(57)【要約】【課題】受光面積を最大限に取ることが出来、しかも安価に製造出来る、簡素で信頼性に優れた受光素子を提供する。【解決手段】半導体受光素子１であって、導電性を示すＳｉ系半導体からなる結晶基板２と、その一方側の面上に形成されたバッファ層３と、さらにその上方に少なくとも１層形成された、絶縁性のＧａＮ系材料からなる光感受層４と、受光面４ａとなる上記光感受層４の一方側の面に備え設けられた、受光素子を構成する一方側の電極たるショットキー電極５と、結晶基板２の他方側の面に備え設けられた、受光素子を構成する他方側の電極７とからなる受光素子１とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体受光素子であって、
導電性を示すＳｉ系半導体からなる結晶基板と、
前記結晶基板の一方側の面上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上方に少なくとも１層形成された、絶縁性のＩＩＩ族窒化物材料からなる光感受層と、
受光面となる前記光感受層の一方側の面に備え設けられた、受光素子を構成する一方側の電極たるショットキー電極と、
前記結晶基板の他方側の面に備え設けられた、受光素子を構成する他方側の電極と、
からなることを特徴とする受光素子。
【請求項２】
前記結晶基板がｎ型ＳｉＣからなり、前記バッファ層がｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなることを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
【請求項３】
前記結晶基板がｎ型Ｓｉからなり、前記バッファ層がｎ型ＳｉＣからなることを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
【請求項４】
前記結晶基板がｎ型Ｓｉからなり、前記バッファ層がｎ型ＡｌｕＧａ１−ｕＮ（０≦ｕ≦１）とｎ型ＡｌｖＧａ１−ｖＮ（０≦ｖ≦１、ｖ≠ｕ）との超格子構造からなることを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
【請求項５】
前記結晶基板がｎ型Ｓｉからなり、前記バッファ層がｎ型ＳｉＣとｎ型ＡｌｕＧａ１−ｕＮ（０≦ｕ≦１）とｎ型ＡｌｖＧａ１−ｖＮ（０≦ｖ≦１、ｖ≠ｕ）との超格子構造からなることを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
【請求項６】
前記光感受層がＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ≦１）から成ることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の受光素子。
【請求項７】
前記ショットキー電極が、検出対象とする光の波長に対して透明な透光性の金属薄膜からなり、前記受光面略全面を被覆する様に形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の受光素子。
【請求項８】
前記他方側の電極がオーミック電極であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の受光素子。
【請求項９】
さらに、前記光感受層と前記一方側の電極との間にＰ型のＩＩＩ族窒化物半導体層を備え、前記一方側の電極をオーミック電極としたことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の受光素子。
【請求項１０】
前記光感受層が有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）または分子線成長法（ＭＢＥ）または水素化物法（ＨＶＰＥ）の、少なくとも一つの成長法により作製されることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電気変換素子、所謂、受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、フォトダイオード（ＰＤ）を基本原理とする半導体受光素子は、種々の用途で多用されており、その種類も千差万別である。
しかしながら、赤外から紫外に至る広い範囲の中から選ばれる所望の波長の光を受光可能な半導体受光素子を、十分な性能を確保しつつ簡素な製造工程で得るにあたっては、これまでの構造では解決できない以下の２つの課題があった。
【０００３】
第１の課題は、光感受層にシリコン（Ｓｉ）を用いた受光素子に関するものである。
まず、一般に半導体は、バンドギャップ値以上のエネルギーを有する光子に対して感度を有する一方、バンドギャップより圧倒的に大きい光子に対しては著しく感度が下がるという特質を有している。それゆえ、例えば紫外線（Ｅｘ．波長３００〜３９０ｎｍの近紫外領域を電子ボルト単位で表示すると３．１８〜４．１３ｅＶとなる）の受光素子の光感受層をシリコン（室温でバンドギャップが約１．１２ｅＶ）で作ると、その感度が著しく低くなるという問題があった。
しかも、シリコンはバンドギャップ値が小さいことから、所望の光以下のエネルギー値をもつ光（可視光）については別途フィルタでカットしなくてはならず、そのため、さらに感度が下がるという問題があった。
【０００４】
この上記した第１の課題を解決するために、ＧａＮ系やＩｎＧａＡｌＮ系といわれる様なＩＩＩ族窒化物材料、例えばＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）を光感受層に用いた受光素子が現時点で既に開発されている（特許文献１及び非特許文献１参照）。これは、ｘとｙとを可変させることで、そのバンドギャップを赤外から紫外に至るすべての光子エネルギーにチューンすることができる特長を有している。従って現在は、このＩＩＩ族窒化物デバイスが、紫外域或いは紫〜青〜緑色に相当する波長の光を受光可能な半導体受光素子として一般に用いられている。
【０００５】
ここで、上記特許文献１及び非特許文献１に挙げられた半導体受光素子は、紫外線を受光対象とするショットキー障壁型のＰＤである。図２に、これら従来構造の概略を示す。尚非特許文献１でも解説されている通り、ＰＤには多くの受光原理に基づくものがあり、その中の１つにショットキー障壁型のＰＤがある。
【０００６】
図２に示す通り、これらのＰＤでは、サファイア基板上に、ＡｌＮ等からなるバッファ層を介してＧａＮ系結晶を成長させ、そのＧａＮ系結晶上に、ショットキー電極（ショットキー障壁が形成されるように接合された電極）と、オーミック電極とを設けてＰＤを構成している（特許文献１の図４、及び非特許文献１のＦｉｇ．２参照）。
図２（ａ）は、従来知られた半導体受光素子の一例（２０）を示す断面構造図であり、サファイアからなる基板２１上に、低温成長させたバッファ層を介してｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体層（ｎ−ＧａＮ）２２を成長させ、その上にノンドープのＩＩＩ族窒化物材料（ＧａＮ）からなる光感受層２３を形成し、さらに、光感受層２３の上に透明ショットキー電極２５と、ｎ型窒化物半導体層２２の端縁上にオーミック電極２７とを備えたものを示している。
図２（ｂ）は、図２（ａ）同様、従来知られた半導体受光素子の別の一例（３０）を示す断面構造図であり、サファイア基板３１上に、バッファ層を介して、Ｓｉを添加したｎ−ＧａＮ層３２と、ノンドープＧａＮ層３３を順次成膜し、さらにノンドープＧａＮ層３３とｎ−ＧａＮ層３２の上に電極３５，３７を夫々備えたものを示している。図２（ｂ）の電極３５は、ノンドープＧａＮ層３３上に備えられたクシ形構造のショットキー電極である。
図２（ａ），（ｂ）において、ノンドープの窒化物材料からなる上側の層２３，３３の端縁の一部が、その下側に形成されているｎ型の窒化物半導体層２２，３２に達するまで抉られている部分（２４，３４）は、メサ構造と称されるものであって、ｎ型の窒化物半導体層２２，３２表面にオーミック電極２７，３７を設けるために形成されたものである。メサ構造は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等により形成される。
尚通常、図２に示す各素子を使用する際には、逆バイアス２６，３６が印加される。
【０００７】
このように、従来知られたＩＩＩ族窒化物デバイスは、その殆どがサファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）やＭＢＥ法（分子線結晶成長法）等を用いた結晶成長により作製されている。
しかしながら、サファイアを基板として用いた場合の問題点として、ＩＩＩ族窒化物との熱膨張係数差や格子定数差が大きいことに起因する結晶欠陥が多くなることが挙げられる。このために、デバイス特性が悪いという問題、例えば発光デバイスの寿命を長くすることが困難であったり、動作電力が大きくなったりするという問題が生じ得る。
【０００８】
更に、サファイア基板の場合には絶縁性であるために、従来の発光デバイスのように基板側からの電極取り出しが不可能であり、結晶成長した窒化物結晶薄膜表面側からの電極取り出しが必要となる。すなわち、ダイオードの電極を、二つとも上記ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）の表面におく必要があり、そのために窒化物結晶薄膜表面側においてエッチング等の煩雑な工程を加える必要があった（図２参照）。その結果、製造工程が複雑になるのみならず、構造上の理由で受光面積を狭めてしまうことから、所望の受光面積を確保しようとするといきおいデバイス面積が大きくなり、高コストにつながるという問題があった。これが、第２の問題である。
その他、メサ構造となっている箇所は、受光面における盲点となり易く、受光面において受光感度のバラツキが生じる原因ともなっていた。
【０００９】
そのような中、最近ではサファイア基板に代えて導電性を示すＩＩＩ族窒化物結晶（例えばＧａＮ）で基板を形成し、その上にまた別のＩＩＩ族窒化物結晶薄膜を成長させてなるＩＩＩ族窒化物半導体積層構造とすることで、上記第２の課題を解決しようとする試みも見られる（特許文献２参照）。
しかしながら、ＧａＮ基板をはじめとしたＩＩＩ族窒化物結晶基板はその性質上、絶対的に極めて高価であり、汎用の素子を安価で提供することが到底不可能という問題があった。
【００１０】
また、特許文献３には、サファイア基板ではなく導電性を示す材料からなる基板の一面にオーミック電極を設ける構成が開示されているが（特許文献３の図３（ｃ）、［００３０］、［００３３］参照）、これは非特許文献１同様、受光面にクシ形のパターンの不透明なショットキー電極を備える構成であって、依然として、受光面における実効受光面積が狭いという上記第２の問題を解消し得ないものであった。
【００１１】
要するに、赤外から紫外に至る広い範囲の中から選ばれる所望の波長の光を受光可能であり、しかも、十分な性能を確保しつつ簡素な工程で安価に製造出来る、シンプルかつ信頼性に優れた半導体受光素子は、これまで提供されていなかったのである。
【特許文献１】特開２００３−２３１７５号公報
【特許文献２】特開２００４−３０７３２２号公報
【特許文献３】特開２０００−１０１１３０号公報
【非特許文献１】湖東他著、「ＡｌＧａＮ系紫外線受光素子の開発」、三菱電線工業時報第９７号、平成１３年１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って本発明は、エッチング等の煩雑な製造工程を要さず、しかも安価に製造出来る、簡素で信頼性に優れた半導体受光素子を提供することを課題とする。又本発明は、受光面積を最大限に取ることが可能であり、小型ながら十分な性能を確保し得る半導体受光素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決すべく種々検討を行った結果、本発明者は、導電性があり、しかもＧａＮ等の窒化物材料からなる結晶基板よりも格段に入手が容易で安価なＳｉ系物質を結晶基板として用いると共に、この基板の一方側の上に成長させた光感受層の上方に備える電極を所謂透明電極とし、さらに、上記基板の他方側の面に、受光素子を構成する他方側の電極を備えることで上記課題を悉く解決可能なことを見い出し、本発明を完成した。
【００１４】
上記課題を解決可能な本発明の受光素子は、（１）半導体受光素子であって、導電性を示すＳｉ系半導体からなる結晶基板と、前記結晶基板の一方側の面上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上方に少なくとも１層形成された、絶縁性のＩＩＩ族窒化物材料からなる光感受層と、受光面となる前記光感受層の一方側の面に備え設けられた、受光素子を構成する一方側の電極たるショットキー電極と、前記結晶基板の他方側の面に備え設けられた、受光素子を構成する他方側の電極と、からなることを特徴とするものである。
上記本発明の受光素子においては、（２）前記結晶基板がｎ型ＳｉＣからなり、前記バッファ層がｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなること、若しくは、（３）前記結晶基板がｎ型Ｓｉからなり、前記バッファ層がｎ型ＳｉＣからなることが好ましい。
或いは、上記本発明の受光素子においては、（４）前記結晶基板がｎ型Ｓｉからなり、前記バッファ層がｎ型ＡｌｕＧａ１−ｕＮ（０≦ｕ≦１）とｎ型ＡｌｖＧａ１−ｖＮ（０≦ｖ≦１、ｖ≠ｕ）との超格子構造からなること、若しくは、（５）前記結晶基板がｎ型Ｓｉからなり、前記バッファ層がｎ型ＳｉＣとｎ型ＡｌｕＧａ１−ｕＮ（０≦ｕ≦１）とｎ型ＡｌｖＧａ１−ｖＮ（０≦ｖ≦１、ｖ≠ｕ）との超格子構造からなることが好ましい。
【００１５】
上記本発明の受光素子では、（６）前記光感受層はＩＩＩ族窒化物材料、特に、好ましくはＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ≦１）から構成される。
【００１６】
さらに、上記本発明の受光素子においては、（７）前記ショットキー電極が、検出対象とする光の波長に対して透明な透光性の金属薄膜からなり、前記受光面略全面を被覆する様に形成されていることが好ましい。一方、（８）前記他方側の電極はオーミック電極であることが好ましい。
【００１７】
その他、上記本発明の受光素子においては、（９）前記光感受層と前記一方側の電極との間にＰ型のＩＩＩ族窒化物半導体層をさらに備え、前記一方側の電極をオーミック電極としても構わない。
【００１８】
また、上記（１）〜（９）にかかる本発明の受光素子については、（１０）前記光感受層が有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）または分子線成長法（ＭＢＥ）または水素化物法（ＨＶＰＥ）の、少なくとも一つの成長法により作製されることが好ましい。
【００１９】
本発明でいう受光面とは、光感受層の両面のうち光を受ける側の面を指し示すものとする。この受光面を覆うようにショットキー電極が設けられる。
【００２０】
ショットキー電極とは、一般的に金属と半導体との接合によってショットキー障壁と呼ばれる電位障壁が生じた状態の電極をいう。ショットキー障壁の高さｑφは、一般的に金属の仕事関数φｍと半導体の電子親和力χとの差であるから、ｑφ＝ｑ（φｍ−χ）であり、φｍの比較的大きな材料が望まれる。
好ましくは、ショットキー電極には透明（透光性の金属薄膜）電極が用いられる。このとき、電極を透過した光は、電極／半導体界面接合部の空乏層や絶縁性の光感受層で吸収され，光電流を発生させる。
ここで、「透明」とは検出対象とする光の波長に対して透明（例えば、検出対象が紫外線であればＵＶ的に透明）という意味である。
【００２１】
オーミック電極とは、金属−半導体の接触が整流特性を示さず（印加する電圧の向きにかかわらずに）、接触抵抗がほとんど無視できる状態のものをいう。高濃度にドーピングされた半導体と金属との接触は、形成される空乏層幅が著しく狭まり、トンネル電流が流れやすくなるために、オーミック性になり易い。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、上記したエッチング等の煩雑な製造工程を省くことが出来、製造が簡単になるのみならず、受光面積を最大限に取ることが可能になる。さらに、本発明によれば、簡素で信頼性に優れた構造の受光素子を、安価に提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面に基づき、本発明の受光素子の一構成例に付き説明する。図１は、本発明の受光素子の一構成例を示す図である。なお、図１は、適当な位置で本実施形態の受光素子１を切断したときの端面図である。ハッチングは、電極を識別するために施している。
【００２４】
［構成］
図１に示す通り、本発明の半導体受光素子（以下「受光素子」）１は所謂、ＭＩＳ型の構成を採るＰＤである。従って、ショットキー電極と、これに対応して設けられる他方の電極とが、受光素子として機能し得る態様で配置される。この他方の電極はオーミック電極であることが好ましい。各電極の詳細については後述する。ショットキー障壁を用いた光検出のメカニズム自体は、従来のショットキー障壁型のＰＤの場合と同様である。
本実施形態に係る受光素子１は、結晶基板２が導電性を示すＳｉ系の材料からなるものであって、さらに、一方側と他方側の電極を、少なくともこのＳｉ系結晶基板を挟んで夫々形成したことを特徴とするものである。
【００２５】
本発明による受光素子は、結晶基板上にＩＩＩ族窒化物材料の層を結晶成長させてなる積層体として構成されるのが好ましい。このとき、光感受層４は積層体の最上層に位置する。この積層体の構造、および各電極（ショットキー電極５とオーミック電極７）との位置関係は図１に示す通りである。
図１に於いて、２は導電性を示すｎ型半導体結晶基板、３はｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるバッファ層、４は絶縁性すなわちノンドープのＩＩＩ族窒化物材料からなる光感受層、５は受光素子を構成する一方側の電極たる透明ショットキー電極である。７は受光素子を構成する他方側の電極たるオーミック電極である。また図１中、Ｌは検出すべき光である。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態の受光素子１は、ノンドープのＩＩＩ族窒化物材料からなる層を光感受層４として有する。さらに、この光感受層４の片側の面を受光面４ａとして、該受光面４ａにはショットキー電極５が設けられる。
【００２７】
光感受層４に用いられるＩＩＩ族窒化物材料は、式ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ≦１）で決定される化合物であるのが好ましい。このようなＩＩＩ族窒化物材料は、Ｓｉに比べて格段に化学結合力が強く、機械的にも熱的にも強靭な性質を有するものである。
ここで、光感受層４に用いられるＩＩＩ族窒化物材料は、検出対象とする光の波長範囲のうちの長波長端の値で、その最適組成が決定される。例えば、青色領域（４８０ｎｍ付近）およびそれよりも短い波長域の光を対象とする時にはＩｎＧａＮ、紫外線でも４００ｎｍ以下の短い波長域の光を対象とする時にはＩｎ組成の少ないＩｎＧａＮ、３６５ｎｍ以下の紫外線だけを対象とする時にはＡｌＧａＮが選ばれる。
【００２８】
本実施形態では、ショットキー電極５には透明（透光性の金属薄膜）電極が用いられる。透明とは、検出対象とする光の波長に対して透明という意味である。ショットキー電極５の材料としては、Ａｕ、Ｐｔ若しくはＴｉＷ、又はそれらの組み合わせ（Ｎｉ／Ｐｔ、Ｎｉ／Ａｕ等）などが挙げられる。この透明ショットキー電極５は、受光面４ａ略全面を被覆する様に形成されている。
なお、本実施形態では、透光性の金属薄膜からなる透明ショットキー電極５と外部との接続を容易にするために、ショットキー電極５の上面に、Ａｕからなるパッド電極６を付加している。
【００２９】
オーミック電極７の材料としては、Ａｌ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｔｉ若しくはＴｉ、又はそれらの組み合わせなどが挙げられる。また、ショットキー電極５側が逆バイアスになるように電圧が印加されるので、オーミック電極７側がショットキー障壁を持っていても大きな問題にはならない。このことは、両電極をショットキー電極で形成していても、受光面の電極に逆バイアスの電圧を印加して使う場合、もう一方の電極には順バイアス状態になり、結果、オーミック電極と同等の働きをすることを意味している。
本実施形態では、片側電極をオーミック電極７としたことによって、内部電界を利用することができ、印加電圧が０でも電子正孔対の分離がなされるという原理的利点が得られる。すなわち、本実施形態によれば、片側電極がオーミック電極であることにより、印加電圧がなくても内部電界によりキャリアが分離され、光電流として外部に取り出せることが期待できる。
【００３０】
結晶基板２は、ＩＩＩ族窒化物材料の結晶成長が可能な、導電性を示すＳｉ系の半導体基板とされる。好適な基板としてはｎ型ＳｉＣやｎ型Ｓｉからなるものが挙げられる。本実施形態では、結晶基板２上に、バッファ層３を介してノンドープのＩＩＩ族窒化物結晶からなる光感受層４を成長させている。一般的に、バッファ層３は、その上方に成長させるＩＩＩ族窒化物材料の結晶成長温度よりも低温で堆積させたものである。
なお、便宜上、ｎ型ＳｉＣやｎ型Ｓｉからなる結晶基板２の表面に、ＩＩＩ族窒化物結晶との格子定数や熱膨張係数の違いを緩和するためのｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）［ｎ型ＳｉＣ基板の場合］やｎ型ＳｉＣ［ｎ型Ｓｉ基板の場合］からなるバッファ層３を設けたものを基板とみなしても良く、さらにその上に光感受層４とは別のＩＩＩ族窒化物結晶の薄膜（例えば、基板等とはドーピングの濃度が異なるもの）を有するものを基板とみなしても構わない。
いずれにしても、本実施形態では、光感受層４を境にしてバッファ層３より下の各層（バッファ層３、結晶基板２及びオーミック電極７）については電極として一体的に取り扱って考えることが可能である。
【００３１】
本発明の受光素子が受光の対象とする光としては、光感受層４に用いられるＩＩＩ族窒化物材料の組成に応じて任意の波長のものを選択し得るが、青色から紫外線・Ｘ線に至る短い波長の光を対象とするとき、本発明の有用性は特に顕著となる。
例えば、ＫｒＦエキシマレーザー装置から発せられる波長２４８ｎｍの光や、ＡｒＦエキシマレーザー装置から発せられる波長１９３ｎｍの光など、短い波長の紫外線は、強烈なエネルギーを持つ光であるため、従来より受光素子には高い耐久性と信頼性が強く求められていた。
しかるに、本発明によれば、複雑な製造工程を必要とせず、シンプルでしかも受光面積を最大限に取ることが出来る構造の素子を、紫外線のような短い波長の受光にも十分耐え得るＩＩＩ族窒化物材料を光感受層に用いて作製することが出来るため、耐紫外線性のほか、耐久性と信頼性に優れた受光素子を提供することが可能となる。又本発明によれば、基板にＳｉ系材料を使用することで、高性能な素子を安価に提供することが可能となる。
【００３２】
［動作］
又以下では、本実施形態の受光素子１の動作につき説明する。まず、透明ショットキー電極５側に負電圧、ｎ型層側すなわちオーミック電極７に正電圧を印加して、素子を逆バイアス状態とする。図の上方より入射する光Ｌは、透明ショットキー電極５を透過し、光感受層４に達すると吸収され、伝導帯に電子を、価電子帯に正孔を発生させる。このとき、電子は電界によりｎ型半導体層である結晶基板２に移動する一方、正孔は透明ショットキー電極５に移動し、電極を通じて光電流として外部に取り出される。換言すれば、電子はオーミック電極７に、正孔はショットキー電極５に導かれ、光電流として外部に取り出される。
ここで、逆バイアス電圧を大きくすることにより、アバランシェ効果を起こさせ、電流増幅型素子として用いられることもある。
【実施例】
【００３３】
次に、上記構成からなる本発明の受光素子を、紫外域の光を受光の対象とする紫外線センサとして実際に作成した例に付き説明する。
【００３４】
［第１例］
上記実施形態同様、本実施例の受光素子１は、図１に示す構造をもつものであり、ｎ型ＳｉＣ基板２上に、バッファ層となるｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）層３、絶縁性のノンドープＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ≦１）からなる光感受層４が順次積層され、その上に、Ｎｉ／Ａｕから成る透明ショットキー電極５が形成されたＭＩＳ型受光素子である。
【００３５】
具体的には、本実施例の受光素子１は、昇華法等で作製したｎ型ＳｉＣ基板２上に、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなるバッファ層３を形成し、さらにその上に、絶縁性のノンドープＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ≦１）からなる光感受層４を結晶成長させて構成したものである。本実施例では、上記の積層構造を、公知の手法を導入して有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により作製した。
【００３６】
なお、光感受層４を構成する絶縁性のノンドープＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ≦１）ＩＩＩ族窒化物材料に関しては、検出対象とする光の波長帯域に応じてその最適組成が決定される。検出対象とする光の波長帯域に対応したｘ及びｙの比率その他に関しては従来公知である。本実施例では、紫外域にある約３４０ｎｍの波長の光に対して感度をもつセンサを得るべく、光感受層４をＡｌＧａＮから形成した。
【００３７】
又図１に示す通り、ｎ型ＳｉＣ基板２の裏面には、Ｔｉ／Ａｌからなるオーミック電極７が形成され、透明ショットキー電極５の受光面の一部には、Ａｕからなるパッド電極６が形成されている。
本実施例の受光素子１では、透明ショットキー電極５側から光（紫外線）Ｌが入射すると、キャリアが発生し、電極５，７から光電流が取り出される。
【００３８】
［第２例］
第１例に引き続き、同一積層構造からなる第２例を作製した。
この第２例の受光素子１は、ｎ型ＳｉＣ基板に代えてｎ型Ｓｉ基板を用い、その上に、ｎ型ＳｉＣからなるバッファ層３を形成し、さらにその上に、絶縁性のノンドープＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ≦１）ＩＩＩ族窒化物材料からなる光感受層４を結晶成長させて構成したものである。
第１例同様、第２例においても、上の積層構造を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて形成した。光感受層４の組成は、第１例と同様のものとした。
Ｓｉ基板上にＳｉＣ（３Ｃ−ＳｉＣ）を介してＩＩＩ族窒化物材料からなる層を結晶成長させる手法は、Ｔ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ他による報告（Ｊ． Ｃｒｙｓｔ． Ｇｒｏｗｔｈ １１５， ６３４（１９９１年）参照）等により公知である。
【００３９】
Ｓｉ結晶基板上にＩＩＩ族窒化物の結晶を成長させる手法に関しては、上記のほか、ｉ）Ｓｉ等の基板上に少なくともＩｎを含むＧａＮ系半導体からなるバッファ層を堆積し、その上にＧａＮ系半導体層を結晶成長させる方法（特開平１１−１４５５１４号公報参照）や、ｉｉ）Ｓｉ基板の上に、ＭＢＥ法によりＧａ薄膜を形成し、その後、このＧａ薄膜上に窒化層１３を形成し、さらに、その上にＧａＮ結晶を成長させる方法（特開平９−１３４８７８号公報参照）、ｉｉｉ）Ｓｉと（バッファ層上に形成しようとする）ＩＩＩ族窒化物半導体との中間の格子定数を有する、ＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体及びＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物半導体、並びにＧａＮ系窒化物半導体の中から選ばれる少なくとも２種の化合物半導体を超格子構造を構成するように積層してバッファ層を形成し、これを介在させて、Ｓｉ基板上にＩＩＩ族窒化物半導体を成長させる方法（特開２００４−６３７６２号公報参照）、ｉｖ）ＡｌＮやＡｌＧａＮ／ＡｌＮからなる中間層を介在させる方法（梅野他「Ｓｉ基板上へテロエピタキシー」、応用物理第７２巻  第３号  Ｐ２８０−２８１（２００３年）参照）などが、現在までに報告、提案されている。
さらに、ｖ）Ｓｉ基板上に、ＡｌＧａＮ／ＡｌＮ超格子を用いてガスソースＭＢＥ法により高品質のＡｌＧａＮを成長させる方法（Ｓ． Ａ． Ｎｉｋｉｓｈｉｎ他、Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７６， ３０２８（２０００年）参照）や、ｖｉ）Ｓｉ基板上にＡｌＧａＮ／ＧａＮ多層膜を導入してＧａＩｎＮ／ＧａＮデバイス（ＭＱＷ ＬＥＤ）を作製した例について報告例がある（Ａ．Ｄａｄｇａｒ他、Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７８， ２２１１（２００１年）参照）。
【００４０】
このように、Ｓｉ結晶基板上にＩＩＩ族窒化物の結晶を成長させる手法は種々存在するが、上記したｎ型ＳｉＣからなるバッファ層３を形成する手法に代替し得る好適な方法としては、ｎ型ＡｌｕＧａ１−ｕＮ（０≦ｕ≦１）とｎ型ＡｌｖＧａ１−ｖＮ（０≦ｖ≦１、ｖ≠ｕ）との超格子構造からなるバッファ層を用いる方法や、ｎ型ＳｉＣとｎ型ＡｌｕＧａ１−ｕＮ（０≦ｕ≦１）とｎ型ＡｌｖＧａ１−ｖＮ（０≦ｖ≦１、ｖ≠ｕ）との超格子構造からなるバッファ層を用いる方法が挙げられる。
なお、超格子構造とは、ヘテロ接合を数〜数１０原子層厚の一定周期で繰り返して形成される人工的な構造を言う。十分に短い周期で半導体超格子を構成したとき（短周期超格子）、その積層構造は実効的に超格子の寸法で決まる平均組成の混晶とほぼ等しい働きをすることが知られている。
【００４１】
第１例及び第２例として得られた本実施例の紫外線センサに関し、両電極５，７間に逆バイアスをかけた状態で、受光面に対して垂直な方向から種々の波長の光を照射し、受光の性能を調べたところ、紫外域の光、すなわち約３４０ｎｍ以下の波長の光に対して感度があることがわかった。３４０ｎｍ以下の波長域については、従来技術にあっては基板側から光を入射させていた場合に問題となるＡｌＧａＮの光吸収特性が、本発明では逆にそのまま受光感度に寄与することになるので、フラットな特性となった。また、３４０ｎｍよりも長い波長域の光については、光感受層４が感応しないため、全く感度がないほか、素子の顕著な温度上昇も看られなかった。
さらに、本実施例の紫外線センサでは、メサ構造を採用せずに済むため、受光面に盲点もなく、受光面における受光感度のバラツキも解消されている。
【００４２】
上記の通り、本発明の受光素子は、光感受層にＩＩＩ族窒化物材料を用いているために紫外線に対して優れた耐性を有する。又本発明の受光素子は、透光性の金属薄膜からなる透明電極を用いたショットキー障壁型のＰＤであり、ショットキー電極の上面側からの光を受光する構造となっている。すなわち、受光すべき光は、基板層を通過することなく、電極側から直接的に光感受層に入射することが可能である。
以上に説明したように、本発明によれば、青色〜紫外域の波長の光に対しても優れた感度を有する受光素子が得られる。又本発明によれば、特に、波長が短くなっても感度が減少することがないという顕著な作用効果が得られる。
【００４３】
［変形例］
以上、本発明につき一実施形態等を用いて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態等に記載の構成に限定されず、種々の設計変更が可能である。
【００４４】
例えば、上記各実施例では、光感受層４を紫外線に対して感度をもつ組成からなるものとしたが、光感受層４の組成についてはこれに限られず、検出対象とする光の波長帯域に対応した最適な組成のものとして構わない。又光感受層は、１層からなるものに限らず、組成等が相異なる複数層を積層して構成されたものであっても構わない。一般式も、ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ≦１）に限らず、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）等としても良い。
バッファ層３及びその形成手法についても、上記各実施例に記載したものに限定されず、現在までに報告、提案されている種々のものの中から適当なものを用い得る。
【００４５】
また上記した通り、結晶基板２の他方側に備えられる、受光素子１を形成する他方側の電極７については、ショットキー障壁を持った所謂ショットキー電極であっても構わない。
【００４６】
さらに、上記各実施例では基板上における積層構造を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により形成するものとしたが、積層構造を形成する手法についてはこれに限られず、従来知られた別の結晶成長法、例えば分子線成長法（ＭＢＥ）または水素化物法（ＨＶＰＥ）を用いても構わない。
電極材料も、上記各実施例に記載のものに限定されない。また、各層の膜厚や電極の厚さに関しても、適当な値を選択することが可能である。
【００４７】
その他、上記実施形態等では、受光素子１を導電性を示すｎ型の結晶基板２の上にバッファ層３、ノンドープの光感受層４及びショットキー電極５を順次形成するＭＩＳ型の構成としたが、光感受層４の上にＰ型のＩＩＩ族窒化物半導体、又その上に適当な電極（例えば、オーミック電極）を備えたＰＩＮ型構成とする等、種々の変更をなし得る。Ｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体としては、任意の組成比率をもつＡｌＧａＮ等を用い得る。Ｐ型層は、１層からなるものに限らず、組成やドーピング比率が相異なる複数層を積層して構成されたものであっても構わない。いずれにしても、上記結晶基板の他方側の面には、受光素子を構成する他方側の電極（オーミック電極）が備えられる。
要するに、本発明は、一方側と他方側の電極を、導電性を示すＳｉ系結晶基板を挟んで夫々形成することにより、受光面積を最大限に取ることが出来、しかもエッチング等の面倒な工程を省略することが可能な受光素子を対象とするものである。
【００４８】
このように、本発明は上記実施形態等に記載の構成に限定されるものではなく、当業者であれば、以上に開示された基本的技術思想及び教示に基づき、種々の変形例を想到出来る事は自明である。
【００４９】
以上に説明した通り、本願発明は、赤外から紫外に至る広い範囲の中から選ばれる所望の波長の光を受光可能であり、しかも、十分な性能を確保しつつ簡素な工程で安価に製造出来る、シンプルかつ信頼性に優れた半導体受光素子を提供する、新規かつ有用なるものであることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の受光素子の一構成例を示す図である。
【図２】従来構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ｌ  入射光
１  受光素子
２  結晶基板
３  バッファ層
４  光感受層
４ａ  受光面
５  ショットキー電極
６  パッド電極
７  他方側の電極
２０，３０  受光素子
２１，３１  基板
２２，３２  ｎ−ＧａＮ層
２３，３３  光感受層
２４，３４  メサ構造
２５，３５  ショットキー電極
２６，３６  バイアス電源
２７，３７  オーミック電極
【図１】
2007123587.tif 000003
【図２】
2007123587.tif 000004