(57)【要約】【課題】安価で特性が安定し、応答速度の速い紫外線センサを提供すること。【解決手段】本発明の紫外線センサは、酸化亜鉛の光導電効果を利用した紫外線センサであって、前記酸化亜鉛が無添加の酸化亜鉛からなり、前記酸化亜鉛のＸ線回折パターンにおいて（００２）面における回折ピークの半値幅が０．５度以下であることを特徴とする。これにより、安価で応答速度の速い紫外線センサを実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化亜鉛の光導電効果を利用した紫外線センサであって、前記酸化亜鉛が無添加の酸化亜鉛からなり、前記酸化亜鉛のＸ線回折パターンにおいて（００２）面における回折ピークの半値幅が０．５度以下であることを特徴とする紫外線センサ。
【請求項２】
前記酸化亜鉛の比抵抗が１Ω・ｃｍ以上であり、膜厚が１００ｎｍ以上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。
【請求項３】
前記酸化亜鉛の上に前記酸化亜鉛よりバンドギャップの広い絶縁性の保護膜を有することを特徴とする請求項１から請求項２に記載の紫外線センサ。
【請求項４】
前記保護膜が、シリコン、アルミニウムのうち、どちらか一方の酸化膜または窒化膜であることを特徴とする請求項３記載の紫外線センサ。
【請求項５】
不活性ガスであるキャリアガスに３％以上の酸素を添加しながら、スパッタ法または蒸着法により酸化亜鉛を基板上に成膜することを特徴とする酸化亜鉛の光導電効果を利用した紫外線センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感応膜に紫外線が照射されることにより発生するキャリアを利用する紫外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸化亜鉛を主成分として、焼結体により光感知部が構成された紫外線センサがある。例えば、特許文献１では、酸化亜鉛を主成分とした単結晶または多結晶であり、酸化亜鉛のａ面を光感知部とした紫外線センサが開示されている。
【０００３】
一方、酸化亜鉛薄膜を光感知部に利用した紫外線センサがある。例えば、特許文献２では、酸化亜鉛に不純物をドーピングした薄膜を用いた紫外線センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１８２２９０号公報
【特許文献２】特開２００８−０３９６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、オゾン層の破壊等により、地表へ到達する太陽光の紫外線の量が増加する傾向が見られ、人体への影響が懸念されている。このような紫外線は日焼けだけではなく、皮膚癌や白内障など人体の健康に対してきわめて深刻な影響を及ぼすものであり、そのような紫外線量を身近で手軽に計測し、対策することが今後望まれている。
【０００６】
従来の紫外線センサは、光フィルターを用いるものや窒化ガリウムのエピタキシャル（単結晶）成長膜を使うなど高価なものであった。また、近年においては比較的安価であり、紫外線のみに吸収波長を有する酸化亜鉛を用いる紫外線センサが、特許文献１や特許文献２などで提案されている。しかしながら、これらの紫外線センサは、焼結体で結晶制御が不十分なため特性が安定しない。また、薄膜を用いた場合でもドーパントでキャリアを高濃度にドープしていることから欠陥が発生し、非常に応答速度が遅い。そのため、手軽に瞬時に紫外線量を計測することが困難であった。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、安価で特性が安定し、応答速度の速い紫外線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】
【０００８】
本発明の紫外線センサは、酸化亜鉛の光導電効果を利用した紫外線センサであって、前記酸化亜鉛が無添加の酸化亜鉛からなり、前記酸化亜鉛のＸ線回折パターンにおいて（００２）面における回折ピークの半値幅が０．５度以下であることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、紫外線のみに感度を有し、応答速度が速く、比較的安価な紫外線センサを得ることが可能となる。
【００１０】
本発明の紫外線センサにおいては、前記酸化亜鉛の比抵抗が１Ω・ｃｍ以上であり、膜厚が１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１１】
本発明の紫外線センサにおいては、前記酸化亜鉛の上に前記酸化亜鉛よりバンドギャップの広い絶縁性の保護膜を有することが好ましい。
【００１２】
本発明の紫外線センサにおいては、前記保護膜がシリコン、アルミニウムのうち、どちらか一方の酸化膜または窒化膜であることが好ましい。
【００１３】
これらの構成によれば、紫外線を検知する前記酸化亜鉛膜へ到達する紫外線を遮断することなく、前記酸化亜鉛を湿度等の環境から保護することができる。
【００１４】
本発明の紫外線センサの製造方法においては、酸化亜鉛の成膜過程において、不活性ガスであるキャリアガスに３％以上の酸素を添加していることが好ましい。
【００１５】
この成膜方法によれば、無添加の酸化亜鉛において、Ｘ線回折パターンの（００２）面における回折ピークの半値幅が０．５度以下であり、比抵抗が１Ω・ｃｍ以上の膜を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による紫外線センサは、酸化亜鉛の光導電効果を利用した紫外線センサであって、前記酸化亜鉛が無添加の酸化亜鉛からなり、配向性が高く、結晶欠陥の少ない酸化亜鉛であることから、安価でありつつ、応答速度の速い紫外線検出を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る紫外線センサの断面図であり、図２は本発明の形態の紫外線センサの平面図である。図１及び図２において、本実施の形態の紫外線センサ１は、ガラス、シリコン又はプラスチックなどで構成された基板２を備える。基板２上には、紫外線を感知する感応膜（紫外線感知部）３が形成されている。また、感応膜３上の感知領域には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどで構成された保護膜４が形成されている。さらに、感応膜３上の感知領域以外の領域には、アルミニウム、金、白金などで構成された１対の電極５が形成されている。
【００１９】
感応膜３は、Ｘ線回折パターンの（００２）面における回折ピークの半値幅が０．５度以下であり、比抵抗が１Ω・ｃｍ以上で膜厚が２００ｎｍ程度の無添加の酸化亜鉛膜で形成されている。
【００２０】
図３は、酸化亜鉛のＸ線回折パターンの（００２）面における回折ピークの半値幅と紫外線検出時の応答速度の関係を示すグラフであり、横軸が応答速度を示し、縦軸がＸ線回折パターンの（００２）面における回折ピークの半値幅を示す。図３に示すように、（００２）面における回折ピークの半値幅が狭くなるにしたがって応答速度が速くなる。この傾向から酸化亜鉛の（００２）面における回折ピークの半値幅を狭くすることにより、応答速度を速くすることができる。
【００２１】
図４は、酸化亜鉛の比抵抗と紫外線検出時の応答速度の関係を示すグラフであり、横軸が応答速度を示し、縦軸が酸化亜鉛の比抵抗を示す。図４に示すように、酸化亜鉛の比抵抗が高くなるにしたがって応答速度が速くなる。この傾向から酸化亜鉛の比抵抗を高くすることにより、応答速度を速くすることができる。
【００２２】
図５は、基板上に成膜した酸化亜鉛結晶の断面写真である。図５に示すように、酸化亜鉛膜の基板側は微結晶状態で成長しており５０から１００ｎｍ程度まで小さな結晶粒となる。それ以上の厚さにおいては、配向性の高い結晶となることから２００ｎｍ程度の膜厚とすることで応答速度の良い紫外線センサを得ることができる。
【００２３】
図６は、無添加の酸化亜鉛を感応膜３とした時の紫外線応答特性を示すグラフであり、横軸が時間を示し、縦軸が出力電流を示す。横軸の１０秒の時に紫外線の照射を開始し、４０秒の時に紫外線の照射を終了している。また、図７は、ドーパントとしてガリウムを添加した酸化亜鉛を感応膜３とした時の紫外線応答特性を示すグラフであり、横軸が時間を示し、縦軸が出力電流を示す。横軸の１０秒の時に紫外線の照射を開始し、４０秒の時に紫外線の照射を終了している。これらより、無添加の酸化亜鉛を感応膜３とすることにより、応答速度が速くなることが確認できる。
【００２４】
上記構成を有する紫外線センサにおいては、感応膜３に紫外線が照射されることで光電子が放出され、１対の電極５の間に流れる電流量又は１対の電極５の間の抵抗が変化する。この電流量又は抵抗の変化を検知することにより紫外線量を求めることができる。
【００２５】
図８及び図９は、本発明の実施の形態に係る紫外線センサの製造工程を示す断面図である。図８（ａ）に示すように、基板上に酸化亜鉛膜をスパッタや蒸着などにより成膜し、感応膜３を形成する。この成膜時にキャリアガスに例えばアルゴンを用い、それに酸素を３％以上混合して成膜を行う。
【００２６】
図１０は、酸化亜鉛成膜時の酸素添加量と成膜された酸化亜鉛のＸ線回折パターンの（００２）面における回折ピークの半値幅の関係を示すグラフであり、横軸が成膜時の酸素添加量を示し、縦軸がＸ線回折パターンの（００２）面における回折ピークの半値幅を示す。図１０に示すように、成膜時の酸素添加量を増やすことにより、Ｘ線回折パターンの（００２）面における回折ピークの半値幅の狭い酸化亜鉛を得ることができる。
【００２７】
図１１は、酸化亜鉛成膜時の酸素添加量と成膜された酸化亜鉛の比抵抗の関係を示すグラフであり、横軸が成膜時の酸素添加量を示し、縦軸が比抵抗を示す。図１１に示すように、成膜時の酸素添加量を増やすことにより、比抵抗の高い酸化亜鉛を得ることができる。
【００２８】
感応膜３を形成後、図８（ｂ）に示すように、例えば酸化シリコンをスパッタなどにより感応膜３上に成膜し、保護膜４を形成する。次いで、図８（ｃ）に示すように、保護膜４上にレジストを塗布・乾燥してレジスト膜６を形成し、レジスト膜６にフォトリソグラフィを行って紫外線感知部に対応する領域にレジスト膜６が残存するようにパターニングする。
【００２９】
次いで、図９（ｄ）に示すように、レジスト６をマスクとして酸化シリコンをエッチングする。この時エッチングは、ウェットまたはドライエッチングのどちらでも良い。次いで、図９（ｅ）に示すように、全面に電極材料５および５１をスパッタなどにより成膜する。次いで、レジスト６を溶解する材料でレジスト６を除去することにより（リフトオフ）、図１に示すような、紫外線センサを作製する。なお、電極５は、レジスト６を除去後に、銀ペーストや金ペーストを用いて印刷などにより形成しても良い。
【００３０】
このように、本実施の形態の紫外線センサ１においては、感応膜３に、Ｘ線回折パターンの（００２）面における回折ピークの半値幅が０．５度以下であり、比抵抗が１Ω・ｃｍ以上で膜厚が２００ｎｍ程度の無添加の酸化亜鉛膜を用いることで、応答速度の速い紫外線検知が可能となる。
【００３１】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、電極を酸化亜鉛の片面に形成しているが、電極で酸化亜鉛膜を挟み込む形で形成しても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、太陽からの紫外線や工業用途に用いられる殺菌灯などからの紫外線を検出する計測機器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る紫外線センサの断面図である。
【図２】図１の紫外線センサの平面図である。
【図３】酸化亜鉛のＸ線回折パターンの（００２）面における回折ピークの半値幅と紫外線検出時の応答速度の関係を示すグラフである。
【図４】酸化亜鉛の比抵抗と紫外線検出時の応答速度の関係を示すグラフである。
【図５】酸化亜鉛結晶の断面写真である。
【図６】無添加の酸化亜鉛を感応膜３とした時の紫外線応答特性を示すグラフである。
【図７】ドーパントとしてガリウムを添加した酸化亜鉛を感応膜３とした時の紫外線応答特性を示すグラフである。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る紫外線センサの製造方法を説明するための図である。
【図９】（ｄ）〜（ｅ）は、図８（ｃ）に続く、本発明の実施の形態に係る紫外線センサの製造方法を説明するための図である。
【図１０】酸化亜鉛成膜時の酸素添加量と成膜された酸化亜鉛のＸ線回折パターンの（００２）面における回折ピークの半値幅の関係を示すグラフである。
【図１１】酸化亜鉛成膜時の酸素添加量と成膜された酸化亜鉛の比抵抗の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１    紫外線センサ
２    基板
３    感応膜
４    保護膜
５    電極
６    レジスト膜
５１  電極材料
【図１】
2011009292.tif 000003
【図２】
2011009292.tif 000004
【図３】
2011009292.tif 000005
【図４】
2011009292.tif 000006
【図５】
2011009292.tif 000007
【図６】
2011009292.tif 000008
【図７】
2011009292.tif 000009
【図８】
2011009292.tif 000010
【図９】
2011009292.tif 000011
【図１０】
2011009292.tif 000012
【図１１】
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