CZ307721B6 - Scintillation detector for the detection of ionizing radiation - Google Patents

Scintillation detector for the detection of ionizing radiation Download PDF

Info

Publication number
CZ307721B6
CZ307721B6 CZ2017-556A CZ2017556A CZ307721B6 CZ 307721 B6 CZ307721 B6 CZ 307721B6 CZ 2017556 A CZ2017556 A CZ 2017556A CZ 307721 B6 CZ307721 B6 CZ 307721B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
layer
layers
potential
active region
heterostructure
Prior art date
Application number
CZ2017-556A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ2017556A3 (en
Inventor
Alice HOSPODKOVÁ
Markéta Zíková
Karel BLAŽEK
Original Assignee
Crytur, Spol. S R.O.
Fyzikální Ústav Av Čr, V. V. I.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Crytur, Spol. S R.O., Fyzikální Ústav Av Čr, V. V. I. filed Critical Crytur, Spol. S R.O.
Priority to CZ2017-556A priority Critical patent/CZ2017556A3/en
Publication of CZ307721B6 publication Critical patent/CZ307721B6/en
Publication of CZ2017556A3 publication Critical patent/CZ2017556A3/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/20Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/202Measuring radiation intensity with scintillation detectors the detector being a crystal
    • G01T1/2026Well-type detectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264Inorganic materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264Inorganic materials
    • H01L31/0304Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03044Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds comprising a nitride compounds, e.g. GaN

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Scintillation detector for the detection of ionizing radiation comprising at least two nitride semiconductor layers (3, 4, 5, 6) arranged in a layered heterostructure, the structure of which contains at least one potential pit layer (5) for radiant electron and hole recombinations, and further comprising a heterostructure consisting of at least one active pair of nitride semiconductor layers (4, 5) consisting of a barrier layer (4) and a potential pit layer (5), wherein at least one upper nitride semiconductor layer (7) is arranged above the uppermost active pair of layers (4, 5). Further, at least one layer (6) with a graded composition that is adjacent to the outermost layer (5) of the potential pit is inserted on at least one side of the active region and / or into the active region to reduce the potential barrier and facilitate migration of electrons and holes into the active region of the heterostructure.

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká polovodičových scintilačních detektorů založených na nitridové heterostruktuře určených pro detekci ionizujícího záření, zejména elektronového, rentgenového a částicového záření.The invention relates to nitride heterostructure-based semiconductor scintillation detectors for the detection of ionizing radiation, in particular electron, X-ray and particle radiation.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Je známo, že pro použití v detektorech ionizujícího záření jsou vhodné polovodičové materiály se širokým zakázaným pásem např. GaN nebo ZnO. Tyto polovodičové materiály vykazují krátkou dobu dosvitu excitované luminiscence v řádu jednotek nanosekund. Výhodou scintilátorů založených na nitridu galitém (GaN) a slitinách nitridu galitého s jinými nitridy kovů je radiační odolnost a možnost jejich přípravy s vysokou krystalografickou kvalitou ve formě heterostruktur skládajících se z monokrystalických epitaxních vrstev s různým složením nanesených nad sebou na velkých plochách monokrystalických substrátů. Tyto heterostruktury vykazují nízké nezářivé ztráty a úzké luminiscenční maximum. Nitridové luminiscenční struktury s InGaN kvantovými jamami jsou předmětem řady patentů, týkajících se emisních diod, a dále několika patentů týkajících se scintilátorových struktur.It is known that semiconductor materials with a wide band gap such as GaN or ZnO are suitable for use in ionizing radiation detectors. These semiconductor materials exhibit a short afterglow time of excited luminescence in the order of nanoseconds. The advantage of scintillators based on gallium nitride (GaN) and gallium nitride alloys with other metal nitrides is their radiation resistance and the possibility of their preparation with high crystallographic quality in the form of heterostructures consisting of monocrystalline epitaxial layers with different composition superimposed on large surfaces of monocrystalline substrates. These heterostructures exhibit low non-radiant losses and a narrow luminescence maximum. Nitride luminescent structures with InGaN quantum wells are the subject of a number of patents relating to emission diodes, as well as several patents relating to scintillator structures.

V přihlášce vynálezu US 2002/0195606 (AI) je řešena luminiscenční nitridová struktura emisní diody obsahující mnohonásobné InGaN/Al(In)GaN kvantové jámy obklopené vrstvami Al(In)GaN s n-typovou dotací z jedné strany aktivní oblasti a s p-typovou dotací z druhé strany aktivní oblasti.US 2002/0195606 (AI) deals with a luminescent nitride structure of an emission diode containing multiple InGaN / Al (In) GaN quantum wells surrounded by Al (In) GaN layers with n-type doping from one side of the active region and p-type doping from the other side of the active area.

Dalším známým dokumentem je přihláška vynálezu US 2014/0138617 AI, jejíž vynález se zabývá podobnou nitridovou luminiscenční heterostrukturou a mřížkovým přizpůsobením bariérových vrstev a vrstev představujících kvantové jámy, a to podobně, jako předcházející výše uvedený patent v diodové struktuře, kdy je aktivní oblast obklopena vrstvami s p-typovou dotací a s n-typovou dotací, případně vrstvami obsahujícími hliník. Mřížkové přizpůsobení uvažované v této přihlášce vynálezu sice snižuje piezoelektrický náboj na rozhraní vrstev, avšak náboj a bariéry způsobené složkou spontánní polarizace ve struktuře nadále způsobují zakřivení pásové struktury a vznik bariér pro elektrony nebo díry na krajích aktivní oblasti.Another well-known document is US 2014/0138617 A1, the invention of which is concerned with similar nitride luminescence heterostructure and grid matching of barrier and quantum pit layers, similar to the foregoing patent in a diode structure wherein the active region is surrounded by layers with p-type doping and with n-type doping or aluminum-containing layers. Although the lattice adaptation contemplated in this application reduces piezoelectric charge at the layer interface, the charge and barriers caused by the spontaneous polarization component in the structure continue to cause curvature of the band structure and the formation of barriers for electrons or holes at the edges of the active region.

Z patentového dokumentu US 7053375 (B2) je znám polovodičový scintilátor pro excitaci ionizujícím zářením ve formě polovodiče tvořeného sloučeninou prvků III. skupiny periodické tabulky ve sloučenině s dusíkem. Tato polovodičová sloučenina je strukturována do vrstvy zformované na obecně popsaném substrátu. Dále může být mezi polovodičovou vrstvou a substrátem mezivrstva pro vyhlazení/zlepšení polovodičové struktury, tzv. podkladová vrstva. Různé sloučeniny dusíku s prvkem III. skupiny a jejich slitiny mohou být použity v odlišných vrstvách nanesených nad sebou a vytvářet heterostruktury.U.S. Pat. No. 7053375 (B2) discloses a semiconductor scintillator for excitation by ionizing radiation in the form of a semiconductor consisting of a compound of elements III. groups of the periodic table in a nitrogen compound. The semiconductor compound is structured into a layer formed on a generally described substrate. Further, there may be a so-called backing layer between the semiconductor layer and the substrate for smoothing / improving the semiconductor structure. Various nitrogen compounds with element III. The groups and their alloys can be used in different layers superimposed to form heterostructures.

V dalším známém patentovém dokumentu US 8 164 069 (B2) je popsán fluorescenční prostředek reagující na dopad elektronů světelnou emisí, tzv. luminiscencí. Fluorescenční prostředek zahrnuje nosný monokrystalický substrát, nitridovou polovodičovou sendvičovou strukturu, ve které se střídají vrstvy bariérové s vrstvami reprezentujícími potenciálové jámy. Polovodičové vrstvy vytvářejí heterostrukturu, která je uspořádána na povrchu jedné strany substrátu. Potenciálové jámy jsou preferenčně tvořeny slitinovým polovodičem InxGai_xN.Another known patent document US 8 164 069 (B2) describes a fluorescent agent responsive to the impact of electrons by light emission, the so-called luminescence. The fluorescent agent comprises a carrier monocrystalline substrate, a nitride semiconductor sandwich structure in which barrier layers alternate with layers representing potential pits. The semiconductor layers form a heterostructure that is arranged on the surface of one side of the substrate. The potential pits are preferably formed by an alloy semiconductor In x Gai_ x N.

V českém národním patentu CZ 306026 (B6) je řešena nitridová scintilační heterostruktura s rychlým luminiscenčním dosvitem, který je dosažen zvýšením překryvu vlnových funkcí elektronů a děr, a to buď vyrovnáním polarizace bariérových vrstev s vrstvami představujícímiIn the Czech national patent CZ 306026 (B6), a nitride scintillation heterostructure with fast luminescence persistence is achieved, which is achieved by increasing the overlap of electron and hole wave functions, either by balancing the polarization of the barrier layers with the layers representing

- 1 CZ 307721 B6 kvantové jámy, anebo vnořením tenké inverzní potenciálové bariéry do kvantové jámy. Podkladové vrstvy struktury mohou být dotovány křemíkem. Vynález řeší efektivnější excitaci aktivní oblasti, ale nezabývá se usnadněním transportu nosičů náboje do této aktivní oblasti.Or by embedding a thin inverse potential barrier into the quantum well. The backing layers of the structure may be doped with silicon. The invention solves more efficient excitation of the active region, but does not address facilitating the transport of charge carriers to the active region.

Nevýhody výše uvedených patentových dokumentů spočívají v tom, že se buď týkají přímo světelných emisních diod (US 2002/0195606 (AI), US 2014/0138617 (AI)), nebo adoptují koncept využívaný ve světelných emisních diodách s výjimkou absence p-n přechodu ve struktuře a použití vyššího počtu kvantových jam (US 7053375 (B2), US 8164069 (B2)). Výše uvedené dokumenty nezohledňují dostatečně odlišný způsob excitace struktury a nezabývají se efektivitou excitace aktivních vrstev scintilátorů.The disadvantages of the aforementioned patent documents are that they either relate directly to light emitting diodes (US 2002/0195606 (AI), US 2014/0138617 (AI)) or adopt the concept used in light emitting diodes except for the absence of pn transition in the structure and using a higher number of quantum wells (US 7053375 (B2), US 8164069 (B2)). The above documents do not take into account a sufficiently different way of exciting the structure and do not discuss the efficiency of excitation of the active scintillator layers.

U emisních diod dochází k excitaci struktury průchodem elektrického proudu a nosiče náboje (elektrony a díry) jsou injektovány do aktivní oblasti z jejich protilehlých stran, viz obr. l(a). Avšak při excitaci heterostruktury dopadajícím ionizujícím zářením jsou nosiče náboje generovány ve stejném místě heterostruktury, odkud pak musí oba nosiče náboje migrovat do aktivní oblasti ve stejném směru, aby došlo k požadované luminiscenci, je proto nežádoucí, aby bylo ve struktuře přítomno elektrické pole, ať již způsobené p-n přechodem viz obr. l(a), nebo vlastním piezoelektrickým polem mezi rozhraními jednotlivých vrstev viz obr. 1 (b).In the case of emission diodes, the structure is excited by passing an electric current and the charge carriers (electrons and holes) are injected into the active region from their opposite sides, see Fig. 1 (a). However, when the heterostructure is excited by incident ionizing radiation, the charge carriers are generated at the same location of the heterostructure, where both charge carriers must then migrate to the active region in the same direction in order to achieve the desired luminescence. caused by the pn junction, see Fig. 1 (a), or by the actual piezoelectric field between the interfaces of the individual layers, see Fig. 1 (b).

V současné době se pro vyrovnání elektrického pole ve struktuře se používá n-typová dotace, a to nejčastěji pomocí atomů křemíku, viz obr. l(c). N-typová dotace pomáhá srovnat elektrické pole v aktivní vrstvě, avšak na krajích aktivní vrstvy, konkrétněji na prvním rozhraní s kvantovou jámou, dochází ke vzniku potenciálové bariéry, která brání průniku jednoho typu nosičů náboje do aktivní oblasti, viz obr. 3a. V případě scintilátorů lze jen výjimečně udělat aktivní oblast dostatečně širokou, aby všechno ionizující záření bylo absorbováno pouze v aktivní vrstvě. Při větších tloušťkách aktivní oblasti totiž dochází ke zhoršení krystalografické kvality vlivem pnutí ve struktuře.Currently, n-type doping is used to equalize the electric field in the structure, most often using silicon atoms, see Figure 1 (c). The N-type endowment helps to align the electric field in the active layer, but at the edges of the active layer, more specifically at the first interface with the quantum well, there is a potential barrier that prevents one type of charge carrier from penetrating into the active area. In the case of scintillators, the active region can only be made wide enough for all ionizing radiation to be absorbed only in the active layer. For larger thicknesses of the active region, the crystallographic quality deteriorates due to the stresses in the structure.

Nevýhody dále spočívají v tom, že výše uvedené patenty neuvažují vznik této bariéry, která při migraci nosičů náboje ve stejném směru brání jednomu z nosičů náboje v průniku do aktivní oblasti, zatímco druhý typ nosičů náboje může penetrovat do aktivní oblasti bez bariéry, viz obr. 3a. Bariéra, která znesnadňuje jednomu z nosičů náboje proniknout do aktivní oblasti, tím podstatně snižuje intenzitu luminiscence.Disadvantages are furthermore that the above patents do not consider the formation of this barrier which, when migrating the charge carriers in the same direction, prevents one of the charge carriers from penetrating into the active region, while the other type of charge carriers can penetrate into the active region without barrier. 3a. The barrier, which makes it difficult for one of the charge carriers to penetrate the active region, substantially reduces the intensity of the luminescence.

Úkolem vynálezu je vytvoření scintilačního detektoru pro detekci ionizujícího záření, který by odstraňoval nedostatky známých řešení, tj. který by umožňoval migrovat oběma typům nosičů náboje z místa jejich generace do aktivní oblasti s podobnou pravděpodobností, čímž by byl vytvořen scintilátor emitující intenzivnější luminiscenční odezvu na dopadající ionizující záření.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a scintillation detector for detecting ionizing radiation that removes the drawbacks of the known solutions, i.e. to allow both types of charge carriers to migrate from their generation to the active region with similar probabilities. ionizing radiation.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Vytčený úkol je vyřešen vytvořením scintilačního detektoru pro detekci ionizujícího záření, zejména elektronového záření, rentgenového záření, a částicového záření, podle tohoto vynálezu.The object is solved by providing a scintillation detector for detecting ionizing radiation, in particular electron radiation, X-ray radiation, and particle radiation, according to the invention.

Scintilační detektor zahrnuje monokrystalický substrát, na kterém je nanesena alespoň jedna podkladová vrstva pro navázání alespoň jedné nitridové polovodičové vrstvy na substrát pomocí epitaxe. Alespoň jedna nitridová polovodičová vrstva je popsána obecným vzorcem AlyInxGai_x_yN, kde platí 0<x<l,0<y<la0< x+y < 1. Současně jsou alespoň dvě nitridové polovodičové vrstvy uspořádány do vrstvené heterostruktury, jejíž struktura obsahuje alespoň jednu vrstvu potenciálové jámy pro zářivé rekombinace elektronů a děr. Dále je na podkladové vrstvě uspořádána alespoň jedna spodní vrstva s n-typovou dotací, nad kterou je uspořádána aktivní oblast heterostruktury sestávající z alespoň jedné aktivní dvojice nitridových polovodičových vrstev složené z bariérové vrstvy typu AlybInXbGai_Xb_ybN a z vrstvy potenciálové jámy typu AlywInxwGai-xw-ywN, pro které platí xb < xw a yb > yw. Dopování n-typovýmThe scintillation detector comprises a single crystalline substrate on which at least one undercoat is deposited to bond at least one nitride semiconductor layer to the substrate by epitaxy. At least one nitride semiconductor layer is described by the general formula AlyIn x Gai_ x _yN, where 0 <x <1.0, 0 <y <la0 <x + y <1. At the same time, at least two nitride semiconductor layers are arranged in a layered heterostructure whose structure contains at least one layer of a potential well for radiant recombination of electrons and holes. Further, at least one n-type doped bottom layer is provided on the backing layer, over which an active heterostructure region consisting of at least one active pair of nitride semiconductor layers composed of AlybIn X bGai_ X b_ybN barrier layer and AlywIn xw Gai potential pit layer is arranged. - xw -ywN for which xb <xw and yb> yw. Doping with n-type

-2CZ 307721 B6 dopantem je využito proto, aby došlo k částečnému vyrovnání piezoelektrického pole ve struktuře. Dále je ve směru od substrátu nad nejvýše se nacházející aktivní dvojicí vrstev uspořádána alespoň jedna vrchní nitridová polovodičová vrstva.The dopant is used to partially equalize the piezoelectric field in the structure. Further, at least one upper nitride semiconductor layer is provided in the direction away from the substrate above the active pair of layers which is located at the top.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že na alespoň jedné straně aktivní oblasti a/nebo uvnitř aktivní oblasti je vložena alespoň jedna vrstva typu AlygInXgGai-Xg-ygN s gradovaným složením o tloušťce menší než 5 nm, která sousedí s vrstvou potenciálové jámy, pro snížení potenciálové bariéry a usnadnění migrace elektronů a děr do aktivní oblasti heterostruktury.The principle of the invention is that on at least one side of the active region and / or within the active region at least one layer of Aly g In X gGa- X gy g N with a graded composition of less than 5 nm thickness is adjacent and adjacent to the potential layer. to reduce the potential barrier and facilitate the migration of electrons and holes to the active region of the heterostructure.

Tato vrstva s gradovaným složením může být pouze na jednom kraji aktivní oblasti podle převažující absorpce ionizujícího záření v heterostruktuře, nebo může být použita na obou stranách aktivní oblasti. Případně může být gradovaná vrstva také použita uvnitř aktivní oblasti, a to zvláště v případě tlustých bariérových vrstev. Účelem této gradované vrstvy je snížit potenciálovou bariéru, kterou musí překonat elektrony nebo díry při průniku do aktivní oblasti z podkladových, nebo z krycích vrstev heterostruktury, ve kterých také dochází k absorpci ionizujícího záření a ke generaci elektron-děrového páru. Takto navržené vrstvy s gradovaným složením tedy usnadní migraci elektronů a děr do aktivní vrstvy, a tím je dosaženo principiálního zvýšení intensity luminiscence při detekci ionizujícího záření, zvláště pokud je ionizující záření absorbováno mimo aktivní vrstvu, jak je ukázáno na obr. 4 a 5. Vypočtený průběh hrany valenčního a vodivostního pásu pro struktury s gradovanými vrstvami je znázorněn na obr. 3 pro gradovanou vrstvu ze strany podkladových vrstev.This layer of graded composition may be on only one edge of the active region according to the predominant absorption of ionizing radiation in the heterostructure, or it may be used on both sides of the active region. Alternatively, the graded layer can also be used within the active region, especially in the case of thick barrier layers. The purpose of this graded layer is to reduce the potential barrier that must be overcome by electrons or holes when penetrating into the active region from the backing or cover layers of the heterostructure, which also absorb ionizing radiation and generate an electron-hole pair. Thus, graded composition layers will facilitate the migration of electrons and holes into the active layer, thereby achieving a substantial increase in luminescence intensity upon detection of ionizing radiation, especially if the ionizing radiation is absorbed outside the active layer, as shown in Figures 4 and 5. the edge profile of the valence and conductive strip for graded layer structures is shown in Fig. 3 for the graded layer from the side of the underlayers.

Ve výhodném provedení scintilačního detektoru podle vynálezu má vrstva s gradovaným složením plynule se měnící složení. Plynulé složení zlepšuje vlastnosti přenosu nosiče náboje.In a preferred embodiment of the scintillation detector according to the invention, the graded composition layer has a continuously varying composition. The smooth composition improves the charge carrier transfer properties.

Na jedné straně má vrstva s gradovaným složením stejné složení jako spodní vrstva, bariérová vrstva nebo vrchní vrstva, tedy typu AlyPInXpGai-xp-ypN. Ve směru k potenciálové jámě se ale složení vrstvy s gradovaným složením mění tak, že se změní hodnota yp na hodnotu yg, hodnota xp se změní na hodnotu xg, hodnota 1-xp-yp se změní na hodnotu 1-xg-yg, přičemž platí xg < xw a yw < yg. Obsah jednotlivých prvků III. skupiny periodické tabulky prvků se v této vrstvě postupně mění z hodnot v sousedící vrstvě na hodnoty vrstvy potenciálové jámy, tedy např. podíl hliníku se mění ve vrstvě s gradovaným složením z hodnoty yp na hodnotu yg, podíl india se mění z hodnoty xp na xg a podíl gallia z hodnoty 1-xp-yp na hodnotu 1-xg-yg. Přitom platí, že xg<xw a yw<yg, kde hodnoty xp a yp vyjadřují podíl india a hliníku v sousedící vrstvě a hodnoty xw a yw vyjadřují podíl india a hliníku ve vrstvě potenciálové jámy.On the one hand, the graded layer has the same composition as the bottom layer, barrier layer or top layer, i.e., Aly P In X pGaI- xp -ypN. In the direction of the potential pit, however, the composition of the graded composition layer changes by changing yp to yg, xp to xg, 1-xp-yp to 1-xg-yg, xg <xw and yw <yg. Content of individual elements III. groups of the Periodic Table of Elements in this layer gradually change from the values in the adjacent layer to the values of the potential pit layer, ie eg the proportion of aluminum changes in the layer with graded composition from yp to yg, indium is changed from xp to xg the percentage of gallium from 1-xp-yp to 1-xg-yg. In this case, xg <xw and yw <yg, where xp and yp express the proportion of indium and aluminum in the adjacent layer and xw and yw express the proportion of indium and aluminum in the potential pit layer.

Ve výhodném provedení vynálezu se složení vrstvy s gradovaným složením mění z GaN na In0 ,o3Gao,97N.In a preferred embodiment the composition of the graded composition layer changes from 0 to In GaN, o3Gao, 97N.

Mezi výhody scintilačního detektoru vytvořeného podle tohoto vynálezu patří vyšší intenzita luminiscence, dosažená efektivnějším zaplňováním aktivní oblasti elektrony a dírami generovanými v podkladových, nebo v krycích vrstvách, díky snížení potenciálové bariéry pro elektrony, nebo díry, mezi aktivní oblastí a oblastí dominantní generace elektron-děrových párů.Advantages of the scintillation detector produced in accordance with the present invention include the higher luminescence intensity achieved by more efficient filling of the active region with electrons and holes generated in the underlying or covering layers, by reducing the potential barrier for electrons or holes between the active region and the dominant electron-hole generation region. couples.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Uvedený vynález bude blíže objasněn na následujících vyobrazeních, kde:The present invention will be explained in more detail in the following drawings, where:

obr. la znázorňuje schematické vyobrazení průběhu energie hrany vodivostního a valenčního pásu emisní diodové nitridové heterostruktury s potenciálovými jámami podle stávajícího stavu techniky,Fig. 1a shows a schematic representation of the energy progress of the edge of a conductive and valence band of an emission diode nitride heterostructure with potential pits according to the prior art;

-3CZ 307721 B6 obr. lb znázorňuje schematické vyobrazení průběhu energie hrany vodivostního a valenčního pásu podobné heterostruktury bez přítomnosti dotace okolních vrstev, kdy je výsledné elektrické pole způsobeno polarizačním nábojem na heterorozhraních, obr. lc znázorňuje schematické vyobrazení průběhu energie hrany vodivostního a valenčního pásu podobné heterostruktury s n-typovou dotací 5-101 xcni’ ve vrstvě pod aktivní oblastí, obr. 2 znázorňuje schematické vyobrazení vrstev heterostruktury s vrstvami potenciálových jam podle tohoto vynálezu s vloženou vrstvou s gradovaným složením pod i nad aktivní oblastí, obr. 3a znázorňuje vypočtený průběh hrany valenčního a vodivostního pásu pro strukturu podle stávajícího stavu techniky s n-typovou dotací 5-10lxcm3 ve vrstvě pod aktivní oblastí (s popisem vrstev a zvýrazněnou bariérou pro elektrony na spodním kraji aktivní oblasti), obr. 3b znázorňuje vypočtený hrany valenčního a vodivostního pásu pro strukturu podle tohoto vynálezu s gradovanou vrstvou ze strany podkladových vrstev, obr. 4a znázorňuje srovnání katodo luminiscenčních spekter vzorku s obvyklou strukturou deseti potenciálových jam a vzorku s gradovanými bariérami ze strany podkladových i krycích vrstev podle příkladu 3, kde spektra byla měřena při excitaci elektrony s kinetickou energií 2 keV pro průnik elektronů do struktury 30 nm a generaci elektron děrových párů nad aktivní oblastí, obr. 4b znázorňuje srovnání katodo luminiscenčních spekter vzorku s obvyklou strukturou deseti potenciálových jam a vzorku s gradovanými bariérami ze strany podkladových i krycích vrstev podle příkladu 3, kde spektra byla měřena při excitaci elektrony s kinetickou energií 4 keV pro průnik elektronů do struktury 100 nm a generaci elektron děrových párů nad aktivní oblastí, obr. 4c znázorňuje srovnání katodo luminiscenčních spekter vzorku s obvyklou strukturou deseti potenciálových jam a vzorku s gradovanými bariérami ze strany podkladových i krycích vrstev podle příkladu 3, kde spektra byla měřena při excitaci elektrony s kinetickou energií 12 keV pro průnik elektronů do struktury 600 nm a generaci elektron děrových párů nad aktivní oblastí, obr. 5 a znázorňuje foto luminiscenci vzorku podle příkladu 4 měřenou při excitaci o vlnové délce 325 nm, při které je většina elektron-děrových párů generována mimo aktivní oblast, obr. 5b znázorňuje foto luminiscenci vzorku podle příkladu 4 měřenou při excitaci o vlnové délce 375 nm, při které je většina elektron-děrových párů generována přímo v aktivní oblasti, kde také elektrony a díry rekombinují.Fig. 1b shows a schematic representation of the energy profile of a conductive and valence strip-like heterostructure without the presence of surrounding layer doping, where the resulting electric field is caused by polarizing charge at the interfaces; heterostructures with n-type grants 5 to 10 cm-1 X 'in the layer below the active region, FIG. 2 shows a schematic representation of a heterostructure of layers with the layers in potential jam of the present invention with an interposed layer of graded composition below and above the active region, FIG. 3A shows calculated waveform edges valence and conduction bands for the structure of the prior art with the n-type grants lx 5-10 cm 3 in a layer below the active zone (with description of the highlighted layers and barrier for electrons at the lower edge of active region), Fig. 3b shows the calculated Fig. 4a shows a comparison of the cathodo-luminescence spectra of the sample with the usual structure of the ten potential wells and the sample with the graded barriers on the side of both the underlay and the cover layers according to Example 3, where the spectra was measured by excitation of electrons with kinetic energy of 2 keV for electron penetration into the 30 nm structure and generation of electron hole pairs above the active region, Fig. 4b shows comparison of cathode luminescence spectra of sample with usual structure of ten potential wells and sample with graded barriers of the cover layers according to Example 3, where the spectra were measured by exciting electrons with a kinetic energy of 4 keV for electron penetration into the 100 nm structure and generation of electron hole pairs above the active region, Fig. 4c shows a comparison of cathodo luminescence spectra in a spectra with the usual structure of ten potential wells and a sample with graded barriers from both the substrate and coating layers according to Example 3, where the spectra were measured by exciting electrons with a kinetic energy of 12 keV for electron penetration into 600 nm and generation of hole pairs above the active region; Fig. 5 illustrates the luminescence of the sample of Example 4 measured at 325 nm excitation at which most electron-hole pairs are generated outside the active region. Fig. 5b illustrates the photo luminescence of the sample of Example 4 measured at 375 wavelength excitation. nm, in which most electron-hole pairs are generated directly in the active region, where electrons and holes also recombine.

Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení vynálezu na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nároků.It is understood that the specific embodiments of the invention described and illustrated below are presented by way of illustration and not by way of limitation of the invention to the examples given. Those skilled in the art will find or will be able to provide, by routine experimentation, more or less equivalents to the specific embodiments of the invention described herein. These equivalents will also be included within the scope of the following claims.

Na obr. la až obr. lc je vyobrazen průběh vodivostního a valenčního pásu pro heterostruktury vykazující deset potenciálových jam, kde na obr. la je schematické vyobrazení průběhu energie hrany vodivostního a valenčního pásu emisní diodové nitridové heterostruktury s potenciálovými jámami vnořenými do p-n přechodu.1a to 1c show the conductivity and valence band for heterostructures showing ten potential wells, and Fig. 1a is a schematic representation of the energy profile of the conductive and valence band edge of an emission diode nitride heterostructure with potential wells embedded in the p-n transition.

-4CZ 307721 B6-4GB 307721 B6

Na obr. lb je schematické vyobrazení průběhu energie hrany vodivostního a valenčního pásu podobné heterostruktury bez přítomnosti dotace okolních vrstev, kdy je výsledné elektrické pole způsobeno polarizačním nábojem na heterorozhraních.Fig. 1b is a schematic representation of the energy profile of the edge of a conductive and valence band of a similar heterostructure in the absence of doping of surrounding layers, where the resulting electric field is caused by polarizing charge at the heterogeneous interfaces.

Na obr. lc je schematické vyobrazení průběhu energie hrany vodivostního a valenčního pásu podobné heterostruktury s n-typovou dotací 5-1018 cm’ dle stávajícího stavu techniky.Fig. 1c is a schematic representation of the energy progress of the edge of a conductive and valence band of a similar heterostructure with a n-type doping of 5-10 18 cm -1 according to the prior art.

Na obr. 2 je schematicky vyobrazena vrstvená heterostruktura podle tohoto vynálezu. Přičemž je patrné schematické vyobrazení vrstev 3, 4, 5, 6 a 7 heterostruktury s vrstvami 5 potenciálových jam podle tohoto vynálezu a s vloženými vrstvami 6 s gradovaným složením pod i nad aktivní oblastí vrstvené heterostruktury. Vrstvená heterostruktura je vytvořená na monokrystalickém substrátu 1 s pěti vrstvami 5 potenciálových jam o tloušťce di střídavě proloženými čtyřmi bariérovými vrstvami 4 o tloušťce ch tvořícími aktivní oblast vrstvené heterostruktury o celkové výšce h. Na monokrystalickém substrátu J je vytvořena podkladová vrstva 2 o tloušťce t^ pro nanesení spodní vrstvy 3 o tloušťce ti vrstvené heterostruktury epitaxí na monokrystalický substrát E Mezi spodní vrstvu 3 a v pořadí první vrstvu 5 potenciálové jámy je vložena vrstva 6 s gradovaným složením o tloušťce <T menší než 5 nm. Obdobně je tomu i mezi vrchní vrstvou 7 o tloušťce bav pořadí poslední vrstvou 6 potenciálové jámy.Figure 2 schematically illustrates a layered heterostructure according to the present invention. There is shown a schematic representation of layers 3, 4, 5, 6 and 7 of the heterostructure with the potential well layers 5 according to the invention and with the intermediate layers 6 with gradual composition below and above the active region of the layered heterostructure. The layered heterostructure is formed on a monocrystalline substrate 1 with five layers 5 of potential wells of thickness di alternately interspersed with four barrier layers 4 of thickness ch forming the active region of the layered heterostructure of total height h. applying an epitaxial backing layer 3 with a layered thickness 3 of epitaxy to the monocrystalline substrate E A layer 6 with a graded composition <T less than 5 nm is inserted between the bottom layer 3 and the first layer 5 of the potential pit. The same is true between the top layer 7 of thickness and the last layer 6 of the potential pit.

V nevyobrazeném příkladu uskutečnění vynálezu může být mezi alespoň dvěma vrstvami 4 a 5 aktivní oblasti vložena vrstva 6 s gradovaným složením.In a non-illustrated embodiment of the invention, a graded composite layer 6 may be interposed between at least two active layer layers 4 and 5.

Složení vrstvy 6 s gradovaným složením se mění s rostoucí vzdáleností od sousedící vrstvy ke druhé straně u vrstvy 5 potenciálové jámy. Vrstva 6 s gradovaným složením se plynule mění z jednoho konkrétního materiálu sousedící vrstvy do materiálu vrstvy 5 potenciálové jámy.The composition of the graded composition layer 6 varies with increasing distance from the adjacent layer to the other side of the potential pit layer 5. The graded composite layer 6 fluently changes from one particular material of the adjacent layer to the material of the potential pit layer 5.

Na obr. 3a je detailněji vyobrazen spočítaný průběh vodivostního a valenčního pásu ve struktuře s deseti vrstvami 5 potenciálových jam pro heterostrukturu připravenou dle stávajícího stavu techniky s n-typovou Si dotací 5-10'xcni 3 ve spodní vrstvě 3 pod aktivní oblastí s vyznačenou bariérou, která brání efektivnímu průniku elektronů do aktivní oblasti.Fig. 3a shows in more detail the calculated course of the conductive and valence strip in a structure with ten layers 5 of potential pits for heterostructure prepared according to the prior art with n-type Si doping 5-10 ' x cni 3 in the bottom layer 3 below the active area with a barrier that prevents effective penetration of electrons into the active area.

Na obr. 3b je vyobrazen spočítaný průběh vodivostního a valenčního pásu ve struktuře s deseti vrstvami 5 potenciálových jam pro heterostrukturu připravenou dle tohoto vynálezu s n-typovou Si dotací 5- l()lxcni3 ve vrstvě pod aktivní oblastí a s vrstvou 6 gradovaného složení těsně přiléhající ke spodní vrstvě 5 potenciálové jámy v aktivní oblasti. Ze srovnání s obr. 3a je patrné významné snížení bariéry pro elektrony.Fig. 3b shows the calculated conductivity and valence band pattern in a structure with ten layers of 5 potential wells for heterostructure prepared according to the present invention with n-type Si doped 5- 1 () 1x cni 3 in the layer below the active area and layer 6 of graded composition closely adjacent to the bottom layer 5 of the potential well in the active region. In comparison with FIG. 3a, there is a significant reduction in the electron barrier.

Příklad 1 - Vrstvená heterostruktura s vrstvou 6 s gradovaným složením uspořádanou ze strany vrstev 2 a 3 vhodná pro detekci rtg záření.Example 1 - A layered heterostructure with a layer 6 of graded composition arranged on the side of layers 2 and 3 suitable for detecting X-rays.

Součástí scintilátoru je vícevrstvá polovodičová nitridová heterostruktura s GaN podkladovou vrstvou 2 o tloušťce 4 Im připravená technologií MOVPE. Nitridová spodní vrstva 3 je dotována křemíkem s koncentrací 5-101 xcni3 a má tloušťku 300 nm. Bariérové vrstvy 4 jsou tvořeny GaN a mají v aktivní oblasti tloušťku ch 7 nm. Vrstvy 5 potenciálových jam s užším zakázaným pásem jsou tvořeny Ino,o6Gao,94N a mají tloušťku di 1,5 nm. Mezi spodní vrstvou 3 a nejspodnější vrstvou 5 potenciálové jámy na kraji aktivní oblasti je vložena vrstva 6 s gradovaným složením o tloušťce ch 3 nm. Složení této vrstvy 6 se plynule mění z GaN od spodní vrstvy 3 na Ino.coGao^N u hrany vrstvy 5 potenciálové jámy. Tloušťka vrchní vrstvy 7 je 100 nm.The scintillator includes a multilayer semiconductor nitride heterostructure with 4N GaN backing layer 2 prepared by MOVPE technology. The nitride backsheet 3 is doped with silicon having a concentration of 5-10 x 1 cm 3 and has a thickness of 300 nm. The barrier layers 4 are GaN and have a thickness of 7 nm in the active region. The layers of the 5 potential wells with a narrow band gap are made of Ino, o6Gao, 94N and have a thickness di 1.5 nm. Between the bottom layer 3 and the bottom potential layer 5 of the potential pit at the edge of the active region is a layer 6 with a graded composition of thickness 3 nm. The composition of this layer 6 fluently changes from GaN from the bottom layer 3 to Ino.coGao 4 N at the edge of the potential pit layer 5. The thickness of the topsheet 7 is 100 nm.

Na obr. 3b je znázorněn vypočtený průběh energie hrany vodivostního a valenčního pásu pro tuto strukturu s významným snížením bariéry pro elektrony.Fig. 3b shows the calculated energy profile of the edge of the conductive and valence bands for this structure with a significant reduction in the electron barrier.

-5CZ 307721 B6-5GB 307721 B6

Příklad 2 - Vrstvená heterostruktura s vrstvou 6 s gradovaným složením uspořádanou ze strany krycí vrstvy 7 vhodná pro detekci UV záření, iontů a elektronů s nízkou energií.Example 2 - A layered heterostructure with a layer 6 of graded composition arranged on the side of the cover layer 7 suitable for detecting low energy UV, ions and electrons.

Součástí scintilátorů je vícevrstvá polovodičová nitridová heterostruktura s GaN podkladovou vrstvou 2 o tloušťce 4 m připravená technologií MOVPE. Nitridová spodní vrstva 3 je dotována křemíkem s koncentrací 5-1018cni3 a má tloušťku 300 nm. Bariérové vrstvy 4 jsou tvořeny GaN a mají v aktivní oblasti tloušťku d? 7 nm. Vrstvy 5 potenciálových jam s užším zakázaným pásem jsou tvořeny Ino,o6Gao,94N a mají tloušťku di 1,5 nm. Mezi krycí vrstvu 7 a nejsvrchnější vrstvu 5 potenciálové jámy ležící na kraji aktivní oblasti je vložena vrstva 6 s gradovaným složením o tloušťce d3 3 nm. Složení této vrstvy 6 se plynule mění z GaN od vrchní vrstvy 7 na Ino,o3Gao,97N u hrany vrstvy 5 potenciálové jámy. Tloušťka vrchní vrstvy 7 je 100 nm.Scintillators include a multilayer semiconductor nitride heterostructure with 4 m thick GaN underlay 2 prepared by MOVPE technology. The nitride backsheet 3 is doped with 5-10 18 cm 3 silicon and has a thickness of 300 nm. The barrier layers 4 are formed of GaN and have a thickness d? 7 nm. The layers of the 5 potential wells with a narrow band gap are made of Ino, o6Gao, 94N and have a thickness di 1.5 nm. Between the cover layer 7 and the uppermost layer 5 of the potential pit lying on the edge of the active area, a layer 6 with a graded composition d 3 3 nm is inserted. The composition of this layer 6 fluently changes from GaN from the top layer 7 to Ino, by 3 Gao, 97N at the edge of the potential pit layer 5. The thickness of the topsheet 7 is 100 nm.

Příklad 3 - Vrstvená heterostruktura s vrstvou 6 s gradovaným složením uspořádanou ze strany vrchní vrstvy 7 i spodní vrstvy 3 vhodná pro detekci elektronů s širokým rozsahem energií.Example 3 - A layered heterostructure with a layer 6 of graded composition arranged on the side of the topsheet 7 and the backsheet 3 suitable for the detection of electrons with a wide range of energies.

Součástí scintilátorů je vícevrstvá polovodičová nitridová heterostruktura s GaN podkladovou vrstvou 2 o tloušťce 4 Tm připravená technologií MOVPE. Nitridová spodní vrstva 3 je dotována křemíkem s koncentrací 5-1018cni3 a má tloušťku 300 nm. Bariérové vrstvy 4 jsou tvořeny GaN a mají v aktivní oblasti tloušťku cť 7 nm. Vrstvy 5 potenciálových jam s užším zakázaným pásem jsou tvořeny Ino,o6Gao,94N a mají tloušťku di 1,5 nm. Mezi krycí vrstvu 7 a nejsvrchnější vrstvu 5 potenciálové jámy ležící na kraji aktivní oblasti a dále mezi spodní vrstvu 3 a nejspodnější vrstvu 5 potenciálové jámy ležící na kraji aktivní oblasti jsou vloženy vrstvy 6 s gradovaným složením o tloušťce d3 3 nm. Složení vrstev 6 se plynule mění z GaN na Ino,o3Gao,97N u hrany vrstvy 5 potenciálové jámy pomocí změny teploty epitaxního růstu ze 730 na 800 °C. Tloušťka vrchní vrstvy 7 je 30 nm.The scintillators include a multilayer semiconductor nitride heterostructure with 4 Tm GaN backing layer 2 prepared by MOVPE technology. The nitride backsheet 3 is doped with 5-10 18 cm 3 silicon and has a thickness of 300 nm. The barrier layers 4 are GaN and have a thickness of 7 nm in the active region. The layers of the 5 potential wells with a narrow band gap are made of Ino, o6Gao, 94N and have a thickness di 1.5 nm. Between the cover layer 7 and the top potential pit layer 5 at the edge of the active area and further between the bottom layer 3 and the bottom potential layer 5 at the edge of the active area, layers 6 with a graded composition d 3 of 3 nm are interposed. The composition of the layers 6 changes continuously from GaN to Ino, by 3 Gao, 97N at the edge of the potential pit layer 5 by changing the epitaxial growth temperature from 730 to 800 ° C. The thickness of the topsheet 7 is 30 nm.

Na obr. 4 je znázorněn vliv použití vrstev 6 na zvýšení intenzity katodoluminiscence pro strukturu podle příkladu 3, s vrstvami 6 o tloušťce 3 nm před první a za poslední InGaN vrstvou 5 v aktivní oblasti. Zvýšení luminiscence je ukázáno na katodo luminiscenčních spektrech naměřených pro detekci elektronů s různou hloubkou průniku do heterostruktury. Nej výraznějšímu zvýšení intenzity luminiscence je dosaženo při absorpci elektronů pod a nad aktivní oblastí, viz obr. 4a a obr 4c.Figure 4 shows the effect of using layers 6 on increasing cathodoluminescence intensity for the structure of Example 3, with layers 6 of 3 nm thickness before and after the last InGaN layer 5 in the active region. The increase in luminescence is shown on cathodo luminescence spectra measured for the detection of electrons with different depths of penetration into the heterostructure. The most significant increase in luminescence intensity is achieved with electron absorption below and above the active region, see Figs. 4a and 4c.

Příklad 4 - Vrstvená heterostruktura s vrstvami 6 mezi všemi InGaN vrstvami 5 a GaN bariérovými vrstvami 4 vhodná pro detekci ionizujícího záření s širokým rozsahem energiíExample 4 - Layered heterostructure with layers 6 between all InGaN layers 5 and GaN barrier layers 4 suitable for detection of a wide range of ionizing radiation

Součástí scintilátorů je vícevrstvá polovodičová nitridová heterostruktura s GaN podkladovou vrstvou 2 o tloušťce L 4 Im připravená technologií MOVPE. Nitridová spodní vrstva 3 je dotována křemíkem s koncentrací 5-Olxcm3 a má tloušťku ti 300 nm. Bariérové vrstvy 4 jsou tvořeny GaN a mají v aktivní oblasti tloušťku cť 7 nm. Vrstvy 5 s užším zakázaným pásem jsou tvořeny Ino,o6Gao,94N a mají tloušťku di 1,5 nm. Mezi každou vrstvou 5 a bariérovou vrstvu 4 je vložena vrstva 6 s gradovaným složením o tloušťce d3 2 nm. Složení této vrstvy 6 se při epitaxi plynule mění z Ino,o3Gao,97N u hrany vrstvy 5 na GaN u hrany bariérové vrstvy 4, změny složení je dosaženo plynulou změnou teploty během epitaxe této vrstvy ze 720 na 800 °C. Tloušťka vrchní vrstvy 7 je 50 nm.Scintillators include a multilayer semiconductor nitride heterostructure with GaN backing layer 2 with L 4 Im thickness prepared by MOVPE technology. The nitride backsheet 3 is doped with silicon having a concentration of 5-0 x 1 cm 3 and has a thickness t of 300 nm. The barrier layers 4 are GaN and have a thickness of 7 nm in the active region. The narrow band gap layers 5 consist of Ino, o6Gao, 94N and have a thickness di 1.5 nm. Between each layer 5 and the barrier layer 4 is a layer 6 of graded composition having a thickness d 3 of 2 nm. The composition of this layer 6 fluently changes from Ino, by 3 Gao, 97N at the edge of layer 5 to GaN at the edge of the barrier layer 4, the change in composition is achieved by continuously changing the temperature during epitaxy of this layer from 720 to 800 ° C. The thickness of the topsheet 7 is 50 nm.

Na obr. 5a je znázorněn vliv použití vrstev 6 o tloušťce d3 2 nm mezi každou InGaN vrstvu 5 a GaN bariérovou vrstvu 4 (struktura podle příkladu 4) na zvýšení intenzity fotoluminiscence v případě, že k absorpci excitujícího záření dochází nad aktivní oblastí směrem ze strany vrchní vrstvy 7. U tohoto vzorku byla vrstva 6 použita na horním rozhraní každé vrstvy 5 s bariérovou vrstvou 4. Excitace světlem s vlnovou délkou 375 nm, při které jsou elektron děrové páry excitovány přímo ve vrstvách 5, byla použita pro ověření, že zesílení luminiscence bylo dosaženo díky vložení vrstvy 6 a efektivnějšímu průniku nosičů náboje do aktivní oblasti.Figure 5a shows the effect of using layers 6 of d 3 2 nm thickness between each InGaN layer 5 and the GaN barrier layer 4 (structure according to Example 4) to increase the photoluminescence intensity when the exciting radiation is absorbed above the active region In this sample, layer 6 was applied at the upper boundary of each layer 5 with the barrier layer 4. Light excitation with a wavelength of 375 nm at which the hole electron is excited directly in the layers 5 was used to verify that the amplification luminescence was achieved through the insertion of layer 6 and more efficient penetration of charge carriers into the active region.

-6CZ 307721 B6-6GB 307721 B6

Na obr. 5b je dokázáno, že pokud jsou nosiče náboje generovány přímo v aktivní oblasti bez nutnosti migrace, k žádnému zesílení luminiscence u téže struktury nedochází.In Fig. 5b it is shown that if the charge carriers are generated directly in the active region without the need for migration, no luminescence enhancement occurs in the same structure.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Scintilační detektor pro detekci ionizujícího záření, zejména elektronového, rentgenového nebo částicového záření, podle vynálezu nalezne mimo jiné především uplatnění v medicínských oborech pracujících s ionizujícím zářením, v elektronových mikroskopech, v přístrojích vyžadujících rychlou detekci určených pro výzkum, nebo pro analýzu materiálů a výrobků, zejména v aplikacích diagnostiky kvality integrovaných obvodů a jiných elektronických součástek, dále v mikroradiografii, včetně rychlých CT systému s vysokým rozlišením a v mnoha dalších badatelských oborech, jako jsou astronomie, částicová fyzika, atp. Navrhované řešení je zvláště využitelné ve scintilačních detektorech záření s různou hloubkou průniku ionizujícího záření.The scintillation detector for the detection of ionizing radiation, in particular electron, x-ray or particle radiation, according to the invention finds, inter alia, applications in medical fields working with ionizing radiation, in electron microscopes, in instruments requiring rapid detection for research or for analysis of materials and products. especially in applications of quality diagnostics of integrated circuits and other electronic components, further in micro-radiography, including fast high-resolution CT systems and in many other research fields such as astronomy, particle physics, etc. The proposed solution is particularly useful in scintillation detectors with different penetration depths of ionizing radiation.

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims (3)

1. Scintilační detektor pro detekci ionizujícího záření, zejména elektronového, rentgenového nebo částicového záření, zahrnující monokrystalický substrát (1), na kterém je nanesena alespoň jedna podkladová vrstva (2) pro navázaní alespoň jedné nitridové polovodičové vrstvy (3, 4, 5, 6) na substrát (1) pomocí epitaxe, alespoň jedna nitridová polovodičová vrstva (3, 4, 5, 6) je popsána obecným vzorcem AlyInxGai_x_yN, kde platí 0<x<l,0<y<la0< x+y < 1, přičemž alespoň dvě nitridové polovodičové vrstvy (3, 4, 5, 6) jsou uspořádány do vrstvené heterostruktury, jejíž struktura obsahuje alespoň jednu vrstvu (5) potenciálové jámy pro zářivé rekombinace elektronů a děr, kdy na podkladové vrstvě (2) je uspořádána alespoň jedna spodní vrstva (3) s n-typovou dotací, nad spodní vrstvou (3) je uspořádána aktivní oblast heterostruktury sestávající z alespoň jedné aktivní dvojice nitridových polovodičových vrstev (4, 5) složené z bariérové vrstvy (4) typu AlybInxbGai_xb_ybN a z vrstvy (5) potenciálové jámy typu AlywIn XwGai-xw ywN, pro které platí xb < xw a yb > yw, přičemž je ve směru od substrátu (1) nad nejvýše se nacházející aktivní dvojicí vrstev (4, 5) uspořádána alespoň jedna vrchní nitridová polovodičová vrstva (7), vyznačující se tím, že na alespoň jedné straně aktivní oblasti a/nebo uvnitř aktivní oblasti je vložena alespoň jedna vrstva (6) s gradovaným složením pro snížení potenciálové bariéry a usnadnění migrace elektronů a děr do aktivní oblasti heterostruktury, která sousedí s vrstvou (5) potenciálové jámy, její tloušťka (clý) je menší než 5 nm a její složení se mění ve směru k vrstvě (5) potenciálové jámy z obecného vzorce AlypInxpGai_xp_ypN na obecný vzorec AlygInXgGai-Xg-ygN, přičemž platí že xg < xw a yw < yg.Scintillation detector for detecting ionizing radiation, in particular electron, x-ray or particle radiation, comprising a single crystal substrate (1) on which at least one substrate layer (2) is deposited for bonding at least one nitride semiconductor layer (3, 4, 5, 6) ) on the substrate (1) by epitaxy, at least one nitride semiconductor layer (3, 4, 5, 6) is described by the general formula Al y In x Ga 1 x y y where 0 <x <1.0, 0 <y <la0 <x + y <1, wherein at least two nitride semiconductor layers (3, 4, 5, 6) are arranged in a layered heterostructure, the structure of which comprises at least one potential well layer (5) for radiant electron and hole recombination, (2) there is arranged at least one bottom layer (3) with n-type doping, above the bottom layer (3) there is an active heterostructure region consisting of at least one active pair of nitride semiconductor layers v (4, 5) composed of a barrier layer (4) of the type Al y bIn x bGai_ x b_ y bN and a layer (5) of the potential pit of the type Al yw In X wGai- xw yw N to which xb <xw and yb> yw, wherein at least one upper nitride semiconductor layer (7) is arranged in the direction away from the substrate (1) above the uppermost active pair of layers (4, 5), characterized in that on at least one side of the active region and / or inside the active region at least one layer (6) of graded composition is inserted to reduce the potential barrier and facilitate the migration of electrons and holes into the active region of the heterostructure adjacent to the potential pit layer (5), its thickness (c10) is less than 5 nm and its composition varies in the direction toward the layer (5) of the potential well of the general formula Al xp yp in Gai_ xp yp _ N in the general formula Al X in YG gGai- X G YG N, it being understood that XG <xw and yw <YG. 2. Scintilační detektor podle nároku 1, vyznačující se tím, že vrstva (6) s gradovaným složením má plynule se měnící složení.Scintillation detector according to claim 1, characterized in that the graded composition layer (6) has a continuously varying composition. 3. Scintilační detektor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že složení vrstvy (6) s gradovaným složením se mění z GaN na Ino,o3Gao,97N.Scintillation detector according to claim 1 or 2, characterized in that the composition of the graded composition layer (6) varies from GaN to Ino, 13Gao, 97N.
CZ2017-556A 2017-09-19 2017-09-19 Scintillation detector for the detection of ionizing radiation CZ2017556A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2017-556A CZ2017556A3 (en) 2017-09-19 2017-09-19 Scintillation detector for the detection of ionizing radiation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2017-556A CZ2017556A3 (en) 2017-09-19 2017-09-19 Scintillation detector for the detection of ionizing radiation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ307721B6 true CZ307721B6 (en) 2019-03-20
CZ2017556A3 CZ2017556A3 (en) 2019-03-20

Family

ID=65721661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2017-556A CZ2017556A3 (en) 2017-09-19 2017-09-19 Scintillation detector for the detection of ionizing radiation

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2017556A3 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1736524A1 (en) * 2004-04-08 2006-12-27 Hamamatsu Photonics K.K. Luminous body, electron beam detector using the same, scanning electron microscope, and mass analysis device
CZ306026B6 (en) * 2015-02-09 2016-06-29 Crytur, Spol.S R.O. Scintillation detector for detecting ionizing radiation

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1736524A1 (en) * 2004-04-08 2006-12-27 Hamamatsu Photonics K.K. Luminous body, electron beam detector using the same, scanning electron microscope, and mass analysis device
CZ306026B6 (en) * 2015-02-09 2016-06-29 Crytur, Spol.S R.O. Scintillation detector for detecting ionizing radiation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HOSPODKOVÁ, A. ET AL: „On the correlations between the excitonic luminescence efficiency and the QW numbers in multiple InGaN/GaN QW structure" JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 121, 214505 (2017); HTTPS://DOI.ORG/10.1063/1.4984908 , ISSN: 0021-8979 *

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2017556A3 (en) 2019-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106415854B (en) Electronic device including N-type and p-type superlattices
JP6381815B2 (en) Ionizing radiation scintillation detector
CN101867002A (en) Novel semiconductor light-emitting diode
Lee et al. Electrical properties and radiation detector performance of free-standing bulk n-GaN
Belenky et al. Metamorphic InAsSb/AlInAsSb heterostructures for optoelectronic applications
Blank et al. Temperature dependence of the photoelectric conversion quantum efficiency of 4H–SiC Schottky UV photodetectors
US20130043459A1 (en) Long Wavelength Infrared Superlattice
Golovynskyi et al. Deep levels in metamorphic InAs/InGaAs quantum dot structures with different composition of the embedding layers
Dhomkar et al. Feasibility of submonolayer ZnTe/ZnCdSe quantum dots as intermediate band solar cell material system
Kastalsky et al. Semiconductor high-energy radiation scintillation detector
CN115020183A (en) Scintillator and electronic detector
US8426845B2 (en) Long wavelength infrared superlattice
US20130043458A1 (en) Long Wavelength Infrared Superlattice
CZ307721B6 (en) Scintillation detector for the detection of ionizing radiation
Przezdziecka et al. Current transport mechanisms in zinc oxide/silicon carbide heterojunction light‐emitting diodes
Sumiya Characterization of wide-gap semiconductors by photothermal deflection spectroscopy
Shklyaev et al. Impact ionization of excitons in Ge/Si structures with Ge quantum dots grown on the oxidized Si (100) surfaces
Chae et al. Near ultraviolet light emission in hexagonal boron nitride based van der Waals heterostructures
CZ303201B6 (en) Scintillation detection unit for detecting electrons, ions and photons of sandwich structure
Oleshko et al. Luminescence of thin-film light-emitting diode structures upon excitation by a high-current electron beam
Kojima et al. Intraband relaxation process in highly stacked quantum dots
CZ2011834A3 (en) Scintillation detection unit with increased radioresistance
Fernandez-Izquierdo et al. Halide Perovskite Thin Films for Neutron and X-Ray Detection
Yanagida et al. Scintillation Properties
Hulicius et al. Origin of recombination transitions at the lattice‐matched GaInAsSb‐GaSb n‐N type‐II heterojunctions