(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含み、島状構造を有し、前記第２の窒化物半導体層への被覆率が３０％以上６６％以下である第３の窒化物半導体層と、を備え、
前記第１の窒化物半導体層は、ＡｌｘＧａ１―ＸＮ（０≦Ｘ＜１）からなり、
前記第２の窒化物半導体層は、ＡｌＹＧａ１―ＹＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）からなる、
紫外線受光素子。
【請求項２】
前記第３の窒化物半導体層の膜厚は２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である請求項１に記載の紫外線受光素子。
【請求項３】
前記第３の窒化物半導体層は、ドーパントとしてＭｇ、ＺｎまたはＢｅを含む請求項１又は請求項２に記載の紫外線受光素子。
【請求項４】
前記ドーパントの濃度は、１×１０１６ｃｍ−３以上である請求項３に記載の紫外線受光素子。
【請求項５】
前記ドーパントの濃度は、５×１０１９ｃｍ−３以下である請求項３又は請求項４に記載の紫外線受光素子。
【請求項６】
前記第３の窒化物半導体層のゲート長は０．２μｍ以上５μｍ以下である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
【請求項７】
前記第２の窒化物半導体層は、前記第１の窒化物半導体層よりも格子定数が小さい請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
【請求項８】
前記ＡｌｘＧａ１―ＸＮ（０≦Ｘ＜１）及び前記ＡｌＹＧａ１―ＹＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）はアンドープである請求項１から７のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
【請求項９】
前記第１の窒化物半導体層は、ＡｌｘＧａ１―ＸＮ（０．０≦Ｘ＜０．６）からなり、
前記第２の窒化物半導体層は、ＡｌＹＧａ１―ＹＮ（０．６≦Ｙ≦０．９）からなる請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
【請求項１０】
前記第２の窒化物半導体層の膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
【請求項１１】
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との界面に、濃度が１×１０１０ｃｍ−２以上１×１０１３ｃｍ−２以下の２次元電子ガスを有する請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
【請求項１２】
前記基板はサファイアまたはＡｌＮであり、
前記基板と前記第１の窒化物半導体層との間に、ＡｌＺＧａ１―ＺＮ（０≦Ｚ≦１）からなるバッファ層をさらに備える請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
【請求項１３】
前記基板はサファイアまたはＡｌＮであり、
前記基板の最表面における転位密度は１×１０９ｃｍ−２以下である請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
【請求項１４】
前記第２の窒化物半導体層上に、ソース電極及びドレイン電極をさらに備える請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
【請求項１５】
前記ソース電極およびドレイン電極は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏのうち少なくとも一つを含む請求項１４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する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線受光素子としては、ＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ構造を用いたｐ型ゲート光ＦＥＴの紫外線センサが知られている（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】
しかしながら、従来の紫外線受光素子においては、紫外線に対する受光感度が低いという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明の第１の態様として、基板と、基板上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含み、３次元島状構造を有する第３の窒化物半導体層と、を備える紫外線受光素子により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
【０００６】
また本発明の第２の態様として、基板と、基板上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含み、第２の窒化物半導体層への被覆率が３０％以上６６％以下である第３の窒化物半導体層と、を備える紫外線受光素子により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、紫外線に対する受光感度の高い紫外線受光素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る紫外線受光素子の第１の構成例を示す断面図である。
【図２】本実施形態に係る第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層の各断面を示すＳＥＭ画像である。
【図３】本実施形態に係る第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層の各上面を示すＳＥＭ画像である。
【図４】本実施形態に係る紫外線受光素子の第２の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
＜紫外線受光素子＞
本発明の第１の態様の紫外線受光素子は、基板と、基板上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含み、３次元島状構造を有する第３の窒化物半導体層と、を備える。これにより、紫外線に対する受光感度の高い紫外線受光素子を実現することができる。
【００１０】
ここで、第１の態様の紫外線受光素子が紫外線を受光する原理は以下の通りである。第１の窒化物半導体層（チャネル）上に、第２の窒化物半導体層（バリア層）を積層させると、チャネルとバリア層との界面に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が発生する。一方で、第３の窒化物半導体層をバリア層上に形成することで、２ＤＥＧに空乏層が生じる。紫外光が入射しない状態（暗状態）では、２ＤＥＧが空乏層によって電気的に切断されるため、ソース電極とドレイン電極との間には測定下限の電流しか流れず、ノーマリーオフが実現される。
【００１１】
第３の窒化物半導体層直下のチャネルに、チャネルのバンドギャップ以上の波長の紫外光が入射すると、チャネルにおいて励起された電子／正孔対が発生する。この発生した電子／正孔対は、後述するソース・ドレイン電極の間の電圧によってそれぞれ電極まで達し、電流として取り出される。
しかしながら、入射した紫外光のエネルギーが第３の窒化物半導体層のバンドギャップよりも大きい場合、入射した紫外光は第３の窒化物半導体層によって吸収されてしまうため、受光感度の低下を招く。
【００１２】
ここで、第３の窒化物半導体層が３次元島状構造を有する場合、第３の窒化物半導体層の膜厚が一部薄くなることで、第３の窒化物半導体層が３次元島状構造を有しない場合と比べて紫外線の透過率が高くなり、受光感度が向上する。
さらに、第３の窒化物半導体層が３次元島状構造を有する場合、擬似的に第３の窒化物半導体層のゲート長が短い部分が形成されるため、空乏層の幅が短くなる。これによってソース・ドレイン電圧によって空乏層に印加される電界が大きくなり、チャネルにおいて励起された電子／正孔対が電極に到達しやすくなる。
【００１３】
これらの効果によって従来の構造と比べて、３次元島状構造を有する第３の窒化物半導体層を用いることで、紫外線に対する受光感度の向上を得ることが可能となる。
また本発明の第２の態様の紫外線受光素子は、基板と、基板上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含み、第２の窒化物半導体層への被覆率が３０％以上６６％以下である第３の窒化物半導体層と、を備える。
【００１４】
ここで、第２の態様の紫外線受光素子が紫外線を受光する原理は以下の通りである。
第３の窒化物半導体層の第２の窒化物半導体層への被覆率が３０％以上６６％以下の範囲にあることで、入射した紫外光が第３の窒化物半導体層を透過する割合が高くなること、および部分的に短ゲート長効果を得られることにより紫外線に対する受光感度が高くなる。
【００１５】
なおここでいう紫外線受光素子とは、波長が２００ｎｍ〜３６５ｎｍの間の光に対して１０２Ａ／Ｗ以上の感度を有することを意味する。
なおここで、「基板上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第１の窒化物半導体層」という表現における「上の」という文言は、基板の上に第１の窒化物半導体層があることを意味するが、基板と第１の窒化物半導体層の間に別の層（例えばバッファ層のような層）が存在する場合もこの表現に含まれる。その他の場合に「上の」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。
【００１６】
＜基板＞
基板としては、その上に、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第１の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】
基板の上層側に形成する第１の窒化物半導体層との格子定数差が小さく、格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる観点から、基板はサファイア、ＡｌＮまたはＧａＮであることが好ましい。また基板の上層側に形成する第１の窒化物半導体層を成長させる際に発生する転位を抑制する観点から、基板の最表面における転位密度は１×１０９ｃｍ−２以下であることが好ましい。
【００１８】
（基板の転位密度の測定方法）
基板の転位密度はカソードルミネッセンス法（ＣＬ）、平面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）での測定や、表面に溶融ＫＯＨエッチングを実施した後に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）での測定によって求められる。
【００１９】
＜第１の窒化物半導体層＞
第１の窒化物半導体層は、基板上に形成され、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つの元素を含む層である。第１の窒化物半導体層の材料としては、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つの元素を含むものであれば特に限定されない。第１の窒化物半導体層の材料の一例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等が挙げられる。
【００２０】
（第１の窒化物半導体層がＡｌまたはＧａを含むことの確認方法）
第１の窒化物半導体層がＡｌまたはＧａを含むことの確認方法としては、蛍光Ｘ線元素分析法（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）により確認することが可能である。
【００２１】
第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との間（界面付近）で高濃度の２次元電子ガスを発生させるために、第１の窒化物半導体層は、ＡｌｘＧａ１―ＸＮ（０≦Ｘ＜１）からなり、第２の窒化物半導体層は、ＡｌＹＧａ１―ＹＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）からなることが好ましい。第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との間に高濃度の２次元電子ガスが存在することで、光が入射された際に、ソース・ドレイン間に大量の電流が流れることにより高感度の紫外線受光素子が実現する。
【００２２】
（第１の窒化物半導体層のＡｌｘＧａ１―ＸＮのＡｌ組成ｘの測定方法）
第１の窒化物半導体層のＡｌｘＧａ１―ＸＮのＡｌ組成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）を行うことにより測定することができる。
具体的には、基板の表面の面方位に対応する面の面指数の２θ−ωスキャンにおけるピーク位置から第１の窒化物半導体層のＡｌｘＧａ１―ＸＮの格子定数を求めることができる。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の面指数の２θ−ωスキャンにおけるピーク位置から格子定数を求めることができる。
【００２３】
また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スキャンを行うことで、そこから第１の窒化物半導体層のＡｌｘＧａ１―ＸＮの格子定数を求めることができる。
ここで発光層の第１の窒化物半導体層のＡｌｘＧａ１―ＸＮの格子定数からＡｌ組成ｘを求める際には、Ｖｅｇａｒｄ則を用いて混晶組成比の決定することができる。Ｖｅｇａｒｄ則は具体的には以下の式（１）で表される。
ａＡＢ＝ｘａＡ＋（１−ｘ）ａＢ    …（１）
【００２４】
ここでａＡはＡｌＮ、ａＢはＧａＮの格子定数であり、ａＡＢは上記のＸ線回折により求まる第１の窒化物半導体層のＡｌｘＧａ１―ＸＮの格子定数である。ここで、ａＡやａＢは「Ｓ．Ｓｔｒｉｔｅ  ａｎｄ  Ｈ．Ｍｏｒｋｏ，ＧａＮ，ＡＩＮ，ａｎｄＩｎＮ：Ａ  ｒｅｖｉｅｗ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＆  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｂ１０，１２３７（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。これにより式（１）からＡｌ組成ｘの値を求めることができる。
【００２５】
一方で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Ａｌ組成を算出することができない。そこで、（１０５）面および（２０４）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ＡｌｘＧａ１―ＸＮが逆格子空間で分離される（２０４）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、ＡｌｘＧａ１―ＸＮ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Ａｌ組成を得ることが可能となる。
【００２６】
また結晶性を担保する観点から、第１の窒化物半導体層がＡｌｘＧａ１―ＸＮ（０≦Ｘ＜１）からなる場合には、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、不純物がドープされていないことを意味し、例えば、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。
【００２７】
また、第１の窒化物半導体層は、ＡｌｘＧａ１―ＸＮ（０．０≦Ｘ＜０．６）からなり、第２の窒化物半導体層は、ＡｌＹＧａ１―ＹＮ（０．６≦Ｙ≦０．９）からなることが好ましい。これはチャネルの界面に高濃度の２次元電子ガスを蓄積させるためである。ここで、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層のＡｌ組成の差が大きい程、高濃度の２次元電子ガスが発生するが、Ａｌ組成の差が大きくなり過ぎると、格子定数の差により第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との界面で欠陥を生じ、暗状態においても電流がリークするという問題が起きる。従って、上記のＡｌ組成の範囲内にあることが好ましい。
また光照射時にソース・ドレイン間に高い電流を得るための観点から、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との界面に、濃度が１×１０１０ｃｍ−２以上１×１０１３ｃｍ−２以下の２次元電子ガスを有することが好ましい。
【００２８】
（２次元電子ガス濃度の測定方法）
２次元電子ガスの測定方法として、水銀プローブを用いたＣＶ測定が挙げられる。ＣＶ測定ではキャリアの深さ分布およびキャリア濃度の分布を得ることができる。より詳細に分布を求めたい場合はサンプルを劈開後に断面を走査型非線形誘電率顕微鏡（ＳＮＤＭ）によって測定することも可能である。キャリア濃度を詳細に求めたい場合は電極を蒸着してＨａｌｌ測定を行うことも可能である。
また基板と窒化物半導体との界面での欠陥発生を抑制するための観点から、基板がサファイアまたはＡｌＮである場合には、基板と第１の窒化物半導体層との間に、ＡｌＺＧａ１―ＺＮ（０≦Ｚ≦１）からなるバッファ層をさらに備えることが好ましい。
【００２９】
＜第２の窒化物半導体層＞
第２の窒化物半導体層は、第１の窒化物半導体層上に形成され、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む層である。第２の窒化物半導体層の材料としては、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つの元素を含むものであれば特に限定されない。第２の窒化物半導体層の材料の一例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等が挙げられる。
【００３０】
またチャネルの界面に高濃度の２次元電子ガスを蓄積させる観点から、第２の窒化物半導体層は、第１の窒化物半導体層よりも格子定数が小さいことが好ましい。
また結晶性を担保する観点から、第２の窒化物半導体層がＡｌＹＧａ１―ＹＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）からなる場合には、アンドープであることが好ましい。
また２ＤＥＧキャリア濃度の調整の観点から、第２の窒化物半導体の膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３１】
＜第３の窒化物半導体層＞
本発明の第１の態様の紫外線受光素子において、第３の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層上に形成され、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含み、３次元島状構造を有する。第３の窒化物半導体層は第２の窒化物半導体層上の一部に形成されていてもよい。第３の窒化物半導体層の材料としては、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つの元素を含むものであれば特に限定されない。
【００３２】
（３次元島状構造の定義）
ここで３次元島状構造とは、基板平面方向に対して連続性を持たない（凹凸を有する）構造であり、さらに凹凸の側面には安定面である（１０−１２）などの安定なファセット面が形成されている構造を有することを意味する。なお第３の窒化物半導体層の膜厚が薄い場合には、凹面が存在せず、第２の窒化物半導体層上に部分的に島状の第３の窒化物半導体層が形成されることがあるが、このような場合も本発明の「島状構造」に含まれることは言うまでもない。
【００３３】
第３の窒化物半導体層が上記の構造を有することは、例えば断面ＳＥＭの画像から判別することができる。一般に化合物半導体層を形成した場合には、その表面は完全に平坦ではなく、成膜時の様々な要因によって多少の凹凸を有するが、この場合の凹凸は上述のファセットを有することはなく、その意味で３次元島状構造とは区別される。
また、本発明の第２の態様の紫外線受光素子において、第３の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層上に形成され、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含み、第２の窒化物半導体層への被覆率が３０％以上６６％以下である。第３の窒化物半導体層の材料としては、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つの元素を含むものであれば特に限定されない。
【００３４】
（第３の窒化物半導体層の第２の窒化物半導体層への被覆率の定義）
第２の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体層を形成する材料が異なる場合においては、第３の窒化物半導体層の表面に対してＳＥＭ−ＥＤＸによる組成分析を行い、第２の窒化物半導体層に含まれず、且つ、第３の窒化物半導体層に含まれる元素が検出される箇所を被覆部とし、第３の窒化物半導体層全体の占める面積に対する被覆部の面積の比率を、第３の窒化物半導体層の第２の窒化物半導体層への被覆率と定義する。
【００３５】
また第２の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体層を形成する材料が同じである場合においては、ＳＥＭ−ＥＤＸによる組成分析を行い、第２の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体層の組成差を考慮することで、上記の場合と同様に被覆部の面積を求めることができる。
第３の窒化物半導体層の材料の一例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、またはそれらの混晶等が挙げられる。
【００３６】
また第３の窒化物半導体層に入射した紫外線を効率良く光電変換する観点から、第３の窒化物半導体層の膜厚は２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。第３の窒化物半導体層が上記の膜厚の範囲にあることで、入射した紫外光が第３の窒化物半導体層によって吸収されることを低減することが可能となり、紫外線に対する受光感度がさらに高くなる。なお第３の窒化物半導体層の膜厚を２ｎｍよりも小さくしようとすると、空乏化が充分になされず、暗電流が増大するという問題が生じる。
またｐ−ｎ接合による空乏層形成の観点から、第３の窒化物半導体層は、ドーパントとしてＭｇ、ＺｎまたはＢｅを含むことが好ましい。また上記のドーパント濃度は、１×１０１６ｃｍ−３以上であることが好ましく、５×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００３７】
（ドーパント濃度の測定方法）
ドーパント濃度の測定方法としては、二次イオン質量測定（ＳＩＭＳ）を用いた不純物元素量の測定を行うことによって求めることができる。
また空乏層に高電界を印加するための観点から、第３の窒化物半導体層のゲート長は０．２μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。ここでゲート長とは、ソース・ドレイン電極方向の第３の窒化物半導体層の長さを意味し、これが上記範囲内にあることでソース・ドレイン電圧によって空乏層に高電界が印加され、入射光によって発生した電子／正孔対を容易に電流として取り出すことが可能になるという効果を奏する。
【００３８】
＜ソース電極、ドレイン電極＞
本実施形態の紫外線受光素子は、第２の窒化物半導体層上に、ソース電極及びドレイン電極をさらに備えてもよい。ソース電極及びドレイン電極は、第２の窒化物半導体層上に形成され、紫外線受光素子にバイアス電圧を印加することが可能であり、入射した紫外光によって発生した電流を取り出すことが可能なものであれば特に限定されない。ソース電極及びドレイン電極の材料の一例としては、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｖ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｖ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｍｏ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｍｏ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ、等が挙げられる。これらの各例において、電極材料の上下の位置は、下層／上層である。
またコンタクト抵抗低減の観点から、ソース電極およびドレイン電極は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏのうち少なくとも一つを含むことが好ましい。
【００３９】
＜構造の具体例＞
次に、本実施形態に係る紫外線受光素子の構造の具体例を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、各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場合がある。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。
【００４０】
図１は、本実施形態に係る紫外線受光素子の第１の構成例を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る紫外線受光素子は、基板１と、基板１上に形成された第１の窒化物半導体層１１と、第１の窒化物半導体層１１上に形成された第２の窒化物半導体層１２と、第２の窒化物半導体層１２上に形成された第３の窒化物半導体層１３とを備える。
【００４１】
図２は、本実施形態に係る第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層の各断面を示すＳＥＭ画像である。第２の窒化物半導体層はＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）で形成しており、第３の窒化物半導体層はｐ−ＧａＮで形成しており膜厚は５０ｎｍである。画像から、第３の窒化物半導体層がファセット面を有する島状構造を有していることが理解される。
【００４２】
図３は、本実施形態に係る第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層の各上面を示すＳＥＭ画像である。第２の窒化物半導体層はＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）で形成しており、第３の窒化物半導体層はｐ−ＧａＮで形成しており膜厚は２０ｎｍである。この画像はＡｌ組成の有無で明暗を付けており、白くみえる部分は第３の窒化物半導体層が存在している（Ａｌが検出されない）領域を示し、相対的に黒くみえる部分は第２の窒化物半導体層（Ａｌが検出される）の領域を示す。画像から第３の窒化物半導体層が第２の窒化物半導体層に対して部分的に被覆されている様子が理解される。
図４は、本実施形態に係る紫外線受光素子の第２の構成例を示す断面図である。第２の構成例では、第１の構成例の紫外線受光素子が部分的にエッチングされ、ソース電極１４及びドレイン電極１５が形成されている。図４に示すように、第３の窒化物半導体層のゲート長Ｌは、例えば０．２μｍ以上５μｍ以下である。
【００４３】
＜紫外線受光素子の製造方法＞
次に、本実施形態の紫外線受光素子の製造方法について説明する。
本発明の第１の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１の窒化物半導体層を堆積させる工程と、第１の窒化物半導体層上に第２の窒化物半導体層を堆積させる工程と、第２の窒化物半導体層上に第３の窒化物半導体層を堆積させる工程とを含む。ここで、第３の窒化物半導体層を堆積させる際に、Ｖ族とＩＩＩ族の気相比であるＶ／ＩＩＩ比を低く、第２の窒化物半導体層の表面温度を高く（およそ１０００度〜１１００度の範囲内）保つことで、第３の窒化物半導体層が３次元島状構造を有するように成長させることができる。ここで、成膜中に各半導体層の表面温度はパイロメーターによって所望の値の範囲に調整することができる。
【００４４】
本発明の第２の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を用いて第１の窒化物半導体層を堆積させる工程と、第１の窒化物半導体層上に第２の窒化物半導体層を堆積させる工程と、第２の窒化物半導体層上に第３の窒化物半導体層を堆積させる工程とを含む。ここで、第３の窒化物半導体層を堆積させる際に、Ｖ族とＩＩＩ族の気相比であるＶ／ＩＩＩ比を低く、第２の窒化物半導体層の表面温度を高く（およそ１０００度〜１１００度の範囲内）保ち、チャンバー内の真空度を高く（およそ３００Ｔｏｒｒ〜５００Ｔｏｒｒの範囲内）保つことで、第３の窒化物半導体層の第２の窒化物半導体層への被覆率を３０％以上６６％以下の任意の範囲にすることができる。
【００４５】
これら第１の態様及び第２の態様において、第１〜第３の窒化物半導体層を形成する際に、Ａｌ原料及びＧａ原料のうち少なくとも一方と、Ｎ原料とを用いることができる。Ａｌ原料としては例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いることができる。またＧａ原料としては例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を用いることができる。またＮ原料としては例えば、アンモニア（ＮＨ３）を用いることができる。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明の実施例と、比較例とについてそれぞれ説明する。
［実施例Ａ１］
２インチのサファイア基板上に有機金属堆積法を用いて、サファイア基板の表面温度を１２５０℃に保った状態で、ＡｌＮ（バッファ層に相当）を３μｍ成長させた。次に、ＡｌＮの表面温度を１１００℃に保った状態で、ＡｌＮ上にＡｌｘＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５、第１の窒化物半導体層に相当）を５００ｎｍ成長させた。さらに、ＡｌｘＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５）の表面温度を１１００℃に保った状態で、ＡｌｘＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５）上にＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６、第２の窒化物半導体層に相当）を２５ｎｍ成長させた。
【００４７】
このとき取り出したサンプルに対し、Ｃ−Ｖ測定を実施したところ、ＡｌｘＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５）とＡｌｘＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５）上のＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）界面に誘起された２次元電子ガス（２ＤＥＧ）のキャリア濃度は１．３×１０−１３ｃｍ−２であった。
その後、ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の表面温度を１１００℃に保った状態で、ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）上にＭｇを３×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ−ＧａＮ（第３の窒化物半導体層に相当）を２ｎｍ成長させた。このときＶ族とＩＩＩ族の気相比をＶ／ＩＩＩ＝１０００にし、ｐ−ＧａＮを島状成長させた。
【００４８】
得られたウエハに洗浄を実施し、窒素雰囲気下で高速熱処理（ＲＴＡ）を８００℃で１０分間施すことでＭｇの活性化を行った。
続いて、３０μｍ×１００μｍのレジストマスクを作成した後に、ＡｌＮの層までメサ分離工程を実施し、素子間を電気的に絶縁した。次に８μｍ間隔でソース電極およびドレイン電極を蒸着した。電極にはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕを使用した。電極の膜厚はそれぞれ２０，８０，３５，１００ｎｍとした。
【００４９】
最後に、２μｍ（ゲート長）×１００μｍ（ゲート幅）のｐ−ＧａＮだけを残し、その他の領域をＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の層までエッチングを行い、紫外線受光素子を得た。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭを用いて解析したところ、第３の窒化物半導体層が３次元島状構造を有することが確認された。
【００５０】
紫外線受光素子の特性の測定は、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。光源として疑似太陽光光源に分光器を併用することで任意の波長と強度を得ることとした。測定はすべて４５μＷ／ｃｍ２の光源の強度で実施した。
光の照射が無い暗状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に暗電流２．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流３．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると３．５×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．５×１０４であった。ここで、Ｓ／Ｎとは、暗電流（２．０×１０−１０Ａ）に対する２５０ｎｍの紫外光を照射した状態での光電流（３．０×１０−６Ａ）の比を意味する。
【００５１】
［実施例Ａ２］
ｐ−ＧａＮ（第３の窒化物半導体層）の膜厚を５ｎｍとした以外は実施例Ａ１にと同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭを用いて解析したところ、第３の窒化物半導体層が３次元島状構造を有することが確認された。
実施例Ａ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は１．６×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流２．８×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると３．３×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．８×１０４であった。
【００５２】
［実施例Ａ３］
ｐ−ＧａＮ（第３の窒化物半導体層）の膜厚を１０ｎｍとした以外は実施例Ａ１にと同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭを用いて解析したところ、第３の窒化物半導体層が３次元島状構造を有することが確認された。
実施例Ａ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は１．５×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流２．５×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると２．９×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．７×１０４であった。
【００５３】
［実施例Ａ４］
ｐ−ＧａＮ（第３の窒化物半導体層）の膜厚を２０ｎｍとした以外は実施例Ａ１にと同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭを用いて解析したところ、第３の窒化物半導体層が３次元島状構造を有することが確認された。
実施例Ａ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は１．４×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流２．４×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると２．８×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．７×１０４であった。
【００５４】
［実施例Ａ５］
ｐ−ＧａＮ（第３の窒化物半導体層）の膜厚を５０ｎｍとした以外は実施例Ａ１にと同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭを用いて解析したところ、第３の窒化物半導体層が３次元島状構造を有することが確認された。
実施例Ａ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は１．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流７．０×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると８．２×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは７．０×１０３であった。
【００５５】
［実施例Ａ６］
ｐ−ＧａＮ（第３の窒化物半導体層）の膜厚を６０ｎｍとした以外は実施例Ａ１にと同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭを用いて解析したところ、第３の窒化物半導体層が３次元島状構造を有することが確認された。
実施例Ａ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は９．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流６．１×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると７．１×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは６．８×１０３であった。
【００５６】
［比較例Ａ１］
ｐ−ＧａＮ（第３の窒化物半導体層）を作成する際に、ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の表面温度を１１００℃に保った状態で、Ｖ族とＩＩＩ族の気相比をＶ／ＩＩＩ＝３５００にし、ｐ−ＧａＮを２０ｎｍ成長させた。それ以外の工程については実施例Ａ１と同様の方法を用いた。
【００５７】
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭを用いて解析したところ、第３の窒化物半導体層が３次元島状構造を有していないことが確認された。
実施例Ａ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は９．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流２．０×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると２．３×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは２．２×１０３であった。
【００５８】
［比較例Ａ２］
ｐ−ＧａＮ（第３の窒化物半導体層）を作成する際に、ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の表面温度を１１００℃に保った状態で、Ｖ族とＩＩＩ族の気相比をＶ／ＩＩＩ＝３５００にし、ｐ−ＧａＮを５０ｎｍ成長させた。それ以外の工程については実施例Ａ１と同様の方法を用いた。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭを用いて解析したところ、第３の窒化物半導体層が３次元島状構造を有していないことが確認された。
【００５９】
実施例Ａ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は８．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流９．０×１０−８Ａを得た。受光感度に換算すると１．１×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．１×１０３であった。
以上の実施例Ａ１〜Ａ６と比較例Ａ１及びＡ２をまとめたものが以下の表１である。
【００６０】
【表１】
0006614486.tif 000002
【００６１】
［実施例Ｂ１］
２インチのサファイア基板上に有機金属堆積法を用いて、サファイア基板の表面温度を１２５０℃に保った状態で、ＡｌＮ（バッファ層に相当）を３μｍ成長させた。次に、ＡｌＮの表面温度を１１００℃に保った状態で、ＡｌＮ上にＡｌｘＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５、第１の窒化物半導体層に相当）を５００ｎｍ成長させた。さらに、ＡｌｘＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５）の表面温度を１１００℃に保った状態で、ＡｌｘＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５）上にＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６、第２の窒化物半導体層に相当）を２５ｎｍ成長させた。
このとき取り出したサンプルに対し、Ｃ−Ｖ測定を実施したところ、ＡｌｘＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５）とＡｌｘＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５）上にＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）界面に誘起された２次元電子ガス（２ＤＥＧ）のキャリア濃度は１．３×１０−１３ｃｍ−２であった。
【００６２】
その後、ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の表面温度を１１００℃に保った状態で、ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）上にＭｇを３×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ−ＧａＮ（第３の窒化物半導体層に相当）を２ｎｍ成長させた。このときＶ族とＩＩＩ族の気相比をＶ／ＩＩＩ＝１０００にし、チャンバー内の真空度を４５０Ｔｏｒｒに保つことで、第３の窒化物半導体層の第２の窒化物半導体層への被覆率を調節した。
得られたウエハに洗浄を実施し、窒素雰囲気下で高速熱処理（ＲＴＡ）を８００℃で１０分間施すことでＭｇの活性化を行った。
【００６３】
続いて、３０μｍ×１００μｍのレジストマスクを作成した後に、ＡｌＮの層までメサ分離工程を実施し、素子間を電気的に絶縁した。次に８μｍ間隔でソース電極およびドレイン電極を蒸着した。電極にはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕを使用した。電極の膜厚はそれぞれ２０，８０，３５，１００ｎｍとした。
最後に、２×１００μｍの第３の窒化物半導体層だけを残し、その他の領域をＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の層までエッチングを行い、紫外線受光素子を得た。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭ−ＥＤＸによる組成分析を行い、Ａｌ元素の有無から第３の窒化物半導体層の被覆率を算出したところ３３％であった。
【００６４】
紫外線受光素子の特性の測定は、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。光源として疑似太陽光光源に分光器を併用することで任意の波長と強度を得ることとした。測定はすべて４５μＷ／ｃｍ２の光源の強度で実施した。
光の照射が無い暗状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に暗電流２．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流３．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると３．５×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．５×１０４であった。
【００６５】
［実施例Ｂ２］
ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の表面温度を１１００℃に保ち、さらに、Ｖ族とＩＩＩ族の気相比をＶ／ＩＩＩ＝１０００にし、チャンバー内の真空度を４５０Ｔｏｒｒに保った状態で、Ｍｇを３×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ−ＧａＮを２０ｎｍ成長させた。それ以外の工程については実施例Ｂ１と同様の方法を用いた。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭ−ＥＤＸによる組成分析を行い、Ａｌ元素の有無から第３の窒化物半導体層の被覆率を算出したところ３５％であった。
実施例Ｂ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は１．８×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流２．９×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると３．４×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．６×１０４であった。
【００６６】
［実施例Ｂ３］
ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の表面温度を１１００℃に保ち、さらに、Ｖ族とＩＩＩ族の気相比をＶ／ＩＩＩ＝１０００にし、チャンバー内の真空度を４００Ｔｏｒｒに保った状態で、Ｍｇを３×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ−ＧａＮを５０ｎｍ成長させた。それ以外の工程については実施例Ｂ１と同様の方法を用いた。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭ−ＥＤＸによる組成分析を行い、Ａｌ元素の有無から第３の窒化物半導体層の被覆率を算出したところ４０％であった。
実施例Ｂ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は１．２×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると１．２×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは８．３×１０３であった。
【００６７】
［実施例Ｂ４］
ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の表面温度を１１００℃に保ち、さらに、Ｖ族とＩＩＩ族の気相比をＶ／ＩＩＩ＝１０００にし、チャンバー内の真空度を３７０Ｔｏｒｒに保った状態で、Ｍｇを３×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ−ＧａＮを５ｎｍ成長させた。それ以外の工程については実施例Ｂ１と同様の方法を用いた。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭ−ＥＤＸによる組成分析を行い、Ａｌ元素の有無から第３の窒化物半導体層の被覆率を算出したところ４５％であった。
実施例Ｂ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は１．６×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流２．８×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると３．３×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．８×１０４であった。
【００６８】
［実施例Ｂ５］
ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の表面温度を１１００℃に保ち、さらに、Ｖ族とＩＩＩ族の気相比をＶ／ＩＩＩ＝１０００にし、チャンバー内の真空度を３５０Ｔｏｒｒに保った状態で、Ｍｇを３×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ−ＧａＮを１０ｎｍ成長させた。それ以外の工程については実施例Ｂ１と同様の方法を用いた。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭ−ＥＤＸによる組成分析を行い、Ａｌ元素の有無から第３の窒化物半導体層の被覆率を算出したところ５２％であった。
実施例Ｂ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は１．５×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流２．５×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると２．９×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．７×１０４であった。
【００６９】
［実施例Ｂ６］
ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の表面温度を１１００℃に保ち、さらに、Ｖ族とＩＩＩ族の気相比をＶ／ＩＩＩ＝１０００にし、チャンバー内の真空度を３２０Ｔｏｒｒに保った状態で、Ｍｇを３×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ−ＧａＮを２０ｎｍ成長させた。それ以外の工程については実施例Ｂ１と同様の方法を用いた。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭ−ＥＤＸによる組成分析を行い、Ａｌ元素の有無から第３の窒化物半導体層の被覆率を算出したところ６０％であった。
実施例Ｂ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は１．４×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流２．４×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると２．８×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．７×１０４であった。
【００７０】
［実施例Ｂ７］
ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の表面温度を１１００℃に保ち、さらに、Ｖ族とＩＩＩ族の気相比をＶ／ＩＩＩ＝１０００にし、チャンバー内の真空度を３００Ｔｏｒｒに保った状態で、Ｍｇを３×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ−ＧａＮを５０ｎｍ成長させた。それ以外の工程については実施例Ｂ１と同様の方法を用いた。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭ−ＥＤＸによる組成分析を行い、Ａｌ元素の有無から第３の窒化物半導体層の被覆率を算出したところ６０％であった。
実施例Ｂ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は１．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流７．０×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると８．２×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは７．０×１０３であった。
【００７１】
［実施例Ｂ８］
ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の表面温度を１１００℃に保ち、さらに、Ｖ族とＩＩＩ族の気相比をＶ／ＩＩＩ＝２０００にし、チャンバー内の真空度を３５０Ｔｏｒｒに保った状態で、Ｍｇを３×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ−ＧａＮを６０ｎｍ成長させた。それ以外の工程については実施例Ｂ１と同様の方法を用いた。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭ−ＥＤＸによる組成分析を行い、Ａｌ元素の有無から第３の窒化物半導体層の被覆率を算出したところ６６％であった。
実施例Ｂ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は９．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流５．０×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると５．８×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは５．６×１０３であった。
【００７２】
［比較例Ｂ１］
ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の表面温度を１１００℃に保ち、さらに、Ｖ族とＩＩＩ族の気相比をＶ／ＩＩＩ＝７００にし、チャンバー内の真空度を４５０Ｔｏｒｒに保った状態で、Ｍｇを３×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ−ＧａＮを２０ｎｍ成長させた。それ以外の工程については実施例Ｂ１と同様の方法を用いた。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭ−ＥＤＸによる組成分析を行い、Ａｌ元素の有無から第３の窒化物半導体層の被覆率を算出したところ２５％であった。
実施例Ｂ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は７．０×１０−９Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流２．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると２．３×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは２．９×１０２であった。
【００７３】
［比較例Ｂ２］
ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の表面温度を１１００℃に保ち、さらに、Ｖ族とＩＩＩ族の気相比をＶ／ＩＩＩ＝３５００にし、チャンバー内の真空度を１００Ｔｏｒｒに保った状態で、Ｍｇを３×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ−ＧａＮを２０ｎｍ成長させた。それ以外の工程については実施例Ｂ１と同様の方法を用いた。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭ−ＥＤＸによる組成分析を行い、Ａｌ元素の有無から第３の窒化物半導体層の被覆率を算出したところ８５％であった。
実施例Ｂ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は８．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流２．２×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると２．６×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは２．８×１０３であった。
【００７４】
［比較例Ｂ３］
ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）の表面温度を１１００℃に保ち、さらに、Ｖ族とＩＩＩ族の気相比をＶ／ＩＩＩ＝３５００にし、チャンバー内の真空度を１００Ｔｏｒｒに保った状態で、Ｍｇを３×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ−ＧａＮを５０ｎｍ成長させた。それ以外の工程については実施例Ｂ１と同様の方法を用いた。
得られた紫外線受光素子の断面をＳＥＭ−ＥＤＸによる組成分析を行い、Ａｌ元素の有無から第３の窒化物半導体層の被覆率を算出したところ９０％であった。
【００７５】
実施例Ｂ１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は７．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外光を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．０×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると１．２×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．４×１０３であった。
以上の実施例Ｂ１〜Ｂ８と比較例Ｂ１〜Ｂ３をまとめたものが以下の表２である。
【００７６】
【表２】
0006614486.tif 000003
【符号の説明】
【００７７】
１  基板
１１  第１の窒化物半導体層
１２  第２の窒化物半導体層
１３  第３の窒化物半導体層
１４  ソース電極
１５  ドレイン電極
【図１】
0006614486.tif 000004
【図２】
0006614486.tif 000005
【図３】
0006614486.tif 000006
【図４】
0006614486.tif 000007