紫外線感光器件的制作方法

專利名稱：紫外線感光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種紫外線感光器件。
由于紫外線的增加，在人體健康上會(huì)產(chǎn)生如皮膚癌(skin cancer)的發(fā)生、由DNA受損而導(dǎo)致的光過敏癥增加與光老化等的重大的影響。例如，稱為UV-B的波長在320nm以下的短波長范圍的高能量紫外線，已知會(huì)引起DNA的破壞等而對(duì)皮膚造成種種的傷害。再者，稱為UV-A的波長在320nm以上的長波長范圍的紫外線，會(huì)在皮膚上產(chǎn)生斑點(diǎn)(spot)、雀斑(freckle)、皺紋(wrinkle)等，對(duì)美容方面是不好的。為此，必需要進(jìn)行廣波長范圍內(nèi)的紫外線的測量。
上述的紫外線測量，在使用公知紫外線感光器件的紫外線檢測感應(yīng)器中，利用帶通濾波器(band pass filter)來進(jìn)行。此帶通濾波器利用多層膜的多重反射，來控制從紫外線至可見光的波長范圍內(nèi)的透光度。一般而言，具有含約400nm以下紫外線領(lǐng)域的短波長范圍的透光領(lǐng)域的帶通濾波器，也包括作為次要光的約400nm至800nm左右的長波長范圍的透光領(lǐng)域。因此，若要僅對(duì)紫外線領(lǐng)域的波長進(jìn)行選擇性檢測，在前述帶通濾波器中，甚至有必要重疊使用帶通濾波器，以截止可見光領(lǐng)域的波長。然而，因?yàn)橛靡越刂箍梢姽忸I(lǐng)域的波長的帶通濾波器并無法使長波長的紫外線透過，所以憑借組合此類的帶通濾波器而達(dá)到僅選擇性通過紫外線領(lǐng)域的波長，是非常困難。另外，為了將多個(gè)帶通濾波器進(jìn)行組合，紫外線檢測器件的結(jié)構(gòu)會(huì)有復(fù)雜化與大型化的缺點(diǎn)。
再者，在使用前述帶通濾波器的公知紫外線感光器件中，因入射角造成的波長穿透領(lǐng)域變動(dòng)較大，要正確地測量紫外線很難。另外，在公知紫外線感光器件中，其相對(duì)于感光面的紫外光的入射角度相關(guān)性(被檢測的紫外線強(qiáng)度由相對(duì)感光面的入射角θ的cos值來計(jì)算)很大。為此，當(dāng)紫外光以幾乎垂直于前述感光面入射時(shí)，則此感光面上必需設(shè)置導(dǎo)波管。但是，在感光面上設(shè)置導(dǎo)波管會(huì)有使紫外線感光器件的感光部變大的缺點(diǎn)。另外，由于以低角度入射至感光面的光的測量會(huì)變得不正確，故當(dāng)測量如太陽光的散射成份較多的光時(shí)，會(huì)使測量精確度惡化。
綜上所述，當(dāng)使用公知紫外線感光器件制作紫外線檢測感應(yīng)器時(shí)，為了檢測所期望的波長范圍的紫外線并且降低入射角的相關(guān)性，必須要組合帶通濾波器或?qū)Рü?。為此，紫外線檢測感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)會(huì)復(fù)雜化與大型化，同時(shí)成本也會(huì)提高。再者，因?yàn)橥ㄟ^帶通濾波器或?qū)Рㄍ返墓?，再入射至紫外線感光器件時(shí)，其光感應(yīng)度會(huì)降低。另外，由于帶通濾波器會(huì)受到紫外線作用而劣化，因此紫外線感光器件也會(huì)有劣化的問題。
本發(fā)明提出以下的裝置。
一種紫外線感光器件，至少包括第一電極層及感應(yīng)層，第一電極層由含有選自于鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)等元素中至少一種以上的元素以及氮或氧等的半導(dǎo)體所構(gòu)成；感應(yīng)層由含有選自于鋁、鎵、銦等元素中至少一種以上的元素以及氮等的半導(dǎo)體所構(gòu)成，且第一電極層的長波長吸收端比感應(yīng)層的長波長吸收端還靠近短波長側(cè)。
另外，在感應(yīng)層中也可以添加選自于碳(C)、硅(Si)、鍺(Ge)、鉛(Pb)等元素中至少一種以上的元素。
另外，在感應(yīng)層中也可以添加選自于鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)等元素中至少一種以上的元素。
另外，感應(yīng)層中也可以包括氫(H)。
再者，本發(fā)明更提供一種紫外線感光器件，其至少將上述的第一電極層及感應(yīng)層依序配置在一基板的表面。再者，可于前述順序之后，在配置第二電極層。
另外，感應(yīng)層的設(shè)有第一電極層的一側(cè)可以做為感光面。或者是，感應(yīng)層的設(shè)有第一電極層的一側(cè)的相反面也可以為感光面。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明。
圖2所示為用以形成構(gòu)成本發(fā)明的紫外線感光器件的第一電極層及感應(yīng)層的半導(dǎo)體膜的成膜裝置的一實(shí)例的概略結(jié)構(gòu)圖。標(biāo)號(hào)說明1成膜室 2排氣口3基板座 4加熱器5、6石英管 7高頻線圈8微導(dǎo)波管 9～12氣體導(dǎo)入管20基板 21第一電極層22感應(yīng)層23第二電極層24紫外線感光器件如使用于本發(fā)明的感應(yīng)層等的半導(dǎo)體，“吸收端”一般指在電子從價(jià)帶(價(jià)電子帶)躍遷到導(dǎo)帶(傳導(dǎo)帶)所造成的連續(xù)吸收光譜中，吸收率急劇減少的波長至比該波長更長的波長范圍。
但，本發(fā)明的“長波長吸收端”僅指在光吸收率開始急遽降低的波長范圍內(nèi)的特定波長；更正確的指在190nm～400nm的波長范圍內(nèi)的最大吸收值為100％時(shí)，光吸收率變成50％的波長(以下將相對(duì)于最大吸收值的吸收值比率的百分率，簡稱為“吸收率”)。
當(dāng)使用上述本發(fā)明的紫外線感光器件，來組裝紫外線檢測感應(yīng)器時(shí)，可以設(shè)定第一電極層及感應(yīng)層的長波長吸收端，使得不必設(shè)置帶通濾波器，便可以檢測出所期望的波長范圍的紫外線。
為此，使用本發(fā)明的紫外線感光器件的紫外線檢測感應(yīng)器，由于不需要帶通濾波器，因此其入射角度相關(guān)性小。再者，因?yàn)椴恍枰诟泄饷嬖O(shè)置導(dǎo)波管，用以抑制朝感應(yīng)層入射的光的入射角度相關(guān)性，光感應(yīng)度可以提高、結(jié)構(gòu)變簡單、小型化；并且成本得以降低、穩(wěn)定且高精確度等的優(yōu)點(diǎn)。
前述第一電極層的長波長吸收端必須比前述感應(yīng)層的長波長吸收端還靠近短波長側(cè)。在此情形下，前述第一電極層的長波長吸收端與前述感應(yīng)層的長波長吸收端的波長差距較佳為1nm以上，更佳為10nm以上。
當(dāng)前述長波長吸收端的差距小于1nm時(shí)，相對(duì)于感應(yīng)層且第一電極層所設(shè)置的一側(cè)做為感光面的情形下，入射至感應(yīng)層的光量會(huì)降低，而有可能降低紫外線感光器件的實(shí)用性。
再者，感應(yīng)層的長波長吸收端的波長范圍較佳190nm～420nm的波長范圍，更佳為190nm～400nm的波長范圍。當(dāng)感應(yīng)層的長波長吸收端位于上述范圍內(nèi)時(shí)，便可做為能夠檢測出測定需求高的紫外線區(qū)域的實(shí)用性紫外線感光器件。
第一電極層及感應(yīng)層的長波長吸收端，可通過分別對(duì)構(gòu)成此二層的膜組成及/或膜厚進(jìn)行控制。特別是，對(duì)第一電極層而言，可以使用與感應(yīng)層相同的半導(dǎo)體膜，任意地對(duì)長波長吸收端進(jìn)行控制。而且，此半導(dǎo)體膜的較佳組成及膜厚詳述于后。
另外，第一電極層及感應(yīng)層的長波長吸收端附近的波長范圍的光的吸收率的量變曲線(profile)(以下簡稱“吸收率量變曲線”)，從長波長吸收端至50nm長波長側(cè)的波長的吸收率在40％以下為較佳。
當(dāng)從感應(yīng)層的長波長吸收端至50nm長波長側(cè)的波長的吸收率大于40％時(shí)，則在實(shí)際有效的紫外線檢測領(lǐng)域中，也即在比第一電極層的長波長吸收端與感應(yīng)層的長波長吸收端之間的波長范圍，更位于長波長側(cè)的波長范圍中，具有較低的光感應(yīng)度，故在此波長范圍的光會(huì)被當(dāng)作噪聲檢測出來。
再者，當(dāng)從第一電極層的長波長吸收端至50nm長波長側(cè)的波長的吸收率大于40％時(shí)，在有效的紫外線檢測領(lǐng)域中，由于第一電極層的吸收值與感應(yīng)層的吸收值差距變小，故紫外線感光器件的光感應(yīng)度并不足夠。
而且，在本發(fā)明中，“光感應(yīng)度”為在將入射至感光面的紫外線變換成電氣信號(hào)時(shí)，相對(duì)于感光面上的某波長或某波長范圍的紫外線強(qiáng)度變化量之下，電氣信號(hào)(電流及/或電壓)強(qiáng)度的變化量的比率。
在本發(fā)明中，具有上述長波長吸收端及吸收率量變曲線的感應(yīng)層，使用由IIIA族元素(選自于鋁、鎵、銦等所組成的族群中至少一種以上的元素)與氮所構(gòu)成的氮化物化合物半導(dǎo)體(以下簡稱“氮化物系半導(dǎo)體”)膜。此膜具有如下所示的組成或膜結(jié)構(gòu)。
氮化物系半導(dǎo)體可以為單晶，也可以為非單晶。當(dāng)此氮化物系半導(dǎo)體為非晶體或由微結(jié)晶體體所構(gòu)成的情形時(shí)，可以僅為非晶體相、僅為微結(jié)晶體體相、或是微結(jié)晶體體相與非晶體相的混合物。
在此結(jié)晶相中，其結(jié)晶系統(tǒng)可以為立方晶或6方晶等狀態(tài)中任一個(gè)，也可以為由多個(gè)結(jié)晶系統(tǒng)混合而成的狀態(tài)。微結(jié)晶體體的粒徑較佳為5nm～5μm左右的范圍內(nèi)。此粒徑可通過X射線繞射、電子束繞射及/或使用結(jié)晶剖面的電子顯微鏡照相的形狀測量等進(jìn)行測量。
再者，氮化物系半導(dǎo)體膜的結(jié)晶結(jié)構(gòu)為柱狀成長的結(jié)構(gòu)，或者是特定結(jié)晶面及/或結(jié)晶軸處于高度配向的狀態(tài)，其可以在X射線繞射光譜中明顯的觀測到特定的結(jié)晶面及/或結(jié)晶軸的峰值。氮化物系半導(dǎo)體膜或者是也可以由單結(jié)晶所構(gòu)成。
由非單結(jié)晶所構(gòu)成的氮化物系半導(dǎo)體中，也可含有氫。在此情形下，氫含量較佳0.5原子％～50原子％的范圍內(nèi)。再者，前述的由非單結(jié)晶所構(gòu)成的氮化物系半導(dǎo)體中，也可以利用鹵素(氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I))取代氫。
由于結(jié)晶晶粒邊界的結(jié)合(鍵結(jié))缺陷及/或非晶體相內(nèi)部的結(jié)合缺陷或未結(jié)合鍵(uncombind hand)可通過與氫(或鹵素)的結(jié)合而消除，因而，當(dāng)氫含有量低于0.5原子％之際，無法完全將存在于價(jià)電子帶與傳導(dǎo)帶之間的缺陷準(zhǔn)位不活性化。因此，在此類氮化物系半導(dǎo)體膜中，由于結(jié)合缺陷或結(jié)構(gòu)缺陷大多存在，暗電流變大并且光感應(yīng)度也顯著地降低。為此，當(dāng)以前述氮化物系半導(dǎo)體膜作為感應(yīng)層時(shí)，則難以制作出實(shí)用的紫外線感光器件。
另一方面，當(dāng)氫含量超過50原子％時(shí)，對(duì)于IIIA族元素來說，由于在2個(gè)以上結(jié)合的氫的存在機(jī)率會(huì)增加，因此無法確保由IIIA族元素及氮所形成的三次元結(jié)合結(jié)構(gòu)，而形成二次元的結(jié)合結(jié)構(gòu)及/或鏈狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)合結(jié)構(gòu)。此時(shí)，由于在結(jié)晶晶粒邊界上產(chǎn)生大量的空隙，結(jié)果便在價(jià)帶與導(dǎo)帶之間形成新的缺陷準(zhǔn)位，而使電氣特性劣化并且降低硬度等的機(jī)械性質(zhì)。此外，由于此類氮化物系半導(dǎo)體膜容易氧化，故在此膜中會(huì)產(chǎn)生大量的不純物缺陷，而無法得到較佳的光電轉(zhuǎn)換特性。
另外，為了控制電氣特性，在由非晶體或微結(jié)晶體體所構(gòu)成的氮化物系半導(dǎo)體膜中所摻雜的摻質(zhì)，會(huì)因?yàn)樘砑舆^多的氫，變得不活性化。為此，前述氮化物系半導(dǎo)體膜則會(huì)難以得到所需的電氣活性。
氫含量可以利用氫前方散射(Hydrogen Forward Scattering，HFS)測量其絕對(duì)值。再者，也可以通過加熱狀態(tài)下對(duì)氫放出量的測量、或者利用測量有關(guān)于氫結(jié)合狀態(tài)下的紅外線吸收光譜的強(qiáng)度，而推定其相對(duì)值。另外，氮化物系半導(dǎo)體膜中所含有的氫結(jié)合狀態(tài)可以很容易地利用紅外線吸收光譜進(jìn)行測量。
而且，在本發(fā)明中，例如是在「GaN:H」的化學(xué)式中，以「:H」表示的含有氫。另外，在本發(fā)明中，除非有另外記載，氫含量在0.5原子％至50原子％的范圍內(nèi)。
當(dāng)IIIA族元素的原子數(shù)為m且氮原子數(shù)為n時(shí)，氮化物系半導(dǎo)體的組成滿足0.5/1.0≤m/n≤1.0/0.5的范圍較佳的。當(dāng)m/n處于上述范圍之外時(shí)，對(duì)IIIA族元素與氮的結(jié)合而言，由于其四面體型結(jié)合的部分變少，因而導(dǎo)致結(jié)合缺陷變多，故無法做為良好半導(dǎo)體的功能。
用于感應(yīng)層的氮化物系半導(dǎo)體的長波長吸收端由氮化物系半導(dǎo)體的膜厚與帶隙(band gap)所決定。一般而言，當(dāng)膜厚越大及/或帶隙越小時(shí)，會(huì)偏移至長波長側(cè)。調(diào)整IIIA族元素的混合比，帶隙便可以任意改變之；借此，便可以得到具有所期望的長波長吸收端的氮化物系半導(dǎo)體。
例如，以具有3.2eV～3.5eV的帶隙(相當(dāng)于420nm～300nm的長波長吸收端)的GaNH為基本組成，通過在此組成中添加鋁，便可以使帶隙在3.5eV～6.5eV之間變化(相當(dāng)于300nm～180nm的長波長吸收端)。再者，在前述基本組成中，除了添加鋁之外，更可以通過添加銦而對(duì)帶隙進(jìn)行調(diào)整。
對(duì)應(yīng)上述帶隙數(shù)值而記載于括號(hào)內(nèi)的長波長吸收端，用于紫外線感光器件的氮化物系半導(dǎo)體厚度為0.05μm～2μm的典型厚度時(shí)的數(shù)值。
因此，對(duì)前述典型厚度而言，當(dāng)在具有位于短波長側(cè)的紫外線領(lǐng)域(180nm～320nm左右的波長范圍)的長波長吸收端的氮化物系半導(dǎo)體的情形下，其組成式表示為AlxGa(1-x)N，其中較佳為0.1≤x≤1.0，更佳為0.2≤x≤1.0。再者，當(dāng)在具有位于長波長側(cè)的紫外線領(lǐng)域(320nm～400nm左右的波長范圍)的長波長吸收端的氮化物系半導(dǎo)體的情形下，其組成式表示為AlyGa(1-y)N，其中較佳為0≤y≤0.2。
上述氮化物系半導(dǎo)體膜在不完全添加不純物的狀態(tài)下為弱的N型半導(dǎo)體。在此狀態(tài)下，難以得到足夠的光感應(yīng)度(光導(dǎo)電性或光電電力)。
因此，在氮化物系半導(dǎo)體膜上添加作為受體(aceptor)或施體(donor)的摻質(zhì)，以形成N型或P型半導(dǎo)體、或者也可以形成肖特基墊壘(Schottky barrier)、形成PN接合、或形成具有由比前述PN接合更高光感應(yīng)度的pin接合等。
再者，當(dāng)形成PN接合等的情形時(shí)，氮化物系半導(dǎo)體膜也可以為由多層膜所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。另外，此類的接合，并不限定于用以形成感應(yīng)層。例如，若第一電極層為P型半導(dǎo)體、感應(yīng)層為N型半導(dǎo)體所形成PN接合，可以是橫跨第一電極層與感應(yīng)層的接合型態(tài)。
為了控制氮化物系半導(dǎo)體膜成為N型半導(dǎo)體及/或P型半導(dǎo)體，可以在前述氮化物系半導(dǎo)體膜中摻雜下述的施體及/或受體。
對(duì)N型半導(dǎo)體用的施體而言，例如是使用IA族(在IUPAC的1989年無機(jī)化學(xué)命名法修訂版中的族編號(hào)為1)的鋰(Li)、IB族(在IUPAC的1989年無機(jī)化學(xué)命名法修訂版中的族編號(hào)為11)的銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、IIA族(在IUPAC的1989年無機(jī)化學(xué)命名法修訂版中的族編號(hào)為2)的鎂(Mg)、IIB族(在IUPAC的1989年無機(jī)化學(xué)命名法修訂版中的族編號(hào)為12)的鋅(Zn)、IVA族(在IUPAC的1989年無機(jī)化學(xué)命名法修訂版中的族編號(hào)為16)的硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、VIA族的硫(S)、硒(Se)、碲(Te)。
對(duì)P型半導(dǎo)體用的受體而言，例如是使用IA族的鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、IB族的銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、IIA族的鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鐳(Ra)、IIB族的鋅(Zn)、鎘(Cd)、汞(Hg)、IVA族的碳(C)、硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、VIA族(在IUPAC的1989年無機(jī)化學(xué)命名法修訂版中的族編號(hào)為16)的硫(S)、硒(Se)、碲(Te)。VIB族(在IUPAC的1989年無機(jī)化學(xué)命名法修訂版中的族編號(hào)為6)的鉻(Cr)、鉬(Mo)、鎢(W)、VIII族的鐵(Fe)(在IUPAC的1989年無機(jī)化學(xué)命名法修訂版中的族編號(hào)為8)、鈷(Co)(在IUPAC的1989年無機(jī)化學(xué)命名法修訂版中的族編號(hào)為9)、鎳(Ni)(在IUPAC的1989年無機(jī)化學(xué)命名法修訂版中的族編號(hào)為10)。
在此類摻質(zhì)中，較特別的是，在構(gòu)成感應(yīng)層的氮化物系半導(dǎo)體膜中，對(duì)施體而言，較佳添加選自于碳、硅、鍺、鉛等元素中至少一種以上的元素，且添加于前述氮化物系半導(dǎo)體膜中的較佳范圍為1原子ppm～10原子％。
再者，于前述氮化物系半導(dǎo)體膜上所添加的受體較佳添加選自于鈹、鎂、鈣等元素中至少一種以上的元素，且較佳的添加范圍為1原子ppm～10原子％。
將施體及/或受體摻雜于氮化物系半導(dǎo)體膜的摻雜方法例如是使用熱擴(kuò)散法、離子植入法等公知的摻雜方法。
利用熱擴(kuò)散法或離子植入法等進(jìn)行摻雜時(shí)，對(duì)施體而言例如是使用SiH4、Si2H6、GeH4、GeF4、SnH4等的氣體或氣體化材質(zhì)，或者，對(duì)受體而言例如是使用BeH2、BeCl2、BeCl4、二環(huán)戊烷二烯烴鎂(dicyclopentadienyl megnesium)、二甲基鈣(dimethyl calcium)、二甲基鍶(dimethyl strontium)、二甲基鋅、二乙基鋅等的氣體或氣體化材質(zhì)等作為施體或受體等的摻質(zhì)的原料，以得到用以i型半導(dǎo)體化的摻雜劑。
感應(yīng)層的膜厚范圍較佳為0.01μm～10μm左右，更佳為0.05μm～5μm左右。當(dāng)膜厚比0.01μm薄時(shí)，由于感應(yīng)層所吸收的光量變少，因此會(huì)將低其光感應(yīng)度。
另一方面，當(dāng)膜厚比10μm厚時(shí)，則形成膜所需的時(shí)間會(huì)拉長，且隨著膜厚的增加，其長波長吸收端的比例會(huì)超過長波長側(cè)。另外，由于電荷無法完全流過，因而光感應(yīng)度降低。
接著，對(duì)第一電極層所使用的材料進(jìn)行說明。對(duì)第一電極層而言，長波長吸收端只要符合本發(fā)明所規(guī)定的條件，材料上并無太多限制。但是此材料較佳為含有IIIA族元素(鋁、鎵、銦)與氮的氮化物系半導(dǎo)體。另外，也可以為添加有摻雜劑的含有IIIA族元素(鋁、鎵、銦)與氧的氧化物系半導(dǎo)體，其中較佳為錫摻質(zhì)的三氧化二鎵(Ga2O3)。而且，在前述氮化物系半導(dǎo)體中特別是以含有鋁、鎵、氮的物質(zhì)為較佳。當(dāng)使用此氮化物系半導(dǎo)體為電極時(shí)，為提高其導(dǎo)電性、薄片阻抗較佳為1KΩ□以下，更佳為500Ω□以下。
為此，用于第一電極層的半導(dǎo)體中，可以摻雜與用于感應(yīng)層的半導(dǎo)體相同的施體及/或受體等的摻質(zhì)。較特別的是，施體較佳摻雜選自于碳、硅、鍺、鉛等元素中至少一種以上的元素，受體較佳摻雜選自于鈹、鎂、鈣等元素中至少一種以上的元素。此類的施體及/或受體的摻雜可使用如同前述的摻雜方法及摻質(zhì)原料。
當(dāng)?shù)谝浑姌O層由氮化物半導(dǎo)體所構(gòu)成的情形時(shí)，可使用與前述感應(yīng)層的制作方法相同的方法進(jìn)行制作。但，第一電極層的長波長吸收端必需小于感應(yīng)層的長波長吸收端。
因此，較佳而言，感應(yīng)層的半導(dǎo)體組成由AlxGa(1-x)N構(gòu)成，且第一電極層的半導(dǎo)體組成由AlyGa(1-y)N構(gòu)成，其中x＜y且0.05＜y≤1。
或者，較佳而言，感應(yīng)層的半導(dǎo)體組成為GaxIn(1-x)N所構(gòu)成，且第一電極層的半導(dǎo)體組成為GayIn(1-y)N所構(gòu)成，其中x＜y。
另外，較佳而言，感應(yīng)層的半導(dǎo)體組成為GaxIn(1-x)N所構(gòu)成，且第一電極層的半導(dǎo)體組成為AlyGa(1-y)N所構(gòu)成，其中y≥0且0.5≤x≤1.0。
而且，在由具有上述組成的氮化物系半導(dǎo)體所構(gòu)成的第一電極層中，也可以添加與用于感應(yīng)層的氮化物系半導(dǎo)體相同的氫或鹵素元素、及/或作為施體或受體的摻質(zhì)。但，此類元素的添加，必需要調(diào)整成第一電極層的長波長吸收端小于感應(yīng)層的長波長吸收端。
第一電極層的膜厚較佳的范圍為1nm～20μm，更佳為5nm～10μm。當(dāng)膜厚比1nm薄時(shí)，則電極層無法得到足夠的低阻抗。當(dāng)膜厚超過20μm時(shí)，則膜形成時(shí)間拉長，且隨著膜厚的增加，其長波長吸收端會(huì)太過偏移至長波長側(cè)。另外，當(dāng)感應(yīng)層以設(shè)有第一電極層的一面做為感光面進(jìn)行紫外線檢測時(shí)，由于會(huì)降低到達(dá)感應(yīng)層的紫外線的強(qiáng)度，因此無法得到足夠的光感應(yīng)度。紫外線感光器件的膜結(jié)構(gòu)及各層的光學(xué)性能接著，對(duì)本發(fā)明的紫外線感光器件的膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。

圖1所示為本發(fā)明的紫外線感光器件的結(jié)構(gòu)例的剖面示意圖。此膜結(jié)構(gòu)設(shè)置在基板20表面上，依序由第一電極層21、感應(yīng)層22、第二電極層23等所構(gòu)成。再者，在具有圖1的結(jié)構(gòu)的紫外線感光器件24中，也可以省略第二電極層23。但，本發(fā)明的紫外線感光器件至少必需含有第一電極層21及感應(yīng)層22。在此情形下，未連接第一電極層21的感應(yīng)層22的表面及/或端面上，可憑借安裝端子等代替第二電極層23。
在紫外線感光器件24中，對(duì)以感應(yīng)層22的設(shè)有第一電極層21的一側(cè)作為感光面(以下簡稱“感光面A”)的情形時(shí)(圖1的箭頭A方向)，來說明基板20、第一電極層21、感應(yīng)層22、第二電極層23的光學(xué)機(jī)能。
較佳而言，基板20至少在可見光的波長范圍中具有透光性，可以達(dá)到短波長側(cè)的紫外線截止濾波器的任務(wù)則更好。此時(shí)，短波長側(cè)的紫外線會(huì)被基板20吸收，而不會(huì)入射至第一電極層21及感應(yīng)層22中。基板20的長波長吸收端并未特別限定于紫外線范圍，僅需比感應(yīng)層22的長波長吸收端更靠近短波長側(cè)，較佳比第一電極層21的長波長吸收端更靠近短波長側(cè)。
再者，當(dāng)基板20的長波長吸收端較位于長波長側(cè)的波長范圍時(shí)，基板20的光的吸收值較佳接近0。然而，至少于基板20的長波長吸收端或第一電極層21的長波長吸收端之中的長波長側(cè)的長波長吸收端與感應(yīng)層22的長波長吸收端之間的波長范圍中，為使紫外線感光器件24的光感應(yīng)度得到實(shí)用上足夠的程度，前述吸收值必需要夠小。
第一電極層21于前述中，其長波長吸收端比感應(yīng)層22更靠近短波長側(cè)，因而穿過第一電極層的波長范圍的紫外線可被感應(yīng)層22所吸收。此外，第二電極層23的光學(xué)機(jī)能并未特別加以限定。然而，例如在感應(yīng)層22面向第二電極層23的一側(cè)上，更設(shè)置感光器件，用以對(duì)感應(yīng)層22所檢測的光檢測出長波長側(cè)的光。此時(shí)，較佳而言，第二電極層23具有比新設(shè)置的感光器件所檢測的波長范圍更靠近短波長側(cè)的長波長吸收端。
接著，在紫外線感光器件24中，對(duì)于感應(yīng)層22的設(shè)置第一電極層21側(cè)的反面做為感光面(以下簡稱“感光面B”)的情形(圖1的箭頭B方向)，來說明基板20、第一電極層21、感應(yīng)層22、第二電極層23的光學(xué)機(jī)能進(jìn)行說明。
基板20的長波長吸收端不需特別加以限定。但，當(dāng)用來檢測由受光面B入射且穿透基板20的光的感光器件，設(shè)置在基板20的與受光面B反側(cè)位置時(shí)，基板20可憑借將其長波長吸收端設(shè)定成比感應(yīng)層22的長波長吸收端更靠近長波長側(cè)，而具有波長截止濾波器的功能。
如前所述，假如第一電極層21的長波長吸收端比感應(yīng)層22的長波長吸收端更靠近短波長側(cè)的話，第一電極層21與感應(yīng)層22的光學(xué)機(jī)能并未特別限定。第二電極層23至少需可透過紫外線領(lǐng)域的部分波長范圍，且此長波長吸收端也必需比感應(yīng)層22的長波長吸收端更靠近短波長側(cè)，或者是具有比感應(yīng)層2的長波長吸收端更靠近短波長范圍的光透過領(lǐng)域。
而且，本發(fā)明的紫外線感光器件也可以僅使用感光面A或感光面B來檢測紫外線，或者可以同時(shí)利用感光面A及感光面B來檢測紫外線。此情形下，較佳而言是第二電極層23的長波長吸收端與第一電極層21的長波長吸收端是不相同的。如此，可憑借設(shè)定第二電極層23及第一電極層21的長波長吸收端，以提供紫外線感光器件，使之可以憑借感光面A及感光面B來分別檢測出相異的紫外線波長范圍。
基板20是絕緣性，但其結(jié)晶性/非晶性并不特別加以限定。例如，單結(jié)晶、多結(jié)晶、非晶、微結(jié)晶體體或是前述2相以上的組合均可以。
基板20的具體實(shí)例，例如是玻璃、石英、青玉(sapphire)、氧化鎂(MgO)、氟化鋰(LiF)、氟化鈣(CaF2)等的無機(jī)材料；或者是氟樹脂、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、環(huán)氧樹脂等有機(jī)樹脂等的薄膜或板狀體。
較特別的是，當(dāng)對(duì)從感光面A入射的光檢測出紫外線時(shí)，基板20固然要可以透過可見光，且其長波長吸收端較佳比320nm更靠近短波長側(cè)。此類基板20例如是石英、青玉、氧化鎂、氟化鋰、氟化鈣等的透明無機(jī)材料。
另一方面，當(dāng)對(duì)從感光面B入射的光檢測出紫外線時(shí)，基板20的光學(xué)特性并不需要特別加以限定，除了上述透明無機(jī)材料之外，尚可使用硅基板、上述有機(jī)樹脂、鋁、鐵、鎳、不銹鋼、銅等金屬等等的公知材料。
對(duì)第二電極層23而言，可使用由鋁、鎳、金、鈷(Co)、銀、鉑(pt)等金屬及其合金所構(gòu)成的靶，并且可以通過蒸著或?yàn)R鍍等方法來形成單層或多層的金屬膜。當(dāng)光從感光面B入射而檢測出紫外線時(shí)，及/或再設(shè)置用來檢測出比感應(yīng)層22所檢測出的光更長波長側(cè)的感光器件，以檢測從受光面A入射而通過感應(yīng)層22的光時(shí)，此金屬膜最好是制作成可以讓光透過的薄膜。
因此，前述金屬膜的較佳厚度在5nm～100nm的范圍。當(dāng)厚度小于5nm時(shí)，由于厚度太薄，使得電性阻抗會(huì)提高。當(dāng)薄膜厚度大于100nm時(shí)，會(huì)使光很難通過，并且對(duì)成本不利。而且，除了前述金屬膜之外，第二電極層23也可以使用銦錫氧化物(ITO)、氧化鋅、氧化錫、氧化鉛、氧化銦、碘化銅、氧化鈦、錫摻雜Ga2O3等透明導(dǎo)電材料。氧化物半導(dǎo)體等也可以用來做為第二電極層23。
較特別的是，當(dāng)讓光從感光面A入射來檢測出紫外線時(shí)，第二電極層23也可以使用鋁、鎳、金、鈷、銀、銅、鈦、鉑等金屬膜或上述透明導(dǎo)電材料。
另一方面，當(dāng)使光從感光面B入射來檢測紫外線時(shí)，第二電極層23也可以使用上述讓光從感光面A入射而檢測紫外線時(shí)所使用的材料，但是較佳使用鋁、金、銀、鉑、鎳等金屬薄膜。
本發(fā)明的紫外線感光器件也可以由進(jìn)行光學(xué)、機(jī)械或化學(xué)等保護(hù)的外框所包覆。本發(fā)明的紫外線感光器件外框的材質(zhì)可以使用金屬、陶瓷、玻璃、或塑料。當(dāng)感光器件對(duì)測量紫外線波長以外的波長具有光感應(yīng)度時(shí)，此外框可以達(dá)到遮光的目的。
為了將紫外線感光器件密封于此外框中，當(dāng)外框?yàn)榻饘贂r(shí)，可使用溶接、焊接或粘著材料等。當(dāng)外框由陶瓷或玻璃所制成時(shí)，可以將紫外線感光器件以粘著材料埋入并固定外框中；而在板狀的情況時(shí)，也可使用貼合的方法。
再者，當(dāng)外框?yàn)樗芰系那樾螘r(shí)，使用可透過紫外線的樹脂，再將紫外線感光器件整體埋入其中，此時(shí)紫外線感光器件的感光面可以位于外框內(nèi)部，也可以突出于外框表面。外框內(nèi)部可以有空間或沒有。再者，外框內(nèi)部可以為真空狀態(tài)，也可以填滿氮?dú)饣驓鍤獾葰怏w或是可以填滿油等液體。
當(dāng)外框上設(shè)有紫外線感光器件的感光面用的窗口之際，此窗口可以使用硅玻璃或石英、青玉、聚乙烯或聚丙烯等的高分子樹脂或薄膜。紫外線感光器件的制造方法及其制造裝置接著，對(duì)本發(fā)明的紫外線感光器件的第一電極層及/或感應(yīng)層所使用的含有選自于鋁、鎵、銦等元素中至少一種以上的元素及氮等的氮化物系半導(dǎo)體膜的成膜方法進(jìn)行說明。
圖2所示為用以形成構(gòu)成本發(fā)明的紫外線感光器件的第一電極層及感應(yīng)層的半導(dǎo)體膜的成膜裝置的一實(shí)例的概略結(jié)構(gòu)圖。標(biāo)號(hào)1表示成膜室，標(biāo)號(hào)2表示排氣口，標(biāo)號(hào)3表示基板座，標(biāo)號(hào)4表示基板加熱用的加熱器，標(biāo)號(hào)5、6表示用以連接成膜室1的石英管，且其分別與氣體導(dǎo)入管9、10相連通。排氣管2連接未圖標(biāo)的真空泵(旋轉(zhuǎn)泵(rotary pump)及機(jī)械升壓渦輪泵(mechanical booster turbopump))。氣體導(dǎo)入管11連接至石英管5，氣體導(dǎo)入管12則連接至石英管6。再者，于成膜室1內(nèi)，安裝有隔膜式真空計(jì)(未圖標(biāo))以及面向基板座3的放射溫度計(jì)(未圖標(biāo))。
連接于高頻發(fā)射器(未圖標(biāo))上的高頻線圈7卷繞于石英管6的外周上，可構(gòu)成感應(yīng)耦合型等離子體產(chǎn)生裝置。另一方面，連接于微波發(fā)射器(未圖標(biāo))的微波導(dǎo)管8連接至石英管6上，以構(gòu)成ECR等離子體產(chǎn)生裝置。在前述中，圖2的成膜裝置將前述2個(gè)等離子體產(chǎn)生裝置連接于成膜室1而成為等離子體化學(xué)氣相沉積(ChemicalVapor Deposition，CVD)裝置。
本發(fā)明的紫外線感光器件所使用的氮化物系半導(dǎo)體膜的成膜，并不以使用圖2所示的成膜裝置的結(jié)構(gòu)為限，也可以使用具有多個(gè)成膜室的反應(yīng)室或利用磁控管濺鍍的物理氣相沉積(Physical VaporDeposition，PVD)裝置等的化學(xué)氣相沉積裝置之外的成膜裝置。
接著，以圖2所示的成膜裝置，來說明氮化物系半導(dǎo)體膜的薄膜形成的例子。
為了在設(shè)置于排成真空的成膜室1內(nèi)基板座3上的基板表面上形成氮化物系半導(dǎo)體膜的薄膜，便導(dǎo)入各種氣體進(jìn)行放電。首先，對(duì)氮元素源而言，將氮?dú)鈴臍怏w導(dǎo)入管9導(dǎo)入石英管5中。將2.45GHz的微波供應(yīng)給連接于使用磁控管的微波產(chǎn)生器(未圖標(biāo))上的微波導(dǎo)管8中，而于石英管5內(nèi)產(chǎn)生放電。再者，將例如是氫氣的氣體從其它的氣體導(dǎo)入管10，導(dǎo)入石英管6中。之后，從高頻產(chǎn)生器(未圖標(biāo))提供13.56MHz的高頻給高頻線圈7，而于石英管6內(nèi)發(fā)生放電。在此狀態(tài)下，于放電空間的成膜室1側(cè)，從氣體導(dǎo)入管12導(dǎo)入三甲基鎵，便可以在基板上形成非晶體或微結(jié)晶體體的非單結(jié)晶氮化物系半導(dǎo)體膜。
前述光半導(dǎo)體薄膜結(jié)構(gòu)(非晶體、微結(jié)晶體體、與特定結(jié)晶軸承/結(jié)晶面高度配向并成柱狀成長的多結(jié)晶、單結(jié)晶等)可通過基板種類、基板溫度、氣體流量/壓力、放電條件進(jìn)行控制?；鍦囟缺豢刂朴跀z氏100度～攝氏600度的范圍。當(dāng)基板溫度在攝氏300度以上，及/或IIIA族元素的原料氣體的流量較少時(shí)，薄膜結(jié)構(gòu)較容易形成微結(jié)晶體或單結(jié)晶。再者，當(dāng)基板溫度低于攝氏300度且IIIA族元素的原料氣體流量較少之際，則薄膜結(jié)構(gòu)容易成為具有結(jié)晶性。
此外，當(dāng)基板溫度高于攝氏300度且IIIA族元素的原料氣體較多之際，薄膜結(jié)構(gòu)容易成為具有結(jié)晶性。另外，在IIIA族元素的原料氣體中添加有等離子體化的氫氣而形成薄膜時(shí)，可以更加提高薄膜的結(jié)晶性。
對(duì)上述的IIIA族元素的原料氣體而言，例如是使用三甲基鎵(TMGa)，但也可以使用含有銦、鋁等的有機(jī)金屬化合物來取代三甲基鎵，或是使用混合有前述物質(zhì)的混合物。再者，三甲基鎵及此類有機(jī)金屬化合物也可以同時(shí)從氣體導(dǎo)入管導(dǎo)入。
通過將從含有碳、硅、鍺、錫等元素中選擇至少一種以上的元素的氣體，或從含有鈹、鎂、鈣、鋅、鍶等元素中選擇至少一種以上的元素的氣體，從放電空間的成膜室1側(cè)(氣體導(dǎo)入管11或氣體導(dǎo)入管12)導(dǎo)入，便可以在基板表面上形成N型、P型等任意的導(dǎo)電性非晶體或微結(jié)晶體的氮化物系半導(dǎo)體薄膜。此外，在碳的情形時(shí)，由于薄膜的形成條件，也可以使用有機(jī)金屬化合物的碳，來做為IIIA族元素的原料氣體。
在上述裝置中，可以獨(dú)立地控制由放電能量所形成的活性氮或活性氫，也可使用像NH3之類同時(shí)含有氮及氫原子。另外，也可以加入H2。此外，也可以利用從有機(jī)金屬化合物來游離產(chǎn)生活性氫的條件。在上述情況下，活性化的IIIA族原子、氮原子以被控制狀態(tài)存在于基板上，且為了使氫原子將甲烷或乙烷等不活性分子的甲基或乙基中變成不活性，盡管在低溫下，碳原子被取太多到氮化物系半導(dǎo)體膜中，進(jìn)而可在抑制膜缺陷的情形下進(jìn)行非晶體或結(jié)晶性的氮化物半導(dǎo)體膜的形成。
在圖2的成膜裝置中，氫、氮或IIIA族元素的活性化的方法可使用公知的等離子體產(chǎn)生裝置。例如，可以使用高頻產(chǎn)生器、微波產(chǎn)生器、電子旋轉(zhuǎn)共振方式或螺旋等離子體方式的高頻產(chǎn)生器。可以僅使用前述一種，也可以使用前述二種以上。再者，也可以同時(shí)具有二個(gè)共微波產(chǎn)生器或是二個(gè)共高頻產(chǎn)生器。當(dāng)在高頻放電時(shí)，也可以為電感型或電容型。再者，也可以同時(shí)使用二個(gè)共電子旋轉(zhuǎn)共振方式。當(dāng)使用相異的活性化方式(激發(fā)方法)的情形時(shí)，必需要在同一壓力下同時(shí)放電而產(chǎn)生，因此也可以在放電內(nèi)及成膜部設(shè)定一壓力差。再者，于同一壓力下進(jìn)行之際，相異的活性化方法(激發(fā)方法)例如是使用微波及高頻放電的話，激發(fā)種的激發(fā)能量可以變大，故而可以有效地控制薄膜品質(zhì)。
再者，氮化物系半導(dǎo)體膜可通過反應(yīng)性蒸著法、離子電鍍、或反應(yīng)性濺鍍等至少一種方法，在被活性氫氣環(huán)境下形成薄膜。
對(duì)本發(fā)明所使用的半導(dǎo)體原料而言，較佳使用含有選自于鋁、鎵、銦等元素中至少一種以上的元素的有機(jī)金屬化合物。
此類有機(jī)化合物例如是單獨(dú)使用三甲基鋁、三乙基鋁、第三態(tài)丁基鋁、三甲基鎵、三乙基鎵、第三態(tài)丁基鎵、三甲基銦、三乙基銦、第三態(tài)丁基銦等液體或固體加以氣化，或是使用混合有載體氣體的氣泡化的混合物。載體氣體例如是使用氫氣、氮?dú)饧淄榛蛞彝榈鹊奶細(xì)浠衔?；或者是CF4、C2F6等的鹵化碳等。
氮?dú)庠鲜菍⒗鏝2、NH3、NF3、N2H4、聯(lián)氨等氣體或液體，以氣化或以載體氣體來汽泡化等方式來使用。
在由通過前述的薄膜形成方法而形膜的第一電極層及/或感應(yīng)層所構(gòu)成的氮化物系半導(dǎo)體膜上，可以再使用熱擴(kuò)散法或離子植入法等公知方法，添加受體及/或施體等摻質(zhì)。再者，第一電極層及/或感應(yīng)層也可以為具有多層膜的結(jié)構(gòu)。
圖1所示的紫外線感光器件的第二電極層23的薄膜形成方法，并未特別加以限定，其可以使用例如真空蒸著法，來形成金(Au)等導(dǎo)電性金屬膜。但，當(dāng)使光從感光面A入射來檢測紫外線，或者使光從感光面B入射來檢測紫外線，及/或再設(shè)置用來檢測出比感應(yīng)層22所檢測出的光更長波長側(cè)的感光器件，以檢測從受光面A入射而通過感應(yīng)層22的光時(shí)，薄膜形成方法及薄膜原料，可視在期望波長范圍的光可以透過的方式，來加以選擇。使用紫外線感光器件的紫外線測量方法來自本發(fā)明的紫外線感光器件24的信號(hào)可以被量測做為在第一電極層21與第二電極層23之間所流通的光電流。再者，于第一電極層21與第二電極層23之間施加電壓，也可測得光電流。
當(dāng)測量信號(hào)時(shí)，在第一電極層21及第二電極層23之上通過導(dǎo)電性接著劑或夾頭、打線、壓著或壓接等各種接線方式，使之與電流計(jì)或電壓計(jì)相連接。
當(dāng)紫外線感光器件24被光照射而發(fā)生信號(hào)時(shí)，可使用氙燈的白色光作為光源，再將此白色光利用分光器(NIKON公司制的P250產(chǎn)品)而得到單色光。之后，將此單色光照射于石英基板20(感光面A)側(cè)，利用量測產(chǎn)生的光電電流，來求得信號(hào)。
再者，第一電極層21及感應(yīng)層22的長波長吸收端可通過下述的方法求得。首先，在制作紫外線感光器件24的過程中形成此層時(shí)，同時(shí)在同一條件下，準(zhǔn)備僅將第一電極層21、僅將感應(yīng)層22形成于石英基板表面上，做為長波長吸收端測量用試樣。接著，于自動(dòng)分光光度計(jì)中，分別對(duì)第一電極層21及感應(yīng)層22的長波長吸收端測量用試樣測量在190nm～500nm范圍的穿透率光譜。接著，再從此穿透率光譜求得吸收光譜，進(jìn)而求得各個(gè)長波長吸收端。實(shí)例以下以實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的說明。然本發(fā)明并不以下述實(shí)例為限。實(shí)例1將洗凈的石英基板(厚0.2mm，長10mm，寬10mm)載置于基板座3上。接著，使用連接于排氣口2上的旋轉(zhuǎn)泵及機(jī)械升壓渦輪泵，對(duì)反應(yīng)室1內(nèi)進(jìn)行真空排氣，以使其背壓低于10-3Pa為止，再利用加熱器4將前述石英基板加熱至攝氏500度左右。
之后，將1000sccm(standard cubic centimeter per miniutue)的氮?dú)?，通過氣體導(dǎo)入管9，導(dǎo)入直徑為25mm的石英管5內(nèi)，以調(diào)節(jié)器將45GHz的微波的輸出功率設(shè)定調(diào)節(jié)為250W，再通過微波導(dǎo)管8進(jìn)行放電。此時(shí)的反射波為0W。而且1sccm意指在1013.25hPa(1大氣壓)、攝氏0度下，氣體的流量相當(dāng)于1立方公分/分鐘。
再者，將500sccm的氫氣通過氣體導(dǎo)入管10導(dǎo)入直徑為30mm的石英管6內(nèi)。將13.56MHz的高頻的輸出設(shè)定為100W。此時(shí)的反射波為0W。
在此狀態(tài)下，經(jīng)過氣體導(dǎo)入管11，將保持于攝氏0度的三甲基鎵蒸汽，以氮?dú)庾鰹榧虞d氣體并且在106Pa的壓力下使其冒泡，通過質(zhì)量流量控制器導(dǎo)入0.2sccm至系統(tǒng)中。
之后，經(jīng)過氣體導(dǎo)入管11，將被氮?dú)馀荼３钟跀z氏50度的三甲基鋁，以氮?dú)庾鰹榧虞d氣體并且在106Pa的壓力下使其冒泡，通過質(zhì)量流量控制器導(dǎo)入2sccm至系統(tǒng)中。導(dǎo)入2sccm，其中于106Pa的壓力下以氮?dú)庾鳛榧虞d氣體通過質(zhì)量流量控制器而使其冒泡。
將由氫稀釋成100ppm的硅甲烷氣體通過質(zhì)量流量控制器，并經(jīng)過氣體導(dǎo)入管12導(dǎo)入10sccm至反應(yīng)領(lǐng)域中。此時(shí)，以隔膜式真空計(jì)(Ballatron公司制，商品名為Ballatron)進(jìn)行測量，其中成膜室1內(nèi)的反應(yīng)壓力為66.5Pa(0.5Torr)。在此狀態(tài)下，于石英基板表面上進(jìn)行100分鐘的成膜，以形成做為第一電極層且薄膜厚度為100nm的硅摻雜Al0.8Ga0.2NH膜。另外，通過IR法(紅外線分光分析法)所測得的膜中的氫含量為5原子％。
接著，當(dāng)成膜室1返回大氣壓之后，從成膜室1取出已形成第一電極層的石英基板，并于第一電極層的端部覆蓋金屬制的罩幕，再將前述基板已形成第一電極層的面朝上的方式載置于基板座上。
之后，進(jìn)行真空排氣，以使其背壓低于10-3Pa為止，再利用加熱器4將已形成端部被遮蔽的第一電極層的石英基板加熱至攝氏350度。
之后，將1000sccm的氮?dú)馔ㄟ^氣體導(dǎo)入管9導(dǎo)入直徑為25mm的石英管5內(nèi)，以調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)而使45GHz的微波的輸出設(shè)定為250W，再通過微波導(dǎo)管8進(jìn)行放電。此時(shí)的反射波為0W。接著，將500sccm的氫氣通過氣體導(dǎo)入管10導(dǎo)入直徑為30mm的石英管6內(nèi)。將13.56MHz的高頻的輸出設(shè)定為100W。此時(shí)的反射波為0W。
在此狀態(tài)下，經(jīng)過氣體導(dǎo)入管11，將保持于攝氏0度的三甲基鎵蒸汽，以氫氣作為加載氣體并且于106Pa的壓力下使其冒泡，再通過質(zhì)量流量控制器而導(dǎo)入0.5sccm。
之后，于保持于攝氏20度的二環(huán)戊烷二烯烴鎂中導(dǎo)入65000Pa的氫氣以氣泡化，再與氣泡化后的氫氣通過質(zhì)量流量控制器從氣體導(dǎo)入管12導(dǎo)入1sccm。此時(shí)，以隔膜式真空計(jì)所測得的反應(yīng)壓力為66.5Pa(0.5Torr)。
在此狀態(tài)下，進(jìn)行30分鐘的成膜，以于第一電極層表面上，形成做為感應(yīng)層且膜厚為0.1μm的鎂摻雜GaNH膜。另外，通過IR法(紅外線分光分析法)所測得的膜中的氫含量為6原子％。
接著，當(dāng)成膜室1返回大氣壓之后，從成膜室1取出在石英基板表面上已依序形成有第一電極層、感應(yīng)層的基板，再于感應(yīng)層表面上設(shè)置具有直徑為3mm的孔的金屬制罩幕。
之后，將被金屬制罩幕遮蔽感應(yīng)層的部分表面的基板，放置于真空蒸著裝置內(nèi)，使基板的罩幕面面對(duì)蒸著靶(純度為99.99％的金)，進(jìn)行真空蒸著。如此，可于感應(yīng)層表面的幾乎中央的部位上形成做為第二電極層且直徑為3mm、膜厚為10nm的金膜。
經(jīng)過上述制作工藝，可于石英基板的一面上依序形成做為第一電極層且膜厚為100nm的硅摻雜Al0.8Ga0.2NH膜、做為感應(yīng)層且膜厚為0.1μm的鎂摻雜GaNH膜以及做為第二電極層且膜厚為10nm的金膜，以得到實(shí)例1的紫外線感光器件。
分別在此實(shí)例1的紫外線感光器件的第一電極層及第二電極層上，通過導(dǎo)電接著劑連接0.1mm的銀線。之后，將此銀線連接于微安培計(jì)(HP 4140B)，以檢測光入射至紫外線感光器件時(shí)所發(fā)生的信號(hào)。
之后，當(dāng)波長固定于260nm的狀態(tài)下，使用做為光源的氙燈及分光器，相對(duì)于來自此分光器的射出光，將紫外線感光器件的感光面一邊傾斜，一邊測量產(chǎn)生的信號(hào)輸出。當(dāng)以前述出射光垂直入射至感光面時(shí)為0度，射出光以60度入射至感光面時(shí)的信號(hào)輸出約為0度時(shí)的50％，此結(jié)果與余弦定律相吻合。
再者，從僅形成第一電極層與僅形成感應(yīng)層的各個(gè)長波長吸收端測量用試樣的石英基板側(cè)，一方面將波長從200nm變化至400nm，一方使光垂直入射至石英基板表面。此時(shí)，第一電極層的紫外光吸收從250nm開始，至200nm附近時(shí)的紫外光吸收率到達(dá)100％，因此其長波長吸收端為230nm左右。同樣的，感應(yīng)層的紫外光吸收從400nm開始，至280nm時(shí)的紫外光吸收率到達(dá)100％，因此其長波長吸收端為360nm左右。
由上述的結(jié)果可知，實(shí)例1的紫外線感光器件可以檢測波長從220nm至400nm的紫外線范圍，且其入射角相關(guān)性也較小。因而，在實(shí)用上，可確認(rèn)得到具有較佳紫外線檢測性能的紫外線感光器件。
另外，當(dāng)使用實(shí)例1的紫外線感光器件組成紫外線檢測感應(yīng)器時(shí)，不需要再設(shè)置用以在必要且足夠的紫外線領(lǐng)域可以檢測出紫外線的帶通濾波器。再者，由于入射角相關(guān)性較小，因此也不需要在感光面上設(shè)置用以抑制入射角相關(guān)性的導(dǎo)波管等。由此，本發(fā)明與公知所使用的紫外線感光器件相互比較可知，使用實(shí)例1的紫外線感光器件組合而得的紫外線檢測感應(yīng)器，此感應(yīng)器具有光感應(yīng)度高、結(jié)構(gòu)簡單、小型、低成本、穩(wěn)定且高精確度等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)例2
除了在形成第一電極層時(shí)，僅將做為IIIA族元素原料的三甲基鋁，以與實(shí)例1相同的條件下導(dǎo)入氣體導(dǎo)入管11之外，其余皆以與實(shí)例1相同的條件進(jìn)行第一電極層的成膜。
由此，在石英基板表面上，形成膜厚為100nm的硅摻雜AlNH膜，做為第一電極層。另外，通過IR法(紅外線分光分析法)所測得的膜中的氫含量為5原子％。
接著，當(dāng)成膜室1返回大氣壓之后，從成膜室1取出已形成第一電極層的石英基板，并于第一電極層的端部覆蓋金屬制的罩幕，再將前述基板以形成有第一電極層之面朝上的方式載置于基板座上。
之后，進(jìn)行真空排氣，以使其背壓低于10-3Pa為止，再利用加熱器4將已形成端部被遮蔽的第一電極層的石英基板加熱至攝氏350度。
之后，將1000sccm的氮?dú)馔ㄟ^氣體導(dǎo)入管9導(dǎo)入直徑為25mm的石英管5內(nèi)，以調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)而使45GHz的微波的輸出設(shè)定為250W，再通過微波導(dǎo)管8進(jìn)行放電。此時(shí)的反射波為0W。接著，將500sccm的氫氣通過氣體導(dǎo)入管10導(dǎo)入直徑為30mm的石英管6內(nèi)。將13.56MHz的高頻的輸出設(shè)定為100W。此時(shí)的反射波為0W。
在此狀態(tài)下，經(jīng)過氣體導(dǎo)入管11，將保持于攝氏0度的三甲基鎵(TMGa)蒸汽，以氫氣作為加載氣體，一邊以106Pa的壓力下使其冒泡，一邊使其通過質(zhì)量流量控制器，導(dǎo)入0.5sccm至系統(tǒng)。
接著，經(jīng)過氣體導(dǎo)入管11，將保持于攝氏50度的三甲基鋁蒸汽，以氫氣作為加載氣體，一邊以106Pa的壓力下使其冒泡，一邊使其通過質(zhì)量流量控制器，導(dǎo)入1sccm至系統(tǒng)。之后，經(jīng)過氣體導(dǎo)入管12，導(dǎo)入65000Pa的氫氣至被保持于攝氏20度的二環(huán)戊烷二烯烴鎂中，使其氣泡化；之后，再使氣泡化后的氫氣通過質(zhì)量流量控制器，導(dǎo)入1sccm。此時(shí)，以隔膜式真空計(jì)所測得的反應(yīng)壓力為66.5Pa(0.5Torr)。
在此狀態(tài)下，進(jìn)行30分鐘的成膜，在第一電極層表面上，形成膜厚為0.1μm的鎂摻雜Al0.5Ga0.5NH膜，做為感應(yīng)層。另外，通過IR法(紅外線分光分析法)所測得的膜中的氫含量為6原子％。
接著，當(dāng)成膜室1返回大氣壓之后，從成膜室1取出在石英基板表面上已依序形成第一電極層、感應(yīng)層的基板，再于感應(yīng)層表面上設(shè)置具有直徑為3mm之孔的金屬制罩幕。
之后，將被金屬制罩幕遮蔽感應(yīng)層的部分表面的基板，放置在真空蒸著裝置內(nèi)，使基板的罩幕面面對(duì)蒸著靶(純度為99.99％的金)，進(jìn)行真空蒸著。如此，可于感應(yīng)層表面的幾乎中央的部位上形成作為第二電極層且直徑為3mm、膜厚為10nm的金膜。
經(jīng)過上述制作工藝，可于石英基板的一面上依序形成做為第一電極層且膜厚為100nm的硅摻雜AlNH膜、做為感應(yīng)層且膜厚為0.1μm的鎂摻雜Al0.5Ga0.5NH膜以及做為第二電極層且膜厚為10nm的金膜，以得到實(shí)例2的紫外線感光器件。
之后，與實(shí)例1相同，分別在此實(shí)例2的紫外線感光器件的第一電極層及第二電極層上，通過導(dǎo)電接著劑連接0.1mm的銀線。之后，將此銀線連接于微安培計(jì)(HP 4140B)，以檢測光入射至紫外線感光器件之際所發(fā)生的信號(hào)。
之后，當(dāng)波長固定于240nm的狀態(tài)下，使用做為光源的氙燈及分光器，相對(duì)于來自此分光器的射出光，將紫外線感光器件的感光面一邊傾斜，一邊測量產(chǎn)生的信號(hào)輸出。當(dāng)以前述出射光垂直入射至感光面時(shí)為0度，射出光以60度入射至感光面時(shí)的信號(hào)輸出約為0度時(shí)的50％，此結(jié)果與余弦定律相吻合。
再者，從實(shí)例2的第一電極層與感應(yīng)層的各個(gè)長波長吸收端測量用試樣的石英基板側(cè)，一方面將波長從200nm變化至400nm，一方面使光垂直入射至石英基板表面。此時(shí)，第一電極層的紫外光吸收從220nm開始，至200nm附近時(shí)的紫外光吸收率到達(dá)100％，因此其長波長吸收端為210nm左右。同樣的，感應(yīng)層的紫外光吸收從300nm開始，至220nm時(shí)的紫外光吸收率到達(dá)100％，因此其長波長吸收端為250nm左右。
由上述的結(jié)果可知，實(shí)例2的紫外線感光器件可以檢測波長從300nm至200nm的紫外線領(lǐng)域，且其入射角相關(guān)性也較?。灰蚨?，在實(shí)用上，可確認(rèn)得到具有較佳紫外線檢測性能的紫外線感光器件。
另外，當(dāng)使用實(shí)例2的紫外線感光器件組成紫外線檢測感應(yīng)器時(shí)，不需要再設(shè)置用以在必要且足夠的紫外線領(lǐng)域可以檢測出紫外線的帶通濾波器。再者，由于入射角相關(guān)性較小，因此也不需要在感光面上設(shè)置用以抑制入射角相關(guān)性的導(dǎo)波管等。由此，本發(fā)明與公知所使用的紫外線感光器件相互比較可知，使用實(shí)例1的紫外線感光器件組合而得之紫外線檢測感應(yīng)器，此感應(yīng)器具有光感應(yīng)度高、結(jié)構(gòu)簡單、小型、低成本、穩(wěn)定且高精確度等優(yōu)點(diǎn)。比較例1除了在石英基板的一面上，形成膜厚為0.3μm的銦錫氧化物(Indium-Tin-Oxide，ITO)膜，做為第一電極層之外，其余皆使用與實(shí)例2相同的方法與條件，以制作得到比較例1的紫外線感光器件。
再者，與實(shí)例1相同，從比較例1的第一電極層與感應(yīng)層的各個(gè)長波長吸收端測量用試樣的石英基板側(cè)，一方面將波長從200nm變化至400nm，一方面使光垂直入射至石英基板表面。此時(shí)，第一電極層的紫外光吸收從340nm附近開始，至280nm附近時(shí)的紫外光吸收率到達(dá)100％，因此其長波長吸收端為320nm左右。同樣的，感應(yīng)層的紫外光吸收從300nm附近開始，至220nm時(shí)的紫外光吸收率到達(dá)100％，因此其長波長吸收端為250nm左右。
再者，分別在此比較例1的紫外線感光器件的第一電極層及第二電極層上，通過導(dǎo)電接著劑連接0.1mm的銀線。之后，將此銀線連接于微安培計(jì)(HP 4140B)，以檢測光入射至紫外線感光器件之際所發(fā)生的信號(hào)。
之后，當(dāng)波長固定于290nm的狀態(tài)下，使用做為光源的氙燈及分光器，相對(duì)于來自此分光器的射出光，將紫外線感光器件的感光面一邊傾斜，一邊測量產(chǎn)生的信號(hào)輸出。然而，當(dāng)將光垂直入射至感光面時(shí)，比較例1的紫外線感光器件與實(shí)例2的紫外線感光器件相比較之下，僅可得到約1/10的信號(hào)輸出。
因此，比較例1的紫外線感光器件與實(shí)例1及實(shí)例2的紫外線感光器件相比較可知，對(duì)波長為280nm至300nm的波長范圍而言，其可透過第一電極層的紫外線較弱，因而無法在低吸收率的感應(yīng)層中檢測出來。因此，其與實(shí)例2相比較之下，其光感應(yīng)度僅為1/10以下，因而無法檢測出280nm以下的紫外線，故確認(rèn)其紫外線檢測性能非常不佳。
由上述說明中，本發(fā)明的紫外線感光器件，可在不使用帶通濾波器或?qū)Рㄍ返那樾蜗?，即具有可檢測出所期望波長范圍的紫外線，并且具有入射角度相關(guān)性小、光感應(yīng)度高、結(jié)構(gòu)簡單、小型、低成本、穩(wěn)定且高精確度的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種紫外線感光器件，至少包括一第一電極層及一感應(yīng)層，其特征在于該第一電極層由含有選自于鋁、鎵、銦等元素中至少一種以上的元素、氮或氧等的半導(dǎo)體所構(gòu)成；該感應(yīng)層由含有選自于鋁、鎵、銦等元素中至少一種以上的元素、氮等的半導(dǎo)體所構(gòu)成，且該第一電極層的長波長吸收端比該感應(yīng)層的長波長吸收端還靠近短波長側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的紫外線感光器件，其特征在于其中該感應(yīng)層中更添加選自于碳、硅、鍺、鉛等元素中至少一種以上的元素。
3.如權(quán)利要求1所述的紫外線感光器件，其特征在于其中該感應(yīng)層中添加選自于鈹、鎂、鈣等元素中至少一種以上的元素。
4.如權(quán)利要求1所述的紫外線感光器件，其特征在于其中該感應(yīng)層中包括氫。
5.如權(quán)利要求1所述的紫外線感光器件，其特征在于其中至少該第一電極層及該感應(yīng)層依序設(shè)置在一基板的表面上。
6.如權(quán)利要求1所述的紫外線感光器件，其特征在于其中該第一電極層、該感應(yīng)層及一第二電極層依序設(shè)置在一基板的表面上。
7.如權(quán)利要求1所述的紫外線感光器件，其特征在于其中該感應(yīng)層的設(shè)有該第一電極層的一側(cè)做為感光面。
8.如權(quán)利要求1所述的紫外線感光器件，其特征在于其中該感應(yīng)層的設(shè)有該第一電極層的一側(cè)的相反面做為感光面。
全文摘要
一種紫外線感光器件,以在不使用帶通濾波器或?qū)Рㄍ返那樾蜗?得到具可檢測出所期望波長范圍的紫外線、入射角度相關(guān)性小、光感應(yīng)度高、結(jié)構(gòu)簡單、小型、低成本、穩(wěn)定且高精確度的紫外線檢測感應(yīng)器。另外,紫外線感光器件至少包括第一電極層及感應(yīng)層,第一電極層由含有選自于鋁、鎵、銦等元素中至少一種以上的元素、氮或氧等的半導(dǎo)體所構(gòu)成；感應(yīng)層由含有選自于鋁、鎵、銦等元素中至少一種以上的元素、氮等的半導(dǎo)體所構(gòu)成,且第一電極層的長波長吸收端比感應(yīng)層的長波長吸收端還靠近短波長側(cè)。
文檔編號(hào)H01L31/102GK1423112SQ0214161
公開日2003年6月11日 申請(qǐng)日期2002年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月22日
發(fā)明者八木茂 申請(qǐng)人:富士全錄株式會(huì)社