JPWO2012137539A1 - 紫外線センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、薄型化を実現できるとともに製造コストの低減が可能な紫外線センサを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の紫外線センサ１は、紫外線を含む光を受光して電流を発生させる受光素子２と、受光素子２の受光面側に積層された保護膜２０と、ＵＶ−Ａ波とＵＶ−Ｂ波とを透過するフィルタ膜３０とを有し、フィルタ膜３０が保護膜２０の表面に積層されていることを特徴とする。【選択図】図２
Description
本発明は、紫外線センサに関し、特に、薄型化が可能であるとともに製造コストの低減が可能な紫外線センサに関する。
近年、オゾン層の破壊により地上に照射される紫外線量が増加していることが知られており、人体や環境に及ぼす紫外線の影響が懸念されている。このため、簡便に紫外線量を計測して効果的に紫外線対策を行うことができるように、携帯電話等の携帯用電子機器に搭載可能な紫外線センサが求められている。このような紫外線センサは、照射される紫外線量に対して良好な受光感度を有することに加えて、小型、薄型であることが要求されている。
従来例の紫外線センサとして、例えば、特許文献１に開示されている紫外線センサ１０１の断面図を図７に示す。図７に示す紫外線センサ１０１は、半導体基板１１１と、絶縁性の酸化膜１１２と、酸化膜１１２の上に積層されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層１１３を有するＳＯＩ基板１１０から構成されている。ＳＯＩ層１１３には、Ｎ型拡散領域１１４とＰ型拡散領域１１５とが交互に形成されており、ラテラルＰＮ接合領域を含むラテラル型のダイオードを構成している。ＳＯＩ層１１３の受光領域に紫外線が照射されると、紫外線量に応じた出力信号が発生して、これにより、紫外線量を検出することができる。
また、ＳＯＩ基板１１０に形成されたダイオードは、広い波長領域で受光感度を有するため、ＳＯＩ層１１０に到達する光を所定以下の波長に限定する（すなわち所定以上の波長の入射光を遮蔽する）ことができるフィルタ膜１３０が配置されている。図７に示すように、従来例の紫外線センサ１０１では、ＳＯＩ層１１３の受光面側に、ＳＯＩ層１１３と所定の間隔を空けてフィルタ膜１３０が配置されている。これにより、所定範囲の波長を選択して紫外線量を検出することができる。
しかしながら、フィルタ膜１３０とＳＯＩ層１１３との間に所定の間隔を設けるために、半導体基板１１１の外周に、フィルタ膜１３０を支持するためのフレーム（図示しない）を形成する必要がある。フレームはＳＯＩ層１１３を囲むように設けられており、フレーム上にＳＯＩ層１１３を覆うようにフィルタ膜１３０が形成される。このフレームの高さを適切に形成することにより、ＳＯＩ層１１３とフィルタ膜１３０との間隔を形成している。
あるいは、凹型のパッケージを用意して、その内部にＳＯＩ基板１１０を収納することも可能である。凹型のパッケージの開口部付近には、フィルタ膜１３０を固定するための嵌入部が形成されて、接着剤を用いてフィルタ膜１３０を固定することができる。この場合、パッケージの高さを適切に設計して、あるいは嵌入部の位置を所定の位置に形成してＳＯＩ層１１３とフィルタ膜１３０との間隔が設けられている。
従来の紫外線センサ１０１においては、このようなフレームあるいはパッケージを用意してＳＯＩ層１１３とフィルタ膜１３０との間隔を設ける必要があるため、紫外線センサ１０１の小型化、薄型化が困難であった。さらに、フレームを形成する工程や、パッケージを用意してフィルタ膜１３０を接着する工程が必要であることから、製造コストの低減が困難であった。
また、フィルタ膜１３０は通常、良好な光透過性を有する石英基板（図示しない）上に積層されて、フレーム又はパッケージ等に接着される。この石英基板は、製造工程における破損や割れを防止するとともに落下試験等における信頼性を確保できるように、十分な強度を有することが求められている。石英基板は例えば０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の厚みで形成されており、紫外線センサ１０１の薄型化の阻害要因となっていた。また、石英基板は高価な部材であり、コストダウンの妨げとなっていた。
本発明は、上記課題を解決し、薄型化を実現できるとともに製造コストの低減が可能な紫外線センサを提供することを目的とする。
本発明の紫外線センサは、紫外線を含む光を受光して電流を発生させる受光素子と、前記受光素子の受光面側に積層された保護膜と、ＵＶ−Ａ波とＵＶ−Ｂ波とを透過するフィルタ膜とを有し、前記フィルタ膜が前記保護膜の表面に積層されていることを特徴とする。
これによれば、保護膜との間に間隔を設けることなくフィルタ膜を形成できるとともに、フィルタ膜の支持基板として用いられていた石英基板等を省く事が可能であることから、紫外線センサの薄型化が実現できる。
また、フィルタ膜を支持するためのフレームを形成してフィルタ膜を接着する工程、あるいはパッケージを用意して組み立てる工程等が不要となることから、製造コストの低減を図ることができる。さらに、高価な石英基板を用いることなくフィルタ膜を形成することが可能であるため、製造コストをさらに低減することが可能である。
したがって、本発明によれば、薄型化を実現できるとともに製造コストの低減が可能な紫外線センサを提供することができる。
本発明の紫外線センサにおいて、前記保護膜は、屈折率が１．３５〜１．４８の低屈折材料により形成されており、前記保護膜の光学膜厚が０．２４６×λ×（２×ｎ−０．３）〜０．２４６×λ×（２×ｎ＋０．３）（λ＝３１１ｎｍ、ｎは１以上の自然数）であることが好適である。こうすれば、フィルタ膜と保護膜とで発生するＵＶ−Ａ波（波長約３２０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線）及びＵＶ−Ｂ波（波長約２８０ｎｍ〜３２０ｎｍの紫外線）の反射率の増大を抑制することが可能である。したがって、ＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波はフィルタ膜を透過して紫外線センサの受光面に受光されるため、良好な受光感度を有する紫外線センサを提供することができる。
本発明の紫外線センサにおいて、前記保護膜は、９８ｎｍ〜１１７ｎｍ、または１９４ｎｍ〜２１７ｎｍ、または２９１ｎｍ〜３１４ｎｍの膜厚で形成されていることが好ましい。こうすれば、フィルタ膜と保護膜とで発生するＵＶ−Ｂ波の反射率を４５％以下に抑制することができ、また、ＵＶ−Ａ波の反射率を５０％以下に抑制することができるため、ＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波についてより良好な受光感度を有する紫外線センサを提供することができる。また、ＵＶ−Ｂ波とＵＶ−Ａ波の反射率の差を１０％以下に抑えることができるため、ＵＶ−Ａ波とＵＶ−Ｂ波に対する受光感度のばらつきを抑制することが可能となる。
前記保護膜は酸化シリコンを用いて形成されていることが好ましい。こうすれば、ＳＯＩ層を良好に保護することが可能であり、外部の環境（湿度、温度等）や機械的損傷等による特性劣化を防ぐことができる。また、ＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波の波長領域における光透過率が高く、屈折率が低い材料であるため紫外線センサの受光感度を向上させることが可能となる。
前記フィルタ膜は、低屈折率材料（屈折率１．３〜１．５）と高屈折率材料（屈折率１．９〜２．２）とが交互に積層された多層膜で構成されていることが好適である。こうすれば、ＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波を透過させて、ＵＶ−Ｃ波（波長約２８０ｎｍ以下の紫外線）及び可視光（波長約４００ｎｍ以上の光）を遮蔽する良好なフィルタ特性を得ることができる。
本発明の紫外線センサにおいて、前記受光素子は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された酸化層と、前記酸化層上に形成されたＳＯＩ層とを有し構成されていることが好適である。こうすれば、ＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波に対して良好な受光感度を有し、小型化、及び薄型化が可能な紫外線センサを提供することができる。
本発明によれば、保護膜との間に間隔を設けることなくフィルタ膜を形成できるとともに、フィルタ膜の支持基板として用いられていた石英基板等を省く事が可能であることから、紫外線センサの薄型化が実現できる。
また、フィルタ膜を支持するためのフレームを形成してフィルタ膜を接着する工程、あるいはパッケージを用意して組み立てる工程等が不要となることから、製造コストの低減を図ることができる。さらに、高価な石英基板を用いることなくフィルタ膜を形成することが可能であるため、製造コストをさらに低減することが可能である。
したがって、本発明の紫外線センサによれば、薄型化を実現できるとともに製造コストの低減が可能な紫外線センサを提供することができる。
図１には、本実施形態における紫外線センサ１の模式平面図を示す。図２には、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した紫外線センサ１の模式断面図を示す。なお、図１は保護膜２０及びフィルタ膜３０を省略して示している。図２に示すように、本実施形態の紫外線センサ１は、半導体基板１１、半導体基板１１上に形成された酸化膜１２、酸化膜１２上に形成されたＳＯＩ層１３、ＳＯＩ層１３に積層された保護膜２０、及びＵＶ−Ａ波とＵＶ−Ｂ波とを透過するフィルタ膜３０とを有し構成されている。半導体基板１１、酸化膜１２、及びＳＯＩ層１３からＳＯＩ基板１０が構成されており、半導体基板１１とＳＯＩ層１３とは、酸化膜１２によって絶縁されている。
図１に示すように、ＳＯＩ層１３には、Ｅ字状に形成されたＮ＋領域１４とπ字状に形成されたＰ＋領域１５とが対向するように形成されている。Ｎ＋領域１４及びＰ＋領域１５には、それぞれＮ＋領域１４の櫛歯部１４ａとＰ＋領域１５の櫛歯部１５ａとが形成されており、櫛歯部１４ａと櫛歯部１５ａとは間隔を空けてかみ合わされるように配置されている。Ｎ＋領域１４は、ＳＯＩ層１３にリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）等のＮ型不純物を比較的高濃度に拡散させて形成された高濃度Ｎ型拡散領域である。また、Ｐ＋領域１５はボロン（Ｂ）等のＰ型不純物を比較的高濃度に拡散させて形成された高濃度Ｐ型拡散領域である。そして、対向するＮ＋領域１４とＰ＋領域１５との間には、Ｐ型不純物が比較的低濃度に拡散されたＰ−領域１６が形成されている。Ｎ＋領域１４、Ｐ＋領域１５及びＰ−領域１６によってラテラルＰＮ接合が形成されて、ラテラル型のフォトダイオードが形成されている。
Ｐ−領域１６には空乏層（図示しない）が形成されており、空乏層近傍に紫外線を含む光が照射されると、電子−正孔対が発生する。図１及び図２では省略しているが、Ｎ＋領域１４及びＰ＋領域１５には、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）等の導電材料により形成された配線電極層（図示しない）が接続されている。配線電極層は、保護膜２０及びフィルタ膜３０に形成されたコンタクトホール（図示しない）を通して外部へと引き出されており、受光した光によって発生した出力電流を取り出すことができる。なお、受光面積を確保するために、配線電極層及びコンタクトホールは受光領域であるＰ−領域１６と重ならないように形成されている。
なお、紫外線センサ１は図１に示すような構成に限定されるものではなく、Ｎ＋領域１４の櫛歯部１４ａ及びＰ＋領域１５の櫛歯部１５ａを増やした構成や、櫛歯部を設けずにＩ字状に形成したＮ＋領域１４とＰ＋領域１５とを対向させた構成であっても良い。また、ＳＯＩ基板１０は、その構成や製造方法について特に限定されるものではない。ＳＯＩ基板１０は、例えば貼り合わせ法やＳＩＭＯＸ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｉｄｅ）法等によって作製したものを用いることができる。
図２に示すように、ＳＯＩ層１３の受光面側には保護膜２０が形成されている。保護膜２０は、外部の環境（湿度、温度等）や製造工程における機械的損傷や化学薬品等の化学的損傷等からＳＯＩ層１３を保護するために形成されている。また、保護膜２０はＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波の波長領域における光透過率が高く、屈折率の低い絶縁性の材料により形成されることが好ましい。例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）やＮＳＧ（Ｎｏｎｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａ Ｇｌａｓｓ）等の絶縁材料を用いることができ、本実施形態では酸化シリコンを用いて形成されている。
なお、紫外線とは、可視光よりも短い波長を有する光であり、波長１００ｎｍ〜４００ｎｍの光を指す。また、ＵＶ（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）は紫外線と同義である。紫外線波長領域のうち、３２０ｎｍ〜４００ｎｍの領域は長波長紫外線（ＵＶ−Ａ波）、２８０ｎｍ〜３２０ｎｍの領域は中波長紫外線（ＵＶ−Ｂ波）、１００ｎｍ〜２８０ｎｍの領域は短波長紫外線（ＵＶ−Ｃ波）と区分されている。これらの波長領域によって人体や環境に与える影響が異なっている。ＵＶ−Ａ波は皮膚を黒化させ真皮に達して老化の原因になり、また、ＵＶ−Ａ波に比べて強いエネルギーをもつＵＶ−Ｂ波は、皮膚を炎症させ皮膚ガンを誘発する虞がある。ＵＶ−Ｃ波は、ＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波よりも強いエネルギーを有しており、強い殺菌作用があるとされているが、太陽光のＵＶ−Ｃ波のほとんどがオゾン層で吸収されて地上に達することはない。したがって、紫外線センサ１は、ＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波について良好な受光感度を有し、かつ、それ以外の波長の光（ＵＶ−Ｃ波、及び可視光以上の波長領域）に対しては検出しないことが求められる。
本実施形態において、ＳＯＩ層の厚さは２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度に形成されている。この場合、ＳＯＩ基板１０に形成されたラテラル型フォトダイオードは、紫外線及び可視光を含む広い波長領域について受光感度を有する。そのため、ＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波を透過して、ＵＶ−Ｃ波及び可視光については遮蔽可能なフィルタ特性を有するフィルタ膜３０を保護膜２０の表面に積層している。これにより、紫外線センサ１は、フィルタ膜３０を透過してラテラル型フォトダイオードの受光領域に受光されたＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波を検出することが可能となる。
図２に示すように、フィルタ膜３０は保護膜２０の表面に積層されている。これにより、保護膜２０との間に間隔を設けることなくフィルタ膜３０を形成できる。また、従来の紫外線センサ１０１においてフィルタ膜１３０の支持基板として用いられていた石英基板を省く事が可能である。したがって、紫外線センサ１の薄型化が実現できる。
また、フィルタ膜３０を支持するためのフレームを形成してフィルタを接着する工程や、パッケージを用意して組み立てる工程が不要であることから、製造コストの低減を図ることができる。さらに、高価な石英基板を用いることなくフィルタ膜３０を形成することが可能であるため、製造コストをさらに低減することが可能である。
図３には、本実施形態におけるフィルタ膜３０の模式断面図を示す。図３に示すように、フィルタ膜３０は、低屈折率材料（屈折率１．３〜１．５）３１と高屈折率材料（屈折率１．９〜２．２）３２とが交互に積層された多層膜で構成されている。低屈折率材料３１として、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）や、酸化シリコン（ＳｉＯ2）と酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の混合材等を用いることができる。また、高屈折率材料３２には、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）のいずれか一つまたは各材料の混合材等を用いる事ができる。フィルタ膜３０は、保護膜２０側に高屈折率材料３２が配置されて、フィルタ膜３０の受光面側に低屈折率材料３１が配置されるように構成されている。
低屈折率材料３１及び高屈折率材料３２は、蒸着法などの薄膜法により形成することができ、交互に２０層以上積層された多層膜となっている。本実施形態においてフィルタ膜３０は２４層積層された構成であり、その合計厚みは約２μｍである。
図４には、本実施形態におけるフィルタ膜３０単体の反射率と光の波長との関係、及びフィルタ膜３０を保護膜２０上に積層したときの反射率と光の波長の関係を示す。このときの保護膜２０の膜厚は約３４４ｎｍに形成されている。図４に示すように、フィルタ膜３０単体の反射率は、ＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波の波長領域（２８０ｎｍ〜４００ｎｍ）において約１０％程度であり、ＵＶ−Ｃ波（２８０ｎｍ以下）及び可視光領域（４００ｎｍ以上）では９０％以上の反射率を示している。すなわち、フィルタ膜３０はＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波のみを透過する良好なフィルタ特性を有しているといえる。また、波長７５０ｎｍ以上の近赤外領域でフィルタ膜３０の反射率が低下しているが、ＳＯＩ層１３の厚さは上述のとおり２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度に薄く形成されていることにより、近赤外領域の波長の光はＳＯＩ層１３のフォトダイオードに吸収されずに透過してしまう。このため、フィルタ膜３０を透過した近赤外領域の光が検出されることはなく、紫外線センサ１の検出感度に影響を及ぼすことはない。したがって、紫外線センサ１はＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波に対して良好な受光感度を有することが可能となる。
しかし、保護膜２０の表面にフィルタ膜３０を積層した場合、保護膜２０とフィルタ膜３０との界面の反射の影響が付加されることにより反射率が変化してしまい、図４に示すように、ＵＶ−Ｂ波（２８０ｎｍ〜３２０ｎｍ）の反射率は５０％〜６５％程度まで増大し、ＵＶ−Ａ波（３２０ｎｍ〜４００ｎｍ）での反射率は約２２％〜５０％となり、波長依存性が増大する。また、ＵＶ−Ａ波の反射率とＵＶ−Ｂ波の反射率との差も大きくなっている。
すなわち、入射したＵＶ−Ｂ波の多くがフィルタ膜３０及び保護膜２０で反射されてフォトダイオードの受光領域に受光されず、紫外線センサ１の検出感度が低下してしまうことになる。ＵＶ−Ｂ波はＵＶ−Ａ波に比べてより強いエネルギーを持つことから、ＵＶ−Ｂ波の検出感度が低下することは好ましくない。また、図４に示すようにＵＶ−Ａ波とＵＶ−Ｂ波との反射率の差が大きい場合、あるいは反射率の波長依存性が大きい場合、入射する光の波長により検出感度のばらつきが大きくなり紫外線センサ１の検出精度が低下してしまうおそれがある。
このような課題を解決するため、フィルタ膜３０の膜構成を最適化する方法を試みたが、上述のように複数の材料を用いた多層膜であるため、ＵＶ−Ｂ波の反射率の増大を抑制し、かつ、ＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波の波長領域における反射特性をフラット化することは非常に困難であった。そのため、フィルタ膜３０と保護膜２０との間隔を設けずにフィルタ膜３０を積層して、良好な受光感度を実現することは困難であった。
図５（ａ）には、ＳＯＩ基板１０に保護膜２０及びフィルタ膜３０を積層した紫外線センサ１について、ＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波の平均反射率と保護膜２０の膜厚との関係を示す。図５（ａ）に示すように、保護膜２０の膜厚を約７５μｍ〜３７０ｎｍまで変化させると、ＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波の反射率が周期性を持って変化する。ＵＶ−Ａ波は、約３３％〜５１％の範囲で反射率が周期的に変化しており、ＵＶ−Ｂ波は約３８％〜６０％の範囲で反射率が変化している。ＵＶ−Ｂ波の平均反射率は、光学波長０．２４６×λ×２×ｎ（λ＝３１１ｎｍ、ｎは１以上の自然数）で最小値を示すような周期性を有して変化していることが示されている。
また、図５（ｂ）には、図５（ａ）に示したＵＶ−Ａ波の平均反射率とＵＶ−Ｂ波の平均反射率との差を示したグラフである。図５（ｂ）は、（ＵＶ−Ｂ波の平均反射率）−（ＵＶ−Ａ波の平均反射率）により算出した値を示しており、グラフ中の平均反射率の差が正の領域は、ＵＶ−Ｂ波の反射率がＵＶ−Ａ波よりも大きいことを示す。図５（ｂ）に示すように、平均反射率の差は保護膜２０の膜厚により大きく変動する。上述のように、紫外線センサ１において、より強いエネルギーを有するＵＶ−Ｂ波について良好な検出感度を有するとともに、ＵＶ−Ａ波とＵＶ−Ｂ波との検出感度のばらつきが小さいことが求められている。したがって図５（ａ）に示す、ＵＶ−Ｂ波の平均反射率が低く、かつ図５（ｂ）に示す平均反射率の差が０に近いことが好ましい。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）において、保護膜２０の厚さは種々に変化させているが、フィルタ膜３０の膜厚、構成は変えずに、図３及び図４に示した構成、フィルタ特性を有するものを用いている。
本実施形態の紫外線センサ１において、保護膜２０は、屈折率が約１．３５〜１．４８の低屈折材料である酸化シリコン（ＳｉＯ2）から形成されている。このとき、保護膜２０の光学膜厚が０．２４６×λ×（２×ｎ−０．３）〜０．２４６×λ×（２×ｎ＋０．３）（λ＝３１１ｎｍ、ｎは１以上の自然数）であることが好適である。こうすれば、フィルタ膜３０と保護膜２０とで発生するＵＶ−Ａ波（波長約３２０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線）及びＵＶ−Ｂ波（波長約２８０ｎｍ〜３２０ｎｍの紫外線）の反射率をともに減少させることが可能である。また、この光学膜厚の範囲であれば、比較的大きい反射率を示すＵＶ−Ｂ波についても、平均反射率を５５％以下に抑制することが可能である。したがって、より多くのＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波が、フィルタ膜３０と保護膜２０とを透過してフォトダイオードの受光領域で受光することができるため、良好な受光感度を有する紫外線センサ１を提供することができる。
また、保護膜２０の光学膜厚が０．２４６×λ×（２×ｎ−０．２）〜０．２４６×λ×（２×ｎ＋０．２）（λ＝３１１ｎｍ、ｎは１以上の自然数）の範囲であることがより好ましい。この場合、ＵＶ−Ｂ波の平均反射率を５０％以下に抑制することが可能であり、紫外線センサ１の受光感度を向上させることができる。
なお、上記の光学膜厚範囲を示す式において、λ＝３１１ｎｍは紫外線波長（２８０ｎｍ〜３５０ｎｍ）の中心波長である。
本実施形態の紫外線センサ１において、保護膜２０は、９８ｎｍ〜１１７ｎｍ、または１９４ｎｍ〜２１７ｎｍ、または２９１ｎｍ〜３１４ｎｍの膜厚で形成されていることが、より好ましい。この膜厚範囲で保護膜２０を形成することにより、フィルタ膜３０と保護膜２０とで発生するＵＶ−Ｂ波の反射率を４５％以下に抑制することができる。したがって、ＵＶ−Ａ波に比べて強いエネルギーを有するＵＶ−Ｂ波について良好な受光感度を得るができる。また、ＵＶ−Ａ波とＵＶ−Ｂ波の反射率の差を１０％以下に抑えることができるため、ＵＶ−Ａ波とＵＶ−Ｂ波とに対する受光感度のばらつきを抑制することが可能となる。
図６は、異なる厚さの保護膜２０上にフィルタ膜３０を積層したときの、反射率と波長の関係を示すグラフである。図６には、保護膜２０の光学膜厚を０．２４６×λ×２（実膜厚約１０２ｎｍ）、０．２４６×λ×４（実膜厚約２０４ｎｍ）、０．２４６×λ×４（実膜厚約３０６ｎｍ）にそれぞれ形成したときの反射率を示す。いずれも０．２４６×λ×（２×ｎ−０．３）〜０．２４６×λ×（２×ｎ＋０．３）（λ＝３１１ｎｍ、ｎは１以上の自然数）の範囲の光学膜厚であり、また、９８ｎｍ〜１１７ｎｍ、または１９４ｎｍ〜２１７ｎｍ、または２９１ｎｍ〜３１４ｎｍの膜厚範囲内である。また、比較として光学膜厚０．２４６×λ×７（実膜厚約３５７ｎｍ）の保護膜２０上にフィルタ膜３０を積層したときの反射率を示す。なお、フィルタ膜３０はいずれも、図３及び図４に示したような構成、フィルタ特性を有するものである。
図６に示すように、保護膜２０の光学膜厚を０．２４６×λ×７に形成した場合には、ＵＶ−Ｂ波の波長領域で最大約６５％の反射率を示しており、また、図５（ａ）に示すようにＵＶ−Ｂ波の平均反射率は約５８％と高い値となっている。したがって、入射するＵＶ−Ｂ波の光の多くがフィルタ膜３０及び保護膜２０で反射されてしまい、フォトダイオードに受光される光量が低下し検出感度が低下する。また、ＵＶ−Ａ波の波長領域においては反射率の波長依存性が大きくなっており、反射率が約５０％から２３％まで変化していることがわかる。このような特性の場合、入射する光の波長によって検出感度のばらつきが大きくなり、正確な測定ができないおそれがある。
これに対し、光学膜厚０．２４６×λ×２、０．２４６×λ×４、及び０．２４６×λ×６に形成した場合においては、ＵＶ−Ｂ波の波長領域における最大反射率はいずれも５０％以下に抑制されており、平均反射率はそれぞれ約３８％、３９％、４２％となっている（図５（ａ）参照）。また、ＵＶ−Ａ波の波長領域における反射率は、波長の変化に対してフラットな特性を示しており、ＵＶ−Ｂ波領域における反射率との差も小さく抑えられている。
また、ＵＶ−Ｃ波及び可視光の波長領域においては、ほぼ９０％以上の反射率を示している。したがって、フィルタ膜３０を、上記の膜厚で形成した保護膜２０上に形成した場合には、ＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波を透過してＵＶ−Ｃ波及び可視光は透過しない良好なフィルタ特性を有しているといえる。
これにより、フィルタ膜３０を保護膜２０の表面に積層して、紫外線センサ１の薄型化を実現するとともに、保護膜２０の膜厚を変化させることによって、ＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波について良好な受光感度を有し、また、ＵＶ−Ａ波及びＵＶ−Ｂ波に対する受光感度のばらつきを抑制することが可能な紫外線センサ１を提供することができることが示された。
１ 紫外線センサ
１０ ＳＯＩ基板
１１ 半導体基板
１２ 酸化膜
１３ ＳＯＩ層
１４ Ｎ＋領域
１５ Ｐ＋領域
１６ Ｐ−領域
２０ 保護膜
３０ フィルタ膜
３１ 低屈折率材料（屈折率１．３〜１．５）
３２ 高屈折率材料（屈折率１．９〜２．２）
１０ ＳＯＩ基板
１１ 半導体基板
１２ 酸化膜
１３ ＳＯＩ層
１４ Ｎ＋領域
１５ Ｐ＋領域
１６ Ｐ−領域
２０ 保護膜
３０ フィルタ膜
３１ 低屈折率材料（屈折率１．３〜１．５）
３２ 高屈折率材料（屈折率１．９〜２．２）
Claims (6)
- 紫外線を含む光を受光して電流を発生させる受光素子と、
前記受光素子の受光面側に積層された保護膜と、
ＵＶ−Ａ波とＵＶ−Ｂ波とを透過するフィルタ膜とを有し、
前記フィルタ膜が前記保護膜の表面に積層されていることを特徴とする紫外線センサ。 - 前記保護膜は、屈折率が１．３５〜１．４８の低屈折材料により形成されており、前記保護膜の光学膜厚が０．２４６×λ×（２×ｎ−０．３）〜０．２４６×λ×（２×ｎ＋０．３）（λ＝３１１ｎｍ、ｎは１以上の自然数）であることを特徴とする請求項１に記載の紫外線センサ。
- 前記保護膜は、９８ｎｍ〜１１７ｎｍ、または１９４ｎｍ〜２１７ｎｍ、または２９１ｎｍ〜３１４ｎｍの膜厚で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の紫外線センサ。
- 前記保護膜は、酸化シリコンを用いて形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の紫外線センサ。
- 前記フィルタ膜は、低屈折率材料（屈折率１．３〜１．５）と高屈折率材料（屈折率１．９〜２．２）とが交互に積層された多層膜で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の紫外線センサ。
- 前記受光素子は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された酸化層と、前記酸化層上に形成されたＳＯＩ層とを有し構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の紫外線センサ。
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