(57)【要約】【課題】例えば回路基板などに安定して表面実装可能な光検出装置、及びその実装方法を提供すること。【解決手段】透明基板２４上に透明導電性電極２６（第１電極）、半導体層２８、電極３０（第１電極）、保護層４８を順次積層した保護層４８付き受光素子２０を、絶縁性基板の第１面及び第２面に露出するように設けられた端子電極３２（第２電極）を有する絶縁性基板２２の第１面に、保護層４８を対向させて配設すると共に、透明導電性電極２６及び電極３０と絶縁性基板２２の第１面に露出した端子電極３２とを電気的に接続した構成する。そして、このような構成の光検出装置を、その絶縁性基板２２の第２面に露出した端子電極３２と回路基板の外部端子とが接続するように、回路基板に表面実装する。【選択図】  図１
2004311783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を検出するための半導体層、及び前記半導体層と電気的に接続した第１電極を有する受光素子と、
前記受光素子を配設するための絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の第１面及び第２面に露出するように設けられた第２電極と、
前記受光素子と絶縁性基板との間に設けられる保護層と、
を有し、且つ、前記受光素子が前記絶縁性基板の第１面上に配設されると共に、前記第１電極と前記絶縁性基板の前記第１面に露出した前記第２電極とが電気的に接続されている、
ことを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記第１電極、及び第２電極は、各々、少なくとも一対で構成されてることを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記第２電極は、金属電極であることを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記絶縁性基板は、可視光を吸収することを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記受光素子は、透明基板上に前記半導体層及び第１電極が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記透明基板の端面に、遮光層を設けたことを特徴とする請求項５に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記受光素子の前記半導体層は、少なくともＡｌ，Ｇａ，Ｉｎの一つ以上の元素と窒素とを含む窒化物から構成されることを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記保護層が、可視光を透過することを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記保護層が、シリコーン樹脂を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記受光素子と絶縁性基板との間に、可視光吸収層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項１１】
前記可視光吸収層は、シリコーン樹脂を含んで構成されることを特徴とする請求項１０に記載の光検出装置。
【請求項１２】
前記受光素子の前記第１電極と、前記絶縁性基板の前記第２電極とは、前記受光素子の受光部とは異なる位置で導電性部材を介して電気的に接続されると共に接着され、前記受光素子が前記絶縁性基板に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項１３】
前記導電性部材が、導電性樹脂であることを特徴とする請求項１２に記載の光検出装置。
【請求項１４】
前記第２電極が絶縁基板の表裏に露出するように設けられており、前記受光素子が前記絶縁性基板の表面上に配設されると共に、前記第１電極と前記絶縁性基板の前記表面に露出した前記第２電極とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項１５】
光検出装置を、回路基板に表面実装する光検出装置の実装方法であって、
前記光検出装置は、
光を検出するための半導体層、及び前記半導体層と電気的に接続した第１電極を有する受光素子と、
前記受光素子を配設するための絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の第１面及び第２面に露出するように設けられた第２電極と、
前記受光素子と前記絶縁性基板との間に設けられる保護層と、
を有し、且つ、前記受光素子が前記絶縁性基板の第１面上に配設されると共に、前記第１電極と前記絶縁性基板の前記第１面に露出した前記第２電極とが電気的に接続されており、
前記光検出装置を、その前記絶縁性基板の第２面に露出した第２電極と前記回路基板の外部端子とが接続するように、前記回路基板に表面実装することを特徴とする光検出装置の実装方法。
【請求項１６】
前記第１電極、及び第２電極は、各々、少なくとも一対で構成されてることを特徴とする請求項１５に記載の光検出装置の実装方法。
【請求項１７】
前記第２電極は、金属電極であることを特徴とする請求項１５に記載の光検出装置の実装方法。
【請求項１８】
前記絶縁性基板は、可視光を吸収することを特徴とする請求項１５に記載の光検出装置の実装方法。
【請求項１９】
前記受光素子は、透明基板上に前記半導体層及び第１電極が設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の光検出装置の実装方法。
【請求項２０】
前記透明基板の端面に、遮光層を設けたことを特徴とする請求項１９に記載の光検出装置の実装方法。
【請求項２１】
前記受光素子の前記半導体層は、少なくともＡｌ，Ｇａ，Ｉｎの一つ以上の元素と窒素とを含む窒化物から構成されることを特徴とする請求項１５に記載の光検出装置の実装方法。
【請求項２２】
前記保護層が、可視光を透過することを特徴とする請求項１５に記載の光検出装置の実装方法。
【請求項２３】
前記保護層が、シリコーン樹脂を含んで構成されることを特徴とする請求項１５に記載の光検出装置の実装方法。
【請求項２４】
前記受光素子と絶縁性基板との間に、可視光吸収層を設けたことを特徴とする請求項１５に記載の光検出装置の実装方法。
【請求項２５】
前記可視光吸収層は、シリコーン樹脂を含んで構成されることを特徴とする請求項２４に記載の光検出装置の実装方法。
【請求項２６】
前記受光素子の前記第１電極と、前記絶縁性基板の前記第２電極とは、前記受光素子の受光部とは異なる位置で導電性部材を介して電気的に接続されると共に接着され、前記受光素子が前記絶縁性基板に固定されていることを特徴とする請求項１５に記載の光検出装置の実装方法。
【請求項２７】
前記導電性部材が、導電性樹脂であることを特徴とする請求項２６に記載の光検出装置の実装方法。
【請求項２８】
前記第２電極が絶縁基板の表裏に露出するように設けられており、前記受光素子が前記絶縁性基板の表面上に配設されると共に、前記第１電極と前記絶縁性基板の前記表面に露出した前記第２電極とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１５に記載の光検出装置の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線検出装置などの光検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、紫外線を応用した工業用機器としては、カラー画像出力装置やオゾン発生器あるいは半導体製造装置、印刷、塗装、光造形分野など多方面に渡っている。紫外線の測定には半導体受光素子が使用される。
【０００３】
半導体受光素子としては可視光に吸収の無い半導体として窒化ガリウム系半導体や酸化物半導体が提案されている。窒化物半導体では透明導電性ガラス基板に形成された多結晶窒化ガリウムの紫外線受光素子が実用化されている。一般的に半導体受光素子はチップの形から受光素子として用いる場合には金属やプラスチック、セラミックス筐体に組み込まれたり、保護層を形成したりして使用されている。
【０００４】
これらは受光素子から出力端子としては金属線のピンや板状の端子電極により回路やアンプに実装するようになっており表面実装には対応できないのが現状である。
【０００５】
例えば、特開２００１−２１０８５６では受光素子を保護部材にエポキシ系接着剤で固定し薄型の紫外線検出器が提案されているが出力端子としては線や棒状の電極を備えたものであり、表面実装には対応できない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２１０８５６
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、近年の電子機器の小型化にともなってこれらの受光素子を大量に自動機により使用できるようにするためには、表面実装方式に対応できる素子形態であることが望ましく、改善が望まれている。
【０００８】
従って、本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明の目的は、例えば回路基板などに安定して表面実装可能な光検出装置、及びその実装方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
本発明の光検出装置は、光を検出するための半導体層、及び前記半導体層と電気的に接続した第１電極を有する受光素子と、
前記受光素子を配設するための絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の第１面及び第２面に露出するように設けられた第２電極と、
を有し、且つ、前記受光素子が前記絶縁性基板の第１面上に配設されると共に、前記第１電極と前記絶縁性基板の前記第１面に露出した前記第２電極とが電気的に接続されている、
ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の光検出装置では、受光素子を絶縁性基板の第１面に配設させると共に、絶縁性基板の第１面（例えば表面）に露出された第２電極と受光素子の半導体層とを、第１電極を介して電気的に接続している。そして、光検出装置を例えば回路基板などに実装する際、絶縁性基板の第２面（例えば端面（側面）や裏面）に露出された第２電極が、回路基板の外部端子と電気的に接続されることとなる。さらに、受光素子と絶縁性基板との間には保護層が設けられているため、光検出装置の加工や実装の際、受光素子の機械的な強度及び化学的（例えば実装の際の熱処理など）な安定性を維持することができる。このため、簡易な構成で、受光素子の構成を大幅に変更することなく、例えば回路基板などに安定して表面実装可能となる。
【００１１】
本発明の光検出装置においては、第１電極、及び第２電極は、各々、少なくとも一対で構成されてることがよい。通常、一つの半導体層からの電気的接続は２つとるため、各電極は対となっていることがよい。
【００１２】
本発明の光検出装置においては、第２電極は、金属電極であることがよい。第２電極を金属電極とすることで、例えば回路基板の外部端子との電気的接続の際、例えば半田を用いることができ、より効率がよい表面実装が可能となる。
【００１３】
本発明の光検出装置においては、絶縁性基板は、可視光を吸収することがよい。絶縁性基板が可視光を吸収することで、受光素子の半導体層を通過した光が絶縁性基板で反射して再び半導体層に照射されることを防ぎ、正確な光検出が可能となる。
【００１４】
本発明の光検出装置においては、受光素子の構成としては、透明基板上に半導体層及び第１電極が設けられた構成が挙げられる。また、この透明基板の端面（側面）に遮光層を設けることで、透明基板端面からの光の入射を防止し、光検出装置の光入射角特性を改善することができる。
【００１５】
本発明の光検出装置においては、受光素子の半導体層は、少なくともＡｌ，Ｇａ，Ｉｎの一つ以上の元素と窒素とを含む窒化物から構成されることがよい。このような窒化物系半導体を用いた受光素子は小型で薄型の紫外線受光素子として構成することができる。
【００１６】
本発明の光検出装置においては、保護層は可視光を透過することがよい。また、保護層はシリコーン樹脂を含んで構成されることが、加工性や耐熱性の観点からよく、耐熱性の高い光検出装置となり好適である。
【００１７】
本発明の光検出装置においては、前記受光素子と絶縁性基板との間に、可視光吸収層を設けることがよい。この可視光吸収層を設けることで、受光素子の半導体層を通過した光が絶縁性基板で反射して再び半導体層に照射されることを防ぎ、正確な光検出が可能となる。
【００１８】
また、この可視光吸収層は、シリコーン樹脂を含んで構成されることが、加工性や耐熱性の観点からよく、耐熱性の高い光検出装置となり好適である。
【００１９】
本発明の光検出装置においては、前記受光素子の前記第１電極と、前記絶縁性基板の前記第２電極とは、前記受光素子の受光部とは異なる位置で導電性部材を介して電気的に接続されると共に接着され、前記受光素子が前記絶縁性基板に固定されていることよい。また、この導電性部材は、導電性樹脂であるがよい。
【００２０】
受光素子と絶縁性基板とは、受光素子全面（受光素子の接続用の電極は除く）に接着剤を塗布して接着固定してもよいが、例えばエポキシ系接着剤などが代表される接着剤は紫外線に対して不安定なものが多く、上述した特開２００１−２１０８５６では、受光素子と保護部材との接着に用いるにエポキシ系接着剤の劣化防止として、半導体層の紫外線吸収によって改善させる提案がなされているが、半導体層の吸収は完全では無く紫外線は透過するため、耐久性に問題を残している。そこで、本発明では、受光素子の受光部と異なる位置で、導電性部材を介して受光素子の前記第１電極と絶縁性基板の前記第２電極とを電気的に接続されると共に接着することで、受光素子が絶縁性基板に接着固定され、接着部（導電性部材）には、半導体層が構成する受光部から透過する紫外線が照射されず、紫外線による劣化を防止することが可能となる。
【００２１】
本発明においては、前記第２電極が絶縁基板の表裏に露出するように設けられており、前記受光素子が前記絶縁性基板の表面上に配設されると共に、前記第１電極と前記絶縁性基板の前記表面に露出した前記第２電極とが電気的に接続されている構成がが好適な形態である。
【００２２】
本発明の光検出装置の実装方法は、上記本発明の半導体装置を、その前記絶縁性基板の第２面に露出した第２電極と前記回路基板の外部端子とが接続するように、前記回路基板に表面実装することを特徴とする。このため、上述のように、安定した表面実装が可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面を参照して説明する。なお、実質的に同様の機能を有するものには、全図面通して同じ符号を付して説明し、場合によってはその説明を省略することがある。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態に係る光検出装置を示す概略構成図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【００２５】
本実施形態の光検出装置は、絶縁性基板２２上に受光素子２０が配設されている構成となっている。本実施形態では、一つの絶縁性基板２２上に一つの受光素子２０を配設した構成としているが、一つの絶縁性基板上に複数の受光素子２０をアレー状や積層状に配設した構成としてもよい。なお、図中、４４は受光部を示す。
【００２６】
受光素子２０は、端面に遮光層４６が設けられた透明基板２４上に透明導電性電極２６（第１電極）を形成し（図２参照）、透明導電性電極２６上に半導体層２８を形成した後（図３参照）、半導体層２８上に電極３０（第１電極）を形成した構成としている（図４参照）。そして、受光素子２０は、電極３０上に保護層４８を形成して、保護層４８付き受光素子として構成されている（図５参照）。
【００２７】
絶縁性基板２２には、表面（第１面）から端面、及び裏面（第２面）にかけて延在するように端子電極３２（第２電極）が設けらている。この端子電極３２は、受光素子の電極（第１電極）との接続、及び例えば回路基板などに実装する際のその外部端子との接続が可能であれば、如何なる構成でよく、受光素子が配設される第１面と、それ以外の第２面に露出するように設けられていればよい。例えば、端子電極３２は、絶縁性基板２２表面から端面にかけて延在するように設けられていてもよいし（この形態では第２面が端面に相当）、絶縁性基板２２に貫通孔を設けて当該貫通孔に埋め込むように導電性材料を埋め込み、絶縁性基板の表裏に露出するように設けられていてもよい。この絶縁性基板２２の第１面とは異なる第２面に露出している端子電極３２が、光検出装置の出力端子となる。
【００２８】
そして、保護層４８付き受光素子２０は絶縁性基板２２表面に、保護層４８形成側を対向させて配設される。また、受光素子２０の透明導電性電極２６及び電極３０は、導電性部材３４を介して、絶縁性基板の表面（第１面）に露出された端子電極に導電接続されている。
【００２９】
受光素子２０は、受光部４４とは異なる位置で、導電性部材３４により受光素子２０の透明導電性電極２６及び電極３０と絶縁性基板２２の端子電極３２との導通をとると共に接着して、受光素子２０を絶縁性基板２２に接着固定している。このため、半導体層２８が構成する受光部４４から透過する紫外線が照射されず、紫外線による劣化を防止することが可能となる。
【００３０】
また、図６に示すように、光検出装置は、受光素子２０と絶縁性基板２２との間に可視光吸収層５０を設けた構成としてもよい。この可視光吸収層５０は、予め保護層４８上に形成していてもよいし、絶縁性基板２２に設けていてもよい。この可視光吸収層５０により、受光部を通過した光が吸収され、絶縁性基板で反射して再び半導体層に照射されることを防ぎ、正確な光検出が可能となる。
【００３１】
また、絶縁性基板２２に凹部を形成しておき、当該凹部に受光素子２０を埋設する形態でもよい。これにより、受光素子２２の端面からの光入射を防止することが可能となり、好適に実施することができる。
【００３２】
以上のような構成の光検出装置は、図７に示すように、例えば、回路基板３８上のクリーム半田４０が印刷された外部端子４２と、絶縁性基板２２の裏面（第２面）に露出された端子電極３２とが電気的に接続するように、位置合わせを行ない、例えば、リフロー処理を施して、回路基板に表面実装される。
【００３３】
ここで、回路基板３８と光検出装置との電気的接触を取るためには半田が好ましいが、硬化型の導電性樹脂も接着強度や耐熱性、環境安定性の点からは好ましい。硬化型の導電性樹脂の導電剤としては金属や炭素などのフィラーを使用するできる。硬化型の導電性樹脂の樹脂としては接着剤として通常使用されるものが使用できる。硬化型の導電性樹脂としては、通常の銀粒子が分散された銀エポキシ系の導電性樹脂を使用することができる。また、硬化型の導電性樹脂として異方導電材料を使用することもできる。
【００３４】
このように本実施形態では、受光素子２０と絶縁性基板２２との間に保護層４８を設けることで、光検出装置の加工や実装の際、受光素子２０の機械的な強度及び化学的（例えば実装の際の熱処理など）な安定性を維持付与しつつ、簡易な構成で、受光素子の構成を大幅に変更することなく、回路基板などに安定して表面実装可能となる。また、本実施形態の光検出装置は、半導体層２８として、特定の窒化物半導体を使用しているため、薄型且つ小型で耐熱性な受光素子となっているため、電子回路基板にハンダのリフロー工程が採用でき、特に、量産性にすぐれた光検出装置が可能となる。
【００３５】
以下、本実施形態の各部材についてさらに詳細に説明する。
【００３６】
絶縁性基板２２は、１００℃以上の耐熱性が必要とされるが電気的に絶縁性であれば使用することができ、透明であっても、不透明であっても，着色していてもよい。具体的には、例えば、ガラスや酸化物系や窒化物系のセラミックス：サファイアや水晶などの結晶からなる材料：有機高分子樹脂や無機材料との混合材料からなるプラスチック：などで構成されることがよい。これらのなかでも、加工性や入手性からセラミックスやプラスチックが好ましい。
【００３７】
端子電極３２の構成材料としては、金属でも酸化物導電物でもよい。絶縁性基板の端面（第２面）に露出した端子電極３２は、光検出装置の表面実装工程において回路基板の外部端子と電気的接続がなされるため、接続用部材として通常用いられている半田対応の導電材料で構成されることがよく、金属電極とすることが好ましい。しかしながら、端子電極３２は、接続部材として硬化型の導電性樹脂を表面実装工程で使用する場合には半田接着ができない酸化物導電物などの導電材料でもよい。
【００３８】
端子電極３２は、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｌ、Ｃｕや合金などをメッキや蒸着やスパッタ−、あるいは有機高分子化合物と金属からなるペーストを加熱焼成して絶縁性基板２２に形成することができる。また、端子電極３２は、例えば、金属の薄板を絶縁性基板２２表面に接着して形成してもよい。
【００３９】
半導体層２８は、受光素子の半導体層は、少なくともＡｌ，Ｇａ，Ｉｎの一つ以上の元素と窒素とを含む窒化物から構成されることがよい。このような窒化物半導体を用いた受光素子は小型で薄型の紫外線受光素子として構成することができる。また、この窒化物半導体は、組成を変えることにより自由に受光波長を変えられるため好ましい。
【００４０】
窒化物半導体の結晶性は特に限定されず、非晶質であってもよく、微結晶相からなっていてもよく、微結晶相及び非晶質相の混合状態であっても良く、多結晶でもよく、単結晶であっても良い。結晶系は立方晶あるいは６方晶系のいずれか一つであっても複数の結晶系が混合された状態でもよい。微結晶の大きさは５ｎｍから５μｍであり、Ｘ線回折や電子線回折及び断面の電子顕微鏡写真を用いた形状測定などによって測定できることができる。また柱状成長したものでも良いし、Ｘ線回折スペクトルで単一ピークであり、結晶面方位が高度に配向した膜でも良いし、また単結晶でも良い
【００４１】
窒化物半導体は、非単結晶の場合、水素濃度が０．５ａｔ％以上から５０ａｔ％以下の水素を含む半導体であってもよく、また一配位のハロゲン元素が含まれていてもよい。
【００４２】
窒化物半導体に含まれる水素が０．５ａｔ％未満では、結晶粒界での結合欠陥とあるいは非晶質相内部での結合欠陥や未結合手を水素との結合によって無くし、バンド内に形成する欠陥準位を不活性化するのに不十分であり、結合欠陥や構造欠陥が増大し、暗抵抗が低下し光感度がなくなるため実用的な光導電体として機能することができないことがある。
【００４３】
これに対し、窒化物半導体に含まれれる水素が５０ａｔ％をこえると、水素がＩＩＩ族元素及びＶ族元素に２つ以上結合する確率が増え、これらの元素が３次元構造を保たず、２次元及び鎖状のネットワークを形成するようになり、とくに結晶粒界でボイドを多量に発生するため結果としてバンド内に新たな準位を形成し、電気的な特性が劣化すると共に硬度などの機械的性質が低下することがある。さらに膜が酸化されやすくなり、結果として膜中に不純物欠陥が多量に発生することとになり、良好な光電気特性が得られなくなることがある。
【００４４】
また、窒化物半導体に含まれる水素が５０ａｔ％をこえると、電気的特性を制御するためにドープするドーパントを水素が不活性化するようになるため結果として電気的に活性な非晶質あるいは微結晶からなる非単結晶光半導体が得られないことがある。
【００４５】
ここで、水素濃度についてはハイドジェンフォワードスキャタリング（ＨＦＳ）により絶対値を測定することができる。また加熱による水素放出量の測定あるいはＩＲスペクトルの測定によっても推定することができる。また、これらの水素結合状態は赤外吸収スペクトルによって容易に測定することできる。
【００４６】
窒化物半導体中に含まれる三族元素とチッ素原子との原子数比は、０．５：１．０〜１：０．５の範囲内が好ましい。原子数比が０．５：１．０以下の場合，あるいは、１：０．５以上の場合では三族元素とチッ素原子との結合において四面体型を取る部分が少なくなり欠陥が多くなり良好な窒化物半導体として機能しなくなる場合がある。
【００４７】
窒化物半導体のバンドギャップは、窒化物半導体に含まれるＩＩＩ族元素が２種以上である場合、この混合比を変えることによって所望の値に調整することができる。例えば、３．２〜３．５ｅＶのバンドギャップ（約４２０ｎｍ〜３００ｎｍの長波長吸収端に相当）を有するＧａＮ：Ｈをベース組成として、この組成にＡｌを加えることによって３．５〜６．５ｅＶのバンドギャップ（３００ｎｍ〜１８０ｎｍの長波長吸収端に相当）にまで変化させることができる。また、前記ベース組成にＡｌとＩｎとを加えることによってもバンドギャップを調整することができる。
【００４８】
ここで、窒化物半導体中に含まれる各元素組成はＸ線光電子分光（ＸＰＳ）、エレクトロンマイクロプローブ、ラザフォードバックスキャタリング（ＲＢＳ）、二次イオン質量分析計等の方法で測定することが出来る。
【００４９】
一方、半導体層２８としては、上記窒化物半導体のほかに、酸化チタン、酸化亜鉛などのワイドバンドギャップの酸化物半導体により構成してもよい。
【００５０】
酸化チタンは、結晶でも微結晶でも、多結晶でもよく、ルチル、アナターゼ型でもよい。また、酸化亜鉛は、結晶でも微結晶でも、多結晶でもよい。
【００５１】
これらの酸化物半導体は、平滑面を持ち透明である。酸化チタン、酸化亜鉛は酸素濃度の化学量論比からのズレによる酸素結合欠陥によるｎ型半導体であり、透明導電性電極との間でショットキー障壁を形成する。酸素とチタン、亜鉛の組成比は０．９から１．２までを用いることができる。この酸化物半導体は、作製後、水素プラズマ処理や水素雰囲気での熱アニール処理などを行うことによって導電性を制御することができる。
【００５２】
酸化物半導体における結晶の大きさは５ｎｍから５０μｍであることがよい。結晶の大きさは、Ｘ線回折や電子線回折及び断面の電子顕微鏡写真を用いた形状測定などによって測定できることができる。
【００５３】
酸化物半導体は、蒸着や反応性蒸着、イオンプレーティング、スパッター、反応性スパッターや金属塩素化合物や有機化合物と酸素の反応によるＣＶＤ法や金属アルコキシド化合物や金属キレート化合物の加水分解や熱分解によって作製することができる。
【００５４】
ここで、蒸着や反応性蒸着、イオンプレーティング、スパッター、反応性スパッターなどにおける原料として酸化チタンや酸化亜鉛を使用してもまた酸化チタンや酸化亜鉛を原料として酸素を含む雰囲気で成膜してもよい。また、チタンと酸素を原料として直接反応させる方法でもよい。
【００５５】
また、酸化物半導体は、塩化チタンやチタンアルコキシド、塩化亜鉛、亜鉛アルコキシドのガスを用い、酸素雰囲気や、酸素プラズマ中で加熱状態で分解反応させることによって作製することもできる。
【００５６】
透明基板２４としては、導電性でも絶縁性でもよく、結晶あるいは非晶質でも良い。導電性基板としては、ＧａＮ，ＳｉＣ，ＺｎＯなどの半導体を挙げることができる。
【００５７】
透明基板２４としては、表面に導電化処理を施した絶縁性基板を使用することもできる。絶縁性基板としては、ガラス、石英、サファイア、ＭｇＯ，ＬｉＦ，ＣａＦ２等の透明な無機材料、また、弗素樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ等の透明な高分子フィルム又は板状体等が使用できる。３３０ｎｍ以下の紫外線を測定する場合には石英、サファイア、ＭｇＯ，ＬｉＦ，ＣａＦ２等が好ましい。
【００５８】
なお、光検出装置（受光素子）における光の入射は透明基板２４側から行なわれ、分光感度を制御するために透明基板２４が光学フィルターを兼ねていてもよい。
【００５９】
透明導電性電極２６としては、ＩＴＯ、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉛、酸化インジウム、ヨウ化銅等の透明導電性材料を用い、蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等の方法により形成したもの、あるいはＡｌ，Ｎｉ，Ａｕ等の金属を蒸着やスパッタリングにより半透明になる程度に薄く形成したものが用いられる。
【００６０】
電極３０としては、ＩＴＯ、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉛、酸化インジウム、ヨウ化銅等の透明導電性材料を用い、蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等の方法により形成したもの、あるいはＡｌ，Ｎｉ，Ａｕ、Ａｇ，Ｔｉ，Ｐｔ等の金属を蒸着やスパッタリングにより形成したものが用いられる。電極３０は、光を透過してもしなくてもよい。電極３０として金属を用いて形成した場合、半導体層２８を透過した光（例えば紫外線）を反射するミラーとして動作し、全体の感度を増加させるため好適である。
【００６１】
接着層３６としてはアクリル樹脂やポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、エポキシ樹脂等を使用することができる。中でもシリコーン樹脂はＵＶ吸収が少ないことと加工性、耐熱性から好適である。変性されたシリコーン樹脂でもよい。接着層３６としては、硬化型でも室温硬化型のシリコーンでもよい。接着層３６は、樹脂系材料に対してはスプレー塗布、バーコーター印刷、スクリーン印刷、ブレード印刷、また滴下法などいろいろな方法を採用できる。
【００６２】
導電性部材３４としては、例えば、硬化型の導電性樹脂が接着強度や耐熱性、環境安定性の点からは好ましい。硬化型の導電性樹脂の導電剤としては金属や炭素などのフィラーを使用するできる。硬化型の導電性樹脂の樹脂としては接着剤として通常使用されるものが使用できる。硬化型の導電性樹脂としては、通常の銀粒子が分散された銀エポキシ系の導電性樹脂を使用することができる。また、硬化型の導電性樹脂として異方導電材料を使用することもできる。この導電性樹脂として具体的には、例えば、熱硬化型の銀ペースト等を利用できる。
【００６３】
保護層４８としては、無機有機高分子材料、無機絶縁薄膜材料を使用することができる。保護層４８を設けることで、受光素子２０の加工や実装における機械的な強度と化学的な安定性を維持することができる。光検出装置（受光素子２０）に照射される紫外線は透明基板２４と透明導電性電極２６と半導体層２８で各々紫外線が吸収され、電極３０により紫外線はカットされるが、長い時間の照射や強い紫外線の照射により電極３０の裏に透過あるいは散乱・回折により紫外線は入り込み、その結果、この保護層４８にも紫外線が照射されることになる。このため保護層４８は紫外線に強い材料で構成されることが要求される。
【００６４】
そこで、保護層４８の構成材料としては、無機材料や紫外線を吸収しない材料が好ましい。特に、保護層４８の構成材料としては酸化ケイ素や窒化ケイ素、窒化アルミニウムや窒化ガリウムの無機薄膜を使用することができるし、ＵＶ吸収剤の含まれていないアクリル樹脂やポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン等を使用することができる。中でも、シリコーン樹脂はＵＶ吸収が少ないことと加工性、耐熱性から好適である。このシリコーン樹脂としては、変性されたシリコーン樹脂でもよい。特に、硬化型のシリコーン樹脂は、緻密な膜を形成し、機械的強度とともに環境安定性の点からも保護層４８構成材料として好適である。
【００６５】
保護層４８は、その構成材料として樹脂系材料を使用する場合、スプレー塗布、バーコーター印刷、スクリーン印刷、ブレード印刷、また滴下法などいろいろな方法で形成することができる。また、保護層４８は、その構成材料として無機系材料を使用する場合、蒸着法やスパッター法、プラズマＣＶＤ法などの方法で形成できるほか、ゾルゲル法などの液体を塗布後熱分解する方法でも形成することができる。
【００６６】
可視光吸収層５０は、絶縁性基板２２における可視光の反射を無くすためのものであり、この可視光吸収層５０は可視光のみ吸収しても良いし、紫外線も吸収してもよい。可視光吸収層５０を設けることで、特に太陽光のように可視光の占める割合が多い光源での測定においては半導体層２８で僅かに吸収し透過した強い可視光が絶縁性基板２２で反射して半導体層２８に入射することで可視域の感度が増加することをおさえることができ、より正確な測定が可能である。
【００６７】
可視光吸収層５０は絶縁性基板２２や保護層４８に印刷して形成することができる。特に、可視光吸収層５０は、黒色で絶縁性であることが望ましく、その構成材料としては耐熱性や化学的安定性からシリコーン樹脂が好適である。この可視光吸収層５０は受光素子２０の電極部分に直接接触していないため紫外線による劣化に対しても光検出装置の性能への影響は無い。
【００６８】
可視光吸収層５０は絶縁性基板２２や保護層４８に密着していて形成されていてもよし、離れていてもよい。密着させた場合には絶縁性基板との密着強度が増加するためよい。
【００６９】
遮光層４６は、透明基板２４端面からの光の入射を防止して、光検出装置の入射角特性を改善するためのものである。この遮光層４６は、例えば、黒色の塗料などにより形成することができる。
【００７０】
なお、光検出装置は、この遮光層４６を設けずに、透明基板端面入射を利用することもできる。この場合には斜め方向から入射させてもよいし、水平方向から入射させてもよい。
【００７１】
【実施例】
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。ただし、これら各実施例は、本発明を制限するものではない。
【００７２】
なお、本実施例の半導体層の形成には、図８に示す成膜装置を用いた。この図８に示す成膜装置において、１は真空容器、２は排気口、３は基板ホルダー、４は基板加熱用のヒーター、５，６は容器１に接続された石英管であり、それぞれガス導入管９，１０に連通している。また、石英管５にはガス導入管１１に接続され、石英管６にはガス導入管１２が接続されている。図８に示す成膜装置では、チッ素元素源として、例えば、Ｎ２を用いガス導入管９から石英管５に導入する。マグネトロンを用いたマイクロ波発振器（図示せず）に接続されたマイクロ導波管８にマイクロ波が供給され石英管５内に放電を発生させる。別のガス導入口１０から、例えばＨ２を石英管６に導入する。高周波発振器（図示せず）から高周波コイル７に高周波を供給し、石英管６内に放電を発生させる。放電空間の下流側より例えばトリメチルガリウムをガス導入管１２より導入することによって基板上に窒化物半導体を成膜することができる。
【００７３】
（実施例１）
まず、洗浄した０．５ｍｍの硼珪酸ガラス基板（１．２×１．８ｍｍ）に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）をメタルマスクを用いて１０００Ａスパッタした基板〔透明導電性電極２６が形成された透明基板２４〕を真空容器内に設けられた基板ホルダー３に載せ、排気口２を介して容器１内を真空排気後、ヒーター４により基板を４００℃に加熱した。Ｎ２ガスをガス導入管９より直径２５ｍｍの石英管５内に２０００ｓｃｃｍ導入し、マイクロ波導波管８を介して２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力２５０Ｗにセットしチューナでマッチングを取り放電を行った。この時の反射波は０Ｗであった。Ｈ２ガスはガス導入管１０より直径３０ｍｍの石英管６内に５００ｓｃｃｍ導入した。１３．５６ＭＨｚの高周波の出力を１００Ｗにセットした。反射波は０Ｗであった。この状態でガス導入管１２より０℃で保持されたトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）の蒸気を水素をキヤリアガスとして用い１０６Ｐａ圧でバブリングしながらマスフローコントローラーを通して０．２ｓｃｃｍ導入した。ガス導入管１２より２０℃に保持したシクロペンタジエニルマグネシウムにＨ２ガスを圧力６５０００Ｐａで導入し、マスフローコントローラーを通して１ｓｃｃｍ反応領域に導入した。この時バラトロン真空計で測定した反応圧力は６．７Ｐａであった。成膜を１２０分行い０．１μｍのＭｇドープＧａＮ：Ｈ膜〔半導体層２８〕を作製した。
【００７４】
この上に１×１ｍｍのＡｕ電極（受光電極と端子部分）〔電極３０〕を真空蒸着で５０ｎｍ厚で作製した。このようにして受光素子（受光素子２０）を作製した。
【００７５】
受光素子の絶縁性基板との対向面に、受光素子の各電極を除いて、シリコーン樹脂（信越シリコーン社製：シリコーンワニスＫＲ−２０３８）を厚さ約２０μｍに塗布した後、１６０℃で３０分硬化させ、保護層４８付きの受光素子を作製した。
【００７６】
次に、大きさ１．５×２．５ｍｍのセラミック基板にＡｕ端子電極配線が表面と端面と裏面の途中までメッキにて形成されている絶縁性基板〔端子電極３２が設けられた絶縁性基板２２〕を用意した。端子電極配線は基板に２ケ所形成されており、幅はそれぞれ０．５ｍｍであった。
【００７７】
この絶縁性基板の表面に露出した端子電極上に熱硬化型の導電性ペースト（導電性部材３４）を滴下して、受光素子を位置合わせを行ないつつ絶縁性基板に重ねて、絶縁性基板の端子電極と受光素子の各電極とを導電性ペーストで導通を取ると共に、接着して受光素子を絶縁性基板上に固定した。熱硬化型の導電性ペーストの硬化温度は１６０℃３０分であった。このようにして平面型の表面実装が可能な光検知装置を作製した。厚さは１ｍｍであった。また、この光検出装置は、２８０ｎｍから４１０ｎｍまで光感度（光感度領域は最大ピークの５％の感度を示す波長）があった。
【００７８】
作製した光検出装置を、その絶縁基板端面に露出した端子電極が、電子回路基板上印刷されたクリームハンダ上にマウントして位置合わせを行ない、２５０℃３０秒の加熱処理を施したところ、光検出装置を回路基板上に表面実装することができた。
【００７９】
また、作製した光検出装置は、３００℃の雰囲気に１０分曝した後も、分光感度や暗電流に変化は無く、耐熱性、耐久性に優れていた。
【００８０】
（実施例２）
受光素子に形成した保護層上に、厚さ１０μｍで黒のシリコーン樹脂（信越化学社製：シリコーン接着剤ＫＥ１８３１）を塗布して、さらに、受光素子の各電極（接続用の電極部）上に熱硬化型の導電性ペースト（導電性部材３４）を滴下して、受光素子を位置合わせを行ないつつ絶縁性基板に重ねて、１６０℃で３０分処理して、絶縁性基板の端子電極と受光素子の各電極とを導電性ペーストで導通を取ると共に、接着して受光素子を絶縁性基板上に固定し、さらに保護層と密着した可視光吸収層５０を形成した。これ以外は、実施例１と同様にして光検出装置を作製した。この光検出装置の分光感度を測定したところ２８０ｎｍから４１０ｎｍまでの感度は変らなかったが、４１０ｎｍより長波長域で光感度が実施例１より２倍から５倍高いことがわかった。
【００８１】
作製した光検出装置を、その絶縁基板端面に露出した端子電極が、電子回路基板上印刷されたクリームハンダ上にマウントして位置合わせを行ない、２５０℃３０秒の加熱処理を施したところ、光検出装置を回路基板上に表面実装することができた。
【００８２】
また、作製した光検出装置は、３００℃の雰囲気に１０分曝した後も、分光感度や暗電流に変化は無く、耐熱性、耐久性に優れていた。
【００８３】
（実施例３）
受光素子に、シリコーン樹脂（実施例１と同じもの）を用いてスクリーン印刷を行い１０μｍの厚さの保護層を作製した。さらに、絶縁性基板にシリコーン樹脂（実施例２と同じもの）を用いてスクリーン印刷を用いて黒の可視光吸収層を作製した。これらを用いた以外は、実施例２と同様にして、保護層と可視光吸収層とが密着した光検出装置を作製した。この光検出装置の分光感度は、紫外領域も可視領域も実施例２と変らなかった。
【００８４】
作製した光検出装置を、その絶縁基板端面に露出した端子電極が、電子回路基板上印刷されたクリームハンダ上にマウントして位置合わせを行ない、２５０℃３０秒の加熱処理を施したところ、光検出装置を回路基板上に表面実装することができた。
【００８５】
また、作製した光検出装置は、３００℃の雰囲気に１０分曝した後も、分光感度や暗電流に変化は無く、耐熱性、耐久性に優れていた。
【００８６】
また、作製した光検出装置のプラスマイナス８０°までの斜入射特性を測定したところプラスマイナス３０°まで余弦則より大きくプラスにずれることがわかり、端面入射の影響が大きいことがわかった。
【００８７】
（実施例４）
実施例３で作製した光検出装置を使用しガラス基板（透明基板２４）の端面を黒の塗料で塗装し遮光層（遮光層４６）を形成し、斜入射特性を測定した。この光検出装置のプラスマイナス８０°までの斜入射特性を測定したところプラスマイナス６０°までほぼ余弦則に従うことがわかった。
【００８８】
（実施例５）
実施例１と同様な方法で、Ｉｎをドープした半導体層を形成し、青色感度を持たせた受光素子を作製した。これ以外は、実施例３と同様にして光検出装置を作製した。この光検出装置の分光感度を測定したところ２８０ｎｍから５００ｎｍまで感度があった。
【００８９】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、例えば回路基板などに安定して表面実装可能な光検出装置、及びその実装方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る光検出装置を示す概略構成図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光検出装置の受光素子の作製工程を説明するための工程図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光検出装置の受光素子の作製工程を説明するための工程図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る光検出装置の受光素子の作製工程を説明するための工程図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る光検出装置の受光素子の作製工程を説明するための工程図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る光検出装置の他の例を示す概略構成図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る光検出装置の実装方法を説明するための説明図である。
【図８】窒化物半導体の作製に使用する成膜装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  真空容器
２  排気口
３  基板ホルダー
４  基板加熱用のヒーター
５，６  石英管
７  高周波コイル
８  マイクロ導波管
９、１０、１１、１２  ガス導入管
２０    受光素子
２２    絶縁性基板
２４    透明基板
２６    透明導電性電極
２８    半導体層
３０    電極
３２    端子電極
３４    導電性部材
３６    接着層
３８    回路基板
４０    クリーム半田
４２    外部端子
４４    受光部
４６    遮光層
４８    保護層
５０    可視光吸収層
【図１】
2004311783.tif 000003
【図２】
2004311783.tif 000004
【図３】
2004311783.tif 000005
【図４】
2004311783.tif 000006
【図５】
2004311783.tif 000007
【図６】
2004311783.tif 000008
【図７】
2004311783.tif 000009
【図８】
2004311783.tif 000010