(57)【要約】【課題】暗状態での電流値が極めて低く、光入射時の受光感度も良好なＭＳＭ型紫外線受光素子を提供する。【解決手段】ＭＳＭ型紫外線受光素子１は、基板２と、基板上に形成された第一窒化物半導体層３と、第一窒化物半導体層上に形成された第二窒化物半導体層４と、第二窒化物半導体層上に形成された第一電極５及び第二電極６を有する。第一窒化物半導体層はＡｌXＧａ(1-X)Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．９０）を含む。第二窒化物半導体層はＡｌYＧａ(1-Y)Ｎを含み、膜厚ｔ（ｎｍ）が５≦ｔ≦２５を満たす。第一電極及び第二電極はＴｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｒ及びＺｒのうち少なくとも三つを含む材料を含む。Ａｌ組成比Ｘ，Ｙ及び膜厚ｔが−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２−０．０３≦Ｙ≦−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２＋０．０３を満たす。【選択図】図１
2019004145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、ＡｌXＧａ(1-x)Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．９０）を含む第一窒化物半導体層と、
前記第一窒化物半導体層上に形成され、ＡｌYＧａ(1-Y)Ｎ（Ｙ≦１）を含み、膜厚ｔ（ｎｍ）が５≦ｔ≦２５を満たす第二窒化物半導体層と、
前記第二窒化物半導体層上に形成され、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｒ及びＺｒのうち少なくとも三つを含む第一電極及び第二電極と、
を備え、
前記第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘと前記第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙ及び膜厚ｔが下記の(1)式を満たすＭＳＭ型紫外線受光素子。
−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２−０．０３≦Ｙ≦−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２＋０．０３・・・（１）
【請求項２】
前記第一窒化物半導体層は、ＡｌXＧａ(1-x)Ｎ（０．４８≦Ｘ≦０．６０）を含む請求項１に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項３】
前記第二窒化物半導体層の膜厚ｔは、１０≦ｔ≦２０を満たす請求項１または２に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項４】
平面視で、前記第一電極及び前記第二電極はそれぞれ、基部から複数の歯が突出した櫛状部を含み、前記第一電極の前記歯と前記第二電極の前記歯が交互に隣り合う配置になっている請求項１〜３の何れか一項に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項５】
前記第一電極及び前記第二電極は、Ａｌ、Ｍｏ及びＡｕを少なくとも含む請求項１〜４の何れか一項に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項６】
前記第一窒化物半導体層の膜厚は、２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である請求項１〜５の何れか一項に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項７】
前記第一窒化物半導体層と前記第二窒化物半導体層との界面に、電子密度が１×１０11cｍ-2以上６×１０12cｍ-2以下の二次元電子ガス層が存在する請求項１〜６の何れか一項に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項８】
前記二次元電子ガス層の厚さは２ｎｍ以上３０ｎｍ以下である請求項７に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項９】
フォトルミネッセンスにより生じる発光の波長λ（ｎｍ）と前記第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘが、下記の(2)式を満たす請求項１〜８の何れか一項に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
１．２４×１０-3／（Ｘ2＋１．８６Ｘ＋３．４２）−１０≦λ≦１．２４×１０-3／（Ｘ2＋１．８６Ｘ＋３．４２）＋１０・・・（２）
【請求項１０】
波長２５０ｎｍの紫外線照射時のショットキー障壁の高さが０．１ｅＶ以上０．５ｅＶ以下である請求項１〜９の何れか一項に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項１１】
前記第一電極と前記第二電極との間の距離が１．０μｍ以上３０μｍ以下である請求項１〜１０の何れか一項に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項１２】
前記基板は、サファイア基板、ＡｌＮ基板、及びＧａＮ基板の何れかである請求項１〜１１の何れか一項に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項１３】
波長２５０ｎｍの紫外線照射時において、受光感度が１×１０5Ａ／Ｗ以上であり、暗電流に対する光電流の比（Ｓ／Ｎ）が１×１０4以上である請求項１〜１２の何れか一項に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項１４】
前記基板はＡｌＮ基板またはサファイア基板であり、前記基板の波長２６５ｎｍの紫外線に対する吸収係数が５ｃｍ-1以上５０ｃｍ-1以下である請求項１〜１３の何れか一項に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項１５】
受光面積が５００μｍ2以上１５０００μｍ2以下である請求項１〜１４の何れか一項に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項１６】
前記第一窒化物半導体層を構成する結晶の非対称面である（１０−１２）面における前記基板に対する緩和率が０％以上５％以下である請求項１〜１５の何れか一項に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項１７】
前記第一窒化物半導体層を構成する結晶の非対称面である（１０−１２）面におけるＸＲＤロッキングカーブの半価幅が５０ａｒｃｓｅｃ以上１０００ａｒｃｓｅｃ以下である請求項１〜１６の何れか一項に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項１８】
波長２５０ｎｍの紫外線照射での立ち下がり時間が０．１μｓｅｃ以上１ｍｓｅｃ以下である請求項１〜１７の何れか一項に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子。
【請求項１９】
請求項１〜１８の何れか一項に記載のＭＳＭ型紫外線受光素子と、実装基板と、を備え、
前記実装基板に対して前記ＭＳＭ型紫外線受光素子がフリップチップ実装されているＭＳＭ型紫外線受光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＳＭ（metal-semiconductor-metal）型紫外線受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線受光素子の一例として、ＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ構造を用いたｐ型ゲート光ＦＥＴからなる紫外線受光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７／１３５７３９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の紫外線受光素子では、二次元電子ガス層を空乏化するｐ型ＧａＮ系半導体層が、受光面（光入射面）の最表面に存在する。この層の存在により、暗状態（受光すべき光が入射されない状態）での電流値を極めて低くすることはできるが、光入射時（受光すべき光が入射されている時）に、この層により入射光の一部が吸収されることで受光感度が低下するという問題点がある。
【０００５】
本発明の課題は、暗状態での電流値が極めて低く、光入射時の受光感度も良好なＭＳＭ型紫外線受光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様であるＭＳＭ型紫外線受光素子は、基板と、基板上に形成され、ＡｌXＧａ(1-X)Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．９０）を含む第一窒化物半導体層と、第一窒化物半導体層上に形成され、ＡｌYＧａ(1-Y)Ｎ（Ｙ≦１）を含み、膜厚ｔ（ｎｍ）が５≦ｔ≦２５を満たす第二窒化物半導体層と、第二窒化物半導体層上に形成され、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｒ及びＺｒのうち少なくとも三つを含む材料を含む第一電極及び第二電極（ソース電極及びドレイン電極）と、を備える。また、第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘと第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙ及び膜厚ｔが、下記の(1)式を満たす。
−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２−０．０３≦Ｙ≦−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２＋０．０３…(1)
本発明における「ＭＳＭ型紫外線受光素子」とは、ソース・ドレイン電圧を３Ｖとした時の暗電流（暗状態で流れる電流）が１．０×１０-8Ａ／ｍｍ以下である紫外線受光素子をいう。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、暗状態での電流値が極めて低く、光入射時の受光感度も良好なＭＳＭ型紫外線受光素子が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態のＭＳＭ型紫外線受光素子を示す断面図である。
【図２】実施形態のＭＳＭ型紫外線受光素子における電極の形状および配置を示す平面図である。
【図３】実施形態のＭＳＭ型紫外線受光装置を示す断面図である。
【図４】実施例のデータから作成したグラフであって、第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘが０．４７の場合の、第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙと膜厚ｔとの関係を示す。
【図５】実施例のデータから作成したグラフであって、第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘが０．５２の場合の、第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙと膜厚ｔとの関係を示す。
【図６】実施例のデータから作成したグラフであって、第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘが０．５７の場合の、第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙと膜厚ｔとの関係を示す。
【図７】実施例のデータから作成したグラフであって、第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘが０．６５の場合の、第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙと膜厚ｔとの関係を示す。
【図８】実施例のデータから作成したグラフであって、第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘが０．７５の場合の、第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙと膜厚ｔとの関係を示す。
【図９】実施例のデータから作成したグラフであって、第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘが０．８５の場合の、第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙと膜厚ｔとの関係を示す。
【図１０】実施例のデータから作成したグラフであって、第二窒化物半導体層の膜厚ｔと、紫外線受光素子のＳ／Ｎとの関係を示す。
【図１１】実施例のデータから作成したグラフであって、第二窒化物半導体層の膜厚ｔと、紫外線受光素子の受光感度との関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
〔一態様の紫外線受光素子の作用、効果について〕
本発明の一態様であるＭＳＭ型紫外線受光素子（以下、「一態様の紫外線受光素子」と称する。）は、第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘと第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙ及び膜厚ｔが上記(1)式を満たすことで、暗状態（紫外線が入射していない状態）での第一窒化物半導体層と第二窒化物半導体層との界面における二次元電子ガス層のキャリア濃度を、例えば１×１０10ｃｍ-3以下と低くすることができる。
【００１０】
暗状態での二次元電子ガス層のキャリア濃度が高いと、ソース・ドレイン間に高い電流値が流れてしまう。暗状態で流れるこの電流（暗電流）はノイズとなり、受光素子のＳ／Ｎ（光電流／暗電流）を低下させてしまう。一態様の紫外線受光素子では、暗状態における二次元電子層のキャリア濃度を低くすることで、ソース・ドレイン間に極僅かの電流しか流れないようにして、ノイズを低減している。
【００１１】
また、一態様の紫外線受光素子では、ソース電極及びドレイン電極となる第一電極および第二電極が、コンタクト抵抗の低い材料であるＴｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｒ及びＺｒのうち少なくとも三つを含む材料で構成されている。これにより、第二窒化物半導体層とソース電極及びドレイン電極との間にショットキー接合が生じるため、暗状態におけるソース・ドレイン間電流がさらに低減する。一方、第二窒化物半導体層に紫外線が入射すると二次元電子ガス層のキャリア濃度が増加し、ソース電極及びドレイン電極と第二窒化物半導体層と間のショットキー接合が消失する。これにより、光入射時には、例えば１０-7Ａ／ｍｍを超えるような大きな光電流が得られる。
【００１２】
このように、本発明の紫外線受光素子では、暗電流（ノイズ）の抑制効果と光電流（シグナル）の増加効果とが両立するため、非常に高いＳ／Ｎを得ることが可能となる。
また、一態様の紫外線受光素子では、第一窒化物半導体層がＡｌXＧａ(1-X)Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．９０）を含む。第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘを０．４５以上０．９０以下とすることで、太陽光や蛍光灯に含まれる２９０ｎｍ以上の波長の光に対する感度を低減（ソーラーブラインド）することができる。
【００１３】
なお、「第一窒化物半導体層がＡｌXＧａ(1-X)Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．９０）を含む」とは、第一窒化物半導体層の大部分はＡｌXＧａ(1-X)Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．９０）で構成されているが、それ以外の材料を含む場合もあることを意味している。例えば、Ａｌ、Ｇａ及びＮ以外の元素（例えばＩｎ等のIII族元素やＭｇ、Ｓｉ等のドーパント）が、ＡｌXＧａ(1-X)Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．９０）からなる第一窒化物半導体層の特性に影響を与えない程度（数％程度）に含む場合があることを意味している。
【００１４】
また、一態様の紫外線受光素子では、第二窒化物半導体層はＡｌYＧａ(1-Y)Ｎ（Ｙ≦１）を含み、膜厚ｔ（ｎｍ）が５≦ｔ≦２５を満たし、第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙは(1)式を満たす。例えば、第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘが０．４５で、第二窒化物半導体層の膜厚ｔが５ｎｍの場合、第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙは０．６５５以上０．７１５以下の値となる。
【００１５】
なお、「第二窒化物半導体層がＡｌYＧａ(1-Y)Ｎを含む」とは、第二窒化物半導体層の大部分はＡｌYＧａ(1-Y)Ｎで構成されているが、それ以外の材料を含む場合もあることを意味している。例えば、Ａｌ、Ｇａ及びＮ以外の元素（例えばＩｎ等のIII族元素やＭｇ、Ｓｉ等のドーパント）が、ＡｌYＧａ(1-Y)Ｎからなる第二窒化物半導体層の特性に影響を与えない程度（数％程度）に含む場合があることを意味している。
一態様の紫外線受光素子では、紫外線を基板側から入射させてもよく、第二窒化物半導体層側から入射させてもよい。
【００１６】
〔一態様の紫外線受光素子の各構成についての補足説明〕
＜基板＞
基板としては、その上に第一窒化物半導体層を形成可能なものであれば特に制限されない。具体的には、基板として、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶基板等が挙げられる。また、基板には不純物が混入していても良い。
【００１７】
＜第一および第二窒化物半導体層の組成の確認方法＞
（第一および第二窒化物半導体層に含まれる元素の確認方法）
第一および第二窒化物半導体層に含まれる元素は、蛍光Ｘ線元素分析（ＸＲＦ）、ラザフォード後方散乱分光（ＲＢＳ）、二次イオン質量測定（ＳＩＭＳ）およびＸ線光電子分光（ＸＰＳ）により確認できる。
【００１８】
（第一窒化物半導体層のＡｌXＧａ(1-X)ＮのＡｌ組成比Ｘの測定方法）
第一窒化物半導体層のＡｌXＧａ(1-X)ＮのＡｌ組成比（Ｘ）は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆａｃｔｉｏｎ）法による２θ−ωスキャンおよび逆格子マッピング測定（ＲＳＭ）を行うことで測定できる。
【００１９】
具体的には、先ず、Ｘ線回折で、基板の面方位に対応する面指数の面について２θ−ωスキャンを行い、そのピーク位置から第一窒化物半導体層のＡｌXＧａ(1-X)Ｎの格子定数を求める。
ここで、基板が所定の面方位に精度良く切断された基板（ジャスト基板）の場合には、上記のようにジャスト基板の面方位に対応する面指数の面について２θ−ωスキャンを行い、そのピーク位置から格子定数を求めることができる。基板が所定の面方位からオフ角を付与して切断された基板（オフ基板）の場合には、オフ基板の表面からオフ角の分だけずらした角度からＸ線を入射させて２θ−ωスキャンを行う必要がある。
【００２０】
次に、得られたＡｌXＧａ(1-X)Ｎの格子定数から、Ｖｅｇａｒｄ則を用いてＡｌXＧａ(1-X)ＮのＸ（Ａｌ組成比）を決定する。Ｖｅｇａｒｄ則は具体的には以下の(3)式で表される。
ａAB＝ＸａA＋（１−Ｘ）ａB…(3)
(3)式中のａAはＡｌＮの格子定数、ａBはＧａＮの格子定数であり、ａABはＡｌXＧａ(1-X)Ｎの格子定数である。ここで、ａAやａBは「Ｓ．Ｓｔｒｉｔｅ  ａｎｄ  Ｈ．Ｍｏｒｋｏ，ＧａＮ，ＡＩＮ，ａｎｄ  ＩｎＮ：Ａ  ｒｅｖｉｅｗ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｂ  １０，１２３７（１９９２）；ｄｏｉ：１０．１１１６／１．５８５８９７」に記載された値（ａA＝３．１１２Å、ａB＝３．１８９Å）を使用することができる。
【００２１】
よって、ａA＝３．１１２Å、ａB＝３．１８９Åと、得られたＡｌXＧａ(1-X)Ｎの格子定数の値(ａAB)とを用い、(3)式からＸ（Ａｌ組成比）の値を求めることができる。
一方、２θ−ωスキャンだけでは緩和率を求めることができないため、正確なＸ（Ａｌ組成比）を算出することができない。そこで、（１０−１５）面および（２０−２４）面などの非対称面において、逆格子マッピングを行うことが有用である。具体的には、最も基板とＡｌXＧａ(1-X)Ｎ層が逆格子空間で分離される（２０−２４）面で、基板の２θ−ωピークが最大となる点を測定する。そこからωを０．０１°間隔で変化させながら２θ−ωをスキャンする。これを繰り返し、得られたＱｘ、Ｑｙをマッピングすることにより、ＡｌXＧａ(1-X)Ｎ層が基板に対してどれだけ緩和しているかを算出できる。この緩和率と上記で算出された格子定数を基に、正確なＸ（Ａｌ組成比）を得ることできる。
【００２２】
（第二窒化物半導体層のＡｌYＧａ(1-Y)ＮのＡｌ組成比Ｙの測定方法）
第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙも、上述の第一窒化物半導体層のＡｌ組成比（Ｘ）の測定方法と同じ方法で求めることができる。
【００２３】
〔一態様の紫外線受光素子の好ましい態様〕
一態様の紫外線受光素子では、第一窒化物半導体層が、ＡｌXＧａ(1-x)Ｎ（０．４８≦Ｘ≦０．６０）を含むことが好ましい。
一態様の紫外線受光素子では、第二窒化物半導体層の膜厚ｔが１０≦ｔ≦２０を満たすことが好ましい。
一態様の紫外線受光素子では、第一電極及び第二電極が、それぞれ、基部から複数の歯が突出した櫛状部を含み、第一電極の歯と第二電極の歯が交互に隣り合う配置になっていることが好ましい。
【００２４】
一態様の紫外線受光素子では、第一電極及び第二電極が、Ａｌ、Ｍｏ及びＡｕを少なくとも含むことが好ましい。
一態様の紫外線受光素子では、第一窒化物半導体層の膜厚が２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましい。
一態様の紫外線受光素子では、第一窒化物半導体層と前記第二窒化物半導体層との界面に、電子密度が１×１０11cｍ-2以上６×１０12cｍ-2以下の二次元電子ガス層が存在することが好ましい。二次元電子ガス層の厚さは２ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２５】
窒化物半導体層と第二窒化物半導体層との界面に誘起される二次元電子ガスの厚さおよびキャリア濃度は、Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ−ｖｏｌｔａｇｅ（Ｃ−Ｖ）測定によって求められる。
一態様の紫外線受光素子では、光ルミネッセンスにより生じる発光の波長λ（ｎｍ）と前記第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘが、下記の(2)式を満たすことが好ましい。
１．２４×１０-3／（Ｘ2＋１．８６Ｘ＋３．４２）−１０≦λ≦１．２４×１０-3／（Ｘ2＋１．８６Ｘ＋３．４２）＋１０・・・（２）
【００２６】
一態様の紫外線受光素子では、光照射により、金属と窒化物半導体との界面にショットキー障壁が形成される。ショットキー障壁の高さ（φB）と飽和電流値（Ｉs）は下記の(4)式で示す関係にあるため、ショットキー障壁の高さ（φB）は(4)式を用いて算出される。飽和電流値（Ｉs）の値は、電流が飽和した領域から近似直線を引いた際の切片の電流値と定義する。
Ｉs＝Ｓ×Ａ*×Ｔ2×ｅｘｐ（−φB／ｋＴ）…(4)
(4)式中、Ｓは受光面積、Ａ*はリチャードソン係数、Ｔは絶対温度、ｋはボルツマン係数である。
【００２７】
一態様の紫外線受光素子では、波長２５０ｎｍの紫外線照射時のショットキー障壁の高さが０．１ｅＶ以上０．５ｅＶ以下であることが好ましい。
一態様の紫外線受光素子では、第一電極と第二電極との間の距離が１．０μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。第一電極および第二電極の一方がソース電極、他方がドレイン電極となる。
一態様の紫外線受光素子では、ソース電極とドレイン電極との間の距離（以下、「ＳＤ間距離」と称する。）が１．０μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。ソース電極及びドレイン電極は、紫外線受光素子にバイアス電圧を印加し、入射光により発生した電流を取り出すものである。ＳＤ間距離を１．０μｍ以上３０μｍ以下とすることで、紫外線受光素子に十分なバイアス電圧を印加することができる。
【００２８】
一態様の紫外線受光素子を構成する基板は、サファイア基板、ＡｌＮ基板、およびＧａＮ基板の何れかであることが好ましい。これらの基板は第一窒化物半導体層との格子定数差が小さいことから、第一窒化物半導体層を格子整合系で成長させることができるため、貫通転位を少なくできる。
一態様の紫外線受光素子では、波長２５０ｎｍの紫外線照射時において、受光感度が１×１０5Ａ／Ｗ以上であり、暗電流に対する光電流の比（Ｓ／Ｎ）が１×１０4以上であることが好ましい。
【００２９】
一態様の紫外線受光素子を構成する基板はＡｌＮ基板またはサファイア基板であり、基板の波長２６５ｎｍの紫外線に対する吸収係数が５ｃｍ-1以上５０ｃｍ-1以下であることが好ましい。
一態様の紫外線受光素子は、受光面積が５００μｍ2以上１５０００μｍ2以下であることが好ましい。
一態様の紫外線受光素子では、第一窒化物半導体層を構成する結晶の非対称面である（１０−１２）面における、基板に対する緩和率が０％以上５％以下であることが好ましい。
【００３０】
一態様の紫外線受光素子では、第一窒化物半導体層を構成する結晶の非対称面である（１０−１２）面におけるＸＲＤロッキングカーブの半価幅が５０ａｒｃｓｅｃ以上１０００ａｒｃｓｅｃ以下であることが好ましい。
一態様の紫外線受光素子では、波長２５０ｎｍの紫外線照射での立ち下がり時間（応答速度）が０．１μｓｅｃ以上１ｍｓｅｃ以下であることが好ましい。
この応答速度は以下の方法で確認できる。一態様の紫外線受光素子に、３Ｖの一定電圧を印加した状態で、波長が２８０ｎｍ以下で強度が１０μＷ／ｃｍ2に調整された紫外線を十分に照射してから、紫外線の照射を停止する。この停止時から、電流値が停止前の値の１／ｅ倍に減衰するまでにかかる時間を、立ち下がり時間として計測する。
【００３１】
一態様の紫外線受光素子において、第二窒化物半導体層上にはゲート電極が存在しないことが好ましい。これにより、ゲート電極による紫外線の吸収をなくすことが可能となり受光感度が向上すると共に、素子形成の工程が軽減できる。ここで、ゲート電極とは、ソース電極及びドレイン電極間に設けられ、ゲート電圧の印加、ドーピングによるｐｎ接合などにより二次元電子ガスのキャリア濃度を調整する機能を備えた電極のことを意味する。
【００３２】
一態様の紫外線受光素子は、波長２９０ｎｍ以下の光入射時において、受光感度が１×１０5Ａ／Ｗ以上であり、暗電流に対する光電流の比（Ｓ／Ｎ）が１×１０4以上であることが好ましい。
【００３３】
また、一態様の紫外線受光素子は、波長が２９０ｎｍ以下の光が入射された時のみに、ソース電極及びドレイン電極間に１０-7Ａ／ｍｍ以上の電流が流れることが好ましい。このような紫外線受光素子は受光波長の選択性が高いものである。
さらに、一態様の紫外線受光素子は、波長２９０ｎｍ以下の光入射時における受光感度が、波長２９０ｎｍ超の光入射時の受光感度よりも１×１０4Ａ／Ｗ以上大きいことが好ましく、１×１０5Ａ／Ｗ以上大きいことがさらに好ましい。このような紫外線受光素子は受光波長の選択性が特に高いものである。
【００３４】
〔一態様の紫外線受光素子に関するその他の説明〕
＜第一窒化物半導体層＞
上述のように、第一窒化物半導体層の膜厚は２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましいが、５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下であることがより好ましい。
二次元電子ガス層を第一窒化物半導体層と第二窒化物半導体層の界面に形成する観点から、第一窒化物半導体層はアンドープであることが好ましい。ここで、アンドープとは、不純物の濃度が１×１０16ｃｍ-3未満の状態を意味する。その他の場合に「アンドープ」という文言を使用する場合にも、同様の意味を有するものとする。
【００３５】
＜第二窒化物半導体層＞
第二窒化物半導体層の膜厚を評価する方法としては断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）が挙げられる。
一態様の紫外線受光素子では、第二窒化物半導体層の膜厚を５μｍ以上２５μｍ以下としているが、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることがより好ましい。
また、結晶性を担保する観点から、第二窒化物半導体層はアンドープであることが好ましい。
【００３６】
＜バッファ層＞
一態様の紫外線受光素子は、基板と第一窒化物半導体層との間にバッファ層をさらに備えてもよい。これにより、第一窒化物半導体層の結晶性を向上させ、さらに受光感度を高めることが可能となる。バッファ層の材料としては、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等を用いることができる。
【００３７】
＜第一電極、第二電極＞
第一電極および第二電極の材料としては、コンタクト抵抗低減の観点から、特にＶ、Ａｌ、Ｍｏ及びＡｕを含む合金であることが好ましい。この場合、第一電極および第二電極の形成方法としては、第二窒化物半導体層上にＶを１０ｎｍ以上３０ｎｍ、Ａｌを７０ｎｍ以上９０ｎｍ以下、Ｍｏを３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下、Ａｕを４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の膜厚でこの順に堆積させた後、温度範囲６００℃以上９００℃以下、昇温率７．５℃／ｓｅｃ以上２０℃／ｓｅｃ以下、時間３０秒以上３００秒以下の条件で熱処理する方法が挙げられる。
また、Ｍｏの代わりに、膜厚が３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下のＮｉを用いることも好ましい。
【００３８】
＜表面保護層＞
一態様の紫外線受光素子は表面保護層を備えていても良い。表面保護層としてはＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮなどが挙げられるが、この限りではない。
＜紫外線受光素子の製造方法＞
一態様の紫外線受光素子の製造方法は、基板上に有機金属堆積法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて第一窒化物半導体層を堆積させる工程と、第一窒化物半導体層上に第二窒化物半導体層を堆積させる工程と、第二窒化物半導体層上（第二窒化物半導体層の第一窒化物半導体層とは反対の面）にソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを含む。
【００３９】
第一窒化物半導体層及び第二窒化物半導体層は、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）からなるＡｌ原料と、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）などからなるＧａ原料と、例えばアンモニア（ＮＨ3）からなるＮ原料を用いて形成することができる。
第二窒化物半導体層上に第一電極及び第二電極を形成する方法としては、レジストマスクを用いて電子線蒸着（ＥＢ）法によって金属を蒸着させる等の種々の方法が挙げられる。
【００４０】
〔実施形態〕
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称する。）について説明するが、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定は本発明の必須要件ではない。また、図は模式的なものであり、各層の厚さは現実のものとは異なり、各層の厚さの比率も現実のものとは異なる。具体的な厚さと寸法は、本実施形態や実施例の説明を参酌して判断すべきものである。
【００４１】
図１に示すように、実施形態のＭＳＭ型紫外線受光素子１は、基板２と、基板２上に形成された第一窒化物半導体層３と、第一窒化物半導体層３上に形成された第二窒化物半導体層４と、第二窒化物半導体層４上に形成された第一電極５および第二電極６を有する。第一電極５および第二電極６の一方がソース電極、他方がドレイン電極となる。以下においては、第一電極５をソース電極、第二電極６をドレイン電極と称する。
基板２はサファイア基板からなる。第一窒化物半導体層３はＡｌXＧａ(1-X)Ｎ（０．４５≦Ｘ≦０．６０）からなる層である。第一窒化物半導体層３の膜厚は２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。基板２と第一窒化物半導体層３との間にＡｌＮからなるバッファ層を有する。第二窒化物半導体層４はＡｌYＧａ(1-Y)Ｎからなる層であり、第二窒化物半導体層４の膜厚ｔ（ｎｍ）が５以上２５以下である。
【００４２】
第一窒化物半導体層３のＡｌ組成比Ｘと第二窒化物半導体層４のＡｌ組成比Ｙ及び膜厚ｔが下記の(1)式を満たす。
−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２−０．０３≦Ｙ≦−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２＋０．０３…(1)
ソース電極５及びドレイン電極６は、第二窒化物半導体層４側からＶ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕがこの順に堆積された積層体に、熱処理が施されて得られた合金である。また、ＳＤ間距離（ソース電極５とドレイン電極６との距離）Ｗが１．０μｍ以上３０μｍ以下である。
【００４３】
第二窒化物半導体層４上にゲート電極が存在しない。
実施形態のＭＳＭ型紫外線受光素子１によれば、暗状態での第一窒化物半導体層３と第二窒化物半導体層４との界面における二次元電子ガス層のキャリア濃度を、例えば１×１０10ｃｍ-3以下と低くすることができる。また、光入射時には、例えば１０-7Ａ／ｍｍを超えるような大きな光電流が得られる。このように、実施形態のＭＳＭ型紫外線受光素子１によれば、暗電流（ノイズ）の抑制効果と光電流（シグナル）の増加効果とが両立するため、非常に高いＳ／Ｎを得ることができる。
【００４４】
実施形態のＭＳＭ型紫外線受光素子１において、ソース電極５及びドレイン電極６は、平面視で図２に示すような形状および配置になっていてもよい。つまり、ソース電極５及びドレイン電極６は、それぞれ、基部５１，６１から複数の歯５２，６２が突出した櫛状の平面形状を有する。この例では、基部５１，６１が延びる方向と歯５２，６２の突出方向は垂直である。そして、ソース電極５の隣り合う二つの歯５２と基部５１とで形成される凹部５３内に、ドレイン電極６の歯６２が入り、ドレイン電極６の隣り合う二つの歯６２と基部６１とで形成される凹部６３内に、ソース電極５の歯５２が入ることで、ソース電極５の歯５２とドレイン電極６の歯６２が、交互に隣り合う配置になっている。また、歯５２，６２が平行に配置されている。
【００４５】
また、実施形態のＭＳＭ型紫外線受光素子１は、図３に示すように、実装基板７に対してフリップチップ実装されて使用することができる。つまり、図３に示すＭＳＭ型紫外線受光装置１０は、ＭＳＭ型紫外線発光素子１が、導電性基板または支持電極８１，８２を介して実装基板７に対してフリップチップ実装されたものである。ソース電極５及びドレイン電極６と実装基板７とが、それぞれ導電性基板または支持電極８１，８２により電気的に接続されている。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明の実施例および比較例について説明する。
実施例１〜５５および比較例１〜２８の紫外線受光素子は、図１に示す実施形態のＭＳＭ型紫外線受光素子１と同様に、サファイアからなる基板２、第一窒化物半導体層３、第二窒化物半導体層４、ソース電極５、およびドレイン電極６を備え、基板２と第一窒化物半導体層３との間にバッファ層を有する。
【００４７】
［実施例１］
２インチのサファイアウエハからなる基板上に、基板の表面温度を１２５０℃に保った状態で、有機金属堆積法によりＡｌＮ層（バッファ層）を３μｍ成長させた。次に、ＡｌＮ層の表面温度を１０５０℃に保った状態で、ＡｌＮ層上に、ＡｌXＧａ(1-X)Ｎ（Ｘ＝０．４７）からなる第一窒化物半導体層を１５０ｎｍ成長させた。次に、第一窒化物半導体層３の表面温度を１０５０℃に保った状態で、第一窒化物半導体層３上に、ＡｌYＧａ(1-Y)Ｎ（Ｙ＝０．６５）からなる第二窒化物半導体層を６ｎｍ成長させた。
【００４８】
次に、この状態の基板を洗浄し、第二窒化物半導体層上に、４５０μｍ×４５０μｍの開口部を複数有するレジストマスクを形成した。次に、このレジストマスクと誘導結合方式（ＩＣＰ）エッチング装置を用いてメサ分離を行うことにより、ウエハ上に形成する複数の素子間を電気的に絶縁した。
次に、レジストマスクを除去した後、各素子に対して、第二窒化物半導体層上に、２０μｍ間隔でソース電極およびドレイン電極を形成する積層体を、ＥＢ蒸着法により形成した。具体的には、第二窒化物半導体層側からＶ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕの順に堆積し、各層の膜厚をＶ：２０ｎｍ、Ａｌ：８０ｎｍ、Ｍｏ：５０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍとした。
【００４９】
次に、レジストマスクを除去し、「赤外線ランプアニール装置を用いて７００℃まで４０秒で昇温、３０秒保持を行った後、降温」というアニール工程を行った。これにより、Ｖ、Ａｌ、Ｍｏ、およびＡｕを含む合金からなるソース電極およびドレイン電極が形成された。
次に、サファイアウエハをダイシングすることで、複数の紫外線受光素子を得た。
得られた紫外線受光素子の特性を以下の方法で測定した。
紫外線入射時の電流（光電流）の測定には、光源として疑似太陽光光源を用い、分光器を併用した。そして、第二窒化物半導体層の上面に波長２５０ｎｍの紫外光を強度１０μＷ／ｃｍ2で照射し、ソース・ドレイン電圧を３Ｖとした時のソース・ドレイン電極間に流れる電流を測定した。紫外線照射を行わない暗状態での電流（暗電流）の測定も、ソース・ドレイン電圧を３Ｖとして行った。なお、電流電圧測定には、パラメーターアナライザーおよびプローブ測定器を用いた。
【００５０】
測定の結果、暗電流は１．０×１０-11Ａ／ｍｍ（検出限界）であり、光電流は３．０×１０-5Ａ／ｍｍであった。光電流を換算して得られた受光感度は３×１０5Ａ／Ｗであった。また、得られた暗電流値に対する光電流値（２５０ｎｍ紫外光照射時の電流値）の比（光電流／暗電流）は３．０×１０6であった。また、紫外光照射時（光入射時）の応答速度（立ち下がり時間）は１μｓｅｃ以下であった。
【００５１】
この実施例１の紫外線受光素子の構成（Ｙとｔ）および測定結果を、以下の実施例２〜４３とともに下記の表１に示す。
［実施例２〜４３］
ＡｌXＧａ(1-X)Ｎからなる第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘと、ＡｌYＧａ(1-Y)Ｎからなる第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙおよび膜厚ｔが表１に示す値となるようにした以外は実施例１と同じ方法で、実施例２〜４３の紫外線受光素子を作製し、各紫外線受光素子の特性を上述の方法で測定した。その結果も表１に示す。
【００５２】
【表１】
2019004145.tif 000003
【００５３】
［比較例１〜２４］
ＡｌXＧａ(1-X)Ｎからなる第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘと、ＡｌYＧａ(1-Y)Ｎからなる第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙおよび膜厚ｔが表２に示す値となるようにした以外は実施例１と同じ方法で、比較例１〜２４の紫外線受光素子を作製し、各紫外線受光素子の特性を上述の方法で測定した。その結果を表２に示す。
【００５４】
【表２】
2019004145.tif 000004
【００５５】
また、実施例１〜４３および比較例１〜２４について、第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙと膜厚ｔとの関係を、第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘ毎にグラフ化した。
図４は、Ｘ＝０．４７である実施例１〜９と比較例１〜４について、第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙと膜厚ｔとの関係を示すグラフである。
【００５６】
図４に「○」で示す実施例１〜９は、−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２−０．０３≦Ｙ≦−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２＋０．０３と５≦ｔ≦２５とを満たす範囲に存在し、図４に「×」で示す比較例１〜４はこの範囲から外れた位置に存在する。表１および表２に示すように、実施例１〜９では、受光感度が８．０×１０4Ａ／Ｗ以上であり、暗電流に対する光電流の比（Ｓ／Ｎ）が４．０×１０3以上となっていたが、比較例１〜４ではＳ／Ｎが６．０×１０2以下であった。なお、比較例３の紫外線受光素子はオーミック接触を有するため、ＭＳＭ型紫外線受光素子ではない。
【００５７】
図５は、Ｘ＝０．５２である実施例１０〜１８と比較例５〜８について、第二窒化物半導体層４のＡｌ組成比Ｙと膜厚ｔとの関係を示すグラフである。
図５に「○」で示す実施例１０〜１８は、−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２−０．０３≦Ｙ≦−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２＋０．０３と５≦ｔ≦２５とを満たす範囲に存在し、図５に「×」で示す比較例５〜８はこの範囲から外れた位置に存在する。表１および表２に示すように、実施例１０〜１８では、受光感度が１×１０5Ａ／Ｗ以上であり、暗電流に対する光電流の比（Ｓ／Ｎ）が５×１０4以上となっていたが、比較例５〜８ではＳ／Ｎが５．０×１０2以下であった。なお、比較例７の紫外線受光素子はオーミック接触を有するため、ＭＳＭ型紫外線受光素子ではない。
【００５８】
図６は、Ｘ＝０．５７である実施例１９〜２７と比較例９〜１２について、第二窒化物半導体層４のＡｌ組成比Ｙと膜厚ｔとの関係を示すグラフである。
図６に「○」で示す実施例１９〜２７は、−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２−０．０３≦Ｙ≦−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２＋０．０３と５≦ｔ≦２５とを満たす範囲に存在し、図６に「×」で示す比較例９〜１２はこの範囲から外れた位置に存在する。表１および表２に示すように、実施例１９〜２７では、受光感度が５×１０4Ａ／Ｗ以上であり、暗電流に対する光電流の比（Ｓ／Ｎ）が１×１０4以上となっていたが、比較例９〜１２ではＳ／Ｎが２．５×１０2以下であった。なお、比較例１１の紫外線受光素子はオーミック接触を有するため、ＭＳＭ型紫外線受光素子ではない。
【００５９】
図７は、Ｘ＝０．６５である実施例２８〜３２と比較例１３〜１６について、第二窒化物半導体層４のＡｌ組成比Ｙと膜厚ｔとの関係を示すグラフである。
図７に「○」で示す実施例２８〜３２は、−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２−０．０３≦Ｙ≦−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２＋０．０３と５≦ｔ≦２５とを満たす範囲に存在し、図７に「×」で示す比較例１３〜１６はこの範囲から外れた位置に存在する。表１および表２に示すように、実施例２８〜３２では、受光感度が７×１０4Ａ／Ｗ以上であり、暗電流に対する光電流の比（Ｓ／Ｎ）が７×１０5以上となっていたが、比較例１３，１４，１６では受光感度が２．０Ａ／Ｗ以下、Ｓ／Ｎが２．０×１０以下であった。なお、比較例１５では、受光感度が１．０×１０6Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎが１．０×１０2Ａ／Ｗであったが、比較例１５の紫外線受光素子はオーミック接触を有するため、ＭＳＭ型紫外線受光素子ではない。
【００６０】
図８は、Ｘ＝０．７５である実施例３３〜３７と比較例１７〜２０について、第二窒化物半導体層４のＡｌ組成比Ｙと膜厚ｔとの関係を示すグラフである。
図８に「○」で示す実施例３３〜３７は、−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２−０．０３≦Ｙ≦−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２＋０．０３と５≦ｔ≦２５とを満たす範囲に存在し、図８に「×」で示す比較例１７〜２０はこの範囲から外れた位置に存在する。表１および表２に示すように、実施例３３〜３７では、受光感度が１×１０4Ａ／Ｗ以上であり、暗電流に対する光電流の比（Ｓ／Ｎ）が１×１０5以上となっていたが、比較例１７〜１９では受光感度が１．０Ａ／Ｗ以下、Ｓ／Ｎが１．０×１０以下であった。なお、比較例２０では、受光感度が８．０×１０5Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎが８．０×１０Ａ／Ｗであったが、比較例２０の紫外線受光素子はオーミック接触を有するため、ＭＳＭ型紫外線受光素子ではない。
【００６１】
図９は、Ｘ＝０．８５である実施例３８〜４３と比較例２１〜２４について、第二窒化物半導体層４のＡｌ組成比Ｙと膜厚ｔとの関係を示すグラフである。
図９に「○」で示す実施例３８〜４３は、−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２−０．０３≦Ｙ≦−０．００９×ｔ＋Ｘ＋０．２２＋０．０３と５≦ｔ≦２５とを満たす範囲に存在し、図９に「×」で示す比較例２１〜２４はこの範囲から外れた位置に存在する。表１および表２に示すように、実施例３８〜４３では、受光感度が３×１０3Ａ／Ｗ以上であり、暗電流に対する光電流の比（Ｓ／Ｎ）が３×１０3以上となっていたが、比較例２１、２２、２４では受光感度が１．０Ａ／Ｗ以下、Ｓ／Ｎが１．０×１０以下であった。なお、比較例２３では、受光感度が６．０×１０5Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎが６．０×１０Ａ／Ｗであったが、比較例２３の紫外線受光素子はオーミック接触を有するため、ＭＳＭ型紫外線受光素子ではない。
【００６２】
以上の結果から、第一窒化物半導体層が厚さ１５０ｎｍのＡｌXＧａ(1-X)Ｎ（０．４７≦Ｘ≦０．８５）からなり、Ｖ-２０ｎｍ／Ａｌ-８０ｎｍ／Ｍｏ-５０ｎｍ／Ａｕ-４０ｎｍからなるソース・ドレイン電極を有し、第二窒化物半導体層の膜厚ｔ（ｎｍ）が６≦ｔ≦２３（５≦ｔ≦２５の範囲内）を満たし、第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘと第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙ及び膜厚ｔが(1)式を満たすことで、波長２５０ｎｍの光入射時において、受光感度が３．０×１０3Ａ／Ｗ以上であり、暗電流に対する光電流の比（Ｓ／Ｎ）が４×１０3以上であるＭＳＭ型紫外線受光素子が得られることが分かる。
【００６３】
また、図１０は、実施例１〜４３について、第二窒化物半導体層の膜厚ｔと紫外線受光素子のＳ／Ｎとの関係を示すグラフである。図１１は、実施例１〜４３について、第二窒化物半導体層の膜厚ｔと紫外線受光素子の受光感度との関係を示すグラフである。
図１０および図１１のグラフから、実施例１〜４３の紫外線受光素子のうち第二窒化物半導体層の膜厚ｔが８ｎｍ以上２０ｎｍ以下である例では、波長２５０ｎｍの光入射時において、受光感度が１×１０4Ａ／Ｗ以上であり、暗電流に対する光電流の比（Ｓ／Ｎ）が１×１０4以上となっていることが分かる。
【００６４】
また、第一窒化物半導体層が厚さ１５０ｎｍのＡｌXＧａ(1-X)Ｎ（０．４７≦Ｘ≦０．５７）からなり、Ｖ-２０ｎｍ／Ａｌ-８０ｎｍ／Ｍｏ-５０ｎｍ／Ａｕ-４０ｎｍからなるソース・ドレイン電極を有し、第二窒化物半導体層の膜厚ｔ（ｎｍ）が６≦ｔ≦２３（５≦ｔ≦２５の範囲内）を満たし、第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘと第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙ及び膜厚ｔが(1)式を満たすことで、波長２５０ｎｍの光入射時において、受光感度が５．０×１０4Ａ／Ｗ以上であり、暗電流に対する光電流の比（Ｓ／Ｎ）が４×１０3以上であるＭＳＭ型紫外線受光素子が得られることが分かる。
【００６５】
また、０．４７≦Ｘ≦０．５７を満たす実施例１〜２７の紫外線受光素子のうち第二窒化物半導体層の膜厚ｔが８ｎｍ以上２０ｎｍ以下である例と、０．４７≦Ｘ≦０．６５を満たす実施例１〜３２の紫外線受光素子のうち第二窒化物半導体層の膜厚ｔが１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下である例では、波長２５０ｎｍの光入射時において、受光感度が１×１０5Ａ／Ｗ以上であり、暗電流に対する光電流の比（Ｓ／Ｎ）が１×１０4以上となっていることが分かる。
【００６６】
［実施例４４〜４６］
ＡｌXＧａ(1-X)Ｎからなる第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘを０．５２とし、ＡｌYＧａ(1-Y)Ｎからなる第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙを０．６０とし、ＳＤ間距離Ｗを２μｍ、１０μｍ、２５μｍ、２０μｍとし、膜厚ｔを１５μｍとした以外は実施例１と同じ方法で、実施例４４〜４６の紫外線受光素子を作製し、各紫外線受光素子の特性を上述の方法で測定した。
【００６７】
［比較例２５，２６］
ＡｌXＧａ(1-X)Ｎからなる第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘを０．５２とし、ＡｌYＧａ(1-Y)Ｎからなる第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙを０．７０とし、ＳＤ間距離Ｗを０．５μｍ、３５μｍとし、膜厚ｔを３μｍとした以外は実施例１と同じ方法で、比較例２５，２６の紫外線受光素子を作製し、各紫外線受光素子の特性を上述の方法で測定した。
【００６８】
［実施例４７〜５５］
ＡｌXＧａ(1-X)Ｎからなる第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘを０．５２とし、ＡｌYＧａ(1-Y)Ｎからなる第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙを０．６０とし、ＳＤ間距離（ソース電極とドレイン電極との間の距離）Ｗを２０μｍとし、膜厚ｔを１５μｍとし、ソース・ドレイン電極を表４に示す構成とした以外は実施例１と同じ方法で、実施例４７〜５５の紫外線受光素子を作製し、各紫外線受光素子の特性を上述の方法で測定した。
【００６９】
［比較例２７，２８］
ＡｌXＧａ(1-X)Ｎからなる第一窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｘを０．５２とし、ＡｌYＧａ(1-Y)Ｎからなる第二窒化物半導体層のＡｌ組成比Ｙを０．６２とし、ＳＤ間距離Ｗを５μｍとし、膜厚ｔを１５μｍとし、ソース・ドレイン電極を表４に示す構成とした以外は実施例１と同じ方法で、比較例２７，２８の紫外線受光素子を作製し、各紫外線受光素子の特性を上述の方法で測定した。
実施例４４〜５５および比較例２５〜２８の構成と測定結果を、表３および表４に示す。
【００７０】
【表３】
2019004145.tif 000005
【００７１】
【表４】
2019004145.tif 000006
【００７２】
表３は、ソース・ドレイン電極の構成が共通である実施例４４〜４６と比較例２５，２６をまとめて示したものである。なお、表３には、ＳＤ間距離Ｗ以外は同じ構成である実施例１４も示した。表４は、ＳＤ間距離Ｗが２０μｍである実施例４７〜５５と、ＳＤ間距離Ｗが５μｍである比較例２７，２８をまとめて示したものである。
【００７３】
表３の結果から以下のことが分かる。Ｘ＝０．５２、Ｙ＝０．６０の場合、ＳＤ間距離Ｗが２μｍ以上２５μｍ以下であれば、波長２５０ｎｍの光入射時において、受光感度が１×１０5Ａ／Ｗ以上、暗電流に対する光電流の比（Ｓ／Ｎ）が５×１０6以上（１×１０4以上）とすることができる。これに対して、ＳＤ間距離Ｗが０．５μｍであるとショートが生じ、３５μｍを超えると、波長２５０ｎｍでの受光感度および比（Ｓ／Ｎ）が極端に小さくなる。
【００７４】
表４の結果から以下のことが分かる。ソース・ドレイン電極がＴｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ及びＺｒから選択された四つまたは五つの金属からなる合金で構成されている場合（実施例４７〜５５）、二つの金属からなる合金で構成されている場合（比較例２７，２８）よりも波長２５０ｎｍでの受光感度および比（Ｓ／Ｎ）が高くなる。
また、実施例４９の紫外線受光素子は、実施例４７のＶ側にＺｒをさらに有する構成のソース・ドレイン電極を備えていることで、波長２５０ｎｍでの受光感度が１．５×１０5Ａ／Ｗとなり、実施例４７の７．５×１０3Ａ／Ｗよりも著しく高い受光感度を得ることができる。
さらに、ソース・ドレイン電極が五つの金属からなる合金で構成されている場合（実施例４８，４９）と、ソース・ドレイン電極を構成する合金にＮｂ、Ｈｆ、Ｗ、およびＴａのいずれかが含まれている場合（実施例５１〜５４）には、波長２５０ｎｍでの受光感度を１×１０5Ａ／Ｗ以上とすることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  ＭＳＭ型紫外線受光素子
２  基板
３  第一窒化物半導体層
４  第二窒化物半導体層
５  第一電極（ソース電極）
５１  基部
５２  歯
６  第二電極（ドレイン電極）
６１  基部
６２  歯
７  実装基板
１０  ＭＳＭ型紫外線受光装置
【図１】
2019004145.tif 000007
【図２】
2019004145.tif 000008
【図３】
2019004145.tif 000009
【図４】
2019004145.tif 000010
【図５】
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【図６】
2019004145.tif 000012
【図７】
2019004145.tif 000013
【図８】
2019004145.tif 000014
【図９】
2019004145.tif 000015
【図１０】
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【図１１】
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