半導体紫外線受光素子及びその製造方法
【課題】ワイヤーボンディング用金属電極の有機物電極からの剥離が抑制された新規な構造の半導体紫外線受光素子を提供する。
【解決手段】半導体紫外線受光素子は、ＩＩ族酸化物半導体またはＩＩＩ族窒化物半導体で形成された半導体層３と、半導体層３上に形成された紫外線透過性の有機物電極５と、半導体層３上に、有機物電極５の外側に形成された絶縁層と、有機物電極上から絶縁層上に延在し、絶縁層上方にボンディング領域を確保するワイヤーボンディング用金属電極６とを有する。
【解決手段】半導体紫外線受光素子は、ＩＩ族酸化物半導体またはＩＩＩ族窒化物半導体で形成された半導体層３と、半導体層３上に形成された紫外線透過性の有機物電極５と、半導体層３上に、有機物電極５の外側に形成された絶縁層と、有機物電極上から絶縁層上に延在し、絶縁層上方にボンディング領域を確保するワイヤーボンディング用金属電極６とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体紫外線受光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線透過性を呈するような膜厚を有するＰｔなどの金属をショットキー電極としてＺｎＯ基板上に形成した光起電力型の紫外線センサが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
ＺｎＯ系半導体上に形成するショットキー電極として、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの有機物導電材料を用いることにより、Ｐｔなどの一般的な金属電極に比べて、逆バイアス電圧での暗電流が非常に小さく、センサとしての特性が良くなることが示されている（特許文献２参照）。
【０００４】
ＺｎＯ系半導体の一部上に絶縁膜からなる台座部が形成され、台座部を覆ってＺｎＯ系半導体上に有機物電極が形成され、台座部上方の有機物電極上にワイヤーボンディング用電極が形成された素子構造により、ワイヤーボンディング時におけるワイヤーボンディング用電極の剥離を防止する技術が提案されている（特許文献３参照）。
【０００５】
ＧａＮ系半導体上に有機物電極を形成した紫外線センサも提案されている（特許文献４参照）。
【０００６】
有機物電極は、ワイヤーボンディング用金属電極との密着性が弱く、ワイヤーボンディング時にワイヤーボンディング電極が剥離しやすい。
【０００７】
無極性単結晶基板上に成長させるＺｎＯ系半導体層の極性を制御する技術が提案されている（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７‐２０１３９３号公報
【特許文献２】特開２００８‐２１１２０３号公報
【特許文献３】特開２０１０‐２０５８９１号公報
【特許文献４】特開２０１０‐５６５０４号公報
【特許文献５】特開２００５‐１９７４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の一目的は、ワイヤーボンディング用金属電極の有機物電極からの剥離が抑制された新規な構造の半導体紫外線受光素子、及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一観点によれば、ＩＩ族酸化物半導体またはＩＩＩ族窒化物半導体で形成された半導体層と、前記半導体層上に形成された紫外線透過性の有機物電極と、前記半導体層上に、前記有機物電極の外側に形成された絶縁層と、前記有機物電極上から前記絶縁層上に延在し、前記絶縁層上方にボンディング領域を確保するワイヤーボンディング用金属電極とを有する半導体紫外線受光素子が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
ワイヤーボンディング用金属電極が、有機物電極と絶縁層とにまたがるように形成されていることにより、ワイヤーボンディング用金属電極の剥離が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の第１実施例による受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図２】図２は、第１実施例の受光装置の全体構造を示す概略断面図である。
【図３】図３は、第１実施例の受光素子の写真である。
【図４】図４Ａは、第１実施例の受光素子のＩ‐Ｖ特性を示すグラフであり、図４Ｂは、光応答特性測定回路の概略的な回路図であり、図４Ｃは、第１実施例の受光素子の光応答特性を示すグラフである。
【図５】図５は、第２実施例の受光素子のＩ‐Ｖ特性を示すグラフである。
【図６−１】図６Ａ〜図６Ｃは、第３実施例の受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図６−２】図６Ｄ〜図６Ｆは、第３実施例の受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図７】図７は、第３実施例の変形例による受光素子を示す概略断面図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｅは、絶縁層、有機物電極、及びワイヤーボンディング用金属電極の配置例を示す概略平面図である。
【図９】図９は、第４実施例の受光素子を示す概略断面図である。
【図１０】図１０Ａは、第４実施例の受光素子のＩ‐Ｖ特性を示すグラフであり、図１０Ｂは、第４実施例の受光素子の光応答特性を示すグラフである。
【図１１−１】図１１Ａ〜図１１Ｃは、第５実施例の受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図１１−２】図１１Ｄ、図１１Ｅは、第５実施例の受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図１２】図１２Ａ及び図１２Ｂは、比較例による受光素子の概略断面図であり、図１２Ｃは、比較例の受光素子の写真である。
【図１３】図１３は、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯのエネルギーギャップとＭｇ組成ｘとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、比較例による半導体紫外線受光素子について説明する。
【００１４】
図１２Ａは、比較例による受光素子の概略断面図である。比較例の受光素子では、半導体層の成長方法として分子線エピタキシ（ＭＢＥ）を用いる。
【００１５】
Ａｌが添加されたｎ型Ｚｎ面ＺｎＯ（０００１）基板１０１上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、ＺｎＯバッファー層１０２を厚さ３０ｎｍ成長させる。ＺｎＯバッファー層１０２の成長条件は、例えば、成長温度３００℃、Ｚｎフラックス０．０２ｎｍ／ｓ、ＯソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗとする。ＺｎＯバッファー層１０２の成長後、９００℃でアニールを行い、結晶性及び表面平坦性の改善を行う。
【００１６】
ＺｎＯバッファー層１０２上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、アンドープＺｎＯ層１０３を厚さ５００ｎｍ成長させる。アンドープＺｎＯ層１０３の成長条件は、例えば成長温度９００℃、Ｚｎフラックス０．０２ｎｍ／ｓ、ＯソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗとする。
【００１７】
ｎ型ＺｎＯ基板１０１のキャリア濃度は、例えば２．０×１０１７ｃｍ−３である。アンドープＺｎＯエピ層１０３は、ｎ型ＺｎＯ基板１０１に比べて高抵抗のｎ型導電性を示し、キャリア濃度は例えば３．９×１０１５ｃｍ−３である。
【００１８】
次に、アンドープＺｎＯ層１０３上に、導電性ポリマーによる有機物電極１０４を形成する。具体的には、有機物電極１０４の材料として、例えばＰＥＤＯＴ：ＰＳＳが用いられる。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、キャリアドーパント兼水分散剤としてポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）を含んだ、ポリチオフェン誘導体のポリ３，４‐エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）である。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳに、導電率増加剤として例えばジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を添加して使用することができる。なお、後述の実施例の有機物電極形成材料も、比較例のものと同様である。
【００１９】
まず、アンドープＺｎＯ層１０３上に、有機物電極１０４形成のためのリフトオフ用のパターンを、レジストにより形成する。その後、紫外線（ＵＶ）オゾン洗浄を行う。そして、導電率増加剤を添加したＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを、スピンコートにより（加熱処理後の厚さで）例えば厚さ３０ｎｍ塗布し、リフトオフにより有機物電極１０４を形成する。リフトオフ後、ホットプレートにより例えば２００℃、２０分の加熱処理を施す。
【００２０】
有機物電極１０４は、アンドープＺｎＯ層１０３に対してショットキー電極を形成するとともに、紫外線透過性である。有機物電極１０４を透過してアンドープＺｎＯ層１０３に入射した紫外線により、光起電力が生じる。なお、このような半導体紫外線受光素子では、ショットキー電極を用いることにより、ｎ型半導体層に比べて形成が難しいｐ型半導体を形成しなくてすむ。
【００２１】
有機物電極１０４上に、ワイヤーボンディング用金属電極１０５の形成領域に開口を有する金属マスクを用い、電子ビーム（ＥＢ）蒸着により例えば厚さ１００ｎｍのＡｕ層を堆積して、ワイヤーボンディング用金属電極１０５を形成する。
【００２２】
ＺｎＯ基板１０１の裏面上に、例えば厚さ１０ｎｍのＴｉ層１０６ａを形成し、Ｔｉ層１０６ａ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層１０６ｂを積層して、オーミック電極１０６を形成する。このようにして、比較例の受光素子が作製される。
【００２３】
その後、ダイボンディング及びワイヤーボンディングにより、比較例の受光素子をステム上に接合して、比較例の受光装置を作製する。
【００２４】
図１２Ｂは、ワイヤーボンディング時における比較例の受光素子を示す概略断面図である。ワイヤーボンディング用金属電極１０５に、Ａｕボール１１１を介してＡｕワイヤー１１２がボンディングされる。
【００２５】
しかし、比較例の受光素子は、ワイヤーボンディング用金属電極１０５と有機物電極１０４との密着性が悪く、ワイヤーボンディング用金属電極１０５が有機物電極１０４から剥離しやすい。
【００２６】
図１２Ｃは、比較例の受光素子の、ワイヤーボンディング用金属電極１０５が剥離した後の表面写真を示す。ワイヤーボンディング用金属電極１０５の一部が剥離して、剥離部１０５Ｐが生じている。
【００２７】
本願発明者らは、以下に説明するように、ワイヤーボンディング用金属電極の有機物電極からの剥離が抑制された半導体紫外線受光素子を提案する。
【００２８】
次に、第１実施例による半導体紫外線受光素子について説明する。第１実施例でも、比較例と同様に、半導体層の成長方法としてＭＢＥを用いる。図１Ａ〜図１Ｄは、第１実施例の受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【００２９】
図１Ａを参照する。例えば比較例と同様な条件で、Ａｌが添加されたｎ型Ｚｎ面ＺｎＯ（０００１）基板１上に、ＺｎＯバッファー層２を成長させアニールを行い、ＺｎＯバッファー層２上に、アンドープＺｎＯ層３を成長させる。ただし、第１実施例では、アンドープＺｎＯ層３の厚さを例えば約１．５μｍとする。ｎ型ＺｎＯ基板１及びＺｎＯエピ層３のキャリア濃度は、それぞれ例えば、２．０×１０１７ｃｍ−３及び３．９×１０１５ｃｍ−３である。
【００３０】
なお、受光素子として適したショットキー接合を良好に形成するために、有機物電極と接触する半導体層のキャリア濃度は、例えば１×１０１６ｃｍ−３以下と低くすることが好ましい。Ｚｎ面（＋ｃ面）でＺｎＯ系半導体層を成長させることにより、キャリア濃度の低い半導体層を安定して形成しやすい。
【００３１】
図１Ｂを参照する。アンドープＺｎＯ層３の全面上に、例えば、ＳｉＯ２をスパッタリングで厚さ３００ｎｍ堆積して、絶縁層４を形成する。絶縁層４上に、有機物電極５の形成領域を露出する開口を有するレジストパターンＲＰ１を形成する。レジストパターンＲＰ１をマスクとして、例えばバッファードフッ酸により絶縁層４をエッチングして、レジスト開口内にアンドープＺｎＯ層３を露出させる。
【００３２】
レジストパターンＲＰ１を残した状態で、ＵＶオゾン洗浄を行った後、導電率増加剤を添加したＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを、スピンコートにより（加熱処理後の厚さで）例えば厚さ３０ｎｍ塗布する。そして、レジストパターンＲＰ１とともに不要部のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを除去するリフトオフにより、有機物電極５を残す。このようにして、絶縁層４の形成されていない部分のアンドープＺｎＯ層３上に、有機物電極５が形成される。リフトオフ後、ホットプレートにより例えば２００℃、２０分の加熱処理を施す。なお、有機物電極５の加熱処理には、真空乾燥炉、クリーンオーブン等を用いてもよい。
【００３３】
図１Ｃを参照する。絶縁層４及び有機物電極５上に、ワイヤーボンディング用金属電極６を形成する。ワイヤーボンディング用金属電極６は、有機物電極５上から絶縁層４上に延在するように配置され、透光領域を確保するため有機物電極５の一部上を覆い、絶縁層４の上方部分に、ワイヤーボンディング領域となる程度の広い面積を確保する。
【００３４】
ワイヤーボンディング用金属電極６の形成領域に開口を有する金属マスクを用い、ＥＢ蒸着により、例えば厚さ１０ｎｍのＴｉ層６ａを形成し、Ｔｉ層６ａ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層６ｂを積層して、ワイヤーボンディング用金属電極６を形成する。Ｔｉ層６ａが、絶縁層４との密着層として働く。
【００３５】
ＺｎＯ基板１の裏面上に、例えば厚さ１０ｎｍのＴｉ層７ａを形成し、Ｔｉ層７ａ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層７ｂを積層して、オーミック電極７を形成する。このようにして、第１実施例の受光素子が作製される。
【００３６】
なお、ワイヤーボンディング用金属電極の形成工程とオーミック電極の形成工程とは、どちらを先に行うこともできる。
【００３７】
その後、ダイボンディング及びワイヤーボンディングにより、第１実施例の受光素子をステム上に接合して、第１実施例の受光装置を作製する。
【００３８】
図１Ｄは、ワイヤーボンディング時における第１実施例の受光素子を示す概略断面図である。
【００３９】
図２は、第１実施例の受光装置の全体構造を示す概略断面図である。受光素子のオーミック電極７が、ステム２１の一方の電極２１ａ上に銀ペースト２２を介してダイボンディングされている。受光素子のワイヤーボンディング用金属電極６（の上層であるＡｕ層６ｂ）と、ステム２１の他方の電極２１ｂとが、Ａｕボール１１、１３を介してＡｕワイヤー１２でワイヤーボンディングされている。Ａｕボール１１が、絶縁層４の上方部分のワイヤーボンディング用金属電極６上に配置されている。受光素子の上方が、紫外線透過窓２４の形成された容器２３で覆われている。
【００４０】
図３は、ワイヤーボンディングの施された第１実施例の受光素子の、ワイヤーボンディング用金属電極６近傍を示す写真である。ワイヤーボンディング用金属電極６が、有機物電極５から剥離することなく、ワイヤーボンディングが良好に行われていることがわかる。
【００４１】
第１実施例の受光素子の電気的特性について説明する。ＺｎＯ基板１側（ダイボンディング側）がカソード、ショットキー電極である有機物電極５側（ワイヤーボンディング側）がアノードであるので、ワイヤーボンディング側をプラス、ダイボンディング側をマイナスにして電圧印加するのが順バイアス、その逆が逆バイアスである。逆バイアスまたは印加電圧０Ｖとして、受光素子が使用される。
【００４２】
図４Ａは、第１実施例の受光素子の電流−電圧特性（Ｉ‐Ｖ特性）を示すグラフである。横軸は印加電圧であり、縦軸は電流の絶対値でｌｏｇ表示である。暗電流を破線で示し、光電流を実線で示す。光電流測定時の光源には、波長３６５ｎｍのＬＥＤ（０．０３５μＷ）を使用した。なお、Ｉ‐Ｖ特性を示すグラフの表示方法、光電流測定時の光源は、後述の第２実施例及び第４実施例のＩ−Ｖ特性についても同様である。
【００４３】
受光素子として使用する逆バイアスでの特性をみると、光を照射しない暗状態での暗電流は、電圧−４Ｖまで印加した時に、数ｎＡである。光照射時の光電流は、電圧−４Ｖまで印加した時に、約１μＡとなっている。
【００４４】
第１実施例の受光素子の光入射時（オン時）と遮光時（オフ時）の応答特性について説明する。
【００４５】
図４Ｂは、光応答特性測定回路を概略的に示す回路図である。受光素子がダイオードで示され、有機物電極側の端子と接地電位との間に抵抗Ｒ（９１ｋΩ）が接続されている。受光素子のＺｎＯ基板側の端子と接地電位との間に直流電圧源Ｖｉａｓ（０Ｖ）が接続されている。受光素子に光ｈνが入射される。
【００４６】
紫外線レーザー光をチョッパーによりオンオフし、受光素子への印加電圧０Ｖにおける抵抗Ｒの出力電圧Ｖを、光応答電圧としてオシロスコープで測定した。紫外線レーザーとして、波長３２５ｎｍのＨｅ‐Ｃｄレーザー（１μＷ）を使用した。
【００４７】
図４Ｃは、第１実施例の受光素子の光応答特性を示すグラフである。出力電圧の大きさを、矢印で示す。出力電圧２２ｍＶが得られた。受光感度に換算すると、約２４０ｍＡ／Ｗが得られたことになる。
【００４８】
上記の測定結果より、第１実施例のＺｎＯ系半導体素子は、紫外線受光素子として機能することが確認された。
【００４９】
次に、第２実施例による半導体紫外線受光素子について説明する。第２実施例では、第１実施例と異なり、半導体層の成長方法として有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）を用いる。
【００５０】
図１Ａを再び参照する。第２実施例でも第１実施例と同様に、成長基板として、Ａｌが添加されたｎ型Ｚｎ面ＺｎＯ（０００１）基板１を用いる。ただし、第２実施例では、ＺｎＯバッファー層２が省略される。
【００５１】
ＺｎＯ基板１上に、例えば、成長温度７７５℃で、Ｚｎ源としてＤＭＺｎを１０μｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、酸素源としてＨ２Ｏを８００μｍｏｌ／ｍｉｎ供給して、８０ｋＰａの圧力で、アンドープＺｎＯ層３を厚さ１０００ｎｍ成長する。ＺｎＯ基板１及びＺｎＯエピ層３のキャリア濃度は、それぞれ例えば、２．０×１０１７ｃｍ−３、１．５×１０１５ｃｍ−３である。
【００５２】
その後は、第１実施例で図１Ｂ、図１Ｃを参照して説明した工程と同様にして、アンドープＺｎＯ層３上方に絶縁層４、有機物電極５、及びワイヤーボンディング用金属電極６を形成し、ＺｎＯ基板１の裏面上にオーミック電極７を形成して、第２実施例の受光素子を作製する。そして、第１実施例で図１Ｄ、図２を参照して説明した工程と同様にして、ワイヤーボンディング用金属電極６にワイヤーボンディングを施して、第２実施例の受光装置を作製する。
【００５３】
図５は、第２実施例の受光素子のＩ‐Ｖ特性を示すグラフである。逆バイアスでの特性をみると、電圧−４Ｖまで印加した時の暗電流は、数ｎＡ以下である。電圧−４Ｖまで印加した時の光電流は、約１０μＡとなっている。
【００５４】
第１実施例と第２実施例のＩ−Ｖ特性を比較すると、第２実施例では、暗電流が低下するとともに光電流が増加している。暗電流に対する光電流の比を比べると、第２実施例では第１実施例よりも２桁近く大きくなっている。
【００５５】
このことより、受光素子の感度向上の観点で、第１実施例よりも第２実施例の方が好ましく思われる。第１実施例と第２実施例のＩ−Ｖ特性に顕著な差が生じた理由は明らかでないが、第２実施例と第１実施例の主な差は、第２実施例ではＭＯＣＶＤで、第１実施例ではＭＢＥで受光半導体層を形成したことである。従って、半導体層の形成方法の違いがＩ−Ｖ特性の差に反映されている可能性もある。
【００５６】
次に、第３実施例による半導体紫外線受光素子について説明する。第３実施例では、第１実施例と同様に、半導体層の成長方法としてＭＢＥを用いる。ただし、絶縁性の成長基板を用いた。図６Ａ〜図６Ｆは、第３実施例の受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【００５７】
図６Ａを参照する。ｃ面サファイア基板３１上に、ＭｇビームとＯラジカルビームを同時照射して、ＭｇＯ層３２を厚さ約１０ｎｍ成長させる。ＭｇＯ層３２の成長条件は、例えば、成長温度６５０℃、Ｍｇフラックス０．０５ｎｍ／ｓ、ＯソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗとする。
【００５８】
ＭｇＯ層３２は、その上に成長させるＺｎＯ系半導体層をＺｎ極性面（＋ｃ面）で成長させる極性制御層となる。なお、無極性単結晶基板上方に成長させるＺｎＯ系半導体層の極性を、ＭｇＯ層を介して制御する技術については、特開２００５‐１９７４１０号公報の「発明を実施するための最良の形態」の欄に説明されている。
【００５９】
ＭｇＯ層３２上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、ＺｎＯバッファー層３３を厚さ約３０ｎｍ成長させる。ＺｎＯバッファー層３３の成長条件は、例えば、成長温度３００℃、Ｚｎフラックス０．１ｎｍ／ｓ、ＯソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗとする。ＺｎＯバッファー層３３の成長後、結晶性及び表面平坦性改善のため、９００℃、３０分のアニールを施す。
【００６０】
ＺｎＯバッファー層３３上に、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、及びＧａビームを同時照射して、Ｇａドープｎ型ＺｎＯ層３４を厚さ約２．０μｍ成長させる。ｎ型ＺｎＯ層３４の成長条件は、例えば、成長温度９００℃、Ｚｎフラックス０．０５ｎｍ／ｓ、ＯソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ、Ｇａフラックス０．０１ｎｍ／ｓとする。
【００６１】
ｎ型ＺｎＯ層３４上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、アンドープＺｎＯ層３５を厚さ約１．５μｍ成長させる。アンドープＺｎＯ層３５の成長条件は、例えば、成長温度９００℃、Ｚｎフラックス０．０５ｎｍ／ｓ、ＯソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗとする。
【００６２】
ｎ型ＺｎＯエピ層３４及びアンドープＺｎＯエピ層３５のキャリア濃度は、それぞれ例えば、１．０×１０１８ｃｍ−３、７．０×１０１５ｃｍ−３である。
【００６３】
アンドープＺｎＯ層３５上に、レジストパターンＲＰ３１を形成する。レジストパターンＲＰ３１は、後の工程で有機物電極３８が形成される領域を覆う。例えば、ＳｉＯ２を全面にスパッタリングで厚さ３００ｎｍ堆積し、レジストパターンＲＰ３１とともに不要部のＳｉＯ２を除去するリフトオフにより、絶縁層３６を形成する。
【００６４】
図６Ｂを参照する。絶縁層３６上及びアンドープＺｎＯ層３５上に、レジストパターンＲＰ３２を形成する。レジストパターンＲＰ３２は、後の工程でオーミック電極３７が配置される領域を露出する開口を有する。
【００６５】
レジストパターンＲＰ３２をマスクとして、例えばバッファードフッ酸により絶縁層３６をエッチングし、さらに、例えば塩酸でアンドープＺｎＯ層３５をエッチングして、ｎ型ＺｎＯ層３４を露出させる。レジストパターンＲＰ３２を除去して洗浄を行う。
【００６６】
図６Ｃを参照する。図６Ｂの工程で露出したｎ型ＺｎＯ層３４の一部上に、オーミック電極３７を形成する。オーミック電極３７の形成領域に開口を有する金属マスクを用い、ＥＢ蒸着により、例えば厚さ５０ｎｍのＴｉ層３７ａを形成し、Ｔｉ層３７ａ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層３７ｂを積層して、オーミック電極３７を形成する。
【００６７】
図６Ｄを参照する。レジストパターンＲＰ３３を形成する。レジストパターンＲＰ３３は、図６Ａの工程で絶縁層３６が除去された領域のアンドープＺｎＯ層３５を露出する開口を有する。この実施例では、レジストパターンＲＰ３３の縁が、図６Ａの工程で絶縁層３６が除去された領域の縁と整合している。
【００６８】
ＵＶオゾン洗浄を行った後、導電率増加剤を添加したＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを、スピンコートにより（加熱処理後の厚さで）例えば厚さ３０ｎｍ塗布する。レジストパターンＲＰ３３とともに不要部のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを除去するリフトオフにより、有機物電極３８を形成する。リフトオフ後、ホットプレートにより例えば２００℃、２０分の加熱処理を施す。
【００６９】
図６Ｅを参照する。ワイヤーボンディング用金属電極３９を形成する。ワイヤーボンディング用金属電極３９は、第１実施例と同様に、絶縁層３６と有機物電極３８とにまたがるように配置される。
【００７０】
ワイヤーボンディング用金属電極３９の形成領域に開口を有する金属マスクを用い、ＥＢ蒸着により、例えば厚さ５０ｎｍのＴｉ層３９ａを形成し、Ｔｉ層３９ａ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層３９ｂを積層して、ワイヤーボンディング用金属電極３９を形成する。このようにして、第３実施例の受光素子が作製される。
【００７１】
その後、ダイボンディング及びワイヤーボンディングにより、第３実施例の受光素子をステム上に接合して、第３実施例の受光装置を作製する。
【００７２】
図６Ｆは、ワイヤーボンディング時における第３実施例の受光素子を示す概略断面図である。第１実施例と異なり、ダイボンディングされる基板３１の裏面側には電極が配置されていない。第３実施例の受光素子は、有機物電極３８に接続されたワイヤーボンディング用金属電極３９が、Ａｕボール４１を介してＡｕワイヤー４２でステムの一方の電極にワイヤーボンディングされるとともに、オーミック電極３７が、Ａｕボール４３を介してＡｕワイヤー４４でステムの他方の電極にワイヤーボンディングされる。
【００７３】
以上、第１〜第３実施例に沿って説明したように、半導体紫外線受光素子において、ショットキー電極として用いる有機物電極上に形成するワイヤーボンディング用金属電極を、有機物電極上と、その外側に配置された絶縁層上とにまたがって形成することにより、ワイヤーボンディング用金属電極の有機物電極からの剥離を抑制できる。
【００７４】
図７は、第３実施例の変形例による半導体紫外線受光素子の、ワイヤーボンディング用電極３９近傍を示す概略断面図である。この変形例では、有機物電極３８が絶縁層３６の縁部に乗り上げるように形成されており、有機物電極３８が絶縁層３６の縁部に乗り上げた部分の上に、ワイヤーボンディング用電極３９が形成されている。
【００７５】
有機物電極３８形成のリフトオフで用いるレジストパターンＲＰ３３（図６Ｄ参照）を、絶縁層３６の縁部が露出するように形成して、このような有機物電極構造を形成することができる。
【００７６】
絶縁層３６と有機物電極３８とは、ワイヤーボンディング用金属電極３９とアンドープＺｎＯ層３５とが短絡するような隙間ができないように形成されることが好ましい。そのような短絡抑制の観点からは、絶縁層３６の縁部に乗り上げた有機物電極３８は好ましいといえる。
【００７７】
なお、第１実施例（及び第２実施例）では、絶縁膜４のエッチングマスクが、有機物電極５を形成するリフトオフのレジストパターンを兼ねる。これにより、絶縁膜４の縁と有機物電極５の縁を整合させることが容易である。
【００７８】
なお、第１実施例（及び第２実施例）でも、絶縁層４の縁部に乗り上げた構造の有機物電極５としてもよい。その場合は、図１Ｂの工程において、絶縁層４のエッチング後にレジストパターンＲＰ１を除去し、新たに、絶縁層４の縁部を露出するような、有機物電極５のリフトオフ用のレジストパターンを形成すればよい。
【００７９】
図８Ａ〜図８Ｅは、受光素子上の絶縁層ＩＬ、有機物電極ＯＥ、及びワイヤーボンディング用金属電極ＷＥの種々の配置例を示す概略平面図である。
【００８０】
図８Ａは、受光素子の隅部に正方形状の絶縁層ＩＬが配置され、他の部分は有機物電極ＯＥが覆っており、絶縁層ＩＬ上に配置された円形状のワイヤーボンディング用金属電極ＷＥが、絶縁層ＩＬからはみ出し有機物電極ＯＥ上に重なっている。
【００８１】
図８Ｂは、受光素子の中央部に正方形状の絶縁層ＩＬが配置され、その周りは有機物電極ＯＥが覆っており、絶縁層ＩＬ上に配置された円形状のワイヤーボンディング用金属電極ＷＥが、絶縁層ＩＬからはみ出し有機物電極ＯＥ上に重なっている。
【００８２】
図８Ｃは、受光素子の中央部に円形状の絶縁層ＩＬが配置され、その周りは有機物電極ＯＥが覆っており、絶縁層ＩＬ上に、絶縁層ＩＬより半径の大きな円形状のワイヤーボンディング用金属電極ＷＥが配置されている。
【００８３】
図８Ｄは、受光素子の隅部に正方形状の絶縁層ＩＬが配置され、他の部分は有機物電極ＯＥが覆っており、ワイヤーボンディング用金属電極ＷＥは、絶縁層ＩＬ内に収まる円形部分と、円形部分から縦方向と横方向に延びて有機物電極ＯＥ上に延在する棒状部分とを有する。
【００８４】
図８Ｅは、受光素子の内部に正方形状の絶縁層ＩＬが配置され、その周りは有機物電極ＯＥが覆っており、ワイヤーボンディング用金属電極ＷＥは、絶縁層ＩＬ内に収まる円形部分と、円形部分から上下方向と左右方向に延びて有機物電極ＯＥ上に延在する棒状部分とを有する。
【００８５】
第１〜第３実施例では、受光半導体層としてＺｎＯを用いたが、受光半導体層としてＭｇＺｎＯを用いることもできる。Ｍｇ組成ｘを明示したＭｇｘＺｎ１−ｘＯは、０≦ｘ＜０．６のときはウルツ鉱構造となり、０．６≦ｘ≦１のときは岩塩構造となる。なお、Ｍｇ組成ｘが０のＭｇｘＺｎ１−ｘＯはＺｎＯを表す。
【００８６】
図１３は、（ウルツ鉱構造の）ＭｇｘＺｎ１−ｘＯのエネルギーギャップとＭｇ組成ｘとの関係を示すグラフである。ウルツ鉱構造のＭｇｘＺｎ１−ｘＯにおいて、Ｍｇ組成ｘを０から０．６まで大きくすると、エネルギーギャップは３．３ｅＶ（波長３７６ｎｍ）から４．４ｅＶ（波長２８２ｎｍ）まで大きくなる。また、岩塩構造のＭｇｘＺｎ１−ｘＯにおいて、Ｍｇ組成ｘを０．６から１．０まで大きくすると、エネルギーギャップは５．４ｅＶ（波長２３０ｎｍ）から７．８ｅＶ（波長１５９ｎｍ）まで大きくなる。エネルギーギャップが大きくなることにより、受光感度波長が短波長側へシフトする。これを利用することにより波長選択が可能となる。
【００８７】
太陽光の紫外線は、ＵＶ−Ａ（３２０〜４００ｎｍ）、ＵＶ‐Ｂ（２８０〜３２０ｎｍ）、及びＵＶ−Ｃ（２８０ｎｍ以下）に分類されるが、ＵＶ−Ｃはオゾン層で吸収されて地表まで届かないので、通常の紫外線は、実質的にＵＶ−ＡとＵＶ‐Ｂである。ＵＶ−Ｃは、例えば火炎等のみに含まれることになる。
【００８８】
エネルギーギャップの大きな岩塩構造のＭｇｘＺｎ１−ｘＯを使用することにより、短波長のＵＶ−Ｃ（２８０ｎｍ以下）だけを検知する事が可能となる。従って、例えば、ＵＶ−Ｃを含む炎を検知するための火炎センサーとして使用可能となる。
【００８９】
なお、岩塩構造のＭｇｘＺｎ１−ｘＯを成長させる場合は、成長基板として、同じ岩塩構造のＭｇＯ基板を使用するのが好ましい。
【００９０】
次に、第４実施例による半導体紫外線受光素子について説明する。第１〜第３実施例では、受光半導体層としてＩＩ族酸化物半導体を用いたＺｎＯ系半導体紫外線受光素子を作製した。第４実施例では、受光半導体層としてＩＩＩ族窒化物半導体を用いたＧａＮ系半導体紫外線受光素子を作製する。
【００９１】
図９は、第４実施例の受光素子を示す概略断面図である。ワイヤーボンディング時の断面図を示す。ｃ面サファイア基板５１上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＮバッファー層５２、ｎ型ＧａＮ層５３（例えば厚さ３μｍ）、及びアンドープＧａＮ層５４（例えば厚さ２μｍ）を成長させる。ｎ型ＧａＮ層５３とアンドープＧａＮ層５４のキャリア濃度は、それぞれ例えば、２．０×１０１８ｃｍ−３、１．６×１０１６ｃｍ−３である。
【００９２】
第３実施例で図６Ａを参照して説明した工程と同様にして、アンドープＧａＮ層５４上に、リフトオフにより絶縁層５５を形成する。
【００９３】
第３実施例で図６Ｂを参照して説明した工程と同様にして、オーミック電極５６の配置領域を確保するため、絶縁層５５及びアンドープＧａＮ層５４をエッチングして、ｎ型ＧａＮ層５３を露出させる。絶縁層５５は例えばバッファードフッ酸でエッチングし、アンドープＧａＮ層５４は例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）でエッチングする。
【００９４】
第３実施例で図６Ｃを参照して説明した工程と同様にして、オーミック電極５６の形成領域の開口を有する金属マスクを用い、ＥＢ蒸着により、例えば厚さ５０ｎｍのＴｉ層５６ａを形成し、Ｔｉ層５６ａ上に例えば厚さ１００ｎｍのＰｔ層５６ｂを積層し、Ｐｔ層５６ｂ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層５６ｃを積層して、オーミック電極５６を形成する。
【００９５】
さらに、第３実施例で図６Ｄを参照して説明した工程と同様にして、有機物電極５７を形成し、図６Ｅを参照して説明した工程と同様にして、ワイヤーボンディング用金属電極５８を形成する。このようにして、第４実施例の受光素子が作製される。その後、第３実施例で図６Ｆを参照して説明した工程と同様にして、ステム上へのボンディングを行い、第４実施例の受光装置を作製する。
【００９６】
第４実施例の受光素子でも、ワイヤーボンディング用金属電極５８が、有機物電極５７上と、それに隣接して配置された絶縁層５５上とにまたがって形成されていることにより、ワイヤーボンディング用金属電極５８の有機物電極５７からの剥離が抑制されている。
【００９７】
図１０Ａは、第４実施例の受光素子のＩ‐Ｖ特性を示すグラフである。逆バイアスでの特性をみると、電圧−４Ｖまで印加した時の暗電流は、０．１ｎＡ以下である。電圧−４Ｖまで印加した時の光電流は、数１０ｎＡとなっている。
【００９８】
図１０Ｂは、第４実施例の受光素子の光応答特性を示すグラフである。測定回路等は、第１実施例で図４Ｂを参照して説明したものと同様である。出力電圧の大きさを、矢印で示す。素子への印加電圧０Ｖの時の抵抗Ｒの出力電圧をオシロスコープで測定し、出力電圧２２ｍＶが得られた。受光感度に換算すると、約２４０ｍＡ／Ｗが得られたことになる。
【００９９】
上記の測定結果より、第４実施例のＧａＮ系半導体素子も、紫外線受光素子として機能することが確認された。
【０１００】
なお、第４実施例では受光半導体層としてＧａＮを使用したが、受光半導体層としてＡｌｚＧａ１‐ｚＮ （０≦ｚ≦１)を用いることもできる。Ａｌ組成ｚを大きくすることにより、エネルギーギャップが大きくなり、受光感度波長が短波長側へシフトする。これを利用することにより波長選択が可能となる。
【０１０１】
次に、第５実施例による半導体紫外線受光素子について説明する。第５実施例の受光素子は、受光感度波長帯域の異なる２つの受光半導体層を有する。例えば、受光半導体層としてウルツ鉱構造のＺｎＯ系半導体を用い、半導体層の成長方法としてＭＢＥを用いる。図１１Ａ〜図１１Ｅは、第５実施例の受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【０１０２】
図１１Ａを参照する。Ａｌが添加されたｎ型Ｚｎ面ＺｎＯ（０００１）基板６１上に、例えば第１実施例と同様な条件で、ＺｎＯバッファー層６２を成長させアニールを行い、ＺｎＯバッファー層６２上に、アンドープＺｎＯ層６３を成長させる。アンドープＺｎＯ層６３のエネルギーギャップは３．３ｅＶ（波長としては３７６ｎｍ）となる。
【０１０３】
アンドープＺｎＯ層６３上に、Ｚｎビーム、Ｍｇビーム、及びＯラジカルビームを同時照射して、ウルツ鉱構造のＭｇＺｎＯ層６４を例えば厚さ約１．５μｍ成長させる。ＭｇＺｎＯ層６４の成長条件は、例えば、成長温度９００℃、Ｚｎフラックス０．２ｎｍ／ｓ、Ｍｇフラックス０．０４ｎｍ／ｓ、ＯソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗとする。この例では、アンドープＭｇＺｎＯ層６４のＭｇ組成が０．３７で、このときエネルギーギャップは４ｅＶ（波長としては３１０ｎｍ）となる。
【０１０４】
キャリア濃度は、例えば、ＺｎＯ基板５１が２．０×１０１７ｃｍ−３、アンドープＺｎＯエピ層６３が３．９×１０１５ｃｍ−３、アンドープＭｇＺｎＯエピ層６４が１．３×１０１５ｃｍ−３である。
【０１０５】
アンドープＭｇＺｎＯ層６４上に、レジストパターンＲＰ６１を形成する。レジストパターンＲＰ６１は、受光半導体層としてアンドープＭｇＺｎＯ層６４を用いる領域を覆い、受光半導体層としてアンドープＺｎＯ層６３を用いる領域を露出する。
【０１０６】
レジストパターンＲＰ６１をマスクとして、アンドープＭｇＺｎＯ層６４を酸でエッチングして、アンドープＺｎＯ層６３を露出させる。このエッチングは、ケミカルエッチングでもよいし、ドライエッチングでもよい。その後、レジストパターンＲＰ６１を除去する。
【０１０７】
図１１Ｂを参照する。アンドープＭｇＺｎＯ層６４及び露出したアンドープＺｎＯ層６３上に、レジストパターンＲＰ６２を形成する。レジストパターンＲＰ６２は、後の工程で、アンドープＺｎＯ層６３上に配置される有機物電極６６Ａの形成領域、及びアンドープＭｇＺｎＯ層６４上に配置される有機物電極６６Ｂの形成領域を覆う。例えば、ＳｉＯ２を全面にスパッタリングで厚さ３００ｎｍ堆積し、レジストパターンＲＰ６２とともに不要部のＳｉＯ２を除去するリフトオフにより、絶縁層６５を形成する。
【０１０８】
図１１Ｃを参照する。レジストパターンＲＰ６３を形成する。レジストパターンＲＰ６３は、アンドープＺｎＯ層６３上の有機物電極６６Ａの形成領域、及び、アンドープＭｇＺｎＯ層６４上の有機物電極６６Ｂの形成領域をそれぞれ露出する開口を有する。
【０１０９】
ＵＶオゾン洗浄を行った後、導電率増加剤を添加したＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを、スピンコートにより（加熱処理後の厚さで）例えば厚さ３０ｎｍ塗布する。レジストパターンＲＰ６３とともに不要部のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを除去するリフトオフにより、アンドープＺｎＯ層６３上に有機物電極６６Ａを、アンドープＭｇＺｎＯ層６４上に有機物電極６６Ｂを形成する。リフトオフ後、ホットプレートにより例えば２００℃、２０分の加熱処理を施す。
【０１１０】
図１１Ｄを参照する。アンドープＺｎＯ層６３上方にワイヤーボンディング用金属電極６７Ａを形成するとともに、アンドープＭｇＺｎＯ層６４上方にワイヤーボンディング用金属電極６７Ｂを形成する。
【０１１１】
ワイヤーボンディング用金属電極６７Ａは、絶縁層６５と有機物電極６６Ａとにまたがるように配置され、ワイヤーボンディング用金属電極６７Ｂは、絶縁層６５と有機物電極６６Ｂとにまたがるように配置される。これにより、第１実施例等と同様に、ワイヤーボンディング用金属電極６７Ａと有機物電極６６Ａとの剥離や、ワイヤーボンディング用金属電極６７Ｂと有機物電極６６Ｂとの剥離が抑制される。
【０１１２】
ワイヤーボンディング用金属電極６７Ａの形成領域、及びワイヤーボンディング用金属電極６７Ｂの形成領域に開口を有する金属マスクを用い、ＥＢ蒸着により、例えば厚さ５０ｎｍのＴｉ層６７ａを形成し、Ｔｉ層６７ａ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層６７ｂを積層して、ワイヤーボンディング用金属電極６７Ａ及び６７Ｂを形成する。
【０１１３】
本実施例では、アンドープＺｎＯ層６３とアンドープＭｇＺｎＯ層６４とにまたがって形成された部分の絶縁層６５ａ上に、ワイヤーボンディング用金属電極６７Ａ及び６７Ｂを配置している。
【０１１４】
ＺｎＯ基板６１の裏面上に、例えば厚さ１０ｎｍのＴｉ層６８ａを形成し、Ｔｉ層６８ａ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層６８ｂを積層して、オーミック電極６８を形成する。このようにして、第５実施例の受光素子が作製される。
【０１１５】
第５実施例の受光素子は、受光半導体層をアンドープＺｎＯ層６３とする受光素子部分ＬＳＡと、受光半導体層をアンドープＭｇＺｎＯ層６４とする受光素子部分ＬＳＢとを含む。
【０１１６】
ワイヤーボンディング用金属電極６７Ａが、有機物電極６６Ａを介して、アンドープＺｎＯ層６３に電気的に接続され、ワイヤーボンディング用金属電極６７Ｂが、有機物電極６６Ｂを介して、アンドープＭｇＺｎＯ層６４に電気的に接続されている。オーミック電極６８が、アンドープＺｎＯ層６３とアンドープＭｇＺｎＯ層６４の両方に電気的に接続されて、両受光素子部分ＬＳＡ及びＬＳＢで共通である。
【０１１７】
その後、ダイボンディング及びワイヤーボンディングにより、第５実施例の受光素子をステム上に接合して、第５実施例の受光装置を作製する。
【０１１８】
図１１Ｅは、ワイヤーボンディング時における第５実施例の受光素子を示す概略断面図である。オーミック電極６８が、ステムの両受光素子ＬＳＡ及びＬＳＢに共通な電極上にダイボンディングされる。ワイヤーボンディング用金属電極６７Ａが、Ａｕボール７１Ａを介してＡｕワイヤー７２Ａで、ステムの受光素子ＬＳＡ側の電極に接続され、ワイヤーボンディング用金属電極６７Ｂが、Ａｕボール７１Ｂを介してＡｕワイヤー７２Ｂで、ステムの受光素子ＬＳＢ側の電極に接続される。
【０１１９】
第５実施例の受光素子は、例えば、日焼け対策のために太陽光の紫外線を測定する測定器に利用できる。上述のように、太陽光の紫外線は、実質的にＵＶ−Ａ（３２０〜４００ｎｍ）とＵＶ‐Ｂ（２８０〜３２０ｎｍ）である。
【０１２０】
受光半導体層をＺｎＯ層６３とする受光素子部分ＬＳＡは、波長３７６ｎｍ以下の紫外線に受光感度があるので、ＵＶ−Ａ（３２０〜４００ｎｍ）及びＵＶ‐Ｂ（２８０〜３２０ｎｍ）の測定に適する。
【０１２１】
一方、受光半導体層をＭｇＺｎＯ層６４とする受光素子部分ＬＳＢは、例えばＭｇ組成を０．３７として波長３１０ｎｍ以下（また例えばＭｇ組成を０．３１として波長３２０ｎｍ以下）の紫外線に受光感度があるので、ＵＶ‐Ｂ（２８０〜３２０ｎｍ）の測定に適する。受光素子部分ＬＳＡで測定された光電流から、受光素子部分ＬＳＢで測定された光電流を差し引くことにより、ＵＶ−Ａの強さも見積もることができる。
【０１２２】
なお、第５実施例では、ＺｎＯ層上側にＭｇＺｎＯ層を形成したが、ＭｇＺｎＯ層上側にＺｎＯ層を形成することもできる。なお、第３実施例の変形例のような、有機物電極と絶縁層の構造とすることもできる。
【０１２３】
このように、ある受光半導体層の一部上に、この受光半導体層と同一結晶構造でエネルギーギャップの異なる他の受光半導体層をエピタキシャル成長させることにより、同一基板上に、受光感度波長帯域の異なる複数の受光素子部分を作ることができる。
【０１２４】
以上説明した実施例では、有機物電極（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）の導電率増加剤として、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を添加して使用したが、エチレングリコールや１‐メチル‐２‐ピロリドン（ＮＭＰ）などの非プロトン性極性溶媒を使用してもよい。
【０１２５】
また、有機物電極形成において、スピンコートによりＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを塗布し、リフトオフしてパターン形成したが、スクリーン印刷用の導電性ポリマーを使用して、スクリーン印刷により直接パターン形成してもよい。スクリーン印刷用の導電性ポリマーもポリチオフェン誘導体から形成されている。
【０１２６】
また、ワイヤーボンディング用金属電極の形成される絶縁層として、ＳｉＯ２を使用したが、例えば、ＳｉＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯを使用してもよい。絶縁層形成方法として、スパッタリングを使用したが、例えば熱化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ、低圧（ＬＰ）ＣＶＤ等を用いてもよい。
【０１２７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【０１２８】
１、６１ ＺｎＯ基板
２、３３、６２ ＺｎＯバッファー層
３、３５、６３ アンドープＺｎＯ層
４、３６、５５、６５ 絶縁層
５、３８、５７、６６Ａ、６６Ｂ 有機物電極
６、３９、５８、６７Ａ、６７Ｂ ワイヤーボンディング用金属電極
７、３７、５６、６８ オーミック電極
１１、１３、４１、４３、７１Ａ、７１Ｂ Ａｕボール
１２、４２、４４、７２Ａ、７２Ｂ Ａｕワイヤー
２１ ステム
２２ 銀ペースト
２３ 容器
２４ 紫外線透過窓
３１、５１ サファイア基板
３２ ＭｇＯ層
３４ ｎ型ＺｎＯ層
５２ ＧａＮバッファー層
５３ ｎ型ＧａＮ層
５４ アンドープＧａＮ層
６４ アンドープＭｇＺｎＯ層
ＲＰ１、ＲＰ３１〜ＲＰ３３、ＲＰ６１〜ＲＰ６３ レジストパターン
ＬＳＡ、ＬＳＢ 受光素子部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体紫外線受光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線透過性を呈するような膜厚を有するＰｔなどの金属をショットキー電極としてＺｎＯ基板上に形成した光起電力型の紫外線センサが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
ＺｎＯ系半導体上に形成するショットキー電極として、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの有機物導電材料を用いることにより、Ｐｔなどの一般的な金属電極に比べて、逆バイアス電圧での暗電流が非常に小さく、センサとしての特性が良くなることが示されている（特許文献２参照）。
【０００４】
ＺｎＯ系半導体の一部上に絶縁膜からなる台座部が形成され、台座部を覆ってＺｎＯ系半導体上に有機物電極が形成され、台座部上方の有機物電極上にワイヤーボンディング用電極が形成された素子構造により、ワイヤーボンディング時におけるワイヤーボンディング用電極の剥離を防止する技術が提案されている（特許文献３参照）。
【０００５】
ＧａＮ系半導体上に有機物電極を形成した紫外線センサも提案されている（特許文献４参照）。
【０００６】
有機物電極は、ワイヤーボンディング用金属電極との密着性が弱く、ワイヤーボンディング時にワイヤーボンディング電極が剥離しやすい。
【０００７】
無極性単結晶基板上に成長させるＺｎＯ系半導体層の極性を制御する技術が提案されている（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７‐２０１３９３号公報
【特許文献２】特開２００８‐２１１２０３号公報
【特許文献３】特開２０１０‐２０５８９１号公報
【特許文献４】特開２０１０‐５６５０４号公報
【特許文献５】特開２００５‐１９７４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の一目的は、ワイヤーボンディング用金属電極の有機物電極からの剥離が抑制された新規な構造の半導体紫外線受光素子、及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一観点によれば、ＩＩ族酸化物半導体またはＩＩＩ族窒化物半導体で形成された半導体層と、前記半導体層上に形成された紫外線透過性の有機物電極と、前記半導体層上に、前記有機物電極の外側に形成された絶縁層と、前記有機物電極上から前記絶縁層上に延在し、前記絶縁層上方にボンディング領域を確保するワイヤーボンディング用金属電極とを有する半導体紫外線受光素子が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
ワイヤーボンディング用金属電極が、有機物電極と絶縁層とにまたがるように形成されていることにより、ワイヤーボンディング用金属電極の剥離が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の第１実施例による受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図２】図２は、第１実施例の受光装置の全体構造を示す概略断面図である。
【図３】図３は、第１実施例の受光素子の写真である。
【図４】図４Ａは、第１実施例の受光素子のＩ‐Ｖ特性を示すグラフであり、図４Ｂは、光応答特性測定回路の概略的な回路図であり、図４Ｃは、第１実施例の受光素子の光応答特性を示すグラフである。
【図５】図５は、第２実施例の受光素子のＩ‐Ｖ特性を示すグラフである。
【図６−１】図６Ａ〜図６Ｃは、第３実施例の受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図６−２】図６Ｄ〜図６Ｆは、第３実施例の受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図７】図７は、第３実施例の変形例による受光素子を示す概略断面図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｅは、絶縁層、有機物電極、及びワイヤーボンディング用金属電極の配置例を示す概略平面図である。
【図９】図９は、第４実施例の受光素子を示す概略断面図である。
【図１０】図１０Ａは、第４実施例の受光素子のＩ‐Ｖ特性を示すグラフであり、図１０Ｂは、第４実施例の受光素子の光応答特性を示すグラフである。
【図１１−１】図１１Ａ〜図１１Ｃは、第５実施例の受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図１１−２】図１１Ｄ、図１１Ｅは、第５実施例の受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図１２】図１２Ａ及び図１２Ｂは、比較例による受光素子の概略断面図であり、図１２Ｃは、比較例の受光素子の写真である。
【図１３】図１３は、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯのエネルギーギャップとＭｇ組成ｘとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、比較例による半導体紫外線受光素子について説明する。
【００１４】
図１２Ａは、比較例による受光素子の概略断面図である。比較例の受光素子では、半導体層の成長方法として分子線エピタキシ（ＭＢＥ）を用いる。
【００１５】
Ａｌが添加されたｎ型Ｚｎ面ＺｎＯ（０００１）基板１０１上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、ＺｎＯバッファー層１０２を厚さ３０ｎｍ成長させる。ＺｎＯバッファー層１０２の成長条件は、例えば、成長温度３００℃、Ｚｎフラックス０．０２ｎｍ／ｓ、ＯソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗとする。ＺｎＯバッファー層１０２の成長後、９００℃でアニールを行い、結晶性及び表面平坦性の改善を行う。
【００１６】
ＺｎＯバッファー層１０２上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、アンドープＺｎＯ層１０３を厚さ５００ｎｍ成長させる。アンドープＺｎＯ層１０３の成長条件は、例えば成長温度９００℃、Ｚｎフラックス０．０２ｎｍ／ｓ、ＯソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗとする。
【００１７】
ｎ型ＺｎＯ基板１０１のキャリア濃度は、例えば２．０×１０１７ｃｍ−３である。アンドープＺｎＯエピ層１０３は、ｎ型ＺｎＯ基板１０１に比べて高抵抗のｎ型導電性を示し、キャリア濃度は例えば３．９×１０１５ｃｍ−３である。
【００１８】
次に、アンドープＺｎＯ層１０３上に、導電性ポリマーによる有機物電極１０４を形成する。具体的には、有機物電極１０４の材料として、例えばＰＥＤＯＴ：ＰＳＳが用いられる。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、キャリアドーパント兼水分散剤としてポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）を含んだ、ポリチオフェン誘導体のポリ３，４‐エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）である。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳに、導電率増加剤として例えばジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を添加して使用することができる。なお、後述の実施例の有機物電極形成材料も、比較例のものと同様である。
【００１９】
まず、アンドープＺｎＯ層１０３上に、有機物電極１０４形成のためのリフトオフ用のパターンを、レジストにより形成する。その後、紫外線（ＵＶ）オゾン洗浄を行う。そして、導電率増加剤を添加したＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを、スピンコートにより（加熱処理後の厚さで）例えば厚さ３０ｎｍ塗布し、リフトオフにより有機物電極１０４を形成する。リフトオフ後、ホットプレートにより例えば２００℃、２０分の加熱処理を施す。
【００２０】
有機物電極１０４は、アンドープＺｎＯ層１０３に対してショットキー電極を形成するとともに、紫外線透過性である。有機物電極１０４を透過してアンドープＺｎＯ層１０３に入射した紫外線により、光起電力が生じる。なお、このような半導体紫外線受光素子では、ショットキー電極を用いることにより、ｎ型半導体層に比べて形成が難しいｐ型半導体を形成しなくてすむ。
【００２１】
有機物電極１０４上に、ワイヤーボンディング用金属電極１０５の形成領域に開口を有する金属マスクを用い、電子ビーム（ＥＢ）蒸着により例えば厚さ１００ｎｍのＡｕ層を堆積して、ワイヤーボンディング用金属電極１０５を形成する。
【００２２】
ＺｎＯ基板１０１の裏面上に、例えば厚さ１０ｎｍのＴｉ層１０６ａを形成し、Ｔｉ層１０６ａ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層１０６ｂを積層して、オーミック電極１０６を形成する。このようにして、比較例の受光素子が作製される。
【００２３】
その後、ダイボンディング及びワイヤーボンディングにより、比較例の受光素子をステム上に接合して、比較例の受光装置を作製する。
【００２４】
図１２Ｂは、ワイヤーボンディング時における比較例の受光素子を示す概略断面図である。ワイヤーボンディング用金属電極１０５に、Ａｕボール１１１を介してＡｕワイヤー１１２がボンディングされる。
【００２５】
しかし、比較例の受光素子は、ワイヤーボンディング用金属電極１０５と有機物電極１０４との密着性が悪く、ワイヤーボンディング用金属電極１０５が有機物電極１０４から剥離しやすい。
【００２６】
図１２Ｃは、比較例の受光素子の、ワイヤーボンディング用金属電極１０５が剥離した後の表面写真を示す。ワイヤーボンディング用金属電極１０５の一部が剥離して、剥離部１０５Ｐが生じている。
【００２７】
本願発明者らは、以下に説明するように、ワイヤーボンディング用金属電極の有機物電極からの剥離が抑制された半導体紫外線受光素子を提案する。
【００２８】
次に、第１実施例による半導体紫外線受光素子について説明する。第１実施例でも、比較例と同様に、半導体層の成長方法としてＭＢＥを用いる。図１Ａ〜図１Ｄは、第１実施例の受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【００２９】
図１Ａを参照する。例えば比較例と同様な条件で、Ａｌが添加されたｎ型Ｚｎ面ＺｎＯ（０００１）基板１上に、ＺｎＯバッファー層２を成長させアニールを行い、ＺｎＯバッファー層２上に、アンドープＺｎＯ層３を成長させる。ただし、第１実施例では、アンドープＺｎＯ層３の厚さを例えば約１．５μｍとする。ｎ型ＺｎＯ基板１及びＺｎＯエピ層３のキャリア濃度は、それぞれ例えば、２．０×１０１７ｃｍ−３及び３．９×１０１５ｃｍ−３である。
【００３０】
なお、受光素子として適したショットキー接合を良好に形成するために、有機物電極と接触する半導体層のキャリア濃度は、例えば１×１０１６ｃｍ−３以下と低くすることが好ましい。Ｚｎ面（＋ｃ面）でＺｎＯ系半導体層を成長させることにより、キャリア濃度の低い半導体層を安定して形成しやすい。
【００３１】
図１Ｂを参照する。アンドープＺｎＯ層３の全面上に、例えば、ＳｉＯ２をスパッタリングで厚さ３００ｎｍ堆積して、絶縁層４を形成する。絶縁層４上に、有機物電極５の形成領域を露出する開口を有するレジストパターンＲＰ１を形成する。レジストパターンＲＰ１をマスクとして、例えばバッファードフッ酸により絶縁層４をエッチングして、レジスト開口内にアンドープＺｎＯ層３を露出させる。
【００３２】
レジストパターンＲＰ１を残した状態で、ＵＶオゾン洗浄を行った後、導電率増加剤を添加したＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを、スピンコートにより（加熱処理後の厚さで）例えば厚さ３０ｎｍ塗布する。そして、レジストパターンＲＰ１とともに不要部のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを除去するリフトオフにより、有機物電極５を残す。このようにして、絶縁層４の形成されていない部分のアンドープＺｎＯ層３上に、有機物電極５が形成される。リフトオフ後、ホットプレートにより例えば２００℃、２０分の加熱処理を施す。なお、有機物電極５の加熱処理には、真空乾燥炉、クリーンオーブン等を用いてもよい。
【００３３】
図１Ｃを参照する。絶縁層４及び有機物電極５上に、ワイヤーボンディング用金属電極６を形成する。ワイヤーボンディング用金属電極６は、有機物電極５上から絶縁層４上に延在するように配置され、透光領域を確保するため有機物電極５の一部上を覆い、絶縁層４の上方部分に、ワイヤーボンディング領域となる程度の広い面積を確保する。
【００３４】
ワイヤーボンディング用金属電極６の形成領域に開口を有する金属マスクを用い、ＥＢ蒸着により、例えば厚さ１０ｎｍのＴｉ層６ａを形成し、Ｔｉ層６ａ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層６ｂを積層して、ワイヤーボンディング用金属電極６を形成する。Ｔｉ層６ａが、絶縁層４との密着層として働く。
【００３５】
ＺｎＯ基板１の裏面上に、例えば厚さ１０ｎｍのＴｉ層７ａを形成し、Ｔｉ層７ａ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層７ｂを積層して、オーミック電極７を形成する。このようにして、第１実施例の受光素子が作製される。
【００３６】
なお、ワイヤーボンディング用金属電極の形成工程とオーミック電極の形成工程とは、どちらを先に行うこともできる。
【００３７】
その後、ダイボンディング及びワイヤーボンディングにより、第１実施例の受光素子をステム上に接合して、第１実施例の受光装置を作製する。
【００３８】
図１Ｄは、ワイヤーボンディング時における第１実施例の受光素子を示す概略断面図である。
【００３９】
図２は、第１実施例の受光装置の全体構造を示す概略断面図である。受光素子のオーミック電極７が、ステム２１の一方の電極２１ａ上に銀ペースト２２を介してダイボンディングされている。受光素子のワイヤーボンディング用金属電極６（の上層であるＡｕ層６ｂ）と、ステム２１の他方の電極２１ｂとが、Ａｕボール１１、１３を介してＡｕワイヤー１２でワイヤーボンディングされている。Ａｕボール１１が、絶縁層４の上方部分のワイヤーボンディング用金属電極６上に配置されている。受光素子の上方が、紫外線透過窓２４の形成された容器２３で覆われている。
【００４０】
図３は、ワイヤーボンディングの施された第１実施例の受光素子の、ワイヤーボンディング用金属電極６近傍を示す写真である。ワイヤーボンディング用金属電極６が、有機物電極５から剥離することなく、ワイヤーボンディングが良好に行われていることがわかる。
【００４１】
第１実施例の受光素子の電気的特性について説明する。ＺｎＯ基板１側（ダイボンディング側）がカソード、ショットキー電極である有機物電極５側（ワイヤーボンディング側）がアノードであるので、ワイヤーボンディング側をプラス、ダイボンディング側をマイナスにして電圧印加するのが順バイアス、その逆が逆バイアスである。逆バイアスまたは印加電圧０Ｖとして、受光素子が使用される。
【００４２】
図４Ａは、第１実施例の受光素子の電流−電圧特性（Ｉ‐Ｖ特性）を示すグラフである。横軸は印加電圧であり、縦軸は電流の絶対値でｌｏｇ表示である。暗電流を破線で示し、光電流を実線で示す。光電流測定時の光源には、波長３６５ｎｍのＬＥＤ（０．０３５μＷ）を使用した。なお、Ｉ‐Ｖ特性を示すグラフの表示方法、光電流測定時の光源は、後述の第２実施例及び第４実施例のＩ−Ｖ特性についても同様である。
【００４３】
受光素子として使用する逆バイアスでの特性をみると、光を照射しない暗状態での暗電流は、電圧−４Ｖまで印加した時に、数ｎＡである。光照射時の光電流は、電圧−４Ｖまで印加した時に、約１μＡとなっている。
【００４４】
第１実施例の受光素子の光入射時（オン時）と遮光時（オフ時）の応答特性について説明する。
【００４５】
図４Ｂは、光応答特性測定回路を概略的に示す回路図である。受光素子がダイオードで示され、有機物電極側の端子と接地電位との間に抵抗Ｒ（９１ｋΩ）が接続されている。受光素子のＺｎＯ基板側の端子と接地電位との間に直流電圧源Ｖｉａｓ（０Ｖ）が接続されている。受光素子に光ｈνが入射される。
【００４６】
紫外線レーザー光をチョッパーによりオンオフし、受光素子への印加電圧０Ｖにおける抵抗Ｒの出力電圧Ｖを、光応答電圧としてオシロスコープで測定した。紫外線レーザーとして、波長３２５ｎｍのＨｅ‐Ｃｄレーザー（１μＷ）を使用した。
【００４７】
図４Ｃは、第１実施例の受光素子の光応答特性を示すグラフである。出力電圧の大きさを、矢印で示す。出力電圧２２ｍＶが得られた。受光感度に換算すると、約２４０ｍＡ／Ｗが得られたことになる。
【００４８】
上記の測定結果より、第１実施例のＺｎＯ系半導体素子は、紫外線受光素子として機能することが確認された。
【００４９】
次に、第２実施例による半導体紫外線受光素子について説明する。第２実施例では、第１実施例と異なり、半導体層の成長方法として有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）を用いる。
【００５０】
図１Ａを再び参照する。第２実施例でも第１実施例と同様に、成長基板として、Ａｌが添加されたｎ型Ｚｎ面ＺｎＯ（０００１）基板１を用いる。ただし、第２実施例では、ＺｎＯバッファー層２が省略される。
【００５１】
ＺｎＯ基板１上に、例えば、成長温度７７５℃で、Ｚｎ源としてＤＭＺｎを１０μｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、酸素源としてＨ２Ｏを８００μｍｏｌ／ｍｉｎ供給して、８０ｋＰａの圧力で、アンドープＺｎＯ層３を厚さ１０００ｎｍ成長する。ＺｎＯ基板１及びＺｎＯエピ層３のキャリア濃度は、それぞれ例えば、２．０×１０１７ｃｍ−３、１．５×１０１５ｃｍ−３である。
【００５２】
その後は、第１実施例で図１Ｂ、図１Ｃを参照して説明した工程と同様にして、アンドープＺｎＯ層３上方に絶縁層４、有機物電極５、及びワイヤーボンディング用金属電極６を形成し、ＺｎＯ基板１の裏面上にオーミック電極７を形成して、第２実施例の受光素子を作製する。そして、第１実施例で図１Ｄ、図２を参照して説明した工程と同様にして、ワイヤーボンディング用金属電極６にワイヤーボンディングを施して、第２実施例の受光装置を作製する。
【００５３】
図５は、第２実施例の受光素子のＩ‐Ｖ特性を示すグラフである。逆バイアスでの特性をみると、電圧−４Ｖまで印加した時の暗電流は、数ｎＡ以下である。電圧−４Ｖまで印加した時の光電流は、約１０μＡとなっている。
【００５４】
第１実施例と第２実施例のＩ−Ｖ特性を比較すると、第２実施例では、暗電流が低下するとともに光電流が増加している。暗電流に対する光電流の比を比べると、第２実施例では第１実施例よりも２桁近く大きくなっている。
【００５５】
このことより、受光素子の感度向上の観点で、第１実施例よりも第２実施例の方が好ましく思われる。第１実施例と第２実施例のＩ−Ｖ特性に顕著な差が生じた理由は明らかでないが、第２実施例と第１実施例の主な差は、第２実施例ではＭＯＣＶＤで、第１実施例ではＭＢＥで受光半導体層を形成したことである。従って、半導体層の形成方法の違いがＩ−Ｖ特性の差に反映されている可能性もある。
【００５６】
次に、第３実施例による半導体紫外線受光素子について説明する。第３実施例では、第１実施例と同様に、半導体層の成長方法としてＭＢＥを用いる。ただし、絶縁性の成長基板を用いた。図６Ａ〜図６Ｆは、第３実施例の受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【００５７】
図６Ａを参照する。ｃ面サファイア基板３１上に、ＭｇビームとＯラジカルビームを同時照射して、ＭｇＯ層３２を厚さ約１０ｎｍ成長させる。ＭｇＯ層３２の成長条件は、例えば、成長温度６５０℃、Ｍｇフラックス０．０５ｎｍ／ｓ、ＯソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗとする。
【００５８】
ＭｇＯ層３２は、その上に成長させるＺｎＯ系半導体層をＺｎ極性面（＋ｃ面）で成長させる極性制御層となる。なお、無極性単結晶基板上方に成長させるＺｎＯ系半導体層の極性を、ＭｇＯ層を介して制御する技術については、特開２００５‐１９７４１０号公報の「発明を実施するための最良の形態」の欄に説明されている。
【００５９】
ＭｇＯ層３２上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、ＺｎＯバッファー層３３を厚さ約３０ｎｍ成長させる。ＺｎＯバッファー層３３の成長条件は、例えば、成長温度３００℃、Ｚｎフラックス０．１ｎｍ／ｓ、ＯソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗとする。ＺｎＯバッファー層３３の成長後、結晶性及び表面平坦性改善のため、９００℃、３０分のアニールを施す。
【００６０】
ＺｎＯバッファー層３３上に、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、及びＧａビームを同時照射して、Ｇａドープｎ型ＺｎＯ層３４を厚さ約２．０μｍ成長させる。ｎ型ＺｎＯ層３４の成長条件は、例えば、成長温度９００℃、Ｚｎフラックス０．０５ｎｍ／ｓ、ＯソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ、Ｇａフラックス０．０１ｎｍ／ｓとする。
【００６１】
ｎ型ＺｎＯ層３４上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、アンドープＺｎＯ層３５を厚さ約１．５μｍ成長させる。アンドープＺｎＯ層３５の成長条件は、例えば、成長温度９００℃、Ｚｎフラックス０．０５ｎｍ／ｓ、ＯソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗとする。
【００６２】
ｎ型ＺｎＯエピ層３４及びアンドープＺｎＯエピ層３５のキャリア濃度は、それぞれ例えば、１．０×１０１８ｃｍ−３、７．０×１０１５ｃｍ−３である。
【００６３】
アンドープＺｎＯ層３５上に、レジストパターンＲＰ３１を形成する。レジストパターンＲＰ３１は、後の工程で有機物電極３８が形成される領域を覆う。例えば、ＳｉＯ２を全面にスパッタリングで厚さ３００ｎｍ堆積し、レジストパターンＲＰ３１とともに不要部のＳｉＯ２を除去するリフトオフにより、絶縁層３６を形成する。
【００６４】
図６Ｂを参照する。絶縁層３６上及びアンドープＺｎＯ層３５上に、レジストパターンＲＰ３２を形成する。レジストパターンＲＰ３２は、後の工程でオーミック電極３７が配置される領域を露出する開口を有する。
【００６５】
レジストパターンＲＰ３２をマスクとして、例えばバッファードフッ酸により絶縁層３６をエッチングし、さらに、例えば塩酸でアンドープＺｎＯ層３５をエッチングして、ｎ型ＺｎＯ層３４を露出させる。レジストパターンＲＰ３２を除去して洗浄を行う。
【００６６】
図６Ｃを参照する。図６Ｂの工程で露出したｎ型ＺｎＯ層３４の一部上に、オーミック電極３７を形成する。オーミック電極３７の形成領域に開口を有する金属マスクを用い、ＥＢ蒸着により、例えば厚さ５０ｎｍのＴｉ層３７ａを形成し、Ｔｉ層３７ａ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層３７ｂを積層して、オーミック電極３７を形成する。
【００６７】
図６Ｄを参照する。レジストパターンＲＰ３３を形成する。レジストパターンＲＰ３３は、図６Ａの工程で絶縁層３６が除去された領域のアンドープＺｎＯ層３５を露出する開口を有する。この実施例では、レジストパターンＲＰ３３の縁が、図６Ａの工程で絶縁層３６が除去された領域の縁と整合している。
【００６８】
ＵＶオゾン洗浄を行った後、導電率増加剤を添加したＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを、スピンコートにより（加熱処理後の厚さで）例えば厚さ３０ｎｍ塗布する。レジストパターンＲＰ３３とともに不要部のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを除去するリフトオフにより、有機物電極３８を形成する。リフトオフ後、ホットプレートにより例えば２００℃、２０分の加熱処理を施す。
【００６９】
図６Ｅを参照する。ワイヤーボンディング用金属電極３９を形成する。ワイヤーボンディング用金属電極３９は、第１実施例と同様に、絶縁層３６と有機物電極３８とにまたがるように配置される。
【００７０】
ワイヤーボンディング用金属電極３９の形成領域に開口を有する金属マスクを用い、ＥＢ蒸着により、例えば厚さ５０ｎｍのＴｉ層３９ａを形成し、Ｔｉ層３９ａ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層３９ｂを積層して、ワイヤーボンディング用金属電極３９を形成する。このようにして、第３実施例の受光素子が作製される。
【００７１】
その後、ダイボンディング及びワイヤーボンディングにより、第３実施例の受光素子をステム上に接合して、第３実施例の受光装置を作製する。
【００７２】
図６Ｆは、ワイヤーボンディング時における第３実施例の受光素子を示す概略断面図である。第１実施例と異なり、ダイボンディングされる基板３１の裏面側には電極が配置されていない。第３実施例の受光素子は、有機物電極３８に接続されたワイヤーボンディング用金属電極３９が、Ａｕボール４１を介してＡｕワイヤー４２でステムの一方の電極にワイヤーボンディングされるとともに、オーミック電極３７が、Ａｕボール４３を介してＡｕワイヤー４４でステムの他方の電極にワイヤーボンディングされる。
【００７３】
以上、第１〜第３実施例に沿って説明したように、半導体紫外線受光素子において、ショットキー電極として用いる有機物電極上に形成するワイヤーボンディング用金属電極を、有機物電極上と、その外側に配置された絶縁層上とにまたがって形成することにより、ワイヤーボンディング用金属電極の有機物電極からの剥離を抑制できる。
【００７４】
図７は、第３実施例の変形例による半導体紫外線受光素子の、ワイヤーボンディング用電極３９近傍を示す概略断面図である。この変形例では、有機物電極３８が絶縁層３６の縁部に乗り上げるように形成されており、有機物電極３８が絶縁層３６の縁部に乗り上げた部分の上に、ワイヤーボンディング用電極３９が形成されている。
【００７５】
有機物電極３８形成のリフトオフで用いるレジストパターンＲＰ３３（図６Ｄ参照）を、絶縁層３６の縁部が露出するように形成して、このような有機物電極構造を形成することができる。
【００７６】
絶縁層３６と有機物電極３８とは、ワイヤーボンディング用金属電極３９とアンドープＺｎＯ層３５とが短絡するような隙間ができないように形成されることが好ましい。そのような短絡抑制の観点からは、絶縁層３６の縁部に乗り上げた有機物電極３８は好ましいといえる。
【００７７】
なお、第１実施例（及び第２実施例）では、絶縁膜４のエッチングマスクが、有機物電極５を形成するリフトオフのレジストパターンを兼ねる。これにより、絶縁膜４の縁と有機物電極５の縁を整合させることが容易である。
【００７８】
なお、第１実施例（及び第２実施例）でも、絶縁層４の縁部に乗り上げた構造の有機物電極５としてもよい。その場合は、図１Ｂの工程において、絶縁層４のエッチング後にレジストパターンＲＰ１を除去し、新たに、絶縁層４の縁部を露出するような、有機物電極５のリフトオフ用のレジストパターンを形成すればよい。
【００７９】
図８Ａ〜図８Ｅは、受光素子上の絶縁層ＩＬ、有機物電極ＯＥ、及びワイヤーボンディング用金属電極ＷＥの種々の配置例を示す概略平面図である。
【００８０】
図８Ａは、受光素子の隅部に正方形状の絶縁層ＩＬが配置され、他の部分は有機物電極ＯＥが覆っており、絶縁層ＩＬ上に配置された円形状のワイヤーボンディング用金属電極ＷＥが、絶縁層ＩＬからはみ出し有機物電極ＯＥ上に重なっている。
【００８１】
図８Ｂは、受光素子の中央部に正方形状の絶縁層ＩＬが配置され、その周りは有機物電極ＯＥが覆っており、絶縁層ＩＬ上に配置された円形状のワイヤーボンディング用金属電極ＷＥが、絶縁層ＩＬからはみ出し有機物電極ＯＥ上に重なっている。
【００８２】
図８Ｃは、受光素子の中央部に円形状の絶縁層ＩＬが配置され、その周りは有機物電極ＯＥが覆っており、絶縁層ＩＬ上に、絶縁層ＩＬより半径の大きな円形状のワイヤーボンディング用金属電極ＷＥが配置されている。
【００８３】
図８Ｄは、受光素子の隅部に正方形状の絶縁層ＩＬが配置され、他の部分は有機物電極ＯＥが覆っており、ワイヤーボンディング用金属電極ＷＥは、絶縁層ＩＬ内に収まる円形部分と、円形部分から縦方向と横方向に延びて有機物電極ＯＥ上に延在する棒状部分とを有する。
【００８４】
図８Ｅは、受光素子の内部に正方形状の絶縁層ＩＬが配置され、その周りは有機物電極ＯＥが覆っており、ワイヤーボンディング用金属電極ＷＥは、絶縁層ＩＬ内に収まる円形部分と、円形部分から上下方向と左右方向に延びて有機物電極ＯＥ上に延在する棒状部分とを有する。
【００８５】
第１〜第３実施例では、受光半導体層としてＺｎＯを用いたが、受光半導体層としてＭｇＺｎＯを用いることもできる。Ｍｇ組成ｘを明示したＭｇｘＺｎ１−ｘＯは、０≦ｘ＜０．６のときはウルツ鉱構造となり、０．６≦ｘ≦１のときは岩塩構造となる。なお、Ｍｇ組成ｘが０のＭｇｘＺｎ１−ｘＯはＺｎＯを表す。
【００８６】
図１３は、（ウルツ鉱構造の）ＭｇｘＺｎ１−ｘＯのエネルギーギャップとＭｇ組成ｘとの関係を示すグラフである。ウルツ鉱構造のＭｇｘＺｎ１−ｘＯにおいて、Ｍｇ組成ｘを０から０．６まで大きくすると、エネルギーギャップは３．３ｅＶ（波長３７６ｎｍ）から４．４ｅＶ（波長２８２ｎｍ）まで大きくなる。また、岩塩構造のＭｇｘＺｎ１−ｘＯにおいて、Ｍｇ組成ｘを０．６から１．０まで大きくすると、エネルギーギャップは５．４ｅＶ（波長２３０ｎｍ）から７．８ｅＶ（波長１５９ｎｍ）まで大きくなる。エネルギーギャップが大きくなることにより、受光感度波長が短波長側へシフトする。これを利用することにより波長選択が可能となる。
【００８７】
太陽光の紫外線は、ＵＶ−Ａ（３２０〜４００ｎｍ）、ＵＶ‐Ｂ（２８０〜３２０ｎｍ）、及びＵＶ−Ｃ（２８０ｎｍ以下）に分類されるが、ＵＶ−Ｃはオゾン層で吸収されて地表まで届かないので、通常の紫外線は、実質的にＵＶ−ＡとＵＶ‐Ｂである。ＵＶ−Ｃは、例えば火炎等のみに含まれることになる。
【００８８】
エネルギーギャップの大きな岩塩構造のＭｇｘＺｎ１−ｘＯを使用することにより、短波長のＵＶ−Ｃ（２８０ｎｍ以下）だけを検知する事が可能となる。従って、例えば、ＵＶ−Ｃを含む炎を検知するための火炎センサーとして使用可能となる。
【００８９】
なお、岩塩構造のＭｇｘＺｎ１−ｘＯを成長させる場合は、成長基板として、同じ岩塩構造のＭｇＯ基板を使用するのが好ましい。
【００９０】
次に、第４実施例による半導体紫外線受光素子について説明する。第１〜第３実施例では、受光半導体層としてＩＩ族酸化物半導体を用いたＺｎＯ系半導体紫外線受光素子を作製した。第４実施例では、受光半導体層としてＩＩＩ族窒化物半導体を用いたＧａＮ系半導体紫外線受光素子を作製する。
【００９１】
図９は、第４実施例の受光素子を示す概略断面図である。ワイヤーボンディング時の断面図を示す。ｃ面サファイア基板５１上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＮバッファー層５２、ｎ型ＧａＮ層５３（例えば厚さ３μｍ）、及びアンドープＧａＮ層５４（例えば厚さ２μｍ）を成長させる。ｎ型ＧａＮ層５３とアンドープＧａＮ層５４のキャリア濃度は、それぞれ例えば、２．０×１０１８ｃｍ−３、１．６×１０１６ｃｍ−３である。
【００９２】
第３実施例で図６Ａを参照して説明した工程と同様にして、アンドープＧａＮ層５４上に、リフトオフにより絶縁層５５を形成する。
【００９３】
第３実施例で図６Ｂを参照して説明した工程と同様にして、オーミック電極５６の配置領域を確保するため、絶縁層５５及びアンドープＧａＮ層５４をエッチングして、ｎ型ＧａＮ層５３を露出させる。絶縁層５５は例えばバッファードフッ酸でエッチングし、アンドープＧａＮ層５４は例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）でエッチングする。
【００９４】
第３実施例で図６Ｃを参照して説明した工程と同様にして、オーミック電極５６の形成領域の開口を有する金属マスクを用い、ＥＢ蒸着により、例えば厚さ５０ｎｍのＴｉ層５６ａを形成し、Ｔｉ層５６ａ上に例えば厚さ１００ｎｍのＰｔ層５６ｂを積層し、Ｐｔ層５６ｂ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層５６ｃを積層して、オーミック電極５６を形成する。
【００９５】
さらに、第３実施例で図６Ｄを参照して説明した工程と同様にして、有機物電極５７を形成し、図６Ｅを参照して説明した工程と同様にして、ワイヤーボンディング用金属電極５８を形成する。このようにして、第４実施例の受光素子が作製される。その後、第３実施例で図６Ｆを参照して説明した工程と同様にして、ステム上へのボンディングを行い、第４実施例の受光装置を作製する。
【００９６】
第４実施例の受光素子でも、ワイヤーボンディング用金属電極５８が、有機物電極５７上と、それに隣接して配置された絶縁層５５上とにまたがって形成されていることにより、ワイヤーボンディング用金属電極５８の有機物電極５７からの剥離が抑制されている。
【００９７】
図１０Ａは、第４実施例の受光素子のＩ‐Ｖ特性を示すグラフである。逆バイアスでの特性をみると、電圧−４Ｖまで印加した時の暗電流は、０．１ｎＡ以下である。電圧−４Ｖまで印加した時の光電流は、数１０ｎＡとなっている。
【００９８】
図１０Ｂは、第４実施例の受光素子の光応答特性を示すグラフである。測定回路等は、第１実施例で図４Ｂを参照して説明したものと同様である。出力電圧の大きさを、矢印で示す。素子への印加電圧０Ｖの時の抵抗Ｒの出力電圧をオシロスコープで測定し、出力電圧２２ｍＶが得られた。受光感度に換算すると、約２４０ｍＡ／Ｗが得られたことになる。
【００９９】
上記の測定結果より、第４実施例のＧａＮ系半導体素子も、紫外線受光素子として機能することが確認された。
【０１００】
なお、第４実施例では受光半導体層としてＧａＮを使用したが、受光半導体層としてＡｌｚＧａ１‐ｚＮ （０≦ｚ≦１)を用いることもできる。Ａｌ組成ｚを大きくすることにより、エネルギーギャップが大きくなり、受光感度波長が短波長側へシフトする。これを利用することにより波長選択が可能となる。
【０１０１】
次に、第５実施例による半導体紫外線受光素子について説明する。第５実施例の受光素子は、受光感度波長帯域の異なる２つの受光半導体層を有する。例えば、受光半導体層としてウルツ鉱構造のＺｎＯ系半導体を用い、半導体層の成長方法としてＭＢＥを用いる。図１１Ａ〜図１１Ｅは、第５実施例の受光素子の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【０１０２】
図１１Ａを参照する。Ａｌが添加されたｎ型Ｚｎ面ＺｎＯ（０００１）基板６１上に、例えば第１実施例と同様な条件で、ＺｎＯバッファー層６２を成長させアニールを行い、ＺｎＯバッファー層６２上に、アンドープＺｎＯ層６３を成長させる。アンドープＺｎＯ層６３のエネルギーギャップは３．３ｅＶ（波長としては３７６ｎｍ）となる。
【０１０３】
アンドープＺｎＯ層６３上に、Ｚｎビーム、Ｍｇビーム、及びＯラジカルビームを同時照射して、ウルツ鉱構造のＭｇＺｎＯ層６４を例えば厚さ約１．５μｍ成長させる。ＭｇＺｎＯ層６４の成長条件は、例えば、成長温度９００℃、Ｚｎフラックス０．２ｎｍ／ｓ、Ｍｇフラックス０．０４ｎｍ／ｓ、ＯソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗとする。この例では、アンドープＭｇＺｎＯ層６４のＭｇ組成が０．３７で、このときエネルギーギャップは４ｅＶ（波長としては３１０ｎｍ）となる。
【０１０４】
キャリア濃度は、例えば、ＺｎＯ基板５１が２．０×１０１７ｃｍ−３、アンドープＺｎＯエピ層６３が３．９×１０１５ｃｍ−３、アンドープＭｇＺｎＯエピ層６４が１．３×１０１５ｃｍ−３である。
【０１０５】
アンドープＭｇＺｎＯ層６４上に、レジストパターンＲＰ６１を形成する。レジストパターンＲＰ６１は、受光半導体層としてアンドープＭｇＺｎＯ層６４を用いる領域を覆い、受光半導体層としてアンドープＺｎＯ層６３を用いる領域を露出する。
【０１０６】
レジストパターンＲＰ６１をマスクとして、アンドープＭｇＺｎＯ層６４を酸でエッチングして、アンドープＺｎＯ層６３を露出させる。このエッチングは、ケミカルエッチングでもよいし、ドライエッチングでもよい。その後、レジストパターンＲＰ６１を除去する。
【０１０７】
図１１Ｂを参照する。アンドープＭｇＺｎＯ層６４及び露出したアンドープＺｎＯ層６３上に、レジストパターンＲＰ６２を形成する。レジストパターンＲＰ６２は、後の工程で、アンドープＺｎＯ層６３上に配置される有機物電極６６Ａの形成領域、及びアンドープＭｇＺｎＯ層６４上に配置される有機物電極６６Ｂの形成領域を覆う。例えば、ＳｉＯ２を全面にスパッタリングで厚さ３００ｎｍ堆積し、レジストパターンＲＰ６２とともに不要部のＳｉＯ２を除去するリフトオフにより、絶縁層６５を形成する。
【０１０８】
図１１Ｃを参照する。レジストパターンＲＰ６３を形成する。レジストパターンＲＰ６３は、アンドープＺｎＯ層６３上の有機物電極６６Ａの形成領域、及び、アンドープＭｇＺｎＯ層６４上の有機物電極６６Ｂの形成領域をそれぞれ露出する開口を有する。
【０１０９】
ＵＶオゾン洗浄を行った後、導電率増加剤を添加したＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを、スピンコートにより（加熱処理後の厚さで）例えば厚さ３０ｎｍ塗布する。レジストパターンＲＰ６３とともに不要部のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを除去するリフトオフにより、アンドープＺｎＯ層６３上に有機物電極６６Ａを、アンドープＭｇＺｎＯ層６４上に有機物電極６６Ｂを形成する。リフトオフ後、ホットプレートにより例えば２００℃、２０分の加熱処理を施す。
【０１１０】
図１１Ｄを参照する。アンドープＺｎＯ層６３上方にワイヤーボンディング用金属電極６７Ａを形成するとともに、アンドープＭｇＺｎＯ層６４上方にワイヤーボンディング用金属電極６７Ｂを形成する。
【０１１１】
ワイヤーボンディング用金属電極６７Ａは、絶縁層６５と有機物電極６６Ａとにまたがるように配置され、ワイヤーボンディング用金属電極６７Ｂは、絶縁層６５と有機物電極６６Ｂとにまたがるように配置される。これにより、第１実施例等と同様に、ワイヤーボンディング用金属電極６７Ａと有機物電極６６Ａとの剥離や、ワイヤーボンディング用金属電極６７Ｂと有機物電極６６Ｂとの剥離が抑制される。
【０１１２】
ワイヤーボンディング用金属電極６７Ａの形成領域、及びワイヤーボンディング用金属電極６７Ｂの形成領域に開口を有する金属マスクを用い、ＥＢ蒸着により、例えば厚さ５０ｎｍのＴｉ層６７ａを形成し、Ｔｉ層６７ａ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層６７ｂを積層して、ワイヤーボンディング用金属電極６７Ａ及び６７Ｂを形成する。
【０１１３】
本実施例では、アンドープＺｎＯ層６３とアンドープＭｇＺｎＯ層６４とにまたがって形成された部分の絶縁層６５ａ上に、ワイヤーボンディング用金属電極６７Ａ及び６７Ｂを配置している。
【０１１４】
ＺｎＯ基板６１の裏面上に、例えば厚さ１０ｎｍのＴｉ層６８ａを形成し、Ｔｉ層６８ａ上に例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層６８ｂを積層して、オーミック電極６８を形成する。このようにして、第５実施例の受光素子が作製される。
【０１１５】
第５実施例の受光素子は、受光半導体層をアンドープＺｎＯ層６３とする受光素子部分ＬＳＡと、受光半導体層をアンドープＭｇＺｎＯ層６４とする受光素子部分ＬＳＢとを含む。
【０１１６】
ワイヤーボンディング用金属電極６７Ａが、有機物電極６６Ａを介して、アンドープＺｎＯ層６３に電気的に接続され、ワイヤーボンディング用金属電極６７Ｂが、有機物電極６６Ｂを介して、アンドープＭｇＺｎＯ層６４に電気的に接続されている。オーミック電極６８が、アンドープＺｎＯ層６３とアンドープＭｇＺｎＯ層６４の両方に電気的に接続されて、両受光素子部分ＬＳＡ及びＬＳＢで共通である。
【０１１７】
その後、ダイボンディング及びワイヤーボンディングにより、第５実施例の受光素子をステム上に接合して、第５実施例の受光装置を作製する。
【０１１８】
図１１Ｅは、ワイヤーボンディング時における第５実施例の受光素子を示す概略断面図である。オーミック電極６８が、ステムの両受光素子ＬＳＡ及びＬＳＢに共通な電極上にダイボンディングされる。ワイヤーボンディング用金属電極６７Ａが、Ａｕボール７１Ａを介してＡｕワイヤー７２Ａで、ステムの受光素子ＬＳＡ側の電極に接続され、ワイヤーボンディング用金属電極６７Ｂが、Ａｕボール７１Ｂを介してＡｕワイヤー７２Ｂで、ステムの受光素子ＬＳＢ側の電極に接続される。
【０１１９】
第５実施例の受光素子は、例えば、日焼け対策のために太陽光の紫外線を測定する測定器に利用できる。上述のように、太陽光の紫外線は、実質的にＵＶ−Ａ（３２０〜４００ｎｍ）とＵＶ‐Ｂ（２８０〜３２０ｎｍ）である。
【０１２０】
受光半導体層をＺｎＯ層６３とする受光素子部分ＬＳＡは、波長３７６ｎｍ以下の紫外線に受光感度があるので、ＵＶ−Ａ（３２０〜４００ｎｍ）及びＵＶ‐Ｂ（２８０〜３２０ｎｍ）の測定に適する。
【０１２１】
一方、受光半導体層をＭｇＺｎＯ層６４とする受光素子部分ＬＳＢは、例えばＭｇ組成を０．３７として波長３１０ｎｍ以下（また例えばＭｇ組成を０．３１として波長３２０ｎｍ以下）の紫外線に受光感度があるので、ＵＶ‐Ｂ（２８０〜３２０ｎｍ）の測定に適する。受光素子部分ＬＳＡで測定された光電流から、受光素子部分ＬＳＢで測定された光電流を差し引くことにより、ＵＶ−Ａの強さも見積もることができる。
【０１２２】
なお、第５実施例では、ＺｎＯ層上側にＭｇＺｎＯ層を形成したが、ＭｇＺｎＯ層上側にＺｎＯ層を形成することもできる。なお、第３実施例の変形例のような、有機物電極と絶縁層の構造とすることもできる。
【０１２３】
このように、ある受光半導体層の一部上に、この受光半導体層と同一結晶構造でエネルギーギャップの異なる他の受光半導体層をエピタキシャル成長させることにより、同一基板上に、受光感度波長帯域の異なる複数の受光素子部分を作ることができる。
【０１２４】
以上説明した実施例では、有機物電極（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）の導電率増加剤として、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を添加して使用したが、エチレングリコールや１‐メチル‐２‐ピロリドン（ＮＭＰ）などの非プロトン性極性溶媒を使用してもよい。
【０１２５】
また、有機物電極形成において、スピンコートによりＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを塗布し、リフトオフしてパターン形成したが、スクリーン印刷用の導電性ポリマーを使用して、スクリーン印刷により直接パターン形成してもよい。スクリーン印刷用の導電性ポリマーもポリチオフェン誘導体から形成されている。
【０１２６】
また、ワイヤーボンディング用金属電極の形成される絶縁層として、ＳｉＯ２を使用したが、例えば、ＳｉＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯを使用してもよい。絶縁層形成方法として、スパッタリングを使用したが、例えば熱化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ、低圧（ＬＰ）ＣＶＤ等を用いてもよい。
【０１２７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【０１２８】
１、６１ ＺｎＯ基板
２、３３、６２ ＺｎＯバッファー層
３、３５、６３ アンドープＺｎＯ層
４、３６、５５、６５ 絶縁層
５、３８、５７、６６Ａ、６６Ｂ 有機物電極
６、３９、５８、６７Ａ、６７Ｂ ワイヤーボンディング用金属電極
７、３７、５６、６８ オーミック電極
１１、１３、４１、４３、７１Ａ、７１Ｂ Ａｕボール
１２、４２、４４、７２Ａ、７２Ｂ Ａｕワイヤー
２１ ステム
２２ 銀ペースト
２３ 容器
２４ 紫外線透過窓
３１、５１ サファイア基板
３２ ＭｇＯ層
３４ ｎ型ＺｎＯ層
５２ ＧａＮバッファー層
５３ ｎ型ＧａＮ層
５４ アンドープＧａＮ層
６４ アンドープＭｇＺｎＯ層
ＲＰ１、ＲＰ３１〜ＲＰ３３、ＲＰ６１〜ＲＰ６３ レジストパターン
ＬＳＡ、ＬＳＢ 受光素子部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩ族酸化物半導体またはＩＩＩ族窒化物半導体で形成された第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成された紫外線透過性の第１有機物電極と、
前記第１半導体層上に、前記第１有機物電極の外側に形成された第１絶縁層と、
前記第１有機物電極上から前記第１絶縁層上に延在し、前記第１絶縁層上方にボンディング領域を確保する第１ワイヤーボンディング用金属電極と
を有する半導体紫外線受光素子。
【請求項２】
前記第１有機物電極は、キャリアドーパントを含むポリチオフェン誘導体を含む請求項１に記載の半導体紫外線受光素子。
【請求項３】
前記第１絶縁層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、及びＭｇＯのうち少なくとも一種を含む請求項１または２に記載の半導体紫外線受光素子。
【請求項４】
前記第１ワイヤーボンディング用金属電極は、Ｔｉ膜とＡｕ膜とを含む多層金属膜で形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体紫外線受光素子。
【請求項５】
前記ＩＩ族酸化物半導体は、ウルツ鉱構造のＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ＜０．６）であるか、または岩塩構造のＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０．６≦ｘ≦１）である請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体紫外線受光素子。
【請求項６】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体は、ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）である請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体紫外線受光素子。
【請求項７】
前記第１有機物電極は、前記第１絶縁層の縁部に乗り上げ、
前記第１ワイヤーボンディング用金属電極は、前記第１有機物電極が前記第１絶縁層の縁部に乗り上げた部分の上に形成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体紫外線受光素子。
【請求項８】
さらに、前記第１半導体層の一部上に形成され、ＩＩ族酸化物半導体またはＩＩＩ族窒化物半導体で形成され、前記第１半導体層とエネルギーギャップの異なる第２半導体層と、
前記第２半導体層上に形成された紫外線透過性の第２有機物電極と、
前記第２半導体層上に、前記第２有機物電極の外側に形成された第２絶縁層と、
前記第２有機物電極上から前記第２絶縁層上に延在し、前記第２絶縁層上方にボンディング領域を確保する第２ワイヤーボンディング用金属電極と
を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体紫外線受光素子。
【請求項９】
ＩＩ族酸化物半導体またはＩＩＩ族窒化物半導体により第１半導体層を形成する工程と、
前記第１半導体層上に、紫外線透過性の第１有機物電極と、前記第１有機物電極の外側に配置された第１絶縁層とを形成する工程と、
前記第１有機物電極上から前記第１絶縁層上に延在し、前記第１絶縁層上方にボンディング領域を確保する第１ワイヤーボンディング用金属電極を形成する工程と
を有する半導体紫外線受光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１有機物電極と第１絶縁層とを形成する工程は、
前記第１半導体層上に前記第１絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層上にマスクパターンを形成し、前記マスクパターンをマスクとして前記第１絶縁層をエッチングし、前記第１半導体層を露出させる工程と、
前記マスクパターン上と、前記第１絶縁層のエッチングで露出した前記第１半導体層上に紫外線透過性の有機物導電材料を成膜し、前記マスクパターンとともに前記マスクパターン上の前記有機物導電材料を除去して、前記第１絶縁層のエッチングで露出した前記第１半導体層上に前記第１有機物電極を形成する工程と
を有する請求項９に記載の半導体紫外線受光素子の製造方法。
【請求項１１】
さらに、
前記第１半導体層上に、前記第１半導体層とエネルギーギャップの異なるＩＩ族酸化物半導体またはＩＩＩ族窒化物半導体により第２半導体層を形成する工程と、
前記第２半導体層の一部領域をエッチングして、前記第１半導体層を露出させる工程と、
前記第２半導体層上に、紫外線透過性の第２有機物電極と、前記第２有機物電極の外側に配置された第２絶縁層とを形成する工程と、
前記第２有機物電極上から前記第２絶縁層上に延在し、前記第２絶縁層上方にボンディング領域を確保する第２ワイヤーボンディング用金属電極を形成する工程と
を有し、露出した前記第１半導体層上に、前記第１有機物電極と前記第１絶縁層とが形成される請求項９に記載の半導体紫外線受光素子の製造方法。
【請求項１】
ＩＩ族酸化物半導体またはＩＩＩ族窒化物半導体で形成された第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成された紫外線透過性の第１有機物電極と、
前記第１半導体層上に、前記第１有機物電極の外側に形成された第１絶縁層と、
前記第１有機物電極上から前記第１絶縁層上に延在し、前記第１絶縁層上方にボンディング領域を確保する第１ワイヤーボンディング用金属電極と
を有する半導体紫外線受光素子。
【請求項２】
前記第１有機物電極は、キャリアドーパントを含むポリチオフェン誘導体を含む請求項１に記載の半導体紫外線受光素子。
【請求項３】
前記第１絶縁層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、及びＭｇＯのうち少なくとも一種を含む請求項１または２に記載の半導体紫外線受光素子。
【請求項４】
前記第１ワイヤーボンディング用金属電極は、Ｔｉ膜とＡｕ膜とを含む多層金属膜で形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体紫外線受光素子。
【請求項５】
前記ＩＩ族酸化物半導体は、ウルツ鉱構造のＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ＜０．６）であるか、または岩塩構造のＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０．６≦ｘ≦１）である請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体紫外線受光素子。
【請求項６】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体は、ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）である請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体紫外線受光素子。
【請求項７】
前記第１有機物電極は、前記第１絶縁層の縁部に乗り上げ、
前記第１ワイヤーボンディング用金属電極は、前記第１有機物電極が前記第１絶縁層の縁部に乗り上げた部分の上に形成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体紫外線受光素子。
【請求項８】
さらに、前記第１半導体層の一部上に形成され、ＩＩ族酸化物半導体またはＩＩＩ族窒化物半導体で形成され、前記第１半導体層とエネルギーギャップの異なる第２半導体層と、
前記第２半導体層上に形成された紫外線透過性の第２有機物電極と、
前記第２半導体層上に、前記第２有機物電極の外側に形成された第２絶縁層と、
前記第２有機物電極上から前記第２絶縁層上に延在し、前記第２絶縁層上方にボンディング領域を確保する第２ワイヤーボンディング用金属電極と
を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体紫外線受光素子。
【請求項９】
ＩＩ族酸化物半導体またはＩＩＩ族窒化物半導体により第１半導体層を形成する工程と、
前記第１半導体層上に、紫外線透過性の第１有機物電極と、前記第１有機物電極の外側に配置された第１絶縁層とを形成する工程と、
前記第１有機物電極上から前記第１絶縁層上に延在し、前記第１絶縁層上方にボンディング領域を確保する第１ワイヤーボンディング用金属電極を形成する工程と
を有する半導体紫外線受光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１有機物電極と第１絶縁層とを形成する工程は、
前記第１半導体層上に前記第１絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層上にマスクパターンを形成し、前記マスクパターンをマスクとして前記第１絶縁層をエッチングし、前記第１半導体層を露出させる工程と、
前記マスクパターン上と、前記第１絶縁層のエッチングで露出した前記第１半導体層上に紫外線透過性の有機物導電材料を成膜し、前記マスクパターンとともに前記マスクパターン上の前記有機物導電材料を除去して、前記第１絶縁層のエッチングで露出した前記第１半導体層上に前記第１有機物電極を形成する工程と
を有する請求項９に記載の半導体紫外線受光素子の製造方法。
【請求項１１】
さらに、
前記第１半導体層上に、前記第１半導体層とエネルギーギャップの異なるＩＩ族酸化物半導体またはＩＩＩ族窒化物半導体により第２半導体層を形成する工程と、
前記第２半導体層の一部領域をエッチングして、前記第１半導体層を露出させる工程と、
前記第２半導体層上に、紫外線透過性の第２有機物電極と、前記第２有機物電極の外側に配置された第２絶縁層とを形成する工程と、
前記第２有機物電極上から前記第２絶縁層上に延在し、前記第２絶縁層上方にボンディング領域を確保する第２ワイヤーボンディング用金属電極を形成する工程と
を有し、露出した前記第１半導体層上に、前記第１有機物電極と前記第１絶縁層とが形成される請求項９に記載の半導体紫外線受光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１−１】
【図１１−２】
【図１３】
【図３】
【図４】
【図１０】
【図１２】
【図２】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１−１】
【図１１−２】
【図１３】
【図３】
【図４】
【図１０】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２０４５０４（Ｐ２０１２−２０４５０４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６６３０８（Ｐ２０１１−６６３０８）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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