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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-14
(45)【発行日】2024-06-24
(54)【発明の名称】紫外線受光素子
(51)【国際特許分類】
H01L 31/108 20060101AFI20240617BHJP
【ＦＩ】
H01L31/10 C
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2020007028
(22)【出願日】2020-01-20
(65)【公開番号】P2021114562
(43)【公開日】2021-08-05
【審査請求日】2022-11-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000224798
【氏名又は名称】ＤＯＷＡホールディングス株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】506334182
【氏名又は名称】ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100179903
【弁理士】
【氏名又は名称】福井 敏夫
(72)【発明者】
【氏名】鳥羽 隆一
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 康弘
【審査官】桂城 厚
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－２８８９２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１１０１６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０８３９９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０３９９１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０６１０４０７４（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３１／００－３１／０３９２
Ｈ０１Ｌ ３１／０８－３１／１１９
Ｈ０１Ｌ ３１／１８－３１／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
サファイア基板上のＡｌＮ層と、前記ＡｌＮ層上にＡｌ組成の異なる複数のＡｌＧａＮ層からなるＡｌＧａＮ積層体とを有する紫外線受光素子であって、
前記ＡｌＧａＮ積層体は、前記ＡｌＮ層側から順に、Ａｌ ｗ Ｇａ １－ｗ Ｎバッファ層（０．５≦ｗ≦０．９５）及びＡｌ ｚ Ｇａ １－ｚ Ｎ受光層を有し、
前記ＡｌＧａＮ積層体は、前記Ａｌ ｗ Ｇａ １－ｗ Ｎバッファ層と前記Ａｌ ｚ Ｇａ １－ｚ Ｎ受光層との間に、前記ＡｌＮ層側から順にｎ型Ａｌ ｘ Ｇａ １－ｘ Ｎ電流広がり層及びｎ型Ａｌ ｙ Ｇａ １－ｙ Ｎオーミックコンタクト層を有し、
各Ａｌ組成の値が
ｚ≦ｙ＜ｘ≦ｗ
の関係を満足し、
２３０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線領域に受光感度ピーク波長を有し、
４００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の可視領域の応答度の平均値Ｒｖに対する前記受光感度
ピーク波長での応答度Ｒｐの比（Ｒｐ／Ｒｖ）である拒絶率が１０５以上であり、
前記応答度の測定の照射光は前記サファイア基板の側から入射され、
前記紫外線受光素子の受光感度スペクトルの半値幅が４０ｎｍ以下であることを特徴とするショットキー型の紫外線受光素子。
【請求項2】
前記ＡｌｚＧａ１－ｚＮ受光層はエッチング部を有し、前記エッチング部において前記ｎ型ＡｌｙＧａ１－ｙＮオーミックコンタクト層が露出し、前記露出したｎ型ＡｌｙＧａ１－ｙＮオーミックコンタクト層上にｎ型オーミック電極が設けられ、
前記ＡｌｚＧａ１－ｚＮ受光層上にショットキー電極を有することを特徴とする、請求項１に記載の紫外線受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は紫外線受光素子に関し、特に、屋外光や室内光の外乱を受けずに、紫外線の特定波長に有効な受光感度を有する紫外線受光素子に関するものである。
【背景技術】
【0002】
紫外線領域（２００～４００ｎｍ）は種々の産業技術に応用されている。例えば、感光性樹脂の硬化や、各種分析等のセンシング、殺菌、皮膚治療といった様々な用途が知られる。紫外線の光源としては、波長域によって異なり、殺菌用途では低圧水銀灯（２５４ｎｍ輝線）が、樹脂硬化用途では中/高圧水銀（２００～６００ｎｍ間の輝線）が、分析機器用途ではキセノンランプや重水素ランプ光源からの光を分光した紫外光が使用されている。また、紫外線領域の光源として、上記した従来型の水銀ランプ、重水素ランプ、キセノンランプに加え、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）などの単色光光源が開発されてきている。
【0003】
紫外線の人体影響を考慮すると、特に目や皮膚に悪影響を及ぼすため、紫外線を産業技術に応用するためには周囲への漏洩などに対する安全対策が不可避である。例えば、殺菌効率が最も高い波長は２６５ｎｍ近傍であることが知られており、ＤＮＡがその波長の光を吸収して破壊される。皮膚がんは特に短波長領域の被ばくで危険性が増すとされている。一方、特異的に３１０ｎｍ近傍の紫外線はビタミンＤの生成に必要とされており、また皮膚治療への応用もされている。
【0004】
さらにバイオ関連技術への応用では、ＤＮＡやＲＮＡの純度評価に紫外線吸収を用いることがある。例えば、波長２６０ｎｍと２８０ｎｍの吸光度比（Ａ260／Ａ280）が１．８以上の場合にＤＮＡは純度が高いと判定され、２．０以上の場合にＲＮＡの純度が高いと判定されている。また、２６０ｎｍと２３０ｎｍの吸光度比（Ａ260／Ａ230）は、ＤＮＡ又はＲＮＡが高純度であれば、通常２．０～２．２を示すとされている。仮にその値よりも小さい場合には、２３０ｎｍ光を吸収する各種有機物の混入を示唆するとされている。通常、これらの測定には紫外分光光度計が用いられている。
【0005】
上記のとおり紫外線は様々な用途を有する。紫外線の使用時には紫外線光量の測定評価や制御フィードバックが必要であるため、紫外光の光源側との対として受光側の素子も大切になる。
【0006】
半導体Ｓｉは幅広い用途に用いられており、受光素子にも用いられている。半導体Ｓｉは禁制帯幅（バンドギャップ）が１．１２ｅＶであるため、Ｓｉ材料を用いた受光素子は、紫外線領域から近赤外域（概ね２００～１１００ｎｍ）まで受光感度を有する。その反面、半導体Ｓｉを受光素子に使用する場合、検出目的以外の光が含まれる場合には、その分も加算されて検知してしまうことになる。検出目的以外の光が外乱となってしまう用途においては、不要な波長成分を遮光するなどの対策が必要となる。
【0007】
それに対して、III族窒化物はワイドギャップ半導体であるため、受光感度を主に紫外線領域に持たせることが可能であるとの期待から、火炎センサーへの応用研究がなされていた。非特許文献１では、太陽光がオゾン層で吸収されるために地表に２８０ｎｍ以下の紫外光は到達しないことから、火炎検知波長として２５０～２８０ｎｍを用いるのが良いといわれる。その場合、外乱となる検出目的以外の光の応答度に対する検出目的とする特定波長の紫外光受光ピークの応答度の比（以下、「拒絶率」という）は、約１０6あることが好ましいと非特許文献１では言及された。火炎検出などの特定波長を検出対象に用いるセンサーには大きな拒絶率が必要である。非特許文献１には窒化物半導体を用いた場合の特性値の報告例が示されているが、拒絶率は概ね１０4以下の範囲に留まっている。
【0008】
非特許文献２において、ＡｌＧａＮ混晶を用いたショットキー型の受光素子が報告例されており、広帯域のＵＶ検出器にはｐｎ型やｐｉｎ型に比べてショットキー型の受光素子が有利であるといわれている。なお、ショットキー型の受光素子の構造はｐ型半導体層の代わりに非常に薄い金属層（Au(金)等)をｎ型半導体層と接合した構造であり、ｐｎ型やｐｉｎ型とは構造的に異なる。非特許文献２では、ショットキー電極として半透明Ａｕ（１００Å）コンタクトを用いており、光照射は半透明電極越しである（非特許文献２のＦｉｇ．３参照）。受光感度帯を調整するために、ＡｌxＧａ1-xＮ受光層のＡｌ組成ｘを変化させた場合の、応答度の波長特性が非特許文献２のＦｉｇ．８に示されている。カットオフ波長よりも短波長側で平坦な応答度特性を示しているが、その紫外線受光応答度と可視光応答度の比率、すなわち拒絶率は１０3～１０4であることを読み取ることができる（文中では１０3以上と記載されている）。なお、可視領域の波長範囲は４００ｎｍ～４７５ｎｍまでのデータのみが提示されている。３００ｎｍ付近にカットオフを有する素子については、３５０ｎｍまでの値であって、可視光領域に対する拒絶率を読み取ることはできない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0009】
【文献】平野ら，“ＧａＮ系受光素子の火炎センサーへの応用”，応用物理，１９９９年，第６８巻，第７号，ｐ．８０５－８０９
【文献】E. Monroy, et al., "Analysis and modeling of AlxGa1-xN-based Schottky barrier photodiodes", Journal of Applied Physics, 2000年8月, vol 88, No. 4, p.2081-2091
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
従来、紫外線の特定波長、例えば殺菌用水銀ランプ（２５４ｎｍ）の出力モニタとしては、それ以外の光を遮断するため、Ｓｉ受光素子に干渉フィルター式のバンドパスフィルターをパッケージ窓材に装着する方法がとられている（例えば、浜松ホトニクス社製Ｓｉフォトダイオード：Ｓ１２７４２－２５４）。しかしながら干渉フィルターでの遮蔽では、可視光領域の減光が不十分であるため、２５４ｎｍでの応答度と近紫外～可視光領域の応答度の比（拒絶率）は１０2台に留まっている。そのため、可視光強度が強い場合には外乱を回避することは困難である。また、フィルター装着により、検出目的の紫外光に対する受光感度も低下する。
【0011】
単色光光源と、特定波長のみに応答する受光素子側とをペアで使用すれば、分光器が不要となり、簡便な評価システムを構築できる。上述した医療バイオ用途以外にも、殺菌用途、皮膚治療用途では紫外線の光量モニタやフィードバック制御、周囲への揺曳検知が必要であり、単に拒絶率を高めるだけではなく、紫外線領域の特定波長に高い受光感度を有する素子が望まれる。
【0012】
そこで、本発明は、外乱を抑制するために、紫外線の特定波長範囲内に高い受光感度（応答度）を有し、他の波長領域の受光感度（応答度）が抑制された拒絶率の高いショットキー型の紫外線受光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記目的を達成するため、本発明者らは受光素子への紫外光入射方向と、受光層に至るまでの波長選別構造、さらには受光層の結晶性向上による可視光領域での応答度低減方法を検討した結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
【0014】
（１）２３０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線領域に受光感度ピーク波長を有し、
４００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の可視領域の応答度の平均値Ｒｖに対する前記受光感度ピーク波長での応答度Ｒｐの比（Ｒｐ／Ｒｖ）である拒絶率が１０5以上であることを特徴とするショットキー型の紫外線受光素子。
４００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の可視領域の応答度の平均値Ｒｖに対する前記受光感度ピーク波長での応答度Ｒｐの比（Ｒｐ／Ｒｖ）である拒絶率が１０5以上であることを特徴とするショットキー型の紫外線受光素子。
【0015】
（２）前記紫外線受光素子は、サファイア基板上のＡｌＮ層と、前記ＡｌＮ層上にＡｌ組成の異なる複数のＡｌＧａＮ層からなるＡｌＧａＮ積層体とを有し、
前記応答度測定の照射光は前記サファイア基板の側から入射されることを特徴とする、前記（１）に記載の紫外線受光素子。
前記応答度測定の照射光は前記サファイア基板の側から入射されることを特徴とする、前記（１）に記載の紫外線受光素子。
【0016】
（３）前記紫外線受光素子の受光感度スペクトルの半値幅が４０ｎｍ以下であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の紫外線受光素子。
【0017】
（４）前記ＡｌＧａＮ積層体は、前記ＡｌＮ層側から順に、ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層（０．５≦ｗ≦０．９５）及びＡｌzＧａ1-zＮ受光層を有し、
各Ａｌ組成の値がｚ＜ｗの関係を満足することを特徴とする、前記（２）又は（３）に記載の紫外線受光素子。
各Ａｌ組成の値がｚ＜ｗの関係を満足することを特徴とする、前記（２）又は（３）に記載の紫外線受光素子。
【0018】
（５）前記ＡｌＧａＮ積層体は、前記ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層と前記ＡｌzＧａ1-zＮ受光層との間に、前記ＡｌＮ層側から順にｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層及びｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層を有し、
各Ａｌ組成の値が
ｚ≦ｙ＜ｘ≦ｗ
の関係を満足することを特徴とする、前記（４）に記載の紫外線受光素子。
各Ａｌ組成の値が
ｚ≦ｙ＜ｘ≦ｗ
の関係を満足することを特徴とする、前記（４）に記載の紫外線受光素子。
【0019】
（６）前記ＡｌzＧａ1-zＮ受光層はエッチング部を有し、前記エッチング部において前記ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層が露出し、
前記露出したｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層上にｎ型オーミック電極が設けられ、
前記ＡｌzＧａ1-zＮ受光層上にショットキー電極を有することを特徴とする、前記（５）に記載の紫外線受光素子。
前記露出したｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層上にｎ型オーミック電極が設けられ、
前記ＡｌzＧａ1-zＮ受光層上にショットキー電極を有することを特徴とする、前記（５）に記載の紫外線受光素子。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、紫外線領域の特定波長に受光感度ピークを有し、かつ可視光に対する拒絶率の高いショットキー型の紫外線受光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明者らの検討によるサファイア基板上のＡｌxＧａ1-xＮ層の透過率のＡｌ組成ｘの依存性を説明するグラフである。
【図2】本発明に従う紫外線受光素子に適用可能なＡｌＧａＮ積層体を有するエピタキシャル基板の断面構造の模式図である。
【図3】本発明に従う紫外線受光素子の断面構造の模式図である。
【図4】実施例１における紫外線受光素子（波長２６０ｎｍに受光感度ピークを有する）のＩ-Ｖ特性を示すグラフである。
【図5A】実施例１における紫外線受光素子（波長２６０ｎｍに受光感度ピークを有する）の応答度の波長依存性および半値幅を示すための線形表示グラフである。
【図5B】実施例１における紫外線受光素子（波長２６０ｎｍに受光感度ピークを有する）の可視光領域との拒絶率を示すための、応答度の波長依存性の片対数表示グラフである。
【図6】実施例２における紫外線受光素子（波長３２０ｎｍに受光感度ピークを有する）のＩ-Ｖ特性を示すグラフである。
【図7A】実施例２における紫外線受光素子（波長３２０ｎｍに受光感度ピークを有する）の応答度の波長依存性および半値幅を示すための線形表示グラフである。
【図7B】実施例２における紫外線受光素子（波長３２０ｎｍに受光感度ピークを有する）の可視光領域との拒絶率を示すための、応答度の波長依存性の片対数表示グラフである。
【図8】実施例３における紫外線受光素子（波長２３０ｎｍに受光感度ピークを有する）のＩ-Ｖ特性を示すグラフである。
【図9A】実施例３における紫外線受光素子（波長２３０ｎｍに受光感度ピークを有する）の応答度の波長依存性および半値幅を示すための線形表示グラフである。
【図9B】実施例３における紫外線受光素子（波長２３０ｎｍに受光感度ピークを有する）の可視光領域との拒絶率を示すための、応答度の波長依存性の片対数表示グラフである。
【図10】比較例１に係るバンドパスフィルターによって紫外特定波長領域を検知するＳｉ受光素子の光電流―電圧特性を示すグラフである。
【図11】比較例１に係るバンドパスフィルターによって紫外特定波長領域を検知するＳｉ受光素子の可視光領域との拒絶率を示すための、応答度の波長依存性の片対数表示グラフである。
【図12A】比較例２－１における紫外線受光素子（波長２６０ｎｍに受光感度ピークを有する）の、受光層側からの光照射による応答度の波長依存性および半値幅を示す線形表示のグラフである。
【図12B】比較例２－１における紫外線受光素子（波長２６０ｎｍに受光感度ピークを有する）の、受光層側からの光照射での可視光領域との拒絶率を示すための、応答度の波長依存性を示す片対数表示のグラフである。
【図13A】比較例２－２における紫外線受光素子（波長３２０ｎｍに受光感度ピークを有する）の、受光層側からの光照射による応答度の波長依存性および半値幅を示す線形表示のグラフである。
【図13B】比較例２－２における紫外線受光素子（波長３２０ｎｍに受光感度ピークを有する）の、受光層側からの光照射での可視光領域との拒絶率を示すための、応答度の波長依存性を示す片対数表示のグラフである。
【図14A】比較例２－３における紫外線受光素子（波長２３０ｎｍに受光感度ピークを有する）の、受光層側からの光照射による応答度の波長依存性および半値幅を示す線形表示のグラフである。
【図14B】比較例２－３における紫外線受光素子（波長２３０ｎｍに受光感度ピークを有する）の、受光層側からの光照射での可視光領域との拒絶率を示すための、応答度の波長依存性を示す片対数表示のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0022】
＜受光感度ピーク波長＞
本発明によるショットキー型の紫外線受光素子は、２３０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線領域に受光感度ピーク波長λｐを有する紫外線受光素子である。ここで、受光感度ピーク波長λｐについて説明する。２００ｎｍ～６８０ｎｍの波長範囲において、特定波長λ（ｎｍ）の光を照射強度Ｑ（Ｗ）で照射したときに、バイアス０Ｖにおいて受光素子に流れる光電流値をＩ（Ａ）とする。そして、横軸に波長λを表示し、縦軸に光電流値Ｉ（Ａ）を照射強度Ｑ（Ｗ）で除した値である応答度Ｒ＝Ｉ/Ｑ（Ａ/Ｗ）を表示したときの、応答度Ｒが最大の極大値をとる測定点（応答度の最大値：Ｒｐ）となる波長が、受光感度ピーク波長λｐである。ここで、測定波長間隔Δλは10ｎｍ以下とする。
本発明によるショットキー型の紫外線受光素子は、２３０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線領域に受光感度ピーク波長λｐを有する紫外線受光素子である。ここで、受光感度ピーク波長λｐについて説明する。２００ｎｍ～６８０ｎｍの波長範囲において、特定波長λ（ｎｍ）の光を照射強度Ｑ（Ｗ）で照射したときに、バイアス０Ｖにおいて受光素子に流れる光電流値をＩ（Ａ）とする。そして、横軸に波長λを表示し、縦軸に光電流値Ｉ（Ａ）を照射強度Ｑ（Ｗ）で除した値である応答度Ｒ＝Ｉ/Ｑ（Ａ/Ｗ）を表示したときの、応答度Ｒが最大の極大値をとる測定点（応答度の最大値：Ｒｐ）となる波長が、受光感度ピーク波長λｐである。ここで、測定波長間隔Δλは10ｎｍ以下とする。
【0023】
＜拒絶率＞
そして、本発明によるショットキー型の紫外線受光素子は、２３０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線領域における受光感度ピーク波長での応答度Ｒｐ（応答度の最大値）と、４００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の可視領域の応答度の平均値Ｒｖとの比であるＲｐ/Ｒｖ（以下、「拒絶率」と称する）が、１０5以上であることを特徴とする。
そして、本発明によるショットキー型の紫外線受光素子は、２３０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線領域における受光感度ピーク波長での応答度Ｒｐ（応答度の最大値）と、４００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の可視領域の応答度の平均値Ｒｖとの比であるＲｐ/Ｒｖ（以下、「拒絶率」と称する）が、１０5以上であることを特徴とする。
【0024】
また、本発明による紫外線受光素子は、サファイア基板上に、ＡｌＮ層と、Ａｌ組成の異なる複数のＡｌＧａＮ層からなるＡｌＧａＮ積層体とを順に有し、応答度測定の照射光はサファイア基板側から入射されることが好ましい。そして、このＡｌＧａＮ積層体は、ＡｌＮ層と接する側のＡｌＧａＮ層に比べて、サファイア基板とは反対側のＡｌＧａＮ層のＡｌ組成が低いことが好ましい。そして、ＡｌＧａＮ積層体のうち、サファイア基板とは反対側に位置してＡｌ組成が低いＡｌＧａＮ層が受光層であることが好ましい。
【0025】
（分光透過率のＡｌ組成への依存性）
ここで、本発明の着想に至った端緒を説明する。図１は、本発明者らが測定した分光透過率のＡｌ組成ｘへの依存性を示すものである。ｃ面サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ法により１０００ｎｍ厚みのＡｌＮ層を成長し、１０００ｎｍのアンドープＡｌxＧａ1-xＮ層を成長させてエピタキシャル基板を作製した。アンドープＡｌxＧａ1-xＮ層のＡｌ組成ｘを、図１のグラフに記載のとおり０．２５、０．５０、０．５６、０．６８、０．８５、１．０（Ａｌ組成１．０はＡｌＮである）にした合計６種の試料を用意した。両面鏡面研磨サファイア基板をベースラインのリファレンスとし、日立ハイテクサイエンス社製の紫外可視（ＵＶ-ＶＩＳ）分光光度計（Ｕ－３９００型）を用いて、アンドープＡｌxＧａ1-xＮ層のＡｌ組成ｘが異なる各試料の透過率を測定した。なお、図１には、サファイア基板の透過率のデータも併記しているが、そのデータは、大気をリファレンスとしている。サファイア基板は２００ｎｍから６００ｎｍの全域にわたり８０％以上の透過率を有している。図１を参照すると、高Ａｌ組成側（ｘ＝１．０）から低Ａｌ組成側（ｘ＝０．２５）に順次移行するに伴い、透過率の立ち上り端が長波長側にシフトするのが分かる。
ここで、本発明の着想に至った端緒を説明する。図１は、本発明者らが測定した分光透過率のＡｌ組成ｘへの依存性を示すものである。ｃ面サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ法により１０００ｎｍ厚みのＡｌＮ層を成長し、１０００ｎｍのアンドープＡｌxＧａ1-xＮ層を成長させてエピタキシャル基板を作製した。アンドープＡｌxＧａ1-xＮ層のＡｌ組成ｘを、図１のグラフに記載のとおり０．２５、０．５０、０．５６、０．６８、０．８５、１．０（Ａｌ組成１．０はＡｌＮである）にした合計６種の試料を用意した。両面鏡面研磨サファイア基板をベースラインのリファレンスとし、日立ハイテクサイエンス社製の紫外可視（ＵＶ-ＶＩＳ）分光光度計（Ｕ－３９００型）を用いて、アンドープＡｌxＧａ1-xＮ層のＡｌ組成ｘが異なる各試料の透過率を測定した。なお、図１には、サファイア基板の透過率のデータも併記しているが、そのデータは、大気をリファレンスとしている。サファイア基板は２００ｎｍから６００ｎｍの全域にわたり８０％以上の透過率を有している。図１を参照すると、高Ａｌ組成側（ｘ＝１．０）から低Ａｌ組成側（ｘ＝０．２５）に順次移行するに伴い、透過率の立ち上り端が長波長側にシフトするのが分かる。
【0026】
サファイア基板上にＡｌxＧａ1-xＮ層のＡｌ組成ｘを順次低減する積層構造としたＡｌＧａＮ積層体（ＡｌＧａＮ積層体において、ＡｌＮ層と接する側の層に比べてサファイア基板と反対側の層のＡｌ組成を順次低くする）と、このＡｌＧａＮ積層体上にショットキー電極を設けた受光素子を考える。サファイア基板側から光を入射するのならば、受光層のＡｌ組成よりも大きなＡｌ組成のＡｌＧａＮ層で短波長側の光が吸収されカットされることになる。例えば、受光層のＡｌ組成を０．５６とし、受光層よりもサファイア基板側（ＡｌＮ層側）にＡｌ組成０．８５のＡｌＧａＮ層を配置すれば、約２２０ｎｍから約２５０ｎｍの間に受光感度ピークを持たすことができる。このように、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＮ層をサファイア基板上に順次積層することにより、狭い波長範囲での受光感度幅を持たせることが可能と本発明者らは考えた。
【0027】
（検出光の入射方向に関する比較検討）
一方で、同一組成及び同一構造のＡｌＧａＮ積層体を有するエピタキシャル基板であっても、サファイア基板側からではなく、ＡｌＧａＮ積層体の表面側から光を入射させる場合を考える。この場合、ＡｌＧａＮ積層体の中でもＡｌ組成の低い層（例えば受光層）の透過率特性に準じることになる。例えばＡｌＧａＮ層のＡｌ組成が０．２５の場合、約３２０ｎｍ以下の短波長側の広い波長範囲にわたって受光感度を有することになる。そしてこの場合、入射光と受光層との間にはショットキー電極しかない。なお、ショットキー電極越しに受光層に検知光を導く必要があるので、ショットキー電極は極薄の半透明電極を使用する、あるいは電極の一部を切り欠く方法で受光層へ導く構造をとらなければならない。
一方で、同一組成及び同一構造のＡｌＧａＮ積層体を有するエピタキシャル基板であっても、サファイア基板側からではなく、ＡｌＧａＮ積層体の表面側から光を入射させる場合を考える。この場合、ＡｌＧａＮ積層体の中でもＡｌ組成の低い層（例えば受光層）の透過率特性に準じることになる。例えばＡｌＧａＮ層のＡｌ組成が０．２５の場合、約３２０ｎｍ以下の短波長側の広い波長範囲にわたって受光感度を有することになる。そしてこの場合、入射光と受光層との間にはショットキー電極しかない。なお、ショットキー電極越しに受光層に検知光を導く必要があるので、ショットキー電極は極薄の半透明電極を使用する、あるいは電極の一部を切り欠く方法で受光層へ導く構造をとらなければならない。
【0028】
ＡｌＧａＮ積層体の表面側から光を入射させる場合と異なり、サファイア基板側から光を入射させた場合は、受光面積を十分に確保することができると共に、ＡｌＧａＮ積層体の中でもＡｌ組成の低い層（例えば受光層）に光が到達するまでに、サファイア基板のほか受光層よりもＡｌ組成の高いＡｌＧａＮ層を経由させることで、上記のように短波長側の光をフィルタリングさせ、狭い範囲の紫外光領域にのみ受光感度を持つようにすることができる。ショットキー電極材料側からの入射では、サファイア基板側から入射させるときのような、紫外領域の目的波長域より短波長側のフィルタリング除去は、実質的に不可能であると考えられる。
【0029】
＜半値幅＞
本発明による紫外線受光素子において、受光感度スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）が４０ｎｍ以下であることが好ましい。なお、横軸に波長λを表示し、縦軸に光電流値Ｉ（Ａ）を照射強度Ｑ（Ｗ）で除した応答度Ｒ＝Ｉ/Ｑ（Ａ/Ｗ）を表示し、各測定点を直線で繋いで表示したものを受光感度スペクトルとする。そして、受光感度スペクトルの半値幅とは２３０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線領域における受光感度ピークにおける応答度の最大値の半分の応答度の値における波長の幅を、上述の受光感度スペクトルから求めたものである。
本発明による紫外線受光素子において、受光感度スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）が４０ｎｍ以下であることが好ましい。なお、横軸に波長λを表示し、縦軸に光電流値Ｉ（Ａ）を照射強度Ｑ（Ｗ）で除した応答度Ｒ＝Ｉ/Ｑ（Ａ/Ｗ）を表示し、各測定点を直線で繋いで表示したものを受光感度スペクトルとする。そして、受光感度スペクトルの半値幅とは２３０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線領域における受光感度ピークにおける応答度の最大値の半分の応答度の値における波長の幅を、上述の受光感度スペクトルから求めたものである。
【0030】
サファイア基板側から光を入射させてサファイア基板上のＡｌxＧａ1-xＮ層のＡｌ組成ｘを順次低減する積層構造とするならば、短波長側のフィルタリングによって狭い波長範囲での受光感度幅を持たせることができるため、Ａｌ組成ｘを適切に組み合わせることによって受光感度スペクトルの半値幅を４０ｎｍ以下とすることができる。さらには、受光感度スペクトルが、受光感度ピークを中心に略対称のスペクトル形状を有していることも、より好ましい様態である。一方、ショットキー電極材料側から光を入射させる場合のように、短波長側のフィルタリングが無い場合は、短波長側に受光可能領域が大きく広がるため、半値幅は４０ｎｍよりも大きくなる。そして、受光感度スペクトルは非対称なスペクトル形状となる。
【0031】
以下、図２を参照して本発明の紫外線受光素子の作製に用いることができるエピタキシャル基板の一例を説明する。説明の便宜状、以下ではＡｌＧａＮ積層体の各層のＡｌ組成をサファイア基板の側から順にｗ、ｘ、ｙ、ｚと表記する。図２に示すエピタキシャル基板は、サファイア基板１１上に、ＡｌＮ層１２を有し、このＡｌＮ層１２上にＡｌwＧａ1-wＮバッファ層１３、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流拡がり層１４、ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミック層１５、ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６を順次有する。なお、各層のＡｌ組成の値は、フォトルミネッセンス測定およびＸ線回折測定によって測定することができ、各層の膜厚は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。
【0032】
＜サファイア基板＞
サファイア基板は市販されているものを使用することができ、厚さは例えば８０～２０００μｍとすることができる。現在市販されているものの標準的な厚さは、２インチ径のもので４３０μｍ、４インチ径のもので６５０μｍ、６インチ径のもので１０００μｍまたは１３００μｍである。
サファイア基板は市販されているものを使用することができ、厚さは例えば８０～２０００μｍとすることができる。現在市販されているものの標準的な厚さは、２インチ径のもので４３０μｍ、４インチ径のもので６５０μｍ、６インチ径のもので１０００μｍまたは１３００μｍである。
【0033】
＜ＡｌＮ層＞
サファイア基板１１上にＡｌＮ層１２を設けることが好ましい。ＡｌＮ層１２は膜厚０．３～３μｍとすることができる。Ｘ線回折による（１０－１２）面の半値幅（Full Width Half Maximum，ＦＷＨＭ）が５００秒以下であることが好ましい。サファイア基板の表面にアンドープのＡｌＮ層１２をエピタキシャル成長させたＡｌＮテンプレート基板を用いてもよい。ＡｌＮ層１２の転位密度低減を目的として、１５００℃以上でのアニール処理を施してもよい。
サファイア基板１１上にＡｌＮ層１２を設けることが好ましい。ＡｌＮ層１２は膜厚０．３～３μｍとすることができる。Ｘ線回折による（１０－１２）面の半値幅（Full Width Half Maximum，ＦＷＨＭ）が５００秒以下であることが好ましい。サファイア基板の表面にアンドープのＡｌＮ層１２をエピタキシャル成長させたＡｌＮテンプレート基板を用いてもよい。ＡｌＮ層１２の転位密度低減を目的として、１５００℃以上でのアニール処理を施してもよい。
【0034】
＜ＡｌＧａＮ積層体＞
ＡｌＧａＮ積層体は、ＡｌＮ層側から順に、ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層１３（０．５≦ｗ≦０．９５）及びＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６を有することが好ましい。この場合、各Ａｌ組成の値がｚ＜ｗの関係を満足する。さらに、ＡｌＧａＮ積層体は、ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層１３とＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６との間に、ＡｌＮ層１２側から順にｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層１４及びｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５を有することも好ましい。この場合、ＡｌＧａＮ積層体は、ＡｌＮ層１２側から順にＡｌwＧａ1-wＮバッファ層１３、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層１４、ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５、ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６を有し、ＡｌＧａＮ積層体における各Ａｌ組成の値が、ｚ≦ｙ＜ｘ≦ｗの関係を満足することが好ましい。ＡｌＧａＮ積層体の各層の好ましい態様について、以下で順次説明する。
ＡｌＧａＮ積層体は、ＡｌＮ層側から順に、ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層１３（０．５≦ｗ≦０．９５）及びＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６を有することが好ましい。この場合、各Ａｌ組成の値がｚ＜ｗの関係を満足する。さらに、ＡｌＧａＮ積層体は、ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層１３とＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６との間に、ＡｌＮ層１２側から順にｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層１４及びｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５を有することも好ましい。この場合、ＡｌＧａＮ積層体は、ＡｌＮ層１２側から順にＡｌwＧａ1-wＮバッファ層１３、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層１４、ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５、ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６を有し、ＡｌＧａＮ積層体における各Ａｌ組成の値が、ｚ≦ｙ＜ｘ≦ｗの関係を満足することが好ましい。ＡｌＧａＮ積層体の各層の好ましい態様について、以下で順次説明する。
【0035】
＜＜ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層＞＞
ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層１３は、ＡｌＮ層１２とＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６との間の格子不整合を緩和して、ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６の結晶性を高めるための層であり、さらに、上述したとおり短波長側のフィルタリングをさせるための層である。図１に示すように、２３０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線領域に受光感度ピーク波長を有する紫外線受光素子にとって、ＡｌＮ層は短波長側のフィルタリングする層としては効果が弱いため、Ａｌ組成ｗは、０．５≦ｗ≦０.９５の範囲とすることが好ましい。
ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層１３は、ＡｌＮ層１２とＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６との間の格子不整合を緩和して、ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６の結晶性を高めるための層であり、さらに、上述したとおり短波長側のフィルタリングをさせるための層である。図１に示すように、２３０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線領域に受光感度ピーク波長を有する紫外線受光素子にとって、ＡｌＮ層は短波長側のフィルタリングする層としては効果が弱いため、Ａｌ組成ｗは、０．５≦ｗ≦０.９５の範囲とすることが好ましい。
【0036】
ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層１３の膜厚は、結晶性を高めるのに十分な厚さであることが好ましく、例えば膜厚０．３～３μｍの範囲で適宜設定すればよく、例えば1μｍの厚さとすることができる。ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層１３は、アンドープでもｎ型ドーピングでも良いが、高濃度に不純物が含まれると透過率が低下する懸念があるため不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3未満となるようにすることが好ましく、アンドープであることがより好ましい。ここでアンドープとは、意図的な不純物のドーピングを行わないこといい、不可避的な不純物を除き、Ｓｉなどの不純物濃度が４×１０16ｃｍ-3以下であることをいう。
【0037】
＜＜ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層＞＞
ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層１４は、ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５における電流の横方向の流れを補助する目的の層である。Ａｌ組成ｘの値は、ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層１３のＡｌ組成ｗと同じかそれよりも小さいことが好ましいため、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層１４を設ける場合はそのＡｌ組成ｘをｘ≦ｗとする。
ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層１４は、ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５における電流の横方向の流れを補助する目的の層である。Ａｌ組成ｘの値は、ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層１３のＡｌ組成ｗと同じかそれよりも小さいことが好ましいため、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層１４を設ける場合はそのＡｌ組成ｘをｘ≦ｗとする。
【0038】
ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層１４の膜厚は、０．１～１μｍの範囲で適宜設定すればよく、例えば５００ｎｍの厚さとすることができる。ｎ型ドーパントとしては、Ｓｉ、Ｇｅが使用でき、Ｓｉを使用することが好ましい。ｎ型ドーパントの濃度は、５×１０17ｃｍ-3～２×１０19ｃｍ-3の範囲とすることが好ましい。
【0039】
＜＜ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層＞＞
ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５は、詳細を後述するオーミック電極と接続して電流を流すための層である。ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５を設ける場合、そのＡｌ組成ｙの値は、Ａｌ組成ｗ、ｘの値に対して、ｙ＜ｘ≦ｗであることが好ましい。
ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５は、詳細を後述するオーミック電極と接続して電流を流すための層である。ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５を設ける場合、そのＡｌ組成ｙの値は、Ａｌ組成ｗ、ｘの値に対して、ｙ＜ｘ≦ｗであることが好ましい。
【0040】
ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮオーミックコンタクト層１５の膜厚は、０．１～１μｍの範囲で適宜設定すればよく、例えば２００ｎｍの厚さとすることができる。ｎ型ドーパントとしては、Ｓｉ、Ｇｅが使用でき、Ｓｉを使用することが好ましい。ｎ型ドーパントの濃度は、５×１０17ｃｍ-3～２×１０19ｃｍ-3の範囲とすることが好ましい。
【0041】
＜＜ＡｌzＧａ1-zＮ受光層＞＞
ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６は、光を受光し電気を発生させる層である。取出電極であるショットキー電極と、ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層を経由したオーミック電極とにより、受光した光によって生成したキャリアを電流として取り出すことができる。ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６のＡｌ組成ｚの値は、Ａｌ組成ｗ、ｘ、ｙの値に対して、ｚ≦ｙ＜ｘ≦ｗであることが好ましい。
ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６は、光を受光し電気を発生させる層である。取出電極であるショットキー電極と、ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層を経由したオーミック電極とにより、受光した光によって生成したキャリアを電流として取り出すことができる。ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６のＡｌ組成ｚの値は、Ａｌ組成ｗ、ｘ、ｙの値に対して、ｚ≦ｙ＜ｘ≦ｗであることが好ましい。
【0042】
ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６は、アンドープとしても良く、また、意図的にｎ型ドーピングしても良い。キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3未満となるようにすることが好ましい。ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６の膜厚は、０．１～１μｍの範囲で適宜設定すればよく、例えば３００ｎｍの厚さとすることができる。
【0043】
＜電極＞
本発明による紫外線受光素子に設ける電極の形状及び配置は任意であり、例えばＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６上にショットキー電極を設け、ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５上にｎ型オーミック電極を設けることができる。この場合、ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６はエッチング部を有し、このエッチング部においてｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５が露出し、露出したｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５上にｎ型オーミック電極を設けることができる。
後述の実施例では、紫外線受光素子を俯瞰すると、ショットキー電極の形状が円形であり、矩形のｎ型オーミック電極の中央の円形くり抜き部分に上記のショットキー電極が配置される形であるが、ショットキー電極の形状は円形のほかに矩形や多角形などでもよく、また、ｎ型オーミック電極もショットキー電極の形に応じて任意の形状とすることができる。
本発明による紫外線受光素子に設ける電極の形状及び配置は任意であり、例えばＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６上にショットキー電極を設け、ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５上にｎ型オーミック電極を設けることができる。この場合、ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６はエッチング部を有し、このエッチング部においてｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５が露出し、露出したｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５上にｎ型オーミック電極を設けることができる。
後述の実施例では、紫外線受光素子を俯瞰すると、ショットキー電極の形状が円形であり、矩形のｎ型オーミック電極の中央の円形くり抜き部分に上記のショットキー電極が配置される形であるが、ショットキー電極の形状は円形のほかに矩形や多角形などでもよく、また、ｎ型オーミック電極もショットキー電極の形に応じて任意の形状とすることができる。
【0044】
（エピタキシャル基板の製造方法の例）
サファイア基板１１のｃ面上に、ＭＯＣＶＤ法によりアンドープのＡｌＮ層１２を１μｍ程度成長する。ＡｌＮ層１２上に、Ａｌ組成ｗが０．５≦ｗ≦０．９５の範囲のアンドープＡｌwＧａ1-wＮ層１３を、例えば１μｍ程度成長させる。次に、紫外線受光素子における横方向の抵抗を低減するために、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層１４を例えば５００ｎｍ程度成長する。この場合のＡｌ組成ｘはｙ≦ｘ≦ｗであり、ｎ型ドーパントはＳｉであり、水素で希釈したシラン（ＳｉＨ4）ガス等で添加すればよい。次に、ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５を例えば２００ｎｍ程度成長する。この場合のＡｌ組成ｙはｙ≦ｘとする。次に、アンドープのＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６を例えば３００ｎｍ程度成膜する。Ａｌ組成ｚはｚ≦ｙである。それぞれのＡｌＧａＮ層の組成は、目的の受光感度幅および受光感度ピーク波長に合わせて調整すればよく、少なくともｚ＜ｘ≦ｗの関係を維持することが好ましい。各層をエピタキシャル成長させるための原料ソースを例示すると、Ａｌソースとしてはトリメチルアルミ（ＴＭＡ）を、Ｇａソースとしてはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を、窒素ソースとしてはアンモニアガス（ＮＨ3）を用いればよい。キャリアガスとしては例えば水素（Ｈ2）を用いることができる。なお、本例における各層の膜厚は例示にすぎず、上述した各層の膜厚を適用することができる。
サファイア基板１１のｃ面上に、ＭＯＣＶＤ法によりアンドープのＡｌＮ層１２を１μｍ程度成長する。ＡｌＮ層１２上に、Ａｌ組成ｗが０．５≦ｗ≦０．９５の範囲のアンドープＡｌwＧａ1-wＮ層１３を、例えば１μｍ程度成長させる。次に、紫外線受光素子における横方向の抵抗を低減するために、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層１４を例えば５００ｎｍ程度成長する。この場合のＡｌ組成ｘはｙ≦ｘ≦ｗであり、ｎ型ドーパントはＳｉであり、水素で希釈したシラン（ＳｉＨ4）ガス等で添加すればよい。次に、ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層１５を例えば２００ｎｍ程度成長する。この場合のＡｌ組成ｙはｙ≦ｘとする。次に、アンドープのＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６を例えば３００ｎｍ程度成膜する。Ａｌ組成ｚはｚ≦ｙである。それぞれのＡｌＧａＮ層の組成は、目的の受光感度幅および受光感度ピーク波長に合わせて調整すればよく、少なくともｚ＜ｘ≦ｗの関係を維持することが好ましい。各層をエピタキシャル成長させるための原料ソースを例示すると、Ａｌソースとしてはトリメチルアルミ（ＴＭＡ）を、Ｇａソースとしてはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を、窒素ソースとしてはアンモニアガス（ＮＨ3）を用いればよい。キャリアガスとしては例えば水素（Ｈ2）を用いることができる。なお、本例における各層の膜厚は例示にすぎず、上述した各層の膜厚を適用することができる。
【0045】
先に参照した図２に本発明に適用可能なＡｌＧａＮ積層体を設けたエピタキシャル基板１００の断面構造模式図を示すが、ここに示したＡｌＮ層１２上の少なくとも４層のＡｌＧａＮ層に加え、それぞれの層間に中間層を設けても良い。例えば、層間の組成差やｎ型ドーパントの濃度差を緩やかに変化させる傾斜組成層、不純物濃度傾斜層である。或いは、層間の中間の組成、不純物濃度を有する層を追加することができる。
【0046】
（紫外線受光素子の製造プロセスの例）
図３は、本発明に従う紫外線受光素子の一例の断面構造模式図である。前述のエピタキシャル基板１００から個片化して素子を得る製造方法について、その具体例を説明する。初めに、最終的に個片化するためのダイシングラインの決定、および中間特性検査のため、個々の素子間に分離溝２０を設けるための加工を行う。ＡｌＮ層及びＡｌＧａＮ積層体の各エピタキシャル層並びにサファイア基板をエッチング加工するためには、塩素系ガスを用いたドライエッチングが不可避である。そこでまず、エピタキシャル基板１００上にＮｉやＣｒなどの耐性のあるメタルマスクのパターンを形成する。この場合、スパッタリング法や真空蒸着法で上記金属を５００ｎｍ以上成膜し、フォトリソグラフィーおよびエッチング法によって、メタルマスクのパターンを形成すればよい。そして、形成したメタルマスクのパターンをマスクとして利用し、ＩＣＰ（インダクション・カップルド・プラズマ）エッチング法でＢＣｌ3及びＣｌ2混合ガスなどを用いて、分離溝２０を設ける部分において、少なくともｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流拡がり層１４まで除去する（図３ではＡｌＮ層１２まで除去している）。次に、フォトリソグラフィーおよびウエットエッチング法により、オーミックコンタクト部を形成するためのメタルマスクのパターンをＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６上に形成し、ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６の一部を前述のドライエッチング法等によりｎ型ＡｌxＧａ1-xＮオーミックコンタクト層１５の部分にまで除去することでエッチング部を形成し、エッチング部によるｎ型ＡｌxＧａ1-xＮオーミックコンタクト層１５の露出領域を形成する。ドライエッチング用メタルをウエットエッチング等により除去した後、上記の露出領域のオーミック電極形成部分の開口部をフォトリソグラフィーで形成し、ｎ型オーミック電極２１用の積層メタル（例えばＴｉ／Ａｌ）を真空蒸着法などで成膜し、リフトオフ法でｎ型オーミック電極２１のパターンを形成する。その後熱処理を行うことで、ｎ型オーミックコンタクト電極２１を形成することができる。また、ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６の表面にショットキー電極２３を形成するため、フォトリソグラフィーによる開口部形成を行い、真空蒸着法などによりショットキーメタルを成膜後、リフトオフによってショットキー電極２３を形成する。ショットキーメタルとしては、仕事関数の大きいＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒなどを使用することができる。また、これら金属の積層構造を用いても良い。個片化して個別分離する前にウエハの状態でプローバー（電気特性評価用の針立て）を用いた電気光学的な中間評価を行ってもよい。次いで各種個片化法（機械的切断、ケガキ導入切断、レーザ切断など）によって個片化する。
図３は、本発明に従う紫外線受光素子の一例の断面構造模式図である。前述のエピタキシャル基板１００から個片化して素子を得る製造方法について、その具体例を説明する。初めに、最終的に個片化するためのダイシングラインの決定、および中間特性検査のため、個々の素子間に分離溝２０を設けるための加工を行う。ＡｌＮ層及びＡｌＧａＮ積層体の各エピタキシャル層並びにサファイア基板をエッチング加工するためには、塩素系ガスを用いたドライエッチングが不可避である。そこでまず、エピタキシャル基板１００上にＮｉやＣｒなどの耐性のあるメタルマスクのパターンを形成する。この場合、スパッタリング法や真空蒸着法で上記金属を５００ｎｍ以上成膜し、フォトリソグラフィーおよびエッチング法によって、メタルマスクのパターンを形成すればよい。そして、形成したメタルマスクのパターンをマスクとして利用し、ＩＣＰ（インダクション・カップルド・プラズマ）エッチング法でＢＣｌ3及びＣｌ2混合ガスなどを用いて、分離溝２０を設ける部分において、少なくともｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流拡がり層１４まで除去する（図３ではＡｌＮ層１２まで除去している）。次に、フォトリソグラフィーおよびウエットエッチング法により、オーミックコンタクト部を形成するためのメタルマスクのパターンをＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６上に形成し、ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６の一部を前述のドライエッチング法等によりｎ型ＡｌxＧａ1-xＮオーミックコンタクト層１５の部分にまで除去することでエッチング部を形成し、エッチング部によるｎ型ＡｌxＧａ1-xＮオーミックコンタクト層１５の露出領域を形成する。ドライエッチング用メタルをウエットエッチング等により除去した後、上記の露出領域のオーミック電極形成部分の開口部をフォトリソグラフィーで形成し、ｎ型オーミック電極２１用の積層メタル（例えばＴｉ／Ａｌ）を真空蒸着法などで成膜し、リフトオフ法でｎ型オーミック電極２１のパターンを形成する。その後熱処理を行うことで、ｎ型オーミックコンタクト電極２１を形成することができる。また、ＡｌzＧａ1-zＮ受光層１６の表面にショットキー電極２３を形成するため、フォトリソグラフィーによる開口部形成を行い、真空蒸着法などによりショットキーメタルを成膜後、リフトオフによってショットキー電極２３を形成する。ショットキーメタルとしては、仕事関数の大きいＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒなどを使用することができる。また、これら金属の積層構造を用いても良い。個片化して個別分離する前にウエハの状態でプローバー（電気特性評価用の針立て）を用いた電気光学的な中間評価を行ってもよい。次いで各種個片化法（機械的切断、ケガキ導入切断、レーザ切断など）によって個片化する。
【実施例】
【0047】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。まず、作製した紫外線受光素子の評価方法について説明する。
【0048】
（受光素子の光電気特性の評価方法）
受光素子の電気特性評価は、ウエハ状態、或いは個片化した素子に対して、ショットキー電極およびオーミック電極間を探針し、アジレント社製プレシジョン半導体パラメータ・アナライザ（４１５６Ｃ）を用いて実施した。掃引電圧範囲は－２０～＋５Ｖの範囲とし、電流値を計測することで、いわゆるＩ－Ｖ特性を評価した。電磁ノイズ及び室内光の外乱を防ぐために、測定はダークシールドボックス内で実施した。光照射方向としては、サファイア基板側からを主としたが、比較のためショットキー電極（エピタキシャル層表面）側からの照射も実施した。試料への光照射は、日本分光社製のキセノン（Ｘｅ）１５０Ｗ光源（ＰＳ－Ｘ１５０）からの光を同社製の集光系及び各種光学フィルター系を経由して、同社製のＣＴ－２５分光器に導入し、分光後は耐紫外線紫外・可視光ファイバーを経由して評価目的の試料に照射した。なお、試料表面の照射スポット径はφ１．２ｍｍであり、照射光波長は２００ｎｍ～６８０ｎｍの範囲とした。
受光素子の電気特性評価は、ウエハ状態、或いは個片化した素子に対して、ショットキー電極およびオーミック電極間を探針し、アジレント社製プレシジョン半導体パラメータ・アナライザ（４１５６Ｃ）を用いて実施した。掃引電圧範囲は－２０～＋５Ｖの範囲とし、電流値を計測することで、いわゆるＩ－Ｖ特性を評価した。電磁ノイズ及び室内光の外乱を防ぐために、測定はダークシールドボックス内で実施した。光照射方向としては、サファイア基板側からを主としたが、比較のためショットキー電極（エピタキシャル層表面）側からの照射も実施した。試料への光照射は、日本分光社製のキセノン（Ｘｅ）１５０Ｗ光源（ＰＳ－Ｘ１５０）からの光を同社製の集光系及び各種光学フィルター系を経由して、同社製のＣＴ－２５分光器に導入し、分光後は耐紫外線紫外・可視光ファイバーを経由して評価目的の試料に照射した。なお、試料表面の照射スポット径はφ１．２ｍｍであり、照射光波長は２００ｎｍ～６８０ｎｍの範囲とした。
【0049】
各波長における絶対照射パワーは、オフィール社製のＰＤ３００－ＵＶ及び浜松ホトニクス社製のＳ２２８１フォトセンサーの両者での測定確認を行っており、波長域２００ｎｍ～６８０ｎｍの範囲の計測で、絶対値誤差が全領域で最大でも１０％以内である事を確認した。なお、各波長における応答度は、所定のバイアス電圧下での光電流値（Ａ）を照射パワー（Ｗ）で割って算出するため、単位はＡ/Ｗとなる。上述した拒絶率を求めるにあたり、可視光域の照射光量は大きい方がより好ましい。感度の低い可視光域の応答度評価には、分光光源以外にも、分光光源よりも照射パワーの大きい中心発光波長が４５５ｎｍ、５３０ｎｍ、６３０ｎｍの３種のファイバーカップルＬＥＤ光源を用いた測定も、参考データを取得するために行った。ＬＥＤ光源では通電電流の調整により、最大６ｍＷ程度試料面に照射が可能である。
【0050】
＜実施例１＞
受光感度のピーク波長が２６０ｎｍである実施例１に係る紫外線受光素子を、以下のエピタキシャル成長条件でＭＯＣＶＤ法により作製した。サファイアｃ面基板にアンドープのＡｌＮ（０００１）エピタキシャル層を８００ｎｍ成長した。次に、アンドープのＡｌ0.70Ｇａ0.30Ｎ層（ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層に相当）を１０００ｎｍ成長した。次いで、Ｓｉドープしたｎ型Ａｌ0.68Ｇａ0.32Ｎ層（ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層に相当）を５００ｎｍ成長し、次いでオーミックコンタクト形成用のＳｉドープｎ型Ａｌ0.50Ｇａ0.50Ｎ層（ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層に相当）を２００ｎｍ成長し、最後にアンドープのＡｌ0.50Ｇａ0.50Ｎ層（ＡｌzＧａ1-zＮ受光層に相当）を３００ｎｍ成長して、受光素子用エピタキシャル基板を製造した。ＡｌＧａＮ積層体における各ＡｌＧａＮ層の組成関係を既述の組成記号（ｗ、ｘ、ｙ、ｚ）を用いて表記すると、ｗ＝０．７０、ｘ＝０．６８、ｙ＝０．５０、ｚ＝０．５０である。次いで、図３を参照して説明した前述の紫外線受光素子の素子製造プロセスの一例に従い、素子寸法２ｍｍ□（分離溝幅２００μｍ）、ショットキー電極は素子中央部にφ１．６ｍｍ径、その周囲にｎ型オーミック電極を具備した紫外線受光素子を作製した。ショットキー電極の金属にはＮｉを用い、その厚みは２００ｎｍ厚みである。また、ｎ型オーミック電極の金属にはＴｉ／Ａｌを用い、その合計厚みは合計２１０ｎｍである。得られた紫外線受光素子に対し、サファイア基板側から照射波長を変えて、光電流―電圧（Ｉ－Ｖ）特性を測定し、各波長における応答度を求めた。別途、ファイバーカップルＬＥＤ光源を用いて可視領域の上記３波長についてＬＥＤ光照射を行い、それぞれの波長での応答度も求めた。
受光感度のピーク波長が２６０ｎｍである実施例１に係る紫外線受光素子を、以下のエピタキシャル成長条件でＭＯＣＶＤ法により作製した。サファイアｃ面基板にアンドープのＡｌＮ（０００１）エピタキシャル層を８００ｎｍ成長した。次に、アンドープのＡｌ0.70Ｇａ0.30Ｎ層（ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層に相当）を１０００ｎｍ成長した。次いで、Ｓｉドープしたｎ型Ａｌ0.68Ｇａ0.32Ｎ層（ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層に相当）を５００ｎｍ成長し、次いでオーミックコンタクト形成用のＳｉドープｎ型Ａｌ0.50Ｇａ0.50Ｎ層（ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層に相当）を２００ｎｍ成長し、最後にアンドープのＡｌ0.50Ｇａ0.50Ｎ層（ＡｌzＧａ1-zＮ受光層に相当）を３００ｎｍ成長して、受光素子用エピタキシャル基板を製造した。ＡｌＧａＮ積層体における各ＡｌＧａＮ層の組成関係を既述の組成記号（ｗ、ｘ、ｙ、ｚ）を用いて表記すると、ｗ＝０．７０、ｘ＝０．６８、ｙ＝０．５０、ｚ＝０．５０である。次いで、図３を参照して説明した前述の紫外線受光素子の素子製造プロセスの一例に従い、素子寸法２ｍｍ□（分離溝幅２００μｍ）、ショットキー電極は素子中央部にφ１．６ｍｍ径、その周囲にｎ型オーミック電極を具備した紫外線受光素子を作製した。ショットキー電極の金属にはＮｉを用い、その厚みは２００ｎｍ厚みである。また、ｎ型オーミック電極の金属にはＴｉ／Ａｌを用い、その合計厚みは合計２１０ｎｍである。得られた紫外線受光素子に対し、サファイア基板側から照射波長を変えて、光電流―電圧（Ｉ－Ｖ）特性を測定し、各波長における応答度を求めた。別途、ファイバーカップルＬＥＤ光源を用いて可視領域の上記３波長についてＬＥＤ光照射を行い、それぞれの波長での応答度も求めた。
【0051】
図４に、暗状態および２６０ｎｍ光ならびに可視光である５３０ｎｍを照射した場合のＩ－Ｖ特性を示す。図５Ａに、バイアス電圧が０Ｖの場合の応答度の波長依存性を表示した受光感度スペクトルを示す。図５Ａより、受光感度ピーク波長が２６０ｎｍであり、その半値幅が２０ｎｍであることが分かる。この場合、半値短波長側の波長は２５０ｎｍである。可視光との拒絶率を明確に示すため、図５Ｂに、図５Ａの応答度（縦軸）を片対数表示した。黒丸（●）はＸｅランプ光源を分光して試料に照射した場合の応答度の波長依存性であり、併せてＬＥＤを光源に用いた４５５ｎｍ照射（△）、５３０ｎｍ照射（◇）、６３０ｎｍ照射（□）による応答度の結果を図５Ｂ中に付記している。図５Ｂ中の△は１．５ｍＷの照射であり、◇は３．３ｍＷの照射であり、□は６．１ｍＷの照射であった。ちなみに分光器光源の照射パワーは４５５ｎｍでは１８．７μＷ、５３０ｎｍで１３.０μＷ、６３０ｎｍでは８．５μＷであった。
【0052】
分光器光源を用いたバイアス電圧０Ｖの黒丸（●）での受光感度ピーク波長での応答度Ｒｐは２５．８ｍＡ/Ｗであり、４００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の可視領域の応答度の平均値Ｒｖは１．４８×１０-4ｍＡ/Ｗであった。これらの値を用いて計算すると、拒絶率（Ｒｐ/Ｒｖ）は、１．７４×１０5であり、１０5以上の拒絶率であった。参考にＸｅランプ光源よりも高出力のＬＥＤを当てた場合の応答度は、黒丸（●）よりも低かったことから、拒絶率は少なくとも１０5～１０6以上であることが分かった。
【0053】
＜実施例２＞
受光感度のピーク波長が３２０ｎｍである実施例２に係る紫外線受光素子を、以下のエピタキシャル成長条件で作製した。サファイアｃ面基板にアンドープＡｌＮ（０００１）層を８００ｎｍ成長した。次に、アンドープのＡｌ0.70Ｇａ0.30Ｎバッファ層を１０００ｎｍ成長した。次いで、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.68Ｇａ0.32Ｎ層を５００ｎｍ成長し、次いでオーミックコンタクト形成用のＳｉドープｎ型Ａｌ0.50Ｇａ0.50Ｎ層を２００ｎｍ成長し、最後にアンドープＡｌ0.20Ｇａ0.80Ｎ層を５００ｎｍ成長して、受光素子用エピタキシャル基板を製造した。ＡｌＧａＮ積層体における各ＡｌＧａＮ層の組成関係を既述の組成記号（ｗ、ｘ、ｙ、ｚ）を用いて表記すると、ｗ＝０．７０、ｘ＝０．６８、ｙ＝０．５０、ｚ＝０．２０である。なお、その他の成長条件は実施例１と同様である。
受光感度のピーク波長が３２０ｎｍである実施例２に係る紫外線受光素子を、以下のエピタキシャル成長条件で作製した。サファイアｃ面基板にアンドープＡｌＮ（０００１）層を８００ｎｍ成長した。次に、アンドープのＡｌ0.70Ｇａ0.30Ｎバッファ層を１０００ｎｍ成長した。次いで、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.68Ｇａ0.32Ｎ層を５００ｎｍ成長し、次いでオーミックコンタクト形成用のＳｉドープｎ型Ａｌ0.50Ｇａ0.50Ｎ層を２００ｎｍ成長し、最後にアンドープＡｌ0.20Ｇａ0.80Ｎ層を５００ｎｍ成長して、受光素子用エピタキシャル基板を製造した。ＡｌＧａＮ積層体における各ＡｌＧａＮ層の組成関係を既述の組成記号（ｗ、ｘ、ｙ、ｚ）を用いて表記すると、ｗ＝０．７０、ｘ＝０．６８、ｙ＝０．５０、ｚ＝０．２０である。なお、その他の成長条件は実施例１と同様である。
【0054】
実施例１と同様のデバイス加工を行い、電気・光学特性を評価した。図６に、暗状態およびＸｅランプを分光した３２０ｎｍ光ならびに可視光である５３０ｎｍ光を照射した場合のＩ－Ｖ特性を示す。図７Ａに、バイアス電圧が０Ｖの場合の応答度の波長依存性を表示した受光感度スペクトルを示す。図７Ａより、３２０ｎｍに受光感度ピークを有することが分かる。バイアス電圧が０Ｖの場合の半値幅は１８ｎｍであり、半値の長波長側波長は３２５ｎｍであった。なお、図示しないがバイアス電圧が－１０Ｖのときには半値幅は３５ｎｍであり、半値の長波長側波長は３３５ｎｍであった。可視光との拒絶率を示すため応答度を片対数表示したグラフを図７Ｂに示す。黒丸（●）はＸｅランプ光源を分光して試料に照射した場合の応答度の波長依存性を示したもので、受光素子へのバイアス電圧は０Ｖである。併せてＬＥＤを光源に用いた４５５ｎｍ照射（△）、５３０ｎｍ照射（◇）、６３０ｎｍ照射（□）による応答度の結果を図７Ｂ中に付記している。ＬＥＤ光源及び分光器光源の照射パワーは実施例１と同様である。
【0055】
分光器光源を用いたバイアス電圧０Ｖの黒丸（●）での受光感度ピーク波長での応答度Ｒｐは２１．４ｍＡ/Ｗであり、４００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の可視領域の応答度の平均値Ｒｖは１．２９Ｅ－４ｍＡ/Ｗであった。これらの値を用いて計算すると、拒絶率（Ｒｐ/Ｒｖ）は、１．６６×１０5であり、１０5以上の拒絶率であった。参考にＸｅランプ光源よりも高出力のＬＥＤを当てた場合の応答度は、黒丸（●）よりも低かったことから、拒絶率は少なくとも１０5～１０6以上の拒絶率であった。
【0056】
＜実施例３＞
受光感度ピーク波長が２３０ｎｍである実施例３に係る紫外線受光素子を、以下のエピタキシャル成長条件で作製した。サファイアｃ面基板にアンドープＡｌＮ（０００１）を８００ｎｍ成長した。次に、アンドープのＡｌ0.95Ｇａ0.05Ｎ層を１０００ｎｍ成長した。次いでＳｉドープｎ型Ａｌ0.88Ｇａ0.12Ｎ層を５００ｎｍ成長し、次いでオーミックコンタクト形成用のＳｉドープｎ型Ａｌ0.80Ｇａ0.20Ｎ層を２００ｎｍ成長、最後にアンドープＡｌ0.75Ｇａ0.25Ｎ層を３００ｎｍ成長して、受光素子用エピタキシャル基板を製造した。ＡｌＧａＮ積層体における各ＡｌＧａＮ層の組成関係を既述の組成記号（ｗ、ｘ、ｙ、ｚ）を用いて表記すると、ｗ＝０．９５、ｘ＝０．８８、ｙ＝０．８０、ｚ＝０．７５である。なお、その他の成長条件は実施例１と同様である。
受光感度ピーク波長が２３０ｎｍである実施例３に係る紫外線受光素子を、以下のエピタキシャル成長条件で作製した。サファイアｃ面基板にアンドープＡｌＮ（０００１）を８００ｎｍ成長した。次に、アンドープのＡｌ0.95Ｇａ0.05Ｎ層を１０００ｎｍ成長した。次いでＳｉドープｎ型Ａｌ0.88Ｇａ0.12Ｎ層を５００ｎｍ成長し、次いでオーミックコンタクト形成用のＳｉドープｎ型Ａｌ0.80Ｇａ0.20Ｎ層を２００ｎｍ成長、最後にアンドープＡｌ0.75Ｇａ0.25Ｎ層を３００ｎｍ成長して、受光素子用エピタキシャル基板を製造した。ＡｌＧａＮ積層体における各ＡｌＧａＮ層の組成関係を既述の組成記号（ｗ、ｘ、ｙ、ｚ）を用いて表記すると、ｗ＝０．９５、ｘ＝０．８８、ｙ＝０．８０、ｚ＝０．７５である。なお、その他の成長条件は実施例１と同様である。
【0057】
実施例１と同様のデバイス加工を行い、電気・光学特性を評価した。図８に、暗状態およびＸｅランプを分光した２３０ｎｍ光ならびに５３０ｎｍ光を照射した場合のＩ－Ｖ特性を示す。図９Ａに、バイアス電圧が０Ｖの場合の応答度の波長依存性を表示した受光感度スペクトルを示す。図９Ａより、２３０ｎｍに受光感度ピークを有することが分かる。この場合半値幅は１８ｎｍであり、半値の短波長側波長は２１６ｎｍである。可視光との拒絶率を示すため、応答度を片対数表示したグラフを図９Ｂに示す。黒丸（●）はＸｅランプ光源を分光して試料に照射した場合の応答度の波長依存性を示したもので、受光素子へのバイアス電圧は零である。併せてＬＥＤを光源に用いた４５５ｎｍ照射（△）、５３０ｎｍ照射（◇）、６３０ｎｍ照射（□）による応答度の結果を図９Ｂ中に付記している。ＬＥＤ光源及び分光器光源の照射パワーは実施例１と同様である。
【0058】
分光器光源を用いたバイアス電圧０Ｖの黒丸（●）での受光感度ピーク波長での応答度Ｒｐは１４．８ｍＡ/Ｗであり、４００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の可視領域の応答度の平均値Ｒｖは１．３７×１０-4ｍＡ/Ｗであった。これらの値を用いて計算すると、拒絶率（Ｒｐ/Ｒｖ）は、１．０８×１０5であり、１０5以上の拒絶率であった。参考にＸｅランプ光源よりも高出力のＬＥＤを当てた場合の応答度は、黒丸（●）よりも低かったことから、拒絶率は少なくとも１０5～１０6以上の拒絶率であった。
【0059】
＜比較例１＞
Ｓｉ受光素子に紫外光バンドパスフィルターを付与した紫外特定波長帯受光素子、浜松ホトニクス社製Ｓ１２７４２－２５４は水銀ランプの殺菌線（２５４ｎｍ）に合わせた受光感度を有する。そこで、当該素子を用いて、暗状態およびＸｅランプ光源を分光して２５４ｎｍ光、４００ｎｍから６８０ｎｍの可視領域光を照射した場合のＩ－Ｖ特性を測定した。図１０に測定結果を示すものである。暗電流は評価装置系の検出下限に近いレベルであるが、可視光照射では光電流がかなり流れ（４００ｎｍ～６８０ｎｍ）、２５４ｎｍ光照射時の電流値に対して２桁程度の差しかない。図１１は応答度の波長依存性を示したものであり、可視光への拒絶率は１０2台の半ば（少なくとも１０2超１０3未満の範囲内）である。なお、受光感度ピークは２５４ｎｍであり、半値幅は１３ｎｍであった。
Ｓｉ受光素子に紫外光バンドパスフィルターを付与した紫外特定波長帯受光素子、浜松ホトニクス社製Ｓ１２７４２－２５４は水銀ランプの殺菌線（２５４ｎｍ）に合わせた受光感度を有する。そこで、当該素子を用いて、暗状態およびＸｅランプ光源を分光して２５４ｎｍ光、４００ｎｍから６８０ｎｍの可視領域光を照射した場合のＩ－Ｖ特性を測定した。図１０に測定結果を示すものである。暗電流は評価装置系の検出下限に近いレベルであるが、可視光照射では光電流がかなり流れ（４００ｎｍ～６８０ｎｍ）、２５４ｎｍ光照射時の電流値に対して２桁程度の差しかない。図１１は応答度の波長依存性を示したものであり、可視光への拒絶率は１０2台の半ば（少なくとも１０2超１０3未満の範囲内）である。なお、受光感度ピークは２５４ｎｍであり、半値幅は１３ｎｍであった。
【0060】
（比較例２）
実施例１～３では、サファイア基板側から光照射を実施したが、以下の比較例２－１～２－３では実施例で用いた受光素子を用いつつ、受光層面側から光照射を行い電気・光学特性の評価を行った。
実施例１～３では、サファイア基板側から光照射を実施したが、以下の比較例２－１～２－３では実施例で用いた受光素子を用いつつ、受光層面側から光照射を行い電気・光学特性の評価を行った。
【0061】
＜比較例２－１＞
比較例２－１では、実施例１の２６０ｎｍに受光感度を有する素子の受光層面側から光照射を行った。図１２Ａは受光層側のショットキー電極越しに光照射を行った場合の応答度の波長依存性を示す線形表示のグラフであり、バイアス電圧０Ｖの例を示している。応答度の半値幅は６０ｍｍであり、受光感度ピークの短波長に広がる受光感度を有しており、非対称な形状となっている。図１２Ｂは可視光拒絶率を示すための応答度を片対数表示したグラフである。
比較例２－１では、実施例１の２６０ｎｍに受光感度を有する素子の受光層面側から光照射を行った。図１２Ａは受光層側のショットキー電極越しに光照射を行った場合の応答度の波長依存性を示す線形表示のグラフであり、バイアス電圧０Ｖの例を示している。応答度の半値幅は６０ｍｍであり、受光感度ピークの短波長に広がる受光感度を有しており、非対称な形状となっている。図１２Ｂは可視光拒絶率を示すための応答度を片対数表示したグラフである。
【0062】
バイアス電圧０Ｖの黒丸（●）の受光感度ピーク波長での応答度Ｒｐは２．３７ｍＡ／Ｗであり、４００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の可視領域の応答度Ｒｖの平均値は１．２９×１０-4ｍＡ／Ｗであり、計算される拒絶率（Ｒｐ/Ｒｖ）は、１．８４×１０4であり、１０5未満の拒絶率であった。
【0063】
＜比較例２－２＞
比較例２－２では、実施例２で用いた３２０ｎｍに受光感度ピークを有する素子に対し、ショットキー電極越しに受光層側から光照射を行った。図１３Ａは応答度の波長依存性を示す線形表示のグラフで、バイアス電圧０Ｖの場合の例を示すものであり、受光感度の半値幅は６７ｎｍであった。この場合も、受光感度ピーク波長よりも短波長側で感度の広がりが大きく、非対称な形状となっている。図１３Ｂは可視光拒絶率を示すための応答度を片対数表示したグラフである。
比較例２－２では、実施例２で用いた３２０ｎｍに受光感度ピークを有する素子に対し、ショットキー電極越しに受光層側から光照射を行った。図１３Ａは応答度の波長依存性を示す線形表示のグラフで、バイアス電圧０Ｖの場合の例を示すものであり、受光感度の半値幅は６７ｎｍであった。この場合も、受光感度ピーク波長よりも短波長側で感度の広がりが大きく、非対称な形状となっている。図１３Ｂは可視光拒絶率を示すための応答度を片対数表示したグラフである。
【0064】
バイアス電圧０Ｖの黒丸（●）の受光感度ピーク波長での応答度Ｒｐは１３．７ｍＡ/Ｗであり、４００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の可視領域の応答度の平均値Ｒｖは２．２０×１０-4ｍＡ/Ｗであり、計算される拒絶率（Ｒｐ/Ｒｖ）は、６．２３×１０4であり、１０5未満の拒絶率であった。
【0065】
＜比較例２－３＞
比較例２－３では、実施例３で用いた２３０ｎｍに受光感度ピークを有する素子に対し、ショットキー電極越しに受光層側から光照射を行った。図１４Ａは応答度の波長依存性を示す線形表示のグラフで、バイアス電圧０Ｖの場合の例を示すものである。２００ｎｍ未満の波長については、光照射パワーの測定が測定レンジ外になるため応答度を求めることができないが、長波長側の半値波長が２４５ｎｍであるため、少なくとも半値幅は５０ｎｍを超えることが十分に読み取れる。この場合も、受光感度よりも短波長側での感度の広がりが大きく、非対称な形状である。図１４Ｂは可視光拒絶率を示すために応答度を片対数表示したグラフである。
比較例２－３では、実施例３で用いた２３０ｎｍに受光感度ピークを有する素子に対し、ショットキー電極越しに受光層側から光照射を行った。図１４Ａは応答度の波長依存性を示す線形表示のグラフで、バイアス電圧０Ｖの場合の例を示すものである。２００ｎｍ未満の波長については、光照射パワーの測定が測定レンジ外になるため応答度を求めることができないが、長波長側の半値波長が２４５ｎｍであるため、少なくとも半値幅は５０ｎｍを超えることが十分に読み取れる。この場合も、受光感度よりも短波長側での感度の広がりが大きく、非対称な形状である。図１４Ｂは可視光拒絶率を示すために応答度を片対数表示したグラフである。
【0066】
バイアス電圧０Ｖの黒丸（●）の受光感度ピーク波長での応答度Ｒｐは４．３５ｍＡ/Ｗであり、４００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の可視領域の応答度の平均値Ｒｖは１．２５×１０-4ｍＡ/Ｗであり、計算される拒絶率（Ｒｐ/Ｒｖ）は、３．８４×１０4であり、１０5未満の拒絶率であった。
【0067】
以上の実施例１～３および比較例２－１～２－３の測定結果を表１にまとめて示す。
【0068】
【表1】
【0069】
上記表１より、本発明の実施形態に従うＡｌＧａＮ積層体を用い、サファイア基板側からの光照射を行う事で、可視領域の応答度に対して１０5以上の拒絶率を得ると共に、半値幅が４０ｎｍ以下で特定波長のみを検出ことができることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【0070】
本発明による紫外線受光素子は、可視光や近紫外光の外乱を受けずに目的の紫外線波長のみを検出することができる。かかる特定波長のみを検出する紫外線受光素子は、殺菌用途、医療用途、分析用途等で発光素子とのペアで、出力モニタ、制御フィードバック用に用いる事ができ非常に有用である。
【符号の説明】
【0071】
１１ サファイア基板
１２ ＡｌＮ層
１３ ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層
１４ ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層
１５ ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層
１６ ＡｌzＧａ1-zＮ受光層
２０ 分離溝
２１ ｎ電極
２３ ショットキー電極
１２ ＡｌＮ層
１３ ＡｌwＧａ1-wＮバッファ層
１４ ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ電流広がり層
１５ ｎ型ＡｌyＧａ1-yＮオーミックコンタクト層
１６ ＡｌzＧａ1-zＮ受光層
２０ 分離溝
２１ ｎ電極
２３ ショットキー電極
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】