(57)【要約】【課題】紫外線センサの感知可能な波長帯域を調整する方法であって、特に、酸化亜鉛単結晶基板をベースとした紫外線センサにおいて、ＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃの分別検出に寄与し得るような方法を提供すること。【解決手段】酸化亜鉛単結晶基板１１とショットキー電極１３ａ，１３ｂとを備える紫外線センサ１０ａ、１０ｂの感知可能な波長帯域を長波長側にシフトさせる場合には、カドミウムを添加した酸化亜鉛薄膜を酸化亜鉛単結晶基板１１上に形成し、その酸化亜鉛薄膜上にショットキー電極を形成する。一方、波長帯域を短波長側にシフトさせる場合には、マグネシウムを添加した酸化亜鉛薄膜１２ｂを酸化亜鉛単結晶基板１１上に形成した後に薄膜１２ｂ上にショットキー電極１３ｂを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化亜鉛単結晶基板とショットキー電極とを備える紫外線センサの感知可能な波長帯域を調整する方法であって、前記波長帯域を長波長側にシフトさせる場合にはカドミウムを添加した酸化亜鉛薄膜を前記酸化亜鉛単結晶基板上に形成した後に当該酸化亜鉛薄膜上に前記ショットキー電極を形成する一方、前記波長帯域を短波長側にシフトさせる場合にはマグネシウムを添加した酸化亜鉛薄膜を前記酸化亜鉛単結晶基板上に形成した後に当該酸化亜鉛薄膜上に前記ショットキー電極を形成する、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記紫外線センサの検知対象をＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃとするために、前記酸化亜鉛単結晶基板上に前記ショットキー電極を直接形成するかＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜（０≦α≦０．１）を形成した後に該ＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜上に前記ショットキー電極を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記紫外線センサの検知対象をＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃとするために、前記酸化亜鉛単結晶基板上にＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜（０．２≦β≦０．３）を形成した後に該ＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜上にショットキー電極を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜の組成を決定するβの値を０．２２≦β≦０．２８とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記紫外線センサの検知対象をＵＶ−Ｃとするために、前記酸化亜鉛単結晶基板上にＭｇγＺｎ１−γＯ薄膜（０．３＜γ≦０．４５）を形成した後に該ＭｇγＺｎ１−γＯ薄膜上にショットキー電極を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記ＭｇγＺｎ１−γＯ薄膜の組成を決定するγの値を０．３３≦γ≦０．４２とする、請求項５記載の方法。
【請求項７】
感知可能な波長帯域の互いに異なる複数の紫外線センサを備えた装置であって、前記複数の紫外線センサの少なくとも一つは請求項１記載の方法に従って調整されている、ことを特徴とする装置。
【請求項８】
前記複数の紫外線センサは、共通の一つの酸化亜鉛単結晶基板上に形成されている、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記複数の紫外線センサは、前記酸化亜鉛単結晶基板の＋Ｃ面上に形成されている、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記紫外線センサは、第１及び第２のセンサの２つあり、
前記第１のセンサは、前記酸化亜鉛単結晶基板上にショットキー電極を直接形成するか前記酸化亜鉛単結晶基板上にＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜（０≦α≦０．１）を形成した後に該ＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜上に前記ショットキー電極を形成してなるＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃ検知可能なものであり、
前記第２のセンサは、前記酸化亜鉛単結晶基板上にＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜（０．２≦β≦０．３）を形成した後に該ＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜上にショットキー電極を形成してなるＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃ検知可能なものである、
請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記第２のセンサのＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜は、０．２２≦β≦０．２８に属する組成を有している、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記紫外線センサは、第１乃至第３のセンサの３つあり、
前記第１のセンサは、前記酸化亜鉛単結晶基板上にショットキー電極を直接形成するか前記酸化亜鉛単結晶基板上にＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜（０≦α≦０．１）を形成した後に該ＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜上に前記ショットキー電極を形成してなるＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃ検知可能なものであり、
前記第２のセンサは、前記酸化亜鉛単結晶基板上にＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜（０．２≦β≦０．３）を形成した後に該ＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜上にショットキー電極を形成してなるＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃ検知可能なものであり、
前記第３のセンサは、前記酸化亜鉛単結晶基板上にＭｇγＺｎ１−γＯ薄膜（０．３＜γ≦０．４５）を形成した後に該ＭｇγＺｎ１−γＯ薄膜上にショットキー電極を形成してなるＵＶ−Ｃ検知可能なものである、
請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記第２のセンサのＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜は、０．２２≦β≦０．２８に属する組成を有している、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記第３のセンサのＭｇγＺｎ１−γＯ薄膜は、０．３３≦γ≦０．４２に属する組成を有している、請求項１２又は請求項１３記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線センサの感知可能な波長帯域を調整する方法及び当該方法を利用して感知可能な帯域を調整されてなる紫外線センサを備える装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な基板をベースとした紫外線センサについての提案がなされている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１５８２８９号公報
【特許文献２】米国特許公報６，８４６，７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、紫外線センサの感知可能な波長帯域を調整する方法であって、特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）単結晶基板をベースとした紫外線センサにおいて、ＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃの分別検出に寄与し得るような方法を提供すると共に当該方法に基づいて製造される装置を提供することを目的とする。
【０００５】
なお、ＵＶ−Ａは、Ａ紫外線とも呼ばれ、３２０〜４００ｎｍの波長帯域を有する。ＵＶ−Ｂは、Ｂ紫外線とも呼ばれ、２８０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長帯域を有する。ＵＶ−Ｃは、Ｃ紫外線とも呼ばれ、２８０ｎｍ以下の波長帯域を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、第１の方法として、酸化亜鉛単結晶基板とショットキー電極とを備える紫外線センサの感知可能な波長帯域を調整する方法であって、前記波長帯域を長波長側にシフトさせる場合にはカドミウムを添加した酸化亜鉛薄膜を前記酸化亜鉛単結晶基板上に形成した後に当該酸化亜鉛薄膜上に前記ショットキー電極を形成する一方、前記波長帯域を短波長側にシフトさせる場合にはマグネシウムを添加した酸化亜鉛薄膜を前記酸化亜鉛単結晶基板上に形成した後に当該酸化亜鉛薄膜上に前記ショットキー電極を形成する、ことを特徴とする方法が得られる。
【０００７】
また、本発明によれば、第２の方法として、前記第１の方法において、前記紫外線センサの検知対象をＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃとするために、前記酸化亜鉛単結晶基板上に前記ショットキー電極を直接形成するかＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜（０≦α≦０．１）を形成した後に該ＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜上に前記ショットキー電極を形成する、方法が得られる。
【０００８】
また、本発明によれば、第３の方法として、前記第１の方法において、前記紫外線センサの検知対象をＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃとするために、前記酸化亜鉛単結晶基板上にＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜（０．２≦β≦０．３）を形成した後に該ＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜上にショットキー電極を形成する、方法が得られる。
【０００９】
また、本発明によれば、第４の方法として、前記第３の方法において、前記ＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜の組成を決定するβの値を０．２２≦β≦０．２８とする、方法が得られる。
【００１０】
また、本発明によれば、第５の方法として、前記第１の方法において、前記紫外線センサの検知対象をＵＶ−Ｃとするために、前記酸化亜鉛単結晶基板上にＭｇγＺｎ１−γＯ薄膜（０．３＜γ≦０．４５）を形成した後に該ＭｇγＺｎ１−γＯ薄膜上にショットキー電極を形成する、方法が得られる。
【００１１】
更に、本発明によれば、第６の方法として、前記第５の方法において、前記ＭｇγＺｎ１−γＯ薄膜の組成を決定するγの値を０．３３≦γ≦０．４２とする、方法が得られる。
【００１２】
また、本発明によれば、第１の装置として、感知可能な波長帯域の互いに異なる複数の紫外線センサを備えた装置であって、前記複数の紫外線センサの少なくとも一つは前記第１の方法に従って調整されている、ことを特徴とする装置が得られる。
【００１３】
また、本発明によれば、第２の装置として、前記第１の装置において、前記複数の紫外線センサは、共通の一つの酸化亜鉛単結晶基板上に形成されている、装置が得られる。
【００１４】
また、本発明によれば、第３の装置として、前記第２の装置において、前記複数の紫外線センサは、前記酸化亜鉛単結晶基板の＋Ｃ面上に形成されている、装置が得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、第４の装置として、前記第１乃至第３の装置のいずれかにおいて、
前記紫外線センサは、第１及び第２のセンサの２つあり、
前記第１のセンサは、前記酸化亜鉛単結晶基板上にショットキー電極を直接形成するか前記酸化亜鉛単結晶基板上にＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜（０≦α≦０．１）を形成した後に該ＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜上に前記ショットキー電極を形成してなるＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃ検知可能なものであり、
前記第２のセンサは、前記酸化亜鉛単結晶基板上にＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜（０．２≦β≦０．３）を形成した後に該ＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜上にショットキー電極を形成してなるＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃ検知可能なものである、
装置が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、第５の装置として、前記第４の装置において、前記第２のセンサのＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜は、０．２２≦β≦０．２８に属する組成を有している、装置が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、第６の装置として、前記第１乃至第３の装置のいずれかにおいて、
前記紫外線センサは、第１乃至第３のセンサの３つあり、
前記第１のセンサは、前記酸化亜鉛単結晶基板上にショットキー電極を直接形成するか前記酸化亜鉛単結晶基板上にＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜（０≦α≦０．１）を形成した後に該ＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜上に前記ショットキー電極を形成してなるＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃ検知可能なものであり、
前記第２のセンサは、前記酸化亜鉛単結晶基板上にＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜（０．２≦β≦０．３）を形成した後に該ＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜上にショットキー電極を形成してなるＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃ検知可能なものであり、
前記第３のセンサは、前記酸化亜鉛単結晶基板上にＭｇγＺｎ１−γＯ薄膜（０．３＜γ≦０．４５）を形成した後に該ＭｇγＺｎ１−γＯ薄膜上にショットキー電極を形成してなるＵＶ−Ｃ検知可能なものである、
装置が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、第７の装置として、前記第６の装置において、
前記第２のセンサのＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜は、０．２２≦β≦０．２８に属する組成を有している、装置が得られる。
【００１９】
また、本発明によれば、第８の装置として、前記第６又は第７の装置において、
前記第３のセンサのＭｇγＺｎ１−γＯ薄膜は、０．３３≦γ≦０．４２に属する組成を有している、装置が得られる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、酸化亜鉛単結晶基板をベースとした紫外線センサの感知可能な波長帯域を調整することができることから、ＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃを検出可能なセンサ、ＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃを検出可能なセンサ、並びにＵＶ−Ｃのみを検出可能なセンサを構成することができる。従って、それらの出力を処理することで、ＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃを分別検出することが可能となる。例えば、ＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃを検出可能なセンサの出力からＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃを検出可能なセンサの出力を引けば、差分として、ＵＶ−Ａの検出結果を得ることができる。また、ＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃを検出可能なセンサの出力からＵＶ−Ｃのみを検出可能なセンサの出力を引けば、差分として、ＵＶ−Ｂの検出結果を得ることができる。これにより１素子でＵＶインデックスの算出が可能となる。
【００２１】
また、本発明によれば、基板を共通化することができるので、ＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃを分別検出可能な装置を一体形成することが可能となり、装置の小型化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１に示されるように、本発明の第１の実施の形態による紫外線センサデバイスは、ＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃに感度を有する第１の紫外線センサ１０ａと、ＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃに感度を有する第２の紫外線センサ１０ｂとを備えている。本実施の形態における第１及び第２の紫外線センサ１０ａ及び１０ｂは、いずれも光起電力型のものである。
【００２３】
第１の紫外線センサ１０ａは、酸化亜鉛単結晶基板１１上に、半透明のショットキー電極１３ａを直接形成されてなる構造を備えている。
【００２４】
本実施の形態による酸化亜鉛単結晶基板１１は、例えば次のようにして作製される。まず、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）をミネラライザーとした水熱合成法により酸化亜鉛単結晶ブロックを生成する。水熱合成法に代えて、気相成長法、フラックス法、溶融法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、真空蒸着法、有機金属気相成長法（ＭＯ−ＣＶＤ法）及びスパッタ法のいずれかにより酸化亜鉛単結晶を生成しても良い。次に、生成した酸化亜鉛単結晶ブロックをｃ軸に直交する面に沿って複数のウェハに切断し、そのウェハを純度の高い酸化亜鉛からなる容器中で酸素を含む雰囲気下において熱処理する。この熱処理により、基板表面に酸素の欠乏している部分があったとしてもその酸素欠乏部分に酸素を補充することができることから、品質の良い酸化亜鉛単結晶ウェハを得ることができる。このようにして作製された酸化亜鉛単結晶ウェハ、すなわち、酸化亜鉛単結晶基板１１は、酸化亜鉛単結晶の＋ｃ面と−ｃ面の２つの面を主面として備えている。ここで、＋ｃ面は４つの亜鉛（Ｚｎ）原子により規定される面であり、亜鉛面（Ｚｎ面）とも呼ばれる。
【００２５】
本実施の形態におけるショットキー電極１３ａは、Ｐｔ薄膜からなる。ショットキー電極１３ａは、紫外線受光面として機能し、ＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃを受けると、酸化亜鉛単結晶基板１１と協同して電圧を発生する。ショットキー電極１３ａとしては、例えば、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒｅ，Ｒｈ，Ｔｅ又はＷからなる層を少なくとも一層備えたものを用いることができる。
【００２６】
図１に示されるように、第１の紫外線センサ１０ａは、パッシベーション膜１４、電極１５ａ、反射防止膜１６、ＡＺＯ（Ａｌ−ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）薄膜１７及びオーミック電極１８を更に備えている。
【００２７】
パッシベーション膜１４は、少なくとも一層の絶縁体層からなるものであり、酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面上の周辺領域とショットキー電極１３ａの周辺部とを覆っている。このパッシベーション膜１４により、暗電流を低減することができるため、高Ｓ／Ｎ比の紫外線センサを実現することが可能となる。なお、パッシベーション膜１４としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＳｉＮＯ，ＳｉＮ，ＡｌＮ，ＳＩＡＬＯＮ，ＺｎＳ又はＺｎＯからなる層を少なくとも一層備えたものを用いることができる。
【００２８】
電極１５ａは、ショットキー電極１３ａを引き出すためのものであり、ショットキー電極１３ａに電気的に接続され且つパッシベーション膜１４上に形成されている。本実施の形態による電極１５ａとしては、例えば、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ａｕ又はＮｉなどのショットキー電極１３ａと密着性の良い金属からなる層を少なくとも一層備えたものを用いることができる。なお、これらの金属で電極１５ａを構成した場合、パッシベーション膜１４にピンホールがあったとしても、電極１５ａが酸化亜鉛単結晶基板１１とオーミック接合を形成することはないので、信頼性の高い紫外線センサを実現することが可能となる。
【００２９】
反射防止膜１６は、図１に示されるように、紫外線受光部の受光領域、即ち、ショットキー電極１３ａの中央領域上に形成されている。反射防止膜１６は、１〜２００ｎｍの厚みを有し、紫外線透過性を呈するものである。この反射防止膜１６としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＳｉＮＯ，ＳｉＮ，ＺｎＳ又はＺｎＯなどの酸化亜鉛単結晶基板１１と密着性の良い絶縁材料からなる層を少なくとも一層備えたものを用いることができる。
【００３０】
ＡＺＯ薄膜１６は、酸化亜鉛単結晶基板１１の−ｃ面上に形成されており、その上にはオーミック電極１７が形成されている。オーミック電極１７としては、例えば、Ａｌ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｉｎ，Ａｕ，Ｃｕ又はＷなどのＡＺＯ薄膜と密着性の良い金属からなる層を少なくとも一層備えたものを用いることができる。
【００３１】
一方、第２の紫外線センサ１０ｂは、酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面上に、Ｍｇ０．２５Ｚｎ０．７５Ｏ薄膜１２ｂを介して、半透明のショットキー電極１３ｂを形成されてなる構造を備えている。
【００３２】
ショットキー電極１３ｂは、ショットキー電極１３ａと同時に形成されるものであり、同一材料、即ち、Ｐｔ薄膜からなる。ショットキー電極１３ｂは、紫外線受光面として機能し、ＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃを受けると、Ｍｇ０．２５Ｚｎ０．７５Ｏ薄膜１２ｂ及び酸化亜鉛単結晶基板１１と協同して電圧を発生する。しかしながら、Ｍｇ０．２５Ｚｎ０．７５Ｏ薄膜１２ｂを備えていることから、第２の紫外線センサ１０ｂは、ＵＶ−Ａに対しては反応しない。
【００３３】
更に、第２の紫外線センサ１０ｂは、第１の紫外線センサ１０ａと同様に、パッシベーション膜１４、電極１５ｂ、反射防止膜１６、ＡＺＯ薄膜１７及びオーミック電極１８をも備えている。図１から明らかなように、第２の紫外線センサ１０ｂのＡＺＯ薄膜１７及びオーミック電極１８は、第１の紫外線センサ１０ａのものと共通である。また、第２の紫外線センサ１０ｂのパッシベーション膜１４、電極１５ｂ及び反射防止膜１６は、第１の紫外線センサ１０ａのパッシベーション膜１４、電極１５ａ及び反射防止膜１６と同時に形成されるものであり、それぞれ同一材料からなる。特に、電極１５ｂは、ショットキー電極１３ｂを引き出すためのものであり、ショットキー電極１３ｂに電気的に接続され且つパッシベーション膜１４上に形成されている。
【００３４】
以下、上述した本実施の形態による紫外線センサデバイスの典型的な製造工程について簡単に説明する。
【００３５】
まず、複数の酸化亜鉛単結晶基板１１を含むウェハを用意する。前述したことから理解されるように、図示された酸化亜鉛単結晶基板１１は、酸化亜鉛単結晶の＋ｃ面からなる上面と酸化亜鉛単結晶の−ｃ面からなる下面を有している。
【００３６】
次いで、例えば、ＭｇＺｎＯターゲットを用い、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、基板温度５００℃、Ａｒ／Ｏ２混合雰囲気０．３Ｐａにおいて、酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面上にＭｇ０．２５Ｚｎ０．７５Ｏ薄膜を３００ｎｍ形成し、更に、例えば、ホトリソグラフィ技術によりＭｇ０．２５Ｚｎ０．７５Ｏ薄膜の上面上に第１レジストパターンを形成した後、反応性イオンエッチング法により、Ｍｇ０．２５Ｚｎ０．７５Ｏ薄膜を選択的にエッチングし、第２の紫外線センサ１０ｂのＭｇ０．２５Ｚｎ０．７５Ｏ薄膜１２ｂを形成する。
【００３７】
次いで、例えば、ホトリソグラフィ技術により酸化亜鉛単結晶基板１１及びＭｇ０．２５Ｚｎ０．７５Ｏ薄膜の上面上に第２レジストパターンを形成した後、スパッタリング法によりＰｔ薄膜を３ｎｍ成膜し、更に、第２レジストパターンをリフトオフすることにより、それぞれ３ｎｍのＰｔ薄膜からなるショットキー電極１３ａ及びショットキー電極１３ｂを形成する。
【００３８】
次いで、例えば、ショットキー電極１３ａ及び１３ｂのそれぞれの中央部のみを覆うような第３レジストパターンを形成した後、スパッタリング法によりＳｉＯ２薄膜を２００ｎｍ成膜し、更に、第３レジストパターンをリフトオフすることにより、２００ｎｍのＳｉＯ２薄膜からなるパッシベーション膜１４を形成する。ここで、本実施の形態によるパッシベーション膜１４は、ショットキー電極１３ａ及び１３ｂのそれぞれの中央部に対応する領域に開口部を有している。なお、本実施の形態においては、パッシベーション膜１４の形成後、この時点での中間生成物に対して熱処理を行う。この熱処理により、酸化亜鉛単結晶基板１１（ＺｎＯ）とパッシベーション膜１４（ＳｉＯ２）の格子整合性を改善し、欠陥を減少させ、暗電流の低減を図ることができる。
【００３９】
次いで、例えば、第３レジストパターンよりも小さい中央パターンと第１の紫外線センサ１０ａ及び第２の紫外線センサ１０ｂの周辺を規定するような周辺パターンとからなる第４レジストパターンを中央パターンがショットキー電極１３ａ及び１３ｂの中央部上及にそれぞれ位置するように形成した後、スパッタリング法によりＰｔ薄膜を３００ｎｍ成膜し、更に、第４レジストパターンをリフトオフすることにより、３００ｎｍのＰｔ薄膜からなる電極１５ａ及び１５ｂを形成する。
【００４０】
次いで、例えば、現時点における中間生成物の周辺部に第５レジストパターンを形成した後、スパッタリング法によりＳｉＯ２薄膜を５０ｎｍ成膜し、更に、第５レジストパターンをリフトオフすることにより、５０ｎｍのＳｉＯ２薄膜からなる反射防止膜１６を形成する。なお、本実施の形態においては、反射防止膜１６の形成後、この時点での中間生成物に対して熱処理を行う。この熱処理により、酸化亜鉛単結晶基板１１（ＺｎＯ）と反射防止膜１６（ＳｉＯ２）の格子整合性を改善し、また、表面のダメージを回復させ且つ密着性を向上させることができ、暗電流の低減を図ることができる。
【００４１】
次いで、例えば、スパッタリング法により、酸化亜鉛単結晶基板１１の下面上に１００ｎｍのＡＺＯ薄膜１７を形成する。
【００４２】
次いで、例えば、スパッタリング法により、３００ｎｍのＡｌ薄膜からなるオーミック電極１８をＡＺＯ薄膜１７上に形成する。その後、上述したように、ウェハをダイシングすることにより、本実施の形態による紫外線センサデバイスを得ることができる。
【００４３】
このようにして作製された本実施の形態による紫外線センサデバイスの測定帯域は２５０ｎｍ〜６００ｎｍであり、応答帯域は２５０ｎｍ〜３８０ｎｍである。詳しくは、本実施の形態による紫外線センサデバイスにおいて、第１の紫外線センサ１０ａは、ＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃに反応し、第２の紫外線センサ１０ｂは、ＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃに反応する。即ち、本実施の形態による紫外線センサデバイスでは、第１の紫外線センサ１０ａにてＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃを検知することができ、第２の紫外線センサ１０ｂにてＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃを検知することができる。従って、紫外線センサデバイスに接続されたシステムの処理手段にて、第１の紫外線センサ１０ａの出力から第２の紫外線センサ１０ｂの出力を減算することにより、ＵＶ−Ａのみの検知が可能となる。即ち、本実施の形態によれば、ＵＶ−ＡとＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃとの分別検出が１素子で可能となり、ＵＶインデックスの算出を１素子で行うことができる。
【００４４】
上述した本実施の形態において、ショットキー電極１３ａは、酸化亜鉛単結晶基板１１上に直接形成されていたが、この場合、検出可能な最長波長は、およそ３８０ｎｍであるので、これを更に長波長側にシフトさせたい場合には、カドミウムを添加した酸化亜鉛薄膜（ＣｄＺｎＯ薄膜）をショットキー電極１３ａと酸化亜鉛単結晶基板１１との間に介在させればよい。但し、可視光に応答してしまうことを避けるため、ＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜の組成は０≦α≦０．１を満たすことが好ましい。
【００４５】
ＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜は、例えば、本実施の形態におけるＭｇ０．２５Ｚｎ０．７５Ｏ薄膜１２ｂのように、スパッタ法により成膜してもよいし、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、真空蒸着法、有機金属気相成長法（ＭＯ−ＣＶＤ法）などにより成膜することとしてもよい。
【００４６】
また、本実施の形態において、第２の紫外線センサ１０ｂは、Ｍｇ０．２５Ｚｎ０．７５Ｏ薄膜１２ｂを備えていたが、ＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜（０．２≦β≦０．３）で示される組成を満たしている限り、他の組成の薄膜であっても構わない。但し、検知対象としてＵＶ−Ｂを確実に含めるようにするためには、ＭｇβＺｎ１−βＯ薄膜の組成は、０．２２≦β≦０．２８を満たすことが好ましい。
【００４７】
上述した本実施の形態においては、ＭｇＺｎＯ薄膜をスパッタ法により成膜する例について説明したが、スパッタ法以外の方法、例えば、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、真空蒸着法、有機金属気相成長法（ＭＯ−ＣＶＤ法）などによりＭｇＺｎＯ薄膜を成膜することとしてもよい。
【００４８】
更に、上述した実施の形態においては、オーミック電極１８を酸化亜鉛単結晶基板１１の−ｃ面（下面）側に形成することとしていたが、＋ｃ面（上面）側に形成することとしてもよい。
【００４９】
（第２の実施の形態）
図２に示されるように、本発明の第２の実施の形態による紫外線センサデバイスは、前述の第１の実施の形態による紫外線センサデバイスの変形例であり、従って、図１及び図２においては同様の構成要素に対して同様の参照符号を付してある。
【００５０】
図１及び図２から明らかなように、本実施の形態による紫外線センサデバイスは、ＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃに感度を有する第１の紫外線センサ１０ａとＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃに感度を有する第２の紫外線センサ１０ｂとに加え、ＵＶ−Ｃのみに感度を有する第３の紫外線センサ１０ｃを更に備えている。なお、本実施の形態における第１乃至第３の紫外線センサ１０ａ〜１０ｃは、いずれも光起電力型のものである。
【００５１】
更に詳しくは、第３の紫外線センサ１０ｃは、第２の紫外線センサ１０ｂとほぼ同一構成を備えており、ＭｇＺｎＯ薄膜の組成のみにおいて第２の紫外線センサ１０ｂと異なるものである。具体的には、第３の紫外線センサ１０ｃは、酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面上に、Ｍｇ０．３５Ｚｎ０．６５Ｏ薄膜１２ｃを介して、半透明のショットキー電極１３ｃを形成されてなる構造を備えている。ショットキー電極１３ｃは、電極１５ｃによりデバイス外に引き出されている。
【００５２】
以下、上述した本実施の形態による紫外線センサデバイスの典型的な製造工程について簡単に説明する。
【００５３】
まず、複数の酸化亜鉛単結晶基板１１を含むウェハを用意する。前述したことから理解されるように、図示された酸化亜鉛単結晶基板１１は、酸化亜鉛単結晶の＋ｃ面からなる上面と酸化亜鉛単結晶の−ｃ面からなる下面を有している。
【００５４】
次いで、例えば、ＭｇＺｎＯターゲットを用い、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、基板温度５００℃、Ａｒ／Ｏ２混合雰囲気０．３Ｐａにおいて、酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面上にＭｇ０．２５Ｚｎ０．７５Ｏ薄膜を３００ｎｍ形成し、更に、例えば、ホトリソグラフィ技術によりＭｇ０．２５Ｚｎ０．７５Ｏ薄膜の上面上に第１レジストパターンを形成した後、反応性イオンエッチング法により、Ｍｇ０．２５Ｚｎ０．７５Ｏ薄膜を選択的にエッチングし、第２の紫外線センサ１０ｂのＭｇ０．２５Ｚｎ０．７５Ｏ薄膜１２ｂを形成する。
【００５５】
次いで、例えば、ＭｇＺｎＯターゲットを用い、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、基板温度５００℃、Ａｒ／Ｏ２混合雰囲気０．３Ｐａにおいて、酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面上にＭｇ０．３５Ｚｎ０．６５Ｏ薄膜を３００ｎｍ形成し、更に、例えば、ホトリソグラフィ技術によりＭｇＺｎＯ薄膜の上面上に第２レジストパターンを形成した後、反応性イオンエッチング法により、Ｍｇ０．３５Ｚｎ０．６５Ｏ薄膜を選択的にエッチングし、第３の紫外線センサ１０ｃのＭｇ０．３５Ｚｎ０．６５Ｏ薄膜１２ｃを形成する。
【００５６】
その後、前述の第１の実施の形態と同様にして、ショットキー電極１３ａ〜１３ｃ、パッシベーション膜１４、電極１５ａ〜１５ｃ及び反射防止膜１６を形成すると共に、酸化亜鉛単結晶基板１１の下面（−ｃ面）上にＡＺＯ薄膜１７及びオーミック電極１８を順次形成する。このようにして素子の作りこまれたウェハをダイシングすることにより、本実施の形態による紫外線センサチップを得ることができる。
【００５７】
このようにして作製された本実施の形態による紫外線センサの測定帯域は２５０ｎｍ〜６００ｎｍであり、応答帯域は２５０ｎｍ〜３８０ｎｍである。詳しくは、本実施の形態による紫外線センサデバイスにおいて、第１の紫外線センサ１０ａは、ＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃに反応し、第２の紫外線センサ１０ｂは、ＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃに反応する。また、第３の紫外線センサ１０ｃは、ＵＶ−Ｃのみに反応する。即ち、本実施の形態による紫外線センサデバイスでは、第１の紫外線センサ１０ａにてＵＶ−Ａ〜ＵＶ−Ｃを検知することができ、第２の紫外線センサ１０ｂにてＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃを検知することができ、更には、第３の紫外線センサ１０ｃにてＵＶ−Ｃのみの検知をすることができる。従って、紫外線センサデバイスに接続されたシステムの処理手段にて、第１の紫外線センサ１０ａの出力から第２の紫外線センサ１０ｂの出力を減算することにより、ＵＶ−Ａのみの検知が可能となり、また、第２の紫外線センサ１０ｂの出力から第３の紫外線センサ１０ｃの出力を減算することにより、ＵＶ−Ｂのみの検知も可能となる。即ち、本実施の形態によれば、ＵＶ−Ａ、ＵＶ−Ｂ及びＵＶ−Ｃの３種の紫外線の分別検出が１素子で可能となり、ＵＶインデックスの算出を１素子で行うことができる。
【００５８】
なお、本実施の形態による第１の紫外線センサ１０ａにおいても、第１の実施の形態と同様に、ＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜（０≦α≦０．１）をショットキー電極１３ａと酸化亜鉛単結晶基板１１との間に介在させることとしてもよく、その場合、ＣｄαＺｎ１−αＯ薄膜は、例えば、スパッタ法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、真空蒸着法、有機金属気相成長法（ＭＯ−ＣＶＤ法）などにより成膜することとしてもよい。
【００５９】
また、本実施の形態による第２の紫外線センサ１０ｂに設けられたＭｇ０．２５Ｚｎ０．７５Ｏ薄膜１２ｂについても、第１の実施の形態と同様の変形が可能である。
【００６０】
加えて、本実施の形態において、第３の紫外線センサ１０ｃは、Ｍｇ０．３５Ｚｎ０．６５Ｏ薄膜１２ｃを備えていたが、ＭｇγＺｎ１−γＯ薄膜（０．３＜γ≦０．４５）で示される組成を満たしている限り、他の組成の薄膜であっても構わない。但し、検知対象としてＵＶ−Ｂを確実に含めるようにするためには、ＭｇγＺｎ１−γＯ薄膜の組成は０．３３≦γ≦０．４２を満たすことが好ましい。
【００６１】
また、上述した本実施の形態においては、ＭｇＺｎＯ薄膜をスパッタ法により成膜する例について説明したが、スパッタ法以外の方法、例えば、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、真空蒸着法、有機金属気相成長法（ＭＯ−ＣＶＤ法）などによりＭｇＺｎＯ薄膜を成膜することとしてもよい。
【００６２】
更に、上述した実施の形態においては、オーミック電極１８を酸化亜鉛単結晶基板１１の−ｃ面（下面）側に形成することとしていたが、＋ｃ面（上面）側に形成することとしてもよい。
【００６３】
（第３の実施の形態）
図３を参照すると、本発明の第３の実施の形態による紫外線センサデバイスは、前述の第１の実施の形態による紫外線センサデバイスの変形例であり、従って、図１及び図３においては同様の構成要素に対して同様の参照符号を付してある。
【００６４】
図３に示されるように、本実施の形態による紫外線センサデバイスは、４つの紫外線センサ１０ｄ〜１０ｇを備えている。この４つの紫外線センサ１０ｄ〜１０ｇは、互いに
組成比の異なるＭｇＺｎＯ薄膜１２ｄ〜１２ｇを備えており、それ以外の点については、第１の実施の形態における第２の紫外線センサ１０ｂと同一構造を有している。
【００６５】
以下、上記のような本実施の形態による紫外線センサデバイスの製造工程の一例について簡単に説明する。
【００６６】
まず、複数の酸化亜鉛単結晶基板１１を含むウェハを用意する。前述したことから理解されるように、図示された酸化亜鉛単結晶基板１１は、酸化亜鉛単結晶の＋ｃ面からなる上面と酸化亜鉛単結晶の−ｃ面からなる下面を有している。
【００６７】
次いで、例えば、コンビナトリアルスパッタ法により、なだらかに組成比の変化するＭｇＺｎＯ薄膜を酸化亜鉛単結晶基板１１の＋ｃ面上に形成する。詳しくは、ＭｇＯターゲットとＺｎＯターゲットを用いて同時放電させ、チャンバー内でスリット形状を持つシャッターを移動させることにより、基板温度５００℃、Ａｒ／Ｏ２混合雰囲気０．３Ｐａにおいて、Ｍｇ組成（ｘ）とＺｎ組成（１−ｘ）を試料面内でｘ＝０から０．４まで傾斜させて、ＭｇＺｎＯ薄膜を３００ｎｍ形成し、更に、例えば、ホトリソグラフィ技術によりＭｇＺｎＯ薄膜の上面上に第１レジストパターンを形成した後、反応性イオンエッチング法により、ＭｇＺｎＯ薄膜を選択的にエッチングして、ＭｇＺｎＯ薄膜１２ｄ〜１２ｇを同時形成する。なお、ＭｇＺｎＯ薄膜の成膜は、スパッタ法に限られるわけではなく、例えば、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、真空蒸着法、有機金属気相成長法（ＭＯ−ＣＶＤ法）によるコンビナトリアル法によりＭｇＺｎＯ薄膜を成膜することとしてもよい。
【００６８】
次いで、例えば、ホトリソグラフィ技術により酸化亜鉛単結晶基板１１およびＭｇＺｎＯ薄膜の上面上に第２レジストパターンを形成した後、スパッタリング法によりＰｔ薄膜を３ｎｍ成膜し、更に、第２レジストパターンをリフトオフすることにより、３ｎｍのＰｔ薄膜からなるショットキー電極１３ｄ〜１３ｇを形成する。
【００６９】
その後、前述の第１の実施の形態と同様にして、パッシベーション膜１４、電極１５ｄ〜１５ｇ及び反射防止膜１６を形成すると共に、酸化亜鉛単結晶基板１１の下面（−ｃ面）上にＡＺＯ薄膜１７及びオーミック電極１８を順次形成する。このようにして素子の作りこまれたウェハをダイシングすることにより、本実施の形態による紫外線センサチップを得ることができる。
【００７０】
尚、本実施の形態では、理解を容易とするため、４つの素子（紫外線センサ）を有する場合について例示したが、例えば、１２８素子×１素子や１２８素子×１２８素子など一次元および二次元アレイ状に形成しても良い。また、上述した実施の形態においては、オーミック電極１８を酸化亜鉛単結晶基板１１の−ｃ面（下面）側に形成することとしていたが、＋ｃ面（上面）側に形成することとしてもよい。
【００７１】
このようにして作製された本実施の形態による紫外線センサデバイスによれば、ＭｇＺｎＯ薄膜１２ｄ〜１２ｇの組成により、ＵＶ−Ａ領域からＵＶ−Ｃ領域まで連続的に分離検知可能となる。よって、グレーティングなどを用いること無しに、分光検知が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施の形態による紫外線センサデバイスを示す部分断面斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による紫外線センサデバイスを示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態による紫外線センサデバイスを示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０ａ〜１０ｇ        紫外線センサ
１１        酸化亜鉛単結晶基板
１２ｂ〜１２ｇ        ＭｇＺｎＯ薄膜
１３ａ〜１３ｇ        ショットキー電極
１４        パッシベーション膜
１５ａ〜１５ｇ        電極
１６        反射防止膜
１７        ＡＺＯ（Ａｌ−ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）薄膜
１８        オーミック電極
【図１】
2008251773.tif 000003
【図２】
2008251773.tif 000004
【図３】
2008251773.tif 000005