JP2005159156A - 半導体放射線検出器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体放射線検出器10は、低抵抗のN型のSi基板11と、Si基板上に形成された砒素被覆層12と、その上にMOVPE法により積層形成された高抵抗P型のCdTe成長層13とを設けており、CdTe成長層表面からSi基板に達する分離溝15により多数のヘテロ接合構造の平面素子に分離されている。Si基板が、高温の水素還元雰囲気中で熱処理され、表面が清浄にされる。このSi基板11に、GaAs粉末あるいはGaAs結晶を熱分解させて、砒素分子で1分子層程度被覆して砒素被覆層を形成する。砒素被覆層の形成されたSi基板に、450〜500°C程度の雰囲気中で、MOVPE法によりCdTe成長層が0.2〜0.5μm程度の膜厚で形成される。
【選択図】 図1
Description
変形例の半導体放射線検出器10Aは、図3に示すように、低抵抗のN型のSi基板11上に、上記砒素被覆層12を設けた後、低抵抗のN型であるCdTe中間成長層14を設け、さらに高抵抗のP型のCdTe成長層13を設けたものである。N型であるCdTe中間成長層14も、上記P型のCdTe成長層13と同様にMOVPE法により、ドーパントを沃素に代えて形成することができる。N型であるCdTe中間成長層14の厚さは、0.02〜0.05mm程度の薄い層となっており、P型のCdTe成長層13は、第1実施例と同様である。このように、変形例1によれば、低抵抗の薄いN型の中間成長層14を設けたことにより、PN接合におけるダメージの発生が中間成長層14で抑えられてCdTe成長層13の結晶性が良好に確保されるため、PN接合によるCdTe成長層13で発生したキャリアの収集効率が高められる。
第2実施例の半導体放射線検出器20は、図4に示すように、低抵抗のP型のSi基板21上に、上記砒素被覆層12を設けた後、高抵抗のP型であるCdTe成長層22を設け、さらに低抵抗のN型のCdTe成長層23を設けたものである。CdTe成長層23については上記のようにドーパントを沃素に代えることによりMOVPE法によって形成される。P型のCdTe成長層22については、上記CdTe成長層13と同等の厚さである。N型のCdTe成長層23の厚さは、0.02〜0.05mm程度の薄い層となっている。
変形例1の半導体放射線検出器20Aは、図5に示すように、低抵抗のP型のSi基板21上に、上記砒素被覆層12を設けた後、低抵抗のP型であるCdTe成長層24を設け、さらに高抵抗のP型のCdTe成長層22を設け、その上に低抵抗のN型であるCdTe成長層23を重ねたものである。CdTe成長層23,24についてはいずれも上記のようにドーパントを沃素と砒素に代えることによりMOVPE法によって形成される。P型のCdTe成長層22及びN型のCdTe成長層23については、第2実施例のCdTe成長層22,23と同等の厚さである。P型のCdTe成長層24の厚さは、0.02〜0.05mm程度の薄膜となっている。これにより、変形例1においては、第2実施例の効果に加えて、Si基板21との境界で発生する欠陥を厚みの薄いP型のCdTe成長層24で抑えることができ、高抵抗のCdTe成長層22の耐放射線特性を高めることができる。
変形例2の半導体放射線検出器20Bは、図6に示すように、第2実施例の半導体放射線検出器20において低抵抗のN型のCdTe成長層23に代えて、ショットキー電極26を設けたものである。ショットキー電極26の材料としては、例えば金単体が用いられる。これにより、第2実施例のPN接合と同様に、ショットキー電極26とCdTe成長層22とのショットキ接合により、放射線の入射によって能動層であるCdTe成長層22で生じたキャリアを効率よく取り出すことができる。また、変形例1の半導体放射線検出器20Aにおいて、低抵抗のN型のCdTe成長層23に代えて、ショットキー電極を設けても同様の効果が得られる。
第3実施例の半導体放射線検出器31は、図7に示すように、半導体放射線検出器の表面側に二次元配列された多数の表面電極32aを設けると共に、表面電極32aの周囲を囲むガードリング電極32bを設けたものである。すなわち、上記第1実施例に示した、CdTe成長層13表面側にSi基板11内まで延びた分離溝15を設ける代わりに、ガードリング電極32bにより、多数の単位素子に分離された半導体放射線検出器31を得るようにしたものである。これにより、半導体放射線検出器31の表面側を溝を設ける手間が省かれるため、二次元配列された多数の素子からなる半導体放射線検出器が、安価に提供される。
第4実施例の半導体放射線検出器34は、図8に示すように、高抵抗のSi基板35(あるいはGaAs基板)上に高抵抗のCdTe成長層36が形成され、成長層36表面に二次元配列された多数のショットキー電極37が設けられている。電極37については、所定位置の主電極37aと、主電極を囲む周辺電極37bに区分されている。そして、主電極37aと周辺電極37bとの間に高電圧源38の電圧が印加されることにより、成長層36で発生したキャリアの処理が、半導体放射線検出器34の表面側でのみ行われるようになっている。これにより、第4実施例においては、半導体放射線検出器34の表面側にレーザーカッチング法等で溝を設けて素子間を分離しなくても、表面側のみでの電極処理により、二次元配列された多数の素子からなる半導体放射線検出器を簡易に実現することができる。
第5実施例の半導体放射線検出器40は、図9に示すように、低抵抗のN型のGaAs基板41と、基板41上にMOVPE法により積層形成された高抵抗P型のCdTe成長層42とを設けており、CdTe成長層42表面から基板41に達する分離溝(図示しない)により多数のヘテロ接合構造の平面素子に分離されており、表面側の電極43と基板裏面側の共通電極44が形成されている。
変形例1の半導体放射線検出器46は、図10に示すように、第5実施例の低抵抗のN型のGaAs基板41と、基板41上にMOVPE法により積層形成された高抵抗P型のCdTe成長層42との間に、低抵抗でN型の厚さの薄いCdTe中間成長層47を設けたものである。変形例1によれば、上記第5実施例の作用効果に加えて、このように低抵抗の薄いN型の中間成長層14を設けたことにより、PN接合におけるダメージの発生が抑えられ、PN接合による能動層であるCdTe成長層42で発生したキャリアの収集効率が高められる。
変形例2の半導体放射線検出器51は、図11に示すように、低抵抗のP型のGaAs基板52上に、高抵抗のP型であるCdTe成長層53を設け、さらに低抵抗のN型のCdTe成長層54を設けたものである。CdTe成長層54については上記のようにドーパントを沃素に代えることによりMOVPE法によって形成される。変形例2によれば、上記第5実施例の作用効果に加えて、半導体放射線検出器に逆バイアスを印加することにより、放射線の入射によって能動層であるP型のCdTe成長層53に発生したキャリアを、低抵抗のN型の成長層54とのPN接合によって効率よく取り出すことができる。
変形例3の半導体放射線検出器56は、図12に示すように、変形例2の半導体放射線検出器51において、低抵抗のP型のGaAs基板52上と高抵抗のP型であるCdTe成長層53の間に、厚さの薄い低抵抗のP型のCdTe中間成長層57を設けたものである。これにより、変形例3においては、第5実施例の効果に加えて、GaAs基板52上との境界で発生する欠陥を厚みの薄いP型のCdTe中間成長層57で抑えることができ、高抵抗のCdTe成長層53の耐放射線特性を高めることができる。
変形例4の半導体放射線検出器61は、図13に示すように、上記変形例2の半導体放射線検出器51において、低抵抗のN型のCdTe成長層54に代えて、ショットキー電極62を設けたものである。これにより、第2実施例のPN接合と同様に、ショットキー電極62とP型のCdTe成長層53とのショットキ接合により、放射線の入射によってP型層53である能動層で生じたキャリアを効率よく取り出すことができる。また、変形例3の半導体放射線検出器56において、低抵抗のN型のCdTe成長層54に代えて、ショットキー電極を設けても同様の効果が得られる。
Claims (18)
- SiあるいはGaAs基板と、該基板の表面上にMOVPE法により積層形成されたCdTeあるいはCdZnTe成長層とを備え、該成長層が入射放射線に対する能動層となることを特徴とする半導体放射線検出器。
- 前記SiあるいはGaAs基板が低抵抗のN型であり、前記CdTeあるいはCdZnTe成長層が高抵抗のP型であることを特徴とする前記請求項1に記載の半導体放射線検出器。
- 前記SiあるいはGaAs基板と、前記CdTeあるいはCdZnTe成長層との間に、低抵抗のN型で厚さの薄いCdTeあるいはCdZnTe中間成長層を設けたことを特徴とする前記請求項2に記載の半導体放射線検出器。
- 前記SiあるいはGaAs基板が低抵抗のP型であり、前記CdTeあるいはCdZnTe成長層が前記SiあるいはGaAs基板側の高抵抗のP型層と表面側の低抵抗のN型層を積層させたものであることを特徴とする前記請求項1に記載の半導体放射線検出器。
- 前記SiあるいはGaAs基板と、前記高抵抗のP型層との間に、砒素を含む低抵抗のP型である厚さの薄いCdTeあるいはCdZnTe中間成長層を設けたことを特徴とする前記請求項4に記載の半導体放射線検出器。
- 前記表面側の低抵抗のN型層に代えて、ショットキー電極を設けたことを特徴とする前記請求項4又は5に記載の半導体放射線検出器。
- 前記表面側の成長層から前記SiあるいはGaAs基板に達する溝が切断手段により設けられて、二次元に配列された多数の単位素子に分離されていることを特徴とする前記請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体放射線検出器。
- 前記成長層側の表面に二次元に配列された多数の表面電極あるいはショットキー電極を設けると共に、該表面電極あるいはショットキー電極の周囲を囲むガードリング電極を設けたことを特徴とする前記請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体放射線検出器。
- 前記表面側の低抵抗成長層が多数の小領域に分離されて二次元に配列されており、該小領域あるいは前記ショットキー電極である小領域について、所定位置の主小領域と、該主小領域を囲む複数の周辺小領域との間に高電圧が印加される構成であることを特徴とする前記請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体放射線検出器。
- Si基板の表面上にMOVPE法によりCdTeあるいはCdZnTe成長層を積層して形成し、該成長層を入射放射線に対する能動層とする半導体放射線検出器の製造方法であって、前記Si基板が高温還元雰囲気中に置かれた状態で、GaAs粉末あるいはGaAs結晶を分解して該Si基板上に砒素を付着させ、該砒素の付着したSi基板上にCdTeあるいはCdZnTe成長層を積層形成することを特徴とすると半導体放射線検出器の製造方法。
- 前記Si基板が低抵抗のN型であり、前記CdTeあるいはCdZnTe成長層が高抵抗のP型であることを特徴とする前記請求項10に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
- 前記Si基板と、前記CdTeあるいはCdZnTe成長層との間に、低抵抗のN型で厚さの薄いCdTeあるいはCdZnTe中間成長層を形成したことを特徴とする前記請求項11に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
- 前記Si基板が低抵抗のP型であり、前記CdTeあるいはCdZnTe成長層が前記Si基板側の高抵抗のP型層と表面側の低抵抗のN型層を積層させたものであることを特徴とする前記請求項10に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
- 前記Si基板と、前記高抵抗のP型層との間に、砒素を含む低抵抗のP型である厚みの薄いCdTeあるいはCdZnTe中間成長層を形成したことを特徴とする前記請求項13に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
- 前記表面側のN型層に代えて、ショットキー電極を設けたことを特徴とする前記請求項13又は14記載の半導体放射線検出器の製造方法。
- 前記表面側の成長層から前記Si基板に達する溝を切断手段により設けて、二次元に配列された多数の単位素子に分離することを特徴とする前記請求項10から15のいずれか1項に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
- 前記成長層側の表面に二次元に配列された多数の表面電極あるいはショットキー電極を設けると共に、該表面電極あるいはショットキー電極の周囲を囲むガードリング電極を設けたことを特徴とする前記請求項10から15のいずれか1項に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
- 前記表面側の低抵抗成長層が多数の小領域に分離されて二次元に配列されており、該小領域あるいは前記ショットキー電極である小領域について、所定位置の主小領域と、該主小領域を囲む複数の周辺小領域との間に高電圧が印加される構成であることを特徴とする前記請求項10から15のいずれか1項に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
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