專利名稱：紫外線用光電探測器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種紫外線用光電探測器及其制造方法，該紫外線用光電探測器即便 在存在太陽光的白晝和戶外也能夠不受太陽光線的影響，能夠高靈敏度地僅檢測火焰、有 害物質等發(fā)出的波長280nm以下的紫外線。
背景技術：
太陽光盲(Solar-blind)型紫外線傳感器(紫外線用光電探測器)期待用作小型 的固體元件型的簡便的火焰?zhèn)鞲衅?，并期待用于火焰探測設備、香煙(吸煙)探測設備的傳 感器部分，以及家庭用燃燒設備和工業(yè)爐的燃燒火焰的自動控制用傳感中。進一步，也能夠考慮用作在下一代超LSI (大規(guī)模集成電路)的制作中使用的紫外 線曝光裝置中的紫外線監(jiān)視器用的傳感器。至今，作為只檢測波長280nm以下的深紫外線的傳感器(紫外線用光電探測器)， 已知有光電管。該光電管已經(jīng)作為檢測火焰的點燃熄滅(閃爍)的傳感器被實用化，主要 用于工業(yè)爐等大型燃燒裝置的自動控制用的火焰?zhèn)鞲衅鳌５?，用光電管檢測深紫外線的 傳感器存在著壽命短成本高的問題。與此相對，就作為小型 簡便的火焰?zhèn)鞲衅鞫黄诖墓腆w元件型的傳感器而言， 能夠期待寬帶隙半導體即GaN類III族氮化物半導體，正在研究AlGaN膜的應用(例如，請 參照下述非專利文獻1)。此外，也正在研討使用金剛石半導體的紫外線傳感器(例如，請參 照下述非專利文獻2)。而且，可以考慮在這種紫外線傳感器的電極使用氧化鎵單晶。因為氧化鎵單晶是無色透明的，且?guī)?bandgap 能帶間隙)為4. 8eV，較大，所以 正在研討紫外區(qū)域的光學材料，LED和LD等發(fā)光元件，紫外線傳感器等光接收元件的半導 體用基板和氧化物透明導電體、高溫氧氣體傳感器、場效應晶體管(FET)、FET的柵極材料 等種種應用。當將該氧化鎵單晶用作器件時，需要電極結構。即便應用Al、Pt、W等至今一般正 在研討的電極材料，也未得到良好的歐姆接觸。另一方面，例如在下述非專利文獻3和4中， 提出了對Ga2O3用Au作為電極的報告。此外，在下述專利文獻1中，提出作為電極用Au和 Ti等的組合。非專利文獻1 平野光“GaN系受光素子O火炎七 > 寸一、^応用(對GaN類光接 收元件的火焰?zhèn)鞲衅鞯膽?”，応用物理(應用物理)第68卷第7號(1999) pp. 0805-0809非專利文獻2 小出康夫“夕’m >卜‘紫外線七 > 寸一(金剛石紫外線傳感 器)”，t >9 (Materia 物質)第 46 卷第 4 號(2007) pp. 272-277非專利文獻 3 :N. Ueda et al, "Synthesis and control of conductivity ofultraviolet transmitting β-Ga2O3 single crystals", Appl. Phys. Lett. 70(26), (1997)pp. 3561-3563非專利文獻 4 :Ε· g. Villora et al, "Infrared reflectance andelectricalconductivity of β-Ga2O3”，Phys. stat. sol(a)193，(2002)pp. 187—195專利文獻1 日本特開2004-56098號公報可是，上述的非專利文獻1中的傳感器是在基板上外延生長而得的薄膜，作為GaN和AlN的混晶的AlGaN，位于難以進行高品質的膜生長的狀況，在實用的制造方法中存在很 多問題。另一方面，關于非專利文獻2中的金剛石膜，當使用金剛石基板進行同質外延生 長(homo印itaxial growth)時，雖然生長高品質的金剛石膜，但是在此情況下，存在由于 基板價格高而使成本升高那樣的問題。此外，也存在對用于殺菌等的低壓水銀燈的線光譜 254nm的靈敏度小那樣的問題。而且，即便在關于氧化鎵的電極構造的上述文獻中，也未得到實現(xiàn)器件化必需的 期望的導電性。這樣使用薄膜的器件化，因為生長的薄膜對基板施加影響，所以希望通過不使用 薄膜地進行器件化，使工藝過程簡便化，并且能夠廉價地制造，希望這種傳感器(紫外線用 光電探測器)的器件化。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供耐久性方面優(yōu)越，不需要薄膜生長，低成本的紫外線用光電 探測器。為了解決上述問題，本發(fā)明的紫外線用光電探測器包括氧化鎵單晶(single crystal)基板；第一電極，其形成于上述氧化鎵單晶基板的表面，具有光接收面，并且與上 述氧化鎵單晶基板構成肖特基接觸；和第二電極，其形成于上述氧化鎵單晶基板的背面，與 上述氧化鎵單晶基板構成歐姆接觸，并與由上述光接收面接收的紫外線相應地在該第二電 極與上述第一電極之間經(jīng)上述氧化鎵單晶基板流過電流。此外，本發(fā)明的紫外線用光電探測器包括氧化鎵單晶基板，其在表面形成有低載 流子密度層或絕緣層；第一電極，其設置于上述氧化鎵單晶基板的上述低載流子密度層或 絕緣層表面，具有光接收面；和第二電極，其設置于上述氧化鎵單晶基板的上述低載流子密 度層或絕緣層表面上，與由上述光接收面接收的紫外線相應地在該第二電極與上述第一電 極之間經(jīng)上述氧化鎵單晶基板流過(流動)電流。此外，本發(fā)明提供一種使用氧化鎵單晶基板制作的紫外線用光電探測器的制造方 法，該制造方法包括對上述氧化鎵單晶基板進行前處理(的步驟)，在完成上述前處理后 的上述氧化鎵單晶基板面的表面形成與上述氧化鎵單晶基板構成肖特基接觸的第一電極， 并在上述氧化鎵單晶基板的背面形成與上述氧化鎵單晶基板構成歐姆接觸，且在自身與上 述第一電極之間經(jīng)上述氧化鎵單晶基板流過電流的第二電極(的步驟)。此外，本發(fā)明提供一種使用氧化鎵單晶基板制作的紫外線用光電探測器的制造方 法，該制造方法包括在上述氧化鎵單晶基板的表面形成低載流子密度層或絕緣層(的步 驟)，在上述氧化鎵單晶基板的低載流子密度層或絕緣層表面形成具有光接收面的第一電 極、和與由上述光接收面接收的紫外線相應地在自身與上述第一電極之間經(jīng)上述氧化鎵單 晶基板流過電流的第二電極(的步驟)。此外，本發(fā)明的紫外線用光電探測器的制造方法包括當在氧化鎵單晶形成歐姆電極時，在表面進行等離子體照射后蒸鍍Ti，之后，形成蒸鍍有Au、Pt或Al的Au/Ti結構、Pt/Ti結構或Al/Ti結構的電極。此外，本發(fā)明的紫外線用光電探測器的制造方法，當在氧化鎵單晶形成歐姆電極 時，在表面進行等離子體照射后蒸鍍Ti，之后，形成蒸鍍有Au、Pt或Al的Au/Ti結構、Pt/ Ti結構或Al/Ti結構的電極，由此獲得。


圖1是改變熱處理溫度時的Ga2O3單晶基板表面的AFM像。圖2是表示3小時熱處理后的IV特性的圖。圖3是表示6小時熱處理后的IV特性的圖。圖4是使用Ga2O3單晶的立式光電探測器的側面圖。圖5是表示光電探測器的制作工序的工序圖。圖6是表示光電探測器電極配置的圖。圖7是表示光電探測器的電流電壓特性的圖。圖8是表示照射在光接收面上的各波長的電力的圖。圖9是表示光譜分析(分光)靈敏度特性的圖。圖10是表示光譜分析靈敏度特性的圖。圖11是表示實施方式1的工作的說明圖。圖12是表示實施方式2的工作的說明圖。
具體實施例方式下面，使用

本發(fā)明的實施方式。實施方式1下面，說明本發(fā)明的實施方式。本實施方式1對以下情況進行說明為了相對于氧 化鎵(Ga2O3)單晶獲得歐姆接觸，或者為了提高作為能夠減少接觸電阻的電極材料的Au/Ti 蒸鍍膜的特性，通過研討蒸鍍前的單晶的熱處理和前處理條件，一并使用氧氣氛、1100°C、3 小時以上的熱處理和等離子體照射，提高Au/Ti蒸鍍膜的IV特性。為了選擇與Ga2O3單晶構成歐姆接觸的材料，需要功函數(shù)與氧化鎵相等或在氧化 鎵以下。氧化鎵的功函數(shù)約為6eV，而Au、Ti為4eV，比氧化鎵的小。首先，發(fā)明者為了進行 晶體生長和其它應用，使Ga2O3表面以原子水平(level 級別)平坦化。這通過對單晶形成 后的Ga2O3進行退火而得到確認。就相對于Ga2O3單晶的歐姆接觸而言，Au/Ti令人滿意。具體地說，以Ga2O3單晶 為基板，首先在其上蒸鍍30 60nm的Ti后，其次蒸鍍150 250nm的Au制作了電極。測 定電流_電壓特性，結果能夠得到歐姆特性，這是眾所周知的。退火(annealing)條件為 在氧氣氛中在1100°C，進行3小時以上。通過這種處理能夠實現(xiàn)形成有階梯(st印)、臺階 (terrace)結構的原子水平的平坦表面。這里，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，為了進一步減少Ga2O3表面的電阻值，得到更良好的歐姆接 觸，通過對單晶形成后的Ga2O3進行退火，進一步對表面進行等離子體照射生成缺陷，結果 是，利用產(chǎn)生的載流子電子能夠提高導電性。
退火條件是，在氧氣氛中、1100°C進行3小時以上。通過這種處理，能夠在表面上 形成階梯、臺階結構，實現(xiàn)良好的接觸。
圖1表示改變熱處理溫度時(600°C 1100°C )的Ga2O3單晶基板表面的 AFM(Atomic Force Microscopy 原子力顯微鏡)像。氣氛是氧，時間是3小時。在此以前， 作為基板的前處理，在進行有機洗凈后，用HF5%進行15分鐘的處理和用吐504 H2O2 H2O =4:1:1混合液進行5分鐘的處理。從圖1的結果可見，當溫度為1100°c時，觀察到清楚的階梯、臺階結構。認為，通過 進行這樣的熱處理，在蒸鍍電極材料時，能夠實現(xiàn)良好的接觸。這里，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)通過在 Ga2O3表面上照射等離子體而生成缺陷，于是利用所產(chǎn)生的缺陷的能級，使接觸電阻減少，能 夠得到更像歐姆接觸的特性。接著，對熱處理后的Ga2O3單晶基板，作為蒸鍍前的處理進行等離子體照射。等離 子體照射的目的是強制地使得生成缺陷，提高電傳導性。具體地說，向試樣表面照射利用殘留氣體產(chǎn)生輝光放電的等離子體。照射時間為 30分鐘，離子電流為數(shù)百μΑ。這樣，在對單晶形成后的Ga2O3進行熱處理后，對表面進行等離子體照射，之后，安 裝上電極。作為電極材料，在蒸鍍30 60nm優(yōu)選約50nm的Ti后，蒸鍍150 250nm優(yōu)選 約 200nm 的 Au。下面，利用實施例說明其結果。(實施例)氧化鎵單晶(無添加)用FZ (Floating Zone 浮區(qū))法生長。作為氣氛氣體，在 氧濃度10% (流量比)、生長速度7.5mm/hr、l個大氣壓的條件下生長。切出其(100)面， 用化學機械研磨對表面進行鏡面研磨，加工成厚度約0. 4mm的晶片狀。作為基板的前處理，在有機洗凈后，用HF5 %進行15分鐘的處理并用 H2SO4 H2O2 H2O = 4 1 1混合液進行5分鐘的處理。對該試樣，在氧氛中在1100°C進行3小時和6小時的熱處理。接著，作為蒸鍍電極材料的前處理，進行等離子體照射。作為比較例，什么也不做 只進行用金剛石片研磨10 μ m時的處理。通過將從殘留氣體(氧氮)產(chǎn)生的等離子體照射 在試樣上進行等離子體照射。在這些處理后，在蒸鍍50nm的Ti后，蒸鍍IOOnm的Au制作成電極。這時的電極 大小是直徑為Imm左右的圓。而且，對這些端子間(AuTi間)的幾個，測定電流電壓特性。圖2表示AuTi電極間的電流電壓特性。熱處理時間為3小時，在該熱處理后，作 為電極材料的蒸鍍前處理，(a)是沒有處理時的結果，(b)是用金剛石片研磨10 μ m時的結 果，(c)是進行了 30分鐘的氧氮等離子體照射的處理時的結果。圖3表示熱處理時間為6小時的情況下的同樣結果。未處理的情況(a)電流以nA 量級流動，不能夠用作電極。當研磨10 μ m時，時常流動電流但是大體上只流過最多μ A量 級的電流(b)。當進行等離子體照射時，在所有電極上流過mA量級的電流(C)?？芍驗镮V特性不是直線的，所以不能說是完全歐姆，但是在進行了等離子體 照射的情況下最容易流動電流，能夠確認到效果。實施方式2
下面，根據(jù)能夠對上述的氧化鎵單晶進行歐姆連接的情況，說明使用氧化鎵的紫外線用光電探測器。高品質的塊(bulk:體)氧化鎵(Ga2O3)單晶具有能帶間隙約為4. SeV (約 260nm)，能夠有選擇地檢測波長280nm以下的紫外線的特性。進一步因為具有導電性，所以 能夠直接在Ga2O3單晶獲得電極。進一步因為是氧化物，所以任務不用如上述的其它半導體 那樣擔心由于氧化而劣化，在耐久性、穩(wěn)定性方面具有優(yōu)越的特性。本實施方式是在高品質 的塊氧化鎵(Ga2O3)單晶的生長方法方面取得成功的本發(fā)明者等，認真研討了利用這種特 性的紫外線傳感器(紫外線用光電探測器)及其制造方法而完成的。關于成為材料的Ga2O3單晶，可以用本發(fā)明者們已經(jīng)發(fā)明的方法制造在晶體品質 方面優(yōu)越的單晶。該方法是，將純度4N的Ga2O3粉末作為原料封入橡膠管中，用橡膠模壓 機(rubber press)成形，以在電爐中在1500°C燒結10小時得到的燒結體為原料棒，用 FZ(FloatingZone)法生長單晶。作為單晶生長條件，生長速度為5 10mm/h，氣氛為干燥 空氣，壓力為1個大氣壓，在此條件下進行。對這樣制作的單晶，用鋼絲鋸切與劈開性最強的(100)面平行的面，用化學機械 研磨法(CMP Chemical Mechanical Polishing)對該(100)面進行鏡面研磨，加工成厚度 0. 4 0. 5mm的晶片狀。這樣制作的Ga2O3單晶，電阻率為1 5X ΙΟ—1 Ω cm，載流子密度為IO17 1018CnT3， 具有導電性。將它用作基板制作紫外線傳感器。在實施方式2中，說明立式結構的紫外線用光電探測器(傳感器)。圖4是表示傳 感器結構的側面圖。圖4所示的傳感器(紫外線用光電探測器)，在氧化鎵單晶基板10的 表面和背面設置電極7、5，制作立式的肖特基二極管。在表面制作肖特基電極，在背面制作 歐姆電極。這時，在表面的電極7下部的正下方形成耗盡層3a，在耗盡層3a下形成導電層 3b ο為了將光變換成電子空穴對而進行檢測，需要制作夾入電極之間的高電阻層。這 是因為，如果是低電阻層則電流簡單地流過，則不能夠分離出光電流。為了制作該高電阻層，有利用高電阻的薄膜，或基于肖特基接觸、pn結的耗 盡層的方法，其中利用耗盡層的方法，因為具有放大作用和高靈敏度，所以對制作高電 阻層更令人滿意。進一步，關于耗盡層的制作，在為Ga2O3時，因為只能夠得到η型， 所以優(yōu)選不是基于pn結而是基于肖特基接觸的耗盡層。結果是，探測器的結構成為 Metal-Semiconductor-Metal (MSM 金屬-半導體-金屬)型。在MSM型中，具有橫型和立式。在為橫型時，需要利用光刻等形成梳形電極。因為 該梳形電極難以實現(xiàn)大面積化，只能夠在電極的正下方形成耗盡層，所以Ga2O3的利用效率 降低。與此相對，就立式而言，如圖4所示，傳感器部為如下的簡單的結構在表面形成 有光接收面7a的薄的半透明(或透明)的電極(肖特基電極第一電極)7，在背面僅形成 電極(歐姆電極第二電極)5。與橫型不同，因為能夠在透明電極下部擴展的耗盡層3a的 整個面接收光，所以Ga2O3單晶的利用效率高，又因為不需要制作梳形電極所以結構簡單， 工藝也變得簡便，具有如上所述的優(yōu)點。以下，按照每一個工藝詳細地說明使用Ga2O3單晶的立式結構的器件的制作方法。圖5表示器件制作的全部工序。(Si:單晶的退火)首先，用氟酸、硫酸、丙酮、乙醇、純水洗凈基板，進行熱處理。因為在晶體生長后的 Ga2O3單晶中殘留有缺陷等，所以為了使其恢復而進行熱處理。在氧氣氛中在1100°C、進行 3 24小時的熱處理。如果用比3小時短的時間，則晶體性的恢復不充分，即便化費比24 小時長的處理時間，也因為大致飽和，特性不再發(fā)生變化。使用氧是為了補充在生長Ga2O3 單晶時發(fā)生的氧缺損。(S2 在表面形成保護膜)因為對背面進行等離子體照射，所以為了避免表面的損傷而在照射前涂敷保護膜 4。在保護膜4中，使用例如用于固定分析試樣的固定臘等。因為該固定臘等從100°C附近 開始融化，所以將它涂敷在滑動玻璃上，壓在Ga2O3基板的表面，使其冷卻后就能夠防止表 面受到離子照射
(S3 對背面進行等離子體照射)為了在背面獲得歐姆接觸，進一步為了改善導電性并實現(xiàn)低電阻化，進行等離子 體照射。這是為了強制地生成缺陷，通過產(chǎn)生載流子電子而提高導電性。利用使用殘留氣 體的低壓輝光放電，向試樣背面照射等離子體。離子電流為數(shù)百μ Α，整個裝置的電流為5 10mA。照射時間為20 40min，優(yōu)選 為30min。這是因為當比20min短時效果少，即便進行時間比40min長的照射效果也大致相 同的緣故。(S4:除去表面的保護膜)對背面進行等離子體照射后，除去保護膜4。再次加熱固定臘，揭下Ga2O3基板，除 去固定臘，用丙酮洗凈基板。(S5 在背面形成歐姆電極)蒸鍍30 7011111、優(yōu)選30 5011111的11(53，63)之后，蒸鍍80 150nm、優(yōu)選80 IOOnm的々11(513，613)，形成411/11的歐姆電極5、6。使電極大小為1 5πιπιΦ，優(yōu)選為3 4πιπιΦ。而且，試樣越大則接觸電阻越小。(S6 在表面形成肖特基電極)作為肖特基電極材料7，因為是η型半導體，所以使用功函數(shù)大的金屬即Au、Pt等。 在蒸鍍2 5nm、優(yōu)選2nm的Ni (7a)后，蒸鍍6 IOnm的Au或Pt (7b)，制作Au/Ni或Pt/ Ti的半透明(或透明)的電極。其中，關于金屬，能夠使用不插入Ni層的Au、Pt，進一步除 7 Au、Pt 外，也能夠使用 Al、Co、Ge、Sn、In、W、Mo、Cr、Cu 等。之所以蒸鍍Ni，是因為Au或Pt單體與基板的緊貼性不好，所以插入薄的Ni層改 善緊貼性。它成為光接收面，這時的電極大小為1 5πιπιΦ，優(yōu)選3 4mmcK電極尺寸越 大則光接收面越擴大。(S7 墊(pad)電極的形成)在該電極7中制作配線用的墊電極8。墊電極8的大小為0.05 1.5πιπιΦ，在半 透明的光接收面(電極7)中蒸鍍3 IOnm優(yōu)選4 6nm的Ni (8a)，80 150nm優(yōu)選 IOOnm的Au或Pt (8b)。此外，這時同時制作與歐姆電極6對應的偏壓用的歐姆電極9 (9a Ni, 9b :Au 或 Pt)。
關于用以上那樣的工序制作的器件，為了評價器件特性，實際地照射光，調查光譜分析靈敏度特性等性能。下面，用實施例說明其詳細情況。(實施例)將氧化鎵粉末(純度4N)封入橡膠管中用靜水壓機使其成形，在大氣中在1500°C 燒結10小時。將該燒結體作為原料棒，用光FZ裝置進行單晶生長。令生長速度為7. 5mm/ h，作為氣氛氣體使用氧80% -氮20% (流量比)。切出得到的單晶的(100)面，用CMP將其研磨加工到厚度0. 4mm，表面成為平均粗 糙度 0. 2nm的鏡面，作為晶片狀的基板?；宕笮〖s為7mmX8mm。對該Ga2O3單晶進行Hal 1 (霍爾)測定，結果表現(xiàn)如下的導電性電阻率為 1.2X IO-1Qcm,載流子密度為1. 3X IO18CnT3，遷移率為39cm2/VS。在用氟酸、硫酸、丙酮、乙 醇、純水洗凈該基板后，在氧氣氛中在1100°C進行6小時的熱處理。下面，按照圖5所示的工序，進行電極的制作。這時的電極配置如圖6(a) (b)所示，相對于7mmX 8mm的Ga2O3基板大小，電極大小 為4πιπιΦ。背面的歐姆電極在蒸鍍50nm的Ti后，蒸鍍IOOnm的Au而形成。此外，圖6(a) 是從上方看圖4所示的傳感器的圖，圖6(b)是從下方看圖1所示的傳感器的圖。另一方面，表面的肖特基電極，在蒸鍍2nm的Ni后，蒸鍍8nm的Au而形成。配線用 的墊電極為ΙπιπιΦ，在蒸鍍了 5nm的Ni后，蒸鍍IOOnm的Au。這時，光接收部成為從4mmΦ 的半透明電極部分除去ΙπιπιΦ的墊電極后的部分。圖6(c)的照片表示電極制作后的實際 的光電探測器。對以上那樣地制作的器件進行光照射，評價電流電壓特性、光譜分析靈敏度特性。 這時的光源使用氘燈(日本濱松光子學株式會社(浜松*卜二夕7 )制150WL1314，水冷 式)。照射從200nm到350nm每IOnm分光的光。此外，圖11是表示本實施方式中的立式結 構的光電探測器的工作的概略圖。(電流電壓特性)圖7(a)表示上部電極和下部電極的光照射時和不照射時的電流電壓(IV)特性， 即光電探測器本身的IV特性。+為墊電極，-為大的Au/Ti電極(與透明電極對置的電極)。 從其結果能夠確認到上部電極為肖特基接觸。用對數(shù)表示圖7(a)得到圖7(b)。首先，注意暗電流，因為+5V和_5V的電流分別 為4. 50 X 10-3A,1. 06X10、，所以整流比為106。其次，當照射光時，光電流沿反方向流動， 存在3個數(shù)量級左右的差別。(光譜分析靈敏度特性)當向圖7 (b)的光電探測器器件照射從200nm到350nm每IOnm分光后的光時，照 射在光接收面上的各波長的功率如圖8所示?？芍行牟ㄩL處于240 250nm附近。IOV反向偏壓時的光譜分析靈敏度特性如圖9所示那樣?？芍蔀樵诓ㄩL不到 280nm時具有靈敏度的太陽盲(Solar-blind)。當用它除以照射功率時，成為圖10那樣。靈 敏度比約為3個數(shù)量級。在圖10中記入了外部量子效率η，但是因為超過100%，所以也能夠改變倍增率 (multiplication factor)和定義。其中，分別令I、P、λ為光電流、入射功率、波長，能夠 用下列公式計算η。
η = (Ι/Ρ)*(1240/λ )實施方式3在實施方式2中，說明了立式結構的傳感器，但是本發(fā)明也能夠應用于橫型結構的傳感器，這是不言而喻的。圖12是說明橫型結構的傳感器的工作說明圖。在圖12中，該傳感器在氧化鎵單 晶基板10的表面設置有低載流子密度層或絕緣層10a，在該低載流子密度層或絕緣層表面 設置有具有光接收面Ila的第一電極11 ；和與由第一電極11的光接收面Ila接收的紫外 線相應地在自身與第一電極之間經(jīng)Ga2O3基板流過電流的第二電極12。在本實施方式中，在Sl中表示的熱處理中，進行長時間的熱處理，直到在比光吸 收距離深的位置形成低載流子密度層或絕緣層。而且，在熱氧化后的低載流子密度層或絕 緣層表面形成具有Au/M結構或Pt/Ni結構的梳型電極作為第一電極(與肖特基電極對 應)11，在其附近形成作為第二電極12的歐姆電極。關于各電極的形成方法，與實施方式1 中說明了的方法對應。這樣，在梳型電極形成光接收面，在該電極下方的低載流子密度層或絕緣層中產(chǎn) 生光電流，通過檢測第一電極11和第二電極12之間的電流來檢測紫外線，形成上述的結 構。如上述那樣，立式結構具有不需要大面積的梳型電極、Ga2O3的利用效率高、且制造 工序簡單的優(yōu)點，但是認為，在高效率地將偏壓施加在所形成的耗盡層這方面，橫型結構的 傳感器更優(yōu)良。此外，因為進行長時間熱處理，所以能夠將電極附近大體上看作絕緣體，在 金屬電極(與肖特基電極對應)和絕緣體的接觸形成高的勢壘變得容易，容易制作暗電流 小的傳感器，容易得到高靈敏度，即，能夠獲得如上所述的效果。產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明，因為不需要薄膜生長，使用導電性的氧化鎵(Ga2O3)單晶基板，所以 耐久性方面優(yōu)越，能夠獲得減少花費在薄膜生長方面的成本的效果。
權利要求
一種紫外線用光電探測器，其特征在于，包括氧化鎵單晶基板；第一電極，其形成于所述氧化鎵單晶基板的表面，具有光接收面，并且與所述氧化鎵單晶基板構成肖特基接觸；和第二電極，其形成于所述氧化鎵單晶基板的背面，與所述氧化鎵單晶基板構成歐姆接觸，并與由所述光接收面接收的紫外線相應地在該第二電極與所述第一電極之間經(jīng)所述氧化鎵單晶基板流過電流。
2.根據(jù)權利要求1所述的紫外線用光電探測器，其特征在于所述第一電極由Au或Pt構成，所述第二電極由Au或A1構成。
3.根據(jù)權利要求1所述的紫外線用光電探測器，其特征在于所述第一電極具有在Au或Pt與所述氧化鎵單晶基板之間插入M層而形成的Au/Ni 或Pt/Ni結構，所述第二電極具有在Au或A1與所述氧化鎵單晶基板之間形成Ti層作為基底層而形 成的Au/Ti或Al/Ti結構。
4.根據(jù)權利要求1 3中任一項所述的紫外線用光電探測器，其特征在于所述氧化鎵單晶基板具有電阻率為1 SXlCThcm、載流子密度為1017 1018cm_3的導電性，使用該氧化鎵單晶基板的(100)面。
5.一種紫外線用光電探測器，其特征在于，包括氧化鎵單晶基板，其在表面形成有低載流子密度層；第一電極，其設置于所述氧化鎵單晶基板的所述低載流子密度層表面，且具有光接收 面；和第二電極，其設置于所述氧化鎵單晶基板的所述低載流子密度層表面，與由所述光接 收面接收的紫外線相應地在該第二電極與所述第一電極之間經(jīng)所述氧化鎵單晶基板流過 電流。
6.一種紫外線用光電探測器的制造方法，該紫外線用光電探測器是使用氧化鎵單晶基 板制作的，該紫外線用光電探測器的制造方法的特征在于對所述氧化鎵單晶基板進行前處理，在已完成所述前處理的所述氧化鎵單晶基板面的表面形成與所述氧化鎵單晶基板構 成肖特基接觸的第一電極，并在所述氧化鎵單晶基板的背面形成第二電極，該第二電極與 所述氧化鎵單晶基板構成歐姆接觸，且在該第二電極與所述第一電極之間經(jīng)所述氧化鎵單 晶基板流過電流。
7.根據(jù)權利要求6所述的紫外線用光電探測器的制造方法，其特征在于所述前處理包括在所述氧化鎵單晶基板的背面進行用于所述第二電極進行歐姆接觸 的等離子體照射的工序，所述第一電極通過在所述氧化鎵單晶基板的表面蒸鍍Au或Pt而形成，所述第二電極 通過在已被進行所述等離子體照射的所述氧化鎵單晶基板的背面蒸鍍Au或Pt而形成。
8.根據(jù)權利要求6所述的紫外線用光電探測器的制造方法，其特征在于所述前處理包括在所述氧化鎵單晶基板的背面進行用于所述第二電極進行歐姆接觸的等離子體照射的工序，所述第一電極通過在所述氧化鎵單晶基板的表面蒸鍍Ni，進一步在該M上蒸鍍Au或 Pt而形成，所述第二電極通過在已被進行所述等離子體照射的所述氧化鎵單晶基板的背面 蒸鍍Ti，進一步在該Ti上蒸鍍Au或Pt而形成。
9.一種紫外線用光電探測器的制造方法，該紫外線用光電探測器是使用氧化鎵單晶基 板制作的，該紫外線用光電探測器的制造方法的特征在于在所述氧化鎵單晶基板的表面形成低載流子密度層或絕緣層，在所述氧化鎵單晶基板的所述低載流子密度層或絕緣層表面形成第一電極和第二電 極，該第一電極具有光接收面，與由所述光接收面接收的紫外線相應地在該第二電極與所 述第一電極之間經(jīng)所述氧化鎵單晶基板流過電流。
10.根據(jù)權利要求6所述的紫外線用光電探測器的制造方法，其特征在于在氧化鎵單晶形成歐姆電極時，在對表面進行等離子體照射后蒸鍍Ti，之后，形成蒸鍍 有Au、Pt或A1的Au/Ti結構、Pt/Ti結構或Al/Ti結構的電極。
11.根據(jù)權利要求10所述的紫外線用光電探測器的制造方法，其特征在于等離子體照射是照射從包含氧氮的殘留氣體或氫氣生成的等離子體。
12.根據(jù)權利要求10所述的紫外線用光電探測器的制造方法，其特征在于在對氧化鎵基板進行離子體照射前，在1100°C的氧氣氛中對氧化鎵基板進行3小時以 上的熱處理。
13.根據(jù)權利要求6所述的紫外線用光電探測器的制造方法，其特征在于在與氧化鎵進行歐姆接觸的電極材料中，在具有所述Au/Ti結構的情況下，電極材料 Au/Ti的膜厚是從氧化鎵基板側起Ti為30 60nm，Au為80 150nm，通過蒸鍍、濺射或離 子鍍法形成這些電極材料。
全文摘要
本發(fā)明提供紫外線用光電探測器及其制造方法。為了提供耐久性方面優(yōu)越、不需要薄膜生長、低成本的紫外線用光電探測器，本發(fā)明的紫外線用光電探測器包括氧化鎵單晶基板；第一電極，其形成于上述氧化鎵單晶基板的表面，具有光接收面，并且與上述氧化鎵單晶基板構成肖特基接觸；和第二電極，其形成于氧化鎵單晶基板的背面，與上述氧化鎵單晶基板構成歐姆接觸，并與由上述光接收面接收的紫外線相應地在該第二電極與上述第一電極之間經(jīng)上述氧化鎵單晶基板流過電流。
文檔編號G01J1/02GK101868862SQ20088011723
公開日2010年10月20日 申請日期2008年11月18日 優(yōu)先權日2007年11月21日
發(fā)明者大島孝仁, 大平重男, 新井直樹, 藤田靜雄, 鈴木悟仁 申請人:日本輕金屬株式會社;東海東洋鋁販賣株式會社