(57)【要約】【課題】本発明は、サイズが基板の水平方向に対して大きくなることなく、使用時の消費電力を抑えることができる光センサを提供する。【解決手段】本発明に係る光センサは、基板１１と、該基板１１上に積層してある第１電極層１３と、該第１電極層１３上の一部の領域に積層してある第１酸化物半導体層１４と、該第１酸化物半導体層１４上に積層してある第２電極層１５とを備える。入射する光を遮る第１電極層１３の外周１３Ａ又は第２電極層１５の外周１５Ａの少なくとも一部は、第１第１酸化物半導体層１４を介して第２電極層１５又は第１電極層１３と重なるようにしてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に積層してある第１電極層と、
該第１電極層上の一部の領域に積層してある第１酸化物半導体層と、
該第１酸化物半導体層上に積層してある第２電極層と
を備え、
入射する光を遮る前記第１電極層又は前記第２電極層の外周の少なくとも一部は、前記第１酸化物半導体層を介して前記第２電極層又は前記第１電極層と重なるようにしてあることを特徴とする光センサ。
【請求項２】
前記第１酸化物半導体層を積層してある領域と異なる前記第１電極層上の領域に積層してある第３電極層を備えることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記第１酸化物半導体層と前記第１電極層を介して電気的に接続され、前記第３電極層と前記第１電極層との間に積層してある第２酸化物半導体層を備え、
入射する光を遮る前記第１電極層又は前記第３電極層の外周の少なくとも一部は、前記第２酸化物半導体層を介して前記第３電極層又は前記第１電極層と重なるようにしてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の光センサ。
【請求項４】
前記第２酸化物半導体層は、ＺｎＯ膜であることを特徴とする請求項３に記載の光センサ。
【請求項５】
前記第２酸化物半導体層は、（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ3 膜であることを特徴とする請求項３に記載の光センサ。
【請求項６】
前記第２酸化物半導体層は、Ｃｕ2 Ｏ膜であることを特徴とする請求項３に記載の光センサ。
【請求項７】
前記第１酸化物半導体層は、ＺｎＯ膜であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光センサ。
【請求項８】
前記第１酸化物半導体層は、（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ3膜であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光センサ。
【請求項９】
前記第１酸化物半導体層は、Ｃｕ2 Ｏ膜であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光センサ。
【請求項１０】
前記第２酸化物半導体層の材料は、前記第１酸化物半導体層の材料と異なることを特徴とする請求項３に記載の光センサ。
【請求項１１】
入射する光を遮る前記第１電極層又は前記第２電極層は、前記第１電極層又は前記第２電極層の形状を矩形とする場合に比べて、前記第１電極層又は前記第２電極層の外周が長くなる形状にしてあることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光センサ。
【請求項１２】
入射する光を遮る前記第１電極層又は前記第３電極層は、前記第１電極層又は前記第３電極層の形状を矩形とする場合に比べて、前記第１電極層又は前記第３電極層の外周が長くなる形状にしてあることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光センサ。
【請求項１３】
前記基板は、光を透過する材料で構成してあることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線を含む光を検知する光センサに関し、特に、基板に積層してある酸化物半導体層を用いて光を検知する光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の紫外線を検知する光センサは、紫外線を受光する部分に紫外線光電管を用いている。しかし、紫外線光電管は、非常に高い駆動電圧を必要とするので、絶縁性を確保する構造が必要となり、光センサ自体が大型化するという問題があった。近年、斯かる問題を解消するために、固体素子を用いた光センサが多々開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、基板上にダイヤモンド膜を積層し、該ダイヤモンド膜上に１対の第１電極及び第２電極を積層してある光センサが開示してある。特許文献１に開示してある光センサは、第１電極と第２電極との間に直流電圧を印加し、ダイヤモンド膜に紫外線が入射することで生じるダイヤモンド膜中の電子及びホールの移動による電流を測定して、紫外線を検知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５６０４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示してある光センサは、ダイヤモンド膜を介して第１電極と第２電極との間に流れる電流を測定して、紫外線を検知しているため、第１電極と第２電極との間の距離を変化させることで、第１電極と第２電極との間の抵抗値を調整することができる。第１電極と第２電極との間の抵抗値を大きくした場合、第１電極と第２電極との間に流れる電流が減少するので、使用時の消費電力を抑えることができる。しかし、特許文献１に開示してある光センサでは、第１電極と第２電極との間の抵抗値を大きくするためには、第１電極と第２電極との間の距離を長くする必要があり、光センサのサイズが基板の水平方向に大きくなるという問題があった。光センサのサイズが基板の水平方向に大きくなることにより、一枚のウェハから得られる光センサの数が少なくなる、実装する回路基板に占める光センサの面積が大きくなる等の問題が生じる。
【０００６】
また、特許文献１に開示してある光センサは、第１電極と第２電極との間の抵抗値を大きくするために第１電極と第２電極との間の距離を長くした場合、第１電極と第２電極との間の電界は弱くなるので、光センサの応答性が低くなるという問題があった。
【０００７】
さらに、特許文献１の図４に開示してある光センサは、ダイヤモンド膜を薄くした場合、第１電極と第２電極との間に流れる電流に比べて、基板上の金属膜へリークする電流が多くなり、光センサの感度が低下する。したがって、ダイヤモンド膜を薄くして製造コストを安価にすることができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光センサのサイズが基板の水平方向に対して大きくなることなく、使用時の消費電力を抑えることができる光センサ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】
【０００９】
上記目的を達成するために第１発明に係る光センサは、基板と、該基板上に積層してある第１電極層と、該第１電極層上の一部の領域に積層してある第１酸化物半導体層と、該第１酸化物半導体層上に積層してある第２電極層とを備え、入射する光を遮る前記第１電極層又は前記第２電極層の外周の少なくとも一部は、前記第１酸化物半導体層を介して前記第２電極層又は前記第１電極層と重なるようにしてある。
【００１０】
また、第２発明に係る光センサは、第１発明において、前記第１酸化物半導体層を積層してある領域と異なる前記第１電極層上の領域に積層してある第３電極層を備える。
【００１１】
また、第３発明に係る光センサは、第１又は第２発明において、前記第１酸化物半導体層と前記第１電極層を介して電気的に接続され、前記第３電極層と前記第１電極層との間に積層してある第２酸化物半導体層を備え、入射する光を遮る前記第１電極層又は前記第３電極層の外周の少なくとも一部は、前記第２酸化物半導体層を介して前記第３電極層又は前記第１電極層と重なるようにしてある。
【００１２】
また、第４発明に係る光センサは、第３発明において、前記第２酸化物半導体層は、ＺｎＯ膜である。
【００１３】
また、第５発明に係る光センサは、第３発明において、前記第２酸化物半導体層は、（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ3 膜である。
【００１４】
また、第６発明に係る光センサは、第３発明において、前記第２酸化物半導体層は、Ｃｕ2 Ｏ膜である。
【００１５】
また、第７発明に係る光センサは、第１乃至第６発明のいずれか一つにおいて、前記第１酸化物半導体層は、ＺｎＯ膜である。
【００１６】
また、第８発明に係る光センサは、第１乃至第６発明のいずれか一つにおいて、前記第１酸化物半導体層は、（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ3 膜である。
【００１７】
また、第９発明に係る光センサは、第１乃至第６発明のいずれか一つにおいて、前記第１酸化物半導体層は、Ｃｕ2 Ｏ膜である。
【００１８】
また、第１０発明に係る光センサは、第３発明において、前記第２酸化物半導体層の材料は、前記第１酸化物半導体層の材料と異なる。
【００１９】
また、第１１発明に係る光センサは、第１乃至第１０発明のいずれか一つにおいて、入射する光を遮る前記第１電極層又は前記第２電極層は、前記第１電極層又は前記第２電極層の形状を矩形とする場合に比べて、前記第１電極層又は前記第２電極層の外周が長くなる形状にしてある。
【００２０】
また、第１２発明に係る光センサは、第１乃至第１１発明のいずれか一つにおいて、入射する光を遮る前記第１電極層又は前記第３電極層は、前記第１電極層又は前記第３電極層の形状を矩形とする場合に比べて、前記第１電極層又は前記第３電極層の外周が長くなる形状にしてある。
【００２１】
また、第１３発明に係る光センサは、第１乃至第１２発明のいずれか一つにおいて、前記基板は、光を透過する材料で構成してある。
【００２２】
第１発明では、基板上に、第１電極層、第１酸化物半導体層、第２電極層を積層してあり、入射する光を遮る第１電極層又は第２電極層の外周の少なくとも一部が、第１酸化物半導体層を介して第２電極層又は第１電極層と重なるようにしてあるので、第２電極層と第１電極層との間の電流値の変化により光を検知することができる。また、使用時の消費電力を抑えるためには第２電極層と第１電極層との間の抵抗値を大きくすることが好ましいが、第２電極層と第１電極層との間の抵抗値を大きくするべく第１酸化物半導体層の厚みを厚くした場合であっても、光センサのサイズが基板の水平方向に対して大きくなることがない。
【００２３】
第２発明では、第１酸化物半導体層を積層してある領域と異なる第１電極層上の領域に第３電極層を積層してあるので、基板の同じ側にある第２電極層と第３電極層との間の電流値を測定することで光を検知することができる。
【００２４】
第３発明では、第１酸化物半導体層と第１電極層を介して電気的に接続され、第３電極層と第１電極層との間に積層してある第２酸化物半導体層を備え、入射する光を遮る第１電極層又は第３電極層の外周の少なくとも一部は、第２酸化物半導体層を介して第３電極層又は第１電極層と重なるようにしてあるので、第３電極層と第１電極層との間の電流値の変化でも光を検知することができ、第２電極層と第３電極層との間の電流値の変化が大きくなることで光センサの感度を高くすることが可能となる。
【００２５】
第４発明及び第７発明では、第１又は第２酸化物半導体層は、ＺｎＯ膜であるので、波長が３８０ｎｍ以下の光（紫外線）を検知することができる。
【００２６】
第５発明及び第８発明では、第１又は第２酸化物半導体層は、（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ3 膜であるので、波長が２９０ｎｍ以下の光（紫外線）を検知することができる。
【００２７】
第６発明及び第９発明では、第１又は第２酸化物半導体層は、Ｃｕ2 Ｏ膜であるので、波長が６２０ｎｍ以下の光を検知することができる。
【００２８】
第１０発明では、第２酸化物半導体層の材料が、第１酸化物半導体層の材料と異なるので、検知することができる光の波長範囲が広い光センサを実現することができる。
【００２９】
第１１発明では、入射する光を遮る第１電極層又は第２電極層は、第１電極層又は第２電極層の形状を矩形とする場合に比べて、第１電極層又は第２電極層の外周が長くなる形状、例えば櫛型形状にしてあるので、光の入射により生じる電子・ホール対が増加し、第２電極層と第３電極層との間の電流値の変化が大きくなることで光センサの感度を高めることが可能となる。
【００３０】
第１２発明では、入射する光を遮る第１電極層又は第３電極層は、第１電極層又は第３電極層の形状を矩形とする場合に比べて、第１電極層又は第３電極層の外周が長くなる形状、例えば櫛型形状にしてあるので、光の入射により生じる電子・ホール対が増加し、第２電極層と第３電極層との間の電流値の変化が大きくなることで光センサの感度を高めることが可能となる。
【００３１】
第１３発明では、基板が、光を透過する材料で構成してあるので、基板側から入射した光を検知することが可能となり、光を検知する面を、回路基板と接続する面と異なる面に構成することができ、光センサを回路基板に実装する場合、自由度が大きくなる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る光センサは、基板と、基板上に積層してある第１電極層と、第１電極層に積層してある第１酸化物半導体層と、第１酸化物半導体層上に積層してある第２電極層とを備え、入射する光を遮る第１電極層又は第２電極層の外周の少なくとも一部は、第１酸化物半導体層を介して第２電極層又は第１電極層と重なるようにしてあるので、第２電極層と第１電極層との間の電流値の変化により光を検知することができる。使用時の消費電力を抑えるために第２電極層と第１電極層との間の抵抗値を大きくすることが好ましいが、第２電極層と第１電極層との間の抵抗値を大きくするために第１酸化物半導体層の厚みを厚くした場合であっても、光センサのサイズが基板の水平方向に対して大きくなることはない。また、第１酸化物半導体層に含まれるキャリアを減らして、第２電極層と第１電極層との間の抵抗値を大きくすることで、第２電極層と第１電極層との間の距離を短くして第２電極層と第１電極層との間の電界を強めることができ、光センサの感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光センサの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光センサが光センサとして機能する範囲を示す模式図である。
【図３】基板上に第１電極層、第１酸化物半導体層、第２電極層を積層した光センサの構成を示す概略図である。
【図４】図３に示す第２電極層の外周１５Ａ近傍に遮光膜を設けてある光センサの構成を示す概略図である。
【図５】図３及び図４に示す光センサの第２電極層と第１電極層との間の電流値の変化を示す例示図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る光センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る光センサの構成を示す概略図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る光センサの構成を示す概略図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る光センサの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態における光センサについて、図面を用いて具体的に説明する。以下の実施の形態は、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、実施の形態の中で説明されている特徴的事項の組み合わせの全てが解決手段の必須事項であるとは限らないことは言うまでもない。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光センサの構成を示す概略図である。図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る光センサの構成を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す光センサのＡ−Ａ断面図である。図１（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態１に係る光センサ１は、基板１１と、絶縁層１２を介して基板１１上に積層してある第１電極層１３と、第１電極層１３上の一部の領域に積層してある第１酸化物半導体層１４と、第１酸化物半導体層１４上に積層してある第２電極層１５と、第１酸化物半導体層１４を積層してある領域と異なる第１電極層１３上の領域に積層してある第３電極層１６とで構成されている。
【００３６】
基板１１は、Ｓｉ基板であり、基板１１を被覆するように熱酸化膜ＳｉＯ2の絶縁層１２が形成してある。第１電極層１３は、絶縁層１２が形成されている面側の基板１１上に積層してあり、Ｔｉ膜１３ａとＰｔ膜１３ｂとの二層で構成されている。第１酸化物半導体層１４は、第１電極層１３上の一部の領域に積層してあり、微量のキャリアを含むＺｎＯ膜である。ＺｎＯ膜は、バンドギャップが３．３ｅＶであるため、光センサ１に用いた場合、波長が３８０ｎｍ以下の光（紫外線）を検知することができる。
【００３７】
第２電極層１５は、第１酸化物半導体層１４上に積層してあり、Ｔｉ膜１５ａとＡｕ膜１５ｂとの二層で構成されている。第３電極層１６は、第１酸化物半導体層１４を積層してある領域と異なる第１電極層１３上の領域に積層してあり、Ｔｉ膜１６ａとＡｕ膜１６ｂとの二層で構成されている。第１酸化物半導体層１４を被覆するように、酸化膜ＳｉＯ2の絶縁層１７が形成してある。
【００３８】
絶縁層１７の開口部から、第２電極層１５及び第３電極層１６の一部が外部に露出しており、第２電極層１５及び第３電極層１６の露出している部分を別の回路基板（図示せず）とワイヤボンド等で接続する。光センサ１は、所定の電圧を第２電極層１５と第３電極層１６との間に印加した状態で、第２電極層１５側から光が入射した場合に、第２電極層１５と第３電極層１６との間の電流値が変化するので、第２電極層１５側から入射した光を検知することができる。また、光センサ１は、第２電極層１５と第３電極層１６との間の電流値の変化量から、第２電極層１５側から入射した光の入射量を測定することもできる。なお、第１電極層１３は、第３電極層１６と電気的に接続されているため、第３電極層１６と同電位となる。そのため、第２電極層１５と第１電極層１３との間の電流値を測定することで、第２電極層１５と第３電極層１６との間の電流値は測定することができる。また、第２電極層１５と第３電極層１６との間に印加する所定の電圧は、光センサ１を実装する回路基板（図示せず）から供給される。
【００３９】
次に、本発明の実施の形態１に係る光センサ１おいて、光が第２電極層１５側から入射した場合に、第２電極層１５と第３電極層１６との間の電流値が変化する原理について説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る光センサ１が光センサとして機能する範囲を示す模式図である。なお、図２では、本実施の形態１に係る光センサ１の構成から第３電極層１６を省略した構成が図示されている。
【００４０】
第２電極層１５と第１電極層１３との間に所定の電圧を印加した場合、第２電極層１５と第１電極層１３との間には、矢印２０で示す方向に電界が生じる。第２電極層１５と第１電極層１３との間に生じる電界は、第２電極層１５及び第１電極層１３に対して直交する方向に生じている。しかし、第２電極層１５の外周１５Ａ近傍においては、第２電極層１５と第１電極層１３との間に生じる電界は、第２電極層１５から外側に広がる方向に生じている。よって、第２電極層１５の外周１５Ａ近傍の第１酸化物半導体層１４の領域２１にも電界が存在することになる。
【００４１】
第２電極層１５側から光が入射する場合、第２電極層１５と第１電極層１３との間にある第１酸化物半導体層１４は、光が第２電極層１５により遮られるため、光電効果により電子・ホール対が生じることはない。第２電極層１５と第１電極層１３との間にある第１酸化物半導体層１４は、第２電極層１５側から光が入射する場合であっても、第２電極層１５と第１電極層１３との間の電流値が変化せず、光センサとして機能しない。
【００４２】
一方、第１酸化物半導体層１４の領域２１には、第２電極層１５側から光が入射する場合、光を遮るものがないため、光電効果により電子・ホール対が生じる。第１酸化物半導体層１４の領域２１に電子・ホール対が生じた場合、領域２１に生じている電界により電子及びホールが移動し、第２電極層１５と第１電極層１３との間の電流値が変化する。つまり、第１酸化物半導体層１４の領域２１が、光センサとして機能する。
【００４３】
具体的に、第１酸化物半導体層１４の領域２１が光センサとして機能していることを示す。図３は、基板１１上に第１電極層１３、第１酸化物半導体層１４、第２電極層１５を積層した光センサ１の構成を示す概略図である。図４は、図３に示す第２電極層１５の外周１５Ａ近傍に遮光膜を設けてある光センサ１の構成を示す概略図である。図３に示す光センサ１では、第２電極層１５側から光が入射する場合、第１酸化物半導体層１４の領域２１に電子・ホール対が生じる。しかし、図４に示す光センサ１では、第２電極層１５の外周１５Ａ近傍に、第１酸化物半導体層１４の領域２１を覆うように遮光膜４１を設けてあるので、第２電極層１５側から光が入射する場合であっても第１酸化物半導体層１４の領域２１に光が入射せず、電子・ホール対が生じることはない。
【００４４】
図５は、図３及び図４に示す光センサ１の第２電極層１５と第１電極層１３との間の電流値の変化を示す例示図である。図５は、図３及び図４に示す光センサ１の第２電極層１５と第１電極層１３との間に２Ｖの電圧を印加し、第２電極層１５側から光が入射する場合と第２電極層１５側から光が入射しない場合との第２電極層１５と第１電極層１３との間の電流値をそれぞれ示している。
【００４５】
具体的に、図３に示す光センサ１は、第２電極層１５側から光が入射しない場合、第２電極層１５と第１電極層１３との間に１．５×１０-6Ａの電流が流れ、第２電極層１５側から光が入射する場合、第２電極層１５と第１電極層１３との間に９．４×１０-6Ａの電流が流れる。図３に示す光センサ１は、第２電極層１５側から光が入射しているか否かによって、第２電極層１５と第１電極層１３との間の電流値が変化するので、光を検知することができる。
【００４６】
一方、図４に示す光センサ１は、第２電極層１５側から光が入射しない場合、第２電極層１５と第１電極層１３との間に１．５×１０-6Ａの電流が流れ、第２電極層１５側から光が入射する場合、第２電極層１５と第１電極層１３との間に１．５×１０-6Ａの電流が流れる。図４に示す光センサ１は、第２電極層１５側から光が入射しているか否かにかかわらず、第２電極層１５と第１電極層１３との間の電流値が変化しないので、光を検知することができない。
【００４７】
図３に示す光センサ１は、第２電極層１５の外周１５Ａ近傍に遮光膜４１を設けてある以外は、図４に示す光センサ１と同じ構成であることから、第１酸化物半導体層１４の領域２１に光が入射するか否かにより、第２電極層１５と第１電極層１３との間の電流値が変化することが分かる。つまり、図３に示す光センサ１は、第１酸化物半導体層１４の領域２１が、光を検知していることが分かる。
【００４８】
第１酸化物半導体層１４において領域２１が存在するためには、図１（ａ）に示すように、第２電極層１５の外周１５Ａが第１酸化物半導体層１４の外周１４Ａの内側となるように、第２電極層１５を形成する必要がある。なお、図１（ａ）では、第１酸化物半導体層１４の外周１４Ａ及び第２電極層１５の外周１５Ａの位置関係を明確にするために、第１酸化物半導体層１４及び第２電極層１５に積層されている絶縁層１７の一部の図示を省略している。
【００４９】
また、図１（ｂ）に示すように、第２電極層１５の外周１５Ａが第１酸化物半導体層１４を介して第１電極層１３と重なるように、第１電極層１３上に第１酸化物半導体層１４及び第２電極層１５を積層する。
【００５０】
次に、本発明の実施の形態１に係る光センサ１の製造方法を説明する。図６は、本発明の実施の形態１に係る光センサ１の製造方法を説明するための断面図である。基板１１を被覆するように熱酸化膜ＳｉＯ2 の絶縁層１２が形成してあるＳｉ基板である基板１１上に、スパッタ処理により厚み５０ｎｍのＴｉ膜１３ａ、厚み２００ｎｍのＰｔ膜１３ｂを順次成膜し、フォトリソグラフィ技術と、イオンミリング及び反応性イオンエッチング技術とを用いて、Ｔｉ膜１３ａ及びＰｔ膜１３ｂを所定のパターンにパターニングして第１電極層１３を形成する（図６（ａ））。
【００５１】
次に、第１電極層１３上に、スパッタ処理により厚み５００ｎｍのＺｎＯ膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術と、ウェットエッチング技術とを用いて、該ＺｎＯ膜を所定のパターンにパターニングして第１酸化物半導体層１４を形成する（図６（ｂ））。なお、ＺｎＯ膜は、微量のキャリアを含むように、スパッタ処理時に酸素分圧を制御して成膜する。
【００５２】
次に、第１酸化物半導体層１４上に、リフトオフ法により厚み５０ｎｍのＴｉ膜１５ａ、厚み１０００ｎｍのＡｕ膜１５ｂを順次積層した第２電極層１５を形成し、第１酸化物半導体層１４を積層してある領域と異なる第１電極層１３上の領域に、リフトオフ法により厚み５０ｎｍのＴｉ膜１６ａ、厚み１０００ｎｍのＡｕ膜１６ｂを順次積層した第３電極層１６を形成する（図６（ｃ））。なお、第２電極層１５の外周１５Ａが第１酸化物半導体層１４を介して第１電極層１３と重なるように、第２電極層１５を形成する。
【００５３】
次に、第２電極層１５及び第３電極層１６上に、スパッタ処理により厚み５００ｎｍのＳｉＯ2 膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術と、ウェットエッチング技術とを用いて、第２電極層１５及び第３電極層１６の一部が外部に露出する開口部を有する絶縁層１７を形成する（図６（ｄ））。
【００５４】
以上のように、本発明の実施の形態１に係る光センサ１は、基板１１上に積層した第１電極層１３、第１酸化物半導体層１４、及び第２電極層１５を備え、入射する光を遮る第２電極層１５の外周１５Ａの少なくとも一部が、第１酸化物半導体層１４を介して第１電極層１３と重なるようにしてあるので、第２電極層１５側から入射した光を検知することができる。
【００５５】
また、本発明の実施の形態１に係る光センサ１は、第２電極層１５と第３電極層１６との間の電流値の変化、つまり積層した第２電極層１５と第１電極層１３との間の電流値の変化により光を検知している。そのため、第１酸化物半導体層１４の厚みを厚くすることで、第２電極層１５と第１電極層１３との間の抵抗値を大きくすることが可能となる。したがって、使用時の消費電力を抑えるために第２電極層１５と第１電極層１３との間の抵抗値を大きくした場合であっても、光センサ１のサイズは、第２電極層１５を積層する方向に対しては大きくなるが、基板１１の水平方向に対して大きくなることはない。よって、一枚のウェハから得ることができる光センサの数が多くなり、実装する回路基板に占める光センサ１の面積が小さくなることから、回路基板における部品の集積率を向上させることができる。
【００５６】
また、本発明の実施の形態１に係る光センサ１は、第１酸化物半導体層１４に含まれるキャリアを減らして、第２電極層１５と第１電極層１３との間の抵抗値を大きくすることで、第２電極層１５と第１電極層１３との間の距離を短くして第２電極層１５と第１電極層１３との間の電界を強めることができ、光センサ１の感度を高めることが可能となる。
【００５７】
さらに、本発明の実施の形態１に係る光センサ１は、基板１１上に第１電極層１３、第１酸化物半導体層１４、第２電極層１５を積層する構成であるので、特許文献１の図４に開示してある光センサのように、基板上の金属膜へ電流がリークする構成でなく、第１酸化物半導体層１４の厚みを薄くして製造コストを安価にすることが可能となる。
【００５８】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る光センサ１の構成を示す概略図である。図７（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る光センサ１の構成を示す平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す光センサ１のＢ−Ｂ断面図である。図７（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態２に係る光センサ１は、第１酸化物半導体層１４が、微量のキャリアを含むＺｎＯ膜ではなく、微量のキャリアを含むＢＳＴ（（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ3 ）膜である。ＢＳＴ膜は、スパッタ処理により厚み４００ｎｍで絶縁層１２及び第１電極層１３上に成膜されている。また、ＢＳＴ膜は、バンドギャップが４．３ｅＶであるため、光センサ１に用いた場合、波長が２９０ｎｍ以下の光（紫外線）を検知することができる。他の構成は、図１（ｂ）に示した実施の形態１に係る光センサ１の構成と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００５９】
なお、図７（ａ）に示すように、第２電極層１５の形状は、矩形ではなく、いわゆる櫛型形状である。第２電極層１５の形状を櫛型形状とすることで、第２電極層１５の外周１５Ｂの長さは、第２電極層１５の形状を矩形とする場合の外周１５Ａの長さに比べて長くなる。第２電極層１５の外周１５Ｂが長くなることで、第２電極層１５の外周１５Ｂが第１酸化物半導体層１４を介して第１電極層１３と重なる部分が増え、第２電極層１５側からの光の入射により生じる電子・ホール対が増加し、第２電極層１５と第３電極層１６との間の電流値の変化が大きくなり、光センサ１の感度が高くなる。
【００６０】
以上のように、本発明の実施の形態２に係る光センサ１は、第２電極層１５が、第２電極層１５の形状を矩形とする場合の外周１５Ａに比べて、第２電極層１５の外周１５Ｂが長くなる形状にしてあるので、第２電極層１５側から光が入射する場合に第２電極層１５と第３電極層１６との間の電流値の変化が大きくなり、光センサ１の感度が高くなる。
【００６１】
なお、第２電極層１５の形状を矩形とする場合の外周１５Ａに比べて、第２電極層１５の外周１５Ｂが長くなる形状は、櫛型形状に限定されるものではなく、ストライプ形状、メッシュ形状、ミアンダ形状等でも良い。また、本実施の形態２に係る光センサ１の第２電極層１５の形状は、実施の形態１に係る第２電極層１５の形状に適用することができる。
【００６２】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係る光センサ１の構成を示す概略図である。図８に示すように、本発明の実施の形態３に係る光センサ１は、第１酸化物半導体層１４が、微量のキャリアを含むＺｎＯ膜ではなく、微量のキャリアを含むＣｕ2 Ｏ膜である。Ｃｕ2 Ｏ膜は、スパッタ処理により厚み７００ｎｍで第１電極層１３上に成膜されている。また、Ｃｕ2 Ｏ膜は、バンドギャップが２．０ｅＶであるため、光センサ１に用いた場合、波長が６２０ｎｍ以下の光を検知することができる。
【００６３】
さらに、本発明の実施の形態３に係る光センサ１は、第３電極層１６と第１電極層１３との間に第２酸化物半導体層１８を積層してある。第２酸化物半導体層１８は、微量のキャリアを含むＣｕ2 Ｏ膜であり、第１酸化物半導体層１４と第１電極層１３を介して電気的に接続されている。また、本発明の実施の形態３に係る光センサ１は、入射する光を遮る第３電極層１６の外周１６Ａが、第２酸化物半導体層１８を介して第１電極層１３と重なるようにしてあるので、第３電極層１６側から光が入射した場合に、第３電極層１６の外周１６Ａ近傍にある第２酸化物半導体層１８に電子・ホール対が生じ、第３電極層１６と第１電極層１３との間の電流値が変化して、光を検知することができる。
【００６４】
つまり、本発明の実施の形態３に係る光センサ１は、第２電極層１５、第１酸化物半導体層１４、及び第１電極層１３で構成された光センサと、第３電極層１６、第２酸化物半導体層１８、及び第１電極層１３で構成された光センサとが直列接続された構成になる。そのため、本発明の実施の形態３に係る光センサ１は、第２電極層１５と第３電極層１６との間の抵抗値を大きくすることができるので、使用時の消費電力をより抑えることができる。なお、他の構成は、図１（ｂ）に示した実施の形態１に係る光センサ１の構成と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００６５】
以上のように、本発明の実施の形態３に係る光センサ１は、第１酸化物半導体層１４とは第１電極層１３を介して電気的に接続され、第３電極層１６と第１電極層１３との間に積層してある第２酸化物半導体層１８を備え、入射する光を遮る第３電極層１６の外周１６Ａの少なくとも一部は、第２酸化物半導体層１８を介して第１電極層１３と重なるようにしてあるので、第２電極層１５と第３電極層１６との間の抵抗値を大きくすることができるので、使用時の消費電力をより抑えることができる。
【００６６】
なお、第２酸化物半導体層１８の材料は、第１酸化物半導体層１４と同じ材料で構成される場合に限定されるものではなく、第１酸化物半導体層１４と異なる材料でも良い。また、実施の形態２に係る第２電極層１５の形状を、本実施の形態３に係る第２電極層１５及び第３電極層１６の形状に適用することができる。
【００６７】
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４に係る光センサ１の構成を示す概略図である。図９に示すように、本発明の実施の形態４に係る光センサ１は、Ｓｉ基板である基板１１の代わりにガラス基板１９を用いて、該ガラス基板１９上に、第１電極層１３、第２電極層１５、第２酸化物半導体層１８、及び第３電極層１６を積層してある。
【００６８】
ガラス基板１９は、光を透過するため、ガラス基板１９側から入射する光を検知する光センサ１を実現することができる。第１電極層１３は、ガラス基板１９上に積層してあり、Ｔｉ膜１３ａとＰｔ膜１３ｂとの二層で構成されている。第２電極層１５は、第１電極層１３上の一部の領域に積層してあり、Ｔｉ膜１５ａと、Ｎｉ膜１５ｃと、Ａｕ膜１５ｂとの三層で構成されている。第２酸化物半導体層１８は、第２電極層１５を積層してある領域と異なる第１電極層１３上の領域に積層してあり、微量のキャリアを含むＺｎＯ膜である。第３電極層１６は、第２酸化物半導体層１８上に積層してあり、Ｔｉ膜１６ａと、Ｎｉ膜１６ｃと、Ａｕ膜１６ｂとの三層で構成されている。なお、他の構成は、図１（ｂ）に示した実施の形態１に係る光センサ１の構成と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００６９】
本発明の実施の形態４に係る光センサ１は、実施の形態１に係る光センサ１と異なり、ガラス基板１９側から入射する光を検知する。そのため、入射する光を遮る電極層は第１電極層１３であり、第１電極層１３の外周１３Ａの少なくとも一部が、第２酸化物半導体層１８を介して第３電極層１６と重なるように、第２電極層１５、第２酸化物半導体層１８、及び第３電極層１６をガラス基板１９上に積層してある。よって、本発明の実施の形態４に係る光センサ１は、ガラス基板１９側から光が入射した場合に、第１電極層１３の外周１３Ａ近傍にある第２酸化物半導体層１８に電子・ホール対が生じ、第３電極層１６と第１電極層１３との間の電流値が変化して、光を検知することができる。なお、第２電極層１５は、第１電極層１３と電気的に接続されているため、第１電極層１３と同電位となる。そのため、第１電極層１３と第３電極層１６との間の電流値を測定することで、第２電極層１５と第３電極層１６との間の電流値は測定することができる。
【００７０】
以上のように、本発明の実施の形態４に係る光センサ１は、ガラス基板１９を用いることでガラス基板１９側から入射する光を検知することができ、第２電極層１５及び第３電極層１６の側を直接回路基板にハンダ実装することができる。なお、本発明の実施の形態４に係る光センサ１には必要に応じて第２電極層１５及び第３電極層１６上にハンダバンプを設けてもよい。実施の形態１に係る光センサ１のように、実装した後に第２電極層１５及び第３電極層１６から信号を引き出すためのワイヤを配置する必要がなく、本実施の形態４に係る光センサ１は直接回路基板にハンダ実装するので、製造コストが安価になる。
【００７１】
なお、本発明の実施の形態４に係る光センサ１は、第１電極層１３、第２酸化物半導体層１８、及び第３電極層１６を積層してある構成に限定されるものではなく、第１電極層１３と第２電極層１５との間に第１酸化物半導体層１４をさらに積層してある構成でも、第２酸化物半導体層１８を積層せずに、第１電極層１３と第２電極層１５との間に第１酸化物半導体層１４を積層してある構成でも良い。但し、第１電極層１３と第２電極層１５との間に第１酸化物半導体層１４を積層する場合、入射する光を遮る電極層は第１電極層１３であり、該第１電極層１３の外周１３Ａの少なくとも一部が、第１酸化物半導体層１４を介して第２電極層１５と重なるように、第１電極層１３、第１酸化物半導体層１４、及び第２電極層１５を積層する必要がある。
【００７２】
また、実施の形態２に係る第２電極層１５の形状を、本実施の形態４に係る第１電極層１３の形状に適用することができる。さらに、本実施の形態４に係る光センサ１でも、実施の形態２に係る光センサ１のように、第２酸化物半導体層１８の材料を、第１酸化物半導体層１４の材料と異なる材料にしても良い。
【符号の説明】
【００７３】
１  光センサ
１１  基板
１２、１７  絶縁層
１３  第１電極層
１３Ａ  第１電極層の外周
１３ａ、１５ａ、１６ａ  Ｔｉ膜
１３ｂ  Ｐｔ膜
１５ｂ、１６ｂ  Ａｕ膜
１４  第１酸化物半導体層
１４Ａ  第１酸化物半導体層の外周
１５  第２電極層
１５Ａ、１５Ｂ  第２電極層の外周
１５ｃ、１６ｃ  Ｎｉ膜
１６  第３電極層
１６Ａ  第３電極層の外周
１８  第２酸化物半導体層
１９  ガラス基板
４１  遮光膜
【図１】
2011060953.tif 000003
【図２】
2011060953.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011060953.tif 000006
【図５】
2011060953.tif 000007
【図６】
2011060953.tif 000008
【図７】
2011060953.tif 000009
【図８】
2011060953.tif 000010
【図９】
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