JPH03201487A - 半導体放射線検出素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、放射線検出素子の製造方法に関するちのであ
り、特には新規な電極形成方法を通してエネルギー分解
能に優れた化合物放射線検出素子の製造方法に関する。

本放射線検出素子は高いエネルギー分解能を必要とする
計測分野、例えばγ線のスペクトロメータ、Ｘ線計測器
用検出素子、医用放射線検出素子に応用できる。

免丑旦１１ 近時、Ｈ−ｖｌ族或いはＩＩＩ　−Ｖ族化合物半導体を
用いる放射線検出素子に注目が払われている。特に、Ｃ
ｄＴｅ化合物半導体放射線検出素子は、そのバンドギャ
ップが大きくて常温での、使用が可能であること、また
放射線の吸収係数が大きいので薄い層で大きな感度を得
られること等の理由で、実用化が進んでいる。

こうした化合物半導体放射線検出素子において重要な課
題は放射線検出時のエネルギー分解能の向上である。化
合物半導体放射線検出素子は化合物半導体結晶の両端面
に電極を形成し、電極間に高電圧をかけて化合物半導体
結晶中に入来するγ線を検出する。放射線検出素子にお
けるエネルギー分解能特性はキャリアーのドリフト長に
大きく依存し、このドリフト長丸は以下の式によって表
わされる。

尤＝μｔＥ 但し、μ：キャリアーの移動度 ｔ：キャリアーの寿命 Ｅ：電界強度 ドリフト長丸を大きくするには、μ及びｔが結晶の種類
により決まる定数なので、電界強度Ｅを大きくすればよ
い。ところが、電界強度Ｅを上げると、電圧印加時のリ
ーク電流が大きくなるため、なかなか高い電圧を印加出
来なかった。

電圧印加時のリーク電流を低減する試みとして、本件出
願人は先に、ＣｄＴｅ結晶を対象として、ＣｄＴｅ結晶
の面方位とリーク電流との間に相関があることを見出し
、ＣｄＴｅ結晶電極形成面を（１１１）面とすることに
よりリーク電流を低減することに成功した（特開昭６３
−１４４７９号）。

従」りえ術 半導体放射線検出素子を一層実用性のあるものとするた
めには、半導体放射線検出素子における電極形成法にお
いては、放射線を検出する有感層にかかる有効な電圧が
印加電圧に対して低減することなく且つ電圧を印加した
場合にキャリアー〇注入によるリーク電流が急増するこ
とを防ぐことが必要である。

こうした目的には、良質な電極形成を行なうことが考慮
されつる。

化合物半導体の放射線検出素子、例えばＣｄＴｅ放射線
検出素子の電極形成方法としては、真空蒸着法または無
電解メッキ法等が用いられてきた。電極材料としてはＩ
ｎ、Ａｌ１、Ａｕ、Ｐｔ等が一般的であるが、無電解メ
ッキに関するものでは塩化金、塩化金酸を原料としたＡ
ｕ無電解メッキに関する報告は多い（例えば、Ａ、Ｍｕ
ｓａｅｔ　ａｌ。

、１．Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、５４（１９８３）３２６０
）　、しかし、電極形成時におけるメッキ条件の差異が
放射線検出素子の電気的特性に及ぼす効果について詳し
く調べた報告はない。

一方、良質な電極形成のためには金属形成の前のＣｄＴ
ｅの表面処理も重要な要件となる。これまでＣｄＴｅ表
面処理としてはアルミナ、ＳｉＣの砥粒を用いたラッピ
ングやボリシング、またはＢｒ−メタノール溶液を用い
たエツチング処理などが行なわれてきた。

しかしながら、これまで、放射線を検出する有感層にか
かる有効な電圧が印加電圧に対して低減することなく且
つ電圧を印加した場合にキャリアーの注入によるリーク
電流が急増することを防ぐことを対象として、電極形成
方法に総合的検討が加えられたことはなかった。

が　゛　しよ　とする 本発明の課題は、半導体放射線検出素子における電極形
成法において、放射線を検出する有感層にかかる有効な
電圧が印加電圧に対して低減することなくかつ、電圧を
印加した場合にキャリアーの注入によるリーク電流が急
増することを防ぐ技術を確立することである。

；　を　ゞするための 上記のように、電極形成時におけるメッキ条件の差異が
放射線検出素子の電気的特性に及ぼす効果についで詳し
く調べた報告はない。電極形成前の化合物半導体結晶表
面の表面処理についても、ラッピングまたはボリシング
処理は素子に電圧を印加した際のリーク電流の低減を図
ることが可能であり、広く用いられている方法である。

しかしながら、これらの処理はＣｄＴｅ表面に加工変質
によって導入された高抵抗層を残すこととなり、素子に
電圧を印加してもこの高抵抗層における電圧降下が大き
く、放射線検出の有感層にかかる実効的な電圧は低いも
のとなってしまう。これに対してエツチング処理は表面
の加工変質層は除去できるが、キャリアーの注入に起因
するリーク電流が大きく、ノイズ発生のために高い印加
電圧を印加できない。

上記の課題に向け、本発明者は、半導体の表面処理方法
及び電極形成方法について以下の知見を得た。即ち、化
合物半導体結晶表面をエッチングすることにより加工変
質層を除去した後、塩化第２白金酸（Ｈ２ＰｔＣ１ｇ・
６・６Ｈ２Ｏ）を含む水溶液を用いての無電解メッキに
よって白金電極を形成するのが有用であるとの知見が得
られた。

こうした知見に基づいて、本発明は、化合物半導体結晶
に電極を形成して半導体放射線検出素子を製造する方法
において、該化合物半導体結晶の表面を化学エツチング
しそして塩化第２白金酸（Ｈ２ＰｔＣ１ｇ・６・６Ｈ２
Ｏ）を２ｇ／４以上含む水溶液を用いる無電解メッキに
よって白金電極を形成することを特徴とする半導体放射
線検出素子の製造方法を提供する。

好ましい化合物半導体材料としては＊ＣｄＴｅ或いはＩ
ｎドープＣｄＴｅがある。

ｌ孔旦且註１栽Ｉ 第１図は、放射線検出器の動作原理図である。

化合物半導体結晶２に放射線が照射されると、光電効果
などの作用で価電子帯の束縛電子がエネルギーギャップ
を超えて伝導帯に放出され、電子−正孔対を形成する。

電子−正孔対が電極４に電位を印加することにより形成
された空乏層５に出来ると、これはバイアス電圧により
加速され、電極に達して電離電流となり、コンデンサＣ
を経て直流分を除いたあと増幅されて出力信号として取
出される。

本発明は、電極４の形成方法を適切に行なうことにより
、放射線を検出する有感層にかかる有効な電圧が印加電
圧に対して低減することなく且つ電圧を印加した場合に
キャリアーの注入によるリーク電流が急増することを防
ぐものである。

本発明は、化合物半導体として、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、
Ｉ　ｎＳｂ、ＩｎＰ等の放射線検出機能を有するＩＩ　
−Ｖｌ族或いは■−Ｖ族化合物半導体全般を特徴とする
特定の元素でドープされたものをも含む。代表例は、Ｃ
ｄＴｅあるいはＩｎドープＣｄＴｅである。

本発明に従えば、化合物半導体結晶の有感層にかかる実
効的な電圧を印加電圧に対して大きく低下することのな
いように、ラッピングまたはボリシングによって導入さ
れた高抵抗の加工変質層はエツチングによって除去され
る。加工変質層の深さは砥粒のサイズおよび研磨時の圧
力にもよるが数μｍ〜数十μｍのオーダであると考えら
れる。

このため、適当なエッチャントを用いて数十μｍ〜１０
０μｍエツチングすることで確実に加工変質層を除去す
ることが可能となる。エッチャントは例えばＣｄＴｅの
場合、ブロム−メタノール溶液等エツチングできる溶液
であれば特に指定されるものではないが、エツチング後
の最外表面のＣｄとＴｅの組成比が大きく異なるもの、
エツチング後の表面の凹凸が著じるしく大きいものは避
けなくてはならない。使用する化合物半導体種に応じて
、当業者は容易に適当なエッチャントを選定することが
出来る。エツチング時間は結晶表面に生じている加工変
質層を除去するに充分の時間であればよく、エッチャン
トの種類及び濃度、結晶材質、研磨状態等により適宜決
定される。

金属電極の形成に関しては白金の無電解メッキで行なう
。これはエツチングを行った表面に真空蒸着等の手法で
電極の形成を行った場合、キャリアーの注入現象が起こ
り、リーク電流が増加するため高い電圧を印加できなく
なるためである。

白金の無電解メッキは、塩化第２白金酸（ヘキサクロロ
白金（ＩＶ）酸、ＨｉＰｔＣｌｇ・６ＨＪ　）を２ｇ／
ｌ以上含む水溶液を用いて、例えば浸漬法により行なわ
れる。塩化第２白金酸濃度は１０ｇ／β以下とすること
が好ましい。ＣｄＴｅの場合、無電解メッキは、ｐｔと
Ｃｄとの置換反応でメッキが進行する。

もう少し詳しく説明すると、高抵抗の半導体結晶におい
てリーク電流の急増する電圧は半導体中のキャリアート
ラップ密度に比例し、以下の式で表わされる。

但し、 ＶＴＦＬ：電流の立ち上り電圧 ｑ　　：電気素量（素電荷） ｄ　　：素子厚 ＮＴ　　ニドラップ密度 ε　　：誘電率 即ち、蒸着等によって電極形成を行った素子にはＶ　Ｔ
ＦＬ以上の電圧を印加しても電流が増加してしまうこと
になる。放射線検出素子におけるエネルギー分解能特性
はキャリアーのドリフト長に大きく依存し、このドリフ
ト長兄は前述したように以下の式によって表わされる。

尤＝μｔＥ 但し、μ：キャリアーの移動度 ｔ：キャリアーの寿命 Ｅ：電界 つまり、これらの素子では電界が小さいため、ドリフト
長が短かく、その結果エネルギー分解能も良くないので
ある。

一方、本発明に従えば、金属電極形成において白金メッ
キを用いて適当な濃度の溶液でメッキすることにより、
このキャリアーの注入を抑制できることが判明したもの
である。このときメッキの材料として塩化白金酸を用い
、塩化白金酸１ｇに対して、純水１００ｇ〜５００ｇの
範囲で溶解する溶液（２ｇ／１２〜Ｌｏｇ／β）でメッ
キすることで上記のキャリアーの注入を抑制できる。こ
の範囲より濃度の低いメッキ液でメッキを行ってもキャ
リアーの注入は抑制できず、またこれより濃度の高いメ
ッキ液を用いると電極が剥れやすく、強度的にも不十分
となる。

完全には解明されていないが、白金メッキ形成に際して
、ＣｄＴｅ結晶の場合Ｃｄとｐｔとの置換反応によりＣ
ｄが抜けた中間層が結晶内に電極層に隣り合って形成さ
れ、この中間層が有用な働きをするものと考えられる。

電極形成操作は、結晶成長せしめた化合物半導体単結晶
を適当な厚さのウェハに切断後、アルミナ砥粒等を用い
て研磨し、その後、ブロムメタノール溶液のような適当
なエッチャントを用いてエツチングを行って加工変質層
（約１００μｍ）を取り除き、その後塩化白金酸を溶解
した水溶液に浸漬して、両側面に白金メッキを形成し、
所定の大きさ（例えば２ｍｍ角）に切断することにより
実施され、こうして端面に電極を形成した半導体放射線
検出素子が得られる。

Ｘ豊ｌ Ｉｎドープの高抵抗ＣｄＴｅを厚さ１．５　ｍ　ｍのウ
ェハに切断後、粒径８μｍ続いて１μｍのアルミナ砥粒
を用いて研磨し、その後、１％のブロムメタノール溶液
を用いて１０分間エツチングを行った。続いて４　ｇ／
ＩＱ濃度の塩化白金酸を純水に溶解した溶液中に浸漬し
て１２分間メッキを行なって（〜１０００人厚さのｐｔ
メッキ）、電極を形成した。これを２ｍｍ角に切断した
。

作製された放射線検出素子の電流電圧特性を第２図にお
いてａとして示す。電流は印加電圧に比例し、印加電圧
２００Ｖ程度まで電流の急増は見られなかった。

一方、１．６ｇ／β濃度の塩化白金酸を用いて同様にし
て作製した放射線検出素子の電流−電圧特性を第２図中
にｂとして示した。電流値は印加電圧５０Ｖ程度で急増
している。

これらの放射線検出素子のエネルギー分解能について調
べた。その結果を第３図に示す。入射放射線は、２４＋
　Ａ、より得られる６０ＫｅＶのγ線を用い、そしてエ
ネルギー分解能の評価は半値巾（ＦＷＨＭ）を用いた。

第２図でａに示したリーク電流の増加しない素子は２０
０Ｖ以上の電圧を印加してもＦＷＨＭの値が大きく増加
せず、１５０ＶでＦＷＨＭ＝６ＫｅＶの値が得られた。

他方、第２図で電流が急増する素子すでは５０Ｖ以上の
電圧を印加すると、ノイズによりＦＷＨＭも悪くなって
しまうことがわかる。実施例ａは、１０ＫｅＶ以下の分
解能が可能であるのに対して、比較例では５０ＫｅＶで
分解能が極小となるがその後増大し、１０ＫｅＶ以下に
はできないことがわかる。

免艶立亘基 電極形成の最適化を計ることにより、放射線を検出する
有感層にかかる有効な電圧が印加電圧に対して低減する
ことなく且つ電圧を印加した場合にキャリアーの注入に
よるリーク電流が急増することを防ぐことが出来、分解
能の向上した放射線検出器の作製を可能ならしめた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、放射線検出素子の動作原理を示す説明図であ
る。 第２図は、実施例（ａ）及び比較例（ｂ）の放射１１ｉ
！検出素子の印加電圧−電流特性を示すグラフである。 第３図は、第２図の放射線検出素子のエネルギー分解能
を評価するため印加電圧−半値巾（ＦＷＨＭ）特性を示
すグラフである。 ２：化合物半導体結晶 ４：電極 ５：空乏層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）化合物半導体結晶に電極を形成して半導体放射線検
   出素子を製造する方法において、該化合物半導体結晶の
   表面を化学エッチングしそして塩化第２白金酸（Ｈ＿２
   ＰｔＣｌ＿６・６Ｈ＿２Ｏ）を２ｇ／ｌ以上含む水溶液
   を用いる無電解メッキによって白金電極を形成すること
   を特徴とする半導体放射線検出素子の製造方法。 ２）化合物半導体結晶がＣｄＴｅ或いはＩｎドープＣｄ
   Ｔｅから成る特許請求の範囲第１項記載の半導体放射線
   検出素子の製造方法。