JP5109049B2

JP5109049B2 - 光起電力型紫外線センサ

Info

Publication number: JP5109049B2
Application number: JP2006088262A
Authority: JP
Inventors: 真世杉渕; 広祐高橋; 俊介後藤; 安兵衛柏葉; 治之遠藤; 辰雄長谷川; 福典泉田; 江利子大嶋
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Iwate University; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Iwate University; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP2007201393A

Description

本発明は、酸化亜鉛単結晶を備える光起電力型紫外線センサに関する。

特許文献１には、基板と該基板上に形成された酸化亜鉛薄膜とを備える光導電型紫外線センサが開示されている。

特許文献２には、酸化亜鉛単結晶のａ面を紫外線受光部の受光面として用いる紫外線センサが開示されている。この紫外線センサは、酸化亜鉛の圧電効果における反共振周波数に相当する周波数の電場を印加しつつ、インピーダンスの変化を検出することで、紫外線を検知するものである。

特開平３−２４１７７７号公報特開平１０−１８２２９０号公報

特許文献１では酸化亜鉛薄膜の推奨光学的禁止帯を３．０〜３．２ｅＶ程度としているが、光学的禁止帯がかかる範囲にある場合、可視光にも感度があり、太陽光や照明光などにより誤動作してしまう恐れがある。

特許文献２によれば、反共振周波数に相当する周波数の電場を発生させるために特殊な装置が必要となることからコストが高くなるという問題があり、また、そのメカニズムに起因して、応答速度が数秒〜十数秒と遅いという問題がある。

そこで、本発明は、複雑な装置等を必要とせず、可視光に感度がなく、且つ、応答速度の速い紫外線センサを提供することを目的とする。

本発明によれば、＋ｃ面を有する酸化亜鉛単結晶と；該酸化亜鉛単結晶の＋ｃ面上に形成された紫外線受光部であって紫外線を受けると単独で又は前記酸化亜鉛単結晶と協働して電圧を発生する紫外線受光部；を備える光起電力型紫外線センサが得られる。

本発明による紫外線センサは、光導電型ではなく光起電力型であることから、紫外線検知のために常時電圧を印加しておく必要もなく、応答速度も速い。

また、本発明による紫外線センサによれば、酸化亜鉛単結晶の＋ｃ面上に紫外線受光部を形成していることから、高い紫外線感度を得ることができる。また、かかる紫外線センサは、可視光に感度がなく、従って、高い信頼性を得ることができる。

（第１の実施の形態）
図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態による光起電力型紫外線センサは、酸化亜鉛単結晶基板１１を主たる構成要素として備えている。本実施の形態による酸化亜鉛単結晶基板１１を得るためには、図２に示されるような酸化亜鉛単結晶ブロック１をｃ軸３に直交する面に沿って複数のウェハ２に切断し、そのウェハ２を純度の高い酸化亜鉛からなる容器中で酸素を含む雰囲気下において熱処理する。この熱処理により、基板表面に酸素の欠乏している部分があったとしてもその酸素欠乏部分に酸素を補充することができることから、品質の良い酸化亜鉛単結晶ウェハ２を得ることができる。このようにして熱処理を受けたウェハ２は本実施の形態による酸化亜鉛単結晶基板１１を複数個含むものである。これらウェハ２に含まれる酸化亜鉛単結晶基板１１は互いに切り離されることなく、後述するようにして各酸化亜鉛単結晶基板１１上に本実施の形態による光起電力型紫外線センサが同時に形成され、その後、ウェハ２がダイシングされて、複数の光起電力型紫外線センサに分けられる。

上述したウェハ作製法から理解されるように、本実施の形態による酸化亜鉛単結晶基板１１は、酸化亜鉛単結晶の＋ｃ面と−ｃ面の２つの面を主面として備えている。詳しくは、図３に示されるように、酸化亜鉛単結晶の−ｃ面５は、４つの酸素（Ｏ）原子により規定される面であり、酸素面（Ｏ面）とも呼ばれる。一方、＋ｃ面６は４つの亜鉛（Ｚｎ）原子により規定される面であり、亜鉛面（Ｚｎ面）とも呼ばれる。これら−ｃ面５及び＋ｃ面６の双方に直交する面がａ面４である。図２に示されるような酸化亜鉛単結晶は、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）をミネラライザーとした水熱合成法により生成される。水熱合成法に代えて、気相成長法、フラックス法、溶融法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、真空蒸着法、有機金属気相成長法（ＭＯ−ＣＶＤ法）及びスパッタ法のいずれかにより酸化亜鉛単結晶を生成しても良い。

図１を再び参照して、本実施の形態による光起電力型紫外線センサは酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面上に形成された紫外線受光部を更に備えている。本実施の形態による紫外線受光部は、例えば酸素雰囲気中において、酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面上に直に形成されたショットキー電極１２である。ショットキー電極１２は、紫外線受光面として機能し、紫外線を受けると、酸化亜鉛単結晶基板１１と協同して電圧を発生する。ショットキー電極１２としては、例えば、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒｅ，Ｒｈ，Ｔｅ又はＷからなる層を少なくとも一層備えたものを用いることができる。本実施の形態によるショットキー電極１２は、紫外線透過性を呈することになるような所定の厚みを有しているが、例えば、酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面とショットキー電極１２の間に形成されたショットキー接合に紫外線が到達し得るような特定の形状（例えば櫛形など）を備えている場合には、“所定の厚み”よりも厚い厚みを有していても良い。即ち、特定の形状を有する場合、ショットキー電極は紫外線透過性を有しなくとも良い。

図１に示されるように、本実施の形態による光起電力型紫外線センサは、パッシベーション膜１３、電極１４、反射防止膜１５、ＡＺＯ（Ａｌ−ｄｏｐｅｄＺｉｎｃ
Ｏｘｉｄｅ）薄膜１６及びオーミック電極１７を更に備えている。

パッシベーション膜１３は、少なくとも一層の絶縁体層からなるものであり、酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面上の周辺領域とショットキー電極１２の周辺部とを覆っている。このパッシベーション膜１３により、暗電流を低減することができるため、高Ｓ／Ｎ比の紫外線センサを実現することが可能となる。なお、パッシベーション膜１３としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＳｉＮＯ，ＳｉＮ，ＡｌＮ，ＳＩＡＬＯＮ，ＺｎＳ又はＺｎＯからなる層を少なくとも一層備えたものを用いることができる。

電極１４は、ショットキー電極１２を基板周辺部まで引き出すためのものであり、ショットキー電極１２に電気的に接続され且つパッシベーション膜１３上に形成されている。本実施の形態による電極１４としては、例えば、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ａｕ又はＮｉなどのショットキー電極１２と密着性の良い金属からなる層を少なくとも一層備えたものを用いることができる。なお、これらの金属で電極１４を構成した場合、パッシベーション膜１３にピンホールがあった場合であっても、電極１４が酸化亜鉛単結晶基板１１とオーミック接合を形成することはないので、信頼性の高い紫外線センサを実現することが可能となる。

反射防止膜１５は、図１に示されるように、紫外線受光部の受光領域、即ち、ショットキー電極１２の中央領域上に形成されている。反射防止膜１５は、１〜２００ｎｍの厚みを有し、紫外線透過性を呈するものである。この反射防止膜１５としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＳｉＮＯ，ＳｉＮ，ＺｎＳ又はＺｎＯなどの酸化亜鉛単結晶基板１１と密着性の良い絶縁材料からなる層を少なくとも一層備えたものを用いることができる。

ＡＺＯ薄膜１６は、酸化亜鉛単結晶基板１１の−ｃ面上に形成されており、その上にはオーミック電極１７が形成されている。オーミック電極１７としては、例えば、Ａｌ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｉｎ，Ａｕ，Ｃｕ又はＷなどのＡＺＯ薄膜と密着性の良い金属からなる層を少なくとも一層備えたものを用いることができる。

以下、図４乃至図１０を参照して、本実施の形態による光起電力型紫外線センサの典型的な製造工程について詳細に説明する。

まず、前述のようにして熱処理された複数の酸化亜鉛単結晶基板１１を含むウェハ２を用意する。理解を容易にするため且つ説明を簡略化するため、図４においては、酸化亜鉛単結晶基板１１が一つのみ示されている（以下、図５乃至図１０においても同じ）。前述したことから理解されるように、図示された酸化亜鉛単結晶基板１１は、酸化亜鉛単結晶の＋ｃ面からなる上面と酸化亜鉛単結晶の−ｃ面からなる下面を有している。

次いで、例えば、ホトリソグラフィ技術により酸化亜鉛単結晶基板１１の上面上に第１レジストパターンを形成した後、スパッタリング法によりＰｔ薄膜を３ｎｍ成膜し、更に、第１レジストパターンをリフトオフすることにより、図５に示されるように、３ｎｍのＰｔ薄膜からなるショットキー電極１２を形成する。

次いで、例えば、ショットキー電極１２の中央部のみを覆うような第２レジストパターンを形成した後、スパッタリング法によりＳｉＯ_２薄膜を２００ｎｍ成膜し、更に、第２レジストパターンをリフトオフすることにより、図６に示されるように、２００ｎｍのＳｉＯ_２薄膜からなるパッシベーション膜１３を形成する。ここで、本実施の形態によるパッシベーション膜１３は、ショットキー電極１２の中央部に対応する領域に開口部を有している。なお、本実施の形態においては、パッシベーション膜１３の形成後、熱処理を行う。この熱処理により、酸化亜鉛単結晶基板１１（ＺｎＯ）とパッシベーション膜１３（ＳｉＯ_２）の格子整合性を改善し、欠陥を減少させ、暗電流の低減を図ることができる。

次いで、例えば、第２レジストパターンよりも小さい中央パターンと第１の幅を有する周辺パターンとからなる第３レジストパターンを中央パターン及び周辺パターンがショットキー電極１２の中央部上及びパッシベーション膜１３の周辺部上にそれぞれ位置するように形成した後、スパッタリング法によりＰｔ薄膜を３００ｎｍ成膜し、更に、第３レジストパターンをリフトオフすることにより、図７に示されるように、３００ｎｍのＰｔ薄膜からなる電極１４を形成する。

次いで、例えば、パッシベーション膜１３および電極１４の周辺部に第１の幅よりも広い第２の幅を有する第４レジストパターンを形成した後、スパッタリング法によりＳｉＯ_２薄膜を６０ｎｍ成膜し、更に、第４レジストパターンをリフトオフすることにより、図８に示されるように、６０ｎｍのＳｉＯ_２薄膜からなる反射防止膜１５を形成する。なお、本実施の形態においては、反射防止膜１５の形成後、熱処理を行う。この熱処理により、酸化亜鉛単結晶基板１１（ＺｎＯ）と反射防止膜１５（ＳｉＯ_２）の格子整合性を改善し、また、表面のダメージを回復させ且つ密着性を向上させることができ、暗電流の低減を図ることができる。

次いで、例えば、スパッタリング法により、図９に示されるように、酸化亜鉛単結晶基板１１の下面上に１００ｎｍのＡＺＯ薄膜１６を形成する。

次いで、例えば、スパッタリング法により、図１０に示されるように、３００ｎｍのＡｌ薄膜からなるオーミック電極１７をＡＺＯ薄膜１６上に形成する。その後、上述したように、ウェハをダイシングすることにより、１ｍｍ（Ｈ）×１ｍｍ（Ｗ）×０．３ｍｍ（Ｔ）の紫外線センサチップを複数個得ることができる。

このようにして作製された本実施の形態による紫外線センサは、図１１に示されるような特性を有している。図１１から明らかなように、測定帯域は２５０ｎｍ〜６００ｎｍであり、応答帯域は２５０ｎｍ〜３８０ｎｍである。図１に示される紫外線検知特性から理解されるように、本実施の形態による紫外線センサは、Ａ紫外線（ＵＶ−Ａ：３２０〜４００ｎｍ）、Ｂ紫外線（ＵＶ−Ｂ：２８０ｎｍ〜３２０ｎｍ）及びＣ紫外線（ＵＶ−Ｃ：２８０ｎｍ以下）の全ての紫外線領域に適用でき、特に３５０ｎｍ付近に受光感度のピークを持っている。また、本実施の形態による紫外線センサは、可視光に対して受光感度を有しておらず、光学フィルタ等を必要としない。更に、本実施の形態による紫外線センサの応答性は数μ秒であり、例えば、特許文献２による紫外線センサと比較して改善されている。

（第２の実施の形態）
次いで、図１２を参照して、本発明の第２の実施の形態による光起電力型紫外線センサについて説明する。本実施の形態による紫外線センサは、前述の第１の実施の形態による紫外線センサの変形例であり、これに関連して、図１及び図１２においては同様の構成要素に対して同様の参照符号を付してある。

図１及び図１２を比較すると明らかなように、本実施の形態による紫外線センサは、パッシベーション膜１３がショットキー電極１２の周辺部の下に設けられている点を除き、第１の実施の形態と同様の構造を備えている。

本実施の形態による紫外線センサは、図１３乃至図１９を用いて以下に詳述するような方法により得られる。

まず、図１３に示されるように、熱処理された酸化亜鉛単結晶基板１１を有するウェハを用意する。図示された酸化亜鉛単結晶基板１１は、酸化亜鉛単結晶の＋ｃ面を上面、−ｃ面を下面として有している。

次いで、例えば、スパッタリング法により酸化亜鉛単結晶基板１１の上面上にＡｌ_２Ｏ_３薄膜を２００ｎｍ成膜した後、そのＡｌ_２Ｏ_３薄膜の周辺部上に第１レジストパターンを形成し、更に、第１レジストパターンをマスクとして用いＡｌ_２Ｏ_３薄膜をエッチングして第１レジストパターンを除去することにより、図１４に示されるように、２００ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３薄膜からなるパッシベーション膜１３を形成する。なお、本実施の形態においては、パッシベーション膜１３の形成後、熱処理を行う。この熱処理により、酸化亜鉛単結晶基板１１（ＺｎＯ）とパッシベーション膜１３（Ａｌ_２Ｏ_３）の格子整合性を改善し、欠陥を減少させ、暗電流の低減を図ることができる。

次いで、例えば、スパッタリング法及びホトリソグラフィ技術により、酸化亜鉛単結晶基板１１の上面の露出部分を含む領域上にＰｔ薄膜を３ｎｍ成膜することにより、図１５に示されるように、ショットキー電極１２を形成する。

次いで、例えば、第１の幅を有する周辺パターンと中央パターンからなる第２レジストパターンを周辺パターン及び中央パターンがパッシベーション膜１３の周辺部上及びショットキー電極１２の中央部上にそれぞれ位置するように形成した後、スパッタリング法によりＰｔ薄膜を３００ｎｍ成膜し、更に、第２レジストパターンをリフトオフすることにより、図１６に示されるように、３００ｎｍのＰｔ薄膜からなる電極１４を形成する。

次いで、例えば、パッシベーション膜１３および電極１４の周辺部に第１の幅よりも広い第２の幅を有する第３レジストパターンを形成した後、スパッタリング法によりＳｉＯ_２薄膜を６０ｎｍ成膜し、更に、第３レジストパターンをリフトオフすることにより、図１７に示されるように、６０ｎｍのＳｉＯ_２薄膜からなる反射防止膜１５を形成する。なお、本実施の形態においては、反射防止膜１５の形成後、熱処理を行う。この熱処理により、酸化亜鉛単結晶基板１１（ＺｎＯ）と反射防止膜１５（ＳｉＯ_２）の格子整合性を改善し、また、表面のダメージを回復させ且つ密着性を向上させることができ、暗電流の低減を図ることができる。

次いで、例えば、スパッタリング法により、図１８に示されるように、酸化亜鉛単結晶基板１１の下面上に１００ｎｍのＡＺＯ薄膜１６を形成する。

次いで、例えば、スパッタリング法により、図１９に示されるように、３００ｎｍのＡｌ薄膜からなるオーミック電極１７をＡＺＯ薄膜１６上に形成する。その後、上述したように、ウェハをダイシングすることにより、１ｍｍ（Ｈ）×１ｍｍ（Ｗ）×０．３ｍｍ（Ｔ）の紫外線センサチップを複数個得ることができる。

（第３の実施の形態）
次いで、図２０乃至図２５を用いて、本発明の第３の実施の形態による光起電力型紫外線センサについて説明する。本実施の形態による紫外線センサは、前述の第１の実施の形態による紫外線センサの変形例であり、これに関連して、図１並びに図２０乃至図２５においては同様の構成要素に対して同様の参照符号を付してある。

図１及び図２５を比較すると明らかなように、本実施の形態による紫外線センサは、次の二点を除き、第１の実施の形態と同様の構造を備えている。まず一点目は、付加的な薄膜１８が酸化亜鉛単結晶基板１１とショットキー電極１２との間に介在している点である。もう一点は、パッシベーション膜１３も反射防止膜１５も設けられていない点である。なお、パッシベーション膜１３及び／又は反射防止膜１５は、前述の第１又は第２の実施の形態と同様の手法により設けられていても良い。

付加的な薄膜１８は、ベースとなる材料に少なくとも一種類の添加物を添加することにより、抵抗率、導電型（ｎ型又はｐ型）及び／又はバンドギャップを調整された薄膜であり、例えば、ウェハ間のばらつきの吸収などの役割を果たす。本実施の形態による付加的な薄膜１８は、酸化亜鉛ベースの薄膜であり、例えば、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓ，Ａｌ，Ｃｄ，Ｓｅ，Ｇａ，Ｎ，Ｃｕ，Ｐ若しくはＴｅ又はそれらの組み合わせを添加された層を少なくとも一層備えたものを用いることができる。

本実施の形態による紫外線センサは、図２０乃至図２５を用いて以下に詳述するような方法により得られる。

まず、図２０に示されるように、熱処理された酸化亜鉛単結晶基板１１を有するウェハを用意する。図示された酸化亜鉛単結晶基板１１は、酸化亜鉛単結晶の＋ｃ面を上面、−ｃ面を下面として有している。

次いで、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、図２１に示されるように、酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面上に全面に亘って付加的な薄膜１８が形成される。ここで、本実施の形態による付加的な薄膜１８は、Ａｌを添加しエピタキシャル成長させたｎ型の酸化亜鉛ベースの薄膜であり、その抵抗率は１００〜５００Ωｃｍである。

次いで、例えば、スパッタリング法及びホトリソグラフィ技術により、付加的な薄膜１８上にＰｔ薄膜を３ｎｍ成膜することにより、図２２に示されるように、ショットキー電極１２を形成する。これにより、ショットキー電極１２と付加的な薄膜１８は、紫外線を受光した際に電圧を発生するショットキー障壁を構成する。

次いで、例えば、所定のレジストパターンを形成した後、スパッタリング法によりＰｔ薄膜を３００ｎｍ成膜し、更に、所定のレジストパターンをリフトオフすることにより、図２３に示されるように、３００ｎｍのＰｔ薄膜からなる電極１４を形成する。

次いで、例えば、スパッタリング法により、図２４に示されるように、酸化亜鉛単結晶基板１１の−ｃ面上に１００ｎｍのＡＺＯ薄膜１６を形成する。

次いで、例えば、スパッタリング法により、図２５に示されるように、３００ｎｍのＡｌ薄膜からなるオーミック電極１７をＡＺＯ薄膜１６上に形成する。その後、上述したように、ウェハをダイシングすることにより、１ｍｍ（Ｈ）×１ｍｍ（Ｗ）×０．３ｍｍ（Ｔ）の紫外線センサチップを複数個得ることができる。

（第４の実施の形態）
次いで、図２６乃至図３１を用いて、本発明の第４の実施の形態による光起電力型紫外線センサについて説明する。本実施の形態による光起電力型紫外線センサは、第１乃至第３の実施の形態とは異なり、紫外線検知にショットキー接合ではなくｐｎ接合を利用するタイプである。しかしながら、例えば、図１並びに図２６乃至図３１から理解されるように、両者の間には同種の構成要素があることから、それらについては同様の参照符号を付してある。

本実施の形態による酸化亜鉛単結晶基板１１はｎ型のものであり、その酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面上にはｐ型薄膜１９が形成されている。ｐ型薄膜１９は、酸化亜鉛薄膜、酸化亜鉛ベースの薄膜、又は、ｐ型ＧａＮ薄膜のようなｐ型窒化物薄膜である。酸化亜鉛ベースの薄膜からなるｐ型薄膜１９としては、例えば、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓ，Ａｌ，Ｃｄ，Ｓｅ，Ｇａ，Ｎ，Ｃｕ，Ｐ若しくはＴｅ又はそれらの組み合わせを添加された層を少なくとも一層備えるものを用いることができる。また、窒化物薄膜からなるｐ型薄膜１９としては、Ｇａ，Ａｌ，Ｚｎ若しくはＩｎ又はそれらの組み合わせの窒化物層を少なくとも一層備えるものを用いることができる。

本実施の形態による紫外線センサは、図２６乃至図３１を用いて以下に詳述するような方法により得られる。

まず、図２６に示されるように、熱処理された酸化亜鉛単結晶基板１１を有するウェハを用意する。図示された酸化亜鉛単結晶基板１１は、酸化亜鉛単結晶の＋ｃ面を上面、−ｃ面を下面として有している。

次いで、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、図２７に示されるように、酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面上に直にｐ型薄膜１９を形成する。ここで、本実施の形態によるｐ型薄膜１９は、Ａｌを添加しエピタキシャル成長させた酸化亜鉛ベースの薄膜又はＧａＮ薄膜である。

次いで、例えば、スパッタリング法により酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面及びｐ型薄膜１の上面に亘ってＡｌ_２Ｏ_３薄膜を２００ｎｍ成膜した後、そのＡｌ_２Ｏ_３薄膜上に第１レジストパターンを形成し、更に、第１レジストパターンをマスクとして用いＡｌ_２Ｏ_３薄膜をエッチングして第１レジストパターンを除去することにより、図２８に示されるように、中央に大きな開口部を有すると共に環状のコンタクトホールを有する２００ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３薄膜からなるパッシベーション膜１３を形成する。なお、本実施の形態においては、パッシベーション膜１３の形成後、熱処理を行う。

次いで、例えば、第２レジストパターンを形成した後、スパッタリング法によりＮｉ薄膜を１００ｎｍ成膜し、更に、スパッタリング法によりＡｕ薄膜を２００ｎｍ成膜した後、第２レジストパターンを除去することにより、図２９に示されるような第１のオーミック電極５４を形成する。

次いで、例えば、スパッタリング法により、図３０に示されるように、酸化亜鉛単結晶基板１１の−ｃ面上に１００ｎｍのＡＺＯ薄膜１６を形成する。

次いで、例えば、スパッタリング法により、図３１に示されるように、３００ｎｍのＡｌ薄膜からなる第２のオーミック電極１７をＡＺＯ薄膜１６上に形成する。その後、上述したように、ウェハをダイシングすることにより、１ｍｍ（Ｈ）×１ｍｍ（Ｗ）×０．３ｍｍ（Ｔ）の紫外線センサチップを複数個得ることができる。

なお、本実施の形態においては、反射防止膜を有していない紫外線センサを例として説明したが、第１又は第２の実施の形態と同様の手法により、本実施の形態による紫外線センサに反射防止膜を形成しても良い。

（第５の実施の形態）
次いで、図３２乃至図３７を用いて、本発明の第５の実施の形態による光起電力型紫外線センサについて説明する。本実施の形態による紫外線センサは、前述の第３の実施の形態による紫外線センサの変形例であり、これに関連して、図２０乃至図２５並びに図３２乃至図３７においては同様の構成要素に対して同様の参照符号を付してある。

図２０乃至図２５と図３２乃至図３７を比較すれば理解されるように、本実施の形態による紫外線センサは、酸化亜鉛単結晶基板１１とショットキー電極１２との間に介在する付加的な薄膜２１が酸化亜鉛ベースの薄膜ではなく窒化物薄膜からなる点を除き、前述の第３の実施の形態と同様の構成を備えている。この付加的な薄膜２１としては、例えば、Ｇａ，Ａｌ，Ｚｎ若しくはＩｎ又はそれらの組み合わせの窒化物層を少なくとも一層備えるものを用いることができる。

本実施の形態による紫外線センサは、図３２乃至図３７を用いて以下に詳述するような方法により得られる。

まず、図３２に示されるように、熱処理された酸化亜鉛単結晶基板１１を有するウェハを用意する。図示された酸化亜鉛単結晶基板１１は、酸化亜鉛単結晶の＋ｃ面を上面、−ｃ面を下面として有している。

次いで、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、図３３に示されるように、酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面上に全面に亘って付加的な薄膜２１が形成される。ここで、本実施の形態による付加的な薄膜２１は、エピタキシャル成長させたｎ型のＧａＮ薄膜であり、その厚みは１μｍである。

次いで、例えば、スパッタリング法及びホトリソグラフィ技術により、付加的な薄膜２１上にＰｔ薄膜を３ｎｍ成膜することにより、図３４に示されるように、ショットキー電極１２を形成する。これにより、ショットキー電極１２と付加的な薄膜２１は、紫外線を受光した際に電圧を発生するショットキー障壁を構成する。

次いで、例えば、所定のレジストパターンを形成した後、スパッタリング法によりＰｔ薄膜を３００ｎｍ成膜し、更に、所定のレジストパターンをリフトオフすることにより、図３５に示されるように、３００ｎｍのＰｔ薄膜からなる電極１４を形成する。

次いで、例えば、スパッタリング法により、図３６に示されるように、酸化亜鉛単結晶基板１１の−ｃ面上に１００ｎｍのＡＺＯ薄膜１６を形成する。

その後、例えば、スパッタリング法により、図３７に示されるように、３００ｎｍのＡｌ薄膜からなるオーミック電極１７をＡＺＯ薄膜１６上に形成する。更に、上述したように、ウェハをダイシングすることにより、１ｍｍ（Ｈ）×１ｍｍ（Ｗ）×０．３ｍｍ（Ｔ）の紫外線センサチップを複数個得ることができる。

なお、本実施の形態においては、パッシベーション膜及び反射防止膜を有していない紫外線センサを例として説明したが、第１又は第２の実施の形態と同様の手法により、本実施の形態による紫外線センサにパッシベーション膜及び／又は反射防止膜を形成しても良い。

本発明の第１の実施の形態による光起電力型紫外線センサを示す部分断面斜視図である。酸化亜鉛単結晶のブロックを模式的に示す図である。酸化亜鉛単結晶の結晶構造を模式的に示す図である。図１の光起電力型紫外線センサの製造工程の一過程を示す断面図である。図１の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図１の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図１の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図１の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図１の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図１の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図１の光起電力型紫外線センサの紫外線検知特性を示す図である。本発明の第２の実施の形態による光起電力型紫外線センサを示す部分断面斜視図である。図１２の光起電力型紫外線センサの製造工程の一過程を示す断面図である。図１２の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図１２の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図１２の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図１２の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図１２の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図１２の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。本発明の第３の実施の形態による光起電力型紫外線センサの製造工程の一過程を示す断面図である。図２０の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図２０の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図２０の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図２０の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図２０の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。本発明の第４の実施の形態による光起電力型紫外線センサの製造工程の一過程を示す断面図である。図２６の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図２６の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図２６の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図２６の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図２６の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。本発明の第５の実施の形態による光起電力型紫外線センサの製造工程の一過程を示す断面図である。図３２の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図３２の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図３２の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図３２の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。図３２の光起電力型紫外線センサの製造工程の他の一過程を示す断面図である。

符号の説明

１酸化亜鉛単結晶ブロック
２ウェハ
３ｃ軸
４ａ面
５ −ｃ面
６＋ｃ面
１１酸化亜鉛単結晶基板
１２ショットキー電極
１３パッシベーション膜
１４電極
１５反射防止膜
１６ＡＺＯ膜
１７オーミック電極
１８付加的な薄膜
１９ｐ型薄膜
２１付加的な薄膜
５４オーミック電極

Claims

＋ｃ面を有する酸化亜鉛単結晶と；該酸化亜鉛単結晶の＋ｃ面上に形成された紫外線受光部であって紫外線を受けると電圧を発生する紫外線受光部；を備える光起電力型紫外線センサであって、
前記紫外線受光部は、前記酸化亜鉛単結晶の前記＋ｃ面上に直接形成されたショットキー電極を備える、光起電力型紫外線センサ。
＋ｃ面を有する酸化亜鉛単結晶と；該酸化亜鉛単結晶の＋ｃ面上に形成された紫外線受光部であって紫外線を受けると電圧を発生する紫外線受光部；を備える光起電力型紫外線センサであって、
前記紫外線受光部は、前記酸化亜鉛単結晶の前記＋ｃ面上に直接形成されたショットキー障壁を構成する付加的な薄膜と、該付加的な薄膜上に形成されたショットキー電極を備える、光起電力型紫外線センサ。
請求項２記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記付加的な薄膜は、酸化亜鉛ベースの薄膜を備える、光起電力型紫外線センサ。
請求項３記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記酸化亜鉛ベースの薄膜は、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓ，Ａｌ，Ｃｄ，Ｓｅ，Ｇａ，Ｎ，Ｃｕ，Ｐ若しくはＴｅ又はそれらの組み合わせを添加された層を少なくとも一層備える、光起電力型紫外線センサ。
請求項２記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記付加的な薄膜は、窒化物薄膜を備える、光起電力型紫外線センサ。
請求項５記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記窒化物薄膜は、Ｇａ，Ａｌ，Ｚｎ若しくはＩｎ又はそれらの組み合わせの窒化物層を少なくとも一層備える、光起電力型紫外線センサ。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記ショットキー電極は紫外線透過性を有する、光起電力型紫外線センサ。
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記ショットキー電極は、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒｅ，Ｒｈ，Ｔｅ又はＷからなる層を少なくとも一層備える、光起電力型紫外線センサ。
＋ｃ面を有する酸化亜鉛単結晶と；該酸化亜鉛単結晶の＋ｃ面上に形成された紫外線受光部であって紫外線を受けると電圧を発生する紫外線受光部；を備える光起電力型紫外線センサであって、
前記酸化亜鉛単結晶は、ｎ型であり、前記紫外線受光部は、前記酸化亜鉛単結晶の前記＋ｃ面上に直に形成され、前記酸化亜鉛単結晶とｐｎ接合を構成するｐ型薄膜を備えている、光起電力型紫外線センサ。
請求項９記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記ｐ型薄膜は、酸化亜鉛薄膜である、光起電力型紫外線センサ。
請求項９記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記ｐ型薄膜は、酸化亜鉛ベースの薄膜である、光起電力型紫外線センサ。
請求項１１記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記酸化亜鉛ベースの薄膜は、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓ，Ａｌ，Ｃｄ，Ｓｅ，Ｇａ，Ｎ，Ｃｕ，Ｐ若しくはＴｅ又はそれらの組み合わせを添加された層を少なくとも一層備える、光起電力型紫外線センサ。
請求項９記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記ｐ型薄膜は、窒化物薄膜を備える、光起電力型紫外線センサ。
請求項１３記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記窒化物薄膜は、Ｇａ，Ａｌ，Ｚｎ若しくはＩｎ又はそれらの組み合わせの窒化物層を少なくとも一層備える、光起電力型紫外線センサ。
請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の光起電力型紫外線センサにおいて、少なくとも一つのオーミック電極を更に備えており、該オーミック電極は、Ａｌ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｉｎ，Ａｕ，Ｃｕ又はＷからなる層を少なくとも一層備え、且つ、前記酸化亜鉛単結晶における前記＋ｃ面の反対側の面である−ｃ面上に形成されている、光起電力型紫外線センサ。
請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記紫外線受光部における受光領域を覆うようにして構成された反射防止膜を更に備える、光起電力型紫外線センサ。
請求項１６記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記反射防止膜の厚みは、１〜２００ｎｍである、光起電力型紫外線センサ。
請求項１６又は請求項１７記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記反射防止膜は、紫外線透過性を有する、光起電力型紫外線センサ。
請求項１６乃至請求項１８のいずれかに記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記反射防止膜は、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＳｉＮＯ，ＳｉＮ，ＺｎＳ又はＺｎＯからなる層を少なくとも一層備える、光起電力型紫外線センサ。
請求項１乃至請求項１９のいずれかに記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記酸化亜鉛単結晶の周辺部及び前記紫外線受光部の周辺部の少なくとも一方を覆うようにして構成されたパッシベーション膜を更に備える、光起電力型紫外線センサ。
請求項２０記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記パッシベーション膜は、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＳｉＮＯ，ＳｉＮ，ＡｌＮ，ＳＩＡＬＯＮ，ＺｎＳ又はＺｎＯからなる層を少なくとも一層備える、光起電力型紫外線センサ。
請求項１乃至請求項２１のいずれかに記載の光起電力型紫外線センサにおいて、前記酸化亜鉛単結晶は、酸化亜鉛からなる容器中で酸素を含む雰囲気下において熱処理されたものである、光起電力型紫外線センサ。