JP2002094106A

JP2002094106A - 紫外線光量測定装置および紫外線光量測定方法、並びに紫外線光源制御装置

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Publication number: JP2002094106A
Application number: JP2000279842A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yagi; 茂八木; Toshihiko Suzuki; 俊彦鈴木; Takeshi Iwanaga; 剛岩永
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2002-03-29

Abstract

(57)【要約】【課題】従って本発明の目的は、長時間安定的に紫
外線光量を測定することが可能で、かつ安価な紫外線光
量測定装置および紫外線光量測定方法を提供することに
ある。また本発明の目的は、高温状態でも使用できる紫
外線光量測定装置および紫外線光量測定方法およびこれ
を用いた紫外線光源制御装置を提供すること。【解決手段】導電性基板２３表面に、少なくとも、
０．５原子％から５０原子％の水素、IIIＡ族元素の内
の少なくとも１以上の元素、および、チッ素を含む半導
体層２４、並びに電極２５を形成してなる半導体受光素
子を含み、紫外線光源の光量測定を行う目的に用いられ
ることを特徴とする紫外線光量測定装置およびこれを用
いた紫外線光源制御装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水銀灯などの紫外
線光源の光量を安定に直接測定することが可能な紫外線
光量測定装置および紫外線光量測定方法、並びに前記紫
外線光量測定装置を用いた紫外線光源制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、紫外線を応用した工業用機器とし
ては、カラー画像出力装置やオゾン発生器あるいは半導
体製造装置、光造形分野など多方面に渡っている。これ
らの紫外線を利用する分野において、紫外線の光量を常
時測定し、管理された光量のもとで反応や生産や加工を
行うことは製品の安定した品質を得るために重要であ
る。

【０００３】しかしながら、従来の紫外線検出器はシリ
コン系のものが多く、短波長の紫外線や高光量の紫外線
には、シリコンそのものが劣化するとともに可視光のカ
ットのために用いる長波長カットフィルターが劣化する
という問題があり、紫外線の光量を常時測定することが
出来なかった。

【０００４】また、特開平８−１３６３４０号公報にお
いて、紫外線センサーを紫外線光源から離して設置する
方法が提案されている。紫外線光源からは大量の熱放射
もあるため被測定物の周辺は高温になつていることが多
く、シリコンのようなバンドギャップの小さい半導体を
用いた場合には、熱キャリアにより暗電流が増加して動
作できなくなってしまうことがあるため、冷却手段や設
置場所の工夫が必要であった。

【０００５】これら紫外線のうち、特に３００ｎｍ以下
の紫外線については、高分子や接着剤など、使用する各
種の部材が劣化するためセンサーに使用する全ての材料
に対する劣化が問題となる。また、工業用の１８５ｎｍ
や２５４ｎｍの紫外線を放射する水銀灯では、長時間安
定で安価な紫外線検出器が求められているが、従来のシ
リコン系の光検出器を用いた紫外線検出素子では、素子
の劣化が大きく、連続で測定を行うことができなかっ
た。

【０００６】また水銀灯の輝線の発光波長は、紫外線の
他に例えば４３５．８ｎｍや５４６．０ｎｍ，５７８ｎ
ｍ等の可視光にも強い輝線があり、可視光に感度のある
光検出器を用いた場合には、可視光を遮るフィルターを
用いる必要がある。特にシリコンフォトダイオードのよ
うな広い範囲に感度を持つ半導体受光素子の場合には、
長波長カットフィルターは組み合わせが複雑になるため
紫外線透過率が低下し感度が低くなる問題があり、さら
にフィルターの光劣化や、フィルターへの光入射角によ
り透過波長が変化する等の問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、長時間安定的に紫外線光量を測定することが可能
で、かつ安価な紫外線光量測定装置および紫外線光量測
定方法を提供することにある。また本発明の目的は、高
温状態でも使用できる紫外線光量測定装置および紫外線
光量測定方法を提供することにある。さらに、本発明の
他の目的は、上記優れた特性を有する紫外線光量測定装
置を用いた紫外線光源制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、大面積化
と低コスト化に適した水素化窒化物半導体が、耐紫外線
性や熱安定性に優れた特性を有していることを見出し、
本発明を相当するに至った。すなわち本発明は、＜１＞導電性基板表面に、少なくとも、０．５原子％
から５０原子％の水素、IIIＡ族元素の内の少なくとも
１以上の元素、および、チッ素を含む半導体層、並びに
電極を形成してなる半導体受光素子を含み、紫外線光源
の光量測定を行う目的に用いられることを特徴とする紫
外線光量測定装置である。

【０００９】＜２＞３００ｎｍより長波長の紫外線を
放射する紫外線光源の光量測定を行う目的に用いられる
ことを特徴とする＜１＞に記載の紫外線光量測定装置で
ある。＜３＞３００ｎｍより短波長の紫外線を放射する紫外
線光源の光量測定を行う目的に用いられることを特徴と
する＜１＞に記載の紫外線光量測定装置である。

【００１０】＜４＞＜１＞〜＜３＞のいずれか１に記
載の紫外線光量測定装置を用いて、紫外線光源の光量の
測定を行うことを特徴とする紫外線光量測定方法であ
る。＜５＞紫外線光量測定装置における半導体受光素子
と、紫外線光源とを離間させて、前記紫外線光源の光量
の測定を行うことを特徴とする＜４＞に記載の紫外線光
量測定方法である。

【００１１】＜６＞紫外線光量測定装置における半導
体受光素子と、紫外線光源とを密着させて、前記紫外線
光源の光量の測定を行うことを特徴とする＜４＞に記載
の紫外線光量測定方法である。＜７＞＜１＞〜＜３＞のいずれか１に記載の紫外線光
量測定装置と、該紫外線光量測定装置からの出力により
紫外線光源の光量を制御する紫外線光量制御手段と、を
有することを特徴とする紫外線光源制御装置である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。［紫外線光量測定装置］本発明の紫外線光量測定装置
は、導電性基板表面に、少なくとも、０．５原子％から
５０原子％の水素、IIIＡ族元素の内の少なくとも１以
上の元素、および、チッ素を含む半導体層、並びに電極
を形成してなる半導体受光素子を含み、紫外線光源の光
量測定を行う目的に用いられることを特徴とするもので
ある。本発明の紫外線光量測定装置について、各構成要
素に分けて説明する。

【００１３】＜紫外線光源＞本発明において、光量の測
定対象となる紫外線光源としては、３００ｎｍより長波
長の紫外線を放射するものであっても、３００ｎｍより
短波長の紫外線を放射するものであってもよい。該紫外
線光源としては、水銀灯、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、エキシ
マレーザー、水素放電管等があり、中でも水銀灯が、価
格や光出力、単色性の観点から、様々な分野で使用され
ている。紫外線光源の一種である水銀灯は、その水銀蒸
気圧力により超高圧水銀灯、高圧水銀灯、中圧水銀灯、
低圧水銀灯などがある。これらは励起状態の水銀原子か
らの発光を利用したものである。このうち例えば低圧水
銀灯は、１８５ｎｍと２５４ｎｍの輝線がそのほとんど
を占めている。また高圧水銀灯は３１３ｎｍや３６６ｎ
ｍと長波長の可視波長の輝線がある。これら水銀灯は、
このほかに可視域に比較的弱い発光がある。ところで工
業的に利用される波長としてはこれらの紫外線であり、
その用途は殺菌、硬化、乾燥、また硬化および乾燥、と
多岐にわたっている。またオゾン発生源としても使用さ
れている。

【００１４】水銀灯は、水銀蒸気を高電圧を印加した電
極からの電子で励起したり、マイクロ波など無電極放電
によって励起したりして、その励起状態からの発光を利
用するものである。放電管は石英で作られることが多
く、希ガスを封入し真空に近い状態に保たれている。こ
の状態で長期にわたって使用すると真空度が低下した
り、電極からのガスの放出や石英壁などからのガス放出
などにより、放電あるいは発光状態が変化したりして劣
化する。このため光源の劣化状態は光量を常時測定する
ことによって推測することが出来、光源が切れる前にそ
の交換時期を知ることができる。

【００１５】＜半導体受光素子＞本発明における半導体
受光素子は、導電性基板表面に、少なくとも、０．５原
子％から５０原子％の水素、IIIＡ族元素の内の少なく
とも１以上の元素、および、チッ素を含む半導体層、並
びに電極を形成してなるものであり、更に必要に応じ
て、上記半導体層以外のその他の層が設けられていても
よい。

【００１６】本発明の紫外線光量測定装置においては、
光の入射は、半導体受光素子の基板側からでも、半導体
層側からでもよい。ただし、光の入射がいずれであるか
により、基板や電極の選択すべき材料が異なり、また測
定し得る紫外線の波長も異なってくる。本発明における
半導体受光素子には、測定したい紫外光の波長のみを測
定するために、短波長感度のある本発明における半導体
を用いた半導体受光素子に、さらにフィルターを組み合
わせてもよい。

【００１７】（導電性基板）本発明で使用する導電性基
板としては、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、
結晶であるか非晶質であるかは問わない。基板自体が導
電性である導電性基板としては、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，Ｚｎ
Ｏなどの半導体を挙げることができる。

【００１８】絶縁性の支持体としては、高分子フィル
ム、ガラス、石英、セラミック等を挙げることができ
る。絶縁性の支持体の導電化処理は、上記導電性基板の
具体例で挙げた金属又は金、銀、銅等を蒸着法、スパッ
ター法、イオンプレーティング法などにより成膜して行
うことができる。

【００１９】透明導電性基板側から光入射を行う場合に
は、絶縁性の透光性支持体の片面に透光性電極が形成さ
れた導電性支持体、またはそれ自体導電性を有する透光
性支持体が用いられる。それ自体導電性を有する透光性
支持体としては、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材料を挙げる
ことができる。

【００２０】絶縁性の透光性支持体としては、ガラス、
石英、サファイア、ＭｇＯ，ＬｉＦ，ＣａＦ₂等の透明
な無機材料、また、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または板状
体、さらにまた、オプチカルファイバー、セルフォック
光学プレート等が使用できる。３００ｎｍ以下の紫外線
を測定する場合には、ガラスでは吸収してしまうため、
石英、サファイア、ＭｇＯ，ＬｉＦ，ＣａＦ₂等が好ま
しい。

【００２１】上記透光性支持体の片面に設ける透光性電
極としては、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に
より形成したもの、あるいはＡｌ，Ｎｉ，Ａｕ等の金属
を蒸着やスパッタリングにより半透明になる程度に薄く
形成したものが用いられる。

【００２２】（半導体層）本発明の紫外線光量測定装置
の半導体受光素子に用いられる半導体層は、IIIＡ族
（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法改訂版による
族番号は１３）元素の内の少なくとも１以上の元素、お
よび、チッ素を含む半導体からなるものであり、さらに
水素が０．５原子％から５０原子％含まれてなる。前記
IIIＡ族元素としては、具体的にはＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉ
ｎ，Ｔｌが挙げられるが、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎから選ばれ
る少なくとも一つ以上であることが好ましい。

【００２３】前記半導体層における前記IIIＡ族元素の
原料としては、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎのなかから選ばれる一
つ以上の元素を含む有機金属化合物を用いることができ
る。これらの有機金属化合物としてはトリメチルアルミ
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
ウムなど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，エタンなどの炭化水素、ＣＦ₄，Ｃ₂Ｆ₆などのハ
ロゲン化炭素などを用いることができる。

【００２４】チッ素原料としては、Ｎ₂，ＮＨ₃，Ｎ
Ｆ₃，Ｎ₂Ｈ₄、メチルヒドラジンなどの気体、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。また、前記半導体層では、ｐ，
ｎ制御のために元素を膜中にドープすることができる。
ドープし得るｎ型用の元素としては、ＩＡ族（ＩＵＰＡ
Ｃの１９８９年無機化学命名法改訂版による族番号は
１）のＬｉ、ＩＢ族（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学
命名法改訂版による族番号は１１)のＣｕ，Ａｇ，Ａ
ｕ、IIＡ族（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法改
訂版による族番号は２）のＭｇ、IIＢ族（ＩＵＰＡＣの
１９８９年無機化学命名法改訂版による族番号は１２)
のＺｎ、IVＡ族（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名
法改訂版による族番号は１４)のＳｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ
ｂ、、VIＡ族（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法
改訂版による族番号は１６)のＳ，Ｓｅ，Ｔｅを挙げる
ことができる。中でもＣ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎが電荷担体
の制御性の点から好ましい。

【００２５】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，Ｓｒ，Ｂａ，Ｒａ、IIＢ族のＺ
ｎ，Ｃｄ，Ｈｇ、IVＡ族のＣ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ
ｂ、VIＡ族（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法改
訂版による族番号は１６）のＳ，Ｓｅ，Ｔｅ、VIＢ族
（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法改訂版による
族番号は６）のＣｒ，Ｍｏ，Ｗ、VIII族のＦｅ（ＩＵＰ
ＡＣの１９８９年無機化学命名法改訂版による族番号は
８），Ｃｏ（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法改
訂版による族番号は９），Ｎｉ（ＩＵＰＡＣの１９８９
年無機化学命名法改訂版による族番号は１０)などを挙
げることができる。中でもＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ，Ｓ
ｒが電荷担体の制御性の点から好ましい。

【００２６】前記半導体層は、アンドープ膜は弱いｎ型
であり、光感度を得るためにショットキーバリアを形成
したり、ｐｎ接合を形成したりして、内部に電界を形成
することができる。また内部の空乏層を広げるためにｉ
型とすることもできる。この点から、ドープする元素と
しては、特に、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ，Ｓｒが好まし
い。

【００２７】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、ｉ型化および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
れらの元素を膜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。前
記半導体は、単結晶でも非単結晶でもよい。さらに該半
導体層は、非晶質相であっても微結晶相からなっていて
も、また微結晶相と非晶質相の混合状態であってもよ
い。結晶系は立方晶あるいは６方晶系のいずれか一つで
あっても、複数の結晶系が混合された状態でもよい。

【００２８】結晶系は、立方晶あるいは６方晶系のいず
れか一つであっても複数の結晶系が混合された状態でも
よい。微結晶の大きさは５ｎｍから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
形状測定などによって測定することができる。また柱状
成長したものでもよいし、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膜でもよい
し、また単結晶でもよい。

【００２９】前記半導体層には、水素濃度０．５ａｔｍ
％以上５０ａｔｍ％以下の水素が含まれる。前記半導体
層に含まれる水素が０．５ａｔｍ％未満では、結晶粒界
での結合欠陥、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十分であり、結合
欠陥や構造欠陥が増大し、暗抵抗が低下し光感度がなく
なるため実用的な光導電体として機能することができな
い。

【００３０】これに対し、前記半導体層中の水素が５０
ａｔｍ％を超えると、水素がIIIＡ族元素及び窒素に２
つ以上結合する確率が増え、これらの元素が３次元構造
を保たず、２次元および鎖状のネットワークを形成する
ようになり、特に結晶粒界でボイドを多量に発生するた
め、結果としてバンド内に新たな準位を形成し、電気的
な特性が劣化すると共に、硬度などの機械的性質が低下
する。さらに半導体層が酸化されやすくなり、結果とし
て半導体層中に不純物欠陥が多量に発生することとにな
り、良好な光電気特性が得られなくなる。

【００３１】また、前記半導体層中の水素が５０ａｔｍ
％を超えると、電気的特性を制御するためにドープする
ドーパントを水素が不活性化するようになるため、結果
として電気的に活性な非晶質あるいは微結晶からなる光
半導体層が得られない。なお、前記半導体層中の水素量
の上限としては、３０ａｔｍ％以下とすることが望まし
い。

【００３２】水素量について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。また加熱による水素放出量の測定あるいはＩ
Ｒスペクトルの測定によっても推定することができる。
また、これらの水素結合状態は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。なお、上記水素原料と
共に、一配位のハロゲン元素（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）が
含まれていてもよい。

【００３３】前記半導体層において、IIIＡ族元素の原
子数ｍと、チッ素の原子数ｎとの関係としては、下記関
係式Ｉを満たすことが望ましい。０．５：１．０≦ｍ：ｎ≦１．０：０．５関係式Ｉこの範囲を外れると、IIIＡ族元素とＶ族元素との結合
において四面体型結合を取る部分が少なく、欠陥が多く
なり、良好な半導体として機能しなくなる場合がある。

【００３４】前記半導体層の光学ギャップは、IIIＡ族
元素の混合比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３００ｎｍから
３３０ｎｍより短波長のみの吸収が可能なバンドギャッ
プ程度から、２５０ｎｍ以下の吸収のみ可能なバンドギ
ャップ（６．０〜６．５ｅＶ程度）まで、変化させるこ
とができる。また、ＡｌとＩｎを加えることによっても
バンドギヤップを調整することができる

【００３５】前記半導体層中の各元素組成は、Ｘ線光電
子分光（ＸＰＳ）、エレクトロンマイクロプローブ、ラ
ザフォードバックスキャタリング（ＲＢＳ）、二次イオ
ン質量分析計等の方法で測定することが出来る。

【００３６】前記半導体層は、次のように製造すること
ができる。しかし、本発明はこれに限定されるものでは
ない。なお、以下の製造方法においては、IIIＡ族元素
として、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎよりなる群から選ばれる少な
くとも一つ以上の元素を用いた例で説明する。

【００３７】図１は、本発明における半導体受光素子を
製造するための、半導体層の形成装置の概略構成図であ
り、プラズマを活性化手段とするものである。図１中、
１は排気して真空にしうる容器、２は排気口、３は基板
ホルダー、４は基板加熱用のヒーター、５および６は容
器１に接続された石英管であり、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に接続され、石英管６にはガス導入管１２が接続
されている。

【００３８】この装置においては、チッ素源として、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波導波管８に２．４
５ＧＨｚのマイクロ波が供給され、石英管５内に放電す
る。別のガス導入管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にセットされた導電性基板
（以下、単に「基板」という場合がある。）上に、非晶
質、微結晶あるいは単結晶のチッ化ガリウム光半導体を
成膜することができる。

【００３９】非晶質、微結晶、高度に配向した柱状成長
した多結晶、および、単結晶のいずれになるかは、基板
の種類、基板温度、ガスの流量圧力、放電条件に依存す
る。基板温度は１００℃〜６００℃が好ましい。基板温
度が高い場合、および／または、IIIＡ族元素の原料ガ
スの流量が少ない場合には、微結晶あるいは単結晶にな
りやすい。基板温度が３００℃より低くIIIＡ族元素の
原料ガスの流量が少ない場合には、結晶性となりやす
く、基板温度が３００℃より高い場合には、低温条件よ
りもIIIＡ族原料ガスの流量が多い場合でも結晶性とな
りやすい。また、例えばＨ₂放電を行った場合には、行
わない場合よりも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。

【００４０】また、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎから選ばれた
少なくとも一つ以上の元素を含むガス、あるいはＢｅ，
Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ，Ｓｒから選ばれた少なくとも１つ以
上の元素を含むガスを放電空間の下流側（ガス導入管１
１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、微結晶あるいは単結
晶のチッ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。

【００４１】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チッ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IIIＡ族原子・チッ素原
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、全
く入らない、膜欠陥が抑えられた非晶質あるいは結晶性
の膜を形成することができる。尚、水素化アモルファス
シリコン膜、微結晶性シリコン膜あるいは結晶シリコン
膜を得ようとする場合には、チッ素ガスの代わりに水素
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。

【００４２】上述の装置において、活性化手段として
は、高周波放電、マイクロ波放電の他、エレクトロンサ
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、これらを一つ用いてもよいし、二つ以上を用
いてもよい。また、図１においては高周波放電とマイク
ロ波放電とを用いたが、２つともマイクロ波放電、或い
は共高周波放電であってもよい。さらに２つともエレク
トロン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。高周波放電により放電する場合、高周
波発振器としては、誘導型でも容量型でもよい。このと
きの周波数としては、５０ｋＨｚから１００ＭＨｚが好
ましい。

【００４３】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、放電領域内と成膜部（容器１内）に圧力差
を設けても良い。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。

【００４４】本発明における、以上説明した前記半導体
層の形成方法は、一般の光半導体の形成に比べ、基板温
度を低く抑えることができるため、耐熱性の十分でない
基板や導電性層（電極）形成用の材料、例えば、ガラス
上に設けた酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等を、導電性
基板や、後述の透光性導電性層の形成用の材料として用
いることができる。前記半導体層は、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など、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。

【００４５】（電極）本発明における半導体受光素子
は、前記半導体層の上に電極が設けられる。該電極とし
ては、当該電極側から光入射を行う場合には、透光性電
極が用いられ、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
の方法により形成したもの、又はアルミニウム、ニッケ
ル、クロム、金、銀、銅、白金、パラジウム等の金属あ
るいはそれらの合金を蒸着やスパッタリングにより半透
明になる程度に薄く形成したものが用いられる。透光性
電極としては、３００ｎｍ以下の紫外線を効率良く透過
するものが望ましい。透明導電性基板側から光入射を行
う場合には、勿論、電極は透明である必要はない。これ
らの電極は、半導体層の上に直接設けてもよく、また、
電極が一定の隙間を挟んで設置された一対の電極であっ
てもよい。

【００４６】（フィルター）本発明における半導体受光
素子には、測定したい紫外光の波長のみを測定するため
に、測定したい紫外光以外の波長をカットし得るフィル
ター（バンドパスフィルター）を組み合わせて設けても
よい。この場合、バンドパスフィルターは長波長部に透
過する領域があるものが多く、この長波長部分の透過も
カットする場合にはフィルター構造は複雑になり、フィ
ルターも厚く、紫外部の透過率も低下する。本発明にお
ける半導体受光素子の場合には、長波長に吸収が無いも
のが多く、結果として高感度でかつ低コストな紫外線光
量測定装置を提供することが可能となる。

【００４７】＜紫外線光量測定装置の構成＞図面を用い
て、本発明の紫外線光量測定装置の構成を、具体的に説
明する。図２に、本発明の紫外線光量測定装置の一例を
示す。図２（ａ）は、本発明の紫外線光量測定装置の一
例を示す概略平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）
におけるＡ−Ａ断面図である。

【００４８】図２に示す紫外線光量測定装置は、絶縁性
の透光性支持体２１の片面に透光性電極２２が形成され
た導電性基板２３上に、前記半導体層である半導体層２
４が形成され、その上に電極２５が配置されている。導
電性基板２３としては、それ自体導電性を有する材料を
用いれば、本例のような２層構成にする必要はない。

【００４９】さらに、透光性電極２２には端子部分２６
が形成されており、電極２５は端子部分２７と接続する
ように配線されている。透光性電極２２および電極２５
からの電流は、導電性接着剤やハンダ、ワイヤーボンデ
ング等を用いることにより、圧着や圧接で電極配線とし
て取り出せばよい。

【００５０】図２に示す構成の紫外線光量測定装置にお
いては、導電性基板２３側（矢印Ｘ方向）から光入射を
行う構成となっている。勿論、電極２５を透明な材料で
形成することで、電極２５側（矢印Ｙ方向）から光入射
を行う構成とすることも可能であり、その場合導電性基
板２３は透明である必要はない。図２に示す構成の紫外
線光量測定装置において、端子部分２６−端子部分２７
間から直接光起電流を、あるいはこれらの間に電圧を印
加することによって光電流を、取り出すことができ、か
かる光起電流あるいは光電流の大きさを既存の電流計等
により測定することで、紫外線光源の光量測定を行うこ
とができる。

【００５１】図３に、本発明の紫外線光量測定装置の他
の一例を示す。ただし、当該図面においては、断面図の
みが示されている。従って、図２における端子部分２６
および端子部分２７は省略されているが、図２と基本的
に同一の構成である。図３に示す紫外線光量測定装置
は、絶縁性の支持体３１の片面に電極３２が形成された
導電性基板３３上に、前記半導体層である半導体層３４
が形成され、その上に透明電極３５が配置され、さらに
その上にフィルター３８が設けられている。導電性基板
３３としては、それ自体導電性を有する材料を用いれ
ば、本例のような２層構成にする必要はない。

【００５２】図３に示す構成の紫外線光量測定装置にお
いては、透明電極３５側（矢印Ｙ’方向）から光入射を
行う構成となっている。勿論、導電性基板３３を透明な
材料で形成することで、導電性基板３３側（矢印Ｙ方
向）から光入射を行う構成とすることも可能であり、そ
の場合透明電極３５は透明である必要はなく、また、フ
ィルター３８は、導電性基板３３の半導体層３４が設け
られた側の裏面に設けられる。

【００５３】図３に示す構成の紫外線光量測定装置とす
ることで、測定したい紫外光の波長のみを光量測定する
ことができる。例えば可視光にも感度を有する半導体を
用いた半導体層３４である場合、可視光の波長をカット
し得るフィルターをフィルター３８として用いればよ
い。また、３００ｎｍより長波長（あるいは短波長）の
紫外線の光量測定を行うには、同様に３００ｎｍより短
波長（あるいは長波長）の紫外線をカットし得るフィル
ターをフィルター３８として用いればよい。特に、本発
明で用いる前記半導体は、可視光に感度を有さないもの
が多いため、上記のようなフィルターと組み合わせて
も、当該フィルターの長波長領域における透過波長に対
して感度を有さず、フィルター構成を単純化することが
できる。

【００５４】［紫外線光量測定方法］以上説明した紫外
線光量測定装置を用いて、紫外線光源からの紫外線光量
を測定する、本発明の紫外線光量測定方法としては、紫
外線光量測定装置における半導体受光素子と、紫外線光
源とを離間させて、前記紫外線光源の光量の測定を行う
方法と、両者を密着させて、前記紫外線光源の光量の測
定を行う方法との２種類が挙げられる。前者の場合、紫
外線光源からの熱の影響を抑制できるメリットがある。
一方、後者は空気を伝播しにくい２００ｎｍ以下の波長
の紫外線の強度をも測定することができるというメリッ
トがある。また、本発明の紫外線光量測定装置は、耐熱
性が高いことから、後者の測定方法により本発明のメリ
ットを存分に享受することができる。勿論、前者の測定
方法によれば、より一層耐久性の高いものとなる。

【００５５】紫外線光量測定装置を紫外線光源に密着す
る場合には、金属の部材などにより機械的に表面に固定
してもよいし、設置耐熱性の接着剤で半導体受光素子の
受光部以外の部分を固定してもよいし、ポリイミドのよ
うな耐熱テープで固定してもよい。この場合、接着剤や
テープは紫外線で劣化しやすいため、金属の部材などに
より機械的に表面に固定することが望ましい。

【００５６】［紫外線光源制御装置］本発明の紫外線光
源制御装置は、既述の本発明の紫外線光量測定装置と、
該紫外線光量測定装置からの出力により紫外線光源の光
量を制御する紫外線光量制御手段と、ことを特徴とす
る。図４は、本発明の紫外線光源制御装置の構成を表す
ブロック図である。４１は、紫外線光源としての水銀灯
であり、４２は、水銀灯４１とは離間して配置された本
発明の紫外線光量測定装置である。勿論、既述の如く、
水銀灯４１と紫外線光量測定装置４２とは、密着させて
配置してもよい。

【００５７】さらに、コンピューター等による演算部４
４と紫外線光量測定装置４２とが接続され、かつ、水銀
灯４１と、それに電圧を供給する電源装置４６と、の間
に抵抗調整装置４５が介在するように、演算部４４およ
び抵抗調整装置４５からなる紫外線光量制御手段が配さ
れている。また、演算部４４は表示部４３とも接続され
ている。水銀灯４１には、電源装置４６からの電圧が、
所定の発光量になるような電圧に抵抗調整装置４５によ
り調整した上で、印加される。すると水銀灯４１は、所
定の発光量で紫外光を発する。

【００５８】水銀灯４１から発せられた紫外光は紫外線
光量測定装置４２の受光部に照射され、紫外線光量測定
装置４２の電極端子からは光起電流が生ずる。この光起
電流は信号として演算部４４に送られ、その電流値から
紫外線光量が演算される。得られた紫外線光量は、表示
部４３に送られモニターできるようになっている。な
お、本発明の紫外線光源制御装置において表示部４３は
必須の構成ではない。その場合、演算部４４では紫外線
光量の具体的な値を測定することなく、得られた電流値
から以下に示す演算を直接行う構成としてもよい。

【００５９】演算部４４ではさらに、前記得られた紫外
線光量が設定された紫外線光量（水銀灯４１の所定の発
光量と、水銀灯４１−紫外線光量測定装置４２の受光部
間の距離と、から求められる、基準となる紫外線光量）
に対してどの程度隔たりがあるか、また、当該隔たりを
解消するために抵抗調整装置４５の抵抗をどのように修
正すればよいかが演算される。そして演算部４４からの
信号が抵抗調整装置４５に伝えられ、水銀灯４１が所定
の発光量となるように抵抗調整装置４５において抵抗が
調整される。以上のようにして、紫外線光源の光量が制
御される。

【００６０】

【実施例】以下に実施例をあげて説明をする。＜実施例１＞本発明の紫外線光量測定装置における半導
体受光素子を、前述の図１の装置を用いて作製し、図２
に示す構成の紫外線光量測定装置を製造した。洗浄した
硼珪酸ガラス基板（透光性支持体２１）に酸化インジウ
ムスズ（ＩＴＯ）を１０００オングストロームスパッタ
して透光性電極２２を形成した導電性基板３を、透光性
電極側が上になるように基板ホルダー３に載せた。排気
口２を介して容器１内を真空排気後、ヒーター４により
導電性基板を３５０℃に加熱した。

【００６１】ガス導入管９より直径２５ｍｍの石英管５
内にＮ₂ガスを１０００ｓｃｃｍ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２５
０Ｗにセットし、チューナでマッチングを取り放電を行
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５００ｓｃ
ｃｍ導入した。１３．５６ＭＨｚの高周波の出力を１０
０Ｗにセットした。反射波は０Ｗであった。

【００６２】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、１０⁶Ｐａ圧でバブリング
しながらマスフローコントローラーを通して０．５ｓｃ
ｃｍ導入した。さらに、ガス導入管１２より２０℃に保
持したシクロペンタジエニルマグネシウムにＨ₂ガスを
圧力６５０００Ｐａで導入し、マスフローコントローラ
ーを通して１ｓｃｃｍ反応領域に導入した。この時バラ
トロン真空計で測定した反応圧力は６６．５Ｐａ（０．
５Ｔｏｒｒ）であった。成膜を３０分行い０．１μｍの
ＭｇドープＧａＮ：Ｈ膜（半導体層２４）を形成した。

【００６３】得られた半導体層２４中に含まれる水素量
は７原子％であった。水素はＩＲスペクトル測定によっ
てＧａ−Ｈ，Ｎ−ＨとしてこのＧａＮ膜中に含まれてい
ることが確認された。電子線回折スペクトルではスポッ
ト的なリングパターンが見られ、結晶性の膜であること
を示していた。膜は透明であった。

【００６４】導電性基板３の透光性電極２２上に成膜さ
れた半導体層２４の上に、直径３ｍｍ、厚さ０．０１μ
ｍのＡｕ膜でできた半透明の電極２５を真空蒸着で形成
した。さらに透光性電極２２および電極２５に、導電性
ペーストで０．１ｍｍの銀線の一端を接着し、他端をそ
れぞれ端子部分２６および端子部分２７に接続した。ま
た、端子部分２６および端子部分２７は、シリコンシー
ラントによって保護した。以上のようにして、図２に示
す構成の紫外線光量測定装置を製造した。

【００６５】得られた紫外線光量測定装置について、導
電性基板２３側（矢印Ｘ方向）および電極２５側（矢印
Ｙ方向）から、それぞれ予め種々の強度の紫外光を照射
し、端子部分２６−端子部分２７間から得られる光起電
流と、紫外線光量との相関について、その検量線を求め
ておいた。

【００６６】次に、得られた紫外線光量測定装置を、１
００Ｗ高圧水銀灯から１ｃｍ離して、導電性基板２３側
（矢印Ｘ方向）から光が入射するように設置し、また紫
外線光量測定装置に温度計を設置した。用いた高圧水銀
灯は、主に波長３６５ｎｍの紫外線を発光するものであ
る。そして紫外線光量測定装置の温度と、端子部分２６
−端子部分２７間から得られる光起電流の出力を記録し
た。

【００６７】１００Ｗ高圧水銀灯の電源を入れると、紫
外線光量測定装置の温度は、１００秒で１５０℃に上昇
し、その温度で安定した。光起電流の出力は、５×１０
^-3Ａであり、前記検量線から紫外線光量が１．５Ｗ／ｃ
ｍ²であることが求められた。光起電流の出力と暗電流
は安定しており１００時間以上連続で使用することがで
きた。

【００６８】なお、本実施例において、紫外線光量測定
装置は導電性基板２３側（矢印Ｘ方向）から光が入射す
るように設置したが、電極２５側（矢印Ｙ方向）から光
が入射するように設置して同様の操作を行ったところ、
十分に紫外線光量を測定することができた。

【００６９】さらに、上記紫外線光量測定装置を用い
て、図４に示す構成になるように、紫外線光量測定装置
４２、演算部４４、表示部４３、抵抗調整装置４５、電
源装置４６、および高圧水銀灯４１を組んだところ、紫
外線光量測定装置４２からの光起電流の出力の変動に合
わせ、水銀灯に印加する電圧を変化させ、電流を変化さ
せることにより、高圧水銀灯４１の光量を制御すること
ができた。

【００７０】＜実施例２＞実施例１において得られた紫
外線光量測定装置を用い、これを１０Ｗの低圧水銀灯か
ら４ｃｍ離して、電極２５側（矢印Ｙ方向）から光が入
射するように設置し、また紫外線光量測定装置に温度計
を設置した。用いた低圧水銀灯は、主に１８５ｎｍと２
５４ｎｍの紫外線を発光するものであるが、１８５ｎｍ
の紫外線は、空気により吸収されてしまうので、紫外線
光量測定装置では２５４ｎｍの紫外線のみが検出され
る。

【００７１】電極２５側（矢印Ｙ方向）から光が入射す
るように設置したのは、透光性支持体２１である硼珪酸
ガラス基板が、３００ｎｍ以下の光を透過しないためで
ある。そして紫外線光量測定装置の温度と、端子部分２
６−端子部分２７間から得られる光起電流の出力を記録
した。

【００７２】１０Ｗの低圧水銀灯の電源を入れると、紫
外線光量測定装置の温度は、６０秒で６０℃上昇し、そ
の温度で安定した。光起電流の出力は、３×１０^-5Ａで
あり、前記検量線から紫外線光量が０．０１Ｗ／ｃｍ²
であることが求められた。光起電流の出力と暗電流は安
定しており１００時間以上連続で使用することができ
た。

【００７３】さらに、実施例１と同じように、紫外線光
量測定装置４２、演算部４４、表示部４３、抵抗調整装
置４５、電源装置４６、および低圧水銀灯４１を組んだ
ところ、紫外線光量測定装置４２からの光起電流の出力
の変動に合わせ、水銀灯に印加する電圧を変化させ、電
流を変化させることにより、低圧水銀灯４１の光量を制
御することができた。このため、低圧水銀灯は、外気温
度に左右されることなく安定な出力を得ることができ
た。

【００７４】＜実施例３＞実施例１において得られた紫
外線光量測定装置を用い、これを１０Ｗの低圧水銀灯に
密着するように金属の部材で固定させて設置し、また紫
外線光量測定装置に温度計を設置した。用いた低圧水銀
灯は、主に１８５ｎｍと２５４ｎｍの紫外線を発光する
ものであり、紫外線光量測定装置は低圧水銀灯に密着し
ているため空気により吸収されることなく、両波長の紫
外線強度が検出される。

【００７５】電極２５側（矢印Ｙ方向）から光が入射す
るように設置したのは、透光性支持体２１である硼珪酸
ガラス基板が、３００ｎｍ以下の光を透過しないためで
ある。そして紫外線光量測定装置の温度と、端子部分２
６−端子部分２７間から得られる光起電流の出力を記録
した。

【００７６】１０Ｗの低圧水銀灯の電源を入れると、紫
外線光量測定装置の温度は、６０秒で８０℃上昇し、そ
の温度で安定した。光起電流の出力は、５×１０^-5Ａで
あり、前記検量線から紫外線光量が０．０１６Ｗ／ｃｍ
²であることが求められた。光起電流の出力と暗電流は
安定しており１００時間以上連続で使用することができ
た。

【００７７】さらに、紫外線光量測定装置４２を低圧水
銀灯４１に密着させたことを除き、実施例２と同じよう
に、紫外線光量測定装置４２、演算部４４、表示部４
３、抵抗調整装置４５、電源装置４６、および低圧水銀
灯４１を組んだところ、紫外線光量測定装置４２からの
光起電流の出力の変動に合わせ、水銀灯に印加する電圧
を変化させ、電流を変化させることにより、低圧水銀灯
４１の光量を制御することができた。このため、低圧水
銀灯は、外気温度に左右されることなく安定な出力を得
ることができた。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
長時間安定的に紫外線光量を測定することが可能で、か
つ安価な紫外線光量測定装置および紫外線光量測定方法
を提供することができる。また本発明によれば、高温状
態でも使用できる紫外線光量測定装置および紫外線光量
測定方法を提供することができる。さらに、本発明によ
れば、上記優れた特性を有する本発明の紫外線光量測定
装置を用いた紫外線光源制御装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における半導体受光素子を製造するた
めの、半導体層の形成装置の概略構成図である。

【図２】本発明の紫外線光量測定装置の一例を示し、
図２（ａ）は、本発明の紫外線光量測定装置の一例を示
す概略平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけ
るＡ−Ａ断面図である。。

【図３】本発明の紫外線光量測定装置の他の一例を示
す断面図である。

【図４】本発明の紫外線光源制御装置の構成を表すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１容器２排気口３基板ホルダー３導電性基板４ヒーター５石英管６石英管７高周波コイル８マイクロ波導波管９ガス導入管１０ガス導入管１１ガス導入管１２ガス導入管２１透光性支持体２２透光性電極２３導電性基板２４半導体層２５電極２６端子部分２７端子部分３１支持体３２電極３３導電性基板３４半導体層３５透明電極３８フィルター４１水銀灯４２紫外線光量測定装置４３表示部４４演算部４５抵抗調整装置４６電源装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｓ 5/0683 Ｈ０１Ｌ 31/08 Ｌ (72)発明者岩永剛神奈川県南足柄市竹松1600番地富士ゼロックス株式会社内Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AB05 AB27 BA09 CA23 DA05 5F045 AA08 AA09 AA10 AB09 AB14 AC02 AC08 AC09 AC12 AC19 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 CA13 DA65 5F049 MA03 MA05 MB07 MB12 NA18 NB10 PA04 SE04 SE05 SS01 TA06 TA13 WA05 5F073 BA09 EA05 EA15 GA12 5F088 AA11 AB07 AB17 BB06 BB10 CA02 CB04 FA04 FA05 JA10 JA13 LA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性基板表面に、少なくとも、０．５
原子％から５０原子％の水素、IIIＡ族元素の内の少な
くとも１以上の元素、および、チッ素を含む半導体層、
並びに電極を形成してなる半導体受光素子を含み、紫外
線光源の光量測定を行う目的に用いられることを特徴と
する紫外線光量測定装置。
【請求項２】３００ｎｍより長波長の紫外線を放射す
る紫外線光源の光量測定を行う目的に用いられることを
特徴とする請求項１に記載の紫外線光量測定装置。
【請求項３】３００ｎｍより短波長の紫外線を放射す
る紫外線光源の光量測定を行う目的に用いられることを
特徴とする請求項１に記載の紫外線光量測定装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１に記載の紫外
線光量測定装置を用いて、紫外線光源の光量の測定を行
うことを特徴とする紫外線光量測定方法。
【請求項５】紫外線光量測定装置における半導体受光
素子と、紫外線光源とを離間させて、前記紫外線光源の
光量の測定を行うことを特徴とする請求項４に記載の紫
外線光量測定方法。
【請求項６】紫外線光量測定装置における半導体受光
素子と、紫外線光源とを密着させて、前記紫外線光源の
光量の測定を行うことを特徴とする請求項４に記載の紫
外線光量測定方法。
【請求項７】請求項１〜３のいずれか１に記載の紫外
線光量測定装置と、該紫外線光量測定装置からの出力に
より紫外線光源の光量を制御する紫外線光量制御手段
と、を有することを特徴とする紫外線光源制御装置。