TW201605066A - 紫外光用固體受光元件 - Google Patents

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Abstract

本發明旨在提供一種紫外光用固體受光元件，其以簡單構造可精確且適當地測量對人體有害之紫外光照射量，亦容易與周邊電路之感測器一體製作，小型・輕量且低成本並適於攜帶(mobile)或穿戴(wearable)。具備差動電路，該差動電路分別輸入有：根據第一光二極體(1)、第二光二極體(2)、及來自此等光二極體(1)、(2)之輸出之信號，於上述光二極體(1)、(2)內及設於各光二極體上之半導體層區域，分別設置半導體雜質之最大濃度位置。

Description

紫外光用固體受光元件
本發明係關於紫外光用固體受光元件。
對於伴隨臭氧破洞之形成及擴大所導致之對紫外光(UV-rays：Ultravioletrays)威脅的恐懼，特別是對於因UV-ray照射所致之皮膚癌之恐懼，並不限於臭氧破洞之擴大明顯之南半球居民，而是對全人類之威脅・恐怖，因此如何因應成為一大課題。
另一方面，小麥色的日曬肌膚依然是健康與魅力的象徵，年輕人大多積極地進行日光浴。
此外，就維持健康的觀點而言，日曬對於獲取維他命D亦有其必要性。
從上述觀點可知，能避開對人體有害之紫外光(UV–A：波長315～380nm、UV–B：波長280～315nm、UV–C：波長280～200nm以下)而進行日光浴，是眾人所期之事。
日常生活中，實際上係使用帽子、長手套、陽傘等用具、穿著長袖襯衫等、或於露出之肌膚(skin)塗抹防曬用化妝品或藥品等，來做為防曬措施(紫外線措施)。
然而，日光的紫外線量並不限於盛夏的大太陽下，即使在多雲時亦多，而多雲無日時，往往容易對紫外線措施較輕忽。此外，於外出途中，有時會碰到如突然變成紫外線量多天氣之情形，因而有不少情形沒有採取萬全紫外線措施。
因此，最近開始有人提出可偵測紫外線而採取適當的紫外線措施之可攜式紫外光感測器或將其商品化。
然而，太陽光除了紫外光之外，亦包含可見光、紅外光，故在測量紫外光照射量時，若無法避開因紫外光以外之光線所導致之對測量值之影響，則無法準確地測量紫外光之照射量。
利用主體(bulk)的矽(Si)作為半導體基體時，因矽(Si)層除了紫外光之外，亦會感應可見光・紅外光，故必須有如可見光・紅外光截止光學濾光片，因而使成本增加。解決此課題之方法之一，如使用薄膜SOI(Silicon On Insulator)基體(非專利文獻1、2)。
非專利文獻1、2所記載之UV感測器，係利用SOI層之厚度較薄，可見光・紅外光較易穿透，而使其選擇性地對主要為波長400nm以下之光具有高敏感度。 ［先行技術文獻］ ［非專利文獻］
非專利文獻1：「SOI　UV感測器IC之開發」三浦他，OKI技術評論2007年10月/第211號Vol.74No.3，pp38-39 非專利文獻2：「A UV Sensor IC based on SOI Technology for UV care application」SICE Annual conference 2008，August 20-22，2008，The University Electoro-Communications，Japan，pp317-320
［發明欲解決之問題］
然而，非專利文獻1、2之UV感測器中，對於波長380nm以上之光，亦尚未具敏感度(參考非專利文獻1之圖1、非專利文獻2之圖5)，故尚無法充分解決上述課題。
作為進一步之解決方式，考慮使SOI層變更薄，但如此一來，與周邊電路一體製作之一大特色變得困難，故SOI層之薄層化並不理想。
本發明係鑑於上述問題精心檢討・研究而成，其主要目的在於：提供一種紫外光用固體受光元件，其以簡單構造可精確且適當地測量對人體有害之紫外光照射量，且容易與周邊電路之感測器一體製作。
本發明之另一目的在於：提供一種紫外光用固體受光元件，其為小型・輕量且低成本，並適於攜帶(mobile)或穿戴(wearable)。 ［解決問題之方法］
本發明之第一觀點在於：提供一種紫外光用固體受光元件(UVSD1)，其具有以矽(Si)為主成分之半導體基體，於該半導體基體內，設有以實際功效上不立體重疊之方式配置而成第一光二極體(1)與第二光二極體(2)，並具備差動電路，該差動電路輸入有：依據該第一光二極體(1)之輸出(1)之信號(1)；及依據該第二光二極體(2)之輸出(2)之信號(2)， 該第一光二極體(1)藉由第一導電型(1)之半導體層區域(1–1)、及與設於該半導體層區域(1–1)上之該導電型(1)為相反之第二導電型(2)之半導體層區域(1–2)，形成半導體接合面， 該半導體層區域(1–1) 中，半導體雜質之濃度分佈於層厚方向，且具備該分布之最大濃度位置(1–1) ， 於該半導體層區域(1–2)上，設置該導電型(1)之半導體層區域(1–3)，該半導體層區域(1–3)中，半導體雜質之濃度分布於層厚方向，且具備該分布之最大濃度位置 (1–2)， 該第二光二極體(2)藉由第一導電型(1)之半導體層區域(2–1)、及與設於該半導體層區域(2–1)上之該導電型(1) 為相反之第二導電型(2)之半導體層區域(2–2)，形成半導體接合面， 該半導體層區域(2–1)中，半導體雜質之濃度分布於層厚方向，且具備該分布之最大濃度位置(2–1)， 於該半導體層區域(2–2)上，設置該導電型(1)之半導體層區域(2–3)，該半導體層區域(2–3)中，半導體雜質之濃度分布於層厚方向，且具備該分布之最大濃度位置(2–2)， 該最大濃度位置(1–1)與該最大濃度位置(2–1)在始於該半導體基體表面之深度方向為相同或實質相同， 於距離該半導體基體表面之深度方向，該最大濃度位置(1–2)與該最大濃度位置(2–2)為相異。
本發明之第二觀點在於：提供一種紫外光用固體受光元件(UVSD2)，其中，該最大濃度位置(1–2)位於較該最大濃度位置(2–2)更深之位置，該半導體層區域(1–3)於較該最大濃度位置(1–2)更淺之區域中，具有能充分吸收UV–A、UV–B之光之層厚，該半導體層區域(2–3)在於該半導體層區域(2–3)中UV–A、UV–B光之吸收可被視為無實際功效之厚度以下之處，具有該最大濃度位置(2–2)。
本發明之第三觀點在於：提供一種紫外光用固體受光元件(UVSD3)，其中，該差動電路與該光二極體(1)及該光二極體(2)一體設於該半導體基體內。
本發明之第四觀點在於：提供一種紫外光用固體受光元件(UVSD4)，其中，該差動電路為差動放大電路。
本發明之第五觀點在於：提供一種電子設備，其具備上述之任一個紫外光用固體受光元件。
本發明之第六觀點在於：提供一種電子設備，該電子設備具備通訊功能。 ［發明效果］
依據本發明，可以簡單構造精確且適當地測量對人體有害之紫外光照射量。
又，依據本發明，可提供小型・輕量且低成本並適於攜帶(mobile)或穿戴(wearable)之紫外光用固體受光元件。
此外，亦容易與周邊電路及感測器一體製成至半導體基體。
圖1係用以說明本發明之紫外光用固體受光元件之一構成例之示意圖。
圖1所示之紫外光用固體受光元件主要部100，於以矽(Si)為主成分之半導體基體101內，具有第一光二極體(1)102a與第二光二極體(2)102b。
第一光二極體(1)102a與第二光二極體(2)102b，以實際功效上不立體重疊的方式，配置於半導體基體101內。
在此，所謂「實際功效上不立體重疊的方式」係指：第一光二極體(1)102a與第二光二極體(2)102b之入射面，於與該入射面垂直之方向不重疊或實質上不重疊。換言之，其容許範圍為：光照射時來自各光二極體之輸出分別輸入至差動電路，而從該差動電路輸出作為差動信號之信號，可被視為僅由目的之紫外光所導致之範圍。
於圖1所示之紫外光用固體受光元件主要部100中，第一光二極體(1)102a藉由將受光元件主要部100之構成設為後述構成，而使根據UV–A、UV–B等紫外光之因子對該輸出信號之值設為零(「0」)或儘可能為「0」。
亦即，將受到太陽光照射時之光二極體(1)102a之輸出信號，設為依據波長較UV–A為長之光之信號。
另一方面，第二光二極體(2)102b藉由將受光元件主要部100之構成設為後述之構成，而使除了UV–A、UV–B等紫外光之外，可見光區域與波長較其為長之區域之光，亦可影響該輸出信號。
藉由將第一光二極體(1)102a與第二光二極體(2)102b設為如此構成，利用取得第一光二極體(1)102a之輸出信號與第二光二極體(2)102b之輸出信號之差異量，可適當且有效率地取得由UV–A、UV–B等紫外光所致之輸出信號。
第一光二極體(1)102a具有半導體接合面105a，半導體接合面105a係由第一導電型(1)之半導體層區域(1–1)103a、與設於該半導體層區域(1–1)103a上之該導電型(1)相反之第二導電型(2)之半導體層區域(1–2)104a所形成。
第二光二極體(2)102b具有半導體接合面105b，半導體接合面105b係由第一導電型(1)之半導體層區域(2–1)103b、與設於該半導體層區域(2–1)103b上且與該導電型(1)相反之第二導電型(2)之半導體層區域(2–2)104b所形成。
本發明之光二極體係指：具有如上所述之使極性相異之2個半導體層區域直接接觸而形成之半導體接合面之構成者。於該半導體接合面之某個層區域中，形成可產生足夠光電流之空乏層之延伸。半導體接合面不限於一個，亦可為複數個。
於半導體層區域(1–1)103a中，含有賦予第一導電型(1)之半導體雜質(1)。該半導體雜質(1)之濃度分布於該半導體層區域(1–1)103a之層厚方向。關於該分布，係於層厚方向設有最大濃度位置(1–1)106a。
半導體層區域(2–1)103b中，含有賦予第二導電型(2)之半導體雜質(2)。該半導體雜質(2)之濃度分布於該半導體層區域(2–1)103b之層厚方向。關於該分布，係於層厚方向設有最大濃度位置(2–1)106b。
圖1中，最大濃度位置(1–1)106a與最大濃度位置(2–1)106b，於從距離半導體基體101之表面107位置之深度方向中，為相同或實質相同，但為了更精確地測量有害之紫外光，將最大濃度位置(1–1)106a與最大濃度位置(2–1)106b有意地設計於不同位置時，因有設計自由度故為佳。
在此，所謂「實質相同」係指：可得到與〔最大濃度位置(1–1)106a和最大濃度位置(2–1)106b於距離半導體基體101之表面107之深度方向相同時所得之效果〕為實質相同之效果。
於半導體層區域(1–2)104a上，設置導電型(1)之半導體層區域(1–3)109a，於該半導體層區域(1–3)109a中，半導體雜質之濃度分布於層厚方向，且設置該分布中之最大濃度位置(1–2)108a。
於半導體層區域(2–2)104b上，設置導電型(1)之半導體層區域(2–3)109b，於該半導體層區域(2–3)109b中，半導體雜質之濃度分布於層厚方向，且設置該分布中之最大濃度位置(2–2)108b。
最大濃度位置(1–2)108a與最大濃度位置(2–2)108b於距離半導體基體101之表面107之位置之深度方向中不同。
圖1所示之受光元件主要部100中，最大濃度位置(1–2)108a係位於較最大濃度位置(2–2)108b更深之位置。
半導體層區域(1–3)109a於較最大濃度位置(1–2)108a更淺之區域中，具有UV–A、UV–B之光能被充分吸收之層厚d1(從半導體基體之表面107之位置起於深度方向至位置A1為止之厚度)。
本發明中，位置A1即使為與最大濃度位置(1–2)108a為相同位置，在設計上並無妨礙，但為了確保UV–A、UV–B之光能被充分吸收之層厚d1，在製造容許範圍下最好位於最大濃度位置(1–2)108a之上方。
關於最大濃度位置(1–2)108a與位置B1之間之層區域(A1)110a，以可將最大濃度位置(1–2)108a設置於適當位置為條件，其層厚可依據適當所期之設計來決定。
於半導體層區域(2–3)109b之上部，在具有UV–A、UV–B光之吸收可被視為無實際功效之厚度d2(從半導體基體之表面107之位置起於深度方向至位置A2為止之厚度)之層區域(B2)111b內，具有最大濃度位置(2–2)108b。
藉由於可設置最大濃度位置(2–2)108b之範圍內，儘可能地使厚度d2變薄，而可實質地去除厚度d2之層區域(B2)111b內中之UV–A、UV–B光之吸收。亦即，可使層區域(B2)111b內中不受UV–A、UV–B之照射影響或將其抑制至可忽視之程度。
層區域(B2)111b之層厚最好能滿足上述條件地依據設計上期望而適當地決定，具體而言，最好為6nm以下，更好為2nm以下。
圖1中，最大濃度位置(2–2)108b係以設置於層區域(B2)111b內部為例示，但最大濃度位置(2–2)108b亦可位於與表面107相等之位置。
本發明中，位置A2與位置B2間之層區域(A2)110b不一定非設置不可，依受光元件之特性・性能，亦可在設計上省略。
藉由使半導體層區域(2–3)109b為如上之構成，於受到太陽光照射時，可有效地去除UV–A、UV–B對光二極體(1)102a之輸出之照射影響。
針對光二極體(1)102a與光二極體(2)102b，位置C1與C2、位置D1與D2、位置E1與E2最好分別位於相等或實質相等之位置。
藉由使各位置為如此之位置關係，而可更適當地測量UV–A、UV–B之光量或強度。
本發明中，於光二極體(1)102a與光二極體(2)102b之至少正上方之表面107上，因機械性保護目的，亦可使用SiO2 、SiN、SiCN等絕緣材料，設置預定厚度之鈍化膜(或保護膜)。
本發明因以如前述方式構成受光元件主要部100，故不需考量膜厚所導致之干涉之影響，可任意選擇保護膜之膜厚。
圖2係顯示光二極體(1)102a之半導體雜質濃度之分布。
圖2中，橫軸表示距離半導體基體101表面之深度；縱軸表示半導體雜質濃度值(A)之對數。
又，半導體雜質濃度值(A)於第一導電型(1)與第二導電型(2)用之半導體雜質相混合之層區域中，係以第一導電型(1)之半導體雜質濃度值與第二導電型(2)半導體雜質濃度值之差之絕對值表示。
以後，此點於同樣分布之說明中亦相同。
同樣地，圖3係表示光二極體(2)102b之半導體雜質濃度之分布。圖3之橫軸・縱軸與圖2相同。
圖4係本發明之紫外光用固體受光元件之基本構造之示意圖。
紫外光用固體受光元件400具備：形成於以矽(Si)作為主成分之半導體基體401中之光二極體(1)402a、光二極體(2)402b、及差動電路403。
圖4中，根據光二極體(1)402a之輸出之信號(1)，經由線路404a輸入至差動電路403之負端子；根據光二極體(2)402b之輸出之信號(2)，經由線路404b輸入至差動電路403之正端子。
當信號(1)、信號(2)輸入至差動電路403，則從輸出端子405輸出差動信號(3)。
差動電路403只要具備差動功能即可，有無具備放大器功能皆可，但以具備放大器功能為佳。
又，差動電路403亦可與光二極體共同一體化形成於半導體基體401。再者，亦可形成於別的半導體基體，再與已形成光二極體之半導體基體401，共同裝載於第三基體。
圖5係本發明之紫外光用固體受光元件主要部500之光入射面之一配置例之示意俯視圖。
圖5中，係顯示分別將1個光二極體(1)501a與1個光二極體(2)501b平面並設所成之一對(one-pair)光二極體類型之最單純構成之例。
圖6係本發明之紫外光用固體受光元件主要部600之光入射面之其他配置例之示意俯視圖。
圖6中，係顯示將8個光二極體(1)601a與8個光二極體(2)601b之光入射面配置成棋盤形圖案而成之例。
如上所述，藉由分別以複數且相同數目配設本發明中所述之光二極體(1)與光二極體(2)，可減少光二極體之製造上之個別差異。
以下，說明本發明之紫外光用固體受光元件之較佳應用例之一實施形態。
圖7A、圖7B係將本發明應用於行動終端裝置時之一實施形態之概略構成圖。
圖7A係概略外觀圖；圖7B係內部構成之方塊圖。
圖7A、圖7B所示之行動終端裝置701，係由GPS(Global　Positioning System)定位部703、運算處理部704、記憶裝置705及顯示部706所構成。
行動終端裝置701如為：具有導航功能之行動電話設備、PDA(Personal Digital Assistants)、平板、移動式PC等之移動式電子設備或手錶、具有電子設備功能之偵測眼鏡(Scouter)・項鍊・戒指等之穿戴品。
GPS定位部703之功能係作為第1現在位置運算部，其接收從衛星702所發送之位置資訊信號，以定位現在位置。
運算處理部704中，輸入偵測歩數之上下加速度感測器708與偵測方位之角速度感測器709之偵測信號，依據此等信號， 自動定位現在位置，並執行導航處理。
運算處理部704由微電腦、CPU(Central Processing Unit )等所構成。
記憶裝置705之構成包含：ROM705a，儲存於運算處理部704所執行之處理程式，並記於運算處理所必要之記憶表；RAM705b，記憶在運算處理過程所必要之運算結果等；及非揮發性記憶體705c，記憶導航處理結束時之現在位置資訊。
顯示部706顯示從運算處理部704所輸出之導航圖像資訊，由液晶顯示器、有機EL顯示器等所構成。
時鐘部707顯示以現在時刻資訊所修正之年/月/日/時。該現在時刻資訊係顯示於GPS定位部703之作動時從GPS定位部703所輸出之年/月/日/時。
運算處理部704中，輸入有：現在位置資訊，從GPS定位部703輸出；現在時刻資訊，從時鐘部707輸出，以年/月/日/時顯示；加速度資訊，從加速度感測器708輸出，該加速度感測器708係安裝於用以保持行動終端裝置701之使用者之腰位置；角速度資訊，從安裝於行動終端裝置701之如迴轉儀等之角速度感測器709輸出，並對應使用者之歩行方向之方位；及紫外線強度資訊，從作為紫外線偵測機構之紫外線感測器(紫外光用固體受光元件)710輸出，該紫外線偵測機構測量照射至行動終端裝置701之紫外線強度。
運算處理部704上，連接著：與外部之無線通訊設備進行無線通訊之通訊部711。
ROM705a中，儲存著：地區別位置資訊記憶表；及UV指數閾值記憶表，於每個地區，對應1年之月份設定表示紫外線強度之UV指數之閾值。
此外，ROM705a中，又儲存著：晝夜判定用處理程式，用以運算成為晝夜界線之日出與日落時刻，該晝夜界線成為判定以紫外線感測器710所偵測之紫外線強度是否有效之基準；UV指數閾值算出程式，用以算出同樣成為判定紫外線強度是否有效之基準之UV指數閾值THuv；自動定位運算用程式，進行自動定位運算；及運算部選擇處理程式，用以選擇以GPS定位部703所運算之現在位置資訊與利用自動定位用程式於自動定位運算處理所運算之現在位置資訊之其一。
於地區別位置資訊記憶表中，記載著：全國之都道府縣名、各都道府縣之廳所在地名、廳所在地之緯度(N)及經度(E)。
於UV指數閾值記憶表中，針對日本列島所劃分成之四個地區(亦即札幌、筑波、鹿兒島、那霸)，分別於分成三組之1～4月、5～8月及9～12月，各設置UV指數之閾值THuv。
於5～8月中，與緯度無關，UV指數之閾值THuv為固定值，但於1～4月及9～12月，則設定為：隨著緯度變高，UV指數之閾值THuv變小。
又，運算處理部704依據晝夜判定用處理程式，執行判別紫外線強度是否有效之基準之晝夜判定用處理及UV指數閾值算出處理。
此UV指數閾值算出處理，首先，判定於GPS定位部703是否產生現在位置資訊。在於GPS定位部703產生現在位置資訊時，讀取於GPS定位部703所運算之現在位置資訊，決定現在位置所屬之地區屬於札幌、筑波、鹿兒島及那霸之四劃分區域之何者。
接著，從時鐘部707讀取月資訊，再與所決定之四劃分區域之其一及月資訊一起，參考UV指數閾值記憶表而算出UV指數閾值THuv之後，結束UV指數閾值算出處理。
再者，運算處理部704依據進行自動定位運算之自動定位運算用程式，執行自動定位運算處理。
此自動定位運算處理於藉由運算部選擇處理選擇自律運算處理時啟動，於初期狀態下，將上一次以GPS定位部703所定位之現在位置設為初期位置之後，執行作為對預定主程式之每個預定時間(例如10msec)之計時器中斷處理。亦即，首先，讀取以角速度感測器709所偵測之角速度θv，接著，將角速度θv積分而算出方位θ之後，移至下一步驟。
接著，讀取以加速度感測器708所偵測之上下加速度G，從上下加速度G之變化圖形算出歩數P，再將所算出之歩數P與事先設定之歩寛W相乘，算出移動距離L，根據算出之方位θ及移動距離L，更新現在位置資訊，將更新後之現在位置資訊與地圖資訊重疊並顯示於顯示部706之後，結束時間中斷處理，並復原成預定之主程式。
再者，運算處理部704依據運算部選擇處理程式，執行運算部選擇處理，選擇以GPS定位部703所定位之現在位置資訊與以自動定位運算處理所定位之現在位置資訊之其一。
於此運算部選擇處理中，執行運算部選擇處理：於對行動終端裝置701投入電源並選擇導航處理時開始執行，執行選擇以GPS定位部703所定位之現在位置資訊與以自動定位運算處理所定位之現在位置資訊之其一之運算部選擇處理。
本發明之紫外光用固體受光元件運用其小型・輕量之特性，除上述列舉之資訊終端裝置外，亦可輕易安裝於化妝用用品之精簡包、行動導航設備、行車紀錄器、登山用之可攜式氣壓計・高低差計、碼錶等。
「紫外光用固體受光元件主要部之製造之實施態樣」 其次，說明具有p+np型元件構造之受光元件主要部之一較佳製造例。
元件構造之極性即使為相反極性，於該技術領域中當然亦屬於本發明之範疇。
本發明之受光元件可利用一般半導體製造技術形成。因此，於以下製程之說明中，省略對該領域之技術者而言為明顯之事項，而僅簡略記載要點。
(1)準備Si晶圓(半導體基體)。此時，準備p型之雜質濃度為1×1016 cm-3 之p型Si晶圓。
但是，當然亦可使用n型之雜質濃度為1×1016 cm-3 之n型Si晶圓。
(2)於半導體基體(p型Si晶圓)表面形成7nm之SiO2 膜。在此，進行750℃之水氧化。
(3)進行離子植入，其係用以形成成為半導體層區域(1–1)及(2–1)之p型井。
在此，最好形成使最大濃度位置(1–1)與最大濃度位置(2–1)具有差異，俾使於求得第一光二極體(1)之輸出與第二光二極體(2)之輸出之差異量時，波長較380nm為長之太陽光所導致之輸出量實質為0。
為了使最大濃度位置(1–1)成為565nm，第一光二極體(1)之用以形成p型井之離子植入條件為：離子種設為B+ ；植入能量設為180keV；劑量設為1.0×1013 cm-2 。
為了使最大濃度位置(1–2)成為500nm，第二光二極體(2)之用以形成p型井之離子植入條件為：離子種設為B+ ；植入能量設為150keV；劑量設為1.0×1013 cm-2 。
為了活化於(4)(3)植入之雜質原子，進行熱處理。
在此，於氮環境下，以30分鐘進行900℃之熱處理。
(5)進行用以形成半導體層區域(1–2)及(2–2)之離子植入。
在此，同時形成半導體層區域(1–2)及(2–2)。但亦可個別調整離子植入條件。
為了使半導體接合面位置成為300nm左右，離子植入條件為：離子種設為P+ ；植入能量設為120keV；劑量設為1.5×1013 cm-2 。
(6)進行用以形成第一光二極體(1)之半導體層區域(1–3)之離子植入。
在此，為了使最大濃度位置(1–2)成為30nm，將離子種設為BF2+ ；植入能量設為45keV；劑量設為1.2×1013 cm-2 。
(7)進行用以形成第二光二極體(2)之半導體層區域(2–3)之離子植入。
在此，為了使最大濃度位置(2–2) 成為1nm，將離子種設為BF2+ ；植入能量設為15keV；劑量設為1.0×1013 cm-2 。
(8)為了從半導體層區域(1–2)及(2–2)取出光電荷，分別對半導體層區域(1–2)及半導體層區域(2–2)之部分區域，進行用以形成高濃度n型雜質層之離子植入。
將離子種設為As+ ；植入能量設為40keV；劑量設為5×1015 cm-2 。
(9)為了從半導體層區域(1–1)及(2–1) 取出光電荷，分別對半導體層區域(1–1)及半導體層區域(2–1)之部分區域，進行用以形成高濃度p型雜質層之離子植入。
將離子種設為BF2+ ；植入能量設為40keV；劑量設為5×1015 cm-2 。
(10)為了活化植入之雜質原子，進行熱處理。
在此，於氮環境下，進行5秒鐘、1000℃之熱處理。
(11)形成配線層間絕緣膜。在此，使用化學氣相成長法形成300nm之SiO2 膜。
(12)為了使高濃度n型雜質層及高濃度p型雜質層與配線相連接，而開了接觸孔。在此，藉由乾蝕刻，蝕刻配線層間絕緣膜。
(13)為了形成Al配線，使用濺鍍法，形成500nm厚之Al膜。
(14)為了形成Al配線，藉由乾蝕刻，將Al之部分區域蝕刻並圖案化。
(15)為了形成保護膜，使用化學氣相成長法，形成300nm之SiN膜。
為了使紫外光之光穿透性良好，最好調整成膜條件，使氫含量變少。
(16)將信號輸出用之焊墊區上之保護膜，加以去除。此時，藉由乾蝕刻，蝕刻SiN膜。
(17)為了進行氫氣燒結， 於含10%氫之氮環境下，進行400℃之熱處理。
由如上述所製成之本發明之紫外光用固體受光元件之一例，可得知：相對於整體波長光之累積，380nm以上之波長之光之相對光敏度之累積，可抑制在數個％以內，可精確地測量有害之紫外光。以圖8至10說明結果。
圖8係顯示內製有第一光二極體(1)、第二光二極體(2)及此等光二極體之本發明之受光元件之相對光敏度之圖形。
圖9係顯示降注至地表之太陽光光譜之圖形。
圖10係考量圖9之本發明之受光元件之相對光譜輸出之圖形。
(A)第一光二極體(1) 最大濃度位置(1–1)＝565 nm 最大濃度位置(1–2)=30 nm (B)第二光二極體(2) 最大濃度位置(2–1)＝500 nm 最大濃度位置(2–2)＝1 nm
從圖10可明白得知，光波長280–380nm之輸出(斜線部分)相對於輸出之全光波長分之積分值之比例為96%。
100、500、600‧‧‧紫外光用個體受光元件主要部
101‧‧‧半導體基體
102a、501a、601a‧‧‧光二極體(1)
102b、501b、601b‧‧‧光二極體(2)
103a‧‧‧半導體層區域(1–1)
103b‧‧‧半導體層區域(2–1)
104a‧‧‧半導體層區域(1–2)
104b‧‧‧半導體層區域(2–2)
105a‧‧‧半導體接合面(1)
105b‧‧‧半導體接合面(2)
106a‧‧‧最大濃度位置(1–1)
106b‧‧‧最大濃度位置(2–1)
107‧‧‧表面
108a‧‧‧最大濃度位置(1–2)
108b‧‧‧最大濃度位置(2–2)
109a‧‧‧半導體層區域(1–3)
109b‧‧‧半導體層區域(2–3)
110a‧‧‧層區域(A1)
110b‧‧‧層區域(A2)
111b‧‧‧層區域(B2)
400‧‧‧紫外光用個體受光元件
401‧‧‧半導體基體
402a‧‧‧光二極體(1)
402b‧‧‧光二極體(2)
403‧‧‧差動電路
404a、404b‧‧‧線路
405‧‧‧輸出端子
702‧‧‧行動終端裝置
703‧‧‧衛星
703‧‧‧GPS定位部
704‧‧‧運算處理部
705‧‧‧記憶裝置
705a‧‧‧ROM
705b‧‧‧RAM
705c‧‧‧非揮發性記憶體
706‧‧‧顯示部
707‧‧‧時鐘部
708‧‧‧加速度感測器
709‧‧‧角速度感測器
710‧‧‧紫外線感測器
711‧‧‧通訊部
A1~A2、B1~B2、C1~C2、D1~D2、E1~E2‧‧‧位置
d1~d2‧‧‧厚度
［圖1］本發明之紫外光用固體受光元件主要部之構成之示意圖。［圖2］光二極體(1)102a之半導體雜質濃度之分布圖。［圖3］光二極體(2)102b之半導體雜質濃度之分布圖。［圖4］本發明之紫外光用固體受光元件之基本構造之示意圖。［圖5］本發明之紫外光用固體受光元件主要部500之光入射面之一配置例之俯視圖。［圖6］本發明之紫外光用固體受光元件主要部600之光入射面之一配置例之俯視圖。［圖7A］本發明應用於行動終端裝置時之一實施形態之概略外觀圖。［圖7B］圖7A之行動終端裝置之內部構成方塊圖。［圖8］光二極體(1)、光二極體(2)及內製有此等光二極體之本發明之受光元件之相對光敏度之圖形。［圖9］降注至地表之太陽光之光譜圖形。［圖10］考量圖9之本發明之受光元件之相對光譜輸出之圖形。
100‧‧‧紫外光用個體受光元件主要部
101‧‧‧半導體基體
102a‧‧‧光二極體(1)
102b‧‧‧光二極體(2)
103a‧‧‧半導體層區域(1-1)
103b‧‧‧半導體層區域(2-1)
104a‧‧‧半導體層區域(1-2)
104b‧‧‧半導體層區域(2-2)
105a‧‧‧半導體接合面(1)
105b‧‧‧半導體接合面(2)
106a‧‧‧最大濃度位置(1-1)
106b‧‧‧最大濃度位置(2-1)
107‧‧‧表面
108a‧‧‧最大濃度位置(1-2)
108b‧‧‧最大濃度位置(2-2)
109a‧‧‧半導體層區域(1-3)
109b‧‧‧半導體層區域(2-3)
110a‧‧‧層區域(A1)
110b‧‧‧層區域(A2)
111b‧‧‧層區域(B2)
A1~A2、B1~B2、C1~C2、D1~D2、E1~E2‧‧‧位置
d1~d2‧‧‧厚度

Claims (6)

  1. 一種紫外光用固體受光元件，其具有以矽(Si)為主成分之半導體基體，於該半導體基體內，設有以實際功效上不立體重疊之方式配置而成的第一光二極體(1)與第二光二極體(2)，並具備差動電路，該差動電路輸入有：依據該光二極體(1)之輸出(1)之信號(1) ；及依據該光二極體(2)之輸出(2)之信號(2)， 該第一光二極體(1)藉由第一導電型(1)之半導體層區域(1–1)、及與設於該半導體層區域(1–1)上之該導電型(1)為相反之第二導電型(2)之半導體層區域(1–2)，形成半導體接合面， 該半導體層區域(1–1)中，半導體雜質之濃度分布於層厚方向，且具備該分布之最大濃度位置(1–1)， 於該半導體層區域(1–2)上，設置該導電型(1)之半導體層區域(1–3)，該半導體層區域(1–3)中，半導體雜質之濃度分布於層厚方向，且具備該分布之最大濃度位置 (1–2)， 該第二光二極體(2)藉由第一導電型(1)之半導體層區域(2–1)、及與設於該半導體層區域(2–1)上之該導電型(1) 為相反之第二導電型(2)之半導體層區域(2–2)，形成半導體接合面， 該半導體層區域(2–1)中，半導體雜質之濃度分布於層厚方向，且具備該分布之最大濃度位置(2–1)， 於該半導體層區域(2–2)上，設置該導電型(1)之半導體層區域(2–3)，該半導體層區域(2–3)中，半導體雜質之濃度分布於層厚方向，且具備該分布之最大濃度位置(2–2)， 該最大濃度位置(1–1)與該最大濃度位置(2–1)在始於該半導體基體表面之深度方向為相同或實質相同， 該最大濃度位置(1–2)與該最大濃度位置(2–2) 在始於該半導體基體表面之深度方向為相異。
  2. 如申請專利範圍第1項之紫外光用固體受光元件，其中，該最大濃度位置(1–2)位於較該最大濃度位置(2–2)更深之位置，該半導體層區域(1–3)於較該最大濃度位置(1–2)更淺之區域中，具有能充分吸收UV–A、UV–B的光之層厚，該半導體層區域(2–3)在於該半導體層區域(2–3)中UV–A、UV–B之光之吸收可被視為無實際功效的厚度以下之處，具有該最大濃度位置(2–2)。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之紫外光用固體受光元件，其中，該差動電路與該光二極體(1)及該光二極體(2)一體設於該半導體基體內。
  4. 如申請專利範圍第3項之紫外光用固體受光元件，其中，該差動電路為差動放大電路。
  5. 一種電子設備，其具備於申請專利範圍1至4中任一項之紫外光用固體受光元件。
  6. 如請專利範圍第5項之電子設備，其中，更具備通訊功能。
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