JP2001349948A - Ｘ線発光素子 - Google Patents
Ｘ線発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｘ線を照射して発光を行うＸ線発光素子であ
って、透光性、発光輝度・効率、耐放射線に優れたＸ線
発光素子を得る。 【解決手段】 基板１１上にバンドギャップを有するＧ
ａＮ等の半導体層１２を有し、そのバンドギャップの障
壁エネルギ以上のＸ線を照射することで、前記半導体層
１２において発光することを特徴とする。Ｘ線で直接励
起して発光するため、優れた輝度・効率をもつＸ線発光
素子が得られる。また、半導体層１２として薄膜単結晶
を利用することで透光性に優れ、これを自由に制御する
ことができる。また、半導体層１２でのバンドギャップ
を利用することで高い発光輝度及びその効率をもち、か
つ特定の波長の発光のみが得られる。さらに、Ｘ線の波
長に依存せず利用できる。結晶成長は容易であり加工性
に優れ、高い結晶性を有するため、耐放射線に優れてい
る。また、半導体層１２を基板１１上に形成すること
で、外部からの衝撃にも強い発光素子が実現できる。
って、透光性、発光輝度・効率、耐放射線に優れたＸ線
発光素子を得る。 【解決手段】 基板１１上にバンドギャップを有するＧ
ａＮ等の半導体層１２を有し、そのバンドギャップの障
壁エネルギ以上のＸ線を照射することで、前記半導体層
１２において発光することを特徴とする。Ｘ線で直接励
起して発光するため、優れた輝度・効率をもつＸ線発光
素子が得られる。また、半導体層１２として薄膜単結晶
を利用することで透光性に優れ、これを自由に制御する
ことができる。また、半導体層１２でのバンドギャップ
を利用することで高い発光輝度及びその効率をもち、か
つ特定の波長の発光のみが得られる。さらに、Ｘ線の波
長に依存せず利用できる。結晶成長は容易であり加工性
に優れ、高い結晶性を有するため、耐放射線に優れてい
る。また、半導体層１２を基板１１上に形成すること
で、外部からの衝撃にも強い発光素子が実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＸ線を用いて可視領
域を含む波長領域の光を発光する発光素子（ここではＸ
線発光素子と称する）に関し、特に半導体薄膜を用いた
Ｘ線発光素子に関するものである。
域を含む波長領域の光を発光する発光素子（ここではＸ
線発光素子と称する）に関し、特に半導体薄膜を用いた
Ｘ線発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線発光素子は、Ｘ線位置モニタ、Ｘ線
増感紙、Ｘ線検出器に利用されている。例えば、Ｘ線検
出器に用いられるＸ線発光素子として、特開昭５８−２
０４０８８号公報に記載のようなシンチレーション検出
器に用いられたものがある。このシンチレーション検出
器は、例えば、Ｘ線ＣＴ（コンピュータトモグラフィ）
に用いており、Ｘ線を検体に照射し、検体を透過したＸ
線をシンチレーション検出器で検出して発光する。そし
て、この発光をフォトダイオード等で受光して電気信号
に変換し、この電気信号をコンピュータ処理すること
で、検体のＣＴ像を得ることが可能である。このような
Ｘ線発光素子（シンチレーション検出器）として、前記
した公報では、Ｇｄ，Ｐｒを含む希土類酸硫化物セラミ
ックスが用いられている。あるいは、従来の他の技術と
して、ＮａＩ，ＣｓＩなどのヨウ化物、また、ＰｂＷＯ
４ などが用いられている。
増感紙、Ｘ線検出器に利用されている。例えば、Ｘ線検
出器に用いられるＸ線発光素子として、特開昭５８−２
０４０８８号公報に記載のようなシンチレーション検出
器に用いられたものがある。このシンチレーション検出
器は、例えば、Ｘ線ＣＴ（コンピュータトモグラフィ）
に用いており、Ｘ線を検体に照射し、検体を透過したＸ
線をシンチレーション検出器で検出して発光する。そし
て、この発光をフォトダイオード等で受光して電気信号
に変換し、この電気信号をコンピュータ処理すること
で、検体のＣＴ像を得ることが可能である。このような
Ｘ線発光素子（シンチレーション検出器）として、前記
した公報では、Ｇｄ，Ｐｒを含む希土類酸硫化物セラミ
ックスが用いられている。あるいは、従来の他の技術と
して、ＮａＩ，ＣｓＩなどのヨウ化物、また、ＰｂＷＯ
４ などが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来のＸ線発光素子では、次のような問題が生じてい
る。先ず、希土類セラミックスは混合する硫化剤、フラ
ックス材料などによって透光性に問題があることが知ら
れている。また、ＮａＩ，ＣｓＩは潮解性があり、耐放
射線に問題がある。ＰｂＷＯ４ は高エネルギＸ線用の
材料として有望であるが、大量の単結晶を作製すること
は容易ではない。また、発光波長帯は広く、特定の波長
光を利用することが難しいという問題がある。
た従来のＸ線発光素子では、次のような問題が生じてい
る。先ず、希土類セラミックスは混合する硫化剤、フラ
ックス材料などによって透光性に問題があることが知ら
れている。また、ＮａＩ，ＣｓＩは潮解性があり、耐放
射線に問題がある。ＰｂＷＯ４ は高エネルギＸ線用の
材料として有望であるが、大量の単結晶を作製すること
は容易ではない。また、発光波長帯は広く、特定の波長
光を利用することが難しいという問題がある。
【０００４】本発明の目的は透光性に優れ、発光輝度・
効率が高く、かつ耐放射線に優れたＸ線発光素子を提供
することである。また、透光性を自由に制御できること
を目的とする。また、特定の発光波長が利用でき、しか
も用いるＸ線波長に依存しないＸ線発光素子を提供する
ことである。さらに加工性に優れ、素子として利用しや
すいことを目的とするものである。
効率が高く、かつ耐放射線に優れたＸ線発光素子を提供
することである。また、透光性を自由に制御できること
を目的とする。また、特定の発光波長が利用でき、しか
も用いるＸ線波長に依存しないＸ線発光素子を提供する
ことである。さらに加工性に優れ、素子として利用しや
すいことを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のＸ線発光素子
は、バンドギャップを有する半導体層を有し、前記バン
ドギャップの障壁エネルギ以上のＸ線を照射することで
発光する構成である。ここで、前記半導体層は薄膜単結
晶で構成される。また、前記半導体層は高い透光性を有
し、その膜厚によって透光度が制御される。
は、バンドギャップを有する半導体層を有し、前記バン
ドギャップの障壁エネルギ以上のＸ線を照射することで
発光する構成である。ここで、前記半導体層は薄膜単結
晶で構成される。また、前記半導体層は高い透光性を有
し、その膜厚によって透光度が制御される。
【０００６】本発明のＸ線発光素子にかかる半導体層と
して、III-Ｖ族半導体で構成されることを特徴とする。
すなわち、前記半導体層としてＧａＮで構成されること
を特徴とする。また、前記半導体層は、Ｘ線の吸収が小
さい材料からなる基板上に積層されて形成されることが
好ましい。
して、III-Ｖ族半導体で構成されることを特徴とする。
すなわち、前記半導体層としてＧａＮで構成されること
を特徴とする。また、前記半導体層は、Ｘ線の吸収が小
さい材料からなる基板上に積層されて形成されることが
好ましい。
【０００７】本発明の発光素子はバンドギャップを有す
る半導体を用い、Ｘ線で直接励起して発光しているの
で、優れた輝度・効率をもつＸ線発光素子が得られる。
また、半導体層として薄膜単結晶を利用することで透光
性に優れ、これを自由に制御することができる。また、
半導体層でのバンドギャップを利用することで高い発光
輝度及びその効率をもち、かつ特定の波長の発光のみが
得られる。さらに、用いるＸ線の波長に依存せず利用で
きる。結晶成長は容易であり加工性に優れ、高い結晶性
を有するため、耐放射線に優れている。また、基板上に
半導体層を形成することで、外部からの衝撃にも強いこ
とを特徴とする。
る半導体を用い、Ｘ線で直接励起して発光しているの
で、優れた輝度・効率をもつＸ線発光素子が得られる。
また、半導体層として薄膜単結晶を利用することで透光
性に優れ、これを自由に制御することができる。また、
半導体層でのバンドギャップを利用することで高い発光
輝度及びその効率をもち、かつ特定の波長の発光のみが
得られる。さらに、用いるＸ線の波長に依存せず利用で
きる。結晶成長は容易であり加工性に優れ、高い結晶性
を有するため、耐放射線に優れている。また、基板上に
半導体層を形成することで、外部からの衝撃にも強いこ
とを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明にかかるＸ線発光素子
の概略構成図である。本Ｘ線発光素子１０は、基板１１
と、前記基板１１上に積層された所要のバンドギャップ
を有する半導体層１２と、前記半導体層１２を覆う保護
層１３から構成されている。前記基板１１には、Ｘ線の
吸収が小さい材料、例えばサファイア等の結晶が用いら
れる。また、前記半導体層１２は前記基板１１の表面上
に結晶成長法によって半導体薄膜単結晶膜を成長させて
形成されている。半導体層の材料は原理的にバンドギャ
ップをもつ半導体であればよい。特に、III-Ｖ族化合物
半導体、ダイヤモンドなど比較的広いバンドギャップを
もつものが適している。さらに、前記保護層１３は前記
半導体層１２の自然劣化を防ぐ役割をもち、酸化膜や窒
化膜で構成される。
参照して説明する。図１は本発明にかかるＸ線発光素子
の概略構成図である。本Ｘ線発光素子１０は、基板１１
と、前記基板１１上に積層された所要のバンドギャップ
を有する半導体層１２と、前記半導体層１２を覆う保護
層１３から構成されている。前記基板１１には、Ｘ線の
吸収が小さい材料、例えばサファイア等の結晶が用いら
れる。また、前記半導体層１２は前記基板１１の表面上
に結晶成長法によって半導体薄膜単結晶膜を成長させて
形成されている。半導体層の材料は原理的にバンドギャ
ップをもつ半導体であればよい。特に、III-Ｖ族化合物
半導体、ダイヤモンドなど比較的広いバンドギャップを
もつものが適している。さらに、前記保護層１３は前記
半導体層１２の自然劣化を防ぐ役割をもち、酸化膜や窒
化膜で構成される。
【０００９】このような概略構成のＸ線発光素子１０に
対して、前記半導体層１２のバンドギャップの障壁エネ
ルギ以上のＸ線を照射することで、半導体層１２での発
光が生じる。図２は前記Ｘ線発光素子の発光原理を示す
図である。前記半導体層１２は、フェルミ準位を介して
価電子帯２１と伝導帯２２と呼ばれるエネルギ準位があ
る。この二つのエネルギ準位のエネルギ差がバンドギャ
ップ２３に相当する。ここに、高輝度Ｘ線２４、すなわ
ち前記バンドギャップ２３のエネルギ差以上のエネルギ
を有するＸ線を照射することで、価電子帯２１にある電
子２５が連続的に励起され、伝導帯２２に移る。その結
果、価電子帯２１にはホール２６が生じ、これは伝導帯
２２の電子２７が緩和することで埋められる。このとき
バンドギャップ２３に相当する波長をもつ発光２８が起
こることになる。したがって、前記発光２８の波長は、
前記バンドギャップ２３に相当する非常に狭い波長幅の
ものになる。
対して、前記半導体層１２のバンドギャップの障壁エネ
ルギ以上のＸ線を照射することで、半導体層１２での発
光が生じる。図２は前記Ｘ線発光素子の発光原理を示す
図である。前記半導体層１２は、フェルミ準位を介して
価電子帯２１と伝導帯２２と呼ばれるエネルギ準位があ
る。この二つのエネルギ準位のエネルギ差がバンドギャ
ップ２３に相当する。ここに、高輝度Ｘ線２４、すなわ
ち前記バンドギャップ２３のエネルギ差以上のエネルギ
を有するＸ線を照射することで、価電子帯２１にある電
子２５が連続的に励起され、伝導帯２２に移る。その結
果、価電子帯２１にはホール２６が生じ、これは伝導帯
２２の電子２７が緩和することで埋められる。このとき
バンドギャップ２３に相当する波長をもつ発光２８が起
こることになる。したがって、前記発光２８の波長は、
前記バンドギャップ２３に相当する非常に狭い波長幅の
ものになる。
【００１０】
【実施例】本発明の一実施例として、図３を参照して、
ＧａＮ単結晶薄膜を用いたＸ線発光素子３０について説
明する。図３において、１００μｍの厚さのサファイア
基板３１上に、厚さ１μｍのＧａＮバッファ層３２を例
えば低温ＣＶＤ法で形成する。その上に、ＳｉＯ２ 膜
をＣＶＤ法により全面に形成し、かつこのＳｉＯ２膜を
選択的にエッチングしてＳｉＯ２ ストライプ３３を形
成する。このＳｉＯ ２ ストライプ３３は、〈１１− ０
０〉若しくは〈１１２− ０〉に形成した。さらに、そ
の上に、ＧａＮ膜３４をＭＯＣＶＤ法により成長する。
成長したＭＯＣＶＤ ＧａＮ膜３４の膜厚は８μｍであ
った。なお、その上にＳｉＯ２ 膜あるいはＳｉＮ膜の
保護膜を形成するが、ここでは図示は省略している。
ＧａＮ単結晶薄膜を用いたＸ線発光素子３０について説
明する。図３において、１００μｍの厚さのサファイア
基板３１上に、厚さ１μｍのＧａＮバッファ層３２を例
えば低温ＣＶＤ法で形成する。その上に、ＳｉＯ２ 膜
をＣＶＤ法により全面に形成し、かつこのＳｉＯ２膜を
選択的にエッチングしてＳｉＯ２ ストライプ３３を形
成する。このＳｉＯ ２ ストライプ３３は、〈１１− ０
０〉若しくは〈１１２− ０〉に形成した。さらに、そ
の上に、ＧａＮ膜３４をＭＯＣＶＤ法により成長する。
成長したＭＯＣＶＤ ＧａＮ膜３４の膜厚は８μｍであ
った。なお、その上にＳｉＯ２ 膜あるいはＳｉＮ膜の
保護膜を形成するが、ここでは図示は省略している。
【００１１】そして、作製したＸ線発光素子３０のＧａ
Ｎ膜３４に対して表面の面垂直方向から高いエネルギ密
度をもつ波長0.0826ｎｍの放射光Ｘ線を照射し、Ｘ線発
光素子３０で発光した光の波長分布と輝度を測定した。
図４は、測定した発光強度の波長依存性を示す。ＧａＮ
のバンドギャップに相当する 364ｎｍ付近に鋭いピーク
が得られた。発光輝度は蛍光灯よりもはるかに強かっ
た。なお、本実施例におけるＸ線の輝度（エネルギ密度
に対応る）は、１０１４光子数／秒であり、本願発明者
によれば、１０１１光子数／秒以上の輝度を有するＸ線
であれば、発光が可能であることが確認されている。ま
た、同様に本願発明者によれば、波長0.20664 〜0.04ｎ
ｍのＸ線をＸ線発光素子３０に照射することによって発
光が可能であることを確認している。
Ｎ膜３４に対して表面の面垂直方向から高いエネルギ密
度をもつ波長0.0826ｎｍの放射光Ｘ線を照射し、Ｘ線発
光素子３０で発光した光の波長分布と輝度を測定した。
図４は、測定した発光強度の波長依存性を示す。ＧａＮ
のバンドギャップに相当する 364ｎｍ付近に鋭いピーク
が得られた。発光輝度は蛍光灯よりもはるかに強かっ
た。なお、本実施例におけるＸ線の輝度（エネルギ密度
に対応る）は、１０１４光子数／秒であり、本願発明者
によれば、１０１１光子数／秒以上の輝度を有するＸ線
であれば、発光が可能であることが確認されている。ま
た、同様に本願発明者によれば、波長0.20664 〜0.04ｎ
ｍのＸ線をＸ線発光素子３０に照射することによって発
光が可能であることを確認している。
【００１２】次に、前記Ｘ線発光素子３０の後側に電離
箱を設置して透過Ｘ線強度の変化を調べた。ＧａＮ膜３
４の膜厚８μｍとサファイア基板３１の膜厚１００μｍ
の吸収率から、６０％程度の透過率が得られた。次に、
耐放射線を測定するために照射前と照射後の（０００
２）Ｘ線ロッキングカーブの測定を行った。結晶の完全
性をあらわすロッキングカーブの半値幅はＸ線照射前後
で０．０６deg.であり、放射線による試料の劣化は観測
されなかった。
箱を設置して透過Ｘ線強度の変化を調べた。ＧａＮ膜３
４の膜厚８μｍとサファイア基板３１の膜厚１００μｍ
の吸収率から、６０％程度の透過率が得られた。次に、
耐放射線を測定するために照射前と照射後の（０００
２）Ｘ線ロッキングカーブの測定を行った。結晶の完全
性をあらわすロッキングカーブの半値幅はＸ線照射前後
で０．０６deg.であり、放射線による試料の劣化は観測
されなかった。
【００１３】ここで、本発明にかかるＸ線発光素子は、
図１及び図３に示した構成に限られるものではなく、基
板上に半導体層としての半導体薄膜を形成した後に、当
該基板上から半導体薄膜を剥がしたものを利用してもよ
い。これにより、基板におけるＸ線の吸収の影響が少な
くなり、発光の効率をより高めることが可能になる。ま
た、半導体層を単一の材料ではなく複数の材料を規則的
に並べた超格子材料におきかえてもよい。また、半導体
層に用いる材料はＧａＮだけでなく、ＧａＰ，ＳｉＣ，
３元系ＩｎＧａＮ、Ａｌ１−Ｘ ＧａＸ Ａｓ，Ｇａ
１−ｘ ＡｓＸ Ｐ，Ｉｎ１−Ｘ ＧａＸ Ｐなどを利用し
てもよい。
図１及び図３に示した構成に限られるものではなく、基
板上に半導体層としての半導体薄膜を形成した後に、当
該基板上から半導体薄膜を剥がしたものを利用してもよ
い。これにより、基板におけるＸ線の吸収の影響が少な
くなり、発光の効率をより高めることが可能になる。ま
た、半導体層を単一の材料ではなく複数の材料を規則的
に並べた超格子材料におきかえてもよい。また、半導体
層に用いる材料はＧａＮだけでなく、ＧａＰ，ＳｉＣ，
３元系ＩｎＧａＮ、Ａｌ１−Ｘ ＧａＸ Ａｓ，Ｇａ
１−ｘ ＡｓＸ Ｐ，Ｉｎ１−Ｘ ＧａＸ Ｐなどを利用し
てもよい。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の発光素子
は、バンドギャップを有する半導体を利用し、Ｘ線で直
接励起して発光するため、優れた輝度・効率をもつＸ線
発光素子が得られる。また、半導体層として薄膜単結晶
を利用することで透光性に優れ、これを自由に制御する
ことができ、Ｘ線発光素子の主要な用途である、Ｘ線位
置モニタ、Ｘ線増感紙、Ｘ線検出器に利用することが可
能となる。また、半導体層でのバンドギャップを利用す
ることで高い発光輝度及びその効率をもち、かつ特定の
波長の発光のみが得られる。特に、特定の狭い波長帯の
み利用できるので電気的な変化も容易であり、画像読み
出し機として利用できる。さらに、Ｘ線の波長に依存せ
ず利用できる。結晶成長は容易であり加工性に優れ、高
い結晶性を有するため、耐放射線に優れている。また、
基板上に半導体層を形成することで、外部からの衝撃に
も強い発光素子が実現できる。
は、バンドギャップを有する半導体を利用し、Ｘ線で直
接励起して発光するため、優れた輝度・効率をもつＸ線
発光素子が得られる。また、半導体層として薄膜単結晶
を利用することで透光性に優れ、これを自由に制御する
ことができ、Ｘ線発光素子の主要な用途である、Ｘ線位
置モニタ、Ｘ線増感紙、Ｘ線検出器に利用することが可
能となる。また、半導体層でのバンドギャップを利用す
ることで高い発光輝度及びその効率をもち、かつ特定の
波長の発光のみが得られる。特に、特定の狭い波長帯の
み利用できるので電気的な変化も容易であり、画像読み
出し機として利用できる。さらに、Ｘ線の波長に依存せ
ず利用できる。結晶成長は容易であり加工性に優れ、高
い結晶性を有するため、耐放射線に優れている。また、
基板上に半導体層を形成することで、外部からの衝撃に
も強い発光素子が実現できる。
【図１】本発明のＸ線発光素子の概観構成を示す断面図
である。
である。
【図２】Ｘ線発光素子の発光原理を示すエネルギ準位図
である。
である。
【図３】本発明のＸ線発光素子の実施例の断面構成図で
ある。
ある。
【図４】図３のＸ線発光素子に波長0.0826ｎｍのＸ線を
照射して得られる発光強度の波長分布特性図である。
照射して得られる発光強度の波長分布特性図である。
１０ Ｘ線発光素子 １１ 基板 １２ 半導体層 １３ 保護層 ２１ 価電子帯 ２２ 伝導帯 ２３ バンドギャップ ２４ 高輝度Ｘ線 ２５ 価電子帯の電子 ２６ 価電子帯のホール ２７ 伝導帯の電子 ２８ 発光 ３０ Ｘ線発光素子 ３１ サファイア基板 ３２ ＧａＮバッファ膜 ３３ ＳｉＯ２ ストライプ ３４ ＭＯＣＶＤ ＧａＮ膜
Claims (6)
- 【請求項１】 バンドギャップを有する半導体層を有
し、前記バンドギャップの障壁エネルギ以上のＸ線を照
射することで発光することを特徴とするＸ線発光素子。 - 【請求項２】 前記半導体層は薄膜単結晶で構成されて
いることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発光素子。 - 【請求項３】 前記半導体層は高い透光性を有し、その
膜厚によって制御されることを特徴とする請求項２に記
載のＸ線発光素子。 - 【請求項４】 前記半導体層として、III-Ｖ族半導体で
構成されることを特徴とする請求項２または３に記載の
Ｘ線発光素子。 - 【請求項５】 前記半導体層としてＧａＮで構成される
ことを特徴とする請求項４に記載のＸ線発光素子。 - 【請求項６】 前記半導体層は、Ｘ線の吸収が小さい材
料からなる基板上に積層されて形成されていることを特
徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のＸ線発光
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000171865A JP2001349948A (ja) | 2000-06-08 | 2000-06-08 | Ｘ線発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000171865A JP2001349948A (ja) | 2000-06-08 | 2000-06-08 | Ｘ線発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001349948A true JP2001349948A (ja) | 2001-12-21 |
Family
ID=18674358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000171865A Pending JP2001349948A (ja) | 2000-06-08 | 2000-06-08 | Ｘ線発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001349948A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010517027A (ja) * | 2007-01-30 | 2010-05-20 | ユニベルシテ・クロード・ベルナール・リヨン・プルミエ | 生体内線量測定装置 |
| WO2015050141A1 (ja) * | 2013-10-03 | 2015-04-09 | 日立アロカメディカル株式会社 | 半導体放射線検出器、それを用いた核医学診断装置、および半導体放射線検出器の製造方法 |
| CN107316877A (zh) * | 2016-04-19 | 2017-11-03 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | X射线探测器及其制作方法 |
-
2000
- 2000-06-08 JP JP2000171865A patent/JP2001349948A/ja active Pending
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