を用いることができる。

【００２４】前記光半導体層中の水素は、ドーパントに
結合し不活性化しないように、欠陥準位をパッシベーシ
ョンするための水素が、ドーパントよりもIII族元素及
び窒素に選択的に結合する必要があり、この点から、ｎ
型用の元素としては、特に、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎが好まし
く、ｐ型用の元素としては、特に、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，
Ｚｎ，Ｓｒが好ましい。

【００２５】ドーピングするに際しては、ｎ型用として
はＳｉＨ₄，Ｓｉ₂Ｈ₆，ＧｅＨ₄，ＧｅＦ₄，ＳｎＨ₄等
を、ｐ型用としてはＢｅＨ₂，ＢｅＣｌ₂，ＢｅＣｌ₄，
シクロペンタジエニルマグネシウム、ジメチルカルシウ
ム、ジメチルストロンチウム、ジメチル亜鉛、ジエチル
亜鉛等、をガス状態で使用できる。またこれらの元素を
層中にドーピングするには、熱拡散法、イオン注入法等
の公知の方法を採用することができる。

【００２６】前記本発明の紫外線センサーにおいて、前
記光半導体層は、簡単には、単層の半導体層を形成する
ことによってショットキー型の素子とすることもできる
し、ｐｎダイオード構成やｐｉｎ構成等とすることによ
って、更に高効率化を図ることもできる。

【００２７】前記光半導体層は、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎの少
なくとも１以上の元素と、窒素及び水素を含むｎ型、あ
るいは、ｐ型の半導体からなるものでもよいし、さらに
高濃度のドーピングを行った膜ｐ＋あるいはｎ＋層を挿
入してもよいし、低濃度のドーピングを行った膜ｐ−あ
るいはｎ^-層を挿入してもよい。

【００２８】前記光半導体層においては、更に透明性や
障壁の形成のために、ｐ型、ｉ型、ｎ型の各層は、それ
ぞれ異なるＡｌ_xＧａ_yＩｎ_z（ｘ＝０〜１．０，ｙ＝０
〜１．０，ｚ＝０〜１．０）で表すことができるＡｌ，
Ｇａ，及びＩｎとＮとの組成でもよいし、ｐ型、ｉ型、
ｎ型それぞれの膜が複数のＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ：Ｈ（ｘ
＝０〜１．０，ｙ＝０〜１．０，ｚ＝０〜１．０）の組
成から成っていてもよい。

【００２９】前記光半導体層は、次のように形成され
る。しかし、本発明においては、これに限定されない。
図１は、本発明の紫外線センサーを製造するための、光
半導体層形成装置１００の概略構成図であり、プラズマ
を活性化手段とするものである。図１において、光半導
体層形成装置１００は、真空に排気し得る容器１と、排
気口２と、基板ホルダー３と、基板加熱用ヒーター４
と、容器１に接続された石英管５，６と、を有する。石
英管５，６は、それぞれガス導入管９，１０に連通して
いる。また、石英管５には、ガス導入管１１が接続さ
れ、石英管６には、ガス導入管１２が接続されている。

【００３０】光半導体層形成装置１００においては、窒
素元素源として、例えば、Ｎ₂を用い、ガス導入管９か
ら石英管５に導入する。例えば、マグネトロンを用いた
マイクロ波発振器（図示せず）に接続されたマイクロ導
波管８に２．４５ＧＨｚのマイクロ波が供給され、石英
管５内に放電を発生させる。別のガス導入口１０から、
例えばＨ₂を石英管６に導入する。高周波発振器（図示
せず）から高周波コイル７に１３．５６ＭＨｚの高周波
を供給し、石英管６内に放電を発生させる。放電空間の
下流側に配されたガス導入管１２より、例えば、トリメ
チルガリウムを導入することによって、基板ホルダー３
にセットされた基板上に、窒化ガリウム光半導体層を形
成することができる。

【００３１】基板温度としては、１００〜６００℃が好
ましい。一般に基板温度が高い場合、及び／又はIII族
元素の原料ガスの流量が少ない場合には、微結晶あるい
は結晶になりやすい。基板温度が３００℃より低く、II
I族元素の原料ガスの流量が少ない場合には、微結晶と
なり易く、基板温度が３００℃より高い場合には、低温
条件よりもIII族元素の原料ガスの流量が多い場合でも
微結晶となりやすい。また、例えばＨ₂放電を行った場
合には、行なわない場合よりも微結晶化を進めることが
できる。トリメチルガリウムの代わりにインジウム、ア
ルミニウムを含む有機金属化合物を用いることもできる
し、またこれらを混合することもできる。また、これら
の有機金属化合物は、ガス導入管１１から別々に導入し
てもよい。

【００３２】また、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎから選ばれた
少なくとも１以上の元素を含むガス、あるいはＢｅ，Ｍ
ｇ，Ｃａ，Ｚｎ，Ｓｒから選ばれた少なくとも１以上の
元素を含むガスを放電空間の下流側（ガス導入管１１又
はガス導入管１２）から導入することによってｎ型、ｐ
型等任意の伝導型の非晶質あるいは微結晶の窒化物半導
体を得ることができる。Ｃの場合には条件によっては有
機金属化合物の炭素を使用してもよい。

【００３３】上述のような装置において放電エネルギー
により形成される活性窒素あるいは活性水素を独立に制
御してもよいし、ＮＨ₃のようなチッ素と水素原子とを
同時に含むガスを用いてもよい。さらにＨ₂を加えても
よい。また、有機金属化合物から活性水素が遊離生成す
る条件を用いることもできる。このようにすることによ
って、基板上には活性化されたIII族原子、窒素原子
が、制御された状態で存在し、かつ水素原子がメチル基
やエチル基をメタンやエタン等の不活性分子にするた
め、低温にも拘わらず、炭素がほとんど入らないか、低
量含有量で、膜欠陥が抑えられた非晶質あるいは微結晶
質の層が形成される。尚、水素化アモルファスシリコン
膜は、窒素の代わりに水素を用い、シラン、ジシラン、
トリシラン等のガスを有機金属ガスの代わりに用いれば
よい。またプラズマＣＶＤ装置を用いてもよい。

【００３４】上述の装置において、活性化手段として
は、高周波発振器、マイクロ波発振器、エレクトロサイ
クロトロン共鳴方式やヘリコンプラズマ方式であっても
よいし、これらの２以上を組み合わせて用いてもよい。
また、図１においては、高周波発振器とマイクロ波発振
器とを用いたが、２つともマイクロ波発振器であっても
よいし、２つとも高周波発振器であってもよい。また高
周波発信器の場合、誘導型でも容量型でもよい。また２
つともエレクトロンサイクロトロン共鳴方式を用いても
よい。

【００３５】異なる活性化手段（励起手段）を用いる場
合には、同じ圧力で同時に放電が生起できるようにする
必要があり、放電内と成膜部（容器１内）に圧力差を設
けてもよい。また同一圧力で行う場合、異なる活性化手
段（励起手段）、例えば、マイクロ波と高周波放電を用
いると、励起種の励起エネルギーを大きく変えることが
でき、膜質制御に有効である。

【００３６】本発明における前記光半導体層は、反応性
蒸着法やイオンプレーイング、リアクティブスパッター
等、少なくとも水素が活性化された雰囲気で形成するこ
とも可能である。

【００３７】［紫外線透過電極］前記紫外線透過電極の
材料としては、例えば、ＩＴＯ、酸化亜鉛、酸化錫、酸
化鉛、酸化インジウム、ヨウ化銅等の透明導電性の材料
が挙げられ、該紫外線透過電極は、これらの材料に、蒸
着・イオンプレーティング・スパッタリング等を施した
り、Ａｌ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｍｇ，Ａｕ等の金属を蒸着・ス
パッタリング等することにより、形成することができ
る。特に、波長３００ｎｍ以下の光を透過させる観点か
らは、Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｇ等の金属
を、蒸着・スパッタリング等によって光が透過するよう
に薄く形成したものが好ましい。

【００３８】前記紫外線透過電極の厚みとしては、一般
的に５〜１００ｎｍ程度である。前記紫外線透過電極の
厚みが薄過ぎると、紫外線透過率は大きいが電気抵抗が
高くなることがある一方、厚過ぎると、紫外線が透過し
ないことがある。

【００３９】［対向電極］前記対向電極としては、ＩＴ
Ｏ、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉛、酸化インジウム、ヨウ
化銅等の透明導電性材料を用い、蒸着、イオンプレーテ
ィング、スパッタリング等の方法で形成したもの；Ａ
ｌ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｃｒ等の金属を蒸着やスパッタリン
グ、メッキ等の方法で形成したもの；Ｓｉ，ＳｉＣ，Ｇ
ａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＮ等を蒸着やスパッタリング等の
方法で形成したもの；ステンレススチール、ジュラルミ
ン等の合金；が挙げられる。尚、本発明において、前記
対向電極は透明である必要はない。

【００４０】［紫外線検出素子の配列］前記本発明の紫
外線センサーは、前記紫外線透過電極と、前記光半導体
層と、前記対向電極と、を有する紫外線検出素子（以
下、単に「素子」と称する場合がある。）が複数個配列
されてなる。尚、前記紫外線検出素子においては、前記
紫外線透過電極及び前記対向電極が、前記光半導体層を
介して対向する構成となっている。

【００４１】前記素子の配列としては、一次元的又は二
次元的であるのが好ましく、より短時間で、広範囲の測
定が可能となる点からは、二次元的であるのがより好ま
しい。尚、本発明において、「素子の配列が一次元的で
ある」とは、各素子が、直線上に並ぶように配列されて
いることを指し、「素子の配列が二次元的である」と
は、各素子が、平面上に並ぶように配列されていること
を指す。尚、前記「素子の配列」には、各素子が、一次
元的又は二次元的に、等間隔で配列されている態様のほ
か、部分的に等間隔で配列されている態様、総て無秩序
的に並べられている態様等の総ての配列の態様が含まれ
る。また千鳥状に並べられてもよい。これらの「素子の
配列」の態様は、前記紫外線センサーの用途、目的等に
応じて適宜選択するのが好ましい。

【００４２】また、本発明において、前記「素子の配
列」においては、前記素子を構成する紫外線透過電極、
光半導体層、及び、対向電極の総てが個々独立して配列
している態様のほか、対向電極及び光半導体層が、全素
子あるいは複数の素子で共通であり、紫外線透過電極の
みが個々独立して配列している態様や、対向電極が、全
素子あるいは複数の素子で共通であり、光半導体層及び
紫外線透過電極が個々独立して配列している態様等も含
まれる。前二者のような構成とすれば、光半導体層の面
積が小さくなり、使用する半導体材料の量を低減できる
ため、安価に紫外線センサーを作製することが可能とな
る。また、後二者のような構成とすれば、光半導体層を
逐一個別に作製する必要がなくなり、紫外線センサーの
作製が容易となる。前記「素子の配列」により、本発明
の紫外線センサーによれば、短時間で容易に紫外線強度
分布が測定可能となる。

【００４３】［その他の構成］前記その他の構成として
は、前記紫外線検出素子が配列される基板、フィルター
等が挙げられる。

【００４４】−基板− 前記基板は、前記紫外線検出素子が配列されるために必
要な部材である。ただし、前記紫外線透過電極又は前記
対向電極が基板の機能を兼ねていてもよい。

【００４５】前記基板が電極を兼ねている場合、該基板
（電極）としては、基板自体が導電性であっても、絶縁
性の支持体表面を導電化処理したものであってもよく、
また、結晶質でも非晶質でもよい。基板自体が導電性で
ある場合、導電性の基板としては、アルミニウム、ステ
ンレススチール、ニッケル、クロム等の金属及びその合
金結晶、Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＮ，ＳｉＣ，Ｚ
ｎＯ等の半導体が挙げられる。絶縁性の支持体として
は、高分子フィルム、ガラス、石英、セラミック等が挙
げられる。導電化処理は、前記金属又は金、銀、銅等を
蒸着法、スパッター法、イオンプレーティング法等によ
り成膜して行うことができる。尚、後述のように、前記
基板が透明である場合、用いられる透光性支持体として
は、ガラス、石英、サファイア、ＭｇＯ，ＳｉＣ，Ｚｎ
Ｏ，ＬｉＦ，ＣａＦ₂等の透明な無機材料や、弗素樹
脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレン、
ポリエチレンテレフタレート、エポキシ等の透明な有機
樹脂のフィルム、板状体、オプチカルファイバー、セル
フォック光学プレート等が挙げられる。

【００４６】前記基板が電極を兼ねていない場合、該基
板としては、前記絶縁性の支持体がいずれも好適に挙げ
られる。

【００４７】−フィルター− 前記本発明の紫外線センサーは、更に、フィルターを有
するのが好ましい。前記フィルターが、例えば、２５０
〜４００ｎｍの紫外線を透過するとすれば、５００ｎｍ
以上に２次光域ができてしまう。可視光域全体を不透過
にするためには、更に、他のフィルターを２枚重ねる等
により対応することも可能であるが、フィルターが複雑
となり、紫外線センサー自体が低感度となることがあ
る。したがって、かかる場合には、既述のように、前記
光半導体層における元素含有量等を適宜コントロールす
ることにより、該光半導体層が、５００ｎｍを超える波
長の光に感度を有しないようにするのが好ましい。

【００４８】以下に、本発明の紫外線センサーの一部
（紫外線検出素子）を表す概略断面構成図の例を、図２
を用いて説明する。図２（Ａ）においては、電極（対向
電極を兼ねた基板）２０上に、光半導体層２１、紫外線
透過電極２２が順次設けられている。光半導体層２１
は、例えば、図２（Ｂ）に示すように複数の層からなっ
ていてもよい。図２（Ｂ）においては、電極２０上に、
ｐ型半導体２５、ｉ型半導体２４、及び、ｎ型半導体２
３からなる光半導体層２１、紫外線透過電極２２が順次
設けられている。尚、図２（Ｂ）に示す光半導体層２１
においては、ｐ型半導体２５、ｉ型半導体２４、及び、
ｎ型半導体２３がこの順で設けられているが、ｐ型半導
体２５とｎ型半導体２３とは、順序が逆に設けられてい
てもよい。また、図２においては、対向電極が基板を兼
ねた構成であったが、前述のように、これらは別個の構
成であってもよい。本発明の紫外線センサーにおいて
は、紫外線透過電極に照射された紫外線が、紫外線透過
電極を透過し、紫外線透過電極及び対向電極間に設けら
れた光半導体層で吸収されて、前記両電極間から光電流
として検出される。したがって、前記紫外線透過電極
が、基板上に設けられる場合、該基板は、透明であるこ
とが必要である。

【００４９】更に、図３〜５において、前記本発明の紫
外線センサーの好ましい実施形態の例を示す。図３
（Ａ）は、紫外線検出素子が複数個一次元的に配列され
た紫外線センサー２００の概略平面図である。図３
（Ａ）において、紫外線センサー２００は、基板３０上
に、順に、対向電極３１と、光半導体層３２と、紫外線
透過電極３３と、からなる紫外線検出素子が複数個直線
上に並んで配列されている。紫外線センサー２００にお
いては、基板３０上に設けられている対向電極３１及び
光半導体層３２は、全素子に共通の構成となっており、
紫外線透過電極３３は、個々独立して複数個直線上に並
んで配列されている。各紫外線透過電極３３には、導線
部３４が接続されている。図３（Ｂ）は、紫外線検出素
子が複数個一次元的に配列された紫外線センサー２０
０’の概略平面図である。図３（Ｂ）において、紫外線
センサー２００’は、基板３０’上に、順に、対向電極
３１’と、光半導体層３２’と、紫外線透過電極３３’
と、からなる紫外線検出素子が複数個直線上に並んで配
列されている。紫外線センサー２００’においては、基
板３０’上に設けられている対向電極３１は、全素子共
通の構成となっており、光半導体層３２’及び紫外線透
過電極３３’は個々独立して複数個直線上に並んで配列
されている。各紫外線透過電極３３’には、導線部３
４’が接続されている。

【００５０】図４及び図５は、素子が複数個二次元的に
配列された紫外線センサーにおける素子の配列を表す概
略平面図である。図４においては、素子が４×４（個）
で配列されており、図５においては、素子が１０×１０
（個）で配列されている。基板、導線部等については、
図３で述べたのと同様の構成である。

【００５１】かかる構成を有する本発明の紫外線センサ
ーによれば、紫外線の面内強度分布を好適に測定可能で
あり、特に、３００ｎｍ以下の紫外線を好適に検出する
ことができる。また、光半導体層の元素組成をコントロ
ールしたり、フィルター等で対応することにより、紫外
線のみを検出する構成とすれば、目視で照射物を見なが
ら容易に測定可能である。

【００５２】

【実施例】以下、本発明を実施例を挙げて説明するが、
本発明は、下記実施例に何ら限定されるものではない。

【００５３】（実施例１） −基板等の準備− 洗浄したコーニング７０５９（ガラス基板、コーニング
社製）上に、スパッター法により、厚みが２００ｎｍで
２ｍｍ×３０ｍｍ四方のＩＴＯ電極を形成し、その上
に、図６の３２に示すような形状にＧａＮ：Ｈ膜が成膜
できるようなマスクを密着させた。同時に、Ｓｉウエハ
ー（赤外透明基板）を用意し、基板等の準備を行った。

【００５４】−光半導体層の形成・紫外線の照射− 次に、ＩＴＯ電極が形成されマスクが密着された状態の
ガラス基板（コーニング７０５９）及びＳｉウェハー
を、それぞれ、前述の光半導体層形成装置１００におけ
る基板ホルダー３に並べて載せ、排気口２を介して容器
１内を真空排気した後、ヒーター４により、４００℃に
加熱した。Ｎ₂ガスをガス導入管９より直径２５ｍｍの
石英管５内に２０００ｓｃｃｍ導入し、マイクロ波導波
管８を介して２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力２５０
Ｗにセットしチューナでマッチングをとり放電を行っ
た。この時の反射波は０Ｗであった。Ｈ₂ガスはガス導
入管１０より直径３０ｍｍの石英管６内に１０００ｓｃ
ｃｍ導入した。１３．５６ＭＨｚの高周波電力の出力を
１００Ｗにセットした。反射波は０Ｗであった。

【００５５】この状態でガス導入管１２より０℃で保持
されたトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）の蒸気を、水素
をキャリアガスとして用い、バブリングしながらマスフ
ローコントローラーを通して０．３ｓｃｃｍ導入した。
さらに水素をキャリアガスとしたシクロペンタジエニル
マグネシウムを１ｓｃｃｍ導入した。この時バラトロン
真空計で測定した反応圧力は、６６．５Ｐａ（０．５Ｔ
ｏｒｒ）であった。成膜を６０分行い、ＩＴＯ電極上及
びＳｉウエハー上に、それぞれ０．２μｍのｉ型のＧａ
Ｎ：Ｈ膜（光半導体層）を形成した。

【００５６】−紫外線センサーの作製、紫外線の照射− その後、ＩＴＯ電極上に形成されたＧａＮ：Ｈ膜上（Ｉ
ＴＯ電極及びＧａＮ：Ｈ膜が重なった部分の上）に、１
０個の紫外線透過電極（厚み１０ｎｍの半透明Ａｕ膜電
極列、１ｍｍ×１ｍｍ、各紫外線透過電極の間隔（等間
隔）：１ｍｍ）を、蒸着法で作製し、同時に導線部も蒸
着で作製し、図３（Ａ）に示すような本発明の紫外線セ
ンサーを得た。

【００５７】−水素の含有状態の赤外吸収スペクトルに
よる測定− Ｓｉウエハー上に形成されたＧａＮ：Ｈ膜（光半導体
層）について、赤外吸収スペクトル測定を行ったとこ
ろ、３３００ｃｍ^-1付近にＮＨの吸収ピークが、２１０
０ｃｍ^-1付近にＧａＨの吸収ピークが、５６０ｃｍ^-1付
近にＧａＮの吸収ピークがそれぞれ観察された。

【００５８】各紫外線透過電極の一つ一つに、Ｈｅ−Ｃ
ｄレーザ（３２５ｎｍ）の紫外線を照射したところ、個
々の素子から、光電流が０．０８±０．０１ｍＡ流れ
た。従って、得られた紫外線センサーによって、線状の
光源の光量分布を短時間で容易に測定できることがわか
る。また、軸方向と垂直方向に移動し、各素子からの出
力を記録することによって、紫外線の面内光量分布を短
時間で容易に測定できることがわかる。さらに、各紫外
線透過電極の一つ一つに、低圧水銀灯（波長：２５３．
７ｎｍ）の光を照射したところ、個々の素子から５．２
±０．３×１０^-4Ａの光電流が流れた。従って、得られ
た紫外線センサーによって、３００ｎｍ以下の紫外線の
強度分布を短時間で容易に測定できることがわかる。

【００５９】（実施例２） −基板の準備− 洗浄したコーニング７０５９（ガラス基板）上に、図７
に示すマスクを用い、スパッター法により、厚み２００
ｎｍで１０ｍｍ×１０ｍｍ四方のＩＴＯ電極を形成し、
その上に、図８に示すマスクを用い、ＧａＮ：Ｈ，Ｍｇ
膜が成膜できるようマスクを密着させ、基板の準備を行
った。

【００６０】−光半導体層の形成− ＩＴＯ電極が形成された基板を用い、実施例１の「光半
導体層の形成」と同様にして成膜を行い、ＩＴＯ電極上
に、０．２μｍのｉ型のＧａＮ：Ｈ，Ｍｇ膜（光半導体
層）を形成した。

【００６１】−紫外線センサーの作製、紫外線の照射− その後、ＩＴＯ電極上に形成されたＧａＮ：Ｈ，Ｍｇ膜
上（ＩＴＯ電極及びＧａＮ：Ｈ，Ｍｇ膜が重なった部分
の上）に、図９に示すマスクを密着させ、４個×４個に
紫外線透過電極（半透明金電極、１ｍｍ×１ｍｍ、各紫
外線透過電極の縦方向の間隔（等間隔）：１ｍｍ、横方
向の間隔（等間隔）：１ｍｍ）を、蒸着法で作製し、同
時に導線部も蒸着で作製し、図４に示すような本発明の
紫外線センサーを作製した。

【００６２】各紫外線透過電極の一つ一つに、Ｈｅ−Ｃ
ｄレーザ（３２５ｎｍ）の紫外線を照射したところ、個
々の素子から、光電流が０．０３±０．００１ｍＡ流れ
た。従って、得られた紫外線センサーによって、線状の
光源の光量分布を短時間で容易に測定できることがわか
る。また、軸方向と垂直方向に移動し、各素子からの出
力を記録することによって、紫外線の面内光量分布を短
時間で容易に測定できることがわかる。さらに、各紫外
線透過電極の一つ一つに、低圧水銀灯（波長：２５３．
７ｎｍ）の光を照射したところ、個々の素子から１±
０．１×１０^-4Ａの電流が流れた。従って、得られた紫
外線センサーによって、３００ｎｍ以下の紫外線の強度
分布を短時間で容易に測定できることがわかる。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、紫外線の面内強度分布
を短時間で測定可能で、かつ、安価な紫外線センサーを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の紫外線センサーを製造するための、
光半導体層形成装置の概略構成図である。

【図２】（Ａ）本発明の紫外線センサーの一例を表す概
略断面構成図である。（Ｂ）本発明の紫外線センサーの
他の例を表す概略断面構成図である。

【図３】（Ａ）紫外線検出素子が複数個一次元的に配列
された紫外線センサーの概略平面図である。（Ｂ）紫外
線検出素子が複数個一次元的に配列された他の紫外線セ
ンサーの概略平面図である。

【図４】紫外線検出素子が複数個二次元的に配列され
た紫外線センサーにおける素子の配列を表す概略平面図
である。

【図５】紫外線検出素子が複数個二次元的に配列され
た紫外線センサーにおける素子の他の配列を表す概略平
面図である。

【図６】実施例の紫外線センサーの製造工程を説明す
るための平面図である。

【図７】実施例の紫外線センサーにおけるＩＴＯ電極
の形成に用いられるマスクを表す平面図である。

【図８】実施例の紫外線センサーにおける光半導体層
の形成に用いられるマスクを表す平面図である。

【図９】実施例の紫外線センサーにおける紫外線透過
電極及び導線部の形成に用いられるマスクを表す平面図
である。

【符号の説明】

１：容器２：排気口３：基板ホルダー４：基板加熱用ヒーター５，６：石英管７：高周波コイル８：マイクロ導波管９〜１２：ガス導入管２０：電極（基板を兼ねた対向電極）２１：光半導体層２２：紫外線透過電極２３：ｎ型半導体２４：ｉ型半導体２５：ｐ型半導体３０，３０’：基板３１，３１’：対向電極３２，３２’：光半導体層３３，３３’：紫外線透過電極３４，３４’：導線部１００：光半導体層形成装置２００，２００’：紫外線センサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G065 AB05 AB09 AB27 BA02 BA09 BA33 BA34 BB26 DA20 5F049 MA02 MA04 MA05 MB07 MB12 NA10 NA20 NB07 PA04 RA02 SE04 SE05 SS01 SS03 TA13 WA05 5F088 AA02 AA03 AA04 AB07 AB17 BA20 BB06 CB04 EA03 EA04 FA04 FA05 GA02 GA04 JA13 LA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、紫外線を透過する紫外線透
過電極と、Ａｌ、Ｇａ、及び、Ｉｎからなる群より選ば
れる１以上の元素及び窒素を含有する光半導体層と、対
向電極と、を有する紫外線検出素子が複数個配列されて
なることを特徴とする紫外線センサー。
【請求項２】前記紫外線検出素子の配列が、一次元的
であることを特徴とする請求項１に記載の紫外線センサ
ー。
【請求項３】前記紫外線検出素子の配列が、二次元的
であることを特徴とする請求項１に記載の紫外線センサ
ー。
【請求項４】３００ｎｍ以下の紫外線を検出すること
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の紫外線
センサー。
【請求項５】更に、フィルターを有し、前記光半導体
層が、５００ｎｍを超える波長の光に感度を有しないこ
とを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の紫外
線センサー。