JP4465941B2 - 紫外線受光素子 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線受光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球の環境問題のうち、大きな問題の一つとして、オゾン層の破壊による地表面での紫外線量の増加が挙げられる。特にオゾン層のオゾンが減少することにより、地表面での３３０ｎｍ以下の波長域の紫外線量の増加が顕著になる。このような紫外線の増加は皮膚ガンの発生、ＤＮＡの損傷による光過敏症の増大、光老化など、人間の健康に重大な影響を及ぼす。例えば、ＵＶ−Ｂと呼ばれる高エネルギーの３２０ｎｍ以下の短波長域の紫外線は、ＤＮＡの破壊などを引き起こし皮膚にさまざまな障害を与えることが知られている。また、ＵＶ−Ａと呼ばれる３２０ｎｍより長波長域の紫外線は、しみ、そばかす、しわなどを皮膚に発生させるため、美容上好ましくない。このため、広い波長範囲での紫外線の測定が必要とされている。
【０００３】
このような紫外線の測定は、従来の紫外線受光素子を用いた紫外線検出センサーではバンドパスフィルターを用いて行われている。このバンドパスフィルターは多層膜による多重反射により紫外線から可視光線の波長域の透過度を制御するものである。一般的に約４００ｎｍ以下の紫外線領域も含む短波長領域に透過領域を有するバンドパスフィルターでは、二次光として約４００ｎｍ〜８００ｎｍの長波長領域にも透過域がある。従って、紫外線領域の波長だけを選択的に検出しようとすると、前記バンドパスフィルターに、更に可視光域の波長をカットするバンドパスフィルターを重ねて用いる必要がある。しかし、可視光域の波長をカットするバンドパスフィルターでは長波長側の紫外線を透過することはできないため、これらのバンドパスフィルターを組合せて紫外線領域の波長のみを選択的に透過させることは困難であった。さらに、上記したように複数のバンドパスフィルターを組合せて用いるため、紫外線検出素子の構成が複雑化、大型化してしまうという欠点があった。
【０００４】
また、当該バンドパスフィルターを用いた従来の紫外線受光素子では、入射角による波長透過域の変動が大きく、正確に紫外線を測定することは困難であった。さらに、従来の紫外線受光素子では、その受光面に対する紫外光の入射角度依存性（検出される紫外線の強度が受光面に対する入射角θのｃｏｓ則からずれること）が大きかった。このため、前記受光面に対して紫外光がほぼ垂直に入射できるように、該受光面上に導波路を設けることが必要であった。しかし、この受光面上への導波路の設置は、紫外線受光素子の受光部を大きくしてしまうという欠点があった。さらに、受光面に対して低角度で入射する光の測定が正確で無くなるため、太陽光のような散乱成分の多い光の測定では、その測定精度が悪化した。
【０００５】
このように、従来の紫外線受光素子を用いて紫外線検出センサーを作製する場合、所望する波長域の紫外線を検出し、入射角度依存性を小さくするために、バンドパスフィルターや導波路を組み込む必要があった。このため、紫外線検出センサーの構成が複雑化、大型化するとともに、コストも高く、また、バンドパスフィルターや導波路を通過した光が紫外線受光素子に入射するため、光感度も低下した。さらに、バンドパスフィルターが紫外線により劣化するために、紫外線受光素子が劣化してしまう問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決することを課題とし、以下の目的を達成することを課題とする。
すなわち、本発明の目的は、バンドパスフィルターや導波路を用いることなく、所望する波長域の紫外線が検出でき、入射角度依存性が小さく、光感度が高く、構成が簡易で、小型であり、低コストで安定且つ高精度な紫外線検出センサーを組み立てることができる紫外線受光素子を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、本発明は、
＜１＞ 少なくとも第１の電極層と、センサー層と、第２の電極層および端子から選択されるいずれか一方と、を含んでなる紫外線受光素子であって、
前記第１の電極層が、Ａｌ，Ｇａから選ばれる少なくとも一つ以上の元素と、窒素と、を含む半導体からなることと、前記センサー層が、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎから選ばれる少なくとも一つ以上の元素と、窒素と、水素と、を含み、前記水素の含有量が０．５原子％〜５０原子％の範囲である非単結晶半導体からなることと、前記第１の電極層の長波長吸収端が、前記センサー層の長波長吸収端よりも短波長側にあることと、前記第２の電極層が、金属、透明導電材料または酸化物半導体から構成されることと、を特徴とする紫外線受光素子である。
【０００８】
＜２＞ 前記センサー層に、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐｂから選ばれる少なくとも一つ以上の元素が添加されたことを特徴とする＜１＞に記載の紫外線受光素子である。
【０００９】
＜３＞ 前記センサー層に、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａから選ばれる少なくとも一つ以上の元素が添加されたことを特徴とする＜１＞又は＜２＞に記載のの紫外線受光素子である。
【００１１】
＜４＞ 基板の表面に、少なくとも前記第１の電極層及び前記センサー層を順次設け、且つ、前記センサー層の前記第１の電極と接していない側の表面または端面に前記端子を設けてなることを特徴とする＜１＞〜＜３＞のいずれか１に記載の紫外線受光素子である。
【００１２】
＜５＞ 基板の表面に、少なくとも前記第１の電極層、前記センサー層及び第２の電極層を順次設けてなることを特徴とする＜１＞〜＜３＞のいずれか１に記載の紫外線受光素子である。
【００１３】
＜６＞ 前記センサー層に対して、前記第１の電極層が設けられた側を受光面とすることを特徴とする＜１＞〜＜５＞のいずれか１に記載の紫外線受光素子である。
【００１４】
＜７＞ 前記センサー層に対して、前記第１の電極層が設けられた側の反対面を受光面とすることを特徴とする＜１＞〜＜５＞のいずれか１に記載の紫外線受光素子である。
＜８＞ 前記センサー層を構成する非単結晶半導体が、非晶質半導体であることを特徴とする＜１＞〜＜７＞のいずれか１に記載の紫外線受光素子である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を、▲１▼第１の電極層及びセンサー層の、組成並びに物性、▲２▼紫外線受光素子の膜構成および各層の光学的機能、▲３▼紫外線受光素子の製造方法およびその製造装置、▲４▼紫外線受光素子を用いた紫外線の測定方法、について順に説明する。
【００１６】
[第１の電極層及びセンサー層の、組成並びに物性]
本発明の紫外線受光素子は、少なくとも第１の電極層と、センサー層と、第２の電極層および端子から選択されるいずれか一方と、を含んでなる紫外線受光素子であって、前記第１の電極層が、Ａｌ，Ｇａから選ばれる少なくとも一つ以上の元素と、窒素と、を含む半導体からなることと、前記センサー層が、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎから選ばれる少なくとも一つ以上の元素と、窒素と、水素と、を含み、前記水素の含有量が０．５原子％〜５０原子％の範囲である非単結晶半導体からなることと、前記第１の電極層の長波長吸収端が、前記センサー層の長波長吸収端よりも短波長側にあることと、前記第２の電極層が、金属、透明導電材料または酸化物半導体から構成されることと、を特徴とする。
【００１７】
なお、「吸収端」とは、本発明のセンサー層などに用いられる半導体のように、価電子帯から伝導帯への電子の遷移に起因する光の連続吸収スペクトルにおいて、一般的には、波長がこれ以上長くなると吸収率が急激に減少するようになる波長およびその波長よりも長波長側の波長域をいう。
しかし、本発明における「長波長吸収端」とは、光の吸収率が急激に低下し始める波長領域内の特定の波長のみを指し、より正確には、光の吸収率が、１９０ｎｍ〜４００ｎｍの波長域における最大吸収値を１００％とした場合に対し、５０％となる場合の波長のことをいう（以下、最大吸収値に対する吸収値の比率を百分率で表すことを「吸収率」と略す）。
【００１８】
上記の本発明の紫外線受光素子を用いて紫外線検出センサーを組み立てた場合、バンドパスフィルターを設けることなく、所望する波長域の紫外線が検出できるように、第１の電極層及びセンサー層の長波長吸収端を設定することが可能である。
このため、本発明の紫外線受光素子を用いた紫外線検出センサーは、バンドパスフィルターが不要であるため入射角度依存性が小さく、さらに、センサー層への光の入射角度依存性を抑えるための導波路等を受光面に設ける必要がないので、光感度が高く、構成が簡易で、小型であり、低コストで安定且つ高精度である。
【００１９】
前記センサー層は、前記第１の電極層の長波長吸収端が、前記センサー層の長波長吸収端よりも短波長側にあることが必要であり、この場合、前記第１の電極層の長波長吸収端と、前記センサー層の長波長吸収端と、の波長の差は１ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上であることがより好ましい。
前記長波長吸収端の差が１ｎｍよりも小さい場合は、センサー層に対し第１の電極層が設けられた側を受光面とする場合に、センサー層に入射される光量が小さいため、紫外線受光素子の実用性が低くなる可能性がある。
【００２０】
また、センサー層の長波長吸収端は、１９０ｎｍから４２０ｎｍの波長域にあることが好ましく、１９０ｎｍから４００ｎｍの範囲にあることがより好ましい。センサー層の長波長吸収端を上記範囲内とすることで、測定ニーズの高い紫外線領域の波長を検出できる実用的な紫外線受光素子とすることができる。
第１の電極層およびセンサー層の長波長吸収端は、これら２つの層を構成するそれぞれの膜の組成及び／又は膜厚により制御することができる。特に、第１の電極層について、センサー層と同様に半導体膜とすることで、長波長吸収端を任意に制御することができる。なお、これらの半導体膜の好ましい組成及び膜厚については後述する。
【００２１】
さらに、第１の電極層およびセンサー層の長波長吸収端近辺の波長域おける、光の吸収率のプロファイル（以下、「吸収率プロファイル」と略す場合がある）は、長波長吸収端から５０ｎｍ長波長側の波長における吸収率が４０％以下であることが好ましい。
センサー層の長波長吸収端から５０ｎｍ長波長側の波長における吸収率が４０％よりも大きい場合は、実効的な紫外線検出領域、即ち、第１の電極層の長波長吸収端とセンサー層の長波長吸収端との間の波長域よりも長波長側の波長域にも低い光感度を有するため、この波長域の光がノイズとして検出されてしまう場合がある。
【００２２】
また、第１の電極層の長波長吸収端から５０ｎｍ長波長側の波長における吸収率が４０％よりも大きい場合は、実効的な紫外線検出領域において、第１の電極層の吸収値とセンサー層の吸収値とのギャップが小さくなるため、紫外線受光素子の光感度が十分に得られない場合がある。
なお、本発明において、「光感度」とは、受光面に入射した紫外線が電気的な信号に変換される場合において、受光面におけるある波長またはある波長域の紫外線強度の変化量に対する、電気的な信号（電流及び／又は電圧）強度の変化量の比率をいう。
【００２３】
上記の長波長吸収端および吸収プロファイルを有するセンサー層は、本発明においてＩＩＩａ族元素（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎならなる群より選ばれる一つ以上の元素）と窒素からなる窒化物系化合物半導体（以下、「窒化物系半導体」と略す）の膜が用いられ、この膜は下記の如き組成や膜構造を有する。
【００２４】
窒化物系半導体は、単結晶でも非単結晶でもよい。該窒化物系半導体が非晶質あるいは微結晶からなる場合は、非晶質相のみ、微結晶相のみ、あるいは、微結晶相と非晶質相とが混合したものであってもよい。
これらの結晶相における結晶系は、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。微結晶の粒径は、５ｎｍから５μｍの範囲が好ましく、この粒径は、Ｘ線回折、電子線回折及び／又は結晶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、窒化物系半導体膜の結晶構造は、柱状成長したものや、Ｘ線回折スペクトルで特定の結晶面及び／又は結晶軸のピークのみが顕著に観測されるような、特定の結晶面及び／又は結晶軸が高度に配向した状態、あるいは、単結晶でもよい。
【００２５】
非単結晶からなる窒化物系半導体には、水素が含有されてもよい。この場合、水素含有量は、０．５原子％〜５０原子％の範囲であることが好ましい。また、前記非単結晶からなる窒化物系半導体には、水素の代わりにハロゲン元素（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）が含まれていてもよい。なお、センサー層に用いる半導体は、水素含有量が０．５原子％〜５０原子％の範囲の非単結晶窒化物系半導体が用いられる。
【００２６】
水素含有量が０．５原子％よりも小さい場合には、結晶粒界での結合欠陥及び／又は非晶質相内部での結合欠陥や未結合手を、水素（あるいはハロゲン元素）との結合により無くすことによって、価電子帯と伝導帯との間に存在する欠陥準位を十分に不活性化することができない。従って、このような窒化物系半導体膜中においては、結合欠陥や構造欠陥が多く存在するため、暗電流が大きく、光感度が著しく低下する。このため、前記窒化物系半導体膜をセンサー層として用いた場合、実用的な紫外線受光素子を作製することが困難になる場合がある。
【００２７】
一方、水素含有量が５０原子％を超えた場合には、ＩＩＩａ族元素に対して２つ以上結合する水素の存在確率が増えるため、ＩＩＩａ族元素と窒素とから形成される３次元的な結合構造が保てなくなり、２次元的な結合構造及び／又は鎖状のネットワーク的な結合構造が形成される。この際、結晶粒界においてボイドが多量に発生するため、その結果として価電子帯と伝導帯との間に新たな欠陥準位が形成され、電気的な特性が劣化すると共に、硬度などの機械的性質も低下する場合がある。また、このような窒化物系半導体膜は酸化されやすいため、この膜中には不純物欠陥が多量に発生し、良好な光電変換特性が得られなくなる場合がある
さらに、電気的特性を制御するために非晶質あるいは微結晶からなる窒化物系半導体膜にドープされるドーパントが、過剰に添加された水素により不活性化される。このため、前記窒化物系半導体膜は、電気的な活性を得ることが困難になる場合がある。
【００２８】
当該水素含有量は、ハイドロ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、あるいは水素の結合状態に関係している赤外吸収スペクトルの強度の測定によって相対値を推定することができる。さらに、窒化物系半導体膜に含有されている水素の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。
【００２９】
なお、本発明において、例えば、「ＧａＮ：Ｈ」のような化学式における「：Ｈ」なる表記は、本発明において、別途記載がない限り、水素が０．５原子％〜５０原子％の範囲内で含有されていることを意味する。
【００３０】
窒化物系半導体の組成は、ＩＩＩａ族元素の原子数をｍ、窒素の原子数をｎとしたときに、０．５／１．０≦ｍ／ｎ≦１．０／０．５の範囲を満たすことが好ましい。ｍ／ｎが、上記範囲を外れる場合には、ＩＩＩａ族元素と窒素との結合において、四面体型結合を取る部分が少なくなるため、結合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。
【００３１】
センサー層に用いられる窒化物系半導体の長波長吸収端は、該窒化物系半導体の膜厚とバンドギャップとにより決定され、一般的に、膜厚が大きいほど及び／又はバンドギャップが小さいほど長波長側にシフトする。このバンドギャップはＩＩＩａ族元素の混合比によって任意にかえることができ、これにより所望の長波長吸収端を有する窒化物系半導体を得ることができる。
【００３２】
例えば、３．２〜３．５ｅＶのバンドギャップ（約４２０ｎｍ〜３００ｎｍの長波長吸収端に相当）を有するＧａＮ：Ｈをベース組成として、この組成にＡｌを加えることによって３．５〜６．５ｅＶのバンドギャップ（３００ｎｍ〜１８０ｎｍの長波長吸収端に相当）にまで変化させることができる。また、前記ベース組成にＡｌと、更にＩｎとを加えることによりバンドギャップを調整してもよい。
なお、上記のバンドギャップ値に対応した括弧内に記載された長波長吸収端は、窒化物系半導体の膜厚が、紫外線受光素子として用いられる典型的な膜厚である０．０５μｍ〜２μｍにおける場合の値である。
【００３３】
従って、前記の典型的な膜厚において、短波長側の紫外領域（１８０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域）に長波長吸収端を有する窒化物系半導体を得る場合には、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎで表される組成式において、０．１≦ｘ≦１．０が好ましく、０．２≦ｘ≦１．０がより好ましい。また、長波長側の紫外領域（３２０ｎｍ〜４００ｎｍの波長域）に長波長吸収端を有する窒化物系半導体を得る場合には、ＡｌyＧａ(1-y)Ｎで表される組成式において、０≦ｙ≦０．２であることが好ましい。
【００３４】
上記窒化物系半導体膜は、不純物を全く添加しない状態においては弱いｎ型半導体であり、この状態では、十分な光感度（光導電性又は光起電力）を得ることが難しい場合がある。
従って、窒化物系半導体膜にアクセプターやドナーのようなドーパントを添加してｎ型やｐ型の半導体としたり、あるいはショットキーバリアを形成したり、ｐｎ接合を形成したり、このｐｎ接合よりもより高い光感度を有するｐｉｎ接合を形成してもよい。
【００３５】
また、ｐｎ接合等を形成する場合には、窒化物系半導体膜は多層膜からなる構造を持つものであってもよい。さらに、これらの接合は、センサー層において形成されることに限定されず、例えば、第１の電極層をｐ型半導体とし、センサー層をｎ型半導体として形成されたｐｎ接合が、第１の電極層及びセンサー層に跨るものなどであってもよい。
【００３６】
窒化物系半導体膜をｎ型半導体および／またはｐ型半導体として制御するために、以下に列記するドナーおよび／またはアクセプターを、前記窒化物系半導体膜中にドープすることができる。
ｎ型半導体用のドナーとしては、例えば、Ｉａ族（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法改定版による族番号は１）のＬｉ，Ｉｂ族（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法改定版による族番号は１１）のＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，ＩＩａ族（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法改定版による族番号は２）のＭｇ，ＩＩｂ族（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法改定版による族番号は１２）のＺｎ，ＩＶａ族（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法改定版による族番号は１６）のＳｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，ＶＩａ族のＳ，Ｓｅ，Ｔｅを用いることができる。
【００３７】
ｐ型半導体用のアクセプターとしては、例えば、Ｉａ族のＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｉｂ族のＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，ＩＩａ族のＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｒａ，ＩＩｂ族のＺｎ，Ｃｄ，Ｈｇ、ＩＶａ族のＣ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，ＶＩａ族（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法改定版による族番号は１６）のＳ，Ｓｅ，Ｔｅ、ＶＩｂ族（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法改定版による族番号は６）のＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，ＶＩＩＩ族のＦｅ（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法改定版による族番号は８），Ｃｏ（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法改定版による族番号は９），Ｎｉ（ＩＵＰＡＣの１９８９年無機化学命名法改定版による族番号は１０）などを用いることができる。
【００３８】
これらのドーパントの中でも特に、センサー層を構成する窒化物系半導体膜には、ドナーとして、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐｂから選ばれる少なくとも一つ以上の元素が添加されることが好ましく、前記窒化物半導体膜に対して１原子ｐｐｍ〜１０原子％の範囲で添加されることがより好ましい。
また、前記窒化物系半導体膜に添加されるアクセプターとして、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａから選ばれる少なくとも一つ以上の元素が添加されることが好ましく、１原子ｐｐｍ〜１０原子％の範囲で添加されることがより好ましい。
【００３９】
ドナー及び／又はアクセプターの窒化物半導体膜中へのドーピング方法は、熱拡散法、イオン注入法等の公知のドーピング方法を用いることができる。
熱拡散法やイオン注入法等によりドーピングする際の、ドナーやアクセプター等のドーパントの原料としては、ドナーとして、ＳｉＨ4，Ｓｉ2Ｈ6，ＧｅＨ4，ＧｅＦ4，ＳｎＨ4を、アクセプターや、ｉ型半導体化するためのドーパントとして、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、などのガスあるいはガス化したものが使用できる。
【００４０】
センサー層の膜厚は、０．０１μｍ〜１０μｍの範囲が好ましく、０．０５μｍ〜５μｍの範囲がより好ましい。膜厚が０．０１μｍよりも薄い場合には、センサー層に吸収される光量が少なくなるため、光感度が低くなる場合がある。
一方、膜厚が１０μｍよりも厚い場合には、膜の形成に時間がかかったり、膜厚の増加に比例して長波長吸収端が長波長側にシフトし過ぎたりする場合がある。さらに、電荷が十分に流れないため、光感度が低くなる場合もある。
【００４１】
次に、第１の電極層に用いられる材料について説明する。第１の電極層としては、長波長吸収端が、本発明に規定する条件を満たすものであればいかなる材料を用いても構わないが、ＩＩＩａ族元素（Ａｌ，Ｇａ）と窒素とを含んでなる窒化物系半導体である。この窒化物系半導体を電極として使用するためには、その導電性を向上させることが好ましく、シート抵抗で、１ＫΩ□以下が好ましく、５００Ω□以下がより好ましい。
【００４２】
このため、第１の電極層に用いられる半導体には、センサー層に用いられる半導体と同様にドナー及び／又はアクセプター等のドーパントをドープすることができる。特に、ドナーとしては、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐｂから選ばれた少なくとも一つ以上の元素が、アクセプターとしては、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａから選ばれた少なくとも一つ以上の元素をドープすることが好ましい。これらドナー及び／又はアクセプターのドーピングは、既述の如きドーピング方法、およびドーパント原料を用いることができる。
【００４３】
第１の電極層が窒化物系半導体からなる場合には、、既述したセンサー層と同様な方法で作製することができる。但し、第１の電極層の長波長吸収端は、センサー層の長波長吸収端よりも小さくなければならない。
従って、センサー層の半導体の組成が、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎからなり、第１の電極層の半導体の組成が、ＡｌyＧａ(1-y)Ｎからなる場合には、ｘ＜ｙ且つ０．０５＜ｙ≦１であることが好ましい。
【００４４】
さらに、センサー層の半導体の組成が、ＧａxＩｎ(1-x)Ｎからなり、第１の電極層の半導体の組成が、ＡｌyＧａ(1-y)Ｎからなる場合には、ｙ≧０且つ０．５≦ｘ≦１．０であることが好ましい。
なお、上記の組成を有する窒化物系半導体からなる第１の電極層には、センサー層に用いられる窒化物系半導体と同様に水素やハロゲン元素、及び／又は、ドナーやアクセプターのようなドーパントを添加してもよい。但し、これらの元素の添加は、第１の電極層の長波長吸収端が、センサー層の長波長吸収端よりも小さくなるように調整される必要がある。
【００４５】
第１の電極層の膜厚は、１ｎｍ〜２０μｍの範囲が好ましく、５ｎｍ〜１０μｍの範囲がより好ましい。膜厚が１ｎｍよりも薄い場合には、電極層として十分な低抵抗が得られない場合がある。膜厚が２０μｍよりも厚い場合には、膜の形成に時間が掛かりすぎたり、膜厚の増加に比例して長波長吸収端が長波長側にシフトし過ぎたりする場合がある。さらに、センサー層に対して第１の電極層が設けられた面を受光面として紫外線を検出する際に、センサー層に到達する紫外線の強度が低下するため、十分な光感度が得られなくなる場合がある
【００４６】
[紫外線受光素子の膜構成及び各層の光学的機能]
次に、本発明の紫外線受光素子の膜構成について説明する。図１は本発明の紫外線受光素子の一構成例を示す模式断面図であり、基板２０表面に第１の電極層２１、センサー層２２、第２の電極層２３が順次設けられて構成されている。また、図１の構成を有する紫外線受光素子２４において、第２の電極層２３を省いた構成でもよい。但し、本発明の紫外線受光素子は、少なくとも第１の電極層２１及びセンサー層２２を含んでなることが必須である。また、その場合には、第１の電極層２１に接していないセンサー層２２の表面及び／又は端面に端子を取り付ける等により第２の電極層２３の代用とすることができる。
【００４７】
紫外線受光素子２４において、センサー層２２に対して第１の電極層２１が設けられた側を受光面（以下、「受光面Ａ」と略す）とする場合（図１の矢印Ａ方向）の、基板２０、第１の電極層２１、センサー層２２、第２の電極層２３の光学的な機能について説明する。
基板２０は少なくとも可視光の波長領域において透光性を有することが望ましいく、さらに短波長側の紫外線カットフィルターの役割を果たしてもよい。このとき短波長側の紫外線は基板２０で吸収され第１の電極層２１及びセンサー層２２には入射されない。基板２０の長波長吸収端は、紫外線領域であれば特に限定されないが、センサー層２２の長波長吸収端よりも短波長側にあることが必要であり、第１の電極層の長波長吸収端よりも短波長側にあることが望ましい。
【００４８】
また、基板２０の光の吸収値は、基板２０の長波長吸収端よりも長波長側の波長域において、０に近いほど好ましい。しかし、少なくとも基板２０の長波長吸収端又は第１の電極層２１の長波長吸収端のうち、より長波長側の長波長吸収端と、センサー層２２の長波長吸収端と、の間の波長域において、紫外線受光素子２４の光感度が実用上十分に得られる程度に前記吸収値が十分に小さいことが必要である。
【００４９】
第１の電極層２１は、既述したように、センサー層２２よりも長波長吸収端が短波長側にあり、第１の電極層を透過した波長域の紫外線がセンサー層２２において吸収される。
なお、第２の電極層２３の光学的な機能については特に限定されない。しかし、例えば、センサー層２２に対して第２の電極層２３側に、センサー層２２で検出する光よりも長波長側の光を検出する受光素子を更に設けるような場合には、第２の電極層２３は、新たに設ける受光素子で検出しようとする波長域よりも短波長側に長波長吸収端を有することが好ましい。
【００５０】
次に、紫外線受光素子２４において、センサー層２２に対して第１の電極層２１が設けられた側の反対面を受光面（以下、「受光面Ｂ」と略す）とする場合（図１の矢印Ｂ方向）の、基板２０、第１の電極層２１、センサー層２２、第２の電極層２３の光学的な機能について説明する。
【００５１】
基板２０の長波長吸収端は特に限定されない。しかし、受光面Ｂより入射し基板２０を透過した光を検出する受光素子を、基板２０の受光面Ｂ側と反対側に設ける場合には、基板２０は、その長波長吸収端を、センサー層２２の長波長吸収端よりも長波長側とすることにより、波長カットフィルターの機能を持たせることができる。
【００５２】
第１の電極層２１と、センサー層２２との光学的な機能は、既述したように前者の長波長吸収端が、後者の長波長吸収端よりも短波長側にあれば特に限定されない。第２の電極層２３は、少なくとも紫外領域の一部の波長域を透過し、且つ、その長波長吸収端が、センサー層２２の長波長吸収端よりも短波長側であるか、センサー層２２の長波長吸収端よりも短波長域に光透過域があることが必須である。
【００５３】
なお、本発明の紫外線受光素子は、受光面Ａのみ、あるいは、受光面Ｂのみを利用して紫外線を検出してもよいが、受光面Ａと、受光面Ｂと、の両方を利用して紫外線を検出することもできる。この場合、第２の電極層２３の長波長吸収端と、第１の電極層２１の長波長吸収端と、が異なることが望ましい。このように第２の電極層２３及び第１の電極層２１の長波長吸収端を設定することにより、受光面Ａと、受光面Ｂと、によりそれぞれ異なる紫外線波長領域を検出できる紫外線受光素子を提供することができる。
【００５４】
基板２０は、絶縁性であり、結晶性／アモルファス性については特に限定されず、例えば、単結晶、多結晶、アモルファス、微結晶、あるいはこれら２相以上の組合せからなるものであってもよい。
基板２０の具体例としては、ガラス、石英、サファイア、ＭｇＯ，ＬｉＦ，ＣａＦ2等の無機材料、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、エポキシ等の有機樹脂のフィルムまたは板状体が挙げられる。
【００５５】
特に、受光面Ａから光を入射して紫外線を検出する場合、基板２０としては、可視光を透過するのは勿論、その長波長吸収端が３２０ｎｍよりも短波長側にあることが好ましく、このような基板２０としては石英、サファイア、ＭｇＯ，ＬｉＦ，ＣａＦ2等の透明無機材料が挙げられる。
一方、受光面Ｂから光を入射して紫外線を検出する場合、基板２０の光学的特性は特に限定されず、上記透明無機材料のほか、シリコン基板、上記の有機樹脂、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、ステンレススチール、Ｃｕなどの金属等の公知の材料を用いることができる。
【００５６】
第２の電極層２３としては、Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｃｏ，Ａｇ、Ｐｔ等の金属及びその合金からなるターゲットを用いて、蒸着やスパッタリングにより単層あるいは多層の金属膜を形成することができる。この金属膜は、受光面Ｂから光を入射させて紫外線を検出する場合、及び／又は、センサー層２２で検出する光よりも長波長側の光を検出する受光素子を更に設け、受光面Ａから入射させてセンサー層２２を通過した光を検出するような場合、光が透過できるように薄く形成されることが好ましい。
従って、前記金属膜は、その厚さが、５ｎｍから１００ｎｍの範囲であることが好ましい。膜厚が５ｎｍより小さい場合は膜厚が薄すぎるため電気抵抗が高くなる場合があり、膜厚が１００ｎｍよりも大きい場合は光が透過しにくく、コスト的に不利である。なお、前記金属膜以外に、ＩＴＯ、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉛、酸化インジウム、ヨウ化銅、酸化チタン、ＳｎドープＧａ2Ｏ3等の透明導電性材料、酸化物半導体も第２の電極層２３として使用することができる。
【００５７】
特に、受光面Ａから光を入射させて紫外線を検出する場合、第２の電極層２３としては、Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｃｏ，Ａｇ、Ｃｕ，Ｔｉ，Ｐｔ等の金属膜や上記透明導電性材料を用いることができる。
一方、受光面Ｂから光を入射させて紫外線を検出する場合、第２の電極層２３としては、受光面Ａから光を入射させて紫外線を検出する場合に列挙した材料を使用できるが、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ等の金属膜が好ましい。
【００５８】
本発明の紫外線受光素子は光学的、機械的にあるいは化学的に保護する筐体に包まれてもよい。本発明の紫外線受光素子の筐体は金属やセラミックス、ガラス、プラスチックを使用することができる。受光素子が測定紫外線の波長以外の波長に感度が有る場合には、かかる筐体は遮光の役割も果たす。
【００５９】
紫外線受光素子をこれらの筐体に密封するためには、筐体が金属の場合には、溶接やハンダ、接着材等を用いることが出来る。セラミックスやガラスで作られた筐体の場合には、紫外線受光素子を接着材で筐体の中に埋め込み固定することができるし、板状の場合には貼り合わせて使用することもできる。
また、筐体がプラスチックの場合、紫外線が透過する樹脂を用い、これに紫外線受光素子全体を埋め込んで紫外線受光素子の受光面が筐体内部となるようにしたり、筐体表面に出るようにしてもよい。筐体内部は空間があってもなくてもよい。また筐体内部は真空でも、窒素やＡｒなどの気体で満たされていても油などの液体で満たされていてもよい。
【００６０】
筐体に、紫外線受光素子の受光面用に窓を設ける場合、該窓としては、シリカガラスや石英、サファイア、ポリエチレンやポリプロピレンなどの高分子樹脂やフィルムが使用できる。
【００６１】
[紫外線受光素子の製造方法およびその製造装置]
次に、本発明の紫外線受光素子の第１の電極層及び／又はセンサー層に用いられるＡｌ，Ｇａ，Ｉｎの少なくとも一つ以上の元素と窒素とを含む窒化物系半導体膜の成膜方法を以下に説明する。
図２は、本発明の紫外線受光素子の第１の電極層及びセンサー層を構成する半導体膜の形成に用いられる成膜装置の一例を示す概略構成図である。１は成膜室、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、５，６は成膜室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。排気口２は不図示の真空ポンプ（ロータリーポンプ及びメカニカルブースターポンプ）に接続されている。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。また、成膜室１内には、隔膜式真空計（図示せず）と、基板ホルダー３に向き合うように放射温度計（図示せず）が取りつけられている。
【００６２】
石英管６の外周には、高周波発振器（図示せず）に接続された高周波コイル７が巻かれ、誘導結合型のプラズマ発生装置を構成しており、一方、石英管６には、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が連結されて、ＥＣＲプラズマ発生装置を構成している。このように、図２の成膜装置は、前記２つのプラズマ発生装置が成膜室１に接続されたプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置である。
但し、本発明の紫外線受光素子に用いられる窒化物系半導体膜の成膜は、図２に示す成膜装置の構成に限定されるものではなく、例えば、複数の成膜室を有するものであったり、マグネトロンスパッタリングのようなＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等のＣＶＤ装置以外の成膜装置を有するものであってもよい。
【００６３】
次に、図２に示す成膜装置を用いて窒化物系半導体膜を成膜する場合の一例について説明する。
真空に排気された成膜室１の基板ホルダー３に設置された基板表面に窒化物系半導体膜を成膜するために、次のように各種ガスを導入し放電させる。まず、窒素元素源として、Ｎ2ガスをガス導入管９から石英管５に導入する。マグネトロンを用いたマイクロ波発振器（図示せず）に接続されたマイクロ導波管８に２．４５ＧＨｚのマイクロ波が供給され石英管５内に放電を発生させる。また、別のガス導入口１０から、例えば、Ｈ2ガスを石英管６に導入する。さらに、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。この状態で、放電空間の成膜室１側よりトリメチルガリウムをガス導入管１２より導入することによって基板上に非晶質あるいは微結晶の非単結晶窒化物系半導体膜を成膜することができる。
【００６４】
前記光半導体の膜構造（非晶質、微結晶、特定の結晶軸／結晶面に高度に配向し柱状成長した多結晶、単結晶等）は、基板の種類、基板温度，ガスの流量／圧力、放電条件により制御される。基板温度は１００℃〜６００℃の範囲で制御される。基板温度が３００℃以上の場合、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、膜構造は微結晶や単結晶状になりやすい。基板温度が３００℃より低く、且つ、ＩＩＩａ族の原料ガスの流量が少ない場合には、膜構造は結晶性になりやすい。
【００６５】
また、基板温度が３００℃より高く、且つ、ＩＩＩａ族元素の原料ガスの流量が多い場合でも、膜構造は結晶性となりやすい。さらに、ＩＩＩａ族元素の原料ガスにプラズマ化した水素ガスを加えて膜を形成した場合には、膜の結晶性をより高めることができる。
このようなＩＩＩａ族元素の原料ガスとしては、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を用いることができるが、ＴＭＧａ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てもよく、またこれらを混合して用いることもできる。また、ＴＭＧａ及びこれらの有機金属化合物は、ガス導入管１１から同時に導入してもよい。
【００６６】
また、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ等から選ばれる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等から選ばれる少なくとも１つ以上の元素を含むガスを放電空間の成膜室１側（ガス導入管１１又はガス導入管１２）から導入することによってｎ型、ｐ型等、任意の導電性の非晶質あるいは微結晶の窒化物系半導体膜を基板表面に形成することができる。なお、Ｃの場合には、膜の形成条件によっては、ＩＩＩａ族元素の原料ガスとして用いられる有機金属化合物の炭素を使用してもよい。
【００６７】
上述のような装置において放電エネルギーにより形成される活性窒素あるいは活性水素を独立に制御してもよいし、ＮＨ3のような窒素と水素原子とを同時に含むガスを用いてもよい。さらにＨ2を加えてもよい。また、有機金属化合物から活性水素が遊離生成する条件を用いることもできる。このようにすることによって、基板上には活性化されたＩＩＩａ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、窒化物半導体膜中に炭素が取りこまれ過ぎず、膜欠陥が抑えられた非晶質あるいは結晶性の窒化物半導体膜が成膜できる。
【００６８】
図２の成膜装置において、水素や窒素、あるいはＩＩＩａ族元素の活性化手段としては公知のプラズマ発生装置を用いることができ、例えば、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の高周波発振器であってもよいし、これらの一つを用いてもよいし、二つ以上を用いてもよい。また、二つ共マイクロ波発振器であってもよいし、２つ共高周波発振器で有ってもよい。高周波放電の場合、誘導型でも容量型でもよい。また２つ共エレクトロンサイクロトロン共鳴方式を用いてもよい。異なる活性化手段（励起手段）を用いる場合には、同じ圧力で同時に放電が生起できるようにする必要があり、放電内と成膜部に圧力差を設けてもよい。また同一圧力で行う場合、異なる活性化手段（励起手段）、例えば、マイクロ波と高周波放電を用いると励起種の励起エネルギーを大きく変えることができ、膜質制御に有効である。
また、窒化物系半導体膜は、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成膜されることも可能である。
【００６９】
本発明で使用する半導体の原料としては、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、窒素や、メタン，エタンなどの炭化水素、また、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6などのハロゲン化炭素などを用いることができる。
【００７０】
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、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。
【００７１】
既述の如き成膜方法により成膜された第１の電極層及び／又はセンサー層を構成する窒化物系半導体膜には、さらに、熱拡散法やイオン注入法等の公知の方法により、アクセプター及び／又はドナー等のドーパントを添加することができる。また、第１の電極層及び／又はセンサー層は、多層膜構造を有するものであってもよい。
【００７２】
なお、図１に示す紫外線受光素子の第２の電極層２３の成膜方法は特に限定されないが、例えば真空蒸着法によりＡｕ等の導電性の金属膜を成膜してもよい。但し、受光面Ｂより光を入射させて紫外線を検出するような場合や、受光面Ｂから光を入射させて紫外線を検出する場合、及び／又は、センサー層２２に対して第２の電極層２３側に更に可視光受光素子を設け、受光面Ａから入射させた光の可視光域の波長を検出するような場合には、所望の波長域の光が透過できるように成膜方法及び成膜原料が選択される。
【００７３】
[紫外線受光素子を用いた紫外線の測定方法]
本発明の紫外線受光素子２４からの信号は、第１の電極層２１と第２の電極層２３との間に流れる光起電流として測定することができ、また、第１の電極層２１と第２の電極層２３との間に電圧を印加することによって、光電流として測定することもできる。
信号を測定する場合は、第１の電極層２１と、第２の電極層２３とに導電性接着剤やハンダ、ワイヤーボンデング、圧着や圧接により各々配線し、これらを電流計あるいは電圧計に接続する。
【００７４】
紫外線受光素子２４に光を照射した場合に発生する信号は、光源としてＸｅランプの白色光を用い、この白色光を分光器（ニコン社製、Ｐ２５０）により単色光とし、この単色光を石英基板２０（受光面Ａ）側に照射することにより、発生する光起電流を測定することにより求めた。
また、第１の電極層２１及びセンサー層２２の長波長吸収端は以下のようにして求めた。まず、紫外線受光素子２４を作製する過程でこれらの層を形成する際に、同時に同条件にて石英基板表面に、第１の電極層２１のみ、および、センサー層２２のみを成膜した長波長吸収端測定用サンプルを準備した。次に、第１の電極層２１およびセンサー層２２の長波長吸収端測定用サンプルを、自動分光光度計にて１９０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲における透過率スペクトルを測定し、この透過率スペクトルから吸収率スペクトルを求め、各々の長波長吸収端を求めた。
【００７５】
【実施例】
以下に本発明を実施例を挙げてより具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７６】
（実施例１）
洗浄した石英基板（厚み：０．２ｍｍ、長さ：１０ｍｍ、幅：１０ｍｍ）を基板ホルダー３に載せた。次に、排気口２に接続されたロータリーポンプ及びメカニカルブースターポンプにより反応室１内を、背圧が１０-3Ｐａ以下になるまで真空排気後、ヒーター４により前記石英基板を５００℃に加熱した。
次に、Ｎ2ガスをガス導入管９より直径２５ｍｍの石英管５内に１０００ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｉｕｔｕｅ）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。なお、１ｓｃｃｍとは、１０１３．２５ｈＰａ（１気圧）、０℃における気体の流量が、１ｃｍ3／ｍｉｎに相当することをいう。
また、Ｈ2ガスをガス導入管１０より直径３０ｍｍの石英管６内に５００ｓｃｃｍ導入した。１３．５６ＭＨｚの高周波の出力を１００Ｗにセットした。この時の反射波は０Ｗであった。
【００７７】
この状態でガス導入管１１より、０℃に保持されたトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）の蒸気を、Ｎ2ガス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０．２ｓｃｃｍ導入した。
さらにガス導入管１１より、５０℃で保持されＮ2でバブリングしたトリメチルアルミニウムをＮ2ガス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２ｓｃｃｍ導入した。
【００７８】
１００ｐｐｍに水素希釈されたシランガスをマスフローコントローラーを通してガス導入管１２より１０ｓｃｃｍ反応領域に導入した。この時、隔膜式真空計（商品名：バラトロン、バラトロン社製）で測定した、成膜室１内の反応圧力は６６．５Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）であった。この状態で石英基板表面に成膜を１００分間行い、第１の電極層として、膜厚が１００ｎｍのＳｉドープＡｌ0.8Ｇａ0.2Ｎ：Ｈ膜を形成した。なお、ＩＲ法（赤外分光分析法）により測定した膜中の水素含有量は５原子％であった。
【００７９】
次に、成膜室１を大気圧に戻した後、成膜室１から、第１の電極層が形成された石英基板を取り出し、第１の電極層の端部を金属製のマスクで覆い、再び第１の電極層が形成された面を上にして前記基板を基板ホルダーに載せた。
次に、背圧が１０-3Ｐａ以下になるまで真空排気後、ヒーター４により端部がマスキングされた第１の電極層が形成された石英基板を３５０℃に加熱した。
Ｎ2ガスをガス導入管９より直径２５ｍｍの石英管５内に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５００ｓｃｃｍ導入した。１３．５６ＭＨｚの高周波の出力を１００Ｗにセットした。反射波は０Ｗであった。
【００８０】
この状態でガス導入管１１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０．５ｓｃｃｍ導入した。
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６５０００Ｐａ圧のＨ2ガスを導入してバブリングさせ、バブリング後のＨ2ガスを、マスフローコントローラーを通して１ｓｃｃｍ導入した。この時、隔膜式真空計で測定した反応圧力は６６．５Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）であった。
この状態で、成膜を３０分間行い、第１の電極層表面にセンサー層として膜厚が０．１μｍのＭｇドープＧａＮ：Ｈ膜を形成した。なお、ＩＲ法（赤外分光分析法）により測定した膜中の水素含有量は６原子％であった。
【００８１】
次に、成膜室１を大気圧に戻した後、成膜室１から、石英基板表面に第１の電極層、センサー層が順次形成された基板を取り出し、センサー層表面に直径３ｍｍの穴を有する金属製のマスクを設置した。
さらに金属製のマスクで、センサー層の表面の一部をマスキングした基板を、該基板のマスク面が蒸着ターゲット（純度９９．９９％のＡｕ）と向き合うように真空蒸着装置内に設置して真空蒸着を行った。このようにして、センサー層表面のほぼ中央に、第２の電極層として直径３ｍｍ、膜厚１０ｎｍのＡｕ膜を形成した。
このようにして、石英基板の片面に、第１の電極層として膜厚が１００ｎｍのＳｉドープＡｌ0.8Ｇａ0.2Ｎ：Ｈ膜、センサー層として膜厚が０．１μｍのＭｇドープＧａＮ：Ｈ膜、第２の電極層として膜厚が１０ｎｍのＡｕ膜が順次形成されてなる実施例１の紫外線受光素子を得た。
【００８２】
この実施例１の紫外線受光素子の第１の電極層と、第２の電極層と、にそれぞれ導電性ペーストにより０．１ｍｍの銀線を接着し、この銀線をピコアンメーター（ＨＰ４１４０Ｂ）に接続して、光が紫外線受光素子に入射した際に発生する信号が検出できるようにした。
【００８３】
次に、波長を２６０ｎｍに固定した状態で、光源としてＸｅランプと分光器を用い、この分光器からの出射光に対して紫外線受光素子の受光面を傾けながら信号出力を測定した。その結果、受光面に対して出射光が垂直に入射する場合を０°とすると、出射光が６０°で受光面に入射する場合の信号出力が、０°と比較した場合の５０％であり、余弦則に一致することがわかった。
【００８４】
また、石英基板表面に、第１の電極層のみ、および、センサー層のみ、が形成された各々の長波長吸収端測定用サンプルの石英基板側から、光源としてＸｅランプと分光器を用いて、波長を２００ｎｍから４００ｎｍまで変化させながら石英基板表面に対して垂直に光を入射させた。この際、第１の電極層による紫外光の吸収は２５０ｎｍ付近から始まり、２００ｎｍ付近で紫外光の吸収率が１００％に達し、その長波長吸収端は２３０ｎｍであった。同様に、センサー層による紫外光の吸収は４００ｎｍ付近から始まり、２８０ｎｍ付近で紫外光の吸収率が１００％に達し、その長波長吸収端は３６０ｎｍであった。
【００８５】
以上の結果から、実施例１の紫外線受光素子は、波長２２０ｎｍから４００ｎｍの紫外線領域の検出が可能であり、入射角依存性も小さく、実用上、優れた紫外線検出性能を有することが確認された。
さらに、実施例１の紫外線受光素子を用いて紫外線検出センサーを組み立てる場合、必要かつ十分な紫外線領域において紫外線を検出できるためバンドパスフィルターを設ける必要がない。また、入射角依存性が小さいために、入射角依存性を抑えるための導波路等を受光面に設ける必要がない。このため、従来の紫外線受光素子を用いた場合と比較して、実施例１の紫外線受光素子を用いて紫外線検出センサーを組み立てた場合、このセンサーは、光感度が高く、構成が簡易で、小型化でき、また、低コストで安定且つ高精度である。
【００８６】
（実施例２）
第１の電極層を形成する場合において、ＩＩＩａ族元素原料としてトリメチルアルミニウムのみを、実施例１と同様の条件でガス導入管１１に導入した以外は、全て実施例１と同様にして第１の電極層を成膜した。
このようにして、石英基板表面に、第１の電極層として、膜厚が１００ｎｍのＳｉドープＡｌＮ：Ｈ膜を作製した。なお、ＩＲ法（赤外分光分析法）により測定した膜中の水素含有量は５原子％であった。
【００８７】
次に、成膜室１を大気圧に戻した後、成膜室１から、第１の電極層が形成された石英基板を取り出し、第１の電極層の端部を金属製のマスクで覆い、再び第１の電極層が形成された面を上にして前記基板を基板ホルダーに載せた。
次に、背圧が１０-3Ｐａ以下になるまで真空排気後、ヒーター４により端部がマスキングされた第１の電極層が形成された石英基板を３５０℃に加熱した。
Ｎ2ガスをガス導入管９より直径２５ｍｍの石英管５内に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５００ｓｃｃｍ導入した。１３．５６ＭＨｚの高周波の出力を１００Ｗにセットした。反射波は０Ｗであった。
【００８８】
この状態でガス導入管１１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０．５ｓｃｃｍ導入した。
さらにガス導入管１１より５０℃で保持され水素でバブリングしたトリメチルアルミニウムを水素をキャリアガスとして用いバブリングしながらマスフローコントローラーを通して１ｓｃｃｍ導入した。
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６５０００Ｐａ圧のＨ2ガスを導入してバブリングさせ、バブリング後のＨ2ガスを、マスフローコントローラーを通して１ｓｃｃｍ導入した。この時、隔膜式真空計で測定した反応圧力は６６．５Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）であった。
この状態で、成膜を３０分間行い、第１の電極層の表面にセンサー層として膜厚が０．１μｍのＭｇドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ：Ｈ膜を作製した。なお、ＩＲ法（赤外分光分析法）により測定した膜中の水素含有量は６原子％であった。
【００８９】
次に、成膜室１を大気圧に戻した後、成膜室１から、石英基板表面に第１の電極層、センサー層が順次形成された基板を取り出し、センサー層表面に直径３ｍｍの穴を有する金属製のマスクを設置した。
さらに金属製のマスクで、センサー層の表面の一部をマスキングした基板を、該基板のマスク面が蒸着ターゲット（純度９９．９９％のＡｕ）と向き合うように真空蒸着装置内に設置して真空蒸着を行った。このようにして、センサー層表面のほぼ中央に、第２の電極層として直径３ｍｍ、膜厚１０ｎｍのＡｕ膜を形成した。
このようにして、石英基板の片面に、第１の電極層として膜厚が１００ｎｍのＳｉドープＡｌＮ：Ｈ、センサー層として膜厚が０．１μｍのＭｇドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ：Ｈ、第２の電極層として膜厚が１０ｎｍのＡｕ膜が順次形成されてなる実施例２の紫外線受光素子を得た。
【００９０】
その後、実施例１と同様に、実施例２の紫外線受光素子の第１の電極層と、第２の電極層と、にそれぞれ導電性ペーストにより０．１ｍｍの銀線を接着し、この銀線をピコアンメーター（ＨＰ４１４０Ｂ）に接続して、光が紫外線受光素子に入射した際に発生する信号が検出できるようにした。
【００９１】
次に、波長を２４０ｎｍに固定した状態で、光源としてＸｅランプと分光器を用い、この分光器からの出射光に対して紫外線受光素子の受光面を傾けながら信号出力を測定した。その結果、受光面に対して出射光が垂直に入射する場合を０°とすると、出射光が６０°で受光面に入射する場合の信号出力が、０°と比較した場合の５０％であり、余弦則に一致することがわかった。
【００９２】
また、実施例２の第１の電極層およびセンサー層の長波長吸収端測定用サンプルの石英基板側から、実施例１と同様に、波長を２００ｎｍから４００ｎｍまで変化させながら石英基板表面に対して垂直に光を入射させた。この際、第１の電極層による紫外光の吸収は２２０ｎｍ付近から始まり、２００ｎｍ付近で紫外光の吸収率が１００％に達し、その長波長吸収端は２１０ｎｍであった。同様に、センサー層による紫外光の吸収は３００ｎｍ付近から始まり、２２０ｎｍ付近で紫外光の吸収率が１００％に達し、その長波長吸収端は２５０ｎｍであった。
【００９３】
以上の結果から、実施例２の紫外線受光素子は、波長３００ｎｍから２００ｎｍの紫外線領域の検出が可能であり、入射角依存性も小さく、実用上、優れた紫外線検出性能を有することが確認された。
さらに、実施例２の紫外線受光素子を用いて紫外線検出センサーを組み立てる場合、必要かつ十分な紫外線領域において紫外線を検出できるためバンドパスフィルターを設ける必要がない。また、入射角依存性が小さいために、入射角依存性を抑えるための導波路等を受光面に設ける必要がない。このため、従来の紫外線受光素子を用いた場合と比較して、実施例２の紫外線受光素子を用いて紫外線検出センサーを組み立てた場合、このセンサーは、光感度が高く、構成が簡易で、小型化でき、また、低コストで安定且つ高精度である。
【００９４】
（比較例１）
石英基板の片面に第１の電極層として膜厚が０．３μｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜を形成した以外は、実施例２と同様の方法・条件にて比較例１の紫外線受光素子を作製した。
【００９５】
次に、比較例１の第１の電極層およびセンサー層の長波長吸収端測定用サンプルの石英基板側から、実施例１と同様に、波長を２００ｎｍから４００ｎｍまで変化させながら石英基板表面に対して垂直に光を入射させた。この際、第１の電極層による紫外光の吸収は３４０ｎｍ付近から始まり、２８０ｎｍ付近で紫外光の吸収率が１００％に達し、その長波長吸収端は３２０ｎｍであった。同様に、センサー層による紫外光の吸収は３００ｎｍ付近から始まり、２２０ｎｍ付近で紫外光の吸収率が１００％に達し、その長波長吸収端は２５０ｎｍであった。
【００９６】
また、比較例１の紫外線受光素子の第１の電極層と、第２の電極層と、にそれぞれ導電性ペーストにより０．１ｍｍの銀線を接着し、この銀線をピコアンメーター（ＨＰ４１４０Ｂ）に接続して、光が紫外線受光素子に入射した際に発生する信号が検出できるようにした。
【００９７】
次に、波長を２９０ｎｍに固定した状態で、光源としてＸｅランプと分光器を用い、この分光器からの出射光に対して紫外線受光素子の受光面を傾けながら信号出力を測定した。しかし、受光面に対して垂直に光を入射した場合においても、比較例１の紫外線受光素子は、実施例２の紫外線受光素子と比較して、約１／１０の信号出力しか得られなかった。
【００９８】
従って、比較例１の紫外線受光素子は、実施例１及び２の紫外線受光素子と比較すると、波長２８０ｎｍから３００ｎｍの波長域において、第１の電極層を透過する弱い紫外線を、低吸収率のセンサー層で検出することしかできない。このため、実施例２と比較すると光感度は１／１０以下であり、また２８０ｎｍ以下の紫外線は検出できないため、紫外線検出性能が大きく劣ることが確認された。
【００９９】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、バンドパスフィルターや導波路を用いることなく、所望する波長域の紫外線が検出でき、入射角度依存性が小さく、光感度が高く、構成が簡易で、小型であり、低コストで安定且つ高精度な紫外線検出センサーを組み立て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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の紫外線受光素子の一構成例を示す模式断面図である。
【図２】 本発明の紫外線受光素子の第１の電極層及びセンサー層を構成する半導体膜の形成に用いられる成膜装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ 成膜室
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
２０ 基板
２１ 第１の電極層
２２ センサー層
２３ 第２の電極層
２４ 紫外線受光素子

Claims (8)

  1. 少なくとも第１の電極層と、センサー層と、第２の電極層および端子から選択されるいずれか一方と、を含んでなる紫外線受光素子であって、
    前記第１の電極層が、Ａｌ，Ｇａから選ばれる少なくとも一つ以上の元素と、窒素と、を含む半導体からなることと、前記センサー層が、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎから選ばれる少なくとも一つ以上の元素と、窒素と、水素と、を含み、前記水素の含有量が０．５原子％〜５０原子％の範囲である非単結晶半導体からなることと、前記第１の電極層の長波長吸収端が、前記センサー層の長波長吸収端よりも短波長側にあることと、前記第２の電極層が、金属、透明導電材料または酸化物半導体から構成されることと、を特徴とする紫外線受光素子。
  2. 前記センサー層に、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐｂから選ばれる少なくとも一つ以上の元素が添加されたことを特徴とする請求項１に記載の紫外線受光素子。
  3. 前記センサー層に、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａから選ばれる少なくとも一つ以上の元素が添加されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線受光素子。
  4. 基板の表面に、少なくとも前記第１の電極層及び前記センサー層を順次設け、且つ、前記センサー層の前記第１の電極と接していない側の表面または端面に前記端子を設けてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の紫外線受光素子。
  5. 基板の表面に、少なくとも前記第１の電極層、前記センサー層及び前記第２の電極層を順次設けてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の紫外線受光素子。
  6. 前記センサー層に対して、前記第１の電極層が設けられた側を受光面とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の紫外線受光素子。
  7. 前記センサー層に対して、前記第１の電極層が設けられた側の反対面を受光面とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の紫外線受光素子。
  8. 前記センサー層を構成する非単結晶半導体が、非晶質半導体であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の紫外線受光素子。
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