JP6628133B2 - 紫外線受光素子 - Google Patents
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Description
本発明は、紫外線受光素子及び紫外線受光素子の製造方法に関する。
紫外線受光素子としては、ＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ構造を用いたｐ型ゲート光ＦＥＴの紫外線センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、従来の紫外線受光素子においては、紫外線に対する受光感度が低いという課題があった。
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明の第１の態様においては、基板と、基板上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第３の窒化物半導体層と、を備え、第３の窒化物半導体層の最大膜厚をＡ（ｎｍ）、最小膜厚をＢ（ｎｍ）としたときに、
０≦１００×Ｂ／Ａ≦０．００４９Ａ２−１．４Ａ＋１００
（ただし、０＜Ａ＜１２０、０＜Ｂ＜１２０）
を満たす紫外線受光素子により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
０≦１００×Ｂ／Ａ≦０．００４９Ａ２−１．４Ａ＋１００
（ただし、０＜Ａ＜１２０、０＜Ｂ＜１２０）
を満たす紫外線受光素子により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
また本発明の第２の態様においては、基板上に有機金属気相成長法を用いてＡｌ原料及びＧａ原料のうち少なくとも一つを供給し、第１の窒化物半導体層を成長させる工程と、第１の窒化物半導体層上にＡｌ原料及びＧａ原料のうち少なくとも一つを供給し、第２の窒化物半導体層を成長させる工程と、第２の窒化物半導体層上にＡｌ原料及びＧａ原料のうち少なくとも一つを供給し、第３の窒化物半導体層を成長させる工程と、第３の窒化物半導体層に対してエッチングを行う工程と、を備え、エッチング後の第３の窒化物半導体層の最大膜厚をＡ（ｎｍ）、最小膜厚をＢ（ｎｍ）としたときに、
０≦１００×Ｂ／Ａ≦０．００５Ａ２−１．４Ａ＋１００
（ただし、０＜Ａ＜１２０、０＜Ｂ＜１２０）
を満たす紫外線受光素子の製造方法により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
０≦１００×Ｂ／Ａ≦０．００５Ａ２−１．４Ａ＋１００
（ただし、０＜Ａ＜１２０、０＜Ｂ＜１２０）
を満たす紫外線受光素子の製造方法により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
本発明によれば、紫外線に対する受光感度の高い紫外線受光素子を実現することができる。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
＜紫外線受光素子＞
本実施形態に係る紫外線受光素子は、基板と、基板上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第３の窒化物半導体層と、を備え、第３の窒化物半導体層の最大膜厚をＡ（ｎｍ）、最小膜厚をＢ（ｎｍ）としたときに、
０≦１００×Ｂ／Ａ≦０．００４９Ａ２−１．４Ａ＋１００
（ただし、０＜Ａ＜１２０、０≦Ｂ＜１２０）…（１）
を満たす紫外線受光素子である。これにより、紫外線に対する受光感度の高い紫外線受光素子を実現することができる。
＜紫外線受光素子＞
本実施形態に係る紫外線受光素子は、基板と、基板上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第３の窒化物半導体層と、を備え、第３の窒化物半導体層の最大膜厚をＡ（ｎｍ）、最小膜厚をＢ（ｎｍ）としたときに、
０≦１００×Ｂ／Ａ≦０．００４９Ａ２−１．４Ａ＋１００
（ただし、０＜Ａ＜１２０、０≦Ｂ＜１２０）…（１）
を満たす紫外線受光素子である。これにより、紫外線に対する受光感度の高い紫外線受光素子を実現することができる。
ここで、本実施形態に係る紫外線受光素子が紫外線を受光する原理は以下の通りである。第１の窒化物半導体層（チャネル）上に、第２の窒化物半導体層（バリア層）を積層させると、チャネルとバリア層との界面に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が発生する。一方で、第３の窒化物半導体層をバリア層上に形成することで、２ＤＥＧに空乏層が生じる。紫外線が入射しない状態（暗状態）では、２ＤＥＧが空乏層によって電気的に切断されるため、ソース電極とドレイン電極との間には測定下限の電流しか流れず、ノーマリーオフが実現される。
第３の窒化物半導体層直下のチャネルに、チャネルのバンドギャップ以上の波長の紫外線が入射すると、チャネルにおいて励起された電子／正孔対が発生する。この発生した電子／正孔対は、後述するソース・ドレイン電極の間の電圧によってそれぞれ電極まで達し、電流として取り出される。
しかしながら、入射した紫外線のエネルギーが第３の窒化物半導体層のバンドギャップよりも大きい場合、入射した紫外線は第３の窒化物半導体層によって吸収されてしまうため、受光感度の低下を招く。
しかしながら、入射した紫外線のエネルギーが第３の窒化物半導体層のバンドギャップよりも大きい場合、入射した紫外線は第３の窒化物半導体層によって吸収されてしまうため、受光感度の低下を招く。
ここで、第３の窒化物半導体層の膜厚に部分的に差がある場合（膜厚が厚い部分と薄い部分が混在している場合）、第３の窒化物半導体層の膜厚が一部薄くなることによりことで、第３の窒化物半導体層の膜厚が均一である場合と比べて紫外線の透過率が高くなり、受光感度が向上する。
さらに、第３の窒化物半導体層の膜厚に部分的に差がある場合、擬似的に第３の窒化物半導体層のゲート長が短い部分が形成されるため、空乏層の幅が短くなる。これによってソース・ドレイン電圧によって空乏層に印加される電界が大きくなり、チャネルにおいて励起された電子／正孔対が電極に到達しやすくなる。
さらに、第３の窒化物半導体層の膜厚に部分的に差がある場合、擬似的に第３の窒化物半導体層のゲート長が短い部分が形成されるため、空乏層の幅が短くなる。これによってソース・ドレイン電圧によって空乏層に印加される電界が大きくなり、チャネルにおいて励起された電子／正孔対が電極に到達しやすくなる。
これらの効果によって従来の構造と比べて、膜厚に部分的に差がある第３の窒化物半導体層を用いることで、紫外線に対する受光感度の向上を得ることが可能となる。
なおここでいう紫外線受光素子とは、波長が２００ｎｍ〜３６５ｎｍの間の光に対して１０２Ａ／Ｗ以上の感度を有することを意味する。
なおここで、「基板上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第１の窒化物半導体層」という表現における「上の」という文言は、基板の上に第１の窒化物半導体層があることを意味するが、基板と第１の窒化物半導体層の間に別の層（例えばバッファ層のような層）が存在する場合もこの表現に含まれる。その他の場合に「上の」という文言を使用する場合にも、同様の意味を有するものとする。
なおここでいう紫外線受光素子とは、波長が２００ｎｍ〜３６５ｎｍの間の光に対して１０２Ａ／Ｗ以上の感度を有することを意味する。
なおここで、「基板上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第１の窒化物半導体層」という表現における「上の」という文言は、基板の上に第１の窒化物半導体層があることを意味するが、基板と第１の窒化物半導体層の間に別の層（例えばバッファ層のような層）が存在する場合もこの表現に含まれる。その他の場合に「上の」という文言を使用する場合にも、同様の意味を有するものとする。
＜基板＞
基板としては、その上に、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第１の窒化物半導体層を形成可能なものであれば特に制限されない。具体的には、基板として、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶基板等が挙げられる。また、基板には不純物が混入していても良い。
基板としては、その上に、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第１の窒化物半導体層を形成可能なものであれば特に制限されない。具体的には、基板として、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶基板等が挙げられる。また、基板には不純物が混入していても良い。
基板の上層側に形成する第１の窒化物半導体層との格子定数差が小さく、格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる観点から、基板はサファイア、ＡｌＮまたはＧａＮであることが好ましい。また基板の上層側に形成する第１の窒化物半導体層を成長させる際に発生する転位を抑制する観点から、基板の最表面における転位密度は１×１０９ｃｍ−２以下であることが好ましい。
（基板の転位密度の測定方法）
基板の転位密度はカソードルミネッセンス法（ＣＬ）、平面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）での測定や、表面に溶融ＫＯＨエッチングを実施した後に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）での測定によって求められる。
基板の転位密度はカソードルミネッセンス法（ＣＬ）、平面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）での測定や、表面に溶融ＫＯＨエッチングを実施した後に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）での測定によって求められる。
＜第１の窒化物半導体層＞
第１の窒化物半導体層は、基板上に形成され、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つの元素を含む層である。第１の窒化物半導体層の材料としては、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つの元素を含むものであれば特に限定されない。第１の窒化物半導体層の材料の一例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等が挙げられる。
第１の窒化物半導体層は、基板上に形成され、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つの元素を含む層である。第１の窒化物半導体層の材料としては、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つの元素を含むものであれば特に限定されない。第１の窒化物半導体層の材料の一例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等が挙げられる。
（第１の窒化物半導体層がＡｌまたはＧａを含むことの確認方法）
第１の窒化物半導体層がＡｌまたはＧａを含むことの確認方法としては、蛍光Ｘ線元素分析法（ＸＲＦ）、ラザフォード後方散乱分光（ＲＢＳ）、二次イオン質量測定ＳＩＭＳおよびＸ線光電子分光（ＸＰＳ）により確認することが可能である。
第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との間（界面付近）で高濃度の２次元電子ガスを発生させるために、第１の窒化物半導体層は、ＡｌＸＧａ１―ＸＮ（０≦Ｘ＜１）からなり、第２の窒化物半導体層は、ＡｌＹＧａ１―ＹＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）からなることが好ましい。第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との間に高濃度の２次元電子ガスが存在することで、光が入射された際に、ソース・ドレイン間に大量の電流が流れることにより高感度の紫外線受光素子が実現する。
第１の窒化物半導体層がＡｌまたはＧａを含むことの確認方法としては、蛍光Ｘ線元素分析法（ＸＲＦ）、ラザフォード後方散乱分光（ＲＢＳ）、二次イオン質量測定ＳＩＭＳおよびＸ線光電子分光（ＸＰＳ）により確認することが可能である。
第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との間（界面付近）で高濃度の２次元電子ガスを発生させるために、第１の窒化物半導体層は、ＡｌＸＧａ１―ＸＮ（０≦Ｘ＜１）からなり、第２の窒化物半導体層は、ＡｌＹＧａ１―ＹＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）からなることが好ましい。第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との間に高濃度の２次元電子ガスが存在することで、光が入射された際に、ソース・ドレイン間に大量の電流が流れることにより高感度の紫外線受光素子が実現する。
（第１の窒化物半導体層のＡｌＸＧａ１―ＸＮのＡｌ組成Ｘの測定方法）
第１の窒化物半導体層のＡｌＸＧａ１―ＸＮのＡｌ組成Ｘは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆａｃｔｉｏｎ）法による２θ−ωスキャンおよび逆格子マッピング測定（ＲＳＭ）を行うことにより測定することができる。
具体的には、基板の表面の面方位に対応する面の面指数の２θ−ωスキャンにおけるピーク位置から第１の窒化物半導体層のＡｌＸＧａ１―ＸＮの格子定数を求めることができる。
第１の窒化物半導体層のＡｌＸＧａ１―ＸＮのＡｌ組成Ｘは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆａｃｔｉｏｎ）法による２θ−ωスキャンおよび逆格子マッピング測定（ＲＳＭ）を行うことにより測定することができる。
具体的には、基板の表面の面方位に対応する面の面指数の２θ−ωスキャンにおけるピーク位置から第１の窒化物半導体層のＡｌＸＧａ１―ＸＮの格子定数を求めることができる。
ここで基板が所定の面方位に精度良く切断された基板（ジャスト基板）の場合には、上記のようにジャスト基板の面方位に対応する面の面指数の２θ−ωスキャンにおけるピーク位置から格子定数を求めることができる。
また基板が所定の面方位からオフ角を付与して切断された基板（オフ基板）の場合には、オフ基板の表面からオフ角の分だけずらした角度からＸ線を入射させて２θ−ωスキャンを行うことで、そこから第１の窒化物半導体層のＡｌＸＧａ１―ＸＮの格子定数を求めることができる。
また基板が所定の面方位からオフ角を付与して切断された基板（オフ基板）の場合には、オフ基板の表面からオフ角の分だけずらした角度からＸ線を入射させて２θ−ωスキャンを行うことで、そこから第１の窒化物半導体層のＡｌＸＧａ１―ＸＮの格子定数を求めることができる。
ここで発光層の第１の窒化物半導体層のＡｌＸＧａ１―ＸＮの格子定数からＡｌ組成Ｘを求める際には、Ｖｅｇａｒｄ則を用いて混晶組成比の決定することができる。Ｖｅｇａｒｄ則は具体的には以下の式（２）で表される。
ａＡＢ＝ｘａＡ＋（１−ｘ）ａＢ …（２）
ここでａＡはＡｌＮ、ａＢはＧａＮの格子定数であり、ａＡＢは上記のＸ線回折により求まる第１の窒化物半導体層のＡｌＸＧａ１―ＸＮの格子定数である。ここで、ａＡやａＢは「Ｓ．Ｓｔｒｉｔｅ ａｎｄ Ｈ．Ｍｏｒｋｏ，ＧａＮ，ＡＩＮ，ａｎｄＩｎＮ：Ａ ｒｅｖｉｅｗ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂ１０，１２３７（１９９２）；ｄｏｉ：１０．１１１６／１．５８５８９７」に記載された値（ａＡ＝３．１１２Å、ａＢ＝３．１８９Å）を使用することができる。これにより式（２）からＡｌ組成Ｘの値を求めることができる。
ａＡＢ＝ｘａＡ＋（１−ｘ）ａＢ …（２）
ここでａＡはＡｌＮ、ａＢはＧａＮの格子定数であり、ａＡＢは上記のＸ線回折により求まる第１の窒化物半導体層のＡｌＸＧａ１―ＸＮの格子定数である。ここで、ａＡやａＢは「Ｓ．Ｓｔｒｉｔｅ ａｎｄ Ｈ．Ｍｏｒｋｏ，ＧａＮ，ＡＩＮ，ａｎｄＩｎＮ：Ａ ｒｅｖｉｅｗ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂ１０，１２３７（１９９２）；ｄｏｉ：１０．１１１６／１．５８５８９７」に記載された値（ａＡ＝３．１１２Å、ａＢ＝３．１８９Å）を使用することができる。これにより式（２）からＡｌ組成Ｘの値を求めることができる。
一方で、２θ−ωスキャンだけでは緩和率を求めることができないため、正確なＡｌ組成を算出することができない。そこで、（１０５）面および（２０４）面などの非対称面において、逆格子マッピングを行うことが有用である。具体的には最も基板とＡｌＸＧａ１―ＸＮが逆格子空間で分離される（２０４）面で基板の２θ−ωピークが最大となる点を測定する。そこからωを０．０１°間隔で変化させながら２θ−ωをスキャンする。これを繰り返し、得られたＱｘ、Ｑｙをマッピングすることにより、ＡｌＸＧａ１―ＸＮが基板に対して、どれだけ緩和しているかを算出できる。この緩和率と上記で算出された格子定数を基に、正確なＡｌ組成を得ることが可能となる。
また結晶性を担保する観点から、第１の窒化物半導体層がＡｌＸＧａ１―ＸＮ（０≦Ｘ＜１）からなる場合には、アンドープであることが好ましい。ここで、アンドープとは、不純物がドープされていないことを意味し、例えば、不純物の濃度が１×１０１６ｃｍ−３未満の状態を意味する。その他の場合に「アンドープ」という文言を使用する場合にも、同様の意味を有するものとする。
また、第１の窒化物半導体層は、ＡｌＸＧａ１―ＸＮ（０．０≦Ｘ＜０．６）からなり、第２の窒化物半導体層は、ＡｌＹＧａ１―ＹＮ（０．６≦Ｙ≦０．９）からなることが好ましい。これはチャネルの界面に高濃度の２次元電子ガスを蓄積させるためである。ここで、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層のＡｌ組成の差が大きい程、高濃度の２次元電子ガスが発生するが、Ａｌ組成の差が大きくなり過ぎると、格子定数の差により第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との界面で欠陥を生じ、暗状態においても電流がリークするという問題が起きる。従って、上記のＡｌ組成の範囲内にあることが好ましい。
また光照射時にソース・ドレイン間に高い電流を得るための観点から、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との界面に濃度が１×１０１０ｃｍ−２以上１×１０１３ｃｍ−２以下の２次元電子ガスを有することが好ましい。
また光照射時にソース・ドレイン間に高い電流を得るための観点から、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との界面に濃度が１×１０１０ｃｍ−２以上１×１０１３ｃｍ−２以下の２次元電子ガスを有することが好ましい。
（２次元電子ガス濃度の測定方法）
２次元電子ガスの測定方法として、水銀プローブを用いたＣＶ測定が挙げられる。ＣＶ測定ではキャリアの深さ分布およびキャリア濃度の分布を得ることができる。より詳細に分布を求めたい場合はサンプルを劈開後に断面を走査型非線形誘電率顕微鏡（ＳＮＤＭ）によって測定することも可能である。キャリア濃度を詳細に求めたい場合は電極を蒸着してＨａｌｌ測定を行うことも可能である。
また基板と窒化物半導体層との界面での欠陥発生を抑制するための観点から、基板がサファイアまたはＡｌＮである場合には、基板と第１の窒化物半導体層との間に、ＡｌＺＧａ１―ＺＮ（０≦Ｚ≦１）からなるバッファ層をさらに備えることが好ましい。
２次元電子ガスの測定方法として、水銀プローブを用いたＣＶ測定が挙げられる。ＣＶ測定ではキャリアの深さ分布およびキャリア濃度の分布を得ることができる。より詳細に分布を求めたい場合はサンプルを劈開後に断面を走査型非線形誘電率顕微鏡（ＳＮＤＭ）によって測定することも可能である。キャリア濃度を詳細に求めたい場合は電極を蒸着してＨａｌｌ測定を行うことも可能である。
また基板と窒化物半導体層との界面での欠陥発生を抑制するための観点から、基板がサファイアまたはＡｌＮである場合には、基板と第１の窒化物半導体層との間に、ＡｌＺＧａ１―ＺＮ（０≦Ｚ≦１）からなるバッファ層をさらに備えることが好ましい。
＜第２の窒化物半導体層＞
第２の窒化物半導体層は、第１の窒化物半導体層上に形成され、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む層である。第２の窒化物半導体層の材料としては、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つの元素を含むものであれば特に限定されない。第２の窒化物半導体層の材料の一例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等が挙げられる。
第２の窒化物半導体層は、第１の窒化物半導体層上に形成され、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む層である。第２の窒化物半導体層の材料としては、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つの元素を含むものであれば特に限定されない。第２の窒化物半導体層の材料の一例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等が挙げられる。
またチャネルの界面に高濃度の２次元電子ガスを蓄積させる観点から、第２の窒化物半導体層は、第１の窒化物半導体層よりも格子定数が小さいことが好ましい。
また結晶性を担保する観点から、第２の窒化物半導体層がＡｌＹＧａ１―ＹＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）からなる場合には、アンドープであることが好ましい。
第２の窒化物半導体層の膜厚は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。
また結晶性を担保する観点から、第２の窒化物半導体層がＡｌＹＧａ１―ＹＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）からなる場合には、アンドープであることが好ましい。
第２の窒化物半導体層の膜厚は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。
＜第３の窒化物半導体層＞
本実施形態に係る紫外線受光素子において、第３の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層上に形成され、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む。また第３の窒化物半導体層は、最大膜厚をＡ（ｎｍ）、最小膜厚をＢ（ｎｍ）としたときに、
０≦１００×Ｂ／Ａ≦０．００４９Ａ２−１．４Ａ＋１００
（ただし、０＜Ａ＜１２０、０＜Ｂ＜１２０）
を満たす。第３の窒化物半導体層は第２の窒化物半導体層上の一部に形成されていてもよい。第３の窒化物半導体層の材料としては、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つの元素を含むものであれば特に限定されない。第３の窒化物半導体層の材料の一例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等が挙げられる。
本実施形態に係る紫外線受光素子において、第３の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層上に形成され、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む。また第３の窒化物半導体層は、最大膜厚をＡ（ｎｍ）、最小膜厚をＢ（ｎｍ）としたときに、
０≦１００×Ｂ／Ａ≦０．００４９Ａ２−１．４Ａ＋１００
（ただし、０＜Ａ＜１２０、０＜Ｂ＜１２０）
を満たす。第３の窒化物半導体層は第２の窒化物半導体層上の一部に形成されていてもよい。第３の窒化物半導体層の材料としては、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つの元素を含むものであれば特に限定されない。第３の窒化物半導体層の材料の一例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等が挙げられる。
（最大膜厚と最小膜厚の測定方法）
最大膜厚と最小膜厚は触診式段差測定器やレーザー顕微鏡による段差測定、また段差が数ｎｍレベルの場合は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定することができる。なお、第３の窒化物半導体層を上面視したときに、第３の窒化物半導体層の内部（すなわち、第３の窒化物半導体層の外周より内側）に、第２の窒化物半導体層が露出している部分が存在する場合には、第３の窒化物半導体層の最小膜厚は０ｎｍと定義する。
最大膜厚と最小膜厚は触診式段差測定器やレーザー顕微鏡による段差測定、また段差が数ｎｍレベルの場合は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定することができる。なお、第３の窒化物半導体層を上面視したときに、第３の窒化物半導体層の内部（すなわち、第３の窒化物半導体層の外周より内側）に、第２の窒化物半導体層が露出している部分が存在する場合には、第３の窒化物半導体層の最小膜厚は０ｎｍと定義する。
また第３の窒化物半導体層に入射した紫外線を効率良く光電変換する観点から、第３の窒化物半導体層の最大膜厚Ａ（ｎｍ）は、２≦Ａ≦１００を満たすことが好ましい。第３の窒化物半導体層の最大膜厚が上記の範囲にあることで、入射した紫外線が第３の窒化物半導体層によって吸収されることを低減することが可能となり、紫外線に対する受光感度がさらに高くなる。なお、第３の窒化物半導体層の最大膜厚を２ｎｍよりも小さくしようとすると、空乏化が充分になされず、暗電流が増大するという問題が生じる。
また紫外線が透過する領域と短ゲート長効果を得られる領域の両方を広くする観点から、第３の窒化物半導体層はパターニング構造を有することが好ましい。ここで、パターニング構造とは、膜厚の厚い部分と薄い部分を有する特定のパターンが第３の窒化物半導体層の全面に形成されていることを意味する。上記のパターンは、膜厚の厚い部分と薄い部分を有するようなものであればどのようなパターンでもよく、また複数のパターンを組み合わせたものも、本発明のパターニング構造に含まれる。
またエッチングにより第３の窒化物半導体層を加工する際の加工容易性の観点から、第３の窒化物半導体層は凹凸構造を有し、凹凸構造の凹部と凸部の膜厚の差が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。
ここで、凹凸構造とは、第２の窒化物半導体層の上面を基準面として、第３の窒化物半導体層に膜厚の厚い部分（凸部）と膜厚の薄い部分（凹部）とが形成されていることを意味する。
ここで、凹凸構造とは、第２の窒化物半導体層の上面を基準面として、第３の窒化物半導体層に膜厚の厚い部分（凸部）と膜厚の薄い部分（凹部）とが形成されていることを意味する。
また暗電流を抑制しつつ光電流を得るという観点から、凹凸構造の隣り合う凸部同士の間隔は０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
また暗電流を抑制しつつ光電流を得るという観点から、凹凸構造の凹部の面積は０．１μｍ２以上１０μｍ２以下であることが好ましい。
またｐ−ｎ接合による空乏層形成の観点から、第３の窒化物半導体層は、ドーパントとしてＭｇ、ＺｎまたはＢｅを含むことが好ましい。また上記のドーパント濃度は、１×１０１６ｃｍ−３以上であることが好ましく、５×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。
また暗電流を抑制しつつ光電流を得るという観点から、凹凸構造の凹部の面積は０．１μｍ２以上１０μｍ２以下であることが好ましい。
またｐ−ｎ接合による空乏層形成の観点から、第３の窒化物半導体層は、ドーパントとしてＭｇ、ＺｎまたはＢｅを含むことが好ましい。また上記のドーパント濃度は、１×１０１６ｃｍ−３以上であることが好ましく、５×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。
（ドーパント濃度の測定方法）
ドーパント濃度の測定方法としては、二次イオン質量測定（ＳＩＭＳ）を用いた不純物元素量の測定を行うことによって求めることができる。
また空乏層に高電界を印加するための観点から、第３の窒化物半導体層のゲート長は０．２μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。ここでゲート長とは、ソース・ドレイン電極方向の第３の窒化物半導体層の長さを意味し、これが上記範囲内にあることでソース・ドレイン電圧によって空乏層に高電界が印加され、入射光によって発生した電子／正孔対を容易に電流として取り出すことが可能になるという効果を奏する。
ドーパント濃度の測定方法としては、二次イオン質量測定（ＳＩＭＳ）を用いた不純物元素量の測定を行うことによって求めることができる。
また空乏層に高電界を印加するための観点から、第３の窒化物半導体層のゲート長は０．２μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。ここでゲート長とは、ソース・ドレイン電極方向の第３の窒化物半導体層の長さを意味し、これが上記範囲内にあることでソース・ドレイン電圧によって空乏層に高電界が印加され、入射光によって発生した電子／正孔対を容易に電流として取り出すことが可能になるという効果を奏する。
＜ソース電極、ドレイン電極＞
本実施形態の紫外線受光素子は、第２の窒化物半導体層上に、ソース電極及びドレイン電極をさらに備えてもよい。ソース電極及びドレイン電極は、第２の窒化物半導体層上に形成され、紫外線受光素子にバイアス電圧を印加することが可能であり、入射光によって発生した電流を取り出すことが可能なものであれば特に限定されない。ソース電極及びドレイン電極の材料の一例としては、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｖ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｖ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｍｏ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｍｏ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ、等が挙げられる。これらの各例において、電極材料の上下の位置は、下層／上層である。
またコンタクト抵抗低減の観点から、ソース電極およびドレイン電極は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏのうち少なくとも一つを含むことが好ましい。
本実施形態の紫外線受光素子は、第２の窒化物半導体層上に、ソース電極及びドレイン電極をさらに備えてもよい。ソース電極及びドレイン電極は、第２の窒化物半導体層上に形成され、紫外線受光素子にバイアス電圧を印加することが可能であり、入射光によって発生した電流を取り出すことが可能なものであれば特に限定されない。ソース電極及びドレイン電極の材料の一例としては、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｖ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｖ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｍｏ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｍｏ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ、等が挙げられる。これらの各例において、電極材料の上下の位置は、下層／上層である。
またコンタクト抵抗低減の観点から、ソース電極およびドレイン電極は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏのうち少なくとも一つを含むことが好ましい。
＜構造の具体例＞
次に、本実施形態に係る紫外線受光素子の構造の具体例を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、各図は模式的なものであり、各層の厚さは現実のものとは異なり、各層の厚さの比率も現実のものとは異なる場合がある。具体的な厚さと寸法は、本実施形態や実施例の説明を参酌して判断すべきものである。
次に、本実施形態に係る紫外線受光素子の構造の具体例を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、各図は模式的なものであり、各層の厚さは現実のものとは異なり、各層の厚さの比率も現実のものとは異なる場合がある。具体的な厚さと寸法は、本実施形態や実施例の説明を参酌して判断すべきものである。
（第１、第２の構成例）
図１は、本実施形態に係る紫外線受光素子の第１の構成例を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る紫外線受光素子は、基板１と、基板１上に形成された第１の窒化物半導体層１１と、第１の窒化物半導体層１１上に形成された第２の窒化物半導体層１２と、第２の窒化物半導体層１２上に形成された第３の窒化物半導体層１３とを備える。図１に示すように、第３の窒化物半導体層１３は、最大膜厚をＡ（ｎｍ）、最小膜厚をＢ（ｎｍ）としたときに、
０≦１００×Ｂ／Ａ≦０．００４９Ａ２−１．４Ａ＋１００…（１）
（ただし、０＜Ａ＜１２０、０≦Ｂ＜１２０）
を満たすようになっている。
図１は、本実施形態に係る紫外線受光素子の第１の構成例を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る紫外線受光素子は、基板１と、基板１上に形成された第１の窒化物半導体層１１と、第１の窒化物半導体層１１上に形成された第２の窒化物半導体層１２と、第２の窒化物半導体層１２上に形成された第３の窒化物半導体層１３とを備える。図１に示すように、第３の窒化物半導体層１３は、最大膜厚をＡ（ｎｍ）、最小膜厚をＢ（ｎｍ）としたときに、
０≦１００×Ｂ／Ａ≦０．００４９Ａ２−１．４Ａ＋１００…（１）
（ただし、０＜Ａ＜１２０、０≦Ｂ＜１２０）
を満たすようになっている。
なおこの場合、第３の窒化物半導体層１３の別の形状として、図２のような形状も考えられる。
図２は、本実施形態に係る紫外線受光素子の第２の構成例を示す断面図である。
図１に示したように、第１の構成例における第３の窒化物半導体層１３の断面視による形状（以下、断面形状）は、凹形状である。凹形状とは、外周部に最大膜厚Ａを有する部分１３１が存在し、中央部に最小膜厚Ｂを有する部分１３２が存在する形状のことである。
図２は、本実施形態に係る紫外線受光素子の第２の構成例を示す断面図である。
図１に示したように、第１の構成例における第３の窒化物半導体層１３の断面視による形状（以下、断面形状）は、凹形状である。凹形状とは、外周部に最大膜厚Ａを有する部分１３１が存在し、中央部に最小膜厚Ｂを有する部分１３２が存在する形状のことである。
これに対し、図２に示す第２の構成例における第３の窒化物半導体層１３の断面形状は、凸形状である。凸形状とは、外周部に最小膜厚Ｂを有する部分１３２が存在し、中央部に最大膜厚Ａを有する部分１３１が存在する形状のことである。
図１、図２、及び、後述する図５〜８において、第３の窒化物半導体層１３の最大膜厚Ａは、例えば、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。また、第３の窒化物半導体層１３の最大膜厚Ａと最小膜厚Ｂとの膜厚差Ａ−Ｂは、例えば、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。また、図１及び、後述する図５〜８において、第３の窒化物半導体層１３のうち、最大膜厚Ａを有する部分１３１同士の間隔Ｃは、例えば、０．５μｍ以上１０μｍ以下である。
なお、本発明において、第３の窒化物半導体層１３の形状は図１、図２の何れに示す形状でもよく、また、上記の（１）式を満たすことを前提に図１、図２に示す以外の他の形状であってもよい。例えば、第３の窒化物半導体層１３の形状は、以下の図３〜図８に示す形状であってもよい。
図１、図２、及び、後述する図５〜８において、第３の窒化物半導体層１３の最大膜厚Ａは、例えば、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。また、第３の窒化物半導体層１３の最大膜厚Ａと最小膜厚Ｂとの膜厚差Ａ−Ｂは、例えば、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。また、図１及び、後述する図５〜８において、第３の窒化物半導体層１３のうち、最大膜厚Ａを有する部分１３１同士の間隔Ｃは、例えば、０．５μｍ以上１０μｍ以下である。
なお、本発明において、第３の窒化物半導体層１３の形状は図１、図２の何れに示す形状でもよく、また、上記の（１）式を満たすことを前提に図１、図２に示す以外の他の形状であってもよい。例えば、第３の窒化物半導体層１３の形状は、以下の図３〜図８に示す形状であってもよい。
（第３〜第８の構成例）
図３、図４は、本実施形態に係る紫外線受光素子の第３、第４の構成例を示す上面図である。図５〜図８は、本実施形態に係る紫外線受光素子の第５〜第７の構成例を示す断面図である。
図３、図４は、本実施形態に係る紫外線受光素子の第３、第４の構成例を示す上面図である。図５〜図８は、本実施形態に係る紫外線受光素子の第５〜第７の構成例を示す断面図である。
図３に示すように、第３の窒化物半導体層１３はパターニング構造を有していてもよい。パターニング構造とは、（成膜後に予め設定した形状にエッチング加工 した構造のことである。図３は、パターニング構造の一例を示している。また、パターニング構造の他の例として、図４に示すようなものでもよい。
また、このときの断面形状（例えば、図３に示す上面図をＸ３−Ｘ３’線で切断した断面形状、または、図４に示す上面図をＸ４−Ｘ４’線で切断した断面形状）の一例として、図５〜図８に示す形状が考えられる。
図５〜図８に示すように、第３の窒化物半導体層１３は、断面視で凹凸構造を有していてもよい。
図５〜図８に示すように、第３の窒化物半導体層１３は、断面視で凹凸構造を有していてもよい。
図５、図７は、第３の窒化物半導体層１３を上面視したときに、第３の窒化物半導体層１３の内部に、第２の窒化物半導体層１２が露出している部分が存在しない場合を例示している。この場合、第３の窒化物半導体層１３の最小膜厚Ｂを有する部分１３２が凹凸構造の凹部に該当し、第３の窒化物半導体層１３の最大膜厚Ａを有する部分１３１が凹凸構造の凸部に該当する。
図５、図７において、凹部と凸部の膜厚差は、最大膜厚Ａを有する部分１３１と最小膜厚Ｂを有する部分１３２との膜厚差Ａ−Ｂである。また、図５、図７において、凹凸構造の隣り合う凸部同士の間隔は、最大膜厚Ａを有する部分１３１同士の間隔Ｃである。
一方、図６、図８は、第３の窒化物半導体層１３を上面視したときに、第３の窒化物半導体層１３の内部に、第２の窒化物半導体層１２が露出している部分が存在する場合を例示している。この場合、第３の窒化物半導体層１３の内部で第２の窒化物半導体層１２が露出している部分が凹凸構造の凹部に該当し、第２の窒化物半導体層１２が露出していない部分（すなわち、第３の窒化物半導体層１３が存在する部分）が凹凸構造の凸部に該当する。
図６、図８において、第３の窒化物半導体層１３の最小膜厚Ｂは、上述の定義により、０ｎｍである。このため、凹部と凸部の膜厚差は、Ａ−Ｂ＝Ａとなる。また、図６、図８において、凹凸構造の隣り合う凸部同士の間隔は、隣り合う第３の窒化物半導体層１３同士の間隔Ｃとなる。
一方、図６、図８は、第３の窒化物半導体層１３を上面視したときに、第３の窒化物半導体層１３の内部に、第２の窒化物半導体層１２が露出している部分が存在する場合を例示している。この場合、第３の窒化物半導体層１３の内部で第２の窒化物半導体層１２が露出している部分が凹凸構造の凹部に該当し、第２の窒化物半導体層１２が露出していない部分（すなわち、第３の窒化物半導体層１３が存在する部分）が凹凸構造の凸部に該当する。
図６、図８において、第３の窒化物半導体層１３の最小膜厚Ｂは、上述の定義により、０ｎｍである。このため、凹部と凸部の膜厚差は、Ａ−Ｂ＝Ａとなる。また、図６、図８において、凹凸構造の隣り合う凸部同士の間隔は、隣り合う第３の窒化物半導体層１３同士の間隔Ｃとなる。
（第９の構成例）
図９は、本実施形態に係る紫外線受光素子の第９の構成例を示す断面図である。第９の構成例では、第１の構成例の紫外線受光素子が部分的にエッチングされ、ソース電極１４及びドレイン電極１５が形成されている。図９に示すように、第３の窒化物半導体層１３のゲート長Ｌは、例えば０．２μｍ以上５μｍ以下である。
図９は、本実施形態に係る紫外線受光素子の第９の構成例を示す断面図である。第９の構成例では、第１の構成例の紫外線受光素子が部分的にエッチングされ、ソース電極１４及びドレイン電極１５が形成されている。図９に示すように、第３の窒化物半導体層１３のゲート長Ｌは、例えば０．２μｍ以上５μｍ以下である。
＜紫外線受光素子の製造方法＞
次に、本実施形態の紫外線受光素子の製造方法について説明する。
本実施形態に係る紫外線受光素子の製造方法は、基板上に有機金属気相成長法を用いてＡｌ原料及びＧａ原料のうち少なくとも一つを供給し、第１の窒化物半導体層を成長させる工程と、第１の窒化物半導体層上にＡｌ原料及びＧａ原料のうち少なくとも一つを供給し、第２の窒化物半導体層を成長させる工程と、第２の窒化物半導体層上にＡｌ原料及びＧａ原料のうち少なくとも一つを供給し、第３の窒化物半導体層を成長させる工程と、第３の窒化物半導体層に対してエッチングを行う工程と、を備え、エッチング後の第３の窒化物半導体層の最大膜厚をＡ（ｎｍ）、最小膜厚をＢ（ｎｍ）としたときに、
０≦１００×Ｂ／Ａ≦０．００５Ａ２−１．４Ａ＋１００…（１）
（ただし、０＜Ａ＜１２０、０≦Ｂ＜１２０）
を満たす。
次に、本実施形態の紫外線受光素子の製造方法について説明する。
本実施形態に係る紫外線受光素子の製造方法は、基板上に有機金属気相成長法を用いてＡｌ原料及びＧａ原料のうち少なくとも一つを供給し、第１の窒化物半導体層を成長させる工程と、第１の窒化物半導体層上にＡｌ原料及びＧａ原料のうち少なくとも一つを供給し、第２の窒化物半導体層を成長させる工程と、第２の窒化物半導体層上にＡｌ原料及びＧａ原料のうち少なくとも一つを供給し、第３の窒化物半導体層を成長させる工程と、第３の窒化物半導体層に対してエッチングを行う工程と、を備え、エッチング後の第３の窒化物半導体層の最大膜厚をＡ（ｎｍ）、最小膜厚をＢ（ｎｍ）としたときに、
０≦１００×Ｂ／Ａ≦０．００５Ａ２−１．４Ａ＋１００…（１）
（ただし、０＜Ａ＜１２０、０≦Ｂ＜１２０）
を満たす。
Ａｌ原料としては例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いることができる。またＧａ原料としては例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を用いることができる。またＮ原料としては例えば、アンモニア（ＮＨ３）を用いることができる。
第３の窒化物半導体層のエッチング方法としては、誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）などの一般的な方法を用いることができる。
第３の窒化物半導体層のエッチング方法としては、誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）などの一般的な方法を用いることができる。
以下、本発明の実施例と、比較例とについてそれぞれ説明する。
［実施例１］
２インチのサファイア基板上に有機金属堆積法を用いて、サファイア基板の表面温度を１２５０℃に保った状態で、ＡｌＮ（バッファ層に相当）を３μｍ成長させた。次に、ＡｌＮの表面温度を１１００℃に保った状態で、ＡｌＮ上にＡｌＸＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５、第１の窒化物半導体層に相当）を５００ｎｍ成長させた。さらに、ＡｌＸＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５）の表面温度を１１００℃に保った状態で、ＡｌＸＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５）上にＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６５、第２の窒化物半導体層に相当）を２５ｎｍ成長させた。
［実施例１］
２インチのサファイア基板上に有機金属堆積法を用いて、サファイア基板の表面温度を１２５０℃に保った状態で、ＡｌＮ（バッファ層に相当）を３μｍ成長させた。次に、ＡｌＮの表面温度を１１００℃に保った状態で、ＡｌＮ上にＡｌＸＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５、第１の窒化物半導体層に相当）を５００ｎｍ成長させた。さらに、ＡｌＸＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５）の表面温度を１１００℃に保った状態で、ＡｌＸＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５）上にＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６５、第２の窒化物半導体層に相当）を２５ｎｍ成長させた。
このとき取り出したサンプルに対し、Ｃ−Ｖ測定を実施したところ、ＡｌＸＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５）とＡｌＸＧａ１―ＸＮ（Ｘ＝０．５）上にＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）界面に誘起された２次元電子ガス（２ＤＥＧ）のキャリア濃度は１．３×１０−１３ｃｍ−２であった。
その後、ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６５）の表面温度を１１００℃に保った状態で、ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６５）上にＭｇを３．０×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ−ＧａＮ（第３の窒化物半導体層に相当）を２ｎｍ成長させた。
その後、ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６５）の表面温度を１１００℃に保った状態で、ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６５）上にＭｇを３．０×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ−ＧａＮ（第３の窒化物半導体層に相当）を２ｎｍ成長させた。
得られたウエハに洗浄を実施し、高速熱処理（ＲＴＡ）を８００℃で１０分間施すことでＭｇの活性化を行った。
続いて、３０μｍ×１００μｍのレジストマスクを作成した後に、ＡｌＮの層までメサ分離工程を実施し、素子間を電気的に絶縁した。次に８μｍ間隔でソース電極およびドレイン電極を蒸着した。電極にはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕを使用した。電極の膜厚はそれぞれ２０，８０，３５，１００ｎｍとした。
続いて、３０μｍ×１００μｍのレジストマスクを作成した後に、ＡｌＮの層までメサ分離工程を実施し、素子間を電気的に絶縁した。次に８μｍ間隔でソース電極およびドレイン電極を蒸着した。電極にはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕを使用した。電極の膜厚はそれぞれ２０，８０，３５，１００ｎｍとした。
続いて、ｐ−ＧａＮに対して２μｍ×１０μｍのレジストマスクを作成した後に、ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６）層までＩＣＰによるエッチング工程を実施し、２μｍ（ゲート長）×１０μｍ（ゲート幅）の形状に加工した。このｐ−ＧａＮに対し、０．２μｍ×９０μｍサイズの短冊形状が５本入るマスクを用いて、ＩＣＰを用いてエッチングを行い、紫外線受光素子を得た。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は２ｎｍ、最小膜厚は０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は０％であった。
紫外線受光素子の特性の測定は、電流電圧測定にはパラメーターアナライザーおよびプローブ測定器を用いた。光源として疑似太陽光光源に分光器を併用することで任意の波長と強度を得ることとした。測定はすべて４５μＷ／ｃｍ２の光源の強度で実施した。
紫外線受光素子の特性の測定は、電流電圧測定にはパラメーターアナライザーおよびプローブ測定器を用いた。光源として疑似太陽光光源に分光器を併用することで任意の波長と強度を得ることとした。測定はすべて４５μＷ／ｃｍ２の光源の強度で実施した。
光の照射が無い暗状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に暗電流３．３×１０−９Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流６．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると７．０×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．８×１０３であった。ここで、Ｓ／Ｎとは、暗電流（３．３×１０−９Ａ）に対する２５０ｎｍの紫外線を照射した状態での光電流（６．０×１０−６Ａ）の比を意味する。
［実施例２］
ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は２ｎｍ、最小膜厚は０．５ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は２５％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は２．１×１０−９Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流３．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると３．５×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．４×１０４であった。
ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は２ｎｍ、最小膜厚は０．５ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は２５％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は２．１×１０−９Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流３．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると３．５×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．４×１０４であった。
［実施例３］
ｐ−ＧａＮを１０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は１０ｎｍ、最小膜厚は０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は９．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流５．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると５．８×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは５．６×１０３であった。
ｐ−ＧａＮを１０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は１０ｎｍ、最小膜厚は０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は９．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流５．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると５．８×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは５．６×１０３であった。
［実施例４］
ｐ−ＧａＮを１０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は１０ｎｍ、最小膜厚は５ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は５０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は５．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流２．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると２．３×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは４．０×１０３であった。
ｐ−ＧａＮを１０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は１０ｎｍ、最小膜厚は５ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は５０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は５．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流２．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると２．３×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは４．０×１０３であった。
［実施例５］
ｐ−ＧａＮを１０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は１０ｎｍ、最小膜厚は７．５ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は７５％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は３．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．５×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると１．８×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは５．０×１０３であった。
ｐ−ＧａＮを１０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は１０ｎｍ、最小膜厚は７．５ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は７５％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は３．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．５×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると１．８×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは５．０×１０３であった。
［実施例６］
ｐ−ＧａＮを２０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は２０ｎｍ、最小膜厚は０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は６．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流４．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると４．７×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは６．７×１０３であった。
ｐ−ＧａＮを２０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は２０ｎｍ、最小膜厚は０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は６．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流４．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると４．７×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは６．７×１０３であった。
［実施例７］
ｐ−ＧａＮを２０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は２０ｎｍ、最小膜厚は１０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は５０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は８．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．８×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると２．１×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは２．３×１０３であった。
ｐ−ＧａＮを２０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は２０ｎｍ、最小膜厚は１０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は５０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は８．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．８×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると２．１×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは２．３×１０３であった。
［実施例８］
ｐ−ＧａＮを２０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は２０ｎｍ、最小膜厚は１４ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は７０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は９．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．２×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると１．４×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．３×１０４であった。
ｐ−ＧａＮを２０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は２０ｎｍ、最小膜厚は１４ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は７０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は９．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．２×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると１．４×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．３×１０４であった。
［実施例９］
ｐ−ＧａＮを３５ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は３５ｎｍ、最小膜厚は０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は３．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流３．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると３．５×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．０×１０４であった。
ｐ−ＧａＮを３５ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は３５ｎｍ、最小膜厚は０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は３．０×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流３．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると３．５×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．０×１０４であった。
［実施例１０］
ｐ−ＧａＮを３５ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は３５ｎｍ、最小膜厚は１７．５ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は５０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は１．５×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．５×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると１．８×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．０×１０４であった。
ｐ−ＧａＮを３５ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は３５ｎｍ、最小膜厚は１７．５ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は５０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は１．５×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．５×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると１．８×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．０×１０４であった。
［実施例１１］
ｐ−ＧａＮを６０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は６０ｎｍ、最小膜厚は０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は１．４×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流２．４×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると２．８×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．７×１０４であった。
ｐ−ＧａＮを６０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は６０ｎｍ、最小膜厚は０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は１．４×１０−１０Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流２．４×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると２．８×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．７×１０４であった。
［実施例１２］
ｐ−ＧａＮを６０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は６０ｎｍ、最小膜厚は１２ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は２０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は９．８×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．３×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると１．５×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．３×１０４であった。
ｐ−ＧａＮを６０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は６０ｎｍ、最小膜厚は１２ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は２０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は９．８×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．３×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると１．５×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．３×１０４であった。
［実施例１３］
ｐ−ＧａＮを１００ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は１００ｎｍ、最小膜厚は０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は７．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．８×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると２．１×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは２．６×１０４であった。
ｐ−ＧａＮを１００ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は１００ｎｍ、最小膜厚は０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は７．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．８×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると２．１×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは２．６×１０４であった。
［実施例１４］
ｐ−ＧａＮを１００ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は１００ｎｍ、最小膜厚は４ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は４％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は８．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．６×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると１．９×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは２．０×１０４であった。
ｐ−ＧａＮを１００ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は１００ｎｍ、最小膜厚は４ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は４％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は８．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流１．６×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると１．９×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは２．０×１０４であった。
［比較例１］
ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６５）を成長する工程までは実施例１と同様の方法を用いた。
その後、ＡｌｙＧａ１―ｙＮの上にｐ−ＧａＮを成長させない状態で紫外線受光素子を作成した（最大膜厚及び最小膜厚は０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は０％の場合に対応する）。
ＡｌｙＧａ１―ｙＮ（Ｙ＝０．６５）を成長する工程までは実施例１と同様の方法を用いた。
その後、ＡｌｙＧａ１―ｙＮの上にｐ−ＧａＮを成長させない状態で紫外線受光素子を作成した（最大膜厚及び最小膜厚は０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は０％の場合に対応する）。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は６．８×１０−６Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流７．０×１０−６Ａを得た。受光感度に換算すると８．２×１０４Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．０であった。この場合、暗電流と光電流がほぼ同じオーダーの値となってしまうため、センサとして利用することができない。
［比較例２］
ｐ−ＧａＮを２０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は２０ｎｍ、最小膜厚は１８ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は９０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は７．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流８．０×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると９．３×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．１×１０４であった。
ｐ−ＧａＮを２０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は２０ｎｍ、最小膜厚は１８ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は９０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は７．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流８．０×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると９．３×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは１．１×１０４であった。
［比較例３］
ｐ−ＧａＮを３５ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は３５ｎｍ、最小膜厚は２７ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は７７％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は９．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流６．５×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると７．６×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは７．２×１０３であった。
ｐ−ＧａＮを３５ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は３５ｎｍ、最小膜厚は２７ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は７７％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は９．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流６．５×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると７．６×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは７．２×１０３であった。
［比較例４］
ｐ−ＧａＮを６０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は６０ｎｍ、最小膜厚は２７ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は４５％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は７．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流６．４×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると７．５×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは９．１×１０３であった。
ｐ−ＧａＮを６０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は６０ｎｍ、最小膜厚は２７ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は４５％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は７．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流６．４×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると７．５×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは９．１×１０３であった。
［比較例５］
ｐ−ＧａＮを１００ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は１００ｎｍ、最小膜厚は２０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は２０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は６．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流５．５×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると６．４×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは９．２×１０３であった。
ｐ−ＧａＮを１００ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は１００ｎｍ、最小膜厚は２０ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は２０％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は６．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流５．５×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると６．４×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは９．２×１０３であった。
［比較例６］
ｐ−ＧａＮを１２０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は１２０ｎｍ、最小膜厚は１５ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は１２．５％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は６．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流４．２×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると４．９×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは７．０×１０３であった。
ｐ−ＧａＮを１２０ｎｍ成長させ、ＩＣＰを用いたエッチングを行う際のエッチング時間を変更した以外は実施例１と同様の方法で紫外線受光素子を作成した。
得られた紫外線受光素子に段差測定器および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて解析したところ、ｐ−ＧａＮの最大膜厚は１２０ｎｍ、最小膜厚は１５ｎｍ、最大膜厚に対する最小膜厚の比は１２．５％であった。
実施例１と同様の方法で特性を評価したところ、暗電流は６．０×１０−１１Ａであったのに対し、２５０ｎｍの紫外線を照射した状態ではソース・ドレイン電圧が３Ｖの時に光電流４．２×１０−７Ａを得た。受光感度に換算すると４．９×１０３Ａ／Ｗ、Ｓ／Ｎは７．０×１０３であった。
［実施例と比較例との対比］
以上の実施例１〜１４と比較例１〜６をまとめたものが以下の表１である。
以上の実施例１〜１４と比較例１〜６をまとめたものが以下の表１である。
表１に示すように、実施例１〜１４は、比較例１〜６と比べて、受光感度が高いことがわかる。
図１０は、実施例１〜１４と比較例１〜６とについて、ｐ−ＧａＮの最大膜厚Ａ（ｎｍ）と、最大膜厚Ａに対する最小膜厚Ｂの比率（１００×Ｂ／Ａ（％））との関係をプロットした図である。図１０に示すように、実施例１〜１４と比較例１〜６との間の境界線を引くと、この境界線は、ｙ＝０．００４９ｘ２−１．４ｘ＋１００、で近似される。
図１０から分かるように、実施例１〜１４のｙ、すなわち、比率（１００×Ｂ／Ａ（％））は、０以上で、かつ、ｙ＝０．００４９ｘ２−１．４ｘ＋１００以下である。また、０＜Ａ＜１２０、０≦Ｂ＜１２０である。この条件を満たすとき、紫外線に対する受光感度の高い紫外線受光素子を実現することができる、ということがわかった。
図１０は、実施例１〜１４と比較例１〜６とについて、ｐ−ＧａＮの最大膜厚Ａ（ｎｍ）と、最大膜厚Ａに対する最小膜厚Ｂの比率（１００×Ｂ／Ａ（％））との関係をプロットした図である。図１０に示すように、実施例１〜１４と比較例１〜６との間の境界線を引くと、この境界線は、ｙ＝０．００４９ｘ２−１．４ｘ＋１００、で近似される。
図１０から分かるように、実施例１〜１４のｙ、すなわち、比率（１００×Ｂ／Ａ（％））は、０以上で、かつ、ｙ＝０．００４９ｘ２−１．４ｘ＋１００以下である。また、０＜Ａ＜１２０、０≦Ｂ＜１２０である。この条件を満たすとき、紫外線に対する受光感度の高い紫外線受光素子を実現することができる、ということがわかった。
１ 基板
１１ 第１の窒化物半導体層
１２ 第２の窒化物半導体層
１３ 第３の窒化物半導体層
１４ ソース電極
１５ ドレイン電極
１３１ （第３の窒化物半導体層の）最大膜厚Ａを有する部分
１３２ （第３の窒化物半導体層の）最小膜厚Ｂを有する部分
１１ 第１の窒化物半導体層
１２ 第２の窒化物半導体層
１３ 第３の窒化物半導体層
１４ ソース電極
１５ ドレイン電極
１３１ （第３の窒化物半導体層の）最大膜厚Ａを有する部分
１３２ （第３の窒化物半導体層の）最小膜厚Ｂを有する部分
Claims (19)
- 基板と、
前記基板上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第２の窒化
物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層上の、Ａｌ及びＧａのうち少なくとも一つを含む第３の窒化
物半導体層と、を備え、
前記第３の窒化物半導体層の最大膜厚をＡ（ｎｍ）、最小膜厚をＢ（ｎｍ）としたとき
に、
０≦１００×Ｂ／Ａ≦０．００４９Ａ2−１．４Ａ＋１００
（ただし、０＜Ａ＜１２０、０≦Ｂ＜１２０）
を満たし、
前記第３の窒化物半導体層は断面視で凹凸構造を有し、
前記凹凸構造の凹部と凸部の膜厚の差は５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である
紫外線受光素子。 - 前記第３の窒化物半導体層の最大膜厚Ａ（ｎｍ）は、
５≦Ａ≦１００
を満たす請求項１に記載の紫外線受光素子。 - 前記第３の窒化物半導体層はパターニング構造を有する請求項１または請求項２に記載
の紫外線受光素子。 - 前記凹凸構造の隣り合う凸部同士の間隔は０．５μｍ以上１０μｍ以下である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
- 前記凹凸構造に含まれる凹部の総面積は０．１μｍ2以上１０μｍ2以下である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
- 前記第３の窒化物半導体層は、ドーパントとしてＭｇ、ＺｎまたはＢｅを含む請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
- 前記第３の窒化物半導体層に含まれるＭｇ、ＺｎまたはＢｅの濃度は、１×１０16ｃｍ-3以上である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
- 前記第３の窒化物半導体層に含まれるＭｇ、ＺｎまたはＢｅの濃度は、５×１０19ｃｍ-3以下である請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
- 前記第３の窒化物半導体層のゲート長は０．２μｍ以上５μｍ以下である請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
- 前記第２の窒化物半導体層は、前記第１の窒化物半導体層よりも格子定数が小さい請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
- 前記第１の窒化物半導体層は、ＡｌXＧａ1―XＮ（０≦Ｘ＜１）からなり、
前記第２の窒化物半導体層は、ＡｌYＧａ1―YＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）からなる請
求項１から請求項１０のいずれか一項に紫外線受光素子。 - 前記ＡｌXＧａ1―XＮ（０≦Ｘ＜１）及び前記ＡｌYＧａ1―YＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）はアンドープである請求項１１に記載の紫外線受光素子。
- 前記第１の窒化物半導体層は、ＡｌXＧａ1―XＮ（０．０≦Ｘ＜０．６）からなり、
前記第２の窒化物半導体層は、ＡｌYＧａ1―YＮ（０．６≦Ｙ≦０．９）からなる請求項１から請求項１２のいずれか一項に紫外線受光素子。 - 前記第２の窒化物半導体層の膜厚は１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項１から請求項１３のいずれか一項に紫外線受光素子。
- 前記第１の窒化物半導体層及び前記第２の窒化物半導体層の界面に、濃度が１×１０10ｃｍ-2以上１×１０13ｃｍ-2以下の２次元電子ガスを有する請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
- 前記基板はサファイアまたはＡｌＮであり、
前記基板と前記第１の窒化物半導体層との間に、ＡｌZＧａ1―ZＮ（０≦Ｚ≦１）か
らなるバッファ層をさらに備える請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。 - 前記基板はサファイアまたはＡｌＮであり、
前記基板の最表面における転位密度は１×１０9ｃｍ-2以下である請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。 - 前記第２の窒化物半導体層上に、ソース電極及びドレイン電極をさらに備える請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の紫外線受光素子。
- 前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏのうち少なくとも一つを含む請求項１８に記載の紫外線受光素子。
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