JP2000101129A - Light detection method and gan semiconductor light reception element - Google Patents
Light detection method and gan semiconductor light reception elementInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光検出の技術分野
に属するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to the technical field of photodetection.
【０００２】[0002]
【従来の技術】集積回路の高密度化に伴い、その微細な
回路パターンを形成するための縮小投影露光装置には、
より高い解像度でより微細な描画を行なう能力が要求さ
れている。そのため、描画のためのレーザー光源とし
て、ＫｒＦエキシマレーザー装置（波長２４８ｎｍ）へ
の切り換えや、さらにはＡｒＦエキシマレーザー装置
（波長１９３ｎｍ）への切り換えが検討されている。2. Description of the Related Art With the increase in density of integrated circuits, reduced projection exposure apparatuses for forming fine circuit patterns include:
The ability to perform finer drawing at higher resolution is required. Therefore, switching to a KrF excimer laser device (wavelength: 248 nm) as a laser light source for drawing, and further, switching to an ArF excimer laser device (wavelength: 193 nm) are being studied.
【０００３】上記のような縮小投影露光装置では、レー
ザー光の一部を受光素子で受け、出力の変動などをモニ
ターしている。その受光素子としては、Ｓｉ系半導体材
料を用いたフォトダイオード（ＰＤ）などが挙げられ
る。In the above-described reduced projection exposure apparatus, a part of the laser beam is received by a light receiving element, and the output fluctuation is monitored. Examples of the light receiving element include a photodiode (PD) using a Si-based semiconductor material.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、レーザー光
が、ＡｒＦエキシマレーザー装置から発せられるような
短い波長の光へと移行すれば、その光の強烈なエネルギ
ーによって、従来用いられているＳｉ系のＰＤの劣化は
著しくなり、頻繁に新しいものと交換しなければならな
い使用状況となる。However, if the laser light shifts to light of a short wavelength such as that emitted from an ArF excimer laser device, the intense energy of the light causes the Si-based light of the conventional type to be used. The deterioration of the PD becomes remarkable, resulting in a use situation in which the PD must be frequently replaced with a new one.
【０００５】本発明の目的は、上記問題を解決し、２４
８ｎｍよりも短い波長の光を受光対象光とし、該受光対
象光に対して優れた耐性を示しながら該光を検出し得る
新たな光検出方法を提供することである。また、本発明
の他の目的は、本発明による光検出方法を実施するため
に最も有用となる受光素子を提供することである。[0005] An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to solve the problem.
An object of the present invention is to provide a new light detection method capable of detecting light having a wavelength shorter than 8 nm as light to be received and detecting the light while exhibiting excellent resistance to the light to be received. Another object of the present invention is to provide a light receiving element which is most useful for implementing the light detecting method according to the present invention.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明による光検出方法
は、次の特徴を有するものである。 （１）２４８ｎｍよりも短い波長の光を受光対象光と
し、この光をサファイア結晶に受光させ、該サファイア
結晶から発せられるフォトルミネセンス光のうち、４５
０ｎｍよりも短い波長域に発光強度を有するフォトルミ
ネセンス光を、光検出装置で検出することによって、前
記受光対象光の受光を検出することを特徴とする光検出
方法。The light detecting method according to the present invention has the following features. (1) Light having a wavelength shorter than 248 nm is used as light to be received, and this light is received by a sapphire crystal. Of the photoluminescence light emitted from the sapphire crystal, 45
A photodetection method, comprising detecting photoluminescence light having an emission intensity in a wavelength range shorter than 0 nm with a photodetector, thereby detecting light reception of the light to be received.
【０００７】（２）上記サファイア結晶がサファイア基
板であり、上記光検出装置が、該サファイア基板を含
み、該サファイア基板上に、光起電力効果または光導電
効果による光検出を可能とするようにＧａＮ系結晶層と
電極とを有する光検出部を形成してなるＧａＮ系受光素
子であって、受光対象光をサファイア基板に受光させ、
サファイア基板から素子内へ発せられるフォトルミネセ
ンス光を光検出部で検出するものである上記（１）記載
の光検出方法。(2) The sapphire crystal is a sapphire substrate, and the photodetector includes the sapphire substrate, and enables photodetection on the sapphire substrate by a photovoltaic effect or a photoconductive effect. A GaN-based light-receiving element having a photodetector having a GaN-based crystal layer and an electrode, wherein a sapphire substrate receives light to be received,
The photodetection method according to (1), wherein the photodetection unit detects photoluminescence light emitted from the sapphire substrate into the element.
【０００８】また、本発明のＧａＮ系半導体受光素子
は、次の特徴を有するものである。 （３）光起電力効果または光導電効果による光検出が可
能な光検出部がサファイア基板上に形成されてなる構造
を有し、２４８ｎｍよりも短い波長の光を受光対象光と
して、該受光対象光をサファイア基板で受けるように用
いられる受光素子であって、光検出部は、ＧａＮ系結晶
からなる光検出層と電極とを少なくとも有し、光検出層
は、下記（Ｉ）のフォトルミネセンス光の励起によって
光検出に係るキャリアを発生する層であり、光検出層と
サファイア基板との間に光検出層のバンドギャップより
も小さいバンドギャップの層が存在しない構成とされて
いることを特徴とするＧａＮ系半導体受光素子。 （Ｉ）受光対象光を受けてサファイア基板から発せられ
るフォトルミネセンス光のうち、４５０ｎｍよりも短い
波長域に発光強度を有するフォトルミネセンス光。The GaN-based semiconductor light receiving device of the present invention has the following features. (3) A light detecting portion capable of detecting light by a photovoltaic effect or a photoconductive effect is formed on a sapphire substrate, and light having a wavelength shorter than 248 nm is used as light to be received. A light-receiving element used to receive light on a sapphire substrate, wherein the light detection unit has at least a light detection layer made of a GaN-based crystal and an electrode, and the light detection layer has the following photoluminescence (I) A layer that generates carriers related to photodetection by excitation of light, and is characterized in that a layer having a band gap smaller than the band gap of the photodetection layer does not exist between the photodetection layer and the sapphire substrate. GaN-based semiconductor light receiving element. (I) Of the photoluminescence light emitted from the sapphire substrate upon receiving the light to be received, the photoluminescence light having an emission intensity in a wavelength range shorter than 450 nm.
【０００９】（４）光検出部が下記〜のいずれかの
構造を有するものである上記（３）記載のＧａＮ系半導
体受光素子。 光起電力効果による光検出が可能なように、ＧａＮ系
結晶層からなるｐｎ接合と、ｐ型側電極、ｎ型側電極と
が組み合わされてなる構造。 光起電力効果による光検出が可能なように、ＧａＮ系
結晶層と金属電極とからなるショットキー障壁接合と、
他方の電極とが組み合わされてなる構造。 光導電効果による光検出が可能なように、ＧａＮ系結
晶からなる第一導電型のｉ層と、両極のオーミック電極
とが組み合わされてなる構造。(4) The GaN-based semiconductor light-receiving element according to the above (3), wherein the photodetector has one of the following structures: A structure formed by combining a pn junction made of a GaN-based crystal layer, a p-side electrode, and an n-side electrode so that light can be detected by the photovoltaic effect. A Schottky barrier junction comprising a GaN-based crystal layer and a metal electrode so that light can be detected by the photovoltaic effect;
A structure that is combined with the other electrode. A structure in which a first conductivity type i-layer made of a GaN-based crystal and ohmic electrodes of both electrodes are combined so that light can be detected by a photoconductive effect.
【００１０】[0010]
【作用】本発明者等は、サファイア結晶に、ＫｒＦエキ
シマレーザー光（波長２４８ｎｍ光）よりも短い波長の
光を受光対象光として受光させたとき、例えば、ＡｒＦ
エキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ光）を受光させた
とき、図４に示すように、大きく分けて２種類のフォト
ルミネセンス光（以下、ＰＬ光）が発せられることを新
たに見いだした。その２種類のうちの１つは、上記
（Ｉ）のＰＬ光、即ち、図４のグラフにおいて（Ｉ）で
示すように、４５０ｎｍよりも短い波長域に存在し、４
００ｎｍ付近から２００ｎｍ付近に向かって急激に発光
強度が上昇するＰＬ光である。以下、この（Ｉ）のＰＬ
光を「主ＰＬ光」と呼ぶ。また、他の１つは、図４のグ
ラフにおいて（II）で示すように、６９０ｎｍ付近をピ
ークとするＰＬ光である。When the sapphire crystal receives light having a shorter wavelength than the KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) as the light to be received, the present inventors have proposed, for example, ArF.
When excimer laser light (wavelength 193 nm) is received, as shown in FIG. 4, it is newly found that two types of photoluminescence light (hereinafter, PL light) are broadly divided. One of the two types is the PL light of the above (I), that is, as shown by (I) in the graph of FIG.
This is PL light whose emission intensity sharply increases from around 00 nm to around 200 nm. Hereinafter, the PL of this (I)
The light is called “main PL light”. The other one is PL light having a peak around 690 nm as shown by (II) in the graph of FIG.
【００１１】本発明の光検出方法及び受光素子の最も重
要な特徴は、このサファイア結晶が上記ＰＬ光を発生す
るという現象を光検出に利用したことである。本発明の
光検出方法・受光素子では、特に、主ＰＬ光を利用する
ものである。The most important feature of the light detecting method and the light receiving element of the present invention is that the phenomenon that the sapphire crystal generates the PL light is used for light detection. The photodetection method / light-receiving element of the present invention particularly utilizes main PL light.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】本発明の形態を図面を用いて説明
する。本発明の光検出方法は、図１（ａ）に示すよう
に、先ず、受光対象光Ｌ１をサファイア結晶１に受光さ
せ、サファイア結晶１から、主ＰＬ光Ｌ２（図４の
（Ｉ）で示す光）を発生させる。次に、この主ＰＬ光Ｌ
２を光検出装置Ａで検出することによって、サファイア
結晶１が受光対象光Ｌ１を受光した事実を知るというも
のである。この方法によれば、受光対象光が波長１９３
ｎｍのような強烈なエネルギーの光Ｌ１を、サファイア
結晶１が吸収し主ＰＬ光Ｌ２に変換し、後段の検出部分
のダメージを軽減する。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the light detection method of the present invention, as shown in FIG. 1A, first, the light L1 to be received is received by the sapphire crystal 1, and the main PL light L2 (shown by (I) in FIG. 4) from the sapphire crystal 1. Light). Next, the main PL light L
The fact that the sapphire crystal 1 has received the light L1 to be received is known by detecting 2 in the photodetector A. According to this method, the light to be received has a wavelength of 193.
The light L1 having intense energy such as nm is absorbed by the sapphire crystal 1 and converted into the main PL light L2, thereby reducing damage to the detection part at the subsequent stage.
【００１３】受光対象光は、サファイア結晶を励起し図
４に示すＰＬ光を発生させる光、即ち、ある特定の境界
値となる波長よりも短い波長の光である。この受光対象
光の境界値となる波長については、次の現象が現在明ら
かとなっている。 ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）をサフ
ァイア結晶に受光させても、上記ＰＬ光は発せられな
い。 ＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ）をサフ
ァイア結晶に受光させると、上記ＰＬ光が発せられる。 従って、境界値となる波長は、波長２４８ｎｍ〜１９３
ｎｍの間、即ち、５５ｎｍという極めて狭い範囲内に存
在すると断定できる。ところが、この極めて狭い範囲内
で、さらに波長を無段階的、連続的に変化させて強い単
色光を発するような光源を得ることは困難であるから、
真の境界値を求めるがための実験も困難である。従っ
て、受光対象光を〔ＫｒＦエキシマレーザー装置から発
せられる波長２４８ｎｍの光よりも短い波長の光〕とす
ることは、受光対象光の範囲の限定としては充分と言え
るものであり、また、真の境界値に対してこの程度の誤
差があっても、本発明の目的を達成するのに何らの問題
もない。The light to be received is light that excites the sapphire crystal to generate the PL light shown in FIG. 4, that is, light having a wavelength shorter than a wavelength that is a specific boundary value. The following phenomena have now been clarified for the wavelength that is the boundary value of the light to be received. Even if KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) is received by a sapphire crystal, the PL light is not emitted. When the sapphire crystal receives ArF excimer laser light (wavelength 193 nm), the PL light is emitted. Therefore, the wavelength that becomes the boundary value is 248 nm to 193 nm.
It can be concluded that it exists in a very narrow range between nm, ie, 55 nm. However, within this extremely narrow range, it is difficult to obtain a light source that emits strong monochromatic light by changing the wavelength steplessly and continuously,
Experiments to find the true boundary values are also difficult. Therefore, setting the light to be received to be [light having a wavelength shorter than the light having a wavelength of 248 nm emitted from the KrF excimer laser device] is sufficient as limiting the range of the light to be received, and is also true. Even if there is such an error with respect to the boundary value, there is no problem in achieving the object of the present invention.
【００１４】ただし、素子を構成する上で、さらに厳密
に受光対象光の境界値を決定することが必要な場合等に
は、波長２４８ｎｍ〜１９３ｎｍの範囲において獲得可
能な波長光を用いて受光の実験を追加し、受光対象光の
境界値をより厳密に真の値に近づければよい。これは、
２４８ｎｍよりも短い波長の光を受光対象光としたこと
に対する予想された誤差の修正であり、範囲をさらに厳
しく減縮するだけのことである。However, when it is necessary to more strictly determine the boundary value of the light to be received in forming the element, for example, light having a wavelength in the range of 248 nm to 193 nm is used for light reception. An experiment may be added to make the boundary value of the light to be received more closely to the true value. this is,
This is a correction of an expected error with respect to using light having a wavelength shorter than 248 nm as light to be received, and only reducing the range more severely.
【００１５】受光対象光は、２４８ｎｍよりも短い波長
であって、主ＰＬ光を発生させる波長の光であればよい
が、従来技術の説明でも述べたように、縮小投影露光装
置へ適用が検討されているＡｒＦエキシマレーザー装置
から発せられる波長１９３ｎｍのレーザー光を受光対象
光とすれば、本発明の有用性が顕著となる。The light to be received may be light having a wavelength shorter than 248 nm and a wavelength that generates main PL light. However, as described in the description of the prior art, application to a reduced projection exposure apparatus is considered. If the laser light having a wavelength of 193 nm emitted from the ArF excimer laser apparatus described above is used as the light to be received, the usefulness of the present invention becomes remarkable.
【００１６】サファイア結晶から発せられるＰＬ光のう
ち、本発明において利用する主ＰＬ光は、上記作用の説
明で述べたように、図４のグラフにおいて（Ｉ）で示す
ように、４００ｎｍ付近から２００ｎｍ付近に向かって
急激に発光強度が上昇するＰＬ光である。この主ＰＬ光
は４００ｎｍ付近よりも短波長側に広い波長域にわたっ
てスペクトルを有するから、主ＰＬ光のうち、どの波長
の光を受光に利用するかを決定し、光検出装置の特性を
選択すればよい。Of the PL light emitted from the sapphire crystal, the main PL light used in the present invention is, as described in the above description of the operation, as shown by (I) in the graph of FIG. This is PL light whose emission intensity increases rapidly toward the vicinity. Since this main PL light has a spectrum over a wider wavelength range on the shorter wavelength side than around 400 nm, it is necessary to determine which wavelength light of the main PL light is used for light reception and to select the characteristics of the photodetector. I just need.
【００１７】本発明の光検出方法に用いる光検出装置
は、主ＰＬ光を検出し信号として出力し得るものであれ
ばよい。例えば、図１（ａ）に示すように、サファイア
結晶１とは別個に設けた、半導体受光素子や光電子増倍
管などの光検出装置Ａであってもよい。The light detection device used in the light detection method of the present invention may be any device that can detect the main PL light and output it as a signal. For example, as shown in FIG. 1A, a photodetector A such as a semiconductor light receiving element or a photomultiplier tube provided separately from the sapphire crystal 1 may be used.
【００１８】また、本発明の光検出方法に用いる光検出
装置の最も好ましい態様は、図１（ｂ）に示すように、
サファイア結晶１をサファイア基板として用い、この上
にＧａＮ系結晶層を成長させ電極を設けて光検出部ａと
し、サファイア基板自体を光検出装置内に一体的に含ん
だＧａＮ系受光素子Ａとする態様である。これが本発明
の受光素子である。即ち、本発明の受光素子は、本発明
の光検出方法を１つの半導体受光素子内で実施し得るよ
う構成したものであり、これによって、主ＰＬ光Ｌ２
を、よりロスを少なくして光検出部に導くことができ
る。また、ＧａＮ系受光素子としたことで、受光対象光
を受ける環境下に置かれても、あるいは、主ＰＬ光の中
の短い波長の光に対しても、優れた耐性を示す。以下、
本発明のＧａＮ系受光素子を説明する。The most preferred embodiment of the photodetector used in the photodetection method of the present invention is as shown in FIG.
The sapphire crystal 1 is used as a sapphire substrate, and a GaN-based crystal layer is grown on the sapphire substrate to form an electrode. The sapphire substrate 1 is used as a photodetection unit a. It is an aspect. This is the light receiving element of the present invention. That is, the light receiving element of the present invention is configured so that the light detecting method of the present invention can be carried out in one semiconductor light receiving element.
Can be guided to the photodetector with less loss. Further, since the GaN-based light receiving element is used, the device exhibits excellent resistance to an environment in which the light to be received is received, or to light having a short wavelength in the main PL light. Less than,
The GaN-based light receiving element of the present invention will be described.
【００１９】本発明によるＧａＮ系受光素子は、上記の
とおり、サファイア基板上にＧａＮ系結晶層と電極とが
組み合わされてなる光検出部を形成した構造を有するも
のであって、光検出方法と同様、２４８ｎｍよりも短い
波長の光を受光対象光とし、該受光対象光をサファイア
基板で受けるように用いられるものである。As described above, the GaN-based light receiving element according to the present invention has a structure in which a GaN-based crystal layer and an electrode are combined on a sapphire substrate to form a light-detecting portion. Similarly, light having a wavelength shorter than 248 nm is used as light to be received, and the light to be received is used to be received by a sapphire substrate.
【００２０】光検出部は、光起電力効果または光導電効
果による光検出（主ＰＬ光の検出）が可能な構造とす
る。光起電力効果によって光検出を行なうには、ｐｎ接
合や、ショットキー障壁接合を有する素子構造が挙げら
れる。また、光導電効果によって光検出を行なうには、
ＧａＮ系結晶からなる第一導電型（即ち、ｎ型またはｐ
型のいずれか一方の導電型）のｉ層と、両極のオーミッ
ク電極とが組み合わされてなる素子構造が挙げられる。The photodetector has a structure capable of detecting light (detection of main PL light) by a photovoltaic effect or a photoconductive effect. In order to perform photodetection by the photovoltaic effect, an element structure having a pn junction or a Schottky barrier junction can be given. Also, to perform light detection by the photoconductive effect,
A first conductivity type made of a GaN-based crystal (ie, n-type or p-type)
An element structure in which an i-layer of any one of the conductive types) and an ohmic electrode of both electrodes are combined.
【００２１】図２（ａ）は、ｐｎ接合を有する素子構造
の一例を示す模式図である。同図の例では、サファイア
基板１上に、バッファ層１ａを介してｎ型ＧａＮ系結晶
層Ｓ１、ｐ型ＧａＮ系結晶層Ｓ２を順次結晶成長させ、
層Ｓ２上面にはｐ型側のオーミック電極Ｑ１を設け、ｎ
型層Ｓ１の上層側を一部露出させてその面にｎ型側のオ
ーミック電極Ｑ２を設けて、Ｓ１、Ｓ２、Ｑ１、Ｑ２か
らなる光検出部ａとし、サファイア基板を含めて、本発
明の光検出方法を実施し得るＧａＮ系半導体受光素子と
している。FIG. 2A is a schematic view showing an example of an element structure having a pn junction. In the example of FIG. 1, an n-type GaN-based crystal layer S1 and a p-type GaN-based crystal layer S2 are sequentially grown on a sapphire substrate 1 via a buffer layer 1a.
On the upper surface of the layer S2, a p-type ohmic electrode Q1 is provided.
The upper layer side of the mold layer S1 is partially exposed, and an n-type ohmic electrode Q2 is provided on the surface thereof to form a photodetector a composed of S1, S2, Q1, and Q2, including the sapphire substrate. It is a GaN-based semiconductor light receiving element capable of implementing a light detection method.
【００２２】光検出部ａによる主ＰＬ光検出の基本的な
メカニズムは、太陽電池などと同様であり、ｐｎ接合に
おいて主ＰＬ光Ｌ２励起による起電力を外部に取り出し
検出するものである。ｐｎ接合の上下方向に限定はない
が、伝導型形成に関する製造上の理由から、図２（ａ）
のように、積層の上方をｐ型とし下方（即ち、サファイ
ア基板側）をｎ型とするのが好ましい。The basic mechanism of detection of the main PL light by the light detection section a is the same as that of a solar cell or the like, and detects and extracts an electromotive force generated by excitation of the main PL light L2 at a pn junction. Although there is no limitation on the vertical direction of the pn junction, FIG.
It is preferable that the upper part of the lamination is p-type and the lower part (that is, the sapphire substrate side) is n-type.
【００２３】ｐｎ接合を有する素子構造とする場合、光
検出部中、主ＰＬ光の励起によって光検出に係るキャリ
アを発生する層が光検出層である。この場合、「光検出
に係るキャリア」とは、空乏層内をドリフトして光電流
となるキャリアである。そのようなキャリアには、空乏
層内で発生するものだけでなく、空乏層の外側で発生し
空乏層端に到達し得るものも含まれる。従って、図２
（ａ）のｐｎ接合がホモ接合の場合、光検出層には、空
乏層ｆ、ｇと、空乏層端からキャリアの拡散長以内の領
域ｅ、ｈとが含まれる。また、図２（ａ）のｐｎ接合が
ヘテロ接合の場合には、他の中間層の存在によっては、
光検出層は空乏層ｇと領域ｈであって、空乏層ｆと領域
ｅは主ＰＬ光が透過するだけの層（従って、この層も中
間層である）となる場合もある。In the case of an element structure having a pn junction, a layer in the photodetection section that generates carriers related to photodetection by excitation of main PL light is a photodetection layer. In this case, the “carrier related to photodetection” is a carrier that drifts in the depletion layer and becomes a photocurrent. Such carriers include those generated inside the depletion layer as well as those generated outside the depletion layer and capable of reaching the edge of the depletion layer. Therefore, FIG.
When the pn junction in (a) is a homojunction, the photodetection layer includes depletion layers f and g, and regions e and h within the carrier diffusion length from the edge of the depletion layer. Further, when the pn junction in FIG. 2A is a hetero junction, depending on the presence of another intermediate layer,
The photodetection layer is a depletion layer g and a region h, and the depletion layer f and the region e may be layers only for transmitting main PL light (therefore, this layer is also an intermediate layer).
【００２４】上記したように、主ＰＬ光は４００ｎｍ付
近よりも短波長側に広い波長域のスペクトルを有するか
ら、その中のどの波長以下の光を光検出層で検出するか
は、光検出層の材料のバンドギャップで決定すればよ
い。例えば、光検出層にＧａＮを用いれば、主ＰＬ光の
うち３６５ｎｍ以下の波長光が光検出層を励起し光検出
に係るキャリアを発生させ、検出されることになる。ま
た、光検出層にＡｌ0.6Ｇａ0.4 Ｎを用いれば、主ＰＬ
光のうち２４４ｎｍ以下の波長光が検出されることにな
る。As described above, since the main PL light has a spectrum in a wide wavelength range on the shorter wavelength side than around 400 nm, which wavelength or less of the light is detected by the light detection layer is determined by the light detection layer. May be determined based on the band gap of the material. For example, if GaN is used for the light detection layer, light having a wavelength of 365 nm or less in the main PL light will excite the light detection layer to generate carriers related to light detection, and will be detected. Also, if Al 0.6 Ga 0.4 N is used for the light detection layer, the main PL
Of the light, light having a wavelength of 244 nm or less is detected.
【００２５】また、図２（ａ）において、ｐｎ接合がヘ
テロ接合であって、〔層Ｓ２のバンドギャップ〕＜〔層
Ｓ１のバンドギャップ〕の場合、主ＰＬ光のうち層Ｓ１
と層Ｓ２とで異なる波長の光を検出する場合もある。In FIG. 2A, when the pn junction is a heterojunction and [the band gap of the layer S2] <[the band gap of the layer S1], the layer S1 of the main PL light is emitted.
In some cases, light of different wavelengths is detected between the layer and the layer S2.
【００２６】主ＰＬ光のうち、光検出層で検出される波
長光をより多く光検出層に到達させるために、光検出層
とサファイア基板との間に光検出層のバンドギャップよ
りも小さいバンドギャップの層が存在しない構成とす
る。図２（ｂ）は、光検出層とサファイア基板との間
に、中間層Ｓ１が存在する態様の一例を示す模式図であ
る。同図の素子では、サファイア基板１上に、ｎ型コン
タクト層Ｓ１、ｐｎ接合（ｎ型層Ｓ２／ｐ型層Ｓ３）が
形成されており、ｎ型コンタクト層Ｓ１が中間層として
存在する。この場合、〔光検出層のバンドギャップ〕＜
〔中間層のバンドギャップ〕とするのがより好ましい。In order to allow more wavelength light of the main PL light detected by the light detection layer to reach the light detection layer, a band smaller than the band gap of the light detection layer is provided between the light detection layer and the sapphire substrate. It is assumed that there is no gap layer. FIG. 2B is a schematic diagram illustrating an example of a mode in which the intermediate layer S1 exists between the light detection layer and the sapphire substrate. In the device shown in the figure, an n-type contact layer S1 and a pn junction (n-type layer S2 / p-type layer S3) are formed on a sapphire substrate 1, and the n-type contact layer S1 exists as an intermediate layer. In this case, [Band gap of light detection layer] <
[Band gap of intermediate layer] is more preferable.
【００２７】本発明でいうＧａＮ系材料及びＧａＮ系結
晶とは、式ＩｎX ＧａY ＡｌZ Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ
≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で決定される化合
物半導体材料及びその結晶である。[0027] The GaN-based material and a GaN group crystal in the present invention, wherein In X Ga Y Al Z N ( 0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y
≦ 1, 0 ≦ Z ≦ 1, X + Y + Z = 1) and a crystal thereof.
【００２８】受光素子の各層に用いられる材料の組み合
わせ例を示す。図２（ａ）に示すｐｎ接合構造では、材
料の組（ｎ型層Ｓ１／ｐ型層Ｓ２）は、（ＡｌＧａＮ／
ＡｌＧａＮ）、（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ）、（ＧａＮ／Ｉ
ｎＧａＮ）などが挙げられる。また、図２（ｂ）に示す
ように、層Ｓ２／層Ｓ３でｐｎ接合を構成し、中間層Ｓ
１を有する構造では、材料の組（ｎ型中間層Ｓ１／ｎ型
層Ｓ２／ｐ型層Ｓ３）は、（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／Ａｌ
ＧａＮ）、（ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ）、（Ｇ
ａＮ／ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ）などが挙げられる。Examples of combinations of materials used for each layer of the light receiving element will be described. In the pn junction structure shown in FIG. 2A, the set of materials (n-type layer S1 / p-type layer S2) is (AlGaN /
AlGaN), (AlGaN / GaN), (GaN / I
nGaN) and the like. Further, as shown in FIG. 2B, a pn junction is constituted by the layer S2 / layer S3 and the intermediate layer S
1, the set of materials (n-type intermediate layer S1 / n-type layer S2 / p-type layer S3) is (AlGaN / GaN / Al
GaN), (AlGaN / InGaN / GaN), (G
aN / InGaN / AlGaN).
【００２９】図３（ａ）は、ショットキー障壁接合を有
する素子構造の一例を示す模式図である。同図の例で
は、サファイア基板１上に、バッファ層１ａを介して第
一導電型（図ではｎ型）のＧａＮ系結晶層Ｓ１を成長さ
せ、次に層Ｓ１と同じ導電型でｉ層のＧａＮ系結晶層Ｓ
２を成長させ、層Ｓ２上面にショットキー電極Ｑ３を設
け、ｎ型層Ｓ１の上層側を一部露出させてその面にオー
ミック電極Ｑ４を設けて、Ｓ１、Ｓ２、Ｑ３、Ｑ４から
なる光検出部ａとし、ショットキー障壁型のＧａＮ系半
導体受光素子としている。FIG. 3A is a schematic view showing an example of an element structure having a Schottky barrier junction. In the example of FIG. 1, a GaN-based crystal layer S1 of a first conductivity type (n-type in the figure) is grown on a sapphire substrate 1 via a buffer layer 1a, and then an i-layer of the same conductivity type as the layer S1 is formed. GaN-based crystal layer S
2 is grown, a Schottky electrode Q3 is provided on the upper surface of the layer S2, an upper layer side of the n-type layer S1 is partially exposed and an ohmic electrode Q4 is provided on the surface, and a photodetector comprising S1, S2, Q3 and Q4 is formed. The portion a is a Schottky barrier type GaN-based semiconductor light receiving element.
【００３０】図３（ａ）の例では、ＧａＮ系結晶層Ｓ２
が光検出層であり、層Ｓ１が中間層である。ショットキ
ー障壁を用いた光検出のメカニズム自体は、従来のショ
ットキー障壁型のＰＤの場合と同様であって、図３
（ａ）の例について簡単に説明すると、両電極間に逆方
向のバイアス電圧をかけて、光検出層からショットキー
電極へ電子が流れ込み易くしておき、光検出層に主ＰＬ
光Ｌ２の励起で発生したキャリアの流れを電流として検
出するものである。In the example of FIG. 3A, the GaN-based crystal layer S2
Is a light detection layer, and the layer S1 is an intermediate layer. The mechanism of light detection using the Schottky barrier itself is the same as that of the conventional Schottky barrier type PD.
To briefly explain the example of (a), a reverse bias voltage is applied between both electrodes so that electrons easily flow from the photodetection layer to the Schottky electrode, and the main PL is applied to the photodetection layer.
The flow of carriers generated by the excitation of the light L2 is detected as a current.
【００３１】ショットキー電極の材料としては、Ａｕ、
Ｐｔ、ＴｉＷなどが挙げられる。また、これらの材料を
組み合わせて用いてもよい。As a material of the Schottky electrode, Au,
Pt, TiW, and the like. Further, these materials may be used in combination.
【００３２】ｉ層とは、低濃度層の総称であって、ｎ型
低濃度層（ν層と呼ばれｎ- と書かれる）、またはｐ型
低濃度層（π層と呼ばれｐ- と書かれる）を意味する。The i-layer is a general term for a low-concentration layer, and is an n-type low-concentration layer (called a ν layer and written as n − ) or a p-type low-concentration layer (called a π layer and called p − . Written).
【００３３】図３（ｂ）は、光導電効果を利用する素子
構造の一例を示す模式図である。同図の例では、サファ
イア基板１上に、バッファ層１ａを介して第一導電型
（図ではｎ型）のＧａＮ系結晶層Ｓ１を成長させ、次に
層Ｓ１と同じ導電型でｉ層のＧａＮ系結晶層Ｓ２を成長
させ、層Ｓ２上面に１対のオーミック電極Ｑ５、Ｑ６を
対向させて設けて、Ｓ１、Ｓ２、Ｑ５、Ｑ６からなる光
検出部ａとし、光導電素子としている。FIG. 3B is a schematic view showing an example of an element structure utilizing the photoconductive effect. In the example of FIG. 1, a GaN-based crystal layer S1 of a first conductivity type (n-type in the figure) is grown on a sapphire substrate 1 via a buffer layer 1a, and then an i-layer of the same conductivity type as the layer S1 is formed. A GaN-based crystal layer S2 is grown, and a pair of ohmic electrodes Q5 and Q6 are provided on the upper surface of the layer S2 so as to oppose each other to form a photodetector a composed of S1, S2, Q5 and Q6, which is a photoconductive element.
【００３４】図３（ｂ）の例では、ＧａＮ系結晶層Ｓ１
が光検出層である。光導電効果による光検出のメカニズ
ム自体は、従来の光導電素子の場合と同様である。図３
（ｂ）の例について簡単に説明すると、主ＰＬ光Ｌ２が
光検出層Ｓ１を励起しキャリアを発生させる。これによ
って電極間の導電率が変化する。両電極Ｑ５、Ｑ６の間
に電圧を印加しておくと、主ＰＬ光Ｌ２が到達したこと
を電流の変化として検知することができる。In the example of FIG. 3B, the GaN-based crystal layer S1
Is a light detection layer. The mechanism of light detection by the photoconductive effect itself is the same as that of the conventional photoconductive element. FIG.
Briefly describing the example of (b), the main PL light L2 excites the photodetection layer S1 to generate carriers. This changes the conductivity between the electrodes. When a voltage is applied between the electrodes Q5 and Q6, the arrival of the main PL light L2 can be detected as a change in current.
【００３５】[0035]
【実施例】実施例１ 本実施例では、ｐｎ接合を有するタイプのＧａＮ系受光
素子を製作した。素子の構造は、図２（ｂ）に示すよう
に、ｐｎ接合（ｐ型Ｓ３／ｎ型Ｓ２）とサファイア基板
１との間に、コンタクト層Ｓ１が中間層として存在する
構造である。EXAMPLE 1 In this example, a GaN-based light receiving element having a pn junction was manufactured. As shown in FIG. 2B, the element has a structure in which a contact layer S1 exists as an intermediate layer between a pn junction (p-type S3 / n-type S2) and the sapphire substrate 1.
【００３６】〔製造方法の概略〕サファイア基板１上
に、ＧａＮバッファ層１ａを介して、以下順に、ｎ型Ｇ
ａＮ層Ｓ１（ドーパントＳｉ、自由電子濃度約１×１０
18ｃｍ-3、厚さ３μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層Ｓ
２（ドーパントＳｉ、自由電子濃度約１×１０16ｃ
ｍ-3、厚さ１００ｎｍ）、ｐ型ＧａＮ層Ｓ３（ドーパン
トＭｇ、自由正孔濃度約５×１０17ｃｍ-3）を成長させ
た。Ｎ2 雰囲気中のアニールによりｐ型化した後、ＲＩ
Ｅによってｎ型ＧａＮ層Ｓ１を部分的に露出させて電極
形成面とし、蒸着によって電極Ｑ１、Ｑ２を形成し、受
光素子を完成させた。[Outline of Manufacturing Method] On a sapphire substrate 1 via a GaN buffer layer 1a, an n-type G
aN layer S1 (dopant Si, free electron concentration about 1 × 10
18 cm −3 , thickness 3 μm), n-type In 0.1 Ga 0.9 N layer S
2 (dopant Si, free electron concentration about 1 × 10 16 c
m −3 , thickness 100 nm) and a p-type GaN layer S3 (dopant Mg, free hole concentration about 5 × 10 17 cm −3 ) were grown. After p-type annealing by annealing in N 2 atmosphere, RI
The n-type GaN layer S1 was partially exposed by E to form an electrode formation surface, and electrodes Q1 and Q2 were formed by vapor deposition to complete a light receiving element.
【００３７】〔評価〕この受光素子に、逆方向に電圧を
印加した状態で、図２（ｂ）に示すようにサファイア基
板へＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ光）Ｌ
１を照射したところ、レーザー光Ｌ１の出力と、当該素
子の検出出力とが、線形性をもって関係していることが
確認でき、受光素子として有用であることがわかった。[Evaluation] With a voltage applied in the reverse direction to this light receiving element, an ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) L was applied to the sapphire substrate as shown in FIG.
Irradiation of No. 1 confirmed that the output of the laser beam L1 and the detection output of the element were linearly related, and proved to be useful as a light receiving element.
【００３８】実施例２ 本実施例では、層Ｓ１〜層Ｓ３の各々の材料を変更した
こと以外は、実施例１と同様の素子を製作した。各層の
仕様は次の通りである。 層Ｓ１；ｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ、ドーパントＳｉ、自
由電子濃度約１×１０ 18ｃｍ-3、厚さ３μｍ。 層Ｓ２；ｎ型ＧａＮ、ドーパントＳｉ、自由電子濃度約
１×１０16ｃｍ-3、厚さ１００ｎｍ。 層Ｓ３；ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ、ドーパントＭｇ、自
由正孔濃度約３×１０ 17ｃｍ-3。Example 2 In this example, the material of each of the layers S1 to S3 was changed.
Except for this, a device similar to that of Example 1 was manufactured. Of each layer
The specifications are as follows. Layer S1; n-type Al0.2Ga0.8N, dopant Si, self
Free electron concentration about 1 × 10 18cm-3, Thickness 3 μm. Layer S2: n-type GaN, dopant Si, free electron concentration about
1 × 1016cm-3, Thickness 100 nm. Layer S3; p-type Al0.2Ga0.8N, dopant Mg, self
About 3 × 10 17cm-3.
【００３９】実施例１と同様の評価実験を行ったとこ
ろ、実施例１の素子に比べて素子の感度が向上している
ことがわかった。When an evaluation experiment similar to that of Example 1 was performed, it was found that the sensitivity of the device was improved as compared with the device of Example 1.
【００４０】実施例３ 本実施例では、ショットキー障壁接合を有するタイプの
ＧａＮ系受光素子を製作した。素子の構造は、図３
（ａ）に示す通りであり、素子中央に設けられたショッ
トキー電極Ｑ３の外周を環状に囲むように、オーミック
電極Ｑ４が層Ｓ１上に形成された構造となっている。Example 3 In this example, a GaN-based light receiving element having a Schottky barrier junction was manufactured. The structure of the element is shown in FIG.
As shown in (a), an ohmic electrode Q4 is formed on the layer S1 so as to annularly surround the outer periphery of the Schottky electrode Q3 provided at the center of the element.
【００４１】〔製造方法の概略〕サファイア基板１上
に、ＧａＮバッファ層１ａを介して、以下順に、ｎ型Ａ
ｌ 0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層Ｓ１（ドーパントＳｉ、自由電子濃
度約１×１０18ｃｍ-3、厚さ３μｍ）、ｎ型ＧａＮ層Ｓ
２（ドーパントＳｉ、自由電子濃度約１×１０16ｃ
ｍ-3、厚さ１μｍ）を成長させた。ＲＩＥによって層Ｓ
２の外周を除去して、層Ｓ１の外周を部分的に露出させ
て電極形成面とし、層Ｓ２上面にはショットキー電極Ｑ
３〔Ａｕ（厚さ０．５μｍ）／Ｐｔ（厚さ０．１μ
ｍ）〕を形成し、露出させた層Ｓ１の電極形成面にはオ
ーミック電極Ｑ４〔Ａｕ（厚さ１μｍ）／Ｔｉ（厚さ
０．１μｍ）〕を形成した。[Outline of Manufacturing Method] On Sapphire Substrate 1
Then, via the GaN buffer layer 1a, the n-type A
l 0.2Ga0.8N layer S1 (dopant Si, free electron concentration
About 1 × 1018cm-3, Thickness 3 μm), n-type GaN layer S
2 (Dopant Si, free electron concentration about 1 × 1016c
m-3, 1 μm thick). Layer S by RIE
2 is removed to partially expose the outer periphery of the layer S1.
And a Schottky electrode Q on the upper surface of the layer S2.
3 [Au (thickness 0.5 μm) / Pt (thickness 0.1 μm)
m)], and the exposed electrode forming surface of the layer S1 is
Electrode Q4 [Au (thickness 1 μm) / Ti (thickness
0.1 μm)].
【００４２】〔評価〕この受光素子に、逆方向のバイア
ス電圧を印加し、図３（ａ）に示すように、サファイア
基板へＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ光）
Ｌ１を照射したところ、ＡｒＦエキシマレーザー光に対
して、良好な受光感度を有することが確認できた。[Evaluation] A reverse bias voltage was applied to this light receiving element, and an ArF excimer laser beam (193 nm wavelength light) was applied to the sapphire substrate as shown in FIG.
Upon irradiation with L1, it was confirmed that the film had good light receiving sensitivity to ArF excimer laser light.
【００４３】実施例４ 本実施例では、光導電効果による光検出が可能なよう
に、ＧａＮ系結晶からなるｎ型低濃度層と、両極のオー
ミック電極とが組み合わされてなるＧａＮ系光導電素子
を製作した。素子の構造は、図３（ｂ）に示す通りであ
る。Embodiment 4 In this embodiment, a GaN-based photoconductive element formed by combining an n-type low-concentration layer made of a GaN-based crystal and ohmic electrodes of both electrodes so that light can be detected by the photoconductive effect. Was made. The structure of the element is as shown in FIG.
【００４４】〔製造方法の概略〕サファイア基板１上
に、ＧａＮバッファ層１ａを介して、以下順に、ｎ型低
濃度Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層Ｓ１（ドーパントＳｉ、自由
電子濃度約１×１０15ｃｍ -3、厚さ３μｍ）、ｎ型低濃
度ＧａＮ層Ｓ２（ドーパントＳｉ、自由電子濃度約１×
１０16ｃｍ-3、厚さ１μｍ）を成長させた。さらに層Ｓ
２上面にはオーミック電極Ｑ５、Ｑ６を、互いに間隔を
おいて対向するように配置した。[Outline of Manufacturing Method] On Sapphire Substrate 1
Then, via the GaN buffer layer 1a, the n-type
Concentration Al0.2Ga0.8N layer S1 (dopant Si, free
Electron concentration about 1 × 10Fifteencm -3, Thickness 3μm), n-type low concentration
Degree GaN layer S2 (dopant Si, free electron concentration about 1 ×
1016cm-3, 1 μm thick). Further layer S
Ohmic electrodes Q5 and Q6 on the top surface
And arranged to face each other.
【００４５】〔評価〕両電極間に電圧を印加した状態
で、図３（ｂ）に示すように、サファイア基板へＡｒＦ
エキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ光）Ｌ１を照射し
たところ、ＡｒＦエキシマレーザー光に対して、良好な
受光感度を有することが確認できた。[Evaluation] With a voltage applied between both electrodes, as shown in FIG.
Irradiation with excimer laser light (wavelength 193 nm) L1 confirmed that the film had good light-receiving sensitivity to ArF excimer laser light.
【００４６】[0046]
【発明の効果】本発明の光検出方法は、サファイア結晶
が示すＰＬ光の発生現象を利用した新たな方法であり、
１９３ｎｍ波長光などの大きなエネルギーを有する光に
対しても、サファイア基板で受光するために、検出部の
劣化が緩和される。また本発明の受光素子は、光検出方
法を高感度な状態で実施し得るものであり、２４８ｎｍ
よりも短い波長の光に対して優れた耐性を有する。The photodetection method of the present invention is a new method utilizing the phenomenon of generation of PL light exhibited by a sapphire crystal.
Since the sapphire substrate receives light having a large energy such as light having a wavelength of 193 nm, deterioration of the detection unit is reduced. Further, the light receiving element of the present invention can perform the light detection method in a state of high sensitivity and has a wavelength of 248 nm.
It has excellent resistance to shorter wavelength light.
【図１】本発明による光検出方法と、その実施に最も好
ましい態様を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a light detection method according to the present invention and a most preferable embodiment for carrying out the method.
【図２】本発明による受光素子のうち、ｐｎ接合を有す
る素子構造の一例を示す模式図である。同図中、ｐｎ接
合によって形成される空乏層ｆ、ｇにはハッチングを施
しており、空乏層端から外側に広がるキャリアの拡散長
以内の領域ｈ、ｅの境界線を一点鎖線で示している。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of an element structure having a pn junction among light receiving elements according to the present invention. In the figure, depletion layers f and g formed by pn junctions are hatched, and the boundaries of regions h and e within the carrier diffusion length extending outward from the end of the depletion layer are indicated by alternate long and short dash lines. .
【図３】本発明の受光素子の他の構成例を示す図であ
る。図３（ａ）は、ショットキー障壁接合を有する素子
構造の一例であり、図３（ｂ）は、光導電素子の一例を
示している。FIG. 3 is a diagram showing another configuration example of the light receiving element of the present invention. FIG. 3A shows an example of an element structure having a Schottky barrier junction, and FIG. 3B shows an example of a photoconductive element.
【図４】サファイア結晶に、ＡｒＦエキシマレーザー光
を照射したときに発生するＰＬ光の発光スペクトルを示
すグラフである。図中（II）で示す６９０ｎｍ付近をピ
ークとするＰＬ光は、発光強度が大きくグラフのスケー
ルと一致していない。FIG. 4 is a graph showing an emission spectrum of PL light generated when sapphire crystal is irradiated with ArF excimer laser light. The PL light having a peak near 690 nm indicated by (II) in the figure has a large emission intensity and does not match the scale of the graph.
Ａ 光検出装置 ａ 光検出部 Ｌ１ 受光対象光 Ｌ２ 主ＰＬ光 １ サファイア結晶（基板） A Photodetector a Photodetector L1 Light to be received L2 Main PL light 1 Sapphire crystal (substrate)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡川 広明 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 大内 洋一郎 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 湖東 雅弘 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 平松 和政 三重県四日市市芝田１丁目４番22号 (72)発明者 濱村 寛 神奈川県相模原市麻溝台１丁目10番１号 株式会社ニコン相模原製作所内 (72)発明者 清水 澄人 東京都品川区西大井１丁目６番３号 株式 会社ニコン大井製作所内 Ｆターム(参考） 5F049 AA02 AA03 AA05 AA20 AB02 AB07 AB12 BA01 BB07 CA01 CA08 CA11 DA18 FA05 GA01 LA05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroaki Ogawa 4-3 Ikejiri, Itami-shi, Hyogo Mitsubishi Cable Industries, Ltd. Itami Works (72) Inventor Yoichiro Ouchi 4-3-3 Ikejiri, Itami-shi, Hyogo Mitsubishi Electric Wire Inside the Itami Works of Industrial Co., Ltd. (72) Masahiro Koto 4-3-1 Ikejiri, Itami-shi, Hyogo Mitsubishi Cable Industries Inside Itami Works, Ltd. (72) Inventor Kazumasa Hiramatsu 1-4-4-2 Shibata, Yokkaichi-shi, Mie Prefecture ( 72) Inventor Hiroshi Hamamura 1-1-10 Asamizodai, Sagamihara City, Kanagawa Prefecture Inside Nikon Sagamihara Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Sumito Shimizu 1-6-3 Nishioi, Shinagawa-ku, Tokyo Nihon Oi Works F-term (Reference) 5F049 AA02 AA03 AA05 AA20 AB02 AB07 AB12 BA01 BB07 CA01 CA08 CA11 DA18 FA05 GA01 LA05
Claims (4)
象光とし、この光をサファイア結晶に受光させ、該サフ
ァイア結晶から発せられるフォトルミネセンス光のう
ち、４５０ｎｍよりも短い波長域に発光強度を有するフ
ォトルミネセンス光を、光検出装置で検出することによ
って、前記受光対象光の受光を検出することを特徴とす
る光検出方法。1. A light having a wavelength shorter than 248 nm is set as a light to be received, and this light is received by a sapphire crystal, and of the photoluminescence light emitted from the sapphire crystal, the light emission intensity is reduced to a wavelength range shorter than 450 nm. A photodetection method comprising: detecting photoluminescence light having the photodetection light with a photodetection device to detect light reception of the light to be received.
あり、上記光検出装置が、該サファイア基板を含み、該
サファイア基板上に、光起電力効果または光導電効果に
よる光検出を可能とするようにＧａＮ系結晶層と電極と
を有する光検出部を形成してなるＧａＮ系受光素子であ
って、受光対象光をサファイア基板に受光させ、サファ
イア基板から素子内へ発せられるフォトルミネセンス光
を光検出部で検出するものである請求項１記載の光検出
方法。2. The method according to claim 1, wherein the sapphire crystal is a sapphire substrate, and the photodetector includes the sapphire substrate, and GaN is formed on the sapphire substrate so that light can be detected by a photovoltaic effect or a photoconductive effect. A GaN-based light receiving element comprising a photodetector having a base crystal layer and an electrode, wherein a sapphire substrate receives light to be received and photoluminescence light emitted from the sapphire substrate into the element. The light detection method according to claim 1, wherein the light is detected by:
検出が可能な光検出部がサファイア基板上に形成されて
なる構造を有し、 ２４８ｎｍよりも短い波長の光を受光対象光として、該
受光対象光をサファイア基板で受けるように用いられる
受光素子であって、 光検出部は、ＧａＮ系結晶からなる光検出層と電極とを
少なくとも有し、光検出層は、下記（Ｉ）のフォトルミ
ネセンス光の励起によって光検出に係るキャリアを発生
する層であり、 光検出層とサファイア基板との間に光検出層のバンドギ
ャップよりも小さいバンドギャップの層が存在しない構
成とされていることを特徴とするＧａＮ系半導体受光素
子。 （Ｉ）受光対象光を受けてサファイア基板から発せられ
るフォトルミネセンス光のうち、４５０ｎｍよりも短い
波長域に発光強度を有するフォトルミネセンス光。3. A photodetector capable of detecting light by a photovoltaic effect or a photoconductive effect is formed on a sapphire substrate, and light having a wavelength shorter than 248 nm is used as light to be received. A light-receiving element used to receive light to be received by a sapphire substrate, wherein the light-detecting portion has at least a light-detecting layer made of a GaN-based crystal and an electrode, and the light-detecting layer is formed by a photo-detector (I) It is a layer that generates carriers related to photodetection by excitation of luminescence light, and has a configuration in which there is no layer with a band gap smaller than the band gap of the photodetection layer between the photodetection layer and the sapphire substrate. A GaN-based semiconductor light receiving element characterized by the following. (I) Of the photoluminescence light emitted from the sapphire substrate upon receiving the light to be received, the photoluminescence light having an emission intensity in a wavelength range shorter than 450 nm.
を有するものである請求項３記載のＧａＮ系半導体受光
素子。 光起電力効果による光検出が可能なように、ＧａＮ系
結晶層からなるｐｎ接合と、ｐ型側電極、ｎ型側電極と
が組み合わされてなる構造。 光起電力効果による光検出が可能なように、ＧａＮ系
結晶層と金属電極とからなるショットキー障壁接合と、
他方の電極とが組み合わされてなる構造。 光導電効果による光検出が可能なように、ＧａＮ系結
晶からなる第一導電型のｉ層と、両極のオーミック電極
とが組み合わされてなる構造。4. The GaN-based semiconductor light receiving device according to claim 3, wherein the photodetector has one of the following structures. A structure formed by combining a pn junction made of a GaN-based crystal layer, a p-side electrode, and an n-side electrode so that light can be detected by the photovoltaic effect. A Schottky barrier junction comprising a GaN-based crystal layer and a metal electrode so that light can be detected by the photovoltaic effect;
A structure that is combined with the other electrode. A structure in which a first conductivity type i-layer made of a GaN-based crystal and ohmic electrodes of both electrodes are combined so that light can be detected by a photoconductive effect.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001008205A1 (en) * | 1999-07-23 | 2001-02-01 | Nikon Corporation | Exposure method, exposure system, light source, and method of device manufacture |
| US7315050B2 (en) | 2001-05-28 | 2008-01-01 | Showa Denko K.K. | Semiconductor device, semiconductor layer and production method thereof |
-
1998
- 1998-09-18 JP JP10265511A patent/JP2000101129A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001008205A1 (en) * | 1999-07-23 | 2001-02-01 | Nikon Corporation | Exposure method, exposure system, light source, and method of device manufacture |
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