JP2003188408A - Ultraviolet ray receiving element - Google Patents
Ultraviolet ray receiving elementInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はｎ型ＡｌＧａＮの半
導体層を備え、受光領域にショットキー接合が形成され
てなる紫外線受光素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultraviolet light receiving element having an n-type AlGaN semiconductor layer and having a Schottky junction formed in a light receiving region.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、ｐ型半導体、ｎ型半導体、ｉ
型半導体などの半導体層を積層して様々な素子構造の紫
外線受光素子が作製されてきた。例えば、ｎ型ＡｌxＧ
ａ1-xＮ層（０≦ｘ≦１）を含む紫外線受光素子構造に
おいて、そのｎ−ＡｌＧａＮ層が配置される位置は様々
である。例えば、基板側からＰＮと積層される場合の他
に、ＮＰ、ＰＩＮ、ＮＩＰ、ＰＮＰ、ＰＩＮＰ、ＮＰ
Ｎ、ＮＰＩＮなど様々な紫外線受光素子構造が考えられ
る。2. Description of the Related Art Conventionally, p-type semiconductors, n-type semiconductors, and i-type semiconductors have been used.
Ultraviolet light receiving elements having various element structures have been produced by stacking semiconductor layers such as die-type semiconductors. For example, n-type Al x G
In the ultraviolet light receiving element structure including the a 1-x N layer (0 ≦ x ≦ 1), the position where the n-AlGaN layer is arranged is various. For example, in addition to stacking PN from the substrate side, NP, PIN, NIP, PNP, PINP, NP
Various ultraviolet light receiving element structures such as N and NPIN can be considered.
【０００３】他にも、ｐ型半導体層を含まない紫外線受
光素子構造も考えられ、その例としては、ｎ型半導体層
またはｉ型半導体層と電極との間に受光領域となるショ
ットキー接合部が形成された素子構造がある。その紫外
線受光素子は様々な用途に使用可能であり、それぞれの
用途に対する要求を満たすような構造が採用されてい
た。例えば、紫外線受光素子を性能の良い火炎センサと
して使用するためには、以下に説明するような３点の要
求を満たすことが必須である。Besides, an ultraviolet light receiving element structure which does not include a p-type semiconductor layer is also conceivable, and an example thereof is a Schottky junction portion which becomes a light receiving region between an electrode and an n-type semiconductor layer or an i-type semiconductor layer. There is an element structure formed with. The ultraviolet light receiving element can be used for various purposes, and a structure that meets the requirements for each purpose has been adopted. For example, in order to use the ultraviolet light receiving element as a flame sensor with good performance, it is essential to satisfy the following three requirements.
【０００４】まず第１に、火炎センサとして、検出対象
波長域外における欠陥準位による感度を低減し、微弱な
火炎の光のみを選択的に検出する必要性から、結晶品質
の良好なＡｌＧａＮ層を受光領域として用いて、欠陥準
位の少ない検出対象波長域における感度と、検出対象波
長域外における感度との間の感度差を十分に確保するこ
とが求められる。また、三元混晶化合物であるＡｌＧａ
Ｎの組成ずれによるＧａＮの吸収端が波長約３６０ｎｍ
付近に現われることで、上記感度差を確保することが困
難になるという問題についても解決する必要がある。こ
こで、感度（単位はＡ／Ｗ）とは、火炎センサに照射さ
れる光強度（Ｗ）に対して、どれだけの光電流（Ａ）が
発生したかを示すものであり、発生する光電流が大きい
ほど感度が高いと言える。First, as a flame sensor, it is necessary to reduce the sensitivity due to the defect level outside the detection target wavelength range and selectively detect only the light of a weak flame, so that an AlGaN layer with good crystal quality is used. It is required to be used as a light receiving region to ensure a sufficient sensitivity difference between the sensitivity in the detection target wavelength range with few defect levels and the sensitivity outside the detection target wavelength range. In addition, AlGa which is a ternary mixed crystal compound
The absorption edge of GaN due to the composition shift of N has a wavelength of about 360 nm.
It is also necessary to solve the problem that it becomes difficult to secure the above-mentioned sensitivity difference by appearing in the vicinity. Here, the sensitivity (unit is A / W) indicates how much photocurrent (A) is generated with respect to the light intensity (W) applied to the flame sensor. It can be said that the larger the current, the higher the sensitivity.
【０００５】第２に、火炎の光を感度良く検出する必要
があるという課題に関連して、欠陥密度が低く結晶品質
の良好なＡｌＧａＮ層を得ることで、紫外線受光素子に
発生する暗電流を非常に低いレベルにまで低減すること
が求められる。これは、暗電流が大きいと、火炎の光を
吸収して発生した光電流が暗電流に埋もれてしまう恐れ
があるからである。また、暗電流が大きいと、印加され
るバイアス電圧が大きくなるとともに暗電流も大きくな
るという問題が生じ、結果的に小さいバイアス電圧しか
印加することができないという問題にも至る。特にｎ−
ＡｌＧａＮ層を用いてショットキーダイオード型の紫外
線受光素子を作製した場合には、一般に温度上昇と共に
暗電流が増大するため非常に大きな問題となる。Secondly, in connection with the problem that it is necessary to detect flame light with high sensitivity, by obtaining an AlGaN layer having a low defect density and good crystal quality, the dark current generated in the ultraviolet light receiving element can be reduced. It is required to reduce it to a very low level. This is because if the dark current is large, the photocurrent generated by absorbing the flame light may be buried in the dark current. Further, when the dark current is large, the applied bias voltage increases and the dark current also increases, resulting in a problem that only a small bias voltage can be applied. Especially n-
When a Schottky diode type ultraviolet light receiving element is manufactured using an AlGaN layer, a dark current generally increases with a rise in temperature, which is a serious problem.
【０００６】第３には、同じく火炎の光を感度良く検出
する必要があるという課題に関連して、光キャリアを発
生させる受光領域には、できるだけ大きい強度の光を入
射させることが求められる。従って、受光領域よりも光
入射面側には、光吸収や光散乱などによる光損失が極め
て小さい半導体層、つまりバンドギャップエネルギが大
きく、且つ欠陥密度が低く結晶品質の良好な半導体層を
設けることが必要となる。更には、光入射面側に設けら
れる電極についても良好な光透過性を確保することが求
められる。Thirdly, in connection with the problem that it is also necessary to detect the flame light with high sensitivity, it is required that the light having the highest possible intensity be incident on the light receiving region where the photo carriers are generated. Therefore, a semiconductor layer with extremely small light loss due to light absorption or light scattering, that is, a semiconductor layer with high bandgap energy, low defect density, and good crystal quality is provided on the light incident surface side of the light receiving region. Is required. Further, it is required that the electrodes provided on the light incident surface side have good light transmittance.
【０００７】以上のような３つの条件が満たされた時、
紫外線受光素子を火炎センサとして使用する上での問題
点が解消される。例えば、従来の火炎センサ（紫外線受
光素子）では、サファイア基板上に、低温堆積されたＡ
ｌＮ層と、ＧａＮの結晶改善層と、低温堆積されたＡｌ
Ｎ層とを順次堆積させてなる結晶改善層構造を形成し、
その結晶改善層構造上にｎ型ＡｌＧａＮ層を含むショッ
トキーダイオード型のデバイス層構造を堆積させたよう
な大面積の受光領域が確保された素子構造が採用されて
いた。ここで、上記結晶改善層構造の役割は、サファイ
ア基板の結晶成長面の格子間隔とＡｌＧａＮの格子間隔
との間の格子不整合を緩和させ、欠陥密度が低く結晶品
質の良好なＡｌＧａＮ層（デバイス層構造）を作製する
ことにある。そして、結晶品質の良好なＡｌＧａＮ層を
得ることで、上述の３つの問題点を解決しようとしてい
た。When the above three conditions are satisfied,
The problem in using the ultraviolet light receiving element as a flame sensor is solved. For example, in a conventional flame sensor (ultraviolet light receiving element), A deposited at a low temperature on a sapphire substrate.
1N layer, GaN crystal enhancement layer, and low temperature deposited Al
A crystal improvement layer structure is formed by sequentially depositing an N layer,
A device structure in which a large-area light receiving region is secured, such as a Schottky diode type device layer structure including an n-type AlGaN layer, is used on the crystal improvement layer structure. Here, the role of the crystal improvement layer structure is to alleviate the lattice mismatch between the lattice spacing of the crystal growth surface of the sapphire substrate and the lattice spacing of AlGaN, so that the defect density is low and the AlGaN layer with good crystal quality (device Layer structure). Then, by obtaining an AlGaN layer having a good crystal quality, the above three problems have been tried to be solved.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のｎ型半
導体層を利用したショットキーダイオード型の受光素子
においては結晶改善層構造が設けられているために、基
板側（結晶改善層構造側）から光を入射するという形態
を採ることが不可能であった。そのため、ショットキー
電極側（デバイス層構造の上方）から光を入射させると
いう形態を採らざるを得なかった。この場合、ショット
キー電極には紫外線を透過させる特性を有する透明電極
を用いて構成する必要があるが、そのような電極材料は
限定されていた。However, since the conventional Schottky diode type light receiving element using the n-type semiconductor layer has the crystal improving layer structure, the substrate side (the crystal improving layer structure side) is provided. It was impossible to take the form that light was incident from. Therefore, it has been unavoidable to adopt a mode in which light is incident from the Schottky electrode side (above the device layer structure). In this case, it is necessary to form the Schottky electrode by using a transparent electrode having a property of transmitting ultraviolet rays, but such an electrode material is limited.
【０００９】従って、従来のショットキーダイオード型
の受光素子においては、上述したように、ｎ−ＡｌＧａ
Ｎ層を含むショットキーダイオード型の紫外線受光素子
を構成し、その紫外線受光素子をＵＶ−Ｂ用の受光素子
や火炎センサといった用途に使用するためには、複雑な
成膜工程や受光素子（電極を含む）の設計に制約が存在
するという問題が未解決のまま残っている。更に、ショ
ットキーダイオード型の受光素子では、暗電流が大きく
観測されるという問題が顕著であるが、その暗電流の原
因の１つである受光領域の欠陥密度を低くするという効
果は、結晶改善層構造を設けたとしても不十分であっ
た。加えて、三元混晶化合物であるＡｌＧａＮの組成ず
れによるＧａＮの吸収端が波長約３６０ｎｍ付近に現わ
れることで、検出対象波長範囲における感度と、検出対
象波長範囲外における感度との感度差を十分に確保する
ことが困難になるという問題についても解決できておら
ず、微弱な火炎の光を感度良く検出することが困難であ
る。従って、結晶品質が良好なｎ型半導体層を用い、且
つ使い勝手の良いショットキーダイオード型の受光素子
を作製することは困難であった。Therefore, in the conventional Schottky diode type light receiving element, as described above, n-AlGa is used.
In order to configure a Schottky diode type ultraviolet light receiving element including an N layer and use the ultraviolet light receiving element for a light receiving element for UV-B or a flame sensor, a complicated film forming process or light receiving element (electrode) is used. The problem that there is a constraint in the design (including) is left unsolved. Further, in the Schottky diode type light receiving element, the problem that a large dark current is observed is remarkable, but one of the causes of the dark current, the effect of lowering the defect density in the light receiving region is to improve the crystal quality. Even if a layered structure is provided, it was insufficient. In addition, since the absorption edge of GaN due to the composition shift of AlGaN, which is a ternary mixed crystal compound, appears near the wavelength of about 360 nm, the sensitivity difference between the sensitivity in the detection target wavelength range and the sensitivity outside the detection target wavelength range is sufficiently large. However, it has not been possible to solve the problem that it is difficult to secure the light, and it is difficult to detect weak flame light with high sensitivity. Therefore, it has been difficult to manufacture a Schottky diode type light receiving element which is easy to use and uses an n-type semiconductor layer having good crystal quality.
【００１０】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、結晶品質が良好なｎ型半導体層
を備えたショットキーダイオード型の紫外線受光素子を
提供する点にある。The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a Schottky diode type ultraviolet light receiving element provided with an n-type semiconductor layer having good crystal quality.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係る紫外線受光素子の第一の特徴構成は、特
許請求の範囲の欄の請求項１に記載の如く、ＺｒＢ2基
板上に、単数または複数の半導体層を積層してなるデバ
イス層構造が形成されてなる紫外線受光素子であって、
前記半導体層の１つがＡｌＧａＮを含むｎ型半導体層で
あり、受光領域が前記半導体層の１つに形成され、前記
受光領域を挟んで電界を印加可能な正極および負極を前
記デバイス層構造の所定部位に備えてなり、前記正極が
前記デバイス層構造に対してショットキー接合を形成し
ている点にある。このショットキーダイオード型の受光
素子の場合には、ショットキー電極が接合された半導体
層に空乏層が広がって受光領域を形成している。The first characteristic constitution of the ultraviolet light receiving element according to the present invention for solving the above-mentioned problems is, as described in claim 1 of the scope of claims, on a ZrB 2 substrate. In the ultraviolet light receiving element having a device layer structure formed by laminating a single or a plurality of semiconductor layers,
One of the semiconductor layers is an n-type semiconductor layer containing AlGaN, a light receiving region is formed in one of the semiconductor layers, and a positive electrode and a negative electrode capable of applying an electric field across the light receiving region are provided in the device layer structure. The positive electrode forms a Schottky junction with the device layer structure. In the case of this Schottky diode type light receiving element, a depletion layer spreads in the semiconductor layer to which the Schottky electrode is joined to form a light receiving region.
【００１２】上記課題を解決するための本発明に係る紫
外線受光素子の第二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項２に記載の如く、上記第一の特徴構成に加え
て、前記デバイス層構造がＡｌＧａＮを含むｉ型半導体
層を備えてなり、前記ｉ型半導体層が前記受光領域を形
成する点にある。A second characteristic structure of the ultraviolet light receiving element according to the present invention for solving the above-mentioned problems is, in addition to the first characteristic structure, as described in claim 2 of the scope of claims. The device layer structure includes an i-type semiconductor layer containing AlGaN, and the i-type semiconductor layer forms the light receiving region.
【００１３】上記課題を解決するための本発明に係る紫
外線受光素子の第三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項３に記載の如く、上記第一または第二の特徴構
成に加えて、前記受光領域の光入射面側に隣接する半導
体層のバンドギャップエネルギが、前記受光領域のバン
ドギャップエネルギ以上である点にある。尚、受光領域
（空乏層）がｐ型半導体層中（またはｎ型半導体層）に
広がっている場合には、そのｐ型半導体層中（またはｎ
型半導体層）の空乏層以外の部分を、受光領域に隣接す
る半導体層としている。The third characteristic constitution of the ultraviolet light receiving element according to the present invention for solving the above-mentioned problems is the same as the first or second characteristic constitution as described in claim 3 of the scope of claims. In addition, the band gap energy of the semiconductor layer adjacent to the light incident surface side of the light receiving region is equal to or more than the band gap energy of the light receiving region. When the light receiving region (depletion layer) extends in the p-type semiconductor layer (or n-type semiconductor layer), the light-receiving region (or n-type semiconductor layer) in the p-type semiconductor layer (or n
The portion other than the depletion layer of the (type semiconductor layer) is a semiconductor layer adjacent to the light receiving region.
【００１４】上記課題を解決するための本発明に係る紫
外線受光素子の第四の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項４に記載の如く、上記第一から第三の何れかの
特徴構成に加えて、前記受光領域に隣接する半導体層の
厚さが、その半導体層中のキャリアの拡散距離以上であ
る点にある。尚、受光領域（空乏層）がｐ型半導体層中
（またはｎ型半導体層）に広がっている場合には、その
ｐ型半導体層中（またはｎ型半導体層）の空乏層以外の
部分の厚さを、受光領域に隣接する半導体層の厚さとし
ている。A fourth characteristic constitution of the ultraviolet light receiving element according to the present invention for solving the above-mentioned problems is any one of the above-mentioned first to third, as described in claim 4 of the scope of claims. In addition to the characteristic configuration, the thickness of the semiconductor layer adjacent to the light receiving region is equal to or more than the diffusion distance of carriers in the semiconductor layer. When the light receiving region (depletion layer) extends into the p-type semiconductor layer (or the n-type semiconductor layer), the thickness of the portion other than the depletion layer in the p-type semiconductor layer (or the n-type semiconductor layer). That is, the thickness of the semiconductor layer adjacent to the light receiving region.
【００１５】上記課題を解決するための本発明に係る紫
外線受光素子の第五の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項５に記載の如く、上記第一から第四の何れかの
特徴構成に加えて、前記ＺｒＢ2基板が前記負極を構成
する点にある。A fifth characteristic constitution of the ultraviolet light receiving element according to the present invention for solving the above-mentioned problems is any one of the above-mentioned first to fourth, as described in claim 5 of the scope of claims. In addition to the characteristic constitution, the ZrB 2 substrate constitutes the negative electrode.
【００１６】上記課題を解決するための本発明に係る紫
外線受光素子の第六の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項６に記載の如く、上記第一から第五の特徴構成
に加えて、前記受光領域の形成に係るＡｌＧａＮのバン
ドギャップエネルギが３．６ｅＶ以上である点にある。A sixth characteristic constitution of the ultraviolet light receiving element according to the present invention for solving the above-mentioned problems is the same as the first to fifth characteristic constitution as described in claim 6 of the scope of claims. In addition, the band gap energy of AlGaN for forming the light receiving region is 3.6 eV or more.
【００１７】上記課題を解決するための本発明に係る紫
外線受光素子の第七の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項７に記載の如く、上記第六の特徴構成に加え
て、前記受光領域の形成に係るＡｌＧａＮのバンドギャ
ップエネルギが４．０ｅＶ以下である点にある。A seventh characteristic constitution of the ultraviolet light receiving element according to the present invention for solving the above-mentioned problems is, in addition to the sixth characteristic constitution, as described in claim 7 of the scope of claims. The band gap energy of AlGaN for forming the light receiving region is 4.0 eV or less.
【００１８】上記課題を解決するための本発明に係る紫
外線受光素子の第八の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項８に記載の如く、上記第六の特徴構成に加え
て、前記受光領域の形成に係るＡｌＧａＮのバンドギャ
ップエネルギが４．１ｅＶ以上である点にある。An eighth characteristic configuration of the ultraviolet light receiving element according to the present invention for solving the above-mentioned problems is, in addition to the sixth characteristic configuration, as described in claim 8 of the scope of claims. The band gap energy of AlGaN for forming the light receiving region is 4.1 eV or more.
【００１９】上記課題を解決するための本発明に係る紫
外線受光素子の第九の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項９に記載の如く、上記第八の特徴構成に加え
て、前記受光領域の形成に係るＡｌＧａＮのバンドギャ
ップエネルギが４．３ｅＶ以上である点にある。A ninth characteristic constitution of the ultraviolet light receiving element according to the present invention for solving the above-mentioned problems is, in addition to the eighth characteristic constitution, as described in claim 9 of the scope of claims. The band gap energy of AlGaN for forming the light receiving region is 4.3 eV or more.
【００２０】上記課題を解決するための本発明に係る紫
外線受光素子の第十の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項１０に記載の如く、上記第九の特徴構成に加え
て、前記受光領域の形成に係るＡｌＧａＮのバンドギャ
ップエネルギが４．４ｅＶ以上である点にある。The tenth characteristic constitution of the ultraviolet light receiving element according to the present invention for solving the above-mentioned problems is, in addition to the ninth characteristic constitution, as described in claim 10 of the scope of claims, The band gap energy of AlGaN for forming the light receiving region is 4.4 eV or more.
【００２１】上記課題を解決するための本発明に係る紫
外線受光素子の第十一の特徴構成は、特許請求の範囲の
欄の請求項１１に記載の如く、上記第一から第十の特徴
構成に加えて、紫外線の検出対象波長域にある所定の第
１波長における第１感度の値が、前記第１波長よりも長
波長の波長３６０ｎｍにおける第２感度の値の１万倍以
上である点にある。The eleventh characteristic constitution of the ultraviolet light receiving element according to the present invention for solving the above-mentioned problems is the first to tenth characteristic constitution as described in claim 11 of the scope of the claims. In addition, the value of the first sensitivity at a predetermined first wavelength in the detection target wavelength range of ultraviolet rays is 10,000 times or more the value of the second sensitivity at a wavelength of 360 nm, which is a wavelength longer than the first wavelength. It is in.
【００２２】上記課題を解決するための本発明に係る紫
外線受光素子の第十二の特徴構成は、特許請求の範囲の
欄の請求項１２に記載の如く、上記第一から第十一の特
徴構成に加えて、前記デバイス層構造の光入射面側に、
入射光の光強度を干渉作用により減衰させる干渉層が設
けられてなる点にある。The twelfth characteristic constitution of the ultraviolet light receiving element according to the present invention for solving the above-mentioned problems is the above-mentioned first to eleventh characteristics as described in claim 12 of the claims. In addition to the configuration, on the light incident surface side of the device layer structure,
The point is that an interference layer that attenuates the light intensity of the incident light by an interference action is provided.
【００２３】上記課題を解決するための本発明に係る紫
外線受光素子の第十三の特徴構成は、特許請求の範囲の
欄の請求項１３に記載の如く、上記第十二の特徴構成に
加えて、前記干渉層は、ＡｌＮ層とＡｌＧａＮ層とが交
互に積層されてなる点にある。The thirteenth characteristic constitution of the ultraviolet light receiving element according to the present invention for solving the above-mentioned problems is, in addition to the twelfth characteristic constitution, as described in claim 13 of the scope of claims. The interference layer is formed by alternately stacking AlN layers and AlGaN layers.
【００２４】上記課題を解決するための本発明に係る紫
外線受光素子の第十四の特徴構成は、特許請求の範囲の
欄の請求項１４に記載の如く、上記第一から第十一の何
れかの特徴構成に加えて、前記デバイス層構造の光入射
面側に、前記デバイス層構造による入射光の反射率を低
減させる反射防止手段が設けられてなる点にある。A fourteenth characteristic constitution of an ultraviolet light receiving element according to the present invention for solving the above-mentioned problems is any one of the above-mentioned first to eleventh aspects, as described in claim 14 of the scope of claims. In addition to the above characteristic configuration, an antireflection means for reducing the reflectance of incident light due to the device layer structure is provided on the light incident surface side of the device layer structure.
【００２５】上記課題を解決するための本発明に係る紫
外線受光素子の第十五の特徴構成は、特許請求の範囲の
欄の請求項１５に記載の如く、上記第十四の特徴構成に
加えて、前記反射防止手段が、前記デバイス層構造の前
記光入射面よりも屈折率の小さい光透過層である点にあ
る。A fifteenth characteristic constitution of an ultraviolet light receiving element according to the present invention for solving the above-mentioned problems is, in addition to the above-mentioned fourteenth characteristic constitution, as described in claim 15 of the scope of claims. The antireflection means is a light transmitting layer having a smaller refractive index than the light incident surface of the device layer structure.
【００２６】以下に作用並びに効果を説明する。本発明
に係る紫外線受光素子の第一の特徴構成によれば、Ａｌ
ＧａＮと同等の格子定数を有するＺｒＢ2を基板材料に
採用したことで得られる効果に加えて、上述した従来の
受光素子の問題点を同時に解決できることを以下に説明
する。The operation and effect will be described below. According to the first characteristic configuration of the ultraviolet light receiving element of the present invention, Al
In addition to the effect obtained by adopting ZrB 2 having the same lattice constant as GaN as the substrate material, it will be explained below that the above-mentioned problems of the conventional light receiving element can be solved at the same time.
【００２７】まず、ＡｌＧａＮと同等の格子定数を有す
るＺｒＢ2を基板材料に採用したことで、基板の格子定
数（結晶成長面の格子間隔）とＡｌＧａＮの格子定数と
の間に差がある場合に生じる格子不整合による応力が成
膜中のＡｌＧａＮ層に加わることがなく、結晶品質の良
好な（つまり、欠陥密度が少ない）デバイス層構造を作
製することができる。First, when ZrB 2 having a lattice constant equivalent to that of AlGaN is adopted as the substrate material, when there is a difference between the lattice constant of the substrate (the lattice spacing of the crystal growth surface) and the lattice constant of AlGaN. A stress due to the generated lattice mismatch is not applied to the AlGaN layer during film formation, and a device layer structure with good crystal quality (that is, low defect density) can be manufactured.
【００２８】また、上述したように従来はデバイス層構
造の結晶品質を改善するために設けられていた結晶改善
層構造によって、デバイス層構造の下層（基板側）から
受光領域に光を入射させることができなかったが、本発
明に係る紫外線受光素子ではＺｒＢ2基板を使用するこ
とで上記結晶改善層構造が不要であるため、デバイス層
構造の下層（基板側）から受光領域に光を入射させるこ
ともできる。従って、複雑な成膜工程は不要であり、必
要最小限の半導体層を使用して受光素子を作製すること
ができる。Further, as described above, light is made incident on the light receiving region from the lower layer (substrate side) of the device layer structure by the crystal improving layer structure which has been conventionally provided to improve the crystal quality of the device layer structure. However, since the above-mentioned crystal improvement layer structure is not required in the ultraviolet light receiving element according to the present invention by using the ZrB 2 substrate, light is incident on the light receiving region from the lower layer (substrate side) of the device layer structure. You can also Therefore, a complicated film forming process is unnecessary, and the light receiving element can be manufactured using the minimum necessary semiconductor layer.
【００２９】更に、デバイス層構造の下層（基板側）或
いはショットキー電極側（デバイス層構造の上方）の何
れからも受光領域に光を入射させることができることか
ら、素子構造の設計の自由度が高いという利点がある。
特に、ショットキー電極に光透過性の材料を使う必要が
ないため、その電極材料の選択性が広がるという効果を
得ることができる。更に半導体層に対して厚い電極を形
成することが可能になることから、電極の面抵抗を低く
して、ショットキー接合面に対して一様な電界が印加さ
れるようなショットキーダイオード型の受光素子を形成
することができる。Further, since light can be incident on the light receiving region from either the lower layer of the device layer structure (substrate side) or the Schottky electrode side (above the device layer structure), the degree of freedom in designing the element structure is increased. It has the advantage of being expensive.
In particular, since it is not necessary to use a light-transmissive material for the Schottky electrode, it is possible to obtain the effect of increasing the selectivity of the electrode material. Furthermore, since it becomes possible to form a thick electrode for the semiconductor layer, the surface resistance of the electrode can be lowered, and a uniform electric field can be applied to the Schottky junction surface. A light receiving element can be formed.
【００３０】また、デバイス層構造の例としては、単層
のｎ型半導体（ＡｌＧａＮ）層上にショットキー電極が
接合されたショットキーダイオード型の素子や、ｎ型半
導体層上に他の半導体層が形成された多層構造の素子も
作製される。その例としては、ｎ−ＡｌＧａＮ層上にｎ
-−ＡｌＧａＮ層が積層され、ｎ−ＡｌＧａＮ層上に負
極（オーミック接触）が形成され、ｎ-−ＡｌＧａＮ層
上に正極（ショットキー接合）が形成されたような素子
がある。或いは、ｎ型半導体層を他の半導体層で挟んで
形成された多層構造の素子などがあり、結果として、Ａ
ｌＧａＮを含むｎ型半導体層を備えた様々な受光素子が
作製可能である。As an example of the device layer structure, a Schottky diode type element in which a Schottky electrode is joined to a single-layer n-type semiconductor (AlGaN) layer, or another semiconductor layer on the n-type semiconductor layer is used. A device having a multi-layer structure in which is formed is also manufactured. As an example thereof, n on the n-AlGaN layer is used.
- -AlGaN layer is laminated, n-AlGaN layer on the negative electrode (ohmic contact) is formed, n - -AlGaN layer on the positive electrode (Schottky junction) is an element, such as formed. Alternatively, there is a multilayer structure element in which an n-type semiconductor layer is sandwiched between other semiconductor layers, and as a result, A
Various light-receiving elements having an n-type semiconductor layer containing lGaN can be manufactured.
【００３１】本発明に係る紫外線受光素子の第二の特徴
構成によれば、ＺｒＢ2基板上にｎ型半導体層とｉ型半
導体層とを順次積層し、ｎ型半導体層上には負極をオー
ミック接触となるように形成し、ｉ型半導体層上には正
極をショットキー接合となるように形成することで、そ
のｉ型半導体層が受光領域として作用するようなショッ
トキーダイオード型の紫外線受光素子を構成することが
できる。According to the second characteristic constitution of the ultraviolet light receiving element of the present invention, the n-type semiconductor layer and the i-type semiconductor layer are sequentially laminated on the ZrB 2 substrate, and the negative electrode is ohmic on the n-type semiconductor layer. A Schottky diode type ultraviolet light receiving element in which the positive electrode is formed on the i-type semiconductor layer so as to form a Schottky junction so that the i-type semiconductor layer acts as a light receiving region. Can be configured.
【００３２】本発明に係る紫外線受光素子の第三の特徴
構成によれば、受光領域の光入射側の半導体層を、受光
領域で吸収されるべき波長域の光に対しては透明な光透
過窓として作用させることができるので、受光領域に到
達する光強度を大きく確保することができる。その結
果、光検出性能の良好な紫外線受光素子を構成すること
ができる。尚、受光領域がｐ型半導体層とｎ型半導体層
との界面の空乏層に形成される場合には、受光領域のバ
ンドギャップエネルギとその光入射側にあるｐ型半導体
層またはｎ型半導体層とのバンドギャップエネルギは同
じである。According to the third characteristic configuration of the ultraviolet light receiving element of the present invention, the semiconductor layer on the light incident side of the light receiving region is transparent to light in the wavelength range to be absorbed in the light receiving region. Since it can act as a window, a large intensity of light reaching the light receiving region can be secured. As a result, it is possible to construct an ultraviolet light receiving element having good light detection performance. When the light receiving region is formed in the depletion layer at the interface between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, the band gap energy of the light receiving region and the p-type semiconductor layer or the n-type semiconductor layer on the light incident side thereof. And have the same bandgap energy.
【００３３】本発明に係る紫外線受光素子の第四の特徴
構成によれば、受光領域に隣接する半導体層の厚さがキ
ャリアの拡散距離以上であることで、その半導体層をキ
ャリアのブロック層として作用させることができる。例
えば、多くの受光素子においては、本来の受光領域でな
い場所で光吸収が行われ、それによる光キャリアがノイ
ズとして観測されることがあり、具体的には、上記受光
領域に隣接する半導体層の外側に別の半導体層がある場
合には、その半導体層において光吸収が行われ、光キャ
リアが発生される場合がある。しかし、上記別の半導体
層と受光領域との間に拡散距離以上の間隔があること
で、上記別の半導体層において発生された光キャリアが
受光領域にまで到達することができず、結果的にノイズ
のレベルを下げることができる。従って、光検出性能の
良好な紫外線受光素子を提供することができる。According to the fourth characteristic constitution of the ultraviolet light receiving element of the present invention, since the thickness of the semiconductor layer adjacent to the light receiving region is equal to or more than the diffusion distance of carriers, the semiconductor layer serves as a carrier blocking layer. Can be operated. For example, in many light-receiving elements, light absorption may occur at a place other than the original light-receiving region, and optical carriers due to the light-absorption may be observed as noise. Specifically, in the semiconductor layer adjacent to the light-receiving region, When there is another semiconductor layer on the outer side, light absorption may occur in the semiconductor layer, and photocarriers may be generated. However, since there is a distance greater than the diffusion distance between the another semiconductor layer and the light receiving region, the photo carriers generated in the other semiconductor layer cannot reach the light receiving region, and as a result, The noise level can be lowered. Therefore, it is possible to provide an ultraviolet light receiving element having good light detection performance.
【００３４】本発明に係る紫外線受光素子の第五の特徴
構成によれば、導電性のあるＺｒＢ 2基板を用いて電極
を構成することができるので、半導体層と電極との間に
設けられていたコンタクト層などが不要になり、素子の
作製に当たって工程数を削減することができる。Fifth feature of ultraviolet light receiving element according to the present invention
According to the configuration, ZrB having conductivity is used. 2Electrode using substrate
Can be formed between the semiconductor layer and the electrode.
The contact layer that was provided is no longer necessary,
The number of manufacturing steps can be reduced.
【００３５】本発明に係る紫外線受光素子の第六の特徴
構成によれば、上記受光領域において３．６ｅＶ以上の
エネルギを有する光が吸収されることで、波長約３４４
ｎｍ（３．６ｅＶ）以下の波長の光、即ち、波長約３４
４ｎｍ以下の波長域に現れる火炎の光を上記受光領域に
よって選択的に検出することができる紫外線受光素子を
得ることができる。According to the sixth characteristic configuration of the ultraviolet light receiving element of the present invention, the light having the energy of 3.6 eV or more is absorbed in the light receiving region, whereby the wavelength of about 344 is obtained.
light having a wavelength of nm (3.6 eV) or less, that is, a wavelength of about 34
It is possible to obtain an ultraviolet light receiving element capable of selectively detecting flame light appearing in a wavelength range of 4 nm or less by the light receiving area.
【００３６】本発明に係る紫外線受光素子の第七の特徴
構成によれば、上記受光領域において３．６ｅＶ以上
４．０ｅＶ以下のエネルギを有する光が吸収されること
で、波長約３１０ｎｍ（４．０ｅＶ）〜３４４ｎｍ
（３．６ｅＶ）の範囲の波長の光、即ち、火炎の光の中
でも特に炭化水素を含む化合物を燃焼させた場合に観測
されるＯＨラジカルの発光に起因する発光ピークを良好
に検出することができる紫外線受光素子を得ることがで
きる。特に、紫外線受光素子の設置場所がエンジン内部
などの閉鎖された空間である場合には、屋外に設置され
た場合には同時に観測される各種照明機器からの室内光
や太陽光といった光が存在することがないため、火炎の
光のみを良好に検出することができる。According to the seventh characteristic configuration of the ultraviolet light receiving element of the present invention, the light having the energy of 3.6 eV or more and 4.0 eV or less is absorbed in the light receiving region, so that the wavelength is about 310 nm (4. 0 eV) to 344 nm
It is possible to satisfactorily detect the light having a wavelength in the range of (3.6 eV), that is, the light emission peak due to the light emission of the OH radical, which is observed when the compound containing the hydrocarbon is burned in the light of the flame. An ultraviolet light receiving element that can be obtained can be obtained. In particular, when the installation location of the ultraviolet light receiving element is a closed space such as the inside of the engine, when it is installed outdoors, there is light such as indoor light and sunlight from various lighting devices that are observed at the same time. Therefore, only the light of the flame can be satisfactorily detected.
【００３７】本発明に係る紫外線受光素子の第八の特徴
構成によれば、上記受光領域において４．１ｅＶ以上の
エネルギを有する光が吸収されることで、波長約３００
ｎｍ（４．１ｅＶ）以下の波長の光、即ち、火炎の光を
上記受光領域によって検出することができる紫外線受光
素子を得ることができる。更に、波長約３００ｎｍを超
える波長の光、即ち、各種照明機器などからの室内光に
対しては上記受光領域が感度を有さないので、火炎の光
に対して選択的に感度を有する紫外線受光素子を得るこ
とができる。According to the eighth characteristic structure of the ultraviolet light receiving element of the present invention, the light having the energy of 4.1 eV or more is absorbed in the light receiving region, so that the wavelength of about 300 is obtained.
It is possible to obtain an ultraviolet light receiving element capable of detecting light having a wavelength of nm (4.1 eV) or less, that is, light of flame, by the light receiving region. Further, since the above-mentioned light receiving region is not sensitive to light having a wavelength of more than about 300 nm, that is, indoor light from various lighting devices, the light receiving region is selectively sensitive to flame light. An element can be obtained.
【００３８】本発明に係る紫外線受光素子の第九の特徴
構成によれば、上記受光領域において４．３ｅＶ以上
（波長約２９０ｎｍ以下）のエネルギを有する光が吸収
されることで、紫外線受光素子に照射される光に太陽光
などの外乱光が含まれていたとしても、波長約２９０ｎ
ｍ以下では図２に示すようにそれらの外乱光の光強度が
非常に小さくなり、他方で火炎の光は大きいので、結果
として火炎の光が存在することを検知することができ
る。According to the ninth characteristic configuration of the ultraviolet light receiving element of the present invention, light having energy of 4.3 eV or more (wavelength of about 290 nm or less) is absorbed in the light receiving region, whereby the ultraviolet light receiving element is Even if the emitted light includes ambient light such as sunlight, the wavelength is about 290n.
Below m, the light intensity of the ambient light becomes very small as shown in FIG. 2, and the light of the flame is large on the other hand, and as a result, the presence of the light of the flame can be detected.
【００３９】本発明に係る紫外線受光素子の第十の特徴
構成によれば、上記受光領域において４．４ｅＶ以上の
エネルギを有する光が吸収されることで、波長約２８０
ｎｍ（４．４ｅＶ）以下の波長の光、即ち、火炎の光を
上記受光領域によって検出することができる紫外線受光
素子を得ることができる。更に、波長約２８０ｎｍを超
える波長の光、即ち、各種照明機器などからの室内光お
よび太陽光（自然光）に対しては上記受光領域が感度を
有さないので、火炎の光に対して選択的に感度を有する
紫外線受光素子を得ることができる。According to the tenth characteristic configuration of the ultraviolet light receiving element of the present invention, the light having the energy of 4.4 eV or more is absorbed in the light receiving region, so that the wavelength of about 280 is obtained.
It is possible to obtain an ultraviolet light receiving element capable of detecting light having a wavelength of nm (4.4 eV) or less, that is, light of flame, by the light receiving region. Further, since the light receiving region is not sensitive to light having a wavelength of more than about 280 nm, that is, indoor light and sunlight (natural light) from various lighting devices, it is selective to flame light. It is possible to obtain an ultraviolet light receiving element having high sensitivity.
【００４０】本発明に係る紫外線受光素子の第十一の特
徴構成によれば、三元混晶化合物であるＡｌＧａＮを含
む半導体層を備えて構成された紫外線受光素子を用いて
紫外線を検出する場合、検出対象波長範囲にある所定の
波長でのＡｌＧａＮの光吸収による感度（第１感度）
と、波長３６０ｎｍに現れるＧａＮの光吸収による感度
（第２感度）とが波長感度特性に現れるが、第１感度の
値が第２感度の値の１万倍以上であることで、検出対象
とする波長範囲にある紫外線に対して選択的に感度を有
するように構成することができる。具体的には、ＺｒＢ
2基板を用いたことで、ＡｌＧａＮの結晶品質が良好と
なり、ＡｌＧａＮに混在するＧａＮの量が少なくなるの
で、ＧａＮによる感度を小さくすることができる。その
結果、ＧａＮの感度によるノイズを非常に小さくするこ
とができるので、検出対象とする光が微弱であっても、
その光を感度良く検出することができる紫外線受光素子
を提供することができる。According to the eleventh characteristic configuration of the ultraviolet light receiving element according to the present invention, in the case of detecting the ultraviolet light using the ultraviolet light receiving element configured by including the semiconductor layer containing AlGaN which is a ternary mixed crystal compound. , Sensitivity due to optical absorption of AlGaN at a predetermined wavelength in the detection target wavelength range (first sensitivity)
And the sensitivity (second sensitivity) due to the light absorption of GaN that appears at a wavelength of 360 nm appear in the wavelength sensitivity characteristics. However, since the value of the first sensitivity is 10,000 times or more the value of the second sensitivity, It can be configured so as to have selective sensitivity to ultraviolet rays in the wavelength range. Specifically, ZrB
By using the two substrates, the crystal quality of AlGaN is improved and the amount of GaN mixed in AlGaN is reduced, so that the sensitivity of GaN can be reduced. As a result, the noise due to the sensitivity of GaN can be made extremely small, so that even if the light to be detected is weak,
It is possible to provide an ultraviolet light receiving element that can detect the light with high sensitivity.
【００４１】本発明に係る紫外線受光素子の第十二の特
徴構成によれば、光干渉層による干渉作用を利用して所
定の波長域の光を除去することができるので、紫外線受
光素子に照射された光を部分的に除去して受光領域に入
射させることができる。その結果、波長選択性の高い紫
外線受光素子を提供することができる。According to the twelfth characteristic structure of the ultraviolet light receiving element of the present invention, the light in the predetermined wavelength range can be removed by utilizing the interference effect of the optical interference layer, so that the ultraviolet light receiving element is irradiated. The emitted light can be partially removed and made incident on the light receiving region. As a result, it is possible to provide an ultraviolet light receiving element having high wavelength selectivity.
【００４２】本発明に係る紫外線受光素子の第十三の特
徴構成によれば、少なくとも上記ｎ型半導体層等と同様
の成膜プロセスを用いて光干渉層を形成することができ
るので、紫外線受光素子を形成するにあたっての工程数
を削減することができる。According to the thirteenth characteristic structure of the ultraviolet light receiving element of the present invention, since the light interference layer can be formed by using at least a film forming process similar to that of the n-type semiconductor layer, the ultraviolet light receiving element can be formed. The number of steps for forming the element can be reduced.
【００４３】本発明に係る紫外線受光素子の第十四の特
徴構成によれば、受光領域上の入射光側に反射防止手段
が設けられていることで、反射防止手段を設けていない
場合に比べて受光領域に入射される光量（エネルギ量）
を増大させることができる。その結果、受光領域におけ
る光電変換効率が増大されたことと等価であることか
ら、火炎からの光の強度が弱くても感度良く検出するこ
とができるか火炎センサを提供することができる。According to the fourteenth characteristic structure of the ultraviolet light receiving element of the present invention, since the antireflection means is provided on the incident light side on the light receiving region, the antireflection means is provided as compared with the case where no antireflection means is provided. Light amount (energy amount) incident on the light receiving area
Can be increased. As a result, the photoelectric conversion efficiency in the light receiving region is equivalent to that increased, so that it is possible to provide a flame sensor that can detect with high sensitivity even if the intensity of light from the flame is weak.
【００４４】本発明に係る紫外線受光素子の第十五の特
徴構成によれば、反射防止手段が、受光領域の屈折率よ
りも小さい屈折率を有する光透過層で構成されること
で、その光透過層の化学組成や膜厚などを調整すること
で、所望の屈折率を有する光透過層を容易に作製するこ
とができ、その結果、受光領域に対して良好に光を入射
させることができる。According to the fifteenth characteristic configuration of the ultraviolet light receiving element of the present invention, the antireflection means is composed of a light transmitting layer having a refractive index smaller than that of the light receiving region, and the light By adjusting the chemical composition and film thickness of the transmissive layer, a light transmissive layer having a desired refractive index can be easily produced, and as a result, light can be favorably incident on the light receiving region. .
【００４５】[0045]
【発明の実施の形態】図１（ａ）に示す紫外線受光素子
は、ＺｒＢ2基板１上に、ｎ型半導体層２と、ｎ-型半導
体層３とを順次積層して形成される。更に、ｎ型半導体
層２と、ｎ-型半導体層３とを図示するようにエッチン
グによって部分的に除去し、ｎ型半導体層２上の露出し
た部分に電極４が形成され、ｎ-型半導体層３上に電極
５が形成される。ここで、ｎ型半導体層２と電極４（負
電極）（Ｔｉ／Ａｌ／Ａｕ）との界面にはオーミック接
触が形成され、ｎ-型半導体層３と電極５（正電極）
（Ｎｉ／Ａｕ）との界面にはショットキー接合が形成さ
れている。図１（ａ）に示したショットキーダイオード
型の素子構造において、ｎ-型半導体層３は受光領域と
して作用する。また、受光領域（空乏層）がｎ型半導体
層２まで広がる場合もある。光は電極５側から入射さ
れ、その場合には電極５に透明電極を用いればよい。ま
た、光がｎ型半導体層２側から入射される場合には基板
１を除去すればよい。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The ultraviolet light receiving element shown in FIG. 1A is formed by sequentially stacking an n-type semiconductor layer 2 and an n -- type semiconductor layer 3 on a ZrB 2 substrate 1. Further, the n-type semiconductor layer 2, n - partially etched away so as to illustrate the type semiconductor layer 3, electrodes 4 on the exposed portion of the n-type semiconductor layer 2 is formed, n - -type semiconductor An electrode 5 is formed on the layer 3. Here, ohmic contact is formed at the interface between the n-type semiconductor layer 2 and the electrode 4 (negative electrode) (Ti / Al / Au), and the n − type semiconductor layer 3 and the electrode 5 (positive electrode).
A Schottky junction is formed at the interface with (Ni / Au). In the Schottky diode type element structure shown in FIG. 1A, the n − type semiconductor layer 3 acts as a light receiving region. Further, the light receiving region (depletion layer) may extend to the n-type semiconductor layer 2. Light enters from the electrode 5 side, and in that case, a transparent electrode may be used for the electrode 5. When light is incident from the n-type semiconductor layer 2 side, the substrate 1 may be removed.
【００４６】ここで、ｎ型半導体層２はｎ−ＡｌＧａＮ
（厚さ２μｍ）であり、ｎ-型半導体層３はｎ-−ＡｌＧ
ａＮ（厚さ２００ｎｍ）である。また、光は電極５側か
ら入射されるように設計される。上述したように、受光
領域（空乏層）がｎ型半導体層２にまで広がることもあ
る。尚、ｎ型半導体層２の厚さは、ｎ型半導体層３との
界面に形成される空乏層の厚さを除いた部分の厚さが、
キャリアの拡散距離以上となるように設定されている。
その結果、ｎ型半導体層２の基板１側において発生され
たキャリアが拡散したとしても、受光領域（空乏層）に
まで到達することはできない。ここで、キャリアの拡散
距離は半導体層の結晶品質が良好になれば（欠陥密度が
低くなれば）長くなる傾向にあるが、一般にＡｌＧａＮ
層中の正孔の拡散距離は約５０ｎｍであり、電子の拡散
距離は約１００ｎｍである。Here, the n-type semiconductor layer 2 is n-AlGaN.
(Thickness 2 μm), and the n − -type semiconductor layer 3 is n − −AlG
aN (thickness: 200 nm). Further, the light is designed to enter from the electrode 5 side. As described above, the light receiving region (depletion layer) may extend to the n-type semiconductor layer 2. The thickness of the n-type semiconductor layer 2 is the thickness of the portion excluding the thickness of the depletion layer formed at the interface with the n-type semiconductor layer 3,
It is set to be longer than the carrier diffusion distance.
As a result, even if the carriers generated on the substrate 1 side of the n-type semiconductor layer 2 diffuse, they cannot reach the light receiving region (depletion layer). Here, the diffusion length of carriers tends to be longer when the crystal quality of the semiconductor layer is good (when the defect density is lower), but in general, AlGaN is used.
The diffusion length of holes in the layer is about 50 nm, and the diffusion length of electrons is about 100 nm.
【００４７】図１（ｂ）に示すのは、図１（ａ）と同じ
くショットキーダイオード型の受光素子構造であるが、
ｎ-型半導体層３がｉ型半導体層６に置き換えられてい
る場合の例である。この場合には、ｉ型半導体層６が受
光領域として作用する。FIG. 1B shows a Schottky diode type light receiving element structure as in FIG. 1A.
In this example, the n − type semiconductor layer 3 is replaced with the i type semiconductor layer 6. In this case, the i-type semiconductor layer 6 acts as a light receiving region.
【００４８】上述のように図１（ａ）および図１（ｂ）
においては、ｎ型半導体層２を電極４に対するコンタク
ト層、並びにキャリアの拡散障壁層として作用させてい
る。他方で、ｎ型半導体層２を複数の半導体層を用いて
構成することもでき、例えば、コンタクト層であるｎ−
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層（厚さ２μｍ）と、拡散障壁層であ
るｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ｎ層（厚さ１μｍ）というアルミ
ニウム組成比の異なる別個の半導体層を積層して構成す
ることもできる。尚、拡散障壁層の厚さを１μｍとした
が、上述したようにキャリアの拡散距離以上の膜厚があ
ればよく、少なくとも１００ｎｍ以上の厚さに形成する
ことが好ましい。或いは、２００ｎｍ以上の厚さがあれ
ばキャリアが受光領域にまで拡散することを確実に防止
することができる。As described above, FIG. 1 (a) and FIG. 1 (b)
In the above, the n-type semiconductor layer 2 acts as a contact layer for the electrode 4 and a diffusion barrier layer for carriers. On the other hand, the n-type semiconductor layer 2 can be configured by using a plurality of semiconductor layers, for example, n-type which is a contact layer.
It is also possible to stack the Al 0.2 Ga 0.8 N layer (thickness: 2 μm) and the n-Al 0.4 Ga 0.6 N layer (thickness: 1 μm), which is a diffusion barrier layer, which are separate semiconductor layers having different aluminum composition ratios. . Although the thickness of the diffusion barrier layer is set to 1 μm, it is sufficient that the diffusion barrier layer has a film thickness equal to or larger than the carrier diffusion distance as described above, and it is preferable to form the diffusion barrier layer to have a thickness of at least 100 nm or more. Alternatively, if the thickness is 200 nm or more, it is possible to reliably prevent carriers from diffusing into the light receiving region.
【００４９】図２に示すのは、メタンを燃焼させた際に
発生する火炎の発光スペクトルと、太陽光のスペクトル
と、照明機器などによる室内光のスペクトルであり、そ
れぞれのスペクトルが互いに重なり合う部分が存在して
いる。火炎の発光スペクトルにはＯＨラジカルの発光に
起因する３１０ｎｍ付近のピークが最も大きく見られ、
そのピークのすそが波長約３４０ｎｍ付近にまで広がっ
ている。また、短波長側には波長約２７０ｎｍ付近の小
さなピークと、波長約２８０ｎｍ〜波長約３００ｎｍに
見られるピークとが存在する。従って、火炎の発光のみ
を感度良く検出するためには、紫外線受光素子において
吸収される光に含まれる火炎の光強度をできるだけ大き
くし、逆に吸収される光に含まれる太陽光および室内光
の光強度をできるだけ小さくすればよい。例えば、吸収
される光に含まれる火炎の光強度の割合を大きくするた
めに、上述したピーク波長付近に受光層のバンドギャッ
プエネルギを設定すること、或いは、紫外線受光素子の
光入射側に光フィルタを装着して太陽光や室内光を遮断
することなどが行われる。尚、ここに記載した火炎の発
光スペクトルにおけるピーク波長の値は燃焼されるガス
の成分などによってシフトすることもある。FIG. 2 shows an emission spectrum of a flame generated when methane is burned, a spectrum of sunlight, and a spectrum of room light generated by a lighting device or the like, and portions where the respective spectra overlap with each other. Existing. In the emission spectrum of the flame, the largest peak around 310 nm due to the emission of OH radicals is seen,
The bottom of the peak extends to around 340 nm. On the short wavelength side, there are a small peak near a wavelength of about 270 nm and a peak seen at a wavelength of about 280 nm to a wavelength of about 300 nm. Therefore, in order to detect only the light emission of the flame with high sensitivity, the light intensity of the flame contained in the light absorbed in the ultraviolet light receiving element should be made as large as possible, and conversely the sunlight and room light contained in the light absorbed should be The light intensity should be as low as possible. For example, in order to increase the ratio of the light intensity of the flame included in the absorbed light, the bandgap energy of the light receiving layer is set near the above-mentioned peak wavelength, or an optical filter is provided on the light incident side of the ultraviolet light receiving element. For example, it is worn to block sunlight and indoor light. The value of the peak wavelength in the emission spectrum of the flame described here may shift depending on the components of the burned gas.
【００５０】図３に示すのは、受光領域の材料であるＡ
ｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）においてアルミニウム組成
比を変化させた場合の格子定数の変化と、ＡｌＧａＮに
とっての結晶成長面となるＺｒＢ2表面の格子間隔を表
すグラフである。また、基板またはＡｌＧａＮの下地層
として使用される幾つかの材料（ＳｉＣおよびサファイ
ア：Ａｌ2Ｏ3）についても同様に結晶成長面の格子間隔
を図示する。図３から分かるように、ＳｉＣ、サファイ
ア：Ａｌ2Ｏ3などの材料とＡｌＧａＮとの間には格子定
数（格子間隔）に差が見られることから、それらの基板
上にＡｌＧａＮを成長させる際にはＡｌＧａＮに対して
応力が加わり、良好な結晶品質のＡｌＧａＮが得られな
いという問題が生じる。尚、従来はこの格子不整合を緩
和させるために、基板と受光層との間に結晶改善層構造
を挿入することを行っていた。この結晶改善層構造の例
としては、基板上に、低温堆積されたＡｌＮ層（バッフ
ァ層）と、ＧａＮ層とが形成されてなるシングルバッフ
ァ（ＳＢ）の構造と、基板上に、低温堆積されたＡｌＮ
層（バッファ層）と、ＧａＮ層と、低温堆積されたＡｌ
Ｎ層（インターレイヤー層）とが形成されてなるダブル
バッファ（ＤＢ）の構造などがある。FIG. 3 shows the material A of the light receiving region.
3 is a graph showing a change in lattice constant when the aluminum composition ratio is changed in l x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) and a lattice spacing of a ZrB 2 surface which is a crystal growth surface for AlGaN. Also, for some materials (SiC and sapphire: Al 2 O 3 ) used as a substrate or an underlayer of AlGaN, the lattice spacing of the crystal growth plane is similarly illustrated. As can be seen from FIG. 3, there is a difference in lattice constant (lattice spacing) between a material such as SiC and sapphire: Al 2 O 3 and AlGaN. Therefore, when growing AlGaN on those substrates, Causes a problem that stress is applied to AlGaN and AlGaN with good crystal quality cannot be obtained. Incidentally, conventionally, in order to alleviate this lattice mismatch, a crystal improving layer structure has been inserted between the substrate and the light receiving layer. As an example of this crystal improvement layer structure, a single buffer (SB) structure in which an AlN layer (buffer layer) deposited at a low temperature and a GaN layer are formed on a substrate, and a low temperature deposition on the substrate are performed. AlN
Layer (buffer layer), GaN layer, and low temperature deposited Al
There is a double buffer (DB) structure in which an N layer (interlayer layer) is formed.
【００５１】一方で、基板の材料にＺｒＢ2を使用した
場合には、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のアルミニウ
ム組成比ｘが、ｘ＝０．２９の付近で両者の格子定数が
同等になり、その結果、ＺｒＢ2基板上に堆積されたＡ
ｌＧａＮの結晶品質を良好なものとすることができる。On the other hand, when ZrB 2 is used as the material of the substrate, the aluminum composition ratio x of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) is around x = 0.29, both of them. The lattice constants are similar, and as a result, the A deposited on the ZrB 2 substrate
It is possible to improve the crystal quality of lGaN.
【００５２】図４に示すのは、幾つかの基板または下地
層上にアルミニウム組成比ｘの異なるＡｌxＧａ1-xＮ
（０≦ｘ≦１）を堆積させた場合の、ＡｌＧａＮ層にお
ける欠陥密度を示すグラフである。基板にＺｒＢ2を用
いた場合、上述したようにアルミニウム組成比ｘが、ｘ
＝０．２９の付近で両者の格子定数（格子間隔）が同等
になることから、アルミニウム組成比ｘがその付近にあ
る場合には欠陥密度が約１×１０6ｃｍ-2と非常に低く
なり、更にアルミニウム組成比ｘが０．２〜０．４の間
での欠陥密度も約１×１０6ｃｍ-2である。FIG. 4 shows that Al x Ga 1 -x N having different aluminum composition ratios x are formed on several substrates or underlayers.
It is a graph which shows the defect density in an AlGaN layer when (0 ≦ x ≦ 1) is deposited. When ZrB 2 is used for the substrate, the aluminum composition ratio x is x
= 0.29, the lattice constants (lattice spacing) of the two become equal, so when the aluminum composition ratio x is in the vicinity, the defect density becomes very low, about 1 × 10 6 cm -2. Further, the defect density when the aluminum composition ratio x is between 0.2 and 0.4 is about 1 × 10 6 cm -2 .
【００５３】他方で、上述した結晶改善層構造上にＡｌ
ＧａＮ層を堆積させた場合のグラフを示す。例として、
上述したシングルバッファ（ＳＢ）の結晶改善層構造上
にＡｌＧａＮ層を堆積させた場合と、ダブルバッファ
（ＤＢ）の結晶改善層構造上にＡｌＧａＮ層を堆積させ
た場合とを示すが、図中からは、シングルバッファ層構
造およびダブルバッファ層構造上に成長させたとして
も、例えば、アルミニウム組成比ｘが０．２以上の場合
にはＡｌＧａＮ層の欠陥密度は約６×１０9ｃｍ-2程度
であり、ＺｒＢ2基板を用いた場合に比べて非常に大き
いことが分かる。On the other hand, Al is formed on the crystal improving layer structure described above.
The graph when depositing a GaN layer is shown. As an example,
The case where the AlGaN layer is deposited on the above-mentioned single buffer (SB) crystal improving layer structure and the case where the AlGaN layer is deposited on the double buffer (DB) crystal improving layer structure are shown. Even when grown on the single buffer layer structure and the double buffer layer structure, for example, when the aluminum composition ratio x is 0.2 or more, the defect density of the AlGaN layer is about 6 × 10 9 cm −2 . Therefore, it is understood that it is much larger than the case where the ZrB 2 substrate is used.
【００５４】図５に示すように、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦
ｘ≦１）のバンドギャップエネルギはアルミニウム組成
比ｘの変化に伴って変化し、欠陥密度が非常に低くなる
場合のアルミニウム組成比ｘ＝０．２９の付近でのバン
ドギャップエネルギが約４．２ｅＶ（波長約２９５ｎ
ｍ）になる。従って、紫外線受光素子として使用するの
に最適な値となり、更には火炎センサとして使用する場
合により最適になる。以上のように、図４および図５か
らＺｒＢ2基板を使用することで、その上方に形成され
るＡｌＧａＮの結晶品質が良好になり、更には紫外線受
光素子として使用する際に特に結晶品質の良好なＡｌＧ
ａＮ層を得ることができるという複合的な効果を同時に
得ることができる。As shown in FIG. 5, Al x Ga 1-x N (0≤
The bandgap energy of x ≦ 1) changes with the change of the aluminum composition ratio x, and the bandgap energy near the aluminum composition ratio x = 0.29 when the defect density becomes very low is about 4.2 eV. (Wavelength about 295n
m). Therefore, the value is optimal for use as an ultraviolet light receiving element, and more optimal for use as a flame sensor. As described above, by using the ZrB 2 substrate as shown in FIGS. 4 and 5, the crystal quality of AlGaN formed above the ZrB 2 substrate is good, and particularly when it is used as an ultraviolet light receiving element, the crystal quality is good. Na AlG
The combined effect of being able to obtain the aN layer can be obtained at the same time.
【００５５】以下には、受光領域のバンドギャップエネ
ルギについて説明する。紫外線受光素子に波長選択性を
持たせるためには、受光領域（ＡｌxＧａ1-xＮ）におけ
るＡｌの組成比を調整して、そのバンドギャップエネル
ギを所望の値に設定することが行われる。例えば、波長
約３４４ｎｍ以下の波長域に広がる検出対象波長域にあ
る火炎の光を選択的に受光することのできる火炎センサ
を作製したい場合には、受光領域のバンドギャップエネ
ルギが３．６ｅＶ以上となるようにアルミニウム組成比
ｘ＝０．０５、或いはそれ以上とすればよい。或いは、
約３００ｎｍ以上の波長域に含まれる、各種照明機器か
らの光（室内光）を受光せずに、検出対象波長域にある
火炎の光を受光するような火炎センサを作製したい場合
には、受光領域のバンドギャップエネルギが４．１ｅＶ
以上となるようにアルミニウム組成比ｘ＝０．２５、或
いはそれ以上とすればよい。また或いは、約２８０ｎｍ
以上の波長域に含まれる、太陽光からの光を受光せず
に、検出対象波長域にある火炎の光のみを受光するよう
な火炎センサを作製したい場合には、受光領域のバンド
ギャップエネルギが４．４ｅＶ以上となるようにアルミ
ニウム組成比ｘ＝０．３７、或いはそれ以上とすればよ
い。The band gap energy of the light receiving region will be described below. In order to provide the ultraviolet light receiving element with wavelength selectivity, the composition ratio of Al in the light receiving region (Al x Ga 1 -x N) is adjusted to set the band gap energy to a desired value. . For example, when it is desired to manufacture a flame sensor capable of selectively receiving the light of the flame in the detection target wavelength range extending to the wavelength range of about 344 nm or less, the bandgap energy of the light receiving region is 3.6 eV or more. Therefore, the aluminum composition ratio x may be 0.05 or more. Alternatively,
If you want to make a flame sensor that does not receive the light (indoor light) from various lighting devices included in the wavelength range of about 300 nm or more, Bandgap energy of the region is 4.1 eV
As described above, the aluminum composition ratio x may be set to x = 0.25 or more. Alternatively, about 280 nm
If you want to make a flame sensor that receives only the light of the flame in the detection target wavelength range without receiving the light from sunlight included in the above wavelength range, the bandgap energy of the light receiving area is The aluminum composition ratio x should be set to 0.37 or more so as to be 4.4 eV or more.
【００５６】或いは、弱い光強度であれば太陽光などの
外乱光が受光領域において吸収されても構わない場合に
は、受光領域のバンドギャップエネルギが４．３ｅＶ以
上（波長約２９０ｎｍ以下）となるようにアルミニウム
組成比ｘ＝０．３１、或いはそれ以上とすればよい。波
長約２９０ｎｍ以下では図２に示すようにそれらの外乱
光の光強度が非常に小さくなり、他方で火炎の光は大き
いので、結果として火炎の光が存在することを検知する
ことができる。Alternatively, if ambient light such as sunlight may be absorbed in the light-receiving region as long as the light intensity is weak, the bandgap energy of the light-receiving region is 4.3 eV or more (wavelength of about 290 nm or less). Thus, the aluminum composition ratio x should be 0.31 or higher. At a wavelength of about 290 nm or less, the light intensity of the ambient light becomes very small as shown in FIG. 2, and the light of the flame is large on the other hand, and as a result, the presence of the light of the flame can be detected.
【００５７】更に、紫外線受光素子がエンジン内部など
の閉鎖空間に設置され、そこで燃焼される燃料の発光を
検出したい場合には、上述した室内光や太陽光が存在し
ないため、それらを排除するような大きいバンドギャッ
プエネルギを設定する必要はない。そのため、検出対象
波長域にある火炎の光の中でも特に炭化水素を含む化合
物（エンジンで燃焼される燃料）を燃焼させた場合に観
測されるＯＨラジカルの発光に起因する発光ピーク（波
長約３１０ｎｍ（３１０ｎｍ±１０ｎｍ）：４．０ｅ
Ｖ）の光（波長３１０ｎｍ以上３４４ｎｍ以下の火炎の
光）を選択的に受光することのできる紫外線受光素子を
作製した場合には、受光領域のバンドギャップエネルギ
が３．６ｅＶ以上４．０ｅＶ以下となるように、アルミ
ニウム組成比ｘを０．０５以上０．２３以下とすればよ
い。Further, when the ultraviolet light receiving element is installed in a closed space such as the inside of the engine and it is desired to detect the light emission of the fuel burned therein, the above-mentioned room light and sunlight do not exist, so those should be excluded. It is not necessary to set a very large bandgap energy. Therefore, the emission peak (wavelength of about 310 nm (wavelength about 310 nm (wavelength approximately 310 nm ( 310 nm ± 10 nm): 4.0 e
V) (light having a wavelength of 310 nm or more and 344 nm or less) is selectively received, the bandgap energy of the light receiving region is 3.6 eV or more and 4.0 eV or less. As described above, the aluminum composition ratio x may be 0.05 or more and 0.23 or less.
【００５８】以上のような紫外線受光素子を形成した場
合、検出対象波長範囲にある所定の波長でのＡｌＧａＮ
の光吸収による感度（第１感度）と、波長３６０ｎｍに
現れるＧａＮの光吸収による感度（第２感度）とが波長
感度特性に現れるが、第１感度の値が第２感度の値の１
万倍以上であることで、検出対象とする波長範囲にある
紫外線に対して選択的に感度を有するように構成するこ
とができる。具体的には、ＺｒＢ2基板を用いたこと
で、ＡｌＧａＮの結晶品質が良好となり、ＡｌＧａＮに
混在するＧａＮの量が少なくなるので、ＧａＮによる感
度を小さくすることができる。その結果、ＧａＮの感度
によるノイズを非常に小さくすることができるので、検
出対象とする光（例えば火炎の光）が微弱であっても、
その光を感度良く検出することができる紫外線受光素子
を提供することができる。When the ultraviolet light receiving element as described above is formed, AlGaN at a predetermined wavelength within the detection target wavelength range is formed.
The sensitivity due to the optical absorption of light (first sensitivity) and the sensitivity due to the light absorption of GaN appearing at a wavelength of 360 nm (second sensitivity) appear in the wavelength sensitivity characteristics, but the value of the first sensitivity is 1 of the value of the second sensitivity.
When it is 10,000 times or more, it can be configured to selectively have sensitivity to ultraviolet rays in the wavelength range to be detected. Specifically, by using the ZrB 2 substrate, the crystal quality of AlGaN is improved and the amount of GaN mixed in AlGaN is reduced, so that the sensitivity of GaN can be reduced. As a result, the noise due to the sensitivity of GaN can be made extremely small, so that even if the light to be detected (for example, flame light) is weak,
It is possible to provide an ultraviolet light receiving element that can detect the light with high sensitivity.
【００５９】図６は、干渉層を備えた紫外線受光素子の
例である。干渉層以外の素子構造は図１（ａ）および図
１（ｂ）に示した素子構造と同様である。ここで、干渉
層は光透過性のＡｌＮ層７とＡｌＧａＮ層８とを交互に
積層して形成され、既存の多層膜フィルタの原理と同様
に、ＡｌＮ層７とＡｌＧａＮ層８との界面における干渉
作用を使用して、所定の波長の光強度を減衰させること
が行われる。その結果、波長選択性の高い紫外線受光素
子を提供することができる。尚、光を基板１側から入射
させる場合には、ＺｒＢ2基板１を挟んで受光素子構造
と対向する位置に上記干渉層を作製すればよい。この場
合、ＺｒＢ2基板を部分的に除去し、そこに干渉層を設
けて光の通り道とする構成も採ることができる。ここ
で、上記ＡｌＮ層７および上記ＡｌＧａＮ層８の一部ま
たは全部は低温堆積させて形成されており、その結果、
干渉層が割れ難くなるなどの効果を得ることもできる。FIG. 6 shows an example of an ultraviolet light receiving element having an interference layer. The element structure other than the interference layer is the same as the element structure shown in FIGS. 1A and 1B. Here, the interference layer is formed by alternately stacking a light-transmissive AlN layer 7 and an AlGaN layer 8, and the interference at the interface between the AlN layer 7 and the AlGaN layer 8 is similar to the principle of the existing multilayer film filter. The effect is used to attenuate the light intensity of a given wavelength. As a result, it is possible to provide an ultraviolet light receiving element having high wavelength selectivity. When light is incident from the substrate 1 side, the interference layer may be formed at a position facing the light receiving element structure with the ZrB 2 substrate 1 interposed therebetween. In this case, the ZrB 2 substrate may be partially removed, and an interference layer may be provided on the ZrB 2 substrate to provide a light path. Here, a part or all of the AlN layer 7 and the AlGaN layer 8 are formed by low temperature deposition, and as a result,
It is also possible to obtain the effect that the interference layer is less likely to be broken.
【００６０】図７は、反射防止手段である光透過層９を
備えた紫外線受光素子の例である。干渉層以外の素子構
造は図１（ａ）および図１（ｂ）に示した素子構造と同
様である。この光透過層９は、図６を参照して説明した
素子構造において干渉層が設けられていた部位に形成さ
れている。尚、ここで使用した光透過層９はＡｌＮであ
るが、他にもＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）において原
子の組成を異ならせ、その屈折率が調整されたものも使
用することができる。或いは、弗化マグネシウム（Ｍｇ
Ｆ2）、弗化カルシウム（ＣａＦ2）、二酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ2）等を用いることができる。尚、ＡｌxＧａ1-xＮを
用いた場合には、各半導体層と同じ成膜プロセスにおい
て作製できるという利点がある。FIG. 7 shows an example of an ultraviolet light receiving element having a light transmitting layer 9 which is an antireflection means. The element structure other than the interference layer is the same as the element structure shown in FIGS. 1A and 1B. The light transmitting layer 9 is formed at the portion where the interference layer was provided in the element structure described with reference to FIG. The light transmission layer 9 used here is AlN, but in addition, there is also a layer in which the atomic composition of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) is changed and the refractive index thereof is adjusted. Can be used. Alternatively, magnesium fluoride (Mg
F 2 ), calcium fluoride (CaF 2 ), silicon dioxide (Si
O 2 ) or the like can be used. In addition, when Al x Ga 1-x N is used, there is an advantage that it can be manufactured in the same film forming process as each semiconductor layer.
【００６１】図中では、空気中の屈折率をｎ0、光透過
層９の屈折率をｎ1（ｎ1＞ｎ0）、ｎ -型半導体層３の屈
折率をｎ2（ｎ2＞ｎ1）としている。尚、電極５におけ
る光の屈折はここでは無視する。In the figure, the refractive index in air is n0, Light transmission
The refractive index of the layer 9 is n1(N1> N0), N -Of the semiconductor layer 3
Folding rate is n2(N2> N1). In addition, in electrode 5
The refraction of light is ignored here.
【００６２】ｎ-型半導体層３と光透過層９が設けら
れ、上記光透過層９が空気中に露出している場合と、光
透過層９が設けられておらず、ｎ-型半導体層３が空気
中に露出している場合の２例について、ｎ-型半導体層
３に垂直に入射する入射光に対する反射率Ｒ1（ｎ-型半
導体層３と光透過層９が設けられ、上記光透過層９が空
気中に露出している場合）およびＲ2（光透過層９が設
けられておらず、ｎ-型半導体層３が空気中に露出して
いる場合）を以下の数１および数２に示す。尚、ｎ 0、
ｎ1、ｎ2はそれぞれ、空気中、光透過層中、受光層中の
屈折率である。ここで、光透過層９の膜厚ｄ9は、入射
光の四分の一波長を自身の屈折率で割った値：ｄ9＝λ
（入射光）／４ｎ1に設定される。尚、入射光の波長と
は、透過させたい光の波長であり、例えば、２６０ｎｍ
〜２８０ｎｍの波長である。N-The type semiconductor layer 3 and the light transmission layer 9 are provided.
When the light transmission layer 9 is exposed to the air,
The transparent layer 9 is not provided, and n-Type semiconductor layer 3 is air
About 2 cases of exposed inside, n-Type semiconductor layer
Reflectivity R for incident light that is vertically incident on 31(N-Mold half
The conductor layer 3 and the light transmission layer 9 are provided, and the light transmission layer 9 is empty.
If exposed in the air) and R2(The light transmission layer 9 is provided
Not kicked, n-The type semiconductor layer 3 is exposed in the air
(If present) is shown in the following Equations 1 and 2. Note that n 0,
n1, N2Are respectively in air, in the light transmitting layer, and in the light receiving layer.
Is the refractive index. Here, the film thickness d of the light transmission layer 99Is incident
Value obtained by dividing the quarter wavelength of light by its own refractive index: d9= Λ
(Incident light) / 4n1Is set to. The wavelength of the incident light
Is a wavelength of light to be transmitted, for example, 260 nm
~ 280 nm wavelength.
【００６３】[0063]
【数１】光透過層９が設けられている場合 Ｒ1＝（ｎ0・ｎ2−ｎ1）2／（ｎ0・ｎ2＋ｎ1）2 ## EQU1 ## When the light transmitting layer 9 is provided R 1 = (n 0 .n 2 -n 1 ) 2 / (n 0 .n 2 + n 1 ) 2
【００６４】[0064]
【数２】光透過層９が設けられていない場合 Ｒ2＝（ｎ0−ｎ2）2／（ｎ0＋ｎ2）2 ## EQU2 ## In the case where the light transmission layer 9 is not provided, R 2 = (n 0 −n 2 ) 2 / (n 0 + n 2 ) 2
【００６５】例えば、ｎ-型半導体層３におけるＡｌと
Ｇａとの組成比ｘが０．３５で、光透過層９がＡｌＮで
ある場合、各屈折率はｎ0＝１．０、ｎ0＝２．２２、ｎ
0＝２．７となる。更に、光透過層９の層厚は、入射光
の四分の一波長を光透過層９の屈折率で除算した値、即
ち０．４ｎｍとする。尚、ｎ-型半導体層３と光透過層
９の屈折率は概算値である。以上のことから、光透過層
９を設けた場合の反射率Ｒ1と、設けなかった場合の反
射率Ｒ2とは、それぞれＲ1＝８．５％、Ｒ2＝２１．１
％となる。従って、光透過層９を設けた場合は、設けな
かった場合に比べて光導電作用に寄与する光エネルギは
約１６％増加することになり、実効的に紫外線受光素子
の光電変換効率を約１６％増大させることができたこと
になる。尚、干渉層を設けた場合と同様に、ＺｒＢ2基
板１側に光透過層９を設けることもできる。For example, when the composition ratio x of Al and Ga in the n − type semiconductor layer 3 is 0.35 and the light transmission layer 9 is AlN, the respective refractive indices are n 0 = 1.0 and n 0 = 2.22, n
0 = 2.7. Further, the layer thickness of the light transmitting layer 9 is a value obtained by dividing a quarter wavelength of incident light by the refractive index of the light transmitting layer 9, that is, 0.4 nm. The refractive indices of the n − type semiconductor layer 3 and the light transmitting layer 9 are approximate values. From the above, the reflectance R 1 when the light transmission layer 9 is provided and the reflectance R 2 when not provided are R 1 = 8.5% and R 2 = 21.1, respectively.
%. Therefore, when the light transmission layer 9 is provided, the light energy contributing to the photoconductive action is increased by about 16% as compared with the case where it is not provided, and the photoelectric conversion efficiency of the ultraviolet light receiving element is effectively increased by about 16%. It means that we have been able to increase it. The light transmission layer 9 may be provided on the ZrB 2 substrate 1 side as in the case where the interference layer is provided.
【００６６】また、上述の実施形態において説明した具
体的な材料には不純物が含まれる場合もあり、例えば、
ＡｌＧａＮ層にＩｎが含まれる場合もある。他にも、Ａ
ｌＧａＮ層との間で格子整合がとれるのであれば、Ｚｒ
Ｂ2基板に不純物が含まれていても良い。Further, the specific material described in the above embodiment may contain impurities, and for example,
In some cases, the AlGaN layer contains In. Besides, A
If a lattice match with the lGaN layer can be achieved, Zr
The B 2 substrate may contain impurities.
【図１】紫外線受光素子の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an ultraviolet light receiving element.
【図２】火炎の光、太陽光、および室内光のスペクトル
を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing spectra of flame light, sunlight, and room light.
【図３】ＡｌＧａＮとＺｒＢ2の格子定数を示すグラフ
である。FIG. 3 is a graph showing lattice constants of AlGaN and ZrB 2 .
【図４】ＡｌＧａＮ層における欠陥密度を示すグラフで
ある。FIG. 4 is a graph showing a defect density in an AlGaN layer.
【図５】ＡｌＧａＮのバンドギャップエネルギを示すグ
ラフである。FIG. 5 is a graph showing the band gap energy of AlGaN.
【図６】干渉層が設けられた紫外線受光素子の構成図で
ある。FIG. 6 is a configuration diagram of an ultraviolet light receiving element provided with an interference layer.
【図７】反射防止手段が設けられた紫外線受光素子の構
成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of an ultraviolet light receiving element provided with antireflection means.
１ 基板 ２ ｎ型半導体層 ３ ｎ型半導体層（受光層） ４ 電極 ５ 電極 ６ ｉ型半導体層（受光層） ７ ＡｌＮ層（干渉層） ８ ＡｌＧａＮ層（干渉層） ９ 光透過層（反射防止手段） 1 substrate 2 n-type semiconductor layer 3 n-type semiconductor layer (light-receiving layer) 4 electrodes 5 electrodes 6 i-type semiconductor layer (light-receiving layer) 7 AlN layer (interference layer) 8 AlGaN layer (interference layer) 9 Light transmission layer (antireflection means)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市天白区塩釜口１―501 名 城大学理工学部内 (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市天白区塩釜口１―501 名 城大学理工学部内 Ｆターム(参考） 4M104 AA03 AA04 BB05 BB14 CC01 CC03 GG05 5F049 MA05 MB07 NA05 NA10 NA20 NB10 QA20 SS01 SZ01 SZ06 SZ08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Hiroshi Amano 1-501 Shiogamaguchi, Tenpaku-ku, Nagoya-shi, Aichi Faculty of Science and Engineering, Jojo University (72) Inventor Isamu Akasaki 1-501 Shiogamaguchi, Tenpaku-ku, Nagoya-shi, Aichi Faculty of Science and Engineering, Jojo University F term (reference) 4M104 AA03 AA04 BB05 BB14 CC01 CC03 GG05 5F049 MA05 MB07 NA05 NA10 NA20 NB10 QA20 SS01 SZ01 SZ06 SZ08
Claims (15)
導体層を積層してなるデバイス層構造が形成されてなる
紫外線受光素子であって、 前記半導体層の１つがＡｌＧａＮを含むｎ型半導体層で
あり、受光領域が前記半導体層の１つに形成され、前記
受光領域を挟んで電界を印加可能な正極および負極を前
記デバイス層構造の所定部位に備えてなり、前記正極が
前記デバイス層構造に対してショットキー接合を形成し
ている紫外線受光素子。1. An ultraviolet light receiving element having a device layer structure formed by laminating a single or a plurality of semiconductor layers on a ZrB 2 substrate, wherein one of the semiconductor layers is an n-type semiconductor layer containing AlGaN. A light-receiving region is formed in one of the semiconductor layers, and a positive electrode and a negative electrode capable of applying an electric field across the light-receiving region are provided at predetermined portions of the device layer structure, and the positive electrode is the device layer structure. Ultraviolet light receiving element forming a Schottky junction with the.
ｉ型半導体層を備えてなり、前記ｉ型半導体層が前記受
光領域を形成する請求項１に記載の紫外線受光素子。2. The ultraviolet light receiving element according to claim 1, wherein the device layer structure comprises an i-type semiconductor layer containing AlGaN, and the i-type semiconductor layer forms the light receiving region.
導体層のバンドギャップエネルギが、前記受光領域のバ
ンドギャップエネルギ以上である請求項１または請求項
２に記載の紫外線受光素子。3. The ultraviolet light receiving element according to claim 1, wherein the band gap energy of the semiconductor layer adjacent to the light incident surface side of the light receiving region is not less than the band gap energy of the light receiving region.
が、その半導体層中のキャリアの拡散距離以上である請
求項１から請求項３の何れか１項に記載の紫外線受光素
子。4. The ultraviolet light receiving element according to claim 1, wherein the thickness of the semiconductor layer adjacent to the light receiving region is equal to or more than the diffusion distance of carriers in the semiconductor layer.
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の紫外線受光
素子。5. The ultraviolet light receiving element according to claim 1, wherein the ZrB 2 substrate constitutes the negative electrode.
バンドギャップエネルギが３．６ｅＶ以上である請求項
１から請求項５の何れか１項に記載の紫外線受光素子。6. The ultraviolet light receiving element according to claim 1, wherein the bandgap energy of AlGaN for forming the light receiving region is 3.6 eV or more.
バンドギャップエネルギが４．０ｅＶ以下である請求項
６に記載の紫外線受光素子。7. The ultraviolet light receiving element according to claim 6, wherein the bandgap energy of AlGaN used for forming the light receiving region is 4.0 eV or less.
バンドギャップエネルギが４．１ｅＶ以上である請求項
６に記載の紫外線受光素子。8. The ultraviolet light receiving element according to claim 6, wherein the bandgap energy of AlGaN used for forming the light receiving region is 4.1 eV or more.
バンドギャップエネルギが４．３ｅＶ以上である請求項
８に記載の紫外線受光素子。9. The ultraviolet light receiving element according to claim 8, wherein the band gap energy of AlGaN used for forming the light receiving region is 4.3 eV or more.
のバンドギャップエネルギが４．４ｅＶ以上である請求
項９に記載の紫外線受光素子。10. AlGaN for forming the light receiving region
10. The ultraviolet light receiving element according to claim 9, wherein the bandgap energy of is not less than 4.4 eV.
第１波長における第１感度の値が、前記第１波長よりも
長波長の波長３６０ｎｍにおける第２感度の値の１万倍
以上である請求項１から請求項１０の何れか１項に記載
の紫外線受光素子。11. The value of the first sensitivity at a predetermined first wavelength in the ultraviolet detection target wavelength range is 10,000 times or more the value of the second sensitivity at a wavelength of 360 nm, which is a wavelength longer than the first wavelength. The ultraviolet light receiving element according to any one of claims 1 to 10.
入射光の光強度を干渉作用により減衰させる干渉層が設
けられてなる請求項１から請求項１１の何れか１項に記
載の紫外線受光素子。12. The light incident surface side of the device layer structure,
The ultraviolet light receiving element according to claim 1, further comprising an interference layer that attenuates the light intensity of incident light by an interference effect.
層とが交互に積層されてなる請求項１２に記載の紫外線
受光素子。13. The interference layer comprises an AlN layer and an AlGaN layer.
The ultraviolet light receiving element according to claim 12, wherein layers are alternately laminated.
前記デバイス層構造による入射光の反射率を低減させる
反射防止手段が設けられてなる請求項１から請求項１１
の何れか１項に記載の紫外線受光素子。14. The light incident surface side of the device layer structure,
The antireflection means for reducing the reflectance of incident light due to the device layer structure is provided.
7. The ultraviolet light receiving element according to any one of 1.
構造の前記光入射面よりも屈折率の小さい光透過層であ
る請求項１４に記載の紫外線受光素子。15. The ultraviolet light receiving element according to claim 14, wherein the antireflection means is a light transmitting layer having a refractive index smaller than that of the light incident surface of the device layer structure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001387965A JP2003188408A (en) | 2001-12-20 | 2001-12-20 | Ultraviolet ray receiving element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001387965A JP2003188408A (en) | 2001-12-20 | 2001-12-20 | Ultraviolet ray receiving element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003188408A true JP2003188408A (en) | 2003-07-04 |
Family
ID=27596634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001387965A Pending JP2003188408A (en) | 2001-12-20 | 2001-12-20 | Ultraviolet ray receiving element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003188408A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100369271C (en) * | 2004-04-07 | 2008-02-13 | 中国科学院半导体研究所 | Barrier height reinforced ultraviolet detector with gallium nitride schottky and production thereof |
| CN102832286A (en) * | 2012-09-12 | 2012-12-19 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | Two-operation-mode ultraviolet detector with vertical structure and preparation method thereof |
-
2001
- 2001-12-20 JP JP2001387965A patent/JP2003188408A/en active Pending
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| CN100369271C (en) * | 2004-04-07 | 2008-02-13 | 中国科学院半导体研究所 | Barrier height reinforced ultraviolet detector with gallium nitride schottky and production thereof |
| CN102832286A (en) * | 2012-09-12 | 2012-12-19 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | Two-operation-mode ultraviolet detector with vertical structure and preparation method thereof |
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