JPS61152083A - 半導体放射線検出素子 - Google Patents
半導体放射線検出素子Info
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- JPS61152083A JPS61152083A JP59281430A JP28143084A JPS61152083A JP S61152083 A JPS61152083 A JP S61152083A JP 59281430 A JP59281430 A JP 59281430A JP 28143084 A JP28143084 A JP 28143084A JP S61152083 A JPS61152083 A JP S61152083A
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Classifications
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- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/08—Semiconductor 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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
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- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、ＧａＡｓ単結晶内に空乏層を形成し、放射線
がその空乏層に入射した際に正孔対が生ずることを利用
した半導体放射線検出素子に関する。 〔従来技術とその問題点〕 半導体放射線検出素子は、現在その材料としてゲルマニ
ウムやシリコンが多く用いられている。 最近では、液体窒素等で冷却することなく、室温で使用
可能な半導体検出素子が開発され、その有用性を生力）
し製品化されている。室温で使用可能な半導体放射線検
出素子材料として超高純度シリコンを用いたｐｎ接合型
や非晶質シリコンを付着させたヘテロ接合型や表面障壁
型などがある。 しかしながら、高エネルギ放射線を検出しようとすれば
、原子番号の小さいシリコンでは本質的に困難で、原子
番号の大きな半導体が遺してもすることは公知である。 このためシリコンに代わる原子番号の大きな手厚体材料
が模索されているのが現状である。 半導体放射線検出素子において必要な要素はい（つかあ
るが、そのうち特に重要なものは次の３点である。 １）原子番号の大きなものであること。 ２）高比抵抗のすなわち高純度の半導体結晶の得られる
こと。 ３）半導体素子作製プロセスのよくわかっていること。 その他、半導体放射線検出素子を搭載した工業製品レベ
ルということを考えると次のような制約条件がつく。 ４）容易に半導体結晶が入手しうろこと。 ５）長期（を転性の高いもの。 ６）安価であること。 ７）量産性に冨むこと。 このような多くの要求を満たす半導体材料を選択するの
はかなり困難であったが、高速演算素子や発光素子用と
してガリウム砒素（ＧａＡｓ）の高純度な結晶が成長し
うるようになり、ＧａＡｓを用いた半導体放射線検出素
子の可能性が出て来た。半導体放射線検出素子用の基体
にはＬＥＣ法と呼ばれる引き上げ法で作製した半絶縁性
（比抵抗ｌＸｌ０’Ω口以上）のアンドープ単結晶が遺
している。 シリコンに代わる半導体放射線検出素子の材料として、
ＧａＡｓの他にはカドミウムチルライド （ＣｄＴｅ）
がある、 ＣｄＴｅを用いた素子もすでにｐｎ接合型や
シッフトキー障壁型が試作あるいは製品として市販され
ているが、ＧａＡｓのように良質で大きな単結晶が得ら
れないことや、高比抵抗の結晶が得にくいなどの欠点が
ある。これに対し、ＧａＡｓは現在直径２〜３インチの
ウェハが供給されつつあり、さらに大形ウェハの出現す
るであろうことは自明である。 ＧａＡｓ単結晶は、その上シリコン単結晶よりも耐放射
線劣化が少ないという長所をも備え持っている。すなわ
ちシリコンは、放射線全被爆量が１０’ｒａｄ程度で半
導体素子としての機能が劣化するが、ＧａＡｓは１０’
ｒａｄ程度まで使用可能である。これは、宇宙空間にお
いて使用する太陽電池の材料がＧａＡｓになりつつある
ことの理由である。このような差異は、シリコンは共有
結合の結晶であり、ＧａＡｓはイオン結合の結晶である
ためであることによるといわれている。 以上述べたようにＧａＡｓ単結晶を用いた半導体放射線
検出素子の利点は多く挙げることが出来る。 一方、半導体放射線素子の半導体内に空乏層を形成する
ためにｐｎ接合を用いることは、空乏層の広がる高抵抗
層の上に異なる導電型の低抵抗層が形成されることにな
り、エネルギの弱い放射線はこの低抵抗層に吸収されて
空乏層まで到達しないことが起こる。この欠点を解消す
るものとして半導体単結晶上に薄いさらに高抵抗率の層
を介して金属電極を設け、電極に電圧を印加して半導体
内に空乏層を形成できるＭＩＳ構造を持つものが有利で
あることが知られている。しかし従来ＧａＡｓ半導体素
子の製作に一般に利用されている液相エピタキシ一方法
によっては数μ程度の薄い高抵抗層の形成が困難である
ほか、エピタキシャル層形成時に基板のＧａＡｓ単結晶
の温度が上がり砒素が抜けて結晶特性が損なわれる虞が
ある。また液相エピタキシ一方法では装置が大がかりに
なること、制御性が悪く量産向きでないことなどの欠点
があった。
がその空乏層に入射した際に正孔対が生ずることを利用
した半導体放射線検出素子に関する。 〔従来技術とその問題点〕 半導体放射線検出素子は、現在その材料としてゲルマニ
ウムやシリコンが多く用いられている。 最近では、液体窒素等で冷却することなく、室温で使用
可能な半導体検出素子が開発され、その有用性を生力）
し製品化されている。室温で使用可能な半導体放射線検
出素子材料として超高純度シリコンを用いたｐｎ接合型
や非晶質シリコンを付着させたヘテロ接合型や表面障壁
型などがある。 しかしながら、高エネルギ放射線を検出しようとすれば
、原子番号の小さいシリコンでは本質的に困難で、原子
番号の大きな半導体が遺してもすることは公知である。 このためシリコンに代わる原子番号の大きな手厚体材料
が模索されているのが現状である。 半導体放射線検出素子において必要な要素はい（つかあ
るが、そのうち特に重要なものは次の３点である。 １）原子番号の大きなものであること。 ２）高比抵抗のすなわち高純度の半導体結晶の得られる
こと。 ３）半導体素子作製プロセスのよくわかっていること。 その他、半導体放射線検出素子を搭載した工業製品レベ
ルということを考えると次のような制約条件がつく。 ４）容易に半導体結晶が入手しうろこと。 ５）長期（を転性の高いもの。 ６）安価であること。 ７）量産性に冨むこと。 このような多くの要求を満たす半導体材料を選択するの
はかなり困難であったが、高速演算素子や発光素子用と
してガリウム砒素（ＧａＡｓ）の高純度な結晶が成長し
うるようになり、ＧａＡｓを用いた半導体放射線検出素
子の可能性が出て来た。半導体放射線検出素子用の基体
にはＬＥＣ法と呼ばれる引き上げ法で作製した半絶縁性
（比抵抗ｌＸｌ０’Ω口以上）のアンドープ単結晶が遺
している。 シリコンに代わる半導体放射線検出素子の材料として、
ＧａＡｓの他にはカドミウムチルライド （ＣｄＴｅ）
がある、 ＣｄＴｅを用いた素子もすでにｐｎ接合型や
シッフトキー障壁型が試作あるいは製品として市販され
ているが、ＧａＡｓのように良質で大きな単結晶が得ら
れないことや、高比抵抗の結晶が得にくいなどの欠点が
ある。これに対し、ＧａＡｓは現在直径２〜３インチの
ウェハが供給されつつあり、さらに大形ウェハの出現す
るであろうことは自明である。 ＧａＡｓ単結晶は、その上シリコン単結晶よりも耐放射
線劣化が少ないという長所をも備え持っている。すなわ
ちシリコンは、放射線全被爆量が１０’ｒａｄ程度で半
導体素子としての機能が劣化するが、ＧａＡｓは１０’
ｒａｄ程度まで使用可能である。これは、宇宙空間にお
いて使用する太陽電池の材料がＧａＡｓになりつつある
ことの理由である。このような差異は、シリコンは共有
結合の結晶であり、ＧａＡｓはイオン結合の結晶である
ためであることによるといわれている。 以上述べたようにＧａＡｓ単結晶を用いた半導体放射線
検出素子の利点は多く挙げることが出来る。 一方、半導体放射線素子の半導体内に空乏層を形成する
ためにｐｎ接合を用いることは、空乏層の広がる高抵抗
層の上に異なる導電型の低抵抗層が形成されることにな
り、エネルギの弱い放射線はこの低抵抗層に吸収されて
空乏層まで到達しないことが起こる。この欠点を解消す
るものとして半導体単結晶上に薄いさらに高抵抗率の層
を介して金属電極を設け、電極に電圧を印加して半導体
内に空乏層を形成できるＭＩＳ構造を持つものが有利で
あることが知られている。しかし従来ＧａＡｓ半導体素
子の製作に一般に利用されている液相エピタキシ一方法
によっては数μ程度の薄い高抵抗層の形成が困難である
ほか、エピタキシャル層形成時に基板のＧａＡｓ単結晶
の温度が上がり砒素が抜けて結晶特性が損なわれる虞が
ある。また液相エピタキシ一方法では装置が大がかりに
なること、制御性が悪く量産向きでないことなどの欠点
があった。
本発明は、上述の欠点を除去してＧａＡｓ単結晶の表面
により高抵抗率の薄膜を介して金属電極を形成したＭＩ
Ｓ構造を単結晶の温度を著しく高めることなく製作でき
る半導体放射線検出素子を提供することを目的とする。
により高抵抗率の薄膜を介して金属電極を形成したＭＩ
Ｓ構造を単結晶の温度を著しく高めることなく製作でき
る半導体放射線検出素子を提供することを目的とする。
本発明によれば、ＧａＡｓ単結晶と金属電極の間に設け
られる高抵抗の薄膜が、公知の有機金属熱分解法（ＭＯ
ＣＶＤ法）を用いたアンドープＧａＡｓよりなることに
よって上記の目的を達成するものである。
られる高抵抗の薄膜が、公知の有機金属熱分解法（ＭＯ
ＣＶＤ法）を用いたアンドープＧａＡｓよりなることに
よって上記の目的を達成するものである。
第２図はＭＯＣＶＤ法のための装置を示す０反応槽１１
には誘導加熱用高周波電源１２に接続されたコイル１３
が巻かれ、真空計１４と排気量調整用パルプ１５を介し
て排気量１６とが接続され、一つのガス導入系には水素
ボンベ１７およびアルシン （Ａｓｈｓ）ボンベ１８、
他のガス導入系にトリメチルガリウム（（ＣＩｌｓ）
５Ｇａ）容器１９を介して水素ボンベ１７が連結されて
いる。 まず、硫酸系のエツチング液を用いて十分エツチングし
た、例えば１０〒ΩＧの抵抗のＧａＡｓ単結晶ウェハ１
を反応槽１１内のサセプタ２０の上面に載置する０次い
で高周波加熱電源１２を用いて６００℃までＧａＡｓ単
結晶ウェハ１を加熱し、キャリアガスに水素を用いて、
ボンベ１８からのトリメチルガリウム （Ｔ Ｍ Ｇ
）と容器１９からのアルシン （ＡｓＨｓ）を同時に反
応槽１１内に流入させ排気系１６による排気量をバルブ
１５により調整し、真空系１４によって反応槽内の圧力
を１００丁ｏｒｒに調整する。 反応時間３０分で、ＧａＡｓ単結晶１の表面上に第１図
に示すようにエピタキシャルのアンドープＧａＡｓ層２
が形成される。エピタキシャル膜厚は３〜５ハであり、
その抵抗率は約１０９Ω国である。このあと、エピタキ
シャル膜２の上に電極３を金のスパッタリングにより、
またＧａＡｓ単結晶１とオーム接触する電極４を金−ゲ
ルマニウム合金のスパッタリングで形成し、つづいて４
００℃で１５分間熱処理をする。なおＴＭＧの代わりに
、例えばトリエチルガリウムを用いることもできる。 このようにして形成した第１図に示す検出素子に逆バイ
アスを印加し、ＧａＡｓ単結晶１内に空乏層を形成し、
放射線の空乏層内への入射によって形成される電子−正
孔対によって放射線を検出する。 第１表は高エネルギ放射線に対する検出特性を示す（室
温で測定）。 第１表 上記表に示すように、ＦＷＨＭ （半値幅）は放射線エ
ネルギスペクトルを検出するものとしては十分に満足す
る値とはいえないが、放射線線量率計としては十分であ
り、また工業製品としての需要規模は線量率計の方がは
るかに大きい、また高抵抗層２が薄いため低エネルギの
放射線も空乏層に達するので、例えばエネルギ６０ｋｅ
Ｖの！４１ＡＩｌのＴ線も検出することができる。
には誘導加熱用高周波電源１２に接続されたコイル１３
が巻かれ、真空計１４と排気量調整用パルプ１５を介し
て排気量１６とが接続され、一つのガス導入系には水素
ボンベ１７およびアルシン （Ａｓｈｓ）ボンベ１８、
他のガス導入系にトリメチルガリウム（（ＣＩｌｓ）
５Ｇａ）容器１９を介して水素ボンベ１７が連結されて
いる。 まず、硫酸系のエツチング液を用いて十分エツチングし
た、例えば１０〒ΩＧの抵抗のＧａＡｓ単結晶ウェハ１
を反応槽１１内のサセプタ２０の上面に載置する０次い
で高周波加熱電源１２を用いて６００℃までＧａＡｓ単
結晶ウェハ１を加熱し、キャリアガスに水素を用いて、
ボンベ１８からのトリメチルガリウム （Ｔ Ｍ Ｇ
）と容器１９からのアルシン （ＡｓＨｓ）を同時に反
応槽１１内に流入させ排気系１６による排気量をバルブ
１５により調整し、真空系１４によって反応槽内の圧力
を１００丁ｏｒｒに調整する。 反応時間３０分で、ＧａＡｓ単結晶１の表面上に第１図
に示すようにエピタキシャルのアンドープＧａＡｓ層２
が形成される。エピタキシャル膜厚は３〜５ハであり、
その抵抗率は約１０９Ω国である。このあと、エピタキ
シャル膜２の上に電極３を金のスパッタリングにより、
またＧａＡｓ単結晶１とオーム接触する電極４を金−ゲ
ルマニウム合金のスパッタリングで形成し、つづいて４
００℃で１５分間熱処理をする。なおＴＭＧの代わりに
、例えばトリエチルガリウムを用いることもできる。 このようにして形成した第１図に示す検出素子に逆バイ
アスを印加し、ＧａＡｓ単結晶１内に空乏層を形成し、
放射線の空乏層内への入射によって形成される電子−正
孔対によって放射線を検出する。 第１表は高エネルギ放射線に対する検出特性を示す（室
温で測定）。 第１表 上記表に示すように、ＦＷＨＭ （半値幅）は放射線エ
ネルギスペクトルを検出するものとしては十分に満足す
る値とはいえないが、放射線線量率計としては十分であ
り、また工業製品としての需要規模は線量率計の方がは
るかに大きい、また高抵抗層２が薄いため低エネルギの
放射線も空乏層に達するので、例えばエネルギ６０ｋｅ
Ｖの！４１ＡＩｌのＴ線も検出することができる。
本発明は、従来のシリコンを主体とした半導体放射線検
出素子に比して耐放射線性にすぐれ、高エネルギを検出
しうるＧａＡｓ半導体放射線検出素子を量産性に冨むＭ
ＯＣＶＤ法によって作製するもので、薄い高抵抗層を有
するＭＩＳ構造ができるので、弱いエネルギの放射線の
検出も可能である。
出素子に比して耐放射線性にすぐれ、高エネルギを検出
しうるＧａＡｓ半導体放射線検出素子を量産性に冨むＭ
ＯＣＶＤ法によって作製するもので、薄い高抵抗層を有
するＭＩＳ構造ができるので、弱いエネルギの放射線の
検出も可能である。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は本発明に
よる素子作製に使用されるＭＯＣＶＤ装置の配置図であ
る。 １：ＧａＡｓ単結晶ウェハ、２：アンドープＧａＡｓ層
、３：金電極、 ４：金−ゲルマニウム合金電極、１１
：反応槽、１２：高周波電源、１６：排気系、１７：水
素ボンベ、１８ ： Ａｓｈｓボンベ、１９ ： （Ｃ
Ｈｓ）ｓＧａ容器。 ［Ｆ］ ′ 才 ｌ 図 手続補正書（方式） 昭和６０年 ５月１５日 １・事件の表示 −発鈴２−Ｚａ／少七０３、補正を
する者
よる素子作製に使用されるＭＯＣＶＤ装置の配置図であ
る。 １：ＧａＡｓ単結晶ウェハ、２：アンドープＧａＡｓ層
、３：金電極、 ４：金−ゲルマニウム合金電極、１１
：反応槽、１２：高周波電源、１６：排気系、１７：水
素ボンベ、１８ ： Ａｓｈｓボンベ、１９ ： （Ｃ
Ｈｓ）ｓＧａ容器。 ［Ｆ］ ′ 才 ｌ 図 手続補正書（方式） 昭和６０年 ５月１５日 １・事件の表示 −発鈴２−Ｚａ／少七０３、補正を
する者
Claims (1)
- １）ＧａＡｓ単結晶の表面に該単結晶より高抵抗率の薄
膜を介して金属電極が被着されるものにおいて、高比抵
抗率の薄膜が有機金属熱分解法を用いて生成されたアン
ドープＧａＡｓからなることを特徴とする半導体放射線
検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59281430A JPS61152083A (ja) | 1984-12-25 | 1984-12-25 | 半導体放射線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59281430A JPS61152083A (ja) | 1984-12-25 | 1984-12-25 | 半導体放射線検出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61152083A true JPS61152083A (ja) | 1986-07-10 |
Family
ID=17639052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59281430A Pending JPS61152083A (ja) | 1984-12-25 | 1984-12-25 | 半導体放射線検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61152083A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0442414A2 (en) * | 1990-02-14 | 1991-08-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Compound semiconductor substrate and method of manufacturing the same |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59227168A (ja) * | 1983-06-08 | 1984-12-20 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 半導体放射線検出器 |
-
1984
- 1984-12-25 JP JP59281430A patent/JPS61152083A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59227168A (ja) * | 1983-06-08 | 1984-12-20 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 半導体放射線検出器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0442414A2 (en) * | 1990-02-14 | 1991-08-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Compound semiconductor substrate and method of manufacturing the same |
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