(57)【要約】　　　（修正有）【課題】受光素子の下面から光を入射させることができ、且つ基板の結晶成長面の格子間隔と受光領域の形成に係る窒化物半導体の格子間隔との間の格子不整合が十分に緩和された紫外線受光素子を提供する。【解決手段】紫外線受光素子が、基板１０上に、ＡｌＮ層１１と、ｎ型窒化物半導体層１２と、単数または複数の窒化物半導体層とが順次堆積して形成され、一対の電極１６，１７に挟まれる前記ｎ型窒化物半導体層および前記単数または複数の窒化物半導体層の内の単数または複数の半導体層が受光領域として作用し、前記ＡｌＮ層が、原料を前記基板の近傍に搬送するキャリアガス中の窒素の分圧を５０％以上とし、基板表面温度を１２００℃以上に設定した気相成長法を用いて堆積される。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ＡｌＮ層と、ｎ型窒化物半導体層と、単数または複数の窒化物半導体層とが順次堆積して形成され、
一対の電極に挟まれる前記ｎ型窒化物半導体層および前記単数または複数の窒化物半導体層の内の単数または複数の半導体層が受光領域として作用し、前記ＡｌＮ層が、原料を前記基板の近傍に搬送するキャリアガス中の窒素の分圧を５０％以上とし、基板表面温度を１２００℃以上に設定した気相成長法を用いて堆積される紫外線受光素子。
【請求項２】
前記単数または複数の窒化物半導体層が、前記ｎ型窒化物半導体層と共にＰＮ接合型ダイオードを構成するｐ型窒化物半導体層を有する請求項１に記載の紫外線受光素子。
【請求項３】
前記単数または複数の窒化物半導体層が、前記ｎ型窒化物半導体層と共にＰＩＮ接合型ダイオードを構成するｉ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを有する請求項１に記載の紫外線受光素子。
【請求項４】
前記単数または複数の窒化物半導体層が、前記ｎ型窒化物半導体層上に堆積され、前記電極の一方と共にショットキーダイオードを構成するｉ型窒化物半導体層またはｎ−型窒化物半導体層を有する請求項１に記載の紫外線受光素子。
【請求項５】
前記ｎ型窒化物半導体層がｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．３≦ｘ≦１）を含み、前記ｐ型窒化物半導体層がｐ−ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０．２≦ｙ≦１）を含む請求項２または請求項３に記載の紫外線受光素子。
【請求項６】
前記ｐ型窒化物半導体層が超格子構造である請求項５に記載の紫外線受光素子。
【請求項７】
前記ｉ型窒化物半導体層がｉ−ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０．２≦ｚ≦１）を含む請求項３または請求項４に記載の紫外線受光素子。
【請求項８】
前記ｎ−型窒化物半導体層がｎ−−ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０．２≦ｚ≦１）を含む請求項４に記載の紫外線受光素子。
【請求項９】
前記電極の一方が、前記ｐ型窒化物半導体層上方にコンタクト層を介して形成された金属電極を用いて構成される請求項２、３、５、６の何れか１項に記載の紫外線受光素子。
【請求項１０】
前記受光領域の形成に係る前記単数または複数の半導体層が、原料を所定の結晶成長面の近傍に搬送するキャリアガスとして水素を用いる気相成長法を用いて堆積される請求項１から請求項９の何れか１項に記載の紫外線受光素子。
【請求項１１】
前記ＡｌＮ層が、原料を前記基板の近傍に搬送するキャリアガス中の窒素の分圧を１００％に設定した気相成長法を用いて堆積される請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の紫外線受光素子。
【請求項１２】
前記基板が、検出対象光を透過させる光透過性の基板であり、前記基板を透過した前記検出対象光が前記受光領域に入射される請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の紫外線受光素子。
【請求項１３】
前記基板がサファイアである請求項１２に記載の紫外線受光素子。
【請求項１４】
前記ＡｌＮ層が０．３μｍ以上の厚さに堆積される請求項１から請求項１３の何れか１項に記載の紫外線受光素子。
【請求項１５】
前記電極の一方が、前記ｎ型窒化物半導体層上に形成されたＺｒＢ２を用いて構成される請求項１から請求項１４の何れか１項に記載の紫外線受光素子。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５の何れか１項に記載の紫外線受光素子を用いた火炎センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物半導体を用いて作製される紫外線受光素子および火炎センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的には、検出対象とする波長範囲の光に対して感度を有する材料であれば受光素子として利用することができる。例えば、炭化水素が燃焼した場合に紫外域に現れる発光を選択的に検出することが要求される紫外線受光素子（火炎センサ）の場合には、紫外域に感度を有する材料として、ＡｌＧａＮなどの窒化物半導体が用いられる。ここで、受光領域のデバイス構造としては、ＰＮ接合型やＰＩＮ接合型のフォトダイオード構造、ショットキーダイオード構造、フォトトランジスタ構造などがある。
【０００３】
上述したように、検出対象とする光に感度を有する材料であれば受光素子に使用できるのだが、受光素子としての性能を考慮した場合には幾つかの要求を満たさなければならない。例えば、受光素子を、紫外域に現われる微弱な火炎の光を感度良く検出する必要がある紫外線受光素子（火炎センサ）として使用する場合、欠陥密度が低く、結晶品質の良好なＡｌＧａＮ層を受光領域として作用させ、紫外線受光素子に発生する暗電流を非常に低いレベルにまで低減することが求められる。これは、暗電流が大きいと、火炎の光を吸収して発生した光電流が暗電流に埋もれてしまう恐れがあるからである。また、印加されるバイアス電圧が大きくなるとともに、暗電流も大きくなるため、結果的に小さいバイアス電圧しか印加することが出来ないという問題にも至る。
【０００４】
更に、照射される光が微弱である場合には、発生するキャリアの数と、膜中の欠陥準位にトラップされるキャリアの数とが競合するような関係になり、光照射に対する応答速度が非常に遅くなる場合がある。また、トラップされた準位からのキャリアの放出が温度に対して非常に敏感であるため、温度上昇に伴って急激にキャリアの放出が行われて暗電流が増加する場合があることを考慮すると、紫外域の微弱な光を高温条件下で測定する必要がある火炎センサ（紫外線受光素子）にとっては、結晶品質が良好であり、キャリアをトラップする欠陥準位が少ない半導体層を得ることが特に重要な要件となってくる。
【０００５】
同じく火炎の光を感度良く検出する必要があるという課題に関連して、光キャリアを発生させる受光領域には、できるだけ大きい強度の光を入射させることが求められる。従って、受光領域よりも光入射面側には、光吸収や光散乱などによる光損失が極めて小さい半導体層、つまりバンドギャップエネルギが大きく、且つ欠陥密度が低く、結晶品質の良好な半導体層を設けることが必要になる。例を挙げると、受光領域のバンドギャップエネルギが４．１ｅＶである紫外線受光素子を作製する場合、その受光領域よりも光入射面側に存在する半導体層のバンドギャップエネルギを４．１ｅＶよりも大きく設計し、受光領域に入射する光にとっての透過窓層として作用させ、より大きい強度の光が受光領域に入射するように構成することが必要になる。
【０００６】
従来、受光領域の形成に係る半導体層中の欠陥密度をできるだけ低いレベルにまで低減させるために、サファイアなどの平坦性の高い基板上に、数十ｎｍの厚さで低温堆積された緩衝層（約１０５０℃以下の基板表面温度で成長）を設け、その上に上述のようなデバイス構造の受光領域が設けられた受光素子が作製されている。ここで、低温堆積された緩衝層を設ける理由は、サファイア基板の結晶成長面の格子間隔と、受光領域の形成に係るＡｌＧａＮの格子間隔との間の格子不整合を緩和し、格子不整合により発生し得る受光領域中の欠陥を少なくさせることにある。
【０００７】
また、基板とデバイス構造との間に単層の緩衝層を設けるのではなく、複数の緩衝層を設ける方法もある。例えば、サファイア基板上に、ＡｌＮからなる低温堆積緩衝層と、ＧａＮからなる結晶改善層と、ＡｌＮからなる低温堆積中間層という多層の下地構造を設け、その上にデバイス構造を設けることで、単層の緩衝層を設けた場合以上に、基板と受光領域との間の格子不整合を緩和することが可能となっている。但し、何れの場合もｐ型ＡｌＧａＮはピットが発生しがちで、ｐ型ＡｌＧａＮのドーパントとして使用されるＭｇのメモリー効果（成膜中、Ｍｇ供給ラインを切断しても、配管中の残留Ｍｇが供給されてしまうこと）によって、ｐ型ＡｌＧａＮの上層にｎ型ＡｌＧａＮを成長させるとｎ型ＡｌＧａＮの品質が低下しがちである。他方で、ｎ型ＡｌＧａＮを先に成長させた場合は、Ｍｇによる上述の問題が存在しないため、全体として良好な多層膜を構成できる。更に、実用的な電気特性を有するｐ型ＡｌＧａＮはＡｌＮ組成２０％周辺以下が限界であり、ＡｌＮ組成２０％以上に対応するカットオフ波長を有する短波長の紫外線受光素子や火炎センサを構成する場合、受光領域（Ｉ層や空忙層）のＡｌＮ組成よりも、ｐ型ＡｌＧａＮのＡｌＮ組成は小さくなりがちである。このため、微弱光を検出する受光素子や火炎センサでは、受光面積を大きく確保し、且つｐ層をクラックフリーにすることが求められるが、このためにはＰ層に圧縮応力をかけることが必要となり、短波長の紫外線受光素子（Ｉ層がＡｌＮモル分率２０％以上）の場合には、Ｉ層やＮ層のＡｌＮモル分率をＰ層よりも高くせざるを得ない。このため、まずｎ型ＡｌＧａＮを堆積させ、その上方にｐ型ＡｌＧａＮを堆積させるという積層構造が採られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した多層の下地構造を採用し、基板と受光領域との間の格子不整合を緩和した場合であっても、受光領域の形成に係る半導体層中の欠陥密度を十分には低減させることができない。また、受光領域よりも長波長側に吸収端を有するＧａＮを含む厚い下地構造が受光領域の下方、つまり基板側に存在するため、それを避けて光入射面を受光素子の上面に設定することが必要である。しかし、上述のように、受光領域の上方にはｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．２）層が存在するため、受光領域に到達すべき光（例えば、火炎の光などの紫外光）がそのｐ型層によって吸収されるという問題があり、更に、三元混晶化合物であるＡｌＧａＮの組成ずれによるＧａＮの吸収端の感度が波長約３６０ｎｍ付近に現われ易いという問題があることから、従来型の受光素子には素子の高感度化に限界が存在する。
【０００９】
他方で、上述した単層の下地構造を採用した場合には、光損失の原因となる厚い下地構造は受光領域の下方に存在しないものの、基板の結晶成長面の格子間隔と受光領域の形成に係る窒化物半導体の格子間隔との間の格子不整合の緩和が不十分であることから、受光領域の形成に係る窒化物半導体中の欠陥密度が高く、上述した暗電流の問題や、光キャリアのトラップの問題が解決されない。
【００１０】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、受光素子の下面から光を入射させることができ、且つ基板の結晶成長面の格子間隔と受光領域の形成に係る窒化物半導体の格子間隔との間の格子不整合の問題が改善された紫外線受光素子を提供する点にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明に係る紫外線受光素子の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載の如く、基板上に、ＡｌＮ層と、ｎ型窒化物半導体層と、単数または複数の窒化物半導体層とが順次堆積して形成され、一対の電極に挟まれる前記ｎ型窒化物半導体層および前記単数または複数の窒化物半導体層の内の単数または複数の半導体層が受光領域として作用し、前記ＡｌＮ層が、原料を前記基板の近傍に搬送するキャリアガス中の窒素の分圧を５０％以上とし、基板表面温度を１２００℃以上に設定した気相成長法を用いて堆積される点にある。
【００１２】
上記課題を解決するための本発明に係る紫外線受光素子の第二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載の如く、上記第一の特徴構成に加えて、前記単数または複数の窒化物半導体層が、前記ｎ型窒化物半導体層と共にＰＮ接合型ダイオードを構成するｐ型窒化物半導体層を有する点にある。
【００１３】
上記課題を解決するための本発明に係る紫外線受光素子の第三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項３に記載の如く、上記第一の特徴構成に加えて、前記単数または複数の窒化物半導体層が、前記ｎ型窒化物半導体層と共にＰＩＮ接合型ダイオードを構成するｉ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを有する点にある。
【００１４】
上記課題を解決するための本発明に係る紫外線受光素子の第四の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項４に記載の如く、上記第一の特徴構成に加えて、前記単数または複数の窒化物半導体層が、前記ｎ型窒化物半導体層上に堆積され、前記電極の一方と共にショットキーダイオードを構成するｉ型窒化物半導体層またはｎ−型窒化物半導体層を有する点にある。
【００１５】
上記課題を解決するための本発明に係る紫外線受光素子の第五の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項５に記載の如く、上記第二または第三の特徴構成に加えて、前記ｎ型窒化物半導体層がｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．３≦ｘ≦１）を含み、前記ｐ型窒化物半導体層がｐ−ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０．２≦ｙ≦１）を含む点にある。
【００１６】
上記課題を解決するための本発明に係る紫外線受光素子の第六の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項６に記載の如く、上記第五の特徴構成に加えて、前記ｐ型窒化物半導体層が超格子構造である点にある。
【００１７】
上記課題を解決するための本発明に係る紫外線受光素子の第七の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項７に記載の如く、上記第三または第四の特徴構成に加えて、前記ｉ型窒化物半導体層がｉ−ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０．２≦ｚ≦１）を含む点にある。
【００１８】
上記課題を解決するための本発明に係る紫外線受光素子の第八の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項８に記載の如く、上記第四の特徴構成に加えて、前記ｎ−型窒化物半導体層がｎ−−ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０．２≦ｚ≦１）を含む点にある。
【００１９】
上記課題を解決するための本発明に係る紫外線受光素子の第九の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項９に記載の如く、上記第二、第三、第五、第六の何れかの特徴構成に加えて、前記電極の一方が、前記ｐ型窒化物半導体層上方にコンタクト層を介して形成された金属電極を用いて構成される点にある。
【００２０】
上記課題を解決するための本発明に係る紫外線受光素子の第十の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１０に記載の如く、上記第一から第九の何れかの特徴構成に加えて、前記受光領域の形成に係る前記単数または複数の半導体層が、原料を所定の結晶成長面の近傍に搬送するキャリアガスとして水素を用いる気相成長法を用いて堆積される点にある。
【００２１】
上記課題を解決するための本発明に係る紫外線受光素子の第十一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１１に記載の如く、上記第一から第十の何れかの特徴構成に加えて、前記ＡｌＮ層が、原料を前記基板の近傍に搬送するキャリアガス中の窒素の分圧を１００％に設定した気相成長法を用いて堆積される点にある。
【００２２】
上記課題を解決するための本発明に係る紫外線受光素子の第十二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１２に記載の如く、上記第一から第十一の何れかの特徴構成に加えて、前記基板が、検出対象光を透過させる光透過性の基板であり、前記基板を透過した前記検出対象光が前記受光領域に入射される点にある。
【００２３】
上記課題を解決するための本発明に係る紫外線受光素子の第十三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１３に記載の如く、上記第十二の特徴構成に加えて、前記基板がサファイアである点にある。
【００２４】
上記課題を解決するための本発明に係る紫外線受光素子の第十四の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１４に記載の如く、上記第一から第十三の何れかの特徴構成に加えて、前記ＡｌＮ層が０．３μｍ以上の厚さに堆積される点にある。
【００２５】
上記課題を解決するための本発明に係る紫外線受光素子の第十五の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１５に記載の如く、上記第一から第十四の何れかの特徴構成に加えて、前記電極の一方が、前記ｎ型窒化物半導体層上に形成されたＺｒＢ２を用いて構成される点にある。
【００２６】
上記課題を解決するための本発明に係る火炎センサの特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１６に記載の如く、上記第一から第十五の何れかの特徴構成に加えて、請求項１から請求項１５の何れか１項に記載の紫外線受光素子を用いた点にある。
【００２７】
以下に作用並びに効果を説明する。
本発明に係る紫外線受光素子の第一の特徴構成によれば、基板上に、ＡｌＮが、原料を基板の結晶成長面の近傍に搬送するキャリアガス中の窒素の分圧を５０％以上とし、基板表面温度を１２００℃以上に設定した気相成長法を用いて堆積されることで、表面に欠陥が少なく、上記ｎ型窒化物半導体層にとっての良好な結晶成長面（ＡｌＮ層の表面）を得ることができ、その結果、ＡｌＮ層上に堆積するｎ型窒化物半導体の結晶品質を良好なものとすることができる。よって、得られた紫外線受光素子は、暗電流のレベルが小さく、且つ受光領域において発生した光キャリアが欠陥準位にトラップされる確率が低いという良好な特性を有したものとなる。従って、微弱な光の照射を受けた場合であっても、その光の存在を感度良く検知することができる紫外線受光素子を提供することができる。更に、ＡｌＮは紫外線を透過するので、光透過性の基板と併用した場合には基板側からの受光が可能であり、受光領域の形成に係る半導体層に対して、結晶品質が良好であり、受光領域にとっての窓層として作用するｎ型窒化物半導体層側から大きな強度の光を入射させることができる。
【００２８】
本発明に係る紫外線受光素子の第二の特徴構成によれば、ｎ型窒化物半導体層上にｐ型窒化物半導体層が堆積されることで形成されるＰＮ接合型ダイオードによってフォトダイオードを構成することができる。
【００２９】
本発明に係る紫外線受光素子の第三の特徴構成によれば、ｎ型窒化物半導体層上にｉ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とが堆積されることで形成されるＰＩＮ接合型ダイオードによってフォトダイオードを構成することができる。
【００３０】
本発明に係る紫外線受光素子の第四の特徴構成によれば、ｎ型窒化物半導体層上に堆積されたｉ型窒化物半導体層またはｎ―型窒化物半導体層が、上記電極の一方と共にショットキーダイオードを構成し、それをフォトダイオードとして用いることができる。
【００３１】
本発明に係る紫外線受光素子の第五の特徴構成によれば、ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．３≦ｘ≦１）と、ｐ−ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０．２≦ｙ≦１）を含むことで、ｎ−ＡｌＧａＮ層ではカットオフ波長を約２９０ｎｍ〜約２００ｎｍの間に調整することができ、ｐ−ＡｌＧａＮ層ではカットオフ波長を約３１１ｎｍ〜約２００ｎｍの間に調整することができる。その結果、例えば、ｐ−ＡｌＧａＮ層のカットオフ波長よりもｎ−ＡｌＧａＮ層のカットオフ波長の方を短波長側に設定した場合には、ｎ−ＡｌＧａＮ層を、ｐ−ＡｌＧａＮ層に入射する光の窓層として利用することができる。
【００３２】
本発明に係る紫外線受光素子の第六の特徴構成によれば、超格子構造を採用することで、ｐ−ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０．２≦ｙ≦１）においてアルミニウム組成比ｙを大きくした場合であっても、結晶品質の良好な膜を得ることができる。
【００３３】
本発明に係る紫外線受光素子の第七の特徴構成によれば、ｉ−ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０．２≦ｚ≦１）を含むことで、そのカットオフ波長を約３１１ｎｍ〜約２００ｎｍの間に調整することができる。その結果、例えば、約３１１ｎｍ以上の光を透過させ、それ以下の光を吸収するｉ型窒化物半導体層を得ることができる。
【００３４】
本発明に係る紫外線受光素子の第八の特徴構成によれば、ｎ−−ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０．２≦ｚ≦１）を含むことで、そのカットオフ波長を約３１１ｎｍ〜約２００ｎｍの間に調整することができる。その結果、例えば、約３１１ｎｍ以上の光を透過させ、それ以下の光を吸収するｎ−型窒化物半導体層を得ることができる。
【００３５】
本発明に係る紫外線受光素子の第九の特徴構成によれば、上記ｐ型窒化物半導体層上にコンタクト層を設け、その上に電極が形成されるので、ｐ型窒化物半導体層と電極との間の電気的な特性をオーミックなものとすることができる。
【００３６】
本発明に係る紫外線受光素子の第十の特徴構成によれば、上記受光領域の形成に係る半導体層が、その原料を結晶成長面の近傍に搬送するキャリアガスとして水素を用いる気相成長法を用いて堆積されるので、得られた膜中に残存し、不純物として作用する酸素の量を低いレベルにまで低減させることができる。
【００３７】
本発明に係る紫外線受光素子の第十一の特徴構成によれば、基板上に、原料を基板の結晶成長面の近傍に搬送するキャリアガス中の窒素の分圧を１００％とし、基板表面温度を１２００℃以上に設定した気相成長法を用いて、表面に欠陥が少なく、上記ｎ型窒化物半導体層にとっての良好な結晶成長面（ＡｌＮ層の表面）を有するＡｌＮ層を堆積させることができる。
【００３８】
本発明に係る紫外線受光素子の第十二の特徴構成によれば、基板が、検出対象光を透過させる光透過性の基板であることで、その検出対象光の光強度が減衰されることなしに受光領域で吸収される紫外線受光素子を提供することができる。同時に、ＡｌＮも紫外線を透過するので、受光領域の形成に係る半導体層に対して、結晶品質の良好なｎ型窒化物半導体層側から、基板とＡｌＮ層を透過した大きな強度の光を入射させることができる。
【００３９】
本発明に係る紫外線受光素子の第十三の特徴構成によれば、サファイア基板を用いることで、基板に紫外線を透過させることができ、且つ窒化物半導体層を成長させることができる。
【００４０】
本発明に係る紫外線受光素子の第十四の特徴構成によれば、ＡｌＮ層が０．３μｍ以上の厚さに堆積されることで、表面に欠陥が少なく、上記ｎ型窒化物半導体層の成長に適したＡｌＮ層を得ることができる。
【００４１】
本発明に係る紫外線受光素子の第十五の特徴構成によれば、上記ｎ型窒化物半導体層上に形成される電極がＺｒＢ２を用いて構成されるので、ｎ型窒化物半導体と電極との間の電気的な特性をオーミックなものとすることができる。
【００４２】
本発明に係る火炎センサの特徴構成によれば、上記紫外線受光素子の第一から第十四の特徴構成によるのと同様に、暗電流のレベルが小さく、微弱な火炎の光の照射を受けた場合であっても、その光の存在を感度良く検出することができる火炎センサを得ることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
図１に例示するのは有機金属気相成長法を用いた半導体成長装置の模式図である。
この半導体成長工程においては、原料タンク４に収容された液体の有機化合物がバブラによって気化されて、チャンバ５内部へ搬送される。ここで、原料を搬送するキャリアガスは、キャリアガスタンク１からバルブＶ１、Ｖ２でその流量が調整されて供給される。更に、キャリアガス中に含まれる酸素や水分などの不純物を除去するために、ガス管２の途中にガス純化手段３を設け、チャンバ５内部に酸素や水分が供給されないような対策が施されている。また、原料が気体である場合には、原料タンク８からバルブＶ５で供給量を調整しつつ、チャンバ５に直接供給することもできる。
【００４４】
尚、図１には原料タンク４および原料タンク８を１つずつしか図示していないが、原料またはドーパントが複数必要な場合には、原料タンク４および原料タンク８を複数個接続すればよい。また、チャンバ５へ供給される原料の量を調整する場合には、バルブＶ３の開度を調整すればよい。更に、バルブＶ３を経由してチャンバ５へ供給される原料を希釈する場合には、バルブＶ４の開度を調整すればよい。キャリアガスは原料に対して不活性なガスが使用され、代表的なキャリアガスとしては水素ガスや窒素ガスがある。また、複数のガスを混合してキャリアガスを構成しても構わない。
【００４５】
また、ガス純化手段３の具体的な例としては、パラジウム膜を備えて構成された水素透過膜などがあり、これは金属パラジウム膜に水素ガス（キャリアガス）を流した際に、分子の大きさの小さい水素ガスだけが選択的にパラジウム膜を通過できるという特性を利用したものである。金属パラジウム膜などの水素透過膜を備えたガス純化手段３に、水素ガスからなるキャリアガスを通過させることで、水素ガス中に含まれる酸素や水などの他の原子および分子が除去され、ガス純化手段３以後のガス管２における不純物濃度を、非常に低いレベルにまで低減させることができる。その結果、不純物含有量が少ない膜を堆積することができる。
【００４６】
チャンバ５に供給された原料は、チャンバ５に設けられた原料活性化手段（図示せず）によって活性化された後、基板ホルダ６上に設置された基板７の表面（結晶成長面）に堆積する。原料活性化手段の例としては加熱手段、プラズマ発生手段、光照射手段など、原料にエネルギを与える様々な手段が使用される。また、上述の原料活性化手段とは別に、基板ホルダ６に基板温度調整手段（図示せず）が設けられており、基板７の温度を調整することができるように構成されている。
【００４７】
以上のような半導体成長装置を使用して、以下に説明するような素子構造の紫外線受光素子が作製される。
図２に示す紫外線受光素子は、基板１０上に、ＡｌＮ層１１と、ｎ型窒化物半導体層１２と、受光領域として作用するｉ型窒化物半導体層１３と、ｐ型窒化物半導体層１４と、コンタクト層１５とが順次堆積され、コンタクト層１５とｐ型窒化物半導体層１４とｉ型窒化物半導体層１３とｎ型窒化物半導体層１２とを部分的にドライエッチングにより除去することで露出されたｎ型窒化物半導体層１２の表面に電極１６を形成し、コンタクト層１５の表面に電極１７を形成することで得られる。
【００４８】
具体的には、基板１０はサファイアであり、ｎ型窒化物半導体層１２は単結晶のｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）（厚さ１μｍ）であり、ｉ型窒化物半導体層１３はアンドープの単結晶ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）（厚さ０．１〜０．２μｍ）であり、ｐ型窒化物半導体層１４は単結晶のｐ−ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）（厚さ８０ｎｍ）であり、コンタクト層１５はｐ−ＧａＮ（厚さ２０ｎｍ）である。また、電極１６にはｎ型窒化物半導体層１２との間でオーミックな接触を形成することのできる材料としてＺｒＢ２を用い、電極１７にはコンタクト層１５との間でオーミックな接触を形成することのできる材料としてＡｌ、Ａｕ、Ｎｉ等の金属電極を用いる。
【００４９】
尚、本実施形態において説明する幾つかの紫外線受光素子の例では、ｐ型窒化物半導体層と電極１７との間の電気的な特性をオーミックなものとするためにコンタクト層１５を介在させたのであり、ｐ型窒化物半導体層１４と電極１７との間の電気的な特性がオーミックなものとなるのであればコンタクト層１５を設けなくても構わない。また、コンタクト層１５をｐ−ＧａＮ以外の材料で構成することもでき、例えば、ｐ−ＡｌＧａＮや数ｎｍ〜２０ｎｍ程度のｎ−ＡｌＧａＮ（トンネル層）で構成することもできる。或いは、必ずしもｐ型窒化物半導体層１４と電極１７との間の電気的な特性をオーミックな状態とする必要はない。例えば、電極１７とコンタクト層１５との間の空乏層と、受光領域（空乏領域）とが互いに干渉しないのであれば、電極１７とコンタクト層１５との間にショットキー接合が形成されていたとしても紫外線受光素子としての性能を発揮させることができる。尚、電極１６として用いるＺｒＢ２の上部にＡｌ、Ａｕ、Ｎｉ等の単層または複数層の金属を堆積させて、ＺｒＢ２を保護するように構成することもできる。
【００５０】
また、図２に例示した紫外線受光素子においては、基板１０側から照射された光が、基板１０、ＡｌＮ層１１、およびｎ型窒化物半導体層１２を透過した後、受光領域として作用するｉ型窒化物半導体層１３に入射することになる。本実施形態では、基板１０の材料に光透過性の良好なサファイアを使用し、ＡｌＮ層１１の吸収端もｉ−ＡｌＧａＮ層１３よりも短波長側にあることで、検出対象とする波長範囲の光を基板１０側から受光領域へ入射させることのできる紫外線受光素子を構成することができる。尚、受光領域の形成に係る半導体層を堆積させる際には、特にキャリアガスとして水素を用いる気相成長法を実施することで、堆積される膜中に混入する不純物の量を低減することができる。
【００５１】
次に、上述の各窒化物半導体層の成長方法について説明する。
まず、ＡｌＮ層１１は、アルミニウム原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）やトリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）を使用し、窒素原料としてはアンモニア（ＮＨ３）を使用し、それらの原料をチャンバ５に供給して基板上に堆積させる。その際の基板表面温度は１２００℃〜１６００℃である。ここで、ＡｌＮ層１１は、キャリアガス中の窒素ガスの分圧を５０％以上に設定した有機金属気相成長法を用いて０．３μｍ以上の厚さに堆積されており、本実施形態ではキャリアガス中の窒素ガスの分圧を１００％に設定した有機金属気相成長法を用いて堆積を行っている。ここで、その窒素ガスに他のガスが混入したとしても、窒素ガスの分圧が実質的に１００％であると見なすことができれば問題はない。
【００５２】
このような条件でＡｌＮの堆積を行うことで、表面の結晶状態が良好なＡｌＮ膜が得られる。その理由としては、厚くなるにつれて転位が結合するなどして結晶品質の自己改善が行われるためであると推定されている。このように、厚く堆積されるほどその表面の結晶品質が良好になると考えられるため、ＡｌＮ層の厚さを０．５μｍ以上に堆積させてもよい。また、基板表面温度も、ＡｌＮの成長に好ましい温度（例えば、１３００℃）に設定してもよい。
【００５３】
ｎ型窒化物半導体層１２、ｉ型窒化物半導体層１３、ｐ型窒化物半導体層１４、およびコンタクト層１５は、アルミニウム原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）やトリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）を使用し、ガリウム原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を使用し、窒素原料としてはアンモニア（ＮＨ３）を使用し、それらの原料をチャンバ５に供給して基板上に堆積させる。ここで、受光領域の形成に係るｉ型窒化物半導体層１３の成膜工程においては、キャリアガスを窒素ガスから水素ガス（キャリアガス中の分圧が１００％（窒素ガスの場合と同様に、他のガスが微量に混入することもあり得る））に切り換えて成長させている。キャリアガスの切り換えを行う際には、ガス管２内を水素ガスでパージした後で原料を流すような手順を踏むことが好ましい。また、ＡｌＮ層１１およびｉ型窒化物半導体層１３以外の層を成長させる際に使用されるキャリアガスについては特に限定されない。ドーパントとしてはシランガスなどが使用される。また、堆積される化合物の組成を調整する場合には、チャンバに供給される原料の量を調整すればよい。
【００５４】
次に、紫外線受光素子の特性について説明する。
図３に示すのはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）においてアルミニウム組成比ｘとバンドギャップエネルギ：Ｅｇ（ｅＶ）との一般的な関係を示すグラフである。図示するように、堆積されるＡｌｘＧａ１−ｘＮのアルミニウム組成比ｘを調整することで、受光領域として作用するｉ型窒化物半導体層１３のバンドギャップエネルギを調整可能であり、その結果、図２に例示したようなＰＩＮ接合型の紫外線受光素子において、所定の波長にカットオフ波長を設定することができる。
【００５５】
図４に示すのは、メタンを燃焼させた際に発生する火炎の発光スペクトルと、太陽光のスペクトルと、照明機器などによる室内光のスペクトルである。火炎の発光スペクトルにはＯＨラジカルの発光に起因する３１０ｎｍ付近のピークが最も大きく見られ、そのピークのすそが波長約３４０ｎｍ付近にまで広がっている。また、短波長側には波長約２７０ｎｍ付近の小さなピークと、波長約２８０ｎｍ〜波長約３００ｎｍに見られるピークとが存在する。従って、火炎の発光のみを感度良く検出するためには、紫外線受光素子において吸収される光に含まれる火炎の光強度をできるだけ大きくし、逆に吸収される光に含まれる太陽光および室内光の光強度をできるだけ小さくすればよい。例えば、吸収される光に含まれる火炎の光強度の割合を大きくするために、上述したピーク波長付近に受光層のバンドギャップエネルギを設定すること、或いは、紫外線受光素子の光入射側に光フィルタを装着して太陽光や室内光を遮断することなどが行われる。尚、ここに記載した火炎の発光スペクトルにおけるピーク波長の値は燃焼されるガスの成分などによってシフトすることもある。
【００５６】
以下に、火炎の光を検出対象光とした場合の紫外線受光素子（火炎センサ）において、各窒化物半導体層のバンドギャップエネルギについて説明する。
まず、ｉ型窒化物半導体層１３（ＡｌｚＧａ１−ｚＮ：０≦ｚ≦１）のバンドギャップエネルギを所望の値に設定するために、そのアルミニウム組成比ｚを調整することが行われる。例えば、波長約３４４ｎｍ以下の波長域に広がる検出対象波長域にある火炎の光を選択的に受光することのできる火炎センサを作製したい場合には、受光領域（ｉ型窒化物半導体層１３）のバンドギャップエネルギが３．６ｅＶ以上となることで、３．６ｅＶ以上のエネルギを有する光が選択的に吸収されるように、アルミニウム組成比ｚ＝０．０５、或いはそれ以上となるように成膜される。或いは、約３００ｎｍ以上の波長域に含まれる、各種照明機器からの光（室内光）を受光せずに、検出対象波長域にある火炎の光を受光するような火炎センサを作製したい場合には、受光領域（ｉ型窒化物半導体層１３）のバンドギャップエネルギが４．１ｅＶ以上となることで、４．１ｅＶ以上のエネルギを有する光が選択的に吸収されるように、アルミニウム組成比ｚ＝０．２５、或いはそれ以上となるように成膜される。また或いは、約２８０ｎｍ以上の波長域に含まれる、太陽光からの光を受光せずに、検出対象波長域にある火炎の光のみを受光するような火炎センサを作製したい場合には、受光領域（ｉ型窒化物半導体層１３）のバンドギャップエネルギが４．４ｅＶ以上となることで、４．４ｅＶ以上のエネルギを有する光が選択的に吸収されるように、アルミニウム組成比ｚ＝０．３７、或いはそれ以上となるように成膜される。
【００５７】
或いは、弱い光強度であれば太陽光などの外乱光が受光領域において吸収されても構わない場合には、受光領域（ｉ型半窒化物導体層１３）のバンドギャップエネルギが４．３ｅＶ以上（波長約２９０ｎｍ以下）となることで、４．３ｅＶ以上のエネルギを有する光が選択的に吸収されるように、アルミニウム組成比ｚ＝０．３１、或いはそれ以上となるように成膜される。波長約２９０ｎｍ以下では図４に示すようにそれらの外乱光の光強度が非常に小さくなり、他方で火炎の光は大きいので、結果として火炎の光が存在することを検知することができる。
【００５８】
更に、火炎センサとして使用される紫外線受光素子が給湯器内部やエンジン内部などの閉鎖空間に設置され、そこでの火炎の発光を検出したい場合には、上述した室内光や太陽光が存在しないため、それらの存在を考慮する必要はない。そのため、検出対象波長域にある火炎の光の中でも特に炭化水素を含む化合物（都市ガスに含まれるメタンや、エンジンで燃焼される燃料）を燃焼させた場合に観測されるＯＨラジカルの発光に起因する発光ピーク（波長約３１０ｎｍ（３１０ｎｍ±１０ｎｍ）：４．０ｅＶ）の光を選択的に受光することのできる紫外線受光素子を作製する場合には、受光領域のバンドギャップエネルギを４．０ｅＶ付近に設定し、約４．０ｅＶ以下のエネルギを有する光が選択的に吸収されるように、アルミニウム組成比ｘ＝０．２３以下となるように成膜すればよい。
【００５９】
また、受光領域のバンドギャップエネルギを調整するだけでなく、受光領域の光入射面側（本実施形態では基板側）に配置される半導体層のバンドギャップエネルギが、受光領域のバンドギャップエネルギ以上であるように構成し、光損失の少ない窓層として作用させることも行われる。言い換えると、ｎ型窒化物半導体層１２のバンドギャップエネルギを、受光領域として作用するｉ型窒化物半導体層１３のバンドギャップエネルギ以上に設定したヘテロ構造を採用することで、ｉ型窒化物半導体層１３で吸収されるべき波長範囲の光が、ｎ型窒化物半導体層１２で光吸収や光散乱などによる光損失を被らないように設計することができる。例えば、ｎ型窒化物半導体層（ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）１２のアルミニウム組成比ｘ＝０．３とした場合には、波長約２９０ｎｍ以上の光をｉ型窒化物半導体層１３側に良好に透過させることができる。更に、ｎ型窒化物半導体層１２においては、波長約２９０ｎｍよりも短い波長の光を吸収するため、ｉ型窒化物半導体層（ＡｌｚＧａ１−ｚＮ）１３のアルミニウム組成比をｚ＝０．２とした場合には、ｉ型窒化物半導体層１３において波長約２９０ｎｍ〜約３１０ｎｍの光を選択的に吸収する紫外線受光素子が得られる。ここで、ｎ型窒化物半導体層（ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）１２のアルミニウム組成比は０．３≦ｘ≦１であることが好ましく、ｉ型窒化物半導体層（ｉ−ＡｌｚＧａ１−ｚＮ）１３のアルミニウム組成比は０．２≦ｚ≦１であることが好ましく、ｐ型窒化物半導体層（ｐ−ＡｌｙＧａ１−ｙＮ）１４のアルミニウム組成比は０．２≦ｙ≦１であることが好ましい。
【００６０】
上述のように、受光領域の形成に係る半導体層のバンドギャップエネルギと、それよりも光入射面側に配置される半導体層のバンドギャップエネルギとを調整することで、所定の波長範囲の光を選択的に吸収し、光キャリアを発生させる紫外線受光素子を作製することができる。このような紫外線受光素子の応用例としては、ＵＶ−Ａ（波長３１５ｎｍ〜波長４００ｎｍ）、ＵＶ−Ｂ（波長２８０ｎｍ〜波長３１５ｎｍ）、ＵＶ−Ｃ（波長２８０ｎｍ〜波長１００ｎｍ）といった波長範囲に存在する紫外線の強度を測定するための素子が挙げられる。
【００６１】
例えば、ＵＶ−Ｂの光を選択的に検出する紫外線受光素子を作製する場合には、ｎ型窒化物半導体層１２のバンドギャップエネルギをＵＶ−Ｂの短波長端である約４．４ｅＶ（波長２８０ｎｍ）に設定し、受光領域の形成に係るｉ型窒化物半導体層１３のバンドギャップエネルギをＵＶ−Ｂの長波長端である約３．９ｅＶ（波長３１５ｎｍ）に設定すればよい。上述の条件は、ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮのアルミニウム組成比ｘを約０．３５とし、ｉ−ＡｌｚＧａ１−ｚＮのアルミニウム組成比ｚを約０．１９とすることで満たされる。つまり、ＵＶ−Ｂの波長範囲である３５ｎｍの範囲の光を選択的に検出するためには、ｘ＝ｚ＋０．１６となるように各アルミニウム組成比ｘ、ｚを調整すればよい。
【００６２】
次に、図５に示すのはＰＮ接合フォトダイオード型の紫外線受光素子の断面図であり、基板１０上に、ＡｌＮ層１１と、ｎ型窒化物半導体層１２と、ｐ型窒化物半導体層１４と、コンタクト層１５とが順次堆積され、コンタクト層１５とｐ型窒化物半導体層１４とｎ型窒化物半導体層１２とを部分的にドライエッチングにより除去することで露出されたｎ型窒化物半導体層１２の表面に電極１６を形成し、コンタクト層１５の表面に電極１７を形成することで得られる。図２に例示した紫外線受光素子との違いは、この紫外線受光素子ではＰＮ接合の界面に形成される空乏層が受光領域として作用することである。
【００６３】
具体的には、基板１０はサファイアであり、ｎ型窒化物半導体層１２は単結晶のｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）（厚さ１μｍ）であり、ｐ型窒化物半導体層１４は単結晶のｐ−ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）（厚さ８０ｎｍ）であり、コンタクト層１５はｐ−ＧａＮ（厚さ２０ｎｍ）である。また、電極１６にはｎ型窒化物半導体層１２との間でオーミックな接触を形成することのできる材料としてＺｒＢ２を用い、電極１７にはコンタクト層１５との間でオーミックな接触を形成することのできる材料としてＡｌ、Ａｕ、Ｎｉ等の金属電極を用いる。尚、本実施形態においても同様に、ｐ型窒化物半導体層１４と電極１７との間の電気的な特性をオーミックなものとするためにコンタクト層１５を介在させたのであり、ｐ型窒化物半導体層１４と電極１７との間の電気的な特性がオーミックなものとなるのであればコンタクト層１５を設けなくても構わない。或いは、必ずしもｐ型窒化物半導体層１４と電極１７との間の電気的な特性をオーミックな状態とする必要はない。例えば、電極１７とコンタクト層１５との間の空乏層と、受光領域（空乏領域）とが互いに干渉しないのであれば、電極１７とコンタクト層１５との間にショットキー接合が形成されていたとしても紫外線受光素子としての性能を発揮させることができる。尚、電極１６として用いるＺｒＢ２の上部にＡｌ、Ａｕ、Ｎｉ等の単層または複数層の金属を堆積させて、ＺｒＢ２を保護するように構成することもできる。
【００６４】
受光領域の形成に係る半導体層のバンドギャップエネルギの調整については、図２を参照して説明したのと同様に、検出対象とする光の波長に応じてｎ型窒化物半導体層（ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）１２およびｐ型窒化物半導体層（ｐ−ＡｌｙＧａ１−ｙＮ）１４のアルミニウム組成比ｘ、ｙを調整して行うことができる。各半導体層の成長方法は上述したのと同様である。
【００６５】
図６に示すのはショットキーダイオード型の紫外線受光素子の断面図であり、基板１０上に、ＡｌＮ層１１と、ｎ型窒化物半導体層１２と、受光領域として作用するｉ型窒化物半導体層１３が順次堆積され、ｉ型窒化物半導体層１３とｎ型窒化物半導体層１２とを部分的にドライエッチングにより除去することで露出されたｎ型窒化物半導体層１２の表面に電極１６を形成し、ｉ型窒化物半導体層１３の表面に電極１７を形成することで得られる。ここで、高抵抗のｉ型窒化物半導体層１３と電極１７との間にはショットキー接合が形成されている。
【００６６】
具体的には、基板１０はサファイアであり、ｎ型窒化物半導体層１２は単結晶のｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）（厚さ１μｍ）であり、ｉ型窒化物半導体層１３はアンドープの単結晶ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）（厚さ０．１〜０．２μｍ）である。また、電極１６にはｎ型窒化物半導体層１２との間でオーミックな接触を形成することのできる材料としてＺｒＢ２を用いている。そして、電極１７にはｉ型窒化物半導体層１３との間でショットキー接合を形成することのできる材料としてＡｌ、Ａｕ、Ｎｉ等の金属電極を用いることができる。
【００６７】
受光領域の形成に係るｉ型窒化物半導体層１３のバンドギャップエネルギの調整については、図２を参照して説明したのと同様に、検出対象とする光の波長に応じてアルミニウム組成比を調整することで達成される。また、窓層として作用するｎ型窒化物半導体層１２のバンドギャップエネルギを調整することも同様に行ってもよい。各半導体層の成長方法は上述したのと同様である。更に、ｉ型窒化物半導体層１３の代わりに、ｎ型窒化物半導体層１２よりも高抵抗なｎ−型窒化物半導体層（例えば、ｎ―−ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦１））を用い、そのｎ−型窒化物半導体層を受光領域として作用させることもできる。ｎ−型窒化物半導体層のバンドギャップエネルギの調整については、ｉ型窒化物半導体層１３の場合と同様である。
【００６８】
図７に示すのは、図２で例示した場合のｐ型窒化物半導体層１４が超格子構造で作製された場合の素子構造例であり、基板１０上に、ＡｌＮ層１１と、ｎ型窒化物半導体層１２と、受光領域として作用するｉ型窒化物半導体層１３と、超格子構造のｐ型窒化物半導体層１８と、コンタクト層１５とが順次堆積され、コンタクト層１５とｐ型窒化物半導体層１８とｉ型窒化物半導体層１３とｎ型窒化物半導体層１２とを部分的にドライエッチングにより除去することで露出されたｎ型窒化物半導体層１２の表面に電極１６を形成し、コンタクト層１５の表面に電極１７を形成することで得られる。
【００６９】
具体的には、基板１０はサファイアであり、ｎ型窒化物半導体層１２は単結晶のｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）（厚さ１μｍ）であり、ｉ型窒化物半導体層１３はアンドープの単結晶ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）（厚さ０．１〜０．２μｍ）であり、超格子構造のｐ型窒化物半導体層１８はｐ−ＧａＮ層１８ａ（厚さ３ｎｍ）とＡｌＮ層１８ｂ（厚さ２ｎｍ）とが交互に複数層堆積された層であり、コンタクト層１５はｐ−ＧａＮ（厚さ２０ｎｍ）である。また、電極１６にはｎ型窒化物半導体層１２との間でオーミックな接触を形成することのできる材料としてＺｒＢ２を用い、電極１７にはコンタクト層１５との間でオーミックな接触を形成することのできる材料としてＡｌ、Ａｕ、Ｎｉ等の金属電極を用いる。
【００７０】
図中では例示目的のため、ｐ−ＧａＮ層１８ａとＡｌＮ層１８ｂとを２層ずつしか描いていないが、ｐ型窒化物半導体層１８をｐ−ＧａＮ層１８ａ（厚さ３ｎｍ）とＡｌＮ層１８ｂ（厚さ２ｎｍ）とを１６層ずつ交互に堆積させた場合には、得られる超格子構造のｐ型窒化物半導体層１８を厚さが８０ｎｍのｐ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎ層と見なすことができる。従って、ｉ型窒化物半導体層１３に隣接するｐ型窒化物半導体層１８のバンドギャップエネルギを約４．５ｅＶに設定することができるので、ｉ型窒化物半導体層１３を含む空乏領域がｐ型窒化物半導体層１８側にまで広がっていたとしても、ｐ型窒化物半導体層１８による感度が、ｉ型半導体層１３による感度を低下させることもない。上述のｐ−ＧａＮ層とＡｌＮ層とが交互に堆積された超格子構造のｐ型窒化物半導体層の代わりに、ｐ−ＡｌＧａＮ層とＡｌＮ層とが交互に堆積された超格子構造のｐ型窒化物半導体層１８や、ｐ−ＡｌＧａＮ層とＡｌＮ層とが交互に堆積された超格子構造のｐ型窒化物半導体層や、ｐ−ＡｌＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とが交互に堆積された超格子構造のｐ型窒化物半導体層などを用いても同様である。
【００７１】
尚、本実施形態では、ｐ型窒化物半導体層１８と電極１７との間の電気的な特性をオーミックなものとするためにコンタクト層１５を介在させたのであり、ｐ型窒化物半導体層１８と電極１７との間の電気的な特性がオーミックなものとなるのであればコンタクト層１５を設けなくても構わない。或いは、必ずしもｐ型窒化物半導体層１８と電極１７との間の電気的な特性をオーミックな状態とする必要はない。例えば、電極１７とコンタクト層１５との間の空乏層と、受光領域（空乏領域）とが互いに干渉しないのであれば、電極１７とコンタクト層１５との間にショットキー接合が形成されていたとしても紫外線受光素子としての性能を発揮させることができる。尚、電極１６として用いるＺｒＢ２の上部にＡｌ、Ａｕ、Ｎｉ等の単層または複数層の金属を堆積させて、ＺｒＢ２を保護するように構成することもできる。
【００７２】
各半導体層のバンドギャップエネルギについては、図２を参照して説明したのと同様に、検出対象とする光の波長に応じて調整することができる。各半導体層の成長方法は上述したのと同様である。
【００７３】
図８に示すのはフォトトランジスタ型の紫外線受光素子の断面図であり、基板１０上に、ＡｌＮ層１１と、ｎ型窒化物半導体層１２（エミッタ）と、超格子構造のｐ型窒化物半導体層１９と、受光領域として作用するｉ型窒化物半導体層２０と、ｎ型窒化物半導体層２１とが順次堆積され、ｎ型窒化物半導体層２１（コレクタ）と、ｉ型窒化物半導体層２０と、ｐ型窒化物半導体層１９と、ｎ型窒化物半導体層１２とを部分的にドライエッチングにより除去することで露出されたｎ型窒化物半導体層１２の表面に電極１６を形成し、ｎ型窒化物半導体層２１の表面に電極１７を形成することで得られる。
【００７４】
具体的には、基板１０はサファイアであり、ｎ型窒化物半導体層１２は単結晶のｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）（厚さ１μｍ）であり、超格子構造のｐ型窒化物半導体層１９はｐ−ＧａＮ層１９ａ（厚さ３ｎｍ）とＡｌＮ層１９ｂ（厚さ２ｎｍ）とが交互に複数層堆積された層であり、ｉ型窒化物半導体層２０はアンドープの単結晶ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）（厚さ０．１〜０．２μｍ）であり、ｎ型窒化物半導体層２１は単結晶のｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）（厚さ１μｍ）である。また、電極１６にはｎ型窒化物半導体層１２との間でオーミックな接触を形成することのできる材料としてＺｒＢ２を用い、電極１７についてもｎ型窒化物半導体層２１との間でオーミックな接触を形成することのできる材料としてＺｒＢ２を用いる。尚、電極１６として用いるＺｒＢ２の上部にＡｌ、Ａｕ、Ｎｉ等の単層または複数層の金属を堆積させて、ＺｒＢ２を保護するように構成することもできる。
【００７５】
図中では例示目的のため、ｐ−ＧａＮ層１９ａとＡｌＮ層１９ｂとを２層ずつしか描いていないが、ｐ型窒化物半導体層１９をｐ−ＧａＮ層１９ａ（厚さ３ｎｍ）とＡｌＮ層１９ｂ（厚さ２ｎｍ）とを１６層ずつ交互に堆積させた場合には、得られる超格子構造のｐ型窒化物半導体層１９を厚さが８０ｎｍのｐ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎ層と見なすことができる。従って、ｉ型窒化物半導体層１３に隣接するｐ型窒化物半導体層１９のバンドギャップエネルギを約４．５ｅＶに設定することができるので、ｉ型窒化物半導体層２０を含む空乏領域がｐ型窒化物半導体層１９側にまで広がっていたとしても、ｐ型窒化物半導体層１９による感度が、ｉ型半導体層２０による感度を低下させることもない。上述のｐ−ＧａＮ層とＡｌＮ層とが交互に堆積された超格子構造のｐ型窒化物半導体層の代わりに、ｐ−ＡｌＧａＮ層とＡｌＮ層とが交互に堆積された超格子構造のｐ型窒化物半導体層１９や、ｐ−ＡｌＧａＮ層とＡｌＮ層とが交互に堆積された超格子構造のｐ型窒化物半導体層や、ｐ−ＡｌＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とが交互に堆積された超格子構造のｐ型窒化物半導体層などを用いても同様である。
【００７６】
各半導体層のバンドギャップエネルギについては、図２を参照して説明したのと同様に、検出対象とする光の波長に応じて調整することができる。各半導体層の成長方法は上述したのと同様である。更に、図８中では超格子構造のｐ型窒化物半導体層１９を用いたが、単層のｐ型窒化物半導体層を用いることもできる。
【００７７】
尚、上述の実施形態では窒化物半導体層としてＡｌＧａＮなどの具体的な化合物名を挙げて紫外線受光素子の特性の説明を行ったが、その特性が確保されているならば各窒化物半導体層には他の元素が含まれていても構わない。例えば、ＡｌＧａＮにＩｎが含まれたＩｎＡｌＧａＮを用いて窒化物半導体層を構成してもよい。その他、ＰやＡｓなどが含まれている場合も同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体成長装置の模式図である。
【図２】紫外線受光素子の断面図である。
【図３】ＡｌＧａＮのバンドギャップエネルギとアルミニウム組成比との関係を示すグラフである。
【図４】太陽光、室内光、および火炎の光のスペクトルを示すグラフである。
【図５】紫外線受光素子の断面図である。
【図６】紫外線受光素子の断面図である。
【図７】紫外線受光素子の断面図である。
【図８】紫外線受光素子の断面図である。
【符号の説明】
１　キャリアガスタンク
２　ガス管
３　ガス純化手段
４　原料タンク
５　チャンバ
６　基板ホルダ
７　基板
８　原料タンク
１０　基板
１１　ＡｌＮ層
１２　ｎ型窒化物半導体層
１３　ｉ型窒化物半導体層
１４　ｐ型窒化物半導体層
１５　コンタクト層
１６　電極
１７　電極
１８　ｐ型窒化物半導体層
１９　ｐ型窒化物半導体層
２０　ｉ型窒化物半導体層
２１　ｎ型窒化物半導体層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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