JP2003065843A

JP2003065843A - 紫外線受光器及び紫外線受光装置

Info

Publication number: JP2003065843A
Application number: JP2001254366A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yagi; 茂八木
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】紫外線の強度を広い入射角で正確に測定可能
であり、かつ遠隔操作が可能な、小型で薄型の紫外線受
光器及び紫外線受光装置を提供する。【解決手段】基板上に、少なくとも、Ａｌ、Ｇａ及び
Ｉｎから選ばれる１種以上の元素と、窒素とを含む光半
導体層、並びに電極を設けてなる紫外線受光素子を有
し、前記基板の端面が受光面である紫外線受光器であ
る。また、基板上に、少なくとも、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎ
から選ばれる１種以上の元素と、窒素とを含む光半導体
層、並びに電極を設けてなる紫外線受光素子を有し、前
記光半導体層に光を入射する光伝送部材を備えてなる紫
外線受光器である。さらに、前記紫外線受光器を並置し
た紫外線受光装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、離れた場所や狭い
場所での紫外線を測定することのできる小型の紫外線受
光器及び紫外線受光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、紫外線や短波長光の工業的利用は
多方面に渡っている。特に、紫外線は、半導体集積素子
の製造工程において、露光時の解像度の向上を図るため
に盛んに利用されており、近年の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光源は、水銀灯（３６
５ｎｍ）から、さらに短波長のエキシマーレーザのＫｒ
Ｆ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１９３ｎｍ）へと変化して
きている。このように、光（紫外線や短波長を含む）を
工業的に利用する際には、それらの光の強度を正確に測
定する技術が要求される。

【０００３】従来から、紫外線の強度測定には、シリコ
ンフォトダイオードなど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、該フィルターの可視域で
の二次光透過域をカットする長波長カット短波長透過フ
ィルターとを組み合わせたものが紫外線検出センサーと
して使用されている。しかしながら、このようなカット
フィルターは、良好な組み合わせを得ることが困難であ
ると共に、積層化により紫外光感度が低くなり、また、
常に透過可視光に対する誤差やフィルター劣化による経
時変化が大きく、寿命が短いという問題を有していた。

【０００４】さらに、シリコンフォトダイオードは、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
の波長域において低感度になるという問題を有してい
た。加えて、３００ｎｍ以下では感度が波長により大き
く変動するため正確な光量を求められないという問題も
有していた。

【０００５】また、短波長に感度のあるＧａＰなどの半
導体と長波長カット短波長透過フィルターの組み合わせ
も使用されている。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、短波長透過
長波長カットフィルターも必要になる。このようなフィ
ルターは短波長領域に透過する材料が限られるため、フ
ィルターが高価になる。結果として、このような領域の
紫外線センサーは寿命が短く、低感度でかつ高価であっ
た。

【０００６】さらに、このような短波長透過フィルター
を使用する場合、目的の紫外光を得るためにはフィルタ
ーの角度依存性が大きいため、目的の波長領域を正確に
測定するためには入射角のふれ幅は限りなく小さくする
必要があり、理想的には垂直入射が望まれる。光路を垂
直に保つためには、受光器への導光部を長くせざるを得
ず、このため正確な受光器ほど長いものになる。また、
そのため受光部は大きくならざるを得なかった。

【０００７】一方、紫外線強度を正確に測定する用途に
よっては、狭い隙間により光源から隔てられた場所や、
光源から離れた場所を、外部から測定をすることが必要
となる場合がある。かかる場合には、測定する紫外線を
受光する方向や、測定器を操作する空間が制限されるこ
とから、種々の角度からの光入射に対応でき、かつ遠隔
操作が可能な、小型で薄型の測定器が望まれていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたものであり、上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、紫外線の強度を広い入射角で正確に測定可能で
あり、かつ遠隔操作が可能な、小型で薄型の紫外線受光
器及び紫外線受光装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、薄型の紫外
線受光素子における紫外線入射特性を検討した結果、紫
外線受光素子を構成する基板が光導波路としても機能し
得ることから、該基板の端面からの光入射が有効である
ことを見出した。さらには、紫外線受光素子に接続され
た光伝送部材を介した光入射も有効であることを見出
し、本発明を完成するに至った。前記課題を解決するた
めの手段は、以下の通りである。

【００１０】＜１＞基板上に、少なくとも、Ａｌ、Ｇ
ａ及びＩｎから選ばれる１種以上の元素と、窒素とを含
む光半導体層、並びに電極を設けてなる紫外線受光素子
を有し、前記基板の端面が受光面であること特徴とする
紫外線受光器である。

【００１１】＜２＞基板上に、少なくとも、Ａｌ、Ｇ
ａ及びＩｎから選ばれる１種以上の元素と、窒素とを含
む光半導体層、並びに電極を設けてなる紫外線受光素子
を有し、前記光半導体層に光を入射する光伝送部材を備
えてなることを特徴とする紫外線受光器。

【００１２】＜３＞前記光伝送部材の光出射口が、前
記基板の端面に接続されてなることを特徴とする前記＜
２＞に記載の紫外線受光器である。

【００１３】＜４＞前記光伝送部材の光出射口が、前
記紫外線受光素子の基板側又はその反対側の表面に接続
されてなることを特徴とする前記＜２＞に記載の紫外線
受光器である。

【００１４】＜５＞前記光伝送部材が、棒状であるこ
とを特徴とする前記＜２＞から＜４＞のいずれかに記載
の紫外線受光器である。

【００１５】＜６＞前記光伝送部材が、板状であるこ
とを特徴とする前記＜２＞から＜４＞のいずれかに記載
の紫外線受光器である。

【００１６】＜７＞前記光伝送部材が、屈曲性を有す
ることを特徴とする前記＜２＞から＜６＞のいずれかに
記載の紫外線受光器である。

【００１７】＜８＞前記光伝送部材が、集光機能を有
することを特徴とする前記＜２＞から＜７＞のいずれか
に記載の紫外線受光器である。

【００１８】＜９＞前記＜１＞から＜８＞のいずれか
に記載の紫外線受光器を並置したことを特徴とする紫外
線受光装置である。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の紫外線受光器及び紫外線
受光装置について詳細に説明する。

【００２０】［紫外線受光器］本発明の紫外線受光器の
一態様としては、基板上に、少なくとも、Ａｌ、Ｇａ及
びＩｎから選ばれる１種以上の元素と、窒素とを含む光
半導体層、並びに電極を設けてなる紫外線受光素子を有
し、前記基板の端面が受光面であること特徴とする（以
下、第１の本発明という）。

【００２１】また、本発明の紫外線受光器の他の態様と
しては、基板上に、少なくとも、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎか
ら選ばれる１種以上の元素と、窒素とを含む光半導体
層、並びに電極を設けてなる紫外線受光素子を有し、前
記光半導体層に光を入射する光伝送部材を備えてなるこ
とを特徴とする（以下、第２の本発明という）。

【００２２】以下、好ましい実施形態を挙げて、本発明
の紫外線受光器を詳細に説明する。（第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態を
表す模式図である。本実施形態は、第１の本発明の実施
形態であり、紫外線受光素子自体が、紫外線受光素子と
光伝送部材との機能を兼ね備えた紫外線受光器となって
いる。かかる態様とすることにより、紫外線受光素子の
基板側又はその反対側の表面以外から紫外線が入射した
場合であっても、正確に紫外線強度を測定することが可
能となる。

【００２３】図１において、１００は紫外線受光素子で
あり、該紫外線受光素子１００は、基板１０３上に、電
極１０１ａが形成され、その上にＡｌ、Ｇａ及びＩｎか
ら選ばれる１種以上の元素と、窒素とを含む光半導体層
１０２が形成され、さらに、電極１０１ｂが形成されて
なるものである。

【００２４】本実施形態においては、基板１０３自体が
光導波路としても機能し、受光面である基板１０３の端
面から入射した光が、基板１０３内の各面で反射して、
光半導体層１０２に集光されることにより光起電力が発
生する。なお、本実施形態の紫外線受光器においては、
基板１０３の端面を受光面として紫外線受光素子１００
に対し光入射する以外に、基板１０３側及び／又はその
反対側の表面を受光面として光入射を行うこともでき
る。

【００２５】光半導体層１０２は、単層であっても複数
の層であってもよい。例えばｎ型半導体、ｉ型半導体、
ｐ型半導体の組み合わせでもよい。光半導体層の詳細に
ついては後述する。

【００２６】電極１０１ａ及び１０１ｂは、透明導電膜
を全体に形成したものでも格子状やストライプ状、リン
グ状に形成したものでもよい。また、基板１０３自体を
透明導電性基板として、電極１０１ｂの機能を併せ持た
せてもよい。

【００２７】本発明の紫外線受光器における電極は、図
１の如く２つ設けてもよいし、１つであってもよい。ま
た、電極を２つ設ける場合は、電極１０１ａ及び１０１
ｂのように、半導体層２３を介して対向配置されていて
も、光半導体層１０２を基準として基板１０３側にのみ
形成されていても、その反対側にのみ形成されていても
構わない。光半導体層１０２を基準として一方の面にの
み電極を形成する場合、１の電極とその対向電極との少
なくとも２つが当該面に設けられる。

【００２８】紫外線受光素子１００には、表面層を設け
てもよい。表面層は、物理的な傷等に対する保護の役目
を果たす他、湿度や化学物質等から受光器活性部の影響
を低減することができる。また、集積化した受光器を加
工する場合の保護膜としての役割も果たす。表面層につ
いての詳細は後述する。

【００２９】（第２の実施形態）図２は、本発明の第２
の実施形態を表す模式図である。本実施形態は、第２の
本発明の実施形態であり、紫外線受光素子に、光伝送部
材を設けた態様の紫外線受光器となっている。かかる態
様とすることにより、狭い隙間からの測定や、離れた場
所からの測定を容易にすることが可能となる。

【００３０】図２において、（ａ）は、第２の実施形態
にかかる紫外線受光器の上面図、（ｂ）は、その側面図
を示す。

【００３１】図２において、１００は紫外線受光素子で
あり、図１における紫外線受光素子１００と同様のもの
である。１１０ａは板状の光伝送部材であり、一方の端
部に光Ａが入射すると、それを紫外線受光素子１００に
伝送する機能を有する。

【００３２】本実施形態においては、光伝送部材１１０
ａの端部の一方は、光出射口として紫外線受光素子１０
０の基板の端面側に接続され、他方の端部は光Ａの入射
口となっている。また、本実施形態においては、図２に
示されるように、光伝送部材１１０ａ中の光Ａの進行方
向と紫外線受光素子１０の基板面とが一致するように、
両者が接続されているが、両者が所定の角度をもって接
続されていてもよい。

【００３３】なお、紫外線受光素子１００と光伝送部材
１１０ａとの接続は、光学的に接続がなされていれば、
接触していても離れていても構わない。

【００３４】１２０は、光伝送部材１１０ａと紫外線受
光素子１００とを同一平面上に保持するための保持部材
である。保持部材１２０の材料は、特に限定されず、紫
外線受光器の形状を保持し得る材料であればよい。

【００３５】光伝送部材１１０ａとしては、ガラス、石
英、シリカガラス、等の無機材料のほかに、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、塩化ビニール、アクリル、ポリス
チレン、ポリカーボネート等の有機材料を使用すること
ができるが、紫外線吸収材が含まれていないものが好ま
しい。また、光伝送部材１１０ａが紫外線受光素子１０
０の基板１０３を兼ねていてもよい。

【００３６】光伝送部材１１０ａの形状としては、薄板
を細く切断加工したものやシート状のものを細く切断加
工したもの、等を用いることができる。保持部材１２０
と光伝送部材１１０ａとが、同一に加工されたものであ
ってもよい。

【００３７】光伝送部材１１０ａが切断加工したもので
ある場合は、端面は反射効率が高くなるようにミラー状
になるように平滑加工や表面加工をすることが好まし
い。また、光伝送部材１１０ａの側面からの光入射は、
ノイズとなるので、遮光することが望ましいが、紫外線
受光器の波長領域と、伝送部材の周辺に存在する光の波
長領域が、例えば可視光のみであるような場合には、遮
光する必要はない。

【００３８】紫外線受光素子１００の光入射部（受光
面）以外（即ち、端面の１つを受光面とする本実施形態
においては、当該端面以外の全ての面）は、遮光材によ
り遮光することが望ましい。可視光域にも少しの受光感
度が有る場合には、可視／紫外感度比が悪くなるため、
遮光材としては、紫外光から可視光に亘って不透過の材
料を用いるのが好ましい。遮光材の色としては、黒が望
ましいが、黄色、赤、茶色等、短波長の光に対して不透
過でかつ紫外線を透過しないものであれば、特に制限無
く使用できる。

【００３９】（第３の実施形態）図３は、本発明の第３
の実施形態を表す模式図である。本実施形態は、第２の
本発明の実施形態である。図３において、（ａ）は紫外
線受光器の上面図、（ｂ）は紫外線受光器の側面図、
（ｃ）は（ｂ）における紫外線受光素子及び光伝送部材
の接続部分の拡大図である。

【００４０】本実施形態においては、光伝送部材１１０
ａの端部の一方が、光出射口として紫外線受光素子１０
０の基板側の表面に接続されている点が、第１又は第２
の実施形態と異なっている。その他、第２の実施形態と
同様の機能を有する部材については、同一の符号を付し
てその説明は省略する。かかる態様とすることにより、
狭い隙間からの測定や、離れた場所からの測定を容易に
することが可能となる。

【００４１】なお、本実施形態においては、基板の反対
側の表面に光伝送部材１１０の端部の一方を接続して光
入射口とすることもできる。また、本実施形態では、図
３に示されるように、光伝送部材１１０ａと紫外線受光
素子１００の基板面とが所定の角度をもって接続されて
いるが、両者が垂直に接続されていてもよい。

【００４２】（第４の実施形態）図４は、本発明の第４
の実施形態を表す模式図である。本実施形態は、第２の
本発明の実施形態である。本実施形態では、第２の実施
形態における光伝送部材１１０ａに代えて、集光機能を
有する光伝送部材１１０ｂを用いた点が、第２の実施形
態と異なっている。なお、光伝送部材１１０ｂにおける
形状以外の点については、光伝送部材１１０ａと共通す
る。その他、第２の実施形態と同様の機能を有する部材
については、同一の符号を付してその説明は省略する。

【００４３】本実施形態において、光伝送部材１１０ｂ
の一端である紫外線受光素子１００との接続面は、該紫
外線受光素子１００の端面と同じ大きさになっており、
光入射口側は広くなっている。これにより、入射した光
Ａは、他端の光伝送部材１１０ｂ中を伝送される間に集
光され、紫外線受光素子１００に到達する。このよう
に、光伝送部材が集光機能を有することにより、紫外線
強度のより正確な測定が可能となる。

【００４４】（第５の実施形態）図５は、本発明の第５
の実施形態を表す模式図である。本実施形態は、第２の
本発明の実施形態である。本実施形態は、第２の実施形
態における光伝送部材１１０ａに代えて、棒状の光伝送
部材１１０ｃを用いた点で、第２の実施形態と異なって
いる。なお、光伝送部材１１０ｃにおける形状以外の点
については、光伝送部材１１０ａと共通する。その他、
第２の実施形態と同様の機能を有する部材については、
同一の符号を付してその説明は省略する。

【００４５】本実施形態の如く光伝送部材を棒状とした
場合は、保持部材を用いずに、紫外線受光器を作製する
ことができる。

【００４６】（第６の実施形態）図６は、本発明の第６
の実施形態を表す模式図である。本実施形態は、第２の
本発明の実施形態である。本実施形態は、第２の実施形
態における光伝送部材１１０ａに代えて、屈曲性を有す
る光伝送部材１１０ｄを用いた点で、第２の実施形態と
異なっている。なお、光伝送部材１１０ｄにおける形状
以外の点については、光伝送部材１１０ａと共通する。
その他、第２の実施形態と同様の機能を有する部材につ
いては、その説明は省略する。

【００４７】本実施態様において、光伝送部材１１０ｄ
の形状としては、屈曲性を有するものであれば特に制限
はなく、図６に示されるようなファイバー状のもの（例
えば、一般的な光ファイバー等）が挙げられる。このよ
うな態様とすることにより、屈曲した空間においても容
易に測定が可能となる。

【００４８】［紫外線受光装置］本発明の紫外線受光装
置は、本発明の紫外線受光器を並置してなることを特徴
とする。図７は、本発明の紫外線受光装置の実施形態を
示す模式図である。本実施形態においては、保持部材１
２０’上に、第２の実施形態と同様（但し、保持部材１
２０を除したもの）の紫外線受光器１３０が、複数並置
された態様となっている。かかる態様とすることによ
り、非常に薄い隙間でもあっても紫外線の分布を正確に
測定することができる。

【００４９】本発明の紫外線受光装置において、並置さ
れる紫外線受光器１３０の数としては、特に制限される
ものではなく、適宜設定することが可能である。また、
保持部材１２０’としては、既述のものが好適に用いら
れる。

【００５０】以上、本発明の紫外線受光器及び紫外線受
光装置について、実施形態を挙げて具体的に説明した
が、本発明は、これら実施形態の構成に限定されるもの
ではない。また、当業者は、目的に応じて適宜公知の知
見を本発明に組み合わせること、あるいは置き換えるこ
とができる。

【００５１】［紫外線受光素子］既述の如く、本発明に
おける紫外線受光素子は、少なくとも、基板上に形成さ
れるＡｌ、Ｇａ及びＩｎから選ばれる１種以上の元素
と、窒素とを含む光半導体層と、電極と、を設けてな
る。以下、本発明の紫外線受光器及び紫外線受光装置に
用いられる紫外線受光素子を構成する要素について、詳
細に説明する。

【００５２】本発明における紫外線受光素子に用いられ
る基板としては、導電性であっても絶縁性であってもよ
く、また、結晶であるか非晶質であるかは問わない。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、Ｓ
ｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯなどの
半導体を挙げることができる。また、基板表面に導電化
処理を施した（すなわち、電極を形成した）絶縁性基板
を使用することもできる。

【００５３】基板が光の入射側に配される場合、該基板
は透明性を有する必要がある。透明性を有する基板（以
下、「透明基板」と称する場合がある）としては、ガラ
ス、石英、サファイア、ＭｇＯ、ＬｉＦ、ＣａＦ₂、透
明セラミック等の透明な無機材料；フッ素樹脂、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、エポキシ樹脂等の透明な有機樹脂の
フィルム又は板状体；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。前記透明基板として
は、ガラスが好ましい。ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス、
ソーダガラス、青板ガラス等が好ましく用いられる。

【００５４】本発明における紫外線受光素子に設けられ
る電極は、前記基板上に設けてよいし、光半導体層上に
設けることもできる。また、前記基板自体が電極として
機能してもよい。

【００５５】電極としては、例えば、Ａｌ、Ｎｉ、Ａ
ｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｇ及びＰｔなどの金属及びその合金
結晶や多層膜などを用いることができる。また、光の入
射側に配される場合、前記電極は透明性を有する必要が
ある。そのため、透明性電極としては、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ることができるが、入射光が３００
ｎｍ以下の場合には、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、
Ａｇ及びＰｔ等の金属を蒸着やスパッタリングにより光
が透過するように薄く成膜したものが用いられる。前記
膜の厚さは、５ｎｍ〜１００ｎｍであり、薄すぎると光
透過率は大きいが電気抵抗が高くなり、また厚すぎると
光が透過しない。

【００５６】［光半導体層］紫外線受光素子における光
半導体層は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎのうち少なくとも１
以上の元素と、窒素とを含有し、必要に応じてその他の
成分を含有する。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
の混合された状態であってもよい。

【００５７】結晶質状の場合、その結晶系は、立方晶あ
るいは６方晶系のいずれか１つであっても、複数の結晶
系が混合された状態でもよい。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。

【００５８】光半導体層が非単結晶の場合には、当該光
半導体層に０．５ａｔ％〜５０ａｔ％の水素が含有して
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。前記光半導体層の水素含有量が０．５ａｔ％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半導体紫外線受光素子と
して機能することができない場合がある。

【００５９】これに対し、光半導体層の水素含有量が５
０ａｔ％を超えると、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ことがある。さらに、前
記光半導体層が酸化されやすくなり、耐候性が悪化する
こともある。

【００６０】ここで、光半導体層の水素含有量（ａｔ
％）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によっても水素含有量
を推定することができる。さらに、本発明の紫外線受光
素子の製造工程において、光半導体層の形成時に、同時
にシリコン、サファイア等の赤外透明な基板に同様の光
半導体層を形成することで、赤外吸収スペクトルによっ
て該光半導体の水素含有量を容易に測定することでき
る。なお、赤外吸収スペクトルによって水素結合状態も
判明する。

【００６１】水素を含む光半導体層の構造は、例えば、
透過電子線回折で測定した場合、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完全に長
距離秩序の欠如しているものから、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、さらに、そ
の中に輝点が見られるものまで使用できる。このような
光半導体層は、透過電子線回折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得られな
いことが多い。

【００６２】また、透過電子線回折の測定いおいて、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、
さらに、ほとんどスポット状の輝点のみであってもＸ線
回折測定において、多結晶あるいは最も強いピーク強度
が単結晶にくらべると弱く、かつ、他に弱い他の面方位
のピークが混在している場合もある。さらに、ほとんど
一つの面方位からなるＸ線回折スペクトルを示す場合も
ある。

【００６３】水素を含む光半導体層の赤外吸収スペクト
ル測定では、水素との結合ピークが存在すると共に、II
I族原子（Ａｌ、ＧａおよびＩｎ）とＮ原子との結合の
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、微結晶性の場合には１００
ｃｍ^-1以下である。ここで、半値幅とは、III族原子と
Ｎ原子の結合を主体とする吸収位置での複数のピークか
らなる吸収帯の最高強度とバックグランドを除いた強度
の１／２の値での吸収帯の幅である。

【００６４】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などによって測定するこ
とができる。

【００６５】また、光半導体層の吸光係数は、分光光度
計で吸収量を測定し、層厚で除したものを自然対数系で
表したものであり、４００ｎｍの光透過量は、透明（こ
こでは、紫外線透過性）とみなせるためには２００００
ｃｍ^-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ほぼ
３．０ｅＶ以下に相当する。

【００６６】光半導体層の原料としては、Ａｌ、Ｇａお
よびＩｎのうちから選ばれる１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。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。

【００６７】窒素原料としては、Ｎ₂、ＮＨ₃、ＮＦ₃、
Ｎ₂Ｈ₄、メチルヒドラジンなどの気体、または、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。

【００６８】光半導体層の組成において、III族元素の
量の総和ｍと、窒素の量ｎとの関係が、０．５：１．０
≦ｍ：ｎ≦１．０：０．５を満たすことが好ましく、こ
の範囲を外れると、III族元素とV族元素（Ｎ）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、良好な光半導体層として機能しなくなる場合があ
る。

【００６９】光半導体層の光学ギャップは、III族元素
の混合比によって任意に変えることができる。ＧａＮ：
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６．５ｅＶ程度ま
で大きくすることができ、３．２ｅＶ以下にする場合Ｉ
ｎを加えることによって１．９ｅＶ程度まで、それぞれ
に透明のまま波長域を変化させることができる。

【００７０】ここで、光学ギャップは波長（ｅＶ）と吸
収係数（αｅ）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、
膜厚依存性を測定して求められる。

【００７１】また、光半導体層は、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族のＬｉ、Iｂ族のＣｕ、Ａｇ、
Ａｕ、IIａ族のＭｇ、IIｂ族のＺｎ、IVａ族のＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、VIａ族のＳ、Ｓｅ、Ｔｅを用いること
ができる。

【００７２】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族のＳ、Ｓｅ、Ｔｅ、VIｂ族のＣｒ、Ｍｏ、
Ｗ、VIIIａ族のＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどを用いることがで
きる。

【００７３】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族元素および
窒素元素に選択的に結合する必要があり、この点から、
特に、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、Ｍ
ｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｒが好ましい。

【００７４】ドーピングの際には、ｎ型用としては、Ｓ
ｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＧｅＨ₄、ＧｅＦ ₄、ＳｎＨ₄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、ジエチル亜鉛な
ど、をガス状態で使用できる。また、これらの元素を光
半導体層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。

【００７５】本発明の紫外線受光素子は、簡単には、単
層の光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ｐ
ｉｎ構成などを作製することによつてさらに高効率化す
ることができる。

【００７６】光半導体層は、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎの
うち少なくとも一種以上の元素と窒素（と水素）とを含
むｎ型あるいはｐ型の半導体層から構成されてもよい
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。

【００７７】また、光半導体層は、多層構造であっても
よい。この場合、光半導体層は、透明性や障壁の形成の
ために、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層、および、ｎ型半
導体層の各層は、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
せるＡｌ、Ｇａ、ＩｎとＮの組成を持っていてもよい
し、ｐ型半導体層１２２、ｉ型半導体層１２４、およ
び、ｎ型半導体層のそれぞれの層が、複数のＡｌ_xＧａ_y
Ｉｎ_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。

【００７８】以下、図８を参照して、光半導体層の形成
方法を説明するが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。ここで、図８は光半導体層を形成する層形成装置
の概略構成図である。なお、層形成装置は、プラズマを
活性化手段とするものである。図８に示すように、層形
成装置は、排気して真空にし得る容器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、高周波コイル７と、マ
イクロ波導波管８と、石英管５、６にそれぞれ連通して
いるガス導入管９、１０と、石英管５、６にそれぞれ接
続しているガラス導入管１１、１２とを有する。

【００７９】この層形成装置においては、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波導波管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
セットされた基板上に、窒素ガリウムからなる光半導体
層を形成（成膜）することができる。

【００８０】なお、前記ガス導入管１２から導入された
ガスは、トリメチルガリウムであったが、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、またそ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から混
合して導入してもよいし、別々に導入してもよい。

【００８１】基板の温度としては、１００℃〜６００℃
が好ましい。一般に、基板の温度が高い場合、及び／又
は、III族原料ガスの流量が少ない場合には、微結晶の
光半導体層が形成されやすい。また、基板の温度が３０
０℃より低く、III族原料ガスの流量が少ない場合に
は、微結晶の光半導体層が形成されやすく、基板温度が
３００℃より高く、低温条件よりもIII族原料ガスの流
量が多い場合であっても、微結晶の光半導体層が形成さ
れやすい。さらに、例えば、Ｈ₂放電を行った場合に
は、行なわない場合よりも光半導体層１２０の微結晶化
を進めることができる。

【００８２】また、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎから選ばれた
少なくとも一種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またはガス導入管１２）から導入することによってｎ
型、ｐ型などの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元素を導入する場
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。

【００８３】上述のような層形成装置において、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のような窒素と水素原
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
めに低温にも拘わらず、炭素がほとんど入らないか、入
っても極低量の、膜欠陥が抑えられた非晶質あるいは微
結晶の膜が生成できる。

【００８４】上述のような層形成装置において、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、これらを１つ用いてもよいし、２つ
以上を用いてもよい。また、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、高周波発振器とマイクロ波発振器とを用いて
もよい。さらに、２つとも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を用いてもよい。高周波
発振器による高周波放電の場合、誘導型でも容量型でも
よい。

【００８５】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、放電内と容器１内の層形成部（成膜部）と
の間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
波発振器と高周波発振器とを用いると、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。光半導体層は、反応性蒸着法やイオンプレーティ
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されることが可能である。

【００８６】このような構成の紫外線受光素子とするこ
とにより、透明電極と基板上の導電性電極間から電流を
取り出すことができる。

【００８７】本発明における紫外線受光素子には、表面
層を設けることもできる。表面層は、表面層側から光入
射する場合には、少なくとも、光半導体層で受光・検出
したい光を吸収することのないものを使用する。好まし
い表面層としては、例えば、石英やシリカガラス、シリ
コン窒化膜やサファイア等でもよいし、シリコーン樹脂
でもよい。これらの材料は、浸漬法やスプレー法で塗布
し加熱して硬化あるいは反応させて硬化物を形成しても
よいし、あるいはプラズマＣＶＤ法等で成膜してもよ
い。また、予め板状としておいた前記材料を、透明性を
有する接着剤により貼り合わせたり、熱を利用して融着
させるなどの方法を用いてラミネート構造を有していて
もよい。

【００８８】さらに、表面層１を構成する材料は、紫外
線を透過することのできる有機化合物であってもよい。
該有機化合物としては、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、
アクリル等が挙げられる。前記有機化合物を表面層とし
て形成する場合は、適当な溶媒に溶解して、塗布・乾燥
させてもよいし、融点や軟化点まで加熱し、塗布あるい
は貼り付けてもよい。また、真空蒸着法やプラズマ重合
法などで形成されてもよい。また、前記有機化合物を板
状に成形し、透明性を有する接着剤によって貼り合わせ
たり、熱を利用して融着させるなどの方法を用いラミネ
ート構造を有する表面層としてもよい。

【００８９】前記表面層としては、紫外領域での透明性
と物理的強度及び化学的安定性、耐熱性、電気絶縁性等
の点からＡｌ、Ｇａ、Ｉｎから選ばれる１種以上の元素
と、窒素とを含む窒化物よりなる膜が好適である。特
に、該窒化物膜は、低温で形成することができるため、
記述の光半導体層と、同じ装置、同じ方法を利用するこ
とができる。さらに、膜中には水素が含まれていてもよ
いし、また絶縁性を調整するためドーピングされていて
もよい。ドーピング元素としては、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ
ｎから選ばれる少なくとも１種以上の元素、あるいはＢ
ｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｒから選ばれる少なくとも１
つ以上の元素を１種以上用いることができる。

【００９０】前記窒化膜が、光半導体層が感度を有する
波長領域より短波長側に吸収を持つようにする場合に
は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの元素の原子番号が小さい元
素の量を増加させ、原子番号の大きい元素の量を減少さ
せる。つまり、光半導体層が、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ、表面層
がＡｌ_yＧａ_1-yＮで表されるならば、ｘ＜ｙとすること
で、表面層の吸収波長領域が短波長側に変化する。この
結果、表面層側から光が入射した場合には、ある波長を
ピークとして、短波長側と長波長側に感度が無い選択的
な紫外線受光素子が製造可能となる。例えば、ＡｌＮを
表面層とした場合には、吸収の立ち上がりが２００ｎｍ
から始まるため、感度としては１８０ｎｍから長波長の
紫外線受光素子に適用できる。

【００９１】

【実施例】（実施例１）洗浄したコーニング７０５９
（ガラス基板、コーニング社製）上に、ＩＴＯをスパッ
ター法により２００ｎｍで形成した基板を真空容器１内
に設置した。排気口２を介して容器１内を真空排気後、
ヒーター４により基板を３８０℃に加熱した。ガス導入
管９より、直径２５ｍｍの石英管５内にＮ₂ガスを２０
００ｓｃｃｍ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２５０Ｗ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１０００ｓｃｃｍ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。

【００９２】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
をキヤ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、水素をキヤ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０．２μｍのｉ型
のＧａＮ：Ｈ膜（光半導体層）を作製した。

【００９３】成膜されたＧａＮ：Ｈ膜（光半導体層）上
に、直径２ｍｍのＡｕ膜電極を１０ｎｍの厚さで蒸着法
で形成し半透明電極とした。Ａｕ膜電極とＩＴＯ部に導
線を導電性接着剤で固定した。次いで、ガラス基板の端
面のうち一つの面を受光面として、他の３つの面には銀
のペーストで遮光すると同時にミラーの機能をもたせる
ように塗装した。受光面を紫外線の入射を行えるように
平滑なステンレス板に設置し、図１に示す構成の第１の
本発明の紫外線受光器を作製した。この紫外線受光器に
電流計を接続し出力を測定したところ、暗電流が１×１
０ ^-10Ａであり、前記受光面からレーザを入射した時に
は、２ｍＡの電流出力が得られた。

【００９４】（実施例２）実施例１で作製した紫外線受
光器の受光面と、光伝送部材〔厚さ０．５ｍｍで３ｍｍ
×５０ｍｍの細線状の硼珪酸ガラス（コーニング７０５
９）〕の一端とを接触させて設置し、第２の本発明の紫
外線受光器を作製した。さらに、光伝送部材の他端に
は、Ｈｅ−Ｃｄレーザの３２５ｎｍの光を入射できるよ
うにした。この紫外線受光器に電流計を接続し出力を測
定したところ、暗電流が１×１０ ^-10Ａであり、レーザ
を入射した時には、２ｍＡの電流出力が得られた。ま
た、本実施例の紫外線受光器は、直線性にも優れてい
た。

【００９５】（実施例３）実施例２において、光伝送部
材を、細線状の硼珪酸ガラスに代えて、厚さ０．８ｍｍ
で３ｍｍ×１００ｍｍの紫外線吸収剤の入っていないア
クリル板とした以外は、実施例２と同じ方法で紫外線受
光器を作製した。さらに、実施例２と同様に、Ｈｅ−Ｃ
ｄレーザの３２５ｎｍの光を入射できるようにした。こ
の紫外線受光器に電流計を接続し出力を測定したとこ
ろ、明所でも暗電流が１×１０^-10Ａであり、レーザを
入射した時には、３ｍＡの電流出力が得られた。また、
本実施例の紫外線受光器は、直線性にも優れていた。

【００９６】

【発明の効果】本発明によれば、紫外線強度を広い入射
角で正確に測定可能であり、かつ遠隔操作が可能な、小
型で薄型の紫外線受光器及び紫外線受光装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の紫外線受光器の第１の実施形態を示
す模式図である。

【図２】本発明の紫外線受光器の第２の実施形態を示
す模式図である。

【図３】本発明の紫外線受光器の第３の実施形態を示
す模式図である。

【図４】本発明の紫外線受光器の第４の実施形態を示
す模式図である。

【図５】本発明の紫外線受光器の第５の実施形態を示
す模式図である。

【図６】本発明の紫外線受光器の第６の実施形態を示
す模式図である。

【図７】本発明の紫外線受光装置の実施形態を示す模
式図である。

【図８】本発明における紫外線受光素子を製造するた
めの、光半導体層の形成装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１真空容器２排気口３基板ホルダー４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１００紫外線受光素子１０１ａ、１０１ｂ電極１０２光半導体層１０３基板１１０ａ〜１１０ｄ光伝送部材１２０保持部材１２０’ 保持部材１３０紫外線受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、少なくとも、Ａｌ、Ｇａ及び
Ｉｎから選ばれる１種以上の元素と、窒素とを含む光半
導体層、並びに電極を設けてなる紫外線受光素子を有
し、前記基板の端面が受光面であること特徴とする紫外
線受光器。
【請求項２】基板上に、少なくとも、Ａｌ、Ｇａ及び
Ｉｎから選ばれる１種以上の元素と、窒素とを含む光半
導体層、並びに電極を設けてなる紫外線受光素子を有
し、前記光半導体層に光を入射する光伝送部材を備えて
なることを特徴とする紫外線受光器。
【請求項３】前記光伝送部材の光出射口が、前記基板
の端面に接続されてなることを特徴とする請求項２に記
載の紫外線受光器。
【請求項４】前記光伝送部材の光出射口が、前記紫外
線受光素子の基板側又はその反対側の表面に接続されて
なることを特徴とする請求項２に記載の紫外線受光器。
【請求項５】前記光伝送部材が、棒状であることを特
徴とする請求項２から４のいずれかに記載の紫外線受光
器。
【請求項６】前記光伝送部材が、板状であることを特
徴とする請求項２から４のいずれかに記載の紫外線受光
器。
【請求項７】前記光伝送部材が、屈曲性を有すること
を特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の紫外線
受光器。
【請求項８】前記光伝送部材が、集光機能を有するこ
とを特徴とする請求項２から７のいずれかに記載の紫外
線受光器。
【請求項９】請求項１から８のいずれかに記載の紫外
線受光器を並置したことを特徴とする紫外線受光装置。