(57)【要約】【課題】比較的簡素な装置構成で、大きな水分濃度でも劣化が小さく高いセンサ特性を維持する耐環境性に優れた信頼性の高い水分計を実現する。【解決手段】化合物半導体層２と、化合物半導体層２上で形成されたゲート電極６、ソース電極４及びドレイン電極５とを含み、ゲート電極６にオフ状態となる電圧を印加した状態でドレイン電極５−ソース電極４間に電圧を印加することにより、ゲート電極６にオン状態となる電圧を印加した状態におけるドレイン電極５−ソース電極４間の電流がＤＣ特性からＡＣ特性に変化する性質を有し、ＡＣ特性の変化態様が水分濃度に依存する化合物半導体装置を備えており、この化合物半導体装置は、ＡＣ特性の変化態様に応じて被測定気体の水分濃度が測定される水分センサヘッド１０である。【選択図】図３
2016161446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体層と、
前記化合物半導体層上で形成された第１電極及び第２電極と
を含み、
前記第１電極にオフ状態となる電圧を印加した状態で前記第２電極に電圧を印加することにより、前記第１電極にオン状態となる電圧を印加した状態における前記第２電極の電流が第１特性から第２特性に変化する性質を有し、前記第２特性の変化態様が水分濃度に依存する化合物半導体装置を備えており、
前記化合物半導体装置は、前記第２特性の変化態様に応じて被測定気体の水分濃度が測定される水分センサヘッドであることを特徴とする水分計。
【請求項２】
前記第１電極に接続されており、前記第１電極にパルス電圧を印加する電圧発生部と、
前記第２電極に接続されており、前記第２電極の電流を測定する電圧測定部と
を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の水分計。
【請求項３】
前記化合物半導体装置を加熱するヒータを更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水分計。
【請求項４】
前記被測定気体とは異なるパージガスを前記化合物半導体装置に供給する流路を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水分計。
【請求項５】
前記化合物半導体装置は、前記化合物半導体層の表面を覆う保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水分計。
【請求項６】
化合物半導体層と、
前記化合物半導体層上で形成された第１電極及び第２電極と
を含み、
前記第１電極にオフ状態となる電圧を印加した状態で前記第２電極に電圧を印加することにより、前記第１電極にオン状態となる電圧を印加した状態における前記第２電極の電流が第１特性から第２特性に変化する性質を有し、前記第２特性の変化態様が水分濃度に依存する化合物半導体装置を水分センサヘッドとして用いて、
前記第２特性の変化態様に基づいて被測定気体の水分濃度を測定することを特徴とする水分測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分計及び水分測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気中の水分を測定する水分計の一つに、酸化アルミニウム膜を用いた静電容量センサがある。この水分計は、低湿環境（低露点２０℃ＤＰ（水分濃度：２．３１％）〜−１１０℃ＤＰ（水分濃度：０．０１４ｐｐｍ））における測定が可能であり、半導体製造のクリーンルーム等の工業計器として用いられている。この水分計の検出部では、感湿膜として酸化アルミニウム膜を使用しており、その表面には規則正しい間隔で多数の気孔が分布している。当該表面には金薄膜が蒸着されており、ベース部（アルミニウム基板）と金薄膜とを両極としたインピーダンス素子で構成される。この検出部を雰囲気に晒すことにより、水蒸気圧に比例した数の水分子が酸化アルミニウム膜の細孔に浸透してゆき、水分子が細孔壁に吸着した後、平衡状態になり細孔壁の電気的抵抗値を変化させる。これにより、水蒸気圧の変化をインピーダンス変化として検出することが可能となる。
【０００３】
また、他の水分計として、ペルチェ素子を用いた鏡面水冷式の水分計も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１０１４６号公報
【特許文献２】特開昭６１−２０８１１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】IEEE Electron Device Lett., vol. 33, no. 10, pp. 1378-1380, Oct. 2012.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、酸化アルミニウム膜を用いた静電容量センサは、定常的に低露点温度計測を行う場合には優れた特性を示すが、湿度４０％前後の通常雰囲気の測定を行う場合、感湿膜である酸化アルミニウム膜と水分との反応が進行する。そのため、水分計としてセンサ特性の劣化を招き易い。
【０００７】
また、鏡面水冷式の水分計は、ペルチェ素子に加えて、ＬＥＤ、フォトダイオード、光量検出回路、温度検出回路、制御回路等が必要となる。そのため、酸化アルミニウム膜を用いた静電容量センサに比べて装置構成が大規模であり、高価となる。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、比較的簡素な装置構成で、大きな水分濃度でも劣化が小さく高いセンサ特性を維持する耐環境性に優れた信頼性の高い水分計及び水分測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
水分計の一態様は、化合物半導体層と、前記化合物半導体層上で形成された第１電極及び第２電極とを含み、前記第１電極にオフ状態となる電圧を印加した状態で前記第２電極に電圧を印加することにより、前記第１電極にオン状態となる電圧を印加した状態における前記第２電極の電流が第１特性から第２特性に変化する性質を有し、前記第２特性の変化態様が水分濃度に依存する化合物半導体装置を備えており、前記化合物半導体装置は、前記第２特性の変化態様に応じて被測定気体の水分濃度が測定される水分センサヘッドである。
【００１０】
水分測定方法の一態様は、化合物半導体層と、前記化合物半導体層上で形成された第１電極及び第２電極とを含み、前記第１電極にオフ状態となる電圧を印加した状態で前記第２電極に電圧を印加することにより、前記第１電極にオン状態となる電圧を印加した状態における前記第２電極の電流が第１特性から第２特性に変化する性質を有し、前記第２特性の変化態様が水分濃度に依存する化合物半導体装置を水分センサヘッドとして用いて、前記第２特性の変化態様に基づいて被測定気体の水分濃度を測定する。
【発明の効果】
【００１１】
上記の諸態様によれば、比較的簡素な装置構成で、大きな水分濃度でも劣化が小さく高いセンサ特性を維持する耐環境性に優れた信頼性の高い水分計及び水分測定方法が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態による水分計のセンサヘッドの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図２】図１に引き続き、本実施形態による水分計のセンサヘッドの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３】本実施形態による水分計の概略構成を示す模式図である。
【図４】ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの電流コラプス現象を示す特性図である。
【図５】ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴにおいて、オフ動作時のドレイン−ソース間電圧とドレイン−ソース間電流との関係を示す特性図である。
【図６】本実施形態による水分計において、保護膜を有するセンサヘッドを備えた構成を示す模式図である。
【図７】本実施形態による水分計について、センサヘッドの初期化機構を備えた一例を示す模式図である。
【図８】本実施形態による水分計について、センサヘッドの初期化機構を備えた他の例を示す模式図である。
【図９】本実施形態による水分計を用いた水分測定方法を示すフロー図である。
【図１０】本実施形態による水分計を用いた水分濃度測定におけるセンサヘッドに印加される各電圧を示す特性図である。
【図１１】本実施形態による水分計を用いた水分濃度測定におけるセンサヘッドの電圧ＶｄｓとＩｄｓとの関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、化合物半導体装置を用いた水分計及び水分測定方法の諸実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
［水分計のセンサヘッドの概略構成］
先ず、本実施形態による水分計のセンサヘッドとなる化合物半導体装置について説明する。本実施形態では、化合物半導体装置の一例として、窒化物半導体のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを挙げ、その構成について製造方法と共に説明する。
図１〜図２は、第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【００１５】
先ず、図１（ａ）に示すように、成長用基板として例えばＳｉＣ基板１上に、化合物半導体積層構造２を形成する。成長用基板としては、ＳｉＣ基板の代わりに、Ｓｉ基板、サファイア基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板等を用いても良い。また、基板の導電性としては、半絶縁性、導電性を問わない。
化合物半導体積層構造２は、バッファ層２ａ、電子走行層２ｂ、及び電子供給層２ｃを有して構成される。
【００１６】
完成したＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、その動作時において、電子走行層２ｂの電子供給層２ｃとの界面近傍に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が発生する。この２ＤＥＧは、電子走行層２ｂの化合物半導体（ここではＧａＮ）と電子供給層２ｃの化合物半導体（ここではＡｌＧａＮ）との格子定数の相違に基づいて生成される。
【００１７】
詳細には、ＳｉＣ基板１上に、例えば有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法により、以下の各化合物半導体を成長する。ＭＯＶＰＥ法の代わりに、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法等を用いても良い。
ＳｉＣ基板１上に、ＡｌＮを０．１μｍ程度の厚みに、ｉ（インテンショナリ・アンドープ）−ＧａＮを１．０μｍ程度の厚みに、ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ（Ａｌ組成２０％）を２０ｎｍ程度の厚みに順次成長する。これにより、バッファ層２ａ、電子走行層２ｂ、及び電子供給層２ｃが形成される。バッファ層２ａとしては、ＡｌＮの代わりにＡｌＧａＮを用いたり、低温成長でＧａＮを成長するようにしても良い。
【００１８】
ＡｌＮの成長条件としては、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガス及びアンモニア（ＮＨ3）ガスの混合ガスを用いる。ＧａＮの成長条件としては、原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス及びＮＨ3ガスの混合ガスを用いる。ＡｌＧａＮの成長条件としては、原料ガスとしてＴＭＡガス、ＴＭＧガス、及びＮＨ3ガスの混合ガスを用いる。成長する化合物半導体層に応じて、Ａｌ源であるＴＭＡガス、Ｇａ源であるＴＭＧガスの供給の有無及び流量を適宜設定する。共通原料であるＮＨ3ガスの流量は、１００ｃｃｍ〜１０ＬＭ程度とする。また、成長圧力は５０Torr〜３００Torr程度、成長温度は１０００℃〜１２００℃程度とする。
【００１９】
ＧａＮ、ＡｌＧａＮをｎ型として成長する際には、ｎ型不純物として例えばＳｉを含む例えばＳｉＨ4ガスを所定の流量で原料ガスに添加し、ＧａＮ及びＡｌＧａＮにＳｉをドーピングする。Ｓｉのドーピング濃度は、１×１０18／ｃｍ3程度〜１×１０20／ｃｍ3程度、例えば５×１０18／ｃｍ3程度とする。
【００２０】
続いて、図１（ｂ）に示すように、素子分離構造３を形成する。図１（ｃ）以降では、素子分離構造３の図示を省略する。
詳細には、化合物半導体積層構造２の素子分離領域に、例えばアルゴン（Ａｒ）を注入する。これにより、化合物半導体積層構造２及びＳｉＣ基板１の表層部分に素子分離構造３が形成される。素子分離構造３により、化合物半導体積層構造２上で活性領域が画定される。
なお、素子分離は、上記の注入法の代わりに、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法を用いて行っても良い。このとき、化合物半導体積層構造２のドライエッチングには、例えば塩素系のエッチングガスを用いる。
【００２１】
続いて、図１（ｃ）に示すように、ソース電極４及びドレイン電極５を形成する。
詳細には、先ず、ソース電極及びドレイン電極を形成するためのレジストマスクを形成する。このレジストを化合物半導体積層構造２上に塗布し、ソース電極及びドレイン電極の形成予定部位を露出させる開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばＴａ／Ａｌを、例えば蒸着法により、電極形成予定部位を露出させる開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Ｔａの厚みは２０ｎｍ程度、Ａｌの厚みは２００ｎｍ程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したＴａ／Ａｌを除去する。その後、ＳｉＣ基板１を、例えば窒素雰囲気中において４００℃〜１０００℃程度の温度、例えば６００℃程度で熱処理し、残存したＴａ／Ａｌを電子供給層２ｄとオーミックコンタクトさせる。Ｔａ／Ａｌの電子供給層２ｃとのオーミックコンタクトが得られるのであれば、熱処理が不要な場合もある。以上により、化合物半導体積層構造２上にソース電極４及びドレイン電極５が形成される。ソース電極とドレイン電極の材料はＴｉ／Ａｌでも構わない。
【００２２】
続いて、図２に示すように、ゲート電極６を形成する。
詳細には、先ず、ゲート電極を形成するためのレジストマスクを形成する。このレジストを化合物半導体積層構造２上に塗布し、ゲート電極の形成予定部位を露出させる開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばＮｉ／Ａｕを、例えば蒸着法により、電極形成予定部位を露出させる開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Ｎｉの厚みは３０ｎｍ程度、Ａｕの厚みは４００ｎｍ程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したＮｉ／Ａｕを除去する。以上により、化合物半導体積層構造２上のソース電極４とドレイン電極５との間に、ゲート電極６が形成される。
【００２３】
しかる後、層間絶縁膜の形成、ソース電極４、ドレイン電極５、ゲート電極６と接続される配線の形成、上層の保護膜の形成、最表面に露出する接続電極の形成等の諸工程を経て、本実施形態でセンサヘッドとして用いられるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが形成される。
【００２４】
本実施形態では、ゲート電極６が化合物半導体積層構造２と直接的に接触する、ショットキー型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを例示した。ショットキー型の替わりに、化合物半導体積層構造２とゲート電極６との間にゲート絶縁膜を有するＭＩＳ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを作製するようにしても良い。
【００２５】
［水分計の概略構成］
図３は、本実施形態による水分計の概略構成を示す模式図である。
この水分計は、上記のセンサヘッド１０、測定用チャンバー１１、及び制御部１２を備えて構成されている。
【００２６】
センサヘッド１０は、化合物半導体装置であり、本実施形態では上記のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴである。センサヘッド１０では、ゲート電極６にオフ状態となる電圧を印加した状態でドレイン電極５−ソース電極４間に電圧を一定時間印加した後、ゲート電極６にオン状態となる電圧を印加した際のドレイン電極５−ソース電極４間の電流が静特性から変化する性質を有する。具体的には、ＤＣ特性からＡＣ特性に変化する。これは、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴ等の化合物半導体装置で確認される現象であり、電流コラプス現象として知られている。この電流コラプス現象は、測定環境中の水分濃度（湿度）に依存して変化する。図４は、非特許文献１から引用した特性図である。測定環境中の水分濃度により、ドレイン−ソース間電流がＤＣ特性から変化している。本発明者らの実験においても同様の現象が確認されている。
【００２７】
本実施形態の水分計は、センサヘッド１０の持つ電流コラプス現象を利用し、ＡＣ特性のＤＣ特性からの変化態様に基づいて化合物半導体積層構造２の表面に付着する水分子の水分濃度を測定する。
また、上記の化合物半導体装置では、図５に示すように、オフ動作時のドレイン−ソース間電圧が大きいほど、ドレイン−ソース間電流の変化量が大きいことが判っている。本実施形態では、センサヘッド１０は、この性質を利用して、化合物半導体積層構造２の表面における水分に対する感度をオフ動作時のドレイン電極５−ソース電極４間の電圧により変化させる。高感度測定の際には、オフ動作時のドレイン電極５−ソース電極４間の電圧を高く設定してドレイン電極５−ソース電極４間の電流の変化量を大きくする。一方、低感度測定の際には、ドレイン電極５−ソース電極４間の電圧を低く設定してドレイン電極５−ソース電極４間の電流の変化量を小さくする。
【００２８】
また、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、基板直上に形成されたバッファ層のＡｌＮが厚いほど、電流コラプスが大きいことが判っている。そこで、本実施形態の水分計が専ら高感度測定を指向したものであれば、センサヘッド１０のバッファ層２ａを０．１μｍ程度よりも厚く、例えば０．２μｍ程度〜０．５μｍ程度に形成しても良い。ここで、バッファ層２ａを０．２μｍよりも薄く形成すると、高感度測定が困難となる。また０．５μｍよりも厚く形成すると、ＧａＮ電子走行層、ＡｌＧａＮ電子供給層の結晶品質が劣化し易くなるために不都合となる。
【００２９】
センサヘッド１０においては、図６に示すように、化合物半導体積層構造２の表面劣化を抑止して長期間の使用を可能とすべく、当該表面を覆うＳｉＮ等の保護膜７を形成するようにしても良い。
【００３０】
測定用チャンバー１１は、被測定気体の流入口１１ａと、被測定気体の流出口１１ｂとが設けられており、内部にセンサヘッド１０が配される。なお、本実施形態の水分計では、測定用チャンバー１１を使用しない場合もある。
【００３１】
制御部１２は、水分計の駆動を統括制御しており、センサヘッド１０のソース電極４、ドレイン電極５、及びゲート電極６への電圧印加及び電流測定等の駆動制御を行うものである。制御部１２は、パルス電圧制御回路１３及び電流測定回路１４を備えており、パルス電圧制御回路１３及び電流測定回路１４の有する以下の機能を制御する。
【００３２】
パルス電圧制御回路１３は、センサヘッド１０のソース電極４、ドレイン電極５、及びゲート電極６とそれぞれ電気的に接続されている。パルス電圧制御回路１３は、ゲート電極６−ソース電極４間にオン・オフ状態を繰り返すパルス電圧を印加すると共に、ドレイン電極５−ソース電極４間に所定のパルス電圧を印加する。
【００３３】
電流測定回路１４は、センサヘッド１０のソース電極４及びドレイン電極５とそれぞれ電気的に接続されている。電流測定回路１４は、上記のパルス電圧をゲート電極６−ソース電極４間に印加した状態で、オフ動作時のパルス電圧によるオン動作時のドレイン電極５−ソース電極４間の電流を測定する。
【００３４】
本実施形態の水分計では、センサヘッド１０の化合物半導体積層構造２の表面状態を初期化するための機構を備えることが望ましい。以下、当該構成を備えた二例について説明する。
【００３５】
図７は、本実施形態による水分計について、センサヘッドの初期化機構を備えた一例を示す模式図である。
この水分計では、センサヘッド１０の下部に、初期化機構であるヒータ２１が設けられている。ヒータ２１は、その表面にヒータ線２１ａが埋め込まれている。被測定気体の水分濃度の測定終了後において、ヒータ２１の駆動によりセンサヘッド１０を加熱し、化合物半導体積層構造２の表面に付着した被測定気体の水分を蒸発除去して初期化する。ヒータ２１の駆動は、制御部１２により制御するようにしても良い。
【００３６】
図８は、本実施形態による水分計について、センサヘッドの初期化機構を備えた他の例を示す模式図である。
この水分計では、測定用チャンバー１１に、被測定気体とは異なるパージガスをセンサヘッド１０に供給する流路となるパージガス供給口２２が設けられている。パージガスとしては不活性ガス、例えば窒素が用いられる。被測定気体の水分濃度の測定終了後において、不図示のパージガス供給機構の駆動により、パージガス供給口２２から測定用チャンバー１１内にパージガスを供給し、化合物半導体積層構造２の表面に付着した被測定気体の水分を蒸発除去して初期化する。パージガス供給機構の供給駆動は、制御部１２により制御するようにしても良い。
【００３７】
［水分測定方法］
図９は、本実施形態による水分計を用いた水分測定方法を示すフロー図である。図１０は、本実施形態による水分計を用いた水分濃度測定におけるセンサヘッドに印加される各電圧を示す特性図であり、（ａ）がドレイン−ソース間電圧（Ｖｄｓ）を、（ｂ）がゲート−ソース間電圧（Ｖｇｓ）をそれぞれ示す。図１１は、本実施形態による水分計を用いた水分濃度測定におけるセンサヘッドの電圧Ｖｄｓとドレイン−ソース間電流（Ｉｄｓ）との関係を示す特性図である。
【００３８】
本実施形態では、上記の水分計を用いて被測定気体の水分濃度を測定するに際して、センサヘッド１０の静特性であるＤＣ状態におけるＩ−Ｖ特性（ＤＣ特性）は予め測定されており、その情報が制御部１２の記憶部に格納されている。
しておく。
先ず、制御部１２は、センサヘッド１０のソース電極４、ドレイン電極５、及びゲート電極６の各電圧を初期状態とする（ステップＳ１）。
【００３９】
続いて、制御部１２は、パルス電圧制御回路１３を駆動して、ゲート電極６−ソース電極４間にオン状態となる電圧Ｖｇｓ（例えば０Ｖ）を印加する（ステップＳ２）。
続いて、制御部１２は、パルス電圧制御回路１３を駆動して、ドレイン電極５−ソース電極４間に短時間（例えば３００μ秒間）、例えば１Ｖのパルス電圧Ｖｄｓを印加する。そして、電流測定回路１４を駆動して、ドレイン電極５−ソース電極４間の電流Ｉｄｓを測定する（ステップＳ３）。ステップＳ３における電圧Ｖｄｓを図１０（ａ）に、電流Ｉｄｓを図１１にそれぞれ〇で示す。
続いて、制御部１２は、測定された電流ＩｄｓのＤＣ特性からの変化率を算出する（ステップＳ４）。
【００４０】
続いて、制御部１２は、パルス電圧制御回路１３を駆動して、ドレイン電極５−ソース電極４間の電圧Ｖｄｓを０Ｖとする（ステップＳ５）。
続いて、制御部１２は、パルス電圧制御回路１３を駆動して、ゲート電極６−ソース電極４間にオフ状態となる電圧Ｖｇｓ（例えば−７Ｖ）を印加する。そして、ドレイン電極５−ソース電極４間に例えば１ｍ秒間、例えば３０Ｖのパルス電圧Ｖｄｓを印加してセンサヘッド１０にストレスを与える（ステップＳ６）。ステップＳ６における電圧Ｖｄｓを図１０（ａ）に、電流Ｉｄｓを図１１にそれぞれ□で示す。
【００４１】
続いて、制御部１２は、パルス電圧制御回路１３を駆動して、ソース電極４、ドレイン電極５、及びゲート電極６の各電圧を例えば０Ｖとする（ステップＳ７）。
続いて、制御部１２は、パルス電圧制御回路１３を駆動して、ドレイン電極５−ソース電極４間に短時間（例えば３００μ秒間）、ステップＳ３のパルス電圧Ｖｄｓ（上記の例では１Ｖ）よりも大きい電圧、例えば２Ｖのパルス電圧Ｖｄｓを印加する。そして、電流測定回路１４を駆動して、ドレイン電極５−ソース電極４間の電流Ｉｄｓを測定する（ステップＳ８）。ステップＳ８における電圧Ｖｄｓを図１０（ａ）に、電流Ｉｄｓを図１１にそれぞれ△で示す。
続いて、制御部１２は、測定された電流ＩｄｓのＤＣ特性からの変化率を算出する（ステップＳ９）。
【００４２】
続いて、制御部１２は、パルス電圧制御回路１３を駆動して、ドレイン電極５−ソース電極４間の電圧Ｖｄｓを０Ｖとする（ステップＳ１０）。
続いて、制御部１２は、パルス電圧制御回路１３を駆動して、ゲート電極６−ソース電極４間にオフ状態となる電圧Ｖｇｓ（例えば−７Ｖ）を印加する。そして、ドレイン電極５−ソース電極４間に例えば１ｍ秒間、例えば３０Ｖのパルス電圧Ｖｄｓを印加してセンサヘッド１０にストレスを与える（ステップＳ１１）。ステップＳ６と同様に、ステップＳ１１における電圧Ｖｄｓを図１０（ａ）に、電流Ｉｄｓを図１１にそれぞれ□で示す。
【００４３】
続いて、制御部１２は、パルス電圧制御回路１３を駆動して、ソース電極４、ドレイン電極５、及びゲート電極６の各電圧を例えば０Ｖとする（ステップＳ１２）。
続いて、制御部１２は、パルス電圧制御回路１３を駆動して、ドレイン電極５−ソース電極４間に短時間（例えば３００μ秒間）、ステップＳ８のパルス電圧Ｖｄｓ（上記の例では２Ｖ）よりも大きい電圧、例えば３Ｖのパルス電圧Ｖｄｓを印加する。そして、電流測定回路１４を駆動して、ドレイン電極５−ソース電極４間の電流Ｉｄｓを測定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３における電圧Ｖｄｓを図１０（ａ）に、電流Ｉｄｓを図１１にそれぞれ▽で示す。
続いて、制御部１２は、測定された電流ＩｄｓのＤＣ特性からの変化率を算出する（ステップＳ１４）。
【００４４】
続いて、制御部１２は、ステップＳ４，Ｓ９，Ｓ１４において算出された、ＤＣ特性と電流Ｉｄｓとの変化率の差について、当該３値のバラツキが所定の割合以下、例えば５％以下であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。判定の結果、５％以下であればステップＳ１６に進む。一方、５％を超えていれば、ステップＳ１０〜Ｓ１４を再び実行する。但し、ステップＳ１３では、パルス電圧Ｖｄｓを、前回のステップＳ１３の電圧Ｖｄｓよりも高い電圧、例えば４Ｖとする。続くステップＳ１５では、直近の３点、即ち、今回のステップＳ１３で測定された電流ＩｄｓのＤＣ特性からの変化率と、前回のステップＳ９，Ｓ１３で測定された電流ＩｄｓのＤＣ特性からの変化率について、バラツキが５％以下であるか否かを判定する。
【００４５】
ステップＳ１６において、制御部１２は、ステップＳ３，Ｓ８，Ｓ１３において測定された電流Ｉｄｓに基づいて、図１１のようにＡＣ状態におけるＩ−Ｖ特性（ＡＣ特性）を決定する。そして、ＡＣ特性のＤＣ特性との比較により、センサヘッド１０の水分濃度を同定する。
【００４６】
続いて、センサヘッド１０の化合物半導体積層構造２の表面状態を初期化する（ステップＳ１７）。具体的には、図７のように初期化機構としてヒータ２１を備えている場合には、ヒータ２１の駆動によりセンサヘッド１０を加熱し、化合物半導体積層構造２の表面に付着した被測定気体の水分を蒸発除去して初期化する。図８のように初期化機構としてパージガスの供給機構を備えている場合には、パージガス供給口２２から測定用チャンバー１１内にパージガスを供給し、化合物半導体積層構造２の表面に付着した被測定気体の水分を蒸発除去して初期化する。
【００４７】
センサヘッド１０においては、オフ動作時のドレイン−ソース間の電圧Ｖｄｓが大きいほど、ドレイン−ソース間の電流Ｉｄｓの変化量が大きい。本実施形態では、上述の水分濃度測定よりも高感度で測定する場合には、ステップＳ６，Ｓ１１においてドレイン電極５−ソース電極４間に３０Ｖよりも大きい電圧、例えば６０Ｖのパルス電圧Ｖｄｓを印加してセンサヘッド１０にストレスを与えるようにする。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態では、比較的簡素な装置構成で、大きな水分濃度でも劣化が小さく高いセンサ特性を維持する耐環境性に優れた信頼性の高い水分計及び水分測定方法が実現する。
【００４９】
本実施形態による水分計は、例えば耐環境性能が求められる惑星・衛星探査等の調査において用いることにより、宇宙環境でも使用することができる。当該水分計を用いることで、調査する惑星・衛星に水分が存在すれば、それが極微小である場合でも正確に検出することが可能であり、調査精度の向上が期待できる。
【００５０】
本実施形態による水分計は、例えば以下のような水分測定システムとして構成することも可能である。この水分測定システムは例えば、当該水分計と、無線通信機構と、ユーザの端末、例えば携帯端末とを備えて構成される。湿気を嫌う場所、例えばレンズ保管庫等に本実施形態による水分計を取り付ける。水分計自体は小さいため、レンズ保管庫等に取り付けることには特に問題はない。当該水分計で測定されたレンズ保管庫内の水分濃度（湿度）は、無線通信機構により携帯端末に送信され、携帯端末で常時確認することができる。当該水分計で測定された水分濃度が一定値を超えた場合には、無線通信機構により携帯端末に警告メッセージを送信するようにしても良い。
【００５１】
以下、水分計及び水分測定方法の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００５２】
（付記１）化合物半導体層と、
前記化合物半導体層上で形成された第１電極及び第２電極と
を含み、
前記第１電極にオフ状態となる電圧を印加した状態で前記第２電極に電圧を印加することにより、前記第１電極にオン状態となる電圧を印加した状態における前記第２電極の電流が第１特性から第２特性に変化する性質を有し、前記第２特性の変化態様が水分濃度に依存する化合物半導体装置を備えており、
前記化合物半導体装置は、前記第２特性の変化態様に応じて被測定気体の水分濃度が測定される水分センサヘッドであることを特徴とする水分計。
【００５３】
（付記２）前記第１電極に接続されており、前記第１電極にパルス電圧を印加する電圧発生部と、
前記第２電極に接続されており、前記第２電極の電流を測定する電圧測定部と
を更に備えたことを特徴とする付記１に記載の水分計。
【００５４】
（付記３）前記化合物半導体装置を加熱するヒータを更に備えたことを特徴とする付記１又は２に記載の水分計。
【００５５】
（付記４）前記被測定気体とは異なるパージガスを前記化合物半導体装置に供給する流路を更に備えたことを特徴とする付記１又は２に記載の水分計。
【００５６】
（付記５）前記化合物半導体装置は、前記化合物半導体層の表面を覆う保護膜が形成されていることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の水分計。
【００５７】
（付記６）化合物半導体層と、
前記化合物半導体層上で形成された第１電極及び第２電極と
を含み、
前記第１電極にオフ状態となる電圧を印加した状態で前記第２電極に電圧を印加することにより、前記第１電極にオン状態となる電圧を印加した状態における前記第２電極の電流が第１特性から第２特性に変化する性質を有し、前記第２特性の変化態様が水分濃度に依存する化合物半導体装置を水分センサヘッドとして用いて、
前記第２特性の変化態様に基づいて被測定気体の水分濃度を測定することを特徴とする水分測定方法。
【００５８】
（付記７）前記化合物半導体装置を加熱し、前記化合物半導体装置に付着した前記被測定気体の水分を除去して初期化することを特徴とする付記６に記載の水分測定方法。
【００５９】
（付記８）前記化合物半導体装置にパージガスを供給し、前記化合物半導体装置に付着した前記被測定気体の水分を除去して初期化することを特徴とする付記６に記載の水分測定方法。
【００６０】
（付記９）前記化合物半導体装置は、前記化合物半導体層の表面を覆う保護膜が形成されていることを特徴とする付記６〜８のいずれか１項に記載の水分測定方法。
【符号の説明】
【００６１】
１  ＳｉＣ基板
２  化合物半導体積層構造
２ａ  バッファ層
２ｂ  電子走行層
２ｃ  電子供給層
３  素子分離構造
４  ソース電極
５  ドレイン電極
６  ゲート電極
７  保護膜
１０  センサヘッド
１１  測定用チャンバー
１１ａ  被測定気体の流入口
１１ｂ  被測定気体の流出口
１２  制御部
１３  パルス電圧制御回路
１４  電流測定回路
２１  ヒータ
２１ａ  ヒータ線
２２  パージガス供給口
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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