WO2009157512A1 - Ultraviolet light sensor - Google Patents

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武 瀬木
恵司 金田
正伸 日高
重男 大平
直樹 新井
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東海東洋アルミ販売株式会社
日本軽金属株式会社
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Abstract

Disclosed is an ultraviolet light sensor comprising a photodetector for sensing ultraviolet light, and one or more optical fiber cables for transmitting ultraviolet light to the photodetector.  Each optical fiber cable has a light-receiving part for receiving the ultraviolet light, and the photodetector comprises a β-Ga2O3 crystal and electrodes respectively formed on the front surface and the back surface of the β-Ga2O3 crystal.

Description

紫外線センサUV sensor
 本発明は、紫外線センサに関し、特に連続モニタリングに適し、耐久性や耐電磁波ノイズ性に優れた紫外線センサに関する。
 本願は、2008年06月26日に、日本国に出願された特願2008-167378号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to an ultraviolet sensor, and more particularly to an ultraviolet sensor suitable for continuous monitoring and excellent in durability and electromagnetic noise resistance.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2008-167378 for which it applied to Japan on June 26, 2008, and uses the content here.
 紫外線出射具(例えば、紫外線ランプ等)は、医療用、食品や機器等の消毒用、印刷用、半導体用、観察用、レジスト露光用、接着用、及びモールド用等、産業界において多岐にわたり使用されている。近年、特に波長の短い254nm以下の紫外線を出射する紫外線出射具は、水の浄化、食料品や医療分野での殺菌、滅菌等の用途で重要になってきている。この種の紫外線出射具は消耗品であるため、寿命の判断(紫外線出射具の交換時期)が重要である。従来、紫外線出射具の連続的な監視ができないため、紫外線出射具の交換時期の目安として事前に寿命時間を設定し(例えば2000時間)、この設定した寿命時間を使用した後に、紫外線出射具を交換するようにしていた。しかしながら、紫外線出射具の実際の寿命は、各紫外線出射具で一定でないため、設定した寿命より短くなったり長くなったりする場合がある。紫外線出射具の寿命が、設定した寿命時間よりも短くなった場合には、紫外線発生のないまま紫外線出射具を使用し続けてしまう問題が生じる。そこで、紫外線出射具を連続的にモニターできる装置があれば、交換前に紫外線出射具が寿命に達する心配がなくなる。
 さらに、この装置を用いれば、紫外線出射具の実際の寿命が設定した寿命時間より長くなった場合には、この紫外線出射具が消耗するまで効率的に使用でき、経済的なメリットが生じる。
Ultraviolet emitting tools (for example, ultraviolet lamps) are used in a wide variety of industries such as medical, disinfection of food and equipment, printing, semiconductors, observation, resist exposure, bonding, and molding. Has been. In recent years, ultraviolet light emitting tools that emit ultraviolet light having a short wavelength of 254 nm or less have become important in applications such as water purification, sterilization and sterilization in the food and medical fields. Since this type of ultraviolet emitting tool is a consumable item, it is important to determine the lifetime (time to replace the ultraviolet emitting tool). Conventionally, since the ultraviolet emitting tool cannot be continuously monitored, a life time is set in advance as a guideline for replacing the ultraviolet emitting tool (for example, 2000 hours), and after using the set lifetime, I was trying to replace it. However, since the actual life of the ultraviolet light emitting device is not constant for each ultraviolet light emitting device, it may be shorter or longer than the set life. When the lifetime of the ultraviolet emitting tool becomes shorter than the set lifetime, there is a problem that the ultraviolet emitting tool continues to be used without generating ultraviolet rays. Therefore, if there is an apparatus capable of continuously monitoring the ultraviolet emitting tool, there is no concern that the ultraviolet emitting tool will reach the end of its life before replacement.
Furthermore, when this apparatus is used, when the actual life of the ultraviolet emitting tool becomes longer than the set lifetime, it can be used efficiently until the ultraviolet emitting tool is consumed, resulting in an economic advantage.
 紫外線出射具から発生した紫外線のパワーを測定する従来の装置としては、シリコン(Si)や窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)などの半導体を用いた紫外線センサが知られている。しかしながら、シリコンの半導体を用いた紫外線センサの場合、測定波長の選択にフィルターが用いられている。そのため、波長254nm以下の短波長域では、受光スペクトルのバンド幅が広いこと、及びこのフィルターが紫外線で劣化しやすく、かつこの劣化に伴って受光波長のシフトがあることから、感度調整のため、紫外線センサの校正が必要になる。さらに、フィルター周辺に用いられている部品等には、耐熱性による制約(通常、使用温度40℃以下)がある。すなわち、この部品等の温度が使用温度より高くならないように、紫外線測定箇所を頻繁に調整する必要がある。 UV sensors using semiconductors such as silicon (Si) and aluminum gallium nitride (AlGaN) are known as conventional devices for measuring the power of ultraviolet rays generated from ultraviolet emitting tools. However, in the case of an ultraviolet sensor using a silicon semiconductor, a filter is used to select a measurement wavelength. Therefore, in the short wavelength region of wavelength 254 nm or less, the bandwidth of the received light spectrum is wide, and this filter is easily deteriorated by ultraviolet rays, and the received light wavelength shifts with this deterioration. Calibration of the UV sensor is required. Furthermore, the parts used around the filter have restrictions due to heat resistance (usually a use temperature of 40 ° C. or lower). In other words, it is necessary to frequently adjust the ultraviolet ray measurement location so that the temperature of these components does not become higher than the operating temperature.
 また、254nm以下の短波長域で感度を有するフォトディテクタ材料として、シリコン以外には、AlGaN(例えば特許文献1参照)がある。しかし、このAlGaNは酸化により劣化が生じるという問題がある。そのため、連続的に、かつ長期間安定して紫外線のモニタリングを行なうのが困難である。
 光電管タイプのセンサもこの波長域に感度を有するが、太陽光に含まれる紫外線の波長帯にも感度を持ち(ソーラーブラインドではなく)、感度が変動しやすく、さらに耐熱性も良くない。
As a photodetector material having sensitivity in a short wavelength region of 254 nm or less, there is AlGaN (see, for example, Patent Document 1) other than silicon. However, this AlGaN has a problem that it is deteriorated by oxidation. For this reason, it is difficult to monitor ultraviolet rays continuously and stably for a long period of time.
Phototube-type sensors also have sensitivity in this wavelength range, but also have sensitivity in the wavelength band of ultraviolet rays contained in sunlight (not solar blinds), sensitivity is likely to fluctuate, and heat resistance is not good.
特開2003-249665号公報JP 2003-249665 A
 紫外線出射具の寿命を定量的なデータに基づき管理するためには、紫外線出射具を使用している局部で紫外線パワーを測定することが不可欠である。しかし、現実には、紫外線センサの受光部分の形状や耐熱性、センシング部分の寿命等の問題で実現できないのが現状である。また、従来の紫外線センサのように、紫外線の受光部とセンサヘッド部とが一体化されていると、遠隔モニターが不十分となったり、紫外線測定箇所が制約される等、必ずしも満足できるモニタリングができないという問題がある。 In order to manage the life of the ultraviolet emitting tool based on quantitative data, it is essential to measure the ultraviolet power at the local area where the ultraviolet emitting tool is used. However, in reality, it cannot be realized due to problems such as the shape and heat resistance of the light receiving portion of the ultraviolet sensor and the life of the sensing portion. Moreover, if the ultraviolet light receiving part and the sensor head part are integrated as in the case of a conventional ultraviolet sensor, the remote monitoring becomes insufficient, the ultraviolet ray measurement location is restricted, and the monitoring is not always satisfactory. There is a problem that you can not.
 本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたものであり、紫外線出射具の寿命を連続的に監視することで、予め設定された紫外線出射具の交換時期の目安によらず、実際の消耗時期に合わせた紫外線出射具の交換を可能にするとともに、紫外線測定箇所が制約されずに遠隔的なモニターを可能にする紫外線センサの提供を目的とする。 The present invention has been made in order to solve such a conventional problem, and by continuously monitoring the life of the ultraviolet emitting tool, it is possible to obtain a predetermined replacement time for the ultraviolet emitting tool. It is an object of the present invention to provide an ultraviolet sensor that enables replacement of the ultraviolet emitting tool in accordance with the actual wear time and enables remote monitoring without restricting the ultraviolet measurement point.
 本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。
 (1)本発明の紫外線センサは、紫外線を検知するフォトディテクタと、このフォトディテクタに向けて前記紫外線を伝播する1または複数の光ファイバケーブルと、を有し、前記光ファイバケーブルが、前記紫外線を受光する受光部を有し、前記フォトディテクタが、β-Ga結晶と、このβ-Ga結晶の表面及び裏面にそれぞれ形成された電極とを備える。
 上記(1)に記載の紫外線センサによれば、光ファイバケーブルを用いることで、紫外線出射具から離間してフォトディテクタを配置できる。そのため、紫外線出射具の発熱や電磁波等によるフォトディテクタの劣化が抑制され、紫外線センサに対する耐熱性や耐久性の要求が軽減される。また、β-Ga結晶は、耐久性および耐熱性に優れ、すでに酸化物であるため、酸化による劣化の心配がない。以上より、上記(1)に記載の紫外線センサでは、受光波長のシフトが生じ難くなる。ゆえに、この受光波長のシフトのためになされる紫外線センサの校正を、低減または不要にできる。その結果、紫外線出射具のパワーを連続的に監視することができ、紫外線出射具が消耗して紫外線の発生がなくなる前に、この紫外線出射具の交換が行なえる。また、光ファイバケーブルを用いることで、紫外線出射具の近傍に受光部を配置した状態で、紫外線出射具から離間してフォトディテクタを配置できるため、遠隔的モニタリングが可能となる。
 (2)上記(1)に記載の紫外線センサでは、前記β-Ga結晶の表面に形成された前記電極がショットキー電極であり、前記光ファイバケーブルを伝播した前記紫外線が、前記ショットキー電極に導入されてもよい。
 上記(2)の場合、ショットキー電極の下部に広がるβ-Ga結晶の空乏層の全面で紫外線を受光できる。そのため、β-Ga結晶の利用効率が高くなる。また、紫外線センサの構造が単純となり、その製造プロセスも簡便となる。
 (3)上記(1)に記載の紫外線センサは、前記紫外線を連続してモニタリングしてもよい。
 (4)上記(1)に記載の紫外線センサは、水を洗浄する紫外線出射具の照度測定に用いてもよい。
 (5)上記(1)に記載の紫外線センサは、殺菌あるいは滅菌をする紫外線出射具の照度測定に用いてもよい。
 (6)上記(1)に記載の紫外線センサは、前記受光部が、前記紫外線の光軸に対して垂直な端面を有していてもよい。
 上記(6)の場合、紫外線出射具から出射された紫外線を、受光部にて効率よく受光できる。
 (7)上記(1)に記載の紫外線センサは、前記受光部が、円錐状に形成されていてもよい。
 上記(7)の場合、紫外線出射具から出射された紫外線の光軸から側方に大きくずれた入射方向の紫外線も、受光部にて効率よく受光できる。
 (8)上記(1)に記載の紫外線センサは、前記受光部が、前記紫外線の光軸に対して傾斜した斜面を有していてもよい。
 上記(8)の場合、受光部の斜面に対して側方から入射する紫外線を、この斜面で反射させて、光ファイバケーブルに入射させられる。
 (9)上記(1)に記載の紫外線センサは、前記受光部に集光レンズが配置されていてもよい。
 上記(9)の場合、より効果的に紫外線を光ファイバケーブルに入射させられる。
 (10)上記(1)に記載の紫外線センサは、前記受光部が、前記光ファイバケーブルに形成されたV溝であってもよい。
 上記(10)の場合、光ファイバケーブルの側方から、紫外線をこの光ファイバケーブルに入射できる。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems and achieve the object.
(1) An ultraviolet sensor of the present invention includes a photodetector that detects ultraviolet rays and one or a plurality of optical fiber cables that propagate the ultraviolet rays toward the photodetector, and the optical fiber cable receives the ultraviolet rays. The photodetector includes a β-Ga 2 O 3 crystal and electrodes formed on the front and back surfaces of the β-Ga 2 O 3 crystal, respectively.
According to the ultraviolet sensor as described in said (1), a photodetector can be arrange | positioned away from an ultraviolet-ray emitting tool by using an optical fiber cable. Therefore, the deterioration of the photodetector due to the heat generated by the ultraviolet emitting tool or electromagnetic waves is suppressed, and the heat resistance and durability requirements for the ultraviolet sensor are reduced. In addition, β-Ga 2 O 3 crystal is excellent in durability and heat resistance, and is already an oxide, so there is no fear of deterioration due to oxidation. As described above, in the ultraviolet sensor described in the above (1), the shift of the light reception wavelength is difficult to occur. Therefore, it is possible to reduce or eliminate the calibration of the ultraviolet sensor that is performed for the shift of the light receiving wavelength. As a result, the power of the ultraviolet emitting tool can be continuously monitored, and the ultraviolet emitting tool can be replaced before the ultraviolet emitting tool is consumed and the generation of ultraviolet rays is eliminated. In addition, by using the optical fiber cable, the photodetector can be arranged apart from the ultraviolet emitting tool in a state where the light receiving unit is arranged in the vicinity of the ultraviolet emitting tool, so that remote monitoring is possible.
(2) In the ultraviolet sensor according to the above (1), the electrode formed on the surface of the β-Ga 2 O 3 crystal is a Schottky electrode, and the ultraviolet light propagated through the optical fiber cable is converted into the shot sensor. It may be introduced into the key electrode.
In the case of (2), ultraviolet rays can be received by the entire surface of the depletion layer of β-Ga 2 O 3 crystal extending under the Schottky electrode. Therefore, the utilization efficiency of the β-Ga 2 O 3 crystal is increased. Further, the structure of the ultraviolet sensor becomes simple, and the manufacturing process becomes simple.
(3) The ultraviolet sensor according to (1) may continuously monitor the ultraviolet light.
(4) You may use the ultraviolet sensor as described in said (1) for the illumination intensity measurement of the ultraviolet-ray emitting tool which wash | cleans water.
(5) The ultraviolet sensor described in the above (1) may be used for illuminance measurement of an ultraviolet emitting tool for sterilization or sterilization.
(6) In the ultraviolet sensor according to (1), the light receiving unit may have an end surface perpendicular to the optical axis of the ultraviolet light.
In the case of (6), the ultraviolet light emitted from the ultraviolet light emitting tool can be efficiently received by the light receiving unit.
(7) As for the ultraviolet sensor as described in said (1), the said light-receiving part may be formed in cone shape.
In the case of the above (7), the ultraviolet light in the incident direction that is largely shifted laterally from the optical axis of the ultraviolet light emitted from the ultraviolet light emitting tool can be efficiently received by the light receiving unit.
(8) In the ultraviolet sensor according to (1), the light receiving unit may have a slope inclined with respect to the optical axis of the ultraviolet light.
In the case of the above (8), the ultraviolet light incident from the side with respect to the inclined surface of the light receiving unit is reflected by this inclined surface and is incident on the optical fiber cable.
(9) In the ultraviolet sensor according to (1) above, a condensing lens may be disposed in the light receiving unit.
In the case of (9) above, ultraviolet rays can be more effectively incident on the optical fiber cable.
(10) In the ultraviolet sensor according to (1) above, the light receiving unit may be a V-groove formed in the optical fiber cable.
In the case of (10) above, ultraviolet light can be incident on the optical fiber cable from the side of the optical fiber cable.
 上記(1)に記載の紫外線センサによれば、紫外線出射具のパワーを連続的に監視することができ、紫外線出射具が消耗して紫外線の発生がなくなる前に、この紫外線出射具の交換が行なえる。そのため、連続的な紫外線発生を維持できる。
 また、紫外線出射具の発熱や電磁波等による紫外線センサの劣化を抑制し、紫外線センサに対する耐熱性や耐久性の要求が軽減されるので、受光波長のシフトによる紫外線センサの校正を低減または不要にできる。
 さらに、光ファイバケーブルを用いることで、紫外線出射具の近傍に受光部を配置した状態で、紫外線出射具から離間してフォトディテクタを設置できるので、この紫外線出射具の遠隔的モニタリングが可能となる。
According to the ultraviolet sensor described in (1) above, the power of the ultraviolet emitting tool can be continuously monitored, and the ultraviolet emitting tool can be replaced before the ultraviolet emitting tool is consumed and the generation of ultraviolet rays is eliminated. Yes. Therefore, continuous generation of ultraviolet rays can be maintained.
In addition, the deterioration of the UV sensor due to the heat generated by the UV emitting tool and electromagnetic waves is suppressed, and the heat resistance and durability requirements for the UV sensor are reduced. Therefore, calibration of the UV sensor due to the shift of the received light wavelength can be reduced or eliminated. .
Further, by using the optical fiber cable, the photodetector can be installed apart from the ultraviolet emitting tool in a state where the light receiving unit is arranged in the vicinity of the ultraviolet emitting tool, so that the ultraviolet emitting tool can be remotely monitored.
本発明の一実施形態に係る紫外線センサの概略構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of schematic structure of the ultraviolet sensor which concerns on one Embodiment of this invention. 同実施形態のフォトディテクタおよびその付近の構成例をより詳細に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the photodetector of the same embodiment, and the structural example of the vicinity of it in detail. 同フォトディテクタの断面構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cross-section of the photodetector. 同フォトディテクタの表面の電極配置を示す平面図である。It is a top view which shows electrode arrangement | positioning on the surface of the photodetector. 同フォトディテクタの裏面の電極配置を示す平面図である。It is a top view which shows the electrode arrangement | positioning of the back surface of the photodetector. 同フォトディテクタに対して光ファイバケーブルを光学的に結合する構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure which optically couples an optical fiber cable with respect to the photodetector. 同フォトディテクタに対して光ファイバケーブルを光学的に結合する構造の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the structure which optically couples an optical fiber cable with respect to the photodetector. 同実施形態の光ファイバケーブルの先端を加工して受光部を形成した例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example which processed the front-end | tip of the optical fiber cable of the embodiment, and formed the light-receiving part. 上記実施形態の光ファイバケーブルの先端を加工して受光部を形成した変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification which processed the front-end | tip of the optical fiber cable of the said embodiment, and formed the light-receiving part. 同実施形態の光ファイバケーブルの先端を加工して受光部を形成した変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification which processed the front-end | tip of the optical fiber cable of the embodiment, and formed the light-receiving part. 同実施形態の光ファイバケーブルの先端にレンズを設けて受光部を形成した例を示す側面図である。It is a side view which shows the example which provided the lens in the front-end | tip of the optical fiber cable of the embodiment, and formed the light-receiving part. 同実施形態の光ファイバケーブルの側面にV溝を設けて受光部を形成した例を示す側面図である。It is a side view which shows the example which provided the V groove in the side surface of the optical fiber cable of the embodiment, and formed the light-receiving part. 実施例における紫外線センサの感度が、照射パワー依存性を示すグラフである。The sensitivity of the ultraviolet sensor in an Example is a graph which shows irradiation power dependence. 同実施例におけるフォトディテクタの起電流と照射パワーとを示すグラフである。It is a graph which shows the electromotive current and irradiation power of the photodetector in the Example. 同実施例における暗電流の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the dark current in the Example.
 以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
 図1が、本発明の一実施形態に係る紫外線センサの概略構成例を示す図である。図1に示す紫外線センサ1は、紫外線を検知するフォトディテクタ2と、フォトディテクタ2に向けて紫外線を伝播する光ファイバケーブル3とを備え、光ファイバケーブル3は、紫外線出射具Lから照射された紫外線を受光する受光部4を有する。
The present invention will be described below with reference to the drawings based on the best mode.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration example of an ultraviolet sensor according to an embodiment of the present invention. An ultraviolet sensor 1 shown in FIG. 1 includes a photodetector 2 that detects ultraviolet rays and an optical fiber cable 3 that propagates ultraviolet rays toward the photodetector 2, and the optical fiber cable 3 emits ultraviolet rays emitted from an ultraviolet emitting tool L. It has the light-receiving part 4 which receives light.
 図2に、フォトディテクタ2およびその付近の構成例をより詳細に示す。
 フォトディテクタ2は、β-Ga(β型酸化ガリウム)結晶10およびその表裏に形成された電極を備える。すなわち、β-Ga結晶10の表面上には、紫外線検出用のショットキー電極11が形成されるとともに、β-Ga結晶10の裏面上には、ショットキー電極11に対応する位置にオーミック電極12が形成されている。ショットキー電極11の上には、配線用のパッド電極13が形成されている。さらに、β-Ga結晶10の表面上および裏面上には、それぞれテスト用のショットキー電極14およびオーミック電極15が形成されている。
 図4Aがβ-Ga結晶10表面の各電極(ショットキー電極11、パッド電極13及びテスト用のショットキー電極14)の配置を示し、図4Bがβ-Ga結晶10裏面の各電極(オーミック電極12及びテスト用のオーミック電極15)の配置を示す。
FIG. 2 shows an example of the configuration of the photodetector 2 and the vicinity thereof in more detail.
The photodetector 2 includes a β-Ga 2 O 3 (β-type gallium oxide) crystal 10 and electrodes formed on the front and back thereof. That is, on the surface of the β-Ga 2 O 3 crystal 10, together with the Schottky electrode 11 of the ultraviolet ray for detection is formed on the back surface of the β-Ga 2 O 3 crystal 10 corresponds to the Schottky electrode 11 The ohmic electrode 12 is formed at the position where the A pad electrode 13 for wiring is formed on the Schottky electrode 11. Further, a test Schottky electrode 14 and an ohmic electrode 15 are formed on the front surface and the back surface of the β-Ga 2 O 3 crystal 10, respectively.
Figure 4A is β-Ga 2 O 3 each electrode of the crystal 10 surface shows the arrangement of (the Schottky electrode 11, the Schottky electrode 14 of the pad electrodes 13 and the test), FIG. 4B is β-Ga 2 O 3 crystal 10 back surface The arrangement of each electrode (the ohmic electrode 12 and the test ohmic electrode 15) is shown.
 フォトディテクタ2は、筐体6内に収容されている。この筐体6は、紫外線が通過しない材質から構成されている。測定対象の紫外線が、光ファイバケーブル3の伝播のみにより筐体6内に導入されることが望ましい。
 筐体6内部に収容されるフォトディテクタ2の静電遮蔽の観点から、筐体6は導電性を有する材料からなることが望ましい。筐体6は、例えばステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、鉄、ニッケル等の金属から形成することができる。筐体6は、複数の部材を組み合わせ、フォトディテクタ2を収容してから一体化するように構成しても良い。
The photodetector 2 is accommodated in the housing 6. The housing 6 is made of a material that does not allow ultraviolet rays to pass through. It is desirable that the ultraviolet rays to be measured be introduced into the housing 6 only by propagation through the optical fiber cable 3.
From the viewpoint of electrostatic shielding of the photodetector 2 housed inside the housing 6, the housing 6 is preferably made of a conductive material. The housing 6 can be formed of a metal such as stainless steel, aluminum, brass, iron, or nickel. The housing 6 may be configured such that a plurality of members are combined and integrated after the photo detector 2 is accommodated.
 フォトディテクタ2は、銀(Ag)ペースト等の結合材21を用いて、サファイアや石英等からなる支持板20の上に固定されている。支持板20は、筐体6の底面にダイボンディングされている。 The photodetector 2 is fixed on a support plate 20 made of sapphire, quartz or the like using a binder 21 such as silver (Ag) paste. The support plate 20 is die bonded to the bottom surface of the housing 6.
 筐体6の天面には、光ファイバケーブル3が挿通される開口部7が形成されている。開口部7に挿通された光ファイバケーブル3は、その出射部5がフォトディテクタ2のショットキー電極11に向けて配置されている。
 出射部5は、例えば光ファイバケーブル3の端面を光軸方向(図2の上下方向)に対して垂直に研磨したものを用いることができる。ショットキー電極11の上面がフォトディテクタ2の受光面11rとなり、この受光面11rが光ファイバケーブル3の出射部5に対向するようにフォトディテクタ2が配置されている。
An opening 7 through which the optical fiber cable 3 is inserted is formed on the top surface of the housing 6. The optical fiber cable 3 inserted through the opening 7 is arranged such that the emission part 5 faces the Schottky electrode 11 of the photodetector 2.
As the emitting unit 5, for example, an end surface of the optical fiber cable 3 that is polished perpendicularly to the optical axis direction (the vertical direction in FIG. 2) can be used. The upper surface of the Schottky electrode 11 serves as the light receiving surface 11r of the photodetector 2, and the photodetector 2 is disposed so that the light receiving surface 11r faces the light emitting portion 5 of the optical fiber cable 3.
 フォトディテクタ2の端子となる一対のリード24,25が、筐体6の底面側から筐体6の外部へと引き出されている。筐体6内では、フォトディテクタ2のパッド電極13およびオーミック電極12が、それぞれ一対のボンディングワイヤ22,23を介して、一対のリード24,25の一端にそれぞれ電気的に接続されている。一対のボンディングワイヤ22,23は、例えば直径25μmの金(Au)ワイヤ等が用いられる。一対のリード24,25間には、バッテリ等の電源8と電流計9とが接続されている。この電流計9を用いて電流値を測定することにより、紫外線の検出およびパワーの測定を行うことができる。 A pair of leads 24 and 25 serving as terminals of the photodetector 2 are drawn out from the bottom surface side of the housing 6 to the outside of the housing 6. In the housing 6, the pad electrode 13 and the ohmic electrode 12 of the photodetector 2 are electrically connected to one end of a pair of leads 24 and 25 via a pair of bonding wires 22 and 23, respectively. For example, a gold (Au) wire having a diameter of 25 μm is used for the pair of bonding wires 22 and 23. A power source 8 such as a battery and an ammeter 9 are connected between the pair of leads 24 and 25. By measuring the current value using this ammeter 9, it is possible to detect ultraviolet rays and measure power.
 フォトディテクタ2に使用されているβ-Ga結晶10は、波長254nm付近に大きな感度を有し、耐久性および耐熱性に優れている。β-Gaは融点が1740℃と高く、バンドギャップが4.7~4.9eVとワイドな酸化物半導体であるため、ソーラーブラインドなセンサとなる。このβ-Gaはすでに酸化物であるため、酸化による劣化の心配がない。このため、紫外線の波長領域、特に200~254nmの波長領域での紫外線パワーの測定に好適である。このβ-Ga結晶10としては、β-Gaの単結晶のほか、双晶や多結晶であってもよく、いずれの場合でも同様な効果を奏する。 The β-Ga 2 O 3 crystal 10 used in the photodetector 2 has a large sensitivity near a wavelength of 254 nm and is excellent in durability and heat resistance. Since β-Ga 2 O 3 is an oxide semiconductor having a high melting point of 1740 ° C. and a wide band gap of 4.7 to 4.9 eV, it becomes a solar blind sensor. Since β-Ga 2 O 3 is already an oxide, there is no fear of deterioration due to oxidation. Therefore, it is suitable for measuring the ultraviolet power in the ultraviolet wavelength region, particularly in the wavelength region of 200 to 254 nm. The β-Ga 2 O 3 crystal 10 may be a single crystal of β-Ga 2 O 3 , a twin crystal or a polycrystal, and in either case, the same effect is obtained.
 β-Ga結晶10として、単結晶のβ-Gaを用いる場合、例えば次の方法により、結晶品質に優れたβ-Ga単結晶10を製造できる。この方法は、純度4N(99.99%以上)のGa粉末をラバーチューブに封入し、ラバープレスで成形し、電気炉中、1500℃にて10時間焼結し、得られた焼結体を原料棒としてFZ(Floating Zone)法で単結晶を育成するというものである。単結晶成長条件は、例えば、成長速度5~10mm/h、ドライエア雰囲気、及び圧力1atmの条件が挙げられる。 When single crystal β-Ga 2 O 3 is used as the β-Ga 2 O 3 crystal 10, for example, the β-Ga 2 O 3 single crystal 10 having excellent crystal quality can be manufactured by the following method. In this method, Ga 2 O 3 powder having a purity of 4N (99.99% or more) is enclosed in a rubber tube, molded with a rubber press, sintered in an electric furnace at 1500 ° C. for 10 hours, A single crystal is grown by the FZ (Floating Zone) method using the bonded body as a raw material rod. Examples of the single crystal growth conditions include a growth rate of 5 to 10 mm / h, a dry air atmosphere, and a pressure of 1 atm.
 このようにして作製されたβ-Ga単結晶10を、劈開性が最も強い(100)面に平行な面をワイヤソー等でスライスし、この(100)面を化学機械研磨法(CMP:Chemical Mechanical Polishing)で鏡面研磨して、厚さ0.4~0.5mmのウエハ状に加工する。
 このβ-Ga単結晶10は、比抵抗0.1~0.5Ωcm、キャリア密度1017~1018cm-3程度であり、電気的に導電性となる。この単結晶を用いて、エピタキシャル成長なしにフォトディテクタ2を作製することができる。
The β-Ga 2 O 3 single crystal 10 thus produced is sliced with a wire saw or the like in a plane parallel to the (100) plane having the strongest cleaving property, and this (100) plane is then subjected to chemical mechanical polishing (CMP). : Mirror polishing with Chemical Mechanical Polishing) to process into a wafer with a thickness of 0.4 to 0.5 mm.
This β-Ga 2 O 3 single crystal 10 has a specific resistance of 0.1 to 0.5 Ωcm and a carrier density of about 10 17 to 10 18 cm −3 and is electrically conductive. Using this single crystal, the photodetector 2 can be produced without epitaxial growth.
 図3にフォトディテクタ2の断面構造を示す。β-Ga結晶10の表面と裏面とに、それぞれショットキー電極11とオーミック電極12とが形成されることにより、フォトディテクタ2には、縦型のショットキーダイオードが構成されている。このとき、β-Ga結晶10には、表面のショットキー電極11の直下に空乏層10aが形成され、その下に導電層10bが形成される。
 ショットキー電極11は、表面に受光面11rが形成され、かつ検出対象の紫外線に対して透光性を有する薄い電極からなる。
FIG. 3 shows a cross-sectional structure of the photodetector 2. A Schottky electrode 11 and an ohmic electrode 12 are formed on the front surface and the back surface of the β-Ga 2 O 3 crystal 10 respectively, so that a vertical Schottky diode is configured in the photodetector 2. At this time, in the β-Ga 2 O 3 crystal 10, a depletion layer 10a is formed immediately below the Schottky electrode 11 on the surface, and a conductive layer 10b is formed therebelow.
The Schottky electrode 11 is formed of a thin electrode having a light receiving surface 11r formed on the surface thereof and having translucency with respect to ultraviolet rays to be detected.
 紫外線を電子正孔対に変換して検出するためには、電極に挟み込まれた高抵抗層を形成する必要がある。これは、電極間が低抵抗層だと、この電極間に電流が簡単に流れてしまい、光電流を分離することができなくなるためである。高抵抗層の作製には、高抵抗の薄膜、ショットキー接触、あるいはpn接合による空乏層を利用する方法がある。なかでも、空乏層を利用する方法は、電流の増幅作用があり高感度であるため、好ましい。フォトディテクタ2に酸化ガリウム結晶を用いる場合、この結晶中に酸素欠損が生じるため、n型半導体のみが得られる。そのため、空乏層としては、pn接合ではなくショットキー接触による空乏層を用いるのが好ましい。その結果、フォトディテクタ2の構造は、MSM(Metal-Semiconductor-Metal)型になる。 In order to detect ultraviolet rays by converting them into electron-hole pairs, it is necessary to form a high resistance layer sandwiched between electrodes. This is because if a low resistance layer is provided between the electrodes, a current easily flows between the electrodes, and the photocurrent cannot be separated. For producing the high resistance layer, there is a method of using a depletion layer by a high resistance thin film, a Schottky contact, or a pn junction. Among these methods, a method using a depletion layer is preferable because it has a current amplification effect and high sensitivity. When a gallium oxide crystal is used for the photodetector 2, oxygen vacancies are generated in the crystal, so that only an n-type semiconductor is obtained. Therefore, as the depletion layer, it is preferable to use a depletion layer by Schottky contact instead of a pn junction. As a result, the structure of the photodetector 2 becomes an MSM (Metal-Semiconductor-Metal) type.
 MSM型には、横型構造と縦型構造がある。横型構造の場合、フォトリソグラフィを利用する等して櫛形電極を形成する必要がある。櫛形電極は大面積化が困難であり、空乏層がこの櫛形電極の直下にしか形成されないため、酸化ガリウムの利用効率は下がる。 MSM type has horizontal structure and vertical structure. In the case of a horizontal structure, it is necessary to form a comb-shaped electrode by using photolithography or the like. Since it is difficult to increase the area of the comb-shaped electrode, and the depletion layer is formed only directly below the comb-shaped electrode, the utilization efficiency of gallium oxide decreases.
 本実施形態では、フォトディテクタ2の構造として、縦型構造のMSM型が採用されている。縦型構造のMSM型では、図3に示すように、フォトディテクタ2(センサ部)が、β-Ga結晶10の表面にショットキー電極11、裏面にオーミック電極12をそれぞれ形成するのみで構成される単純な構造となる。この縦型構造は、横型構造と異なり、ショットキー電極11の下部に広がる空乏層10a全面で紫外線を受光できるため、β-Ga結晶10の利用効率が高くなる。また、横型構造のような櫛形電極の作製が不要なため、その構造が単純で製造プロセスも簡便になる特長がある。 In the present embodiment, a vertical structure MSM type is employed as the structure of the photodetector 2. In the vertical MSM type, as shown in FIG. 3, the photodetector 2 (sensor unit) only forms the Schottky electrode 11 on the surface of the β-Ga 2 O 3 crystal 10 and the ohmic electrode 12 on the back surface. It is a simple structure composed. Unlike the horizontal structure, this vertical structure can receive ultraviolet light over the entire surface of the depletion layer 10a extending under the Schottky electrode 11, so that the utilization efficiency of the β-Ga 2 O 3 crystal 10 is increased. In addition, since it is not necessary to produce a comb-shaped electrode like a horizontal structure, the structure is simple and the manufacturing process is simple.
 以下、β-Ga結晶として、β-Ga単結晶10を用いた縦型構造のフォトディテクタ2の作製プロセスの一例について説明する。 Hereinafter, a β-Ga 2 O 3 crystal, β-Ga 2 O 3 an example of production process of the photo detector 2 of vertical structure using a single crystal 10 will be described.
(S1:β-Ga単結晶10のアニーリング)
 まず、β-Ga単結晶10をフッ酸、硫酸、アセトン、エタノール、純水の順で洗浄し、熱処理を行う。熱処理の目的は、結晶成長後の単結晶には酸素欠損等の欠陥が残留しているので、これを回復させるためである。熱処理は、酸素雰囲気中で1100℃にて3~24時間行うことが好ましい。酸素雰囲気を用いるのは、β-Ga単結晶10の育成時に発生した酸素欠損を補充するためである。
(S1: Annealing of β-Ga 2 O 3 single crystal 10)
First, the β-Ga 2 O 3 single crystal 10 is washed in the order of hydrofluoric acid, sulfuric acid, acetone, ethanol, and pure water, and heat treatment is performed. The purpose of the heat treatment is to recover defects such as oxygen vacancies remaining in the single crystal after crystal growth. The heat treatment is preferably performed in an oxygen atmosphere at 1100 ° C. for 3 to 24 hours. The reason why the oxygen atmosphere is used is to replenish oxygen vacancies generated when the β-Ga 2 O 3 single crystal 10 is grown.
(S2:β-Ga単結晶10表面への保護膜の形成)
 次いで、β-Ga単結晶10表面に保護膜を形成する。保護膜の形成には、例えば分析サンプルの固定用に用いるマウンティングワックスの塗布等が利用される。マウンティングワックスは100℃付近から溶け始めるので、溶かしたワックスをスライドガラスに塗布し、β-Ga単結晶10を、このワックスが塗布されたスライドガラスに押し付けてから冷ませば、保護膜を簡便に作製することができる。これにより、次工程でβ-Ga単結晶10の裏面にプラズマ照射をする際、このβ-Ga単結晶10の表面にイオンが照射され、ダメージが発生するのを防ぐことができる。
(S2: Formation of protective film on the surface of β-Ga 2 O 3 single crystal 10)
Next, a protective film is formed on the surface of the β-Ga 2 O 3 single crystal 10. For the formation of the protective film, for example, application of a mounting wax used for fixing the analysis sample is used. Since the mounting wax starts to melt from around 100 ° C., if the melted wax is applied to the slide glass, and the β-Ga 2 O 3 single crystal 10 is pressed against the slide glass coated with this wax and then cooled, a protective film Can be easily prepared. Thus, when the back surface of the β-Ga 2 O 3 single crystal 10 is irradiated with plasma in the next step, the surface of the β-Ga 2 O 3 single crystal 10 is prevented from being irradiated with ions and causing damage. Can do.
(S3:β-Ga単結晶10裏面へのプラズマ照射)
 β-Ga単結晶10裏面にオーミックコンタクトをとるため、導電性の改善、低抵抗化を図る目的でプラズマ照射を行う。これは、強制的に欠陥を生成し、キャリア電子の発生による電気導電性を向上させるためである。プラズマは、残留ガスを用いた低圧グロー放電を利用することができる。イオン電流は数百μA、装置全体の電流は5~10mAとすることが好ましい。
 照射時間は20~40minが好ましく、30min程度がより好ましい。
(S3: Plasma irradiation on the back surface of β-Ga 2 O 3 single crystal 10)
In order to make ohmic contact with the back surface of the β-Ga 2 O 3 single crystal 10, plasma irradiation is performed for the purpose of improving conductivity and reducing resistance. This is to forcibly generate defects and improve electrical conductivity due to generation of carrier electrons. As the plasma, low-pressure glow discharge using residual gas can be used. It is preferable that the ion current is several hundred μA, and the current of the entire apparatus is 5 to 10 mA.
The irradiation time is preferably 20 to 40 minutes, more preferably about 30 minutes.
(S4:β-Ga単結晶10表面の保護膜の除去)
 β-Ga単結晶10裏面にプラズマ照射後、β-Ga単結晶10表面の保護膜を除去する。マウンティングワックスを加熱して再び溶かし、β-Ga単結晶10をはがす。さらにβ-Ga単結晶10をアセトンで洗浄して残留したワックスを除去する。
(S4: Removal of protective film on the surface of β-Ga 2 O 3 single crystal 10)
After the back surface of the β-Ga 2 O 3 single crystal 10 is irradiated with plasma, the protective film on the surface of the β-Ga 2 O 3 single crystal 10 is removed. The mounting wax is heated and melted again, and the β-Ga 2 O 3 single crystal 10 is peeled off. Further, the β-Ga 2 O 3 single crystal 10 is washed with acetone to remove the remaining wax.
(S5:β-Ga単結晶10裏面へのオーミック電極の形成)
 β-Ga単結晶10の裏面にチタン(Ti)を厚さ30~70nm(より好ましくは30~50nm)蒸着した後、金(Au)を厚さ80~150nm(より好ましくは80~100nm)蒸着し、Au/Tiのオーミック電極12,15を形成する。オーミック電極12のサイズは1~5mmφが好ましく、3~4mmφがより好ましい。このサイズが大きいほど接触抵抗が小さくなる。
(S5: Formation of ohmic electrode on the back surface of β-Ga 2 O 3 single crystal 10)
After titanium (Ti) is deposited on the back surface of the β-Ga 2 O 3 single crystal 10 to a thickness of 30 to 70 nm (more preferably 30 to 50 nm), gold (Au) is deposited to a thickness of 80 to 150 nm (more preferably 80 to 100 nm), and Au / Ti ohmic electrodes 12 and 15 are formed. The size of the ohmic electrode 12 is preferably 1 to 5 mmφ, and more preferably 3 to 4 mmφ. The larger this size, the smaller the contact resistance.
(S6:β-Ga単結晶10表面へのショットキー電極の形成)
 ショットキー電極11,14としては、n型半導体用に、仕事関数が大きいとされる金属である金(Au)、白金(Pt)等が用いられる。β-Ga単結晶10の表面にニッケル(Ni)を厚さ2~5nm(より好ましくは2nm)蒸着後、AuまたはPtを厚さ6~10nm蒸着し、Au/NiまたはPt/Niの半透明または透明な電極を作製する。ショットキー電極11,14には、Ni層を挿入しないAuまたはPt単体を用いることもできる。
 ショットキー電極11,14の材料金属として、AuやPtのほか、アルミニウム(Al)、コバルト(Co)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)、インジウム(In)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、銅(Cu)等も使用し得る。
 Ni蒸着層を挿入するのは、AuまたはPt単体ではβ-Ga単結晶10との密着性が悪いので、密着性を改善するためである。ショットキー電極11のサイズは1~5mmφが好ましく、3~4mmφがより好ましい。ショットキー電極11のサイズが大きいほど受光面11rを拡大することができる。
(S6: Formation of Schottky electrode on the surface of β-Ga 2 O 3 single crystal 10)
As the Schottky electrodes 11 and 14, gold (Au), platinum (Pt), or the like, which is a metal having a high work function, is used for an n-type semiconductor. After nickel (Ni) is deposited on the surface of β-Ga 2 O 3 single crystal 10 to a thickness of 2 to 5 nm (more preferably 2 nm), Au or Pt is deposited to a thickness of 6 to 10 nm, and Au / Ni or Pt / Ni is deposited. A semitransparent or transparent electrode is prepared. The Schottky electrodes 11 and 14 may be made of Au or Pt alone without inserting a Ni layer.
As a material metal of the Schottky electrodes 11 and 14, in addition to Au and Pt, aluminum (Al), cobalt (Co), germanium (Ge), tin (Sn), indium (In), tungsten (W), molybdenum (Mo ), Chromium (Cr), copper (Cu), and the like.
The reason why the Ni vapor deposition layer is inserted is that the adhesion with the β-Ga 2 O 3 single crystal 10 is poor with Au or Pt alone, so that the adhesion is improved. The size of the Schottky electrode 11 is preferably 1 to 5 mmφ, and more preferably 3 to 4 mmφ. As the size of the Schottky electrode 11 is larger, the light receiving surface 11r can be enlarged.
(S7:パッド電極の形成)
 ショットキー電極11の上に、配線用のパッド電極13を作製する。例えば、受光面11rの上にNiを厚さ3~10nm(より好ましくは4~6nm)蒸着後、AuまたはPtを厚さ80~150nm(より好ましくは80~100nm)蒸着する。パッド電極13のサイズは0.05~1.5mmφが好ましい。
(S7: Formation of pad electrode)
A wiring pad electrode 13 is formed on the Schottky electrode 11. For example, Ni is deposited on the light receiving surface 11r with a thickness of 3 to 10 nm (more preferably 4 to 6 nm), and then Au or Pt is deposited with a thickness of 80 to 150 nm (more preferably 80 to 100 nm). The size of the pad electrode 13 is preferably 0.05 to 1.5 mmφ.
 以上のように作製したフォトディテクタ2を光ファイバケーブル3に接続すれば、遠隔モニターが可能になる。具体的には、光ファイバケーブル3の先端の受光部4で受光した紫外線を光ファイバケーブル3で伝送し、これをフォトディテクタ2で検知するピグテール型の構成となる。光ファイバケーブル3は電磁波の影響を受けないので、フォトディテクタ2のようにその周囲を金属でシールドする必要はない。
 なお、β-Ga単結晶でなく、β-Gaの双晶、あるいは多結晶を用いた場合でも同様に作製できる。
If the photodetector 2 manufactured as described above is connected to the optical fiber cable 3, remote monitoring becomes possible. Specifically, the structure is a pigtail type in which ultraviolet light received by the light receiving unit 4 at the tip of the optical fiber cable 3 is transmitted by the optical fiber cable 3 and detected by the photodetector 2. Since the optical fiber cable 3 is not affected by electromagnetic waves, it is not necessary to shield the surroundings with metal unlike the photodetector 2.
Note that a β-Ga 2 O 3 single crystal, instead of a β-Ga 2 O 3 twin crystal or a polycrystal, can be similarly used.
 光ファイバケーブル3には、測定波長領域で紫外線を効率よく伝送するため、石英系光ファイバを用いることが好ましい。そのコア径は、200~600μm程度が好ましく、一般の通信用光ファイバに比べて極めて大きいものが用いられる。
 光ファイバケーブル3の出射部5とフォトディテクタ2のショットキー電極11とは、筐体6内の雰囲気のみを介してダイレクトに結合させることができる。このため、筐体6に窓材などの紫外線を透過させる材料からなる部材を設ける必要がない。なお、筐体6内にフォトディテクタ2や光ファイバケーブル3の出射部5を封止する観点から、適用する紫外線センサによっては窓材を設けても良い。
For the optical fiber cable 3, it is preferable to use a silica-based optical fiber in order to efficiently transmit ultraviolet rays in the measurement wavelength region. The core diameter is preferably about 200 to 600 μm, and an extremely large one is used as compared with a general communication optical fiber.
The emitting portion 5 of the optical fiber cable 3 and the Schottky electrode 11 of the photodetector 2 can be directly coupled only through the atmosphere in the housing 6. For this reason, it is not necessary to provide the casing 6 with a member made of a material that transmits ultraviolet rays, such as a window material. Note that a window material may be provided depending on the applied ultraviolet sensor from the viewpoint of sealing the photodetector 2 and the emission part 5 of the optical fiber cable 3 in the housing 6.
 図5Bに示すように、光ファイバケーブル3として、複数本の光ファイバケーブル3を備えた光ファイババンドルを用いることもできる。光ファイババンドルには、複数本の光ファイバケーブル3が直線的に(一列に)配置されたものや、平面状に配置されたものなどがあり、いずれも利用可能である。この場合、出射部5がパッド電極13上を避けるように、パッド電極13の周囲に環状に各光ファイバケーブルを配置すると、フォトディテクタ2への入射効率が向上し、好ましい。このように、光ファイババンドルを用いることにより、1本の光ファイバケーブルを用いた場合(図5A参照)と比較し、より広範囲の受光面11rに、紫外線を導入できる。 As shown in FIG. 5B, an optical fiber bundle including a plurality of optical fiber cables 3 can be used as the optical fiber cable 3. There are optical fiber bundles in which a plurality of optical fiber cables 3 are arranged linearly (in a line), or in a planar shape, and any of them can be used. In this case, it is preferable to arrange each optical fiber cable in an annular shape around the pad electrode 13 so that the emitting portion 5 avoids the pad electrode 13 because the incident efficiency to the photodetector 2 is improved. As described above, by using the optical fiber bundle, it is possible to introduce ultraviolet rays into the light receiving surface 11r in a wider range as compared with the case of using one optical fiber cable (see FIG. 5A).
 光ファイバケーブル3の受光部4は、例えば図6A~図6Cに示すように、光ファイバケーブル3の先端を加工して形成することができる。
 図6Aは、光ファイバケーブル3の保護コーティング33およびクラッド32を除去して露出させたコア31の先端を、光軸に垂直な端面34に形成したものである。
 図6Bは、光ファイバケーブル3の保護コーティング33およびクラッド32を除去して露出させたコア31の先端を、円錐状35に形成したものである。この場合、光軸から側方に大きくずれた入射方向の紫外線も、効率よく受光できる。
 図6Cは、光ファイバケーブル3の保護コーティング33およびクラッド32を除去して露出させたコア31の先端を、斜面としたものである。この構成によれば、先端のくさび状部分36に対して側方から入射する紫外線を、この斜面で反射させて、光ファイバケーブル3に入射させられる。この斜面には、アルミ蒸着膜等の反射部37を設けることが好ましい。これにより、紫外線の反射率を増加させ、より適切に紫外線を光ファイバケーブル30へと導入できる。
The light receiving portion 4 of the optical fiber cable 3 can be formed by processing the tip of the optical fiber cable 3 as shown in FIGS. 6A to 6C, for example.
FIG. 6A shows the end of the core 31 exposed by removing the protective coating 33 and the clad 32 of the optical fiber cable 3 on an end face 34 perpendicular to the optical axis.
FIG. 6B shows the tip of the core 31 exposed by removing the protective coating 33 and the clad 32 of the optical fiber cable 3 in a conical shape 35. In this case, it is possible to efficiently receive even the ultraviolet rays in the incident direction that are largely shifted laterally from the optical axis.
FIG. 6C shows a case where the tip of the core 31 exposed by removing the protective coating 33 and the clad 32 of the optical fiber cable 3 is a slope. According to this configuration, the ultraviolet light incident from the side with respect to the wedge-shaped portion 36 at the tip is reflected by the inclined surface and incident on the optical fiber cable 3. It is preferable to provide a reflective portion 37 such as an aluminum vapor deposition film on this slope. Thereby, the reflectance of an ultraviolet-ray can be increased and an ultraviolet-ray can be introduce | transduced into the optical fiber cable 30 more appropriately.
 図7及び図8に、受光部4の変形例を示す。図7に示す受光部4の構造は、光ファイバケーブル30の先端に集光レンズ38が取り付けられたものである。集光レンズ38としては、GRINレンズ等の円筒形レンズを用いると、接着や融着等によって光ファイバケーブル30の先端に直接固定することができるため、好ましい。
 図8に示す受光部4の構造は、光ファイバケーブル30の側面にV溝39を形成し、このV溝39を介して、光ファイバケーブル30の側方から紫外線を入射できるようにしたものである。
7 and 8 show modifications of the light receiving unit 4. The structure of the light receiving unit 4 shown in FIG. 7 is such that a condensing lens 38 is attached to the tip of the optical fiber cable 30. It is preferable to use a cylindrical lens such as a GRIN lens as the condenser lens 38 because it can be directly fixed to the tip of the optical fiber cable 30 by adhesion or fusion.
The structure of the light receiving unit 4 shown in FIG. 8 is such that a V-groove 39 is formed on the side surface of the optical fiber cable 30 so that ultraviolet rays can be incident from the side of the optical fiber cable 30 through the V-groove 39. is there.
 光ファイバケーブル3として、複数本の光ファイバケーブル3からなる光ファイババンドルを用いる場合、これら複数本の光ファイバケーブル3により、複数の受光部4を設けることができる。光ファイババンドルが受光部4においても一体化されていれば、1つの紫外線センサ1による紫外線測定箇所は1箇所であるが、受光部4における入射断面積を増大することができる。この場合、各受光部4の指向する入射方向を同一方向に揃えてもよい。また、各受光部4を例えば放射状に配置する等してそれぞれ異なる入射方向を指向させれば、入射方向への依存性が低い紫外線センサ1となる。
 あるいは、複数本の光ファイバケーブル3を、これらの出射部5側ではアレイ化する一方、光ファイバケーブル3を途中で分岐させて、受光部4側ではそれぞれが分離しているように構成することもできる。この場合、複数個所の紫外線パワーの合計量を、1つの紫外線センサ1を用いて測定することができる。
When an optical fiber bundle composed of a plurality of optical fiber cables 3 is used as the optical fiber cable 3, a plurality of light receiving portions 4 can be provided by the plurality of optical fiber cables 3. If the optical fiber bundle is integrated in the light receiving unit 4, the number of ultraviolet measurement points by one ultraviolet sensor 1 is one, but the incident sectional area in the light receiving unit 4 can be increased. In this case, the incident directions directed by the respective light receiving units 4 may be aligned in the same direction. Moreover, if each light-receiving part 4 is arrange | positioned radially, for example and it directs each different incident direction, it will become the ultraviolet sensor 1 with low dependence on an incident direction.
Alternatively, a plurality of optical fiber cables 3 are arrayed on the emission unit 5 side, while the optical fiber cable 3 is branched in the middle and separated on the light receiving unit 4 side. You can also. In this case, the total amount of ultraviolet power at a plurality of locations can be measured using one ultraviolet sensor 1.
 本実施形態の紫外線センサ1によれば、受光部4とフォトディテクタ2との距離を、光ファイバケーブル3で確保することができるので、紫外線出射具Lの発熱や電磁波等による紫外線センサ1(フォトディテクタ2)の劣化を抑制することができる。さらに、紫外線センサ1(フォトディテクタ2)への耐熱性や耐久性の要求が軽減されるので、受光波長のシフトが生じ難くなり、紫外線センサの校正の回数を低減し、または不要にすることができる。これにより、連続モニタリングを実現することができる。 According to the ultraviolet sensor 1 of the present embodiment, since the distance between the light receiving unit 4 and the photodetector 2 can be secured by the optical fiber cable 3, the ultraviolet sensor 1 (photodetector 2) caused by heat generated by the ultraviolet emitting tool L, electromagnetic waves, or the like. ) Degradation can be suppressed. Furthermore, since the heat resistance and durability requirements for the ultraviolet sensor 1 (photodetector 2) are reduced, the shift of the light receiving wavelength is less likely to occur, and the number of calibrations of the ultraviolet sensor can be reduced or eliminated. . Thereby, continuous monitoring can be realized.
 連続モニタリングが可能となることにより、紫外線出射具Lのパワーを連続的に監視することで、紫外線出射具Lが消耗して紫外線発生がなくなる前に、この紫外線出射具の交換が行なえる。ゆえに、紫外線出射具Lからの連続的な紫外線の発生を維持できる。
 さらに、光ファイバケーブル3中を紫外線が伝播するため、受光部4と紫外線測定箇所との位置関係に制約されることなく(紫外線測定箇所の直近にフォトディテクタ2を設ける必要がなく)、この光ファイバケーブル3を介してフォトディテクタ2を自由に設置できる。その結果、遠隔的に紫外線出射具Lのモニタリングが可能になる。すなわち、紫外線出射具Lが設けられた、例えば、貯水槽やクリーンルーム等の外側にフォトディテクタ2を配置できる。このため、上述した紫外線出射具Lの発熱や電磁波等による紫外線センサ1(フォトディテクタ2)の劣化が生じず、長期間安定して、紫外線出射具Lのモニタリングが行なえる。
 また、光ファイバケーブル3の線径に応じて紫外線がカットされるので、フォトディテクタ2への照度が減少する。これにより、紫外線照射によるフォトディテクタ2の劣化がより少なくなり、紫外線センサ1の耐久性が向上する。
 また、光ファイバケーブル3を用いているため、狭い箇所での紫外線照度の測定も行なえる。また、光ファイバケーブル3のみを消耗品とする事が可能になる。この場合、フォトディテクタ2のみを封止し、筐体6に封止窓キャップを設け、この封止窓キャップに光ファイバケーブル3を接続すればよい。そのため、光ファイバケーブル3を筐体6内へ導入する導入部(開口部7)にて封止を行なう必要が無くなる。その結果、筐体6での封止寿命が向上する。
 本実施形態の紫外線センサは、水を洗浄する紫外線出射具の照度測定にも好適に用いることができる。また、食料品や医療分野での殺菌あるいは滅菌をする紫外線出射具の照度測定にも好適に用いることができる。また、これらの用途に限らず、印刷用、半導体用、観察用、レジスト露光用、接着用、及びモールド用等の紫外線出射具の照度測定にも適用可能である。
By enabling continuous monitoring, the power of the ultraviolet ray emitting tool L is continuously monitored, so that the ultraviolet ray emitting tool can be replaced before the ultraviolet ray emitting tool L is consumed and no ultraviolet ray is generated. Therefore, continuous generation of ultraviolet rays from the ultraviolet emitting tool L can be maintained.
Furthermore, since the ultraviolet rays propagate through the optical fiber cable 3, the optical fiber is not limited by the positional relationship between the light receiving unit 4 and the ultraviolet ray measurement location (there is no need to provide the photodetector 2 in the immediate vicinity of the ultraviolet ray measurement location). The photodetector 2 can be freely installed via the cable 3. As a result, the ultraviolet emitting tool L can be monitored remotely. That is, for example, the photodetector 2 can be arranged outside the water tank, clean room, or the like where the ultraviolet light emitting tool L is provided. For this reason, deterioration of the ultraviolet sensor 1 (photodetector 2) due to heat generation or electromagnetic waves of the ultraviolet emitting tool L described above does not occur, and the ultraviolet emitting tool L can be monitored stably for a long period of time.
Moreover, since ultraviolet rays are cut according to the wire diameter of the optical fiber cable 3, the illuminance to the photodetector 2 is reduced. Thereby, the deterioration of the photodetector 2 due to ultraviolet irradiation is further reduced, and the durability of the ultraviolet sensor 1 is improved.
Moreover, since the optical fiber cable 3 is used, the ultraviolet illuminance can be measured in a narrow place. Moreover, it becomes possible to make only the optical fiber cable 3 a consumable item. In this case, only the photodetector 2 is sealed, a sealing window cap is provided on the housing 6, and the optical fiber cable 3 is connected to the sealing window cap. Therefore, it is not necessary to perform sealing at the introduction portion (opening portion 7) for introducing the optical fiber cable 3 into the housing 6. As a result, the sealing life in the housing 6 is improved.
The ultraviolet sensor of this embodiment can also be suitably used for illuminance measurement of an ultraviolet emitting tool that cleans water. Moreover, it can be used suitably also for the illumination intensity measurement of the ultraviolet-ray emitting tool which sterilizes or sterilizes in the foodstuffs and the medical field. Moreover, it is applicable not only to these uses but also to illuminance measurement of ultraviolet emitting tools such as printing, semiconductor, observation, resist exposure, adhesion, and molding.
 以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。
 純度4N(99.99%以上)の酸化ガリウム粉末をラバーチューブに封入し、静水圧プレス成形し、大気中1500℃にて10時間焼結した。得られた焼結体を原料棒として光FZ装置を用いて単結晶を育成し、β-Ga単結晶を得た。次いで、得られたβ-Ga単結晶の(100)面を切り出し、CMPで研磨加工してウエハ状の基板とした。基板サイズはおよそ8mm×8mmである。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
Gallium oxide powder having a purity of 4N (99.99% or more) was sealed in a rubber tube, subjected to isostatic pressing, and sintered at 1500 ° C. for 10 hours in the atmosphere. Using the obtained sintered body as a raw material rod, a single crystal was grown using an optical FZ apparatus to obtain a β-Ga 2 O 3 single crystal. Next, the (100) plane of the obtained β-Ga 2 O 3 single crystal was cut out and polished by CMP to obtain a wafer-like substrate. The substrate size is approximately 8 mm × 8 mm.
 得られたβ-Ga単結晶を用いて上述のS1~S7のプロセスにより、β-Ga単結晶の表裏に電極を形成し、フォトディテクタを作製した。各電極配置は、図4に示すとおりである。β-Ga単結晶の表面のショットキー電極は直径4mmで、Au(膜厚8nm)/Ni(膜厚2nm)の蒸着膜からなる。β-Ga単結晶の裏面のオーミック電極は、ショットキー電極と対応する位置に配置され、直径4mmで、Au(膜厚100nm)/Ni(膜厚50nm)の蒸着膜からなる。パッド電極は、ショットキー電極の中央に配置され、直径1mmで、Au(膜厚100nm)/Ni(膜厚5nm)の蒸着膜からなる。 Using the obtained β-Ga 2 O 3 single crystal, electrodes were formed on the front and back of the β-Ga 2 O 3 single crystal by the processes of S1 to S7 described above, and a photodetector was manufactured. Each electrode arrangement is as shown in FIG. The Schottky electrode on the surface of the β-Ga 2 O 3 single crystal has a diameter of 4 mm and is made of a deposited film of Au (film thickness 8 nm) / Ni (film thickness 2 nm). The ohmic electrode on the back surface of the β-Ga 2 O 3 single crystal is disposed at a position corresponding to the Schottky electrode, and has a diameter of 4 mm and is formed of a deposited film of Au (film thickness 100 nm) / Ni (film thickness 50 nm). The pad electrode is disposed in the center of the Schottky electrode, and has a diameter of 1 mm and is formed of a vapor deposition film of Au (film thickness: 100 nm) / Ni (film thickness: 5 nm).
 フォトディテクタの電極間に電源(電圧Vs)および抵抗器(抵抗R)を直列に接続した。まず、フォトディテクタの特性を調べるため、光ファイバケーブル無しで、フォトディテクタに対して波長254nmの紫外線を直接入射させた。紫外線出射具としては、紫外線ランプ(アズワン株式会社製紫外線発生装置SLUV-6)を用いた。紫外線ランプからフォトディテクタまでの距離を20cmとし、この時フォトディテクタで生じた起電流を測定した。この測定結果を表1に示す。Vsは電源の電圧、Rは抵抗器の抵抗値、Pinはフォトディテクタに入射される紫外線パワー、Vは抵抗器の両端子間の電圧、Ipdはフォトディテクタの起電流、CEはフォトディテクタの感度を表す。 A power source (voltage Vs) and a resistor (resistor R) were connected in series between the electrodes of the photodetector. First, in order to investigate the characteristics of the photodetector, ultraviolet light having a wavelength of 254 nm was directly incident on the photodetector without an optical fiber cable. As the ultraviolet emitting tool, an ultraviolet lamp (ultraviolet generator SLUV-6 manufactured by AS ONE Co., Ltd.) was used. The distance from the ultraviolet lamp to the photodetector was set to 20 cm, and the electromotive current generated in the photodetector at this time was measured. The measurement results are shown in Table 1. Vs is the voltage of the power supply, the resistance value of R is the resistor, P in ultraviolet power incident on the photodetector, V R is the voltage between the terminals of the resistor, I pd is electromotive current, CE sensitivity of the photodetector of the photodetector Represents.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 次に、実施例として、図1に示すように、光ファイバケーブルを介して紫外線をフォトディテクタへ入射させた。具体的には、コア径400μmの光ファイバケーブルの出射端をフォトディテクタのショットキー電極に結合させ、光ファイバケーブルの入射端に向けて紫外線ランプ(アズワン株式会社製紫外線発生装置SLUV-6)から波長254nmの紫外光を連続的に照射した。光ファイバケーブルの受光部と紫外線ランプとの距離は、上記と同様に20cmである。図9に、本実施例の紫外線センサの感度と照射パワーとの測定結果を示す。また、図10に、フォトディテクタの起電流と照射パワーとの測定結果を示す。図9及び図10より、本実施例の紫外線センサの感度とフォトディテクタの起電流とは、紫外線照射パワー依存性を示した。また、感度は表1に示す光ファイバケーブル無しの場合と同程度(数A/W)であった。
 また、図11に暗電流の測定結果を示す。図10及び図11より、暗電流は起電流に対して十分小さく、紫外線パワーの測定に影響が生じないことが確認された。
Next, as an example, as shown in FIG. 1, ultraviolet rays were incident on the photodetector through an optical fiber cable. Specifically, the output end of an optical fiber cable having a core diameter of 400 μm is coupled to a Schottky electrode of a photodetector, and the wavelength from an ultraviolet lamp (ultraviolet generator SLUV-6 manufactured by ASONE Corporation) is directed toward the incident end of the optical fiber cable. UV light of 254 nm was continuously irradiated. The distance between the light receiving portion of the optical fiber cable and the ultraviolet lamp is 20 cm as described above. In FIG. 9, the measurement result of the sensitivity and irradiation power of the ultraviolet sensor of a present Example is shown. FIG. 10 shows the measurement results of the electromotive current and irradiation power of the photodetector. From FIG. 9 and FIG. 10, the sensitivity of the ultraviolet sensor of this example and the electromotive current of the photodetector showed dependency on the ultraviolet irradiation power. Moreover, the sensitivity was comparable (several A / W) to that shown in Table 1 without the optical fiber cable.
FIG. 11 shows the measurement result of dark current. From FIG. 10 and FIG. 11, it was confirmed that the dark current was sufficiently small relative to the electromotive current and did not affect the measurement of the ultraviolet power.
 L 紫外線出射具
 1 紫外線センサ
 2 フォトディテクタ
 3 光ファイバケーブル
 4 受光部
10 β-Ga単結晶
11 ショットキー電極
12 オーミック電極
13 パッド電極
L UV emitting tool 1 UV sensor 2 Photo detector 3 Optical fiber cable 4 Light receiving part 10 β-Ga 2 O 3 single crystal 11 Schottky electrode 12 Ohmic electrode 13 Pad electrode

Claims (10)

  1.  紫外線を検知するフォトディテクタと、
     このフォトディテクタに向けて前記紫外線を伝播する1または複数の光ファイバケーブルと、を有し、
     前記光ファイバケーブルが、前記紫外線を受光する受光部を有し、
     前記フォトディテクタが、β-Ga結晶と、このβ-Ga結晶の表面及び裏面にそれぞれ形成された電極とを備える、
    ことを特徴とする紫外線センサ。
    A photodetector that detects ultraviolet rays;
    One or a plurality of optical fiber cables that propagate the ultraviolet rays toward the photodetector;
    The optical fiber cable has a light receiving portion that receives the ultraviolet rays,
    The photodetector includes a β-Ga 2 O 3 crystal and electrodes formed on the front surface and the back surface of the β-Ga 2 O 3 crystal, respectively.
    An ultraviolet sensor characterized by that.
  2.  前記β-Ga結晶の表面に形成された前記電極がショットキー電極であり、
     前記光ファイバケーブルを伝播した前記紫外線が、前記ショットキー電極に導入される
    ことを特徴とする請求項1に記載の紫外線センサ。
    The electrode formed on the surface of the β-Ga 2 O 3 crystal is a Schottky electrode;
    The ultraviolet sensor according to claim 1, wherein the ultraviolet light propagated through the optical fiber cable is introduced into the Schottky electrode.
  3.  前記紫外線を連続してモニタリングすることを特徴とする請求項1に記載の紫外線センサ。 The ultraviolet sensor according to claim 1, wherein the ultraviolet ray is continuously monitored.
  4.  水を洗浄する紫外線出射具の照度測定に用いられることを特徴とする請求項1に記載の紫外線センサ。 The ultraviolet sensor according to claim 1, wherein the ultraviolet sensor is used for illuminance measurement of an ultraviolet emitting tool for washing water.
  5.  殺菌あるいは滅菌をする紫外線出射具の照度測定に用いられることを特徴とする請求項1に記載の紫外線センサ。 The ultraviolet sensor according to claim 1, wherein the ultraviolet sensor is used for illuminance measurement of an ultraviolet emitting tool for sterilization or sterilization.
  6.  前記受光部が、前記紫外線の光軸に対して垂直な端面を有していることを特徴とする請求項1に記載の紫外線センサ。 2. The ultraviolet sensor according to claim 1, wherein the light receiving section has an end face perpendicular to the optical axis of the ultraviolet light.
  7.  前記受光部が、円錐状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の紫外線センサ。 The ultraviolet sensor according to claim 1, wherein the light receiving portion is formed in a conical shape.
  8.  前記受光部が、前記紫外線の光軸に対して傾斜した斜面を有していることを特徴とする請求項1に記載の紫外線センサ。 2. The ultraviolet sensor according to claim 1, wherein the light receiving section has a slope inclined with respect to the optical axis of the ultraviolet light.
  9.  前記受光部に集光レンズが配置されていることを特徴とする請求項1に記載の紫外線センサ。 The ultraviolet sensor according to claim 1, wherein a condensing lens is disposed in the light receiving portion.
  10.  前記受光部は、前記光ファイバケーブルに形成されたV溝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。 The ultraviolet sensor according to claim 1, wherein the light receiving portion is a V-groove formed in the optical fiber cable.
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