WO2025263142A1 - 放射線検出器、光検出器及び放射線検出器の製造方法 - Google Patents

放射線検出器、光検出器及び放射線検出器の製造方法

Info

Publication number
WO2025263142A1
WO2025263142A1 PCT/JP2025/016872 JP2025016872W WO2025263142A1 WO 2025263142 A1 WO2025263142 A1 WO 2025263142A1 JP 2025016872 W JP2025016872 W JP 2025016872W WO 2025263142 A1 WO2025263142 A1 WO 2025263142A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
region
semiconductor element
optical semiconductor
radiation detector
scintillator
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2025/016872
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
弘典 園部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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 Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Publication of WO2025263142A1 publication Critical patent/WO2025263142A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
    • H10F30/225—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass

Definitions

  • This disclosure relates to a radiation detector, a photodetector, and a method for manufacturing a radiation detector.
  • Patent Document 1 describes a radiation detector that includes multiple phosphor elements that emit light when exposed to radiation, and multiple photoelectric conversion elements that are adhered to the phosphor elements with an adhesive and detect the light emitted from the phosphor elements.
  • the purpose of the present disclosure is to provide a radiation detector, a photodetector, and a method for manufacturing a radiation detector that can achieve stable improvements in radiation detection efficiency.
  • a radiation detector includes: [1] "an optical semiconductor element including a semiconductor layer constituting a light receiving region; support members positioned on one side of the optical semiconductor element in a first direction parallel to the thickness direction of the semiconductor layer and overlapping with the light receiving region when viewed from the first direction, the support members being positioned on both sides in a second direction perpendicular to the first direction with respect to a region overlapping with the light receiving region; and a scintillator unit supported by the support members so as to face the optical semiconductor element across the region in the first direction, the scintillator unit being positioned in the region, and the optical semiconductor element, the support members being positioned in the region, and the scintillator unit being positioned in the region, and the scintillator unit being supported by the support members.
  • the scintillator unit has a scintillator corresponding to the light receiving region, the light receiving region having a plurality of light receiving sections connected in parallel to each other, each of the plurality of light receiving sections including an avalanche photodiode operating in Geiger mode and a quenching element connected in series with the avalanche photodiode, the refractive index of the scintillator being 1.80 or more and 2.35 or less, and the refractive index of the bonding member being 1.60 or more and 2.00 or less.
  • a bonding member is disposed in a region located on one side of the optical semiconductor element in a first direction parallel to the thickness direction of the semiconductor layer and overlapping with the light-receiving region when viewed from the first direction, and the bonding member is in contact with both the optical semiconductor element and the scintillator unit in this region.
  • the refractive index of the scintillator is 1.80 or greater and 2.35 or less
  • the refractive index of the bonding member is 1.60 or greater and 2.00 or less. This prevents light emitted from the scintillator from being reflected at the interface between the scintillator and the bonding member, thereby preventing a decrease in radiation detection efficiency.
  • support members supporting the scintillator unit are disposed on both sides in a second direction perpendicular to the first direction of the region located on one side of the optical semiconductor element in the first direction parallel to the thickness direction of the semiconductor layer and overlapping with the light-receiving region when viewed from the first direction, and the bonding member is in contact with the support members in this region.
  • a radiation detector may be [2] "the radiation detector described in [1] above, wherein the optical semiconductor element further includes a first insulating layer disposed on the semiconductor layer on the region side, and the refractive index of the first insulating layer is higher than the refractive index of the bonding member and lower than the refractive index of the semiconductor layer.”
  • This radiation detector can prevent light emitted from the scintillator from being reflected at the interface between the bonding member and the first insulating layer and the interface between the first insulating layer and the semiconductor layer, thereby further improving radiation detection efficiency.
  • a radiation detector may be [3] "the radiation detector described in [2] above, wherein the optical semiconductor element further includes a second insulating layer disposed on the first insulating layer on the region side, the second insulating layer covering the quenching element, the second insulating layer having a plurality of first openings opening on both sides in the first direction, each of the plurality of first openings overlapping with a plurality of first light receiving sections disposed in the effective region among the plurality of light receiving sections when viewed from the first direction, and a portion of the bonding member is disposed in each of the plurality of first openings, the portion of the bonding member being in contact with the first insulating layer.”
  • this radiation detector light emitted from the scintillator enters the first insulating layer through the first openings of the second insulating layer that protects the quenching element. This makes it possible to prevent the light emitted from the scintillator from being reflected at the interface between the bonding member and the second
  • a radiation detector may be [4] "the radiation detector described in [3] above, wherein the support member is disposed between the second insulating layer and the scintillator unit, the second insulating layer further has a plurality of second openings that open on both sides in the first direction, and a portion of the support member is disposed in each of the plurality of second openings.”
  • a radiation detector may be [5] "the radiation detector described in [4] above, wherein, when viewed from the first direction, each of the plurality of second openings overlaps with each of the plurality of second light receiving sections that are arranged outside the effective area among the plurality of light receiving sections.”
  • this radiation detector the distance between the light receiving section and the scintillator and the thickness of the bonding member between the light receiving section and the scintillator can be maintained accurately and stably.
  • the size of the radiation detector when viewed from the first direction can be reduced even when multiple second light receiving sections are provided.
  • a radiation detector according to one aspect of the present disclosure may be [6] "the radiation detector described in [5] above, in which the plurality of second light receiving sections are arranged in an outer edge region surrounding the effective region when viewed from the first direction.” This radiation detector can prevent a decrease in the aperture ratio of the light receiving region.
  • a radiation detector may be [7] "the radiation detector according to any one of [1] to [6] above, further comprising: a wiring board on which at least a plurality of photodetectors aligned in the second direction are mounted; a plurality of wires; and a protective member; each of the plurality of photodetectors includes the optical semiconductor element, the support member disposed between the optical semiconductor element and the scintillator unit, and the bonding member; each of the plurality of wires connects the optical semiconductor element to the wiring board on the outside of the support member in the second direction; and the protective member covers the plurality of wires on the outside of the support member in the second direction.”
  • the distance between the light-receiving region and the scintillator and the thickness of the bonding member between the light-receiving region and the scintillator can be accurately and stably maintained in each of the plurality of photodetectors.
  • a radiation detector may be [8] "the radiation detector according to any one of [1] to [6] above, further comprising: a wiring board on which the optical semiconductor element is mounted; and a wire connecting the optical semiconductor element and the wiring board, wherein the optical semiconductor element has a third opening that opens on both sides in the first direction, the wire passes through the third opening, and the third opening overlaps the bonding member when viewed from the first direction.”
  • the wire can be protected while accurately and stably maintaining the thickness of the bonding member between the light-receiving region and the scintillator.
  • a radiation detector according to one aspect of the present disclosure may be [9] "the radiation detector according to any one of [1] to [8] above, in which the absolute value of the difference between the refractive index of the scintillator and the refractive index of the joining member is 0.2 or less.” With this radiation detector, the difference in refractive index between the joining member and the scintillator is smaller, thereby further suppressing the reflection of light emitted from the scintillator at the interface between the scintillator and the joining member.
  • a radiation detector may be [10] "the radiation detector according to any one of [1] to [9] above, wherein the semiconductor layer has a surface facing the scintillator unit via the region in the first direction, the support member has a support surface supporting the scintillator unit, and the height from the surface to the support surface in the first direction is 200 ⁇ m or less.”
  • the thickness of the joining member between the light-receiving region and the scintillator can be maintained at 200 ⁇ m or less, and absorption of light emitted from the scintillator by the joining member can be suppressed.
  • a photodetector comprising: "an optical semiconductor element including a semiconductor layer that constitutes a light-receiving region; and support members that are located on one side of the optical semiconductor element in a first direction parallel to the thickness direction of the semiconductor layer and that overlap with the light-receiving region when viewed from the first direction, and that are arranged on both sides in a second direction perpendicular to the first direction of a region that overlaps with the light-receiving region when viewed from the first direction; wherein the light-receiving region has a plurality of light-receiving sections connected in parallel with each other, and each of the plurality of light-receiving sections includes an avalanche photodiode that operates in Geiger mode and a quenching element connected in series with the avalanche photodiode.”
  • the scintillator unit for example, by placing the scintillator unit on a support member so that the scintillator faces the light-receiving region, and by placing a joining member between the light-receiving region and the scintillator, it is possible to obtain a radiation detector that can maintain the distance between the light-receiving region and the scintillator and the thickness of the joining member between the light-receiving region and the scintillator.
  • a method for manufacturing a radiation detector includes the steps of: [12] "preparing an optical semiconductor element including a semiconductor layer constituting a light-receiving region, a scintillator unit, and a bonding material; arranging support members on both sides, in a second direction perpendicular to the first direction, of a region that is located on one side of the optical semiconductor element in a first direction parallel to the thickness direction of the semiconductor layer and that overlaps with the light-receiving region when viewed from the first direction; arranging the scintillator unit on the support member so as to face the optical semiconductor element across the region in the first direction; and arranging a scintillator unit in contact with each of the optical semiconductor element, the support member, and the scintillator unit.
  • the scintillator unit has a scintillator corresponding to the light-receiving region, and the light-receiving region has a plurality of light-receiving sections connected in parallel to each other, each of the plurality of light-receiving sections including an avalanche photodiode operating in Geiger mode and a quenching element connected in series with the avalanche photodiode, the refractive index of the scintillator being 1.80 or more and 2.35 or less, and the refractive index of the bonding member being 1.60 or more and 2.00 or less.
  • the above-mentioned method for manufacturing a radiation detector makes it possible to obtain a radiation detector that can steadily improve radiation detection efficiency for the same reasons as the radiation detector described above.
  • a radiation detector manufacturing method may be [13] "the method for manufacturing a radiation detector described in [12] above, wherein in the step of arranging the support member, the support member is formed by applying a resist onto the optical semiconductor element and removing a portion of the resist located in the region.” This radiation detector manufacturing method allows the support member to be formed with high precision.
  • a radiation detector manufacturing method may be [14] "the method for manufacturing a radiation detector described in [12] above, wherein in the step of placing the support member, a mold is placed on the optical semiconductor element, a resin material is introduced inside the mold, and the resin material is cured to form the support member.” This radiation detector manufacturing method makes it easy to form the support member.
  • a radiation detector manufacturing method may be [15] "the method for manufacturing a radiation detector described in [14] above, further comprising the steps of preparing a wiring board, mounting the optical semiconductor element on the wiring board, and connecting the optical semiconductor element and the wiring board with wires, wherein in the step of forming the support member, the resin material is introduced inside the mold so that the resin material covers the wires.”
  • This radiation detector manufacturing method makes it possible to easily form a support member that has both the function of supporting the scintillator unit and the function of protecting the wires.
  • a method for manufacturing a radiation detector according to one aspect of the present disclosure may be [16] "the method for manufacturing a radiation detector described in [12] above, further comprising the steps of preparing a wiring board and mounting the optical semiconductor element on the wiring board, wherein in the step of arranging the support member, the support member is attached to the wiring board at positions on both sides of the optical semiconductor element in the second direction.”
  • the position of the support member can be adjusted depending on the mounting state of the optical semiconductor element on the wiring board.
  • a radiation detector manufacturing method may be [17] "the method for manufacturing a radiation detector described in [16] above, further comprising the step of removing the support member from the wiring substrate, the step of removing the support member being performed after the step of bonding the optical semiconductor element and the scintillator unit.”
  • This radiation detector manufacturing method can simplify the configuration of the radiation detector.
  • a method for manufacturing a radiation detector includes the steps of [18] "preparing an optical semiconductor element including a semiconductor layer constituting a light-receiving region, a scintillator unit, and a bonding film; disposing the bonding film in a region that is located on one side of the optical semiconductor element in a first direction parallel to the thickness direction of the semiconductor layer and that overlaps with the light-receiving region when viewed from the first direction; and disposing the scintillator unit on the optical semiconductor element so as to face the optical semiconductor element across the region in the first direction; and bonding the optical semiconductor element to the scintillator unit with the bonding film.
  • the scintillator unit has a scintillator corresponding to the light-receiving region, the light-receiving region having a plurality of light-receiving sections connected in parallel, each of the plurality of light-receiving sections including an avalanche photodiode operating in Geiger mode and a quenching element connected in series with the avalanche photodiode, the refractive index of the scintillator being 1.80 or more and 2.35 or less, and the refractive index of the bonding film being 1.60 or more and 2.00 or less.
  • the refractive index of the scintillator is 1.80 or more and 2.35 or less
  • the refractive index of the bonding film is 1.60 or more and 2.00 or less. This prevents light emitted from the scintillator from being reflected at the interface between the scintillator and the bonding film, thereby preventing a decrease in radiation detection efficiency.
  • the above-mentioned method for manufacturing a radiation detector for example, even without using a support member, it is possible to prevent variation in the thickness of the bonding film between the light-receiving region and the scintillator, thereby preventing variation in radiation detection efficiency. As a result, the above-mentioned method for manufacturing a radiation detector allows for a stable improvement in radiation detection efficiency.
  • the present disclosure provides a radiation detector, a photodetector, and a method for manufacturing a radiation detector that can steadily improve radiation detection efficiency.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a radiation detector according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion of the radiation detector shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of the light receiving area shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion of the photodetector shown in FIG.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of the optical semiconductor element shown in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a portion of a radiation detector according to a first modified example.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a portion of a radiation detector according to a second modified example.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a first example of a method for manufacturing a radiation detector.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a first example of a method for manufacturing a radiation detector.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a first example of a method for manufacturing a radiation detector.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining a first example of a method for manufacturing a radiation detector.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a second example of the method for manufacturing a radiation detector.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining a third example of the method for manufacturing a radiation detector.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining a third example of the method for manufacturing a radiation detector.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining a fourth example of the method for manufacturing a radiation detector.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining a fourth example of the method for manufacturing a radiation detector.
  • the radiation detector 1 comprises multiple photodetectors 2, a scintillator unit 3, multiple wiring boards 4, multiple wires 5, a protective member 6, and a wiring board 7.
  • the direction parallel to the thickness direction of the wiring board 4 is referred to as the Z-axis direction (first direction)
  • the direction perpendicular to the Z-axis direction is referred to as the X-axis direction (second direction)
  • the direction perpendicular to both the Z-axis direction and the X-axis direction is referred to as the Y-axis direction.
  • the protective member 6 is not shown in Figure 2.
  • the wiring board 4 has a front surface 4a and a back surface 4b.
  • multiple photodetectors 2 are mounted on the front surface 4a of one wiring board 4.
  • the multiple photodetectors 2 are arranged in a matrix with the X-axis direction as the row direction and the Y-axis direction as the column direction.
  • a cathode electrode 41 is provided on the front surface 4a of the wiring board 4, and each of the multiple photodetectors 2 is fixed to the cathode electrode 41.
  • the wiring board 4 is fixed to the wiring board 7 via a solder member S provided on the back surface 4b.
  • Each photodetector 2 has an optical semiconductor element 11, a support member 12, and a joining member 13.
  • the scintillator unit 3 is joined to each of the multiple photodetectors 2 by the joining member 13 so that one scintillator 31 in the scintillator unit 3 corresponds to one optical semiconductor element 11.
  • the correspondence between the scintillators 31 and the optical semiconductor elements 11 does not have to be as described above; three scintillators 31 may correspond to two optical semiconductor elements 11.
  • the optical semiconductor element 11 has a semiconductor layer 14, a first insulating layer 15, and a wiring layer 16.
  • the thickness directions of the semiconductor layer 14, the first insulating layer 15, and the wiring layer 16 are parallel to the Z-axis direction.
  • the optical semiconductor element 11 has, for example, a rectangular shape.
  • the semiconductor layer 14 has a front surface 14a and a back surface 14b.
  • the first insulating layer 15 is formed on the front surface 14a.
  • the wiring layer 16 is formed on the surface of the first insulating layer 15 opposite the semiconductor layer 14.
  • a cathode electrode 17 is provided on the back surface 14b of the semiconductor layer 14.
  • the optical semiconductor element 11 is disposed on the cathode electrode 41 of the wiring substrate 4 so that the cathode electrode 17 faces the cathode electrode 41.
  • the cathode electrode 17 of the optical semiconductor element 11 and the cathode electrode 41 of the wiring substrate 4 are fixed to each other by a conductive adhesive C, for example, silver paste.
  • a conductive adhesive C for example, silver paste.
  • multiple optical semiconductor elements 11 are mounted on the surface 4a of one wiring board 4. In other words, each optical semiconductor element 11 is mounted directly on the wiring board 4 and indirectly on the wiring board 7.
  • Two anode electrodes 18 are provided on the wiring layer 16, and the two anode electrodes 18 are arranged near the outer edge of the optical semiconductor element 11 when viewed in the Z-axis direction. Specifically, each of the two anode electrodes 18 is arranged near each of both ends of the optical semiconductor element 11 in the X-axis direction.
  • Each of the two wires 5 connects the two anode electrodes 18 to the anode electrode 42 via the side of the optical semiconductor element 11. In other words, the wires 5 connect the optical semiconductor element 11 to the wiring board 4. As shown in FIG. 1, pulse signals from the anode electrodes 18 of two adjacent optical semiconductor elements 11 are output to the individual anode electrodes 42.
  • FIG. 1 pulse signals from the anode electrodes 18 of two adjacent optical semiconductor elements 11 are output to the individual anode electrodes 42.
  • pulse signals from the anode electrodes 18 of two adjacent optical semiconductor elements 11 are output to the individual anode electrodes 42 arranged in the Y-axis direction.
  • the multiple wires 5, cathode electrodes 17, 41, and anode electrodes 18, 42 are covered by a protective member 6.
  • the material of the protective member 6 is a resin material such as epoxy resin or silicone resin.
  • each optical semiconductor element 11 has one light-receiving region 19, but each optical semiconductor element 11 may have multiple light-receiving regions 19.
  • the light-receiving region 19 has multiple light-receiving sections 20, and as shown in FIG. 3, the multiple light-receiving sections 20 are arranged in a matrix with the X-axis direction as the row direction and the Y-axis direction as the column direction. Note that the multiple light-receiving sections 20 may be arranged in only one of the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • Region R1 is located on one side of the optical semiconductor element 11 in the Z-axis direction (the scintillator unit 3 side). Region R1 overlaps with the light receiving region 19 (multiple light receiving sections 20) when viewed from the Z-axis direction.
  • the bonding member 13 described above is located in region R1.
  • Each light receiving section 20 is a SPAD (Single Photon Avalanche Diode)
  • the optical semiconductor element 11 is a SiPM (Silicon Photomultiplier) in which one channel is formed by one light receiving region 19.
  • the multiple light receiving sections 20 include multiple first light receiving sections 20A arranged in the effective region R2 and multiple second light receiving sections 20B arranged in an outer edge region R3 that surrounds the effective region R2 when viewed from the Z-axis direction.
  • Both the effective region R2 and the outer edge region R3 are regions of the optical semiconductor element 11.
  • the effective region R2 is a rectangular region arranged in the central portion of the optical semiconductor element 11 when viewed from the Z-axis direction
  • the outer edge region R3 is a frame-shaped region arranged along the outer edge of the rectangular region when viewed from the Z-axis direction.
  • the multiple first light receiving sections 20A are arranged in the central portion of the optical semiconductor element 11 when viewed from the Z-axis direction, and the multiple second light receiving sections 20B are arranged so as to surround the multiple first light receiving sections 20A when viewed from the Z-axis direction.
  • region R1 overlaps the entire effective region R2 when viewed from the Z-axis direction, but does not overlap with the outer edge region R3.
  • region R1 is the region located directly above effective region R2.
  • the semiconductor layer 14 includes an N-type semiconductor region 141, a P-type semiconductor region 142, and a P+-type semiconductor region 143 for each light receiving section 20.
  • the N-type semiconductor region 141 extends across multiple light receiving sections 20.
  • the P-type semiconductor region 142 is formed within the N-type semiconductor region 141 along the surface 14a of the semiconductor layer 14, and forms a PN junction with the N-type semiconductor region 141.
  • the P+-type semiconductor region 143 is formed within the P-type semiconductor region 142 along the surface 14a of the semiconductor layer 14.
  • the N-type semiconductor region 141, the P-type semiconductor region 142, and the P+-type semiconductor region 143 form an APD (avalanche photodiode) 21.
  • the semiconductor layer 14 is made of, for example, silicon.
  • the P-type impurities are, for example, Group 3 elements such as B, and the N-type impurities are, for example, Group 5 elements such as N, P, and As.
  • the surface 14a of the semiconductor layer 14 is composed of the surface of the N-type semiconductor region 141, the surface of the P-type semiconductor region 142, and the surface of the P+-type semiconductor region 143.
  • the surfaces of the N-type semiconductor region 141, the P-type semiconductor region 142, and the P+-type semiconductor region 143 are flush with each other.
  • the back surface 14b of the semiconductor layer 14 is composed of the back surface of the N-type semiconductor region 141 opposite the above-mentioned surface.
  • the above-mentioned cathode electrode 17 is provided on the back surface of the N-type semiconductor region 141, and the cathode electrode 17 is electrically connected to the N-type semiconductor region 141.
  • the semiconductor layer 14 has trenches 14c.
  • the trenches 14c extend so as to separate the P-type semiconductor regions 142 from one another.
  • the trenches 14c open to the surface 14a of the semiconductor layer 14.
  • the depth of the trenches 14c from the surface 14a is greater than the depth of the P-type semiconductor regions 142 from the surface 14a.
  • An insulating region 144 is formed on the inner surface of the trench 14c.
  • the insulating region 144 is made of, for example, SiO2 .
  • a metal member 145 is disposed within the trench 14c.
  • the metal member 145 is made of, for example, W.
  • the first insulating layer 15 is disposed on the semiconductor layer 14 on the region R1 side.
  • the first insulating layer 15 is formed on the surface 14a of the semiconductor layer 14 so as to contact the surfaces of the N-type semiconductor region 141, the P-type semiconductor region 142, and the P+-type semiconductor region 143.
  • the material of the first insulating layer 15 is, for example, SiN.
  • the thickness of the first insulating layer 15 in the Z-axis direction is, for example, 1/(4n) of the wavelength of the light emitted from the scintillator 31, where n is a natural number greater than or equal to 1. In this case, the thickness is, for example, 50 nm.
  • the wiring layer 16 has a plurality of quenching resistors 22, a plurality of through electrodes 23, a readout wiring 24, and a second insulating layer 25.
  • a plurality of quenching resistors 22 and one of the plurality of through electrodes 23 are shown.
  • the quenching resistor 22, the through electrode 23, and the readout wiring 24 are formed in the second insulating layer 25.
  • One quenching resistor 22 and one APD 21 constitute one light receiving unit 20.
  • the quenching resistor 22 extends along the outer edge of the P+ type semiconductor region 143 when viewed from the Z-axis direction.
  • One end 22a of the quenching resistor 22 is electrically connected to the P+ type semiconductor region 143 via a through electrode 23.
  • the through electrode 23 penetrates the first insulating layer 15 and reaches the P+ type semiconductor region 143.
  • the quenching resistor 22 may be in direct contact with the P+ type semiconductor region 143.
  • the other end (not shown) of the quenching resistor 22 is electrically connected to the readout wiring 24.
  • the quenching resistor 22 is made of a material such as NiCr, SiCr, TaNi, or FeCr.
  • the through electrode 23 is made of a material such as Al.
  • the readout wiring 24 has multiple openings 24a.
  • the opening 24a includes each P+ type semiconductor region 143 and quenching resistor 22 when viewed from the Z-axis direction.
  • the readout wiring 24 extends across the multiple light receiving sections 20.
  • the readout wiring 24 is electrically connected to the corresponding anode electrode 18 (see Figure 2).
  • the material of the readout wiring 24 is, for example, Al.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of the optical semiconductor element 11.
  • the light-receiving region 19 has multiple light-receiving sections 20 connected in parallel to each other.
  • Each light-receiving section 20 includes an APD 21 and a quenching resistor 22 connected in series with the APD 21.
  • the anode of each APD 21 is electrically connected to the anode electrode 18 via the corresponding quenching resistor 22, and the cathode of each APD 21 is electrically connected to the cathode electrode 17.
  • the light-receiving region 19 may be configured with multiple channels, each including multiple light-receiving sections 20 connected in parallel.
  • each APD 21 operates in Geiger mode. In Geiger mode, a reverse voltage (reverse bias voltage) greater than the breakdown voltage of the APD 21 is applied to each APD 21. As an example, when the anode electrode 18 is grounded via a resistor R, a positive voltage V greater than the breakdown voltage of the APD 21 is applied to the cathode electrode 17.
  • the second insulating layer 25 is disposed on the first insulating layer 15 on the region R1 side.
  • the second insulating layer 25 is composed of a plurality of insulating films and extends across the plurality of light receiving sections 20.
  • the material of each insulating film is, for example, SiO2 .
  • the second insulating layer 25 may also be composed of a single insulating film.
  • the second insulating layer 25 has a plurality of first openings 25a and a plurality of second openings 25b.
  • the plurality of first openings 25a and the plurality of second openings 25b are open on both sides in the Z-axis direction.
  • each of the plurality of first openings 25a overlaps with a respective one of the plurality of first light receiving sections 20A.
  • each of the plurality of first openings 25a only needs to overlap with at least the APD 21.
  • each of the plurality of second openings 25b overlaps with a respective one of the plurality of second light receiving sections 20B.
  • each of the plurality of second openings 25b When viewed from the Z-axis direction, each of the plurality of second openings 25b only needs to overlap with at least the APD 21. Similar to the plurality of light receiving sections 20, the plurality of first openings 25a and the plurality of second openings 25b are arranged in a matrix with the X-axis direction as the row direction and the Y-axis direction as the column direction overall. The multiple second openings 25b are arranged to surround the multiple first openings 25a when viewed in the Z-axis direction.
  • Each of the multiple first openings 25a and each of the multiple second openings 25b penetrates the wiring layer 16 (second insulating layer 25) along the Z-axis direction. As a result, part of the surface of the first insulating layer 15 is exposed to the outside through the first openings 25a and second openings 25b. A part of the joining member 13 is disposed in the first opening 25a, and a part of the support member 12 is disposed in the second opening 25b.
  • the scintillator unit 3 will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2 .
  • the scintillator unit 3 is disposed to face the optical semiconductor element 11 via region R1 in the Z-axis direction. Specifically, the scintillator unit 3 faces the surface 14a of the semiconductor layer 14 via region R1 in the Z-axis direction.
  • the scintillator unit 3 includes a plurality of scintillators 31 and a light reflecting member 32.
  • the plurality of scintillators 31 are aligned in a row in the X-axis direction. Each of the plurality of scintillators 31 corresponds to a respective light receiving region 19 of the plurality of optical semiconductor elements 11.
  • each scintillator 31 is disposed on each light receiving region 19 via a bonding member 13.
  • Each scintillator 31 has, for example, a rectangular parallelepiped shape with the Z-axis direction as its longitudinal direction.
  • the cross-sectional shape of each scintillator 31 perpendicular to the Z-axis direction is, for example, a square shape.
  • the material of each scintillator 31 is, for example, NaI:Tl, Gd 2 SiO 5 :Ce, Bi 4 Ge 3 O 12 , LuSiO 5 :Ce, or the like.
  • the light-reflecting member 32 covers the surface 31a of each scintillator 31 except for the surface 31b facing the optical semiconductor element 11.
  • radiation e.g., X-rays, gamma rays, etc.
  • the material of the light-reflecting member 32 is, for example, titanium oxide.
  • the support member 12 and the joining member 13 will be described in detail with reference to Figures 1, 2, and 4.
  • the support member 12 is disposed between the optical semiconductor element 11 and the scintillator unit 3 and supports the scintillator unit 3.
  • the support member 12 is disposed between the second insulating layer 25 and the scintillator unit 3.
  • the support member 12 has a support surface 12a that supports the scintillator unit 3.
  • the support surface 12a is in contact with the scintillator 31.
  • the support surface 12a may also be in contact with the light reflecting member 32.
  • the support member 12 is disposed on both sides of region R1 in the X-axis direction.
  • the support member 12 is a frame-shaped member that surrounds region R1 when viewed from the Z-axis direction. Region R1 is also a space defined by the optical semiconductor element 11, the scintillator unit 3 (scintillator 31), and the support member 12.
  • the support member 12 When viewed from the Z-axis direction, the support member 12 is positioned so as to overlap the multiple second openings 25b (multiple second light receiving sections 20B).
  • a portion 12b of the support member 12 is disposed in each second opening 25b.
  • the portion 12b of the support member 12 corresponds to the base end of the support member 12.
  • the portion 12b of the support member 12 is in contact with the inner surface of the second opening 25b and the first insulating layer 15.
  • the material of the support member 12 is, for example, a resin material such as novolac epoxy resin.
  • the material of the support member 12 may also be a conductive material such as a Cu pillar.
  • the anode electrode 18 is provided on the wiring layer 16 outside the support member 12 in the X-axis direction.
  • Each of the two wires 5 connects the anode electrode 18 of the optical semiconductor element 11 to the anode electrode 42 of the wiring substrate 4 outside the support member 12 in the X-axis direction.
  • the height H1 in the Z-axis direction from the surface 14a of the semiconductor layer 14 to the support surface 12a of the support member 12 is greater than the height H2 of the wire 5 to the portion 5a of the wire 5 that is farthest from the surface 14a of the semiconductor layer 14 in the Z-axis direction. In other words, when the support member 12 supports the scintillator unit 3, the scintillator unit 3 does not come into contact with the wire 5.
  • the height H1 may be 1000 ⁇ m or less, or may be 200 ⁇ m or less.
  • the protective member 6 covers the multiple wires 5 outside the support member 12 in the X-axis direction and is in contact with the support member 12.
  • the protective member 6 may be arranged outside the support member 12 so as to surround the support member 12 when viewed from the Z-axis direction.
  • the bonding member 13 is disposed in the region R1 and bonds the optical semiconductor element 11 and the scintillator unit 3.
  • the bonding member 13 contacts each of the optical semiconductor element 11, the support member 12, and the scintillator unit 3 (scintillator 31) in the region R1.
  • the bonding member 13 fills the region R1.
  • the bonding member 13 may contact the light reflecting member 32.
  • the thickness of the bonding member 13 in the Z-axis direction may be 1000 ⁇ m or less, or may be 200 ⁇ m or less.
  • the bonding member 13 is disposed in a position overlapping with the multiple first openings 25a (the multiple first light receiving sections 20A) when viewed from the Z-axis direction. A portion 13a of the bonding member 13 is disposed in each first opening 25a.
  • the portion 13a of the bonding member 13 contacts each of the inner surfaces of the first openings 25a and the first insulating layer 15. By disposing a portion 13a of the bonding member 13 in the first opening 25a in this manner, a portion of the light emitted from the scintillator 31 can enter the first insulating layer 15 through the first opening 25a without entering the second insulating layer 25.
  • the other portion of the bonding member 13 is disposed on the wiring layer 16 (second insulating layer 25).
  • the material of the bonding member 13 is, for example, a resin material based on polyimide, polycarbonate, polyurethane, or the like, with an adjusted refractive index, or a resin material mixed with nano-sized particles of an inorganic material such as titanium oxide, barium tantalate, or hafnium oxide. As shown in FIG. 1 , a portion of the bonding member 13 may be disposed between the scintillator unit 3 and the protective member 6 on the outside of the support member 12. [Refractive index]
  • the refractive index refers to the refractive index for light with a wavelength of 400 nm.
  • the refractive index of the scintillator 31 is 1.80 or more and 2.35 or less.
  • the refractive index of the bonding member 13 is 1.60 or more and 2.00 or less.
  • the absolute value of the difference between the refractive index of the scintillator 31 and the refractive index of the bonding member 13 may be 0.2 or less.
  • the refractive index of the semiconductor layer 14 is 5.57, for example, 3.00 or more and 6.00 or less.
  • the refractive index of the first insulating layer 15 is approximately 2.00 when the material of the first insulating layer 15 is SiN.
  • the refractive index of the first insulating layer 15 may be higher than the refractive index of the bonding member 13 and lower than the refractive index of the semiconductor layer 14.
  • the refractive index of the second insulating layer 25 is approximately 1.47 when the material of the second insulating layer 25 is SiO2 .
  • the refractive index of the first insulating layer 15 may be higher than the refractive index of the second insulating layer 25. In this case, the difference between the refractive index of the bonding member 13 and the first insulating layer 15 can be smaller than the difference between the refractive index of the bonding member 13 and the second insulating layer 25. This can further suppress light reflection at the interface between the bonding member 13 and the first insulating layer 15.
  • the scintillator 31 In the radiation detector 1 configured as described above, radiation is incident on the scintillator 31, causing the scintillator 31 to emit light. Most of the light emitted from the surface 31b of the scintillator 31 is incident on the bonding member 13. Some of the light incident on the bonding member 13 passes through the part 13a of the bonding member 13 arranged in the first opening 25a, enters the first insulating layer 15, and is then incident on the multiple first light receiving sections 20A arranged in the effective region R2. Charge is generated by photoelectric conversion in the APD 21 in each first light receiving section 20A, and the generated charge is amplified by avalanche multiplication. The amplified charge in the APD 21 is output to the anode electrode 18 via the corresponding quenching resistor 22, and is then output from the anode electrode 18 as a pulse signal to an external signal processing unit.
  • the effective region R2 is a region that has the function of detecting light generated in the scintillator 31.
  • light generated in the scintillator 31 may be detected by the plurality of second light receiving sections 20B arranged in the outer edge region R3.
  • the support member 12 is arranged in a position that overlaps with the plurality of second light receiving sections 20B, the outer edge region R3 does not need to function as a region that detects light generated in the scintillator 31.
  • light generated in the scintillator 31 may be detected only by the plurality of first light receiving sections 20A arranged in the effective region R2.
  • a bonding member 13 is disposed in region R1, which is located on one side of the optical semiconductor element 11 in the Z-axis direction parallel to the thickness direction of the semiconductor layer 14 and overlaps with the light-receiving region 19 when viewed from the Z-axis direction.
  • the bonding member 13 contacts both the optical semiconductor element 11 and the scintillator unit 3.
  • the refractive index of the scintillator 31 is 1.80 or greater and 2.35 or less
  • the refractive index of the bonding member 13 is 1.60 or greater and 2.00 or less.
  • the radiation detector 1 uses a bonding member 13 with a relatively high refractive index.
  • a high refractive index of the bonding member 13 may reduce the transmittance of light (e.g., light with a wavelength of 400 nm or more) through the bonding member 13.
  • a high refractive index also increases the dielectric constant, resulting in the bonding member 13 containing many functional groups that absorb ultraviolet light.
  • an inorganic material such as TiO2 is mixed into the bonding member 13, the inorganic material may absorb ultraviolet light.
  • the support member 12 maintains a constant distance between the light-receiving region 19 and the scintillator 31. This allows for easy adjustment of the thickness of the bonding member 13 in the region R1. This facilitates the adjustment of the thickness of the bonding member 13 to a desired thickness (e.g., a thickness that allows light absorption by the bonding member 13).
  • one scintillator 31 and one optical semiconductor element 11 correspond to each other, and there are multiple pairs of corresponding scintillators 31 and light-receiving regions 19.
  • the thickness of the joining member 13 placed in region R1 can be easily adjusted, so the thickness of the joining member 13 in each pair can easily be made approximately the same. This makes it possible to suppress variation in the radiation detection efficiency in each pair in the radiation detector 1.
  • the optical semiconductor element 11 includes a first insulating layer 15 disposed on the semiconductor layer 14 on the region R1 side, and the refractive index of the first insulating layer 15 is higher than the refractive index of the bonding member 13 and lower than the refractive index of the semiconductor layer 14. This prevents light emitted from the scintillator 31 from being reflected at the interface between the bonding member 13 and the first insulating layer 15 and the interface between the first insulating layer 15 and the semiconductor layer 14, further improving radiation detection efficiency.
  • the optical semiconductor element 11 includes a second insulating layer 25 arranged on the first insulating layer 15 on the region R1 side, the second insulating layer 25 covering the quenching resistor 22, the second insulating layer 25 having a plurality of first openings 25a opening on both sides in the Z-axis direction, each of the plurality of first openings 25a overlapping with a respective one of the plurality of first light receiving sections 20A arranged in the effective region R2 among the plurality of light receiving sections 20 when viewed from the Z-axis direction, and a portion 13a of the joining member 13 is arranged in each of the plurality of first openings 25a, and the portion 13a of the joining member 13 is in contact with the first insulating layer 15.
  • the support member 12 is disposed between the second insulating layer 25 and the scintillator unit 3, and the second insulating layer 25 has a plurality of second openings 25b opening on both sides in the Z-axis direction, with a portion 12b of the support member 12 disposed in each of the plurality of second openings 25b.
  • each of the multiple second openings 25b overlaps with a corresponding one of the multiple second light receiving sections 20B that are located outside the effective area R2 of the multiple light receiving sections 20. This allows the size of the radiation detector 1 to be reduced when viewed in the Z-axis direction, even when multiple second light receiving sections 20B are provided.
  • multiple second light receiving sections 20B are arranged in an outer edge region R3 that surrounds the effective region R2 when viewed from the Z-axis direction. This prevents a decrease in the aperture ratio of the light receiving region 19.
  • the radiation detector 1 comprises a wiring board 4 on which multiple photodetectors 2 aligned in the X-axis and Y-axis directions are mounted, multiple wires 5, and a protective member 6.
  • Each of the multiple photodetectors 2 includes an optical semiconductor element 11, a support member 12 arranged between the optical semiconductor element 11 and the scintillator unit 3, and a bonding member 13.
  • Each of the multiple wires 5 connects the optical semiconductor element 11 to the wiring board 4 on the outside of the support member 12 in the X-axis direction, and the protective member 6 covers the multiple wires 5 on the outside of the support member 12 in the X-axis direction.
  • the absolute value of the difference between the refractive index of the scintillator 31 and the refractive index of the joining member 13 is 0.2 or less. Because the difference in refractive index between the joining member 13 and the scintillator 31 is smaller, reflection of light emitted from the scintillator 31 at the interface between the scintillator 31 and the joining member 13 can be further suppressed.
  • the semiconductor layer 14 has a surface 14a that faces the scintillator unit 3 in the Z-axis direction via region R1
  • the support member 12 has a support surface 12a that supports the scintillator unit 3, and the height from surface 4a to support surface 12a in the Z-axis direction is, for example, 200 ⁇ m or less. This allows the thickness of the joining member 13 between the light-receiving region 19 and the scintillator 31 to be maintained at 200 ⁇ m or less, and prevents light emitted from the scintillator 31 from being absorbed by the joining member 13.
  • the photodetector 2 includes an optical semiconductor element 11 including a semiconductor layer 14 that constitutes a light-receiving region 19, and support members 12 that are arranged on both sides in the X-axis direction of a region R1 that is located on one side of the optical semiconductor element 11 in the Z-axis direction and overlaps with the light-receiving region 19 when viewed from the Z-axis direction.
  • the radiation detector 1 of the first modified example differs from the radiation detector 1 of the above embodiment mainly in that the optical semiconductor element 11 has an opening 11a.
  • the radiation detector 1 of the first modified example will be described, focusing on the differences from the radiation detector 1 of the above embodiment.
  • the optical semiconductor element 11 has openings 11a (third openings) that open on both sides in the Z-axis direction. When viewed from the Z-axis direction, opening 11a is located in the center of the optical semiconductor element 11 and overlaps with the bonding member 13. Opening 11a penetrates the wiring layer 16 (second insulating layer 25), semiconductor layer 14, and cathode electrode 17 along the Z-axis direction.
  • the cathode electrode 41 and the conductive adhesive C each have openings that communicate with opening 11a. This exposes a portion of the surface 4a of the wiring substrate 4 to the outside.
  • the anode electrode 42 is provided on that portion of the surface 4a.
  • the anode electrode 18 is positioned near the opening 11a when viewed from the Z-axis direction.
  • the wire 5 passes through the opening 11a and connects the anode electrode 18 of the optical semiconductor element 11 to the anode electrode 42 of the wiring board 4.
  • a portion 13b of the bonding member 13 is positioned in the opening 11a and is in contact with a portion of the surface 4a of the wiring board 4.
  • the bonding member 13 covers the anode electrodes 18, 42 and the wire 5.
  • this first modification also enables stable improvement in radiation detection efficiency. Furthermore, according to the first modification, by disposing the part 13b of the bonding member 13 within the opening 11a of the optical semiconductor element 11, the wire 5 can be protected and the thickness of the bonding member 13 between the light-receiving region 19 and the scintillator 31 can be accurately and stably maintained. [Radiation detector according to second modification]
  • the radiation detector 1 of the second modified example differs mainly from the radiation detector 1 of the first modified example in that the support member 12 is attached to the wiring board 4.
  • the radiation detector 1 of the second modified example will be described, focusing on the differences from the radiation detector 1 of the first modified example.
  • the support member 12 is attached to the surface 4a of the wiring substrate 4 at positions on both sides of the optical semiconductor element 11 in the X-axis direction.
  • the support member 12 is a frame-shaped member that surrounds the optical semiconductor element 11 when viewed from the Z-axis direction.
  • the support member 12 is not positioned so as to overlap with the multiple second light receiving portions 20B, and therefore the outer edge region R3 also functions as a region that detects light generated in the scintillator 31.
  • all of the multiple light receiving portions 20 are positioned in the effective region. This makes it possible to detect light generated in the scintillator 31 over a wider area.
  • a portion 13c of the joining member 13 is positioned between the side of the optical semiconductor element 11 and the support member 12, joining the optical semiconductor element 11 and the support member 12. This makes it possible to more reliably maintain a constant position for the support member 12.
  • the radiation detection efficiency can be stably improved. Furthermore, the position of the support member 12 can be adjusted depending on the mounting state of the optical semiconductor element 11 on the wiring substrate 4.
  • a first example of a method for manufacturing a radiation detector 1 will be described with reference to Figures 8 to 11.
  • an optical semiconductor element 11 including a semiconductor layer 14 constituting the light-receiving region 19, a scintillator unit 3, and a bonding material BM are prepared.
  • the optical semiconductor element 11 shown in Figure 8 differs from the optical semiconductor element 11 shown in Figure 4 in that it does not have multiple first openings 25a and multiple second openings 25b.
  • the bonding material BM is a liquid material intended to become the bonding member 13, and is, for example, a resin material with an adjusted refractive index based on polyimide, polycarbonate, polyurethane, etc., or a resin material mixed with nano-sized particles of an inorganic material such as titanium oxide, barium tantalate, or hafnium oxide.
  • first openings 25a and second openings 25b are formed in the wiring layer 16 (second insulating layer 25).
  • the first openings 25a and second openings 25b are formed by, for example, plasma etching.
  • support members 12 are placed on both sides of region R1 in the X-axis direction.
  • support members 12 are placed so as to surround region R1 when viewed from the Z-axis direction.
  • liquid resist RE is applied to the entire surface of the optical semiconductor element 11.
  • the resist RE is a material intended to become the support member 12, and is, for example, a resin material such as novolac epoxy resin.
  • the liquid resist RE is hardened (for example, photo-hardened with ultraviolet light, thermal hardening, etc.) to form solid resist RE.
  • a portion RE1 of the solid resist RE located in region R1 is removed to form the support member 12.
  • the portion RE1 is removed, for example, by dissolving it in an organic solvent. At this time, the portion of the resist RE that entered the first opening 25a is also removed. In this process, the portion RE2 of the solid resist RE that is located along the outer edge of the optical semiconductor element 11 is also removed so that the anode electrode 18 is exposed to the outside.
  • each optical semiconductor element 11 is mounted on the wiring board 4. Specifically, each optical semiconductor element 11 is fixed to each cathode electrode 41 provided on the wiring board 4 with conductive adhesive C. Next, as shown in FIG. 10(b), the optical semiconductor element 11 and the wiring board 4 (anode electrode 42) are connected by wire 5. Next, as shown in FIG. 10(c), the wire 5 is covered with a protective member 6.
  • the wiring board 4 on which the optical semiconductor element 11 is mounted is fixed to the wiring board 7 with solder material S.
  • the scintillator unit 3 is placed on the support member 12 so as to face the optical semiconductor element 11 via region R1 in the Z-axis direction.
  • a bonding material BM is introduced into region R1 so as to contact the optical semiconductor element 11, support member 12, and scintillator unit 3 (scintillator 31).
  • the introduced bonding material BM is cured (for example, by photo-curing with ultraviolet light or by heat curing), thereby forming a bonding member 13.
  • the optical semiconductor element 11 and the scintillator unit 3 are bonded by the bonding member 13.
  • the support member 12 can be formed in a semiconductor manufacturing process, the support member 12 can be formed with high precision.
  • the support member 12 was formed from resist RE.
  • the support member 12 is formed from a resin material introduced into the mold 8.
  • the mold 8 shown in Figure 12 (a) is prepared.
  • the mold 8 includes a bottom wall 81, a protruding portion 82 protruding from the bottom wall 81, and a side wall 83 surrounding the protruding portion 82 on the bottom wall 81.
  • the side wall 83 is a frame-shaped portion surrounding the protruding portion 82 when viewed from the Z-axis direction.
  • the optical semiconductor element 11 is mounted on the wiring board 4, and the optical semiconductor element 11 and the wiring board 4 are connected by wires 5.
  • the mold 8 is placed on the optical semiconductor element 11 so that the wires 5 and anode electrodes 42 are positioned between the protruding portion 82 and the side wall 83.
  • the protruding portion 82 is located in region R1 and is in contact with the surface of the wiring layer 16.
  • the sidewall 83 is in contact with the surface 4a of the wiring substrate 4.
  • a resin material (destined to become the support member 12) is introduced into the mold 8 so that the wires 5 and anode electrodes 42 are covered with the resin material.
  • the introduced resin material is cured (for example, by photocuring with ultraviolet light or by heat curing), and the mold 8 is removed from the optical semiconductor element 11, thereby forming the support member 12 shown in FIG. 12(b).
  • the support member 12 covers the wires 5 and anode electrodes 42.
  • the second example of the method for manufacturing the radiation detector 1 it is possible to stably improve the radiation detection efficiency for the same reasons as those for the above-described radiation detector 1. Furthermore, by using the mold 8, it is possible to easily form the support member 12. Furthermore, it is possible to easily form the support member 12 that has both the function of supporting the scintillator unit 3 and the function of protecting the wires 5. [Third Example of Radiation Detector Manufacturing Method]
  • the support member 12 was formed on the optical semiconductor element 11 using resist RE.
  • the support member 12 is attached to the wiring board 7. Specifically, as shown in FIG. 13(a), the optical semiconductor element 11 is first mounted on the wiring board 4, and the optical semiconductor element 11 and the wiring board 4 are connected by wires 5. Next, the wiring board 4 on which the optical semiconductor element 11 is mounted is fixed to the wiring board 7 by solder material S. Next, the support members 12 are attached to the wiring board 7 at positions on both sides of the optical semiconductor element 11 in the X-axis direction.
  • the support members 12 are arranged at positions on both sides of the wiring board 4 on which the optical semiconductor element 11 is mounted in the X-axis direction.
  • the support members 12 shown in FIG. 13(a) are columnar members that sandwich the wiring board 4 on which the optical semiconductor element 11 is mounted in the X-axis direction.
  • the support member 12 is inserted into, for example, an opening provided in the wiring board 7.
  • the support member 12 may be a frame-shaped member.
  • bonding material BM is introduced onto the wiring board 7 so that each component arranged on the wiring board 7 is covered with the bonding material BM.
  • the bonding material BM is introduced over a wide area including region R1.
  • the bonding material BM may cover the support surface 12a of the support member 12.
  • the scintillator unit 3 is placed on the support member 12 so as to face the optical semiconductor element 11.
  • the introduced bonding material BM is then cured (for example, by photocuring with ultraviolet light or by heat curing), thereby forming the bonding member 13. This bonds the optical semiconductor element 11 and the scintillator unit 3 together with the bonding member 13.
  • the support member 12 is removed from the wiring board 7. In other words, the radiation detector 1 manufactured according to the third example does not include the support member 12.
  • the third example of the method for manufacturing the radiation detector 1 it is possible to stably improve the radiation detection efficiency for the same reasons as for the above-described radiation detector 1.
  • the position of the support member 12 can be adjusted depending on the mounting state of the optical semiconductor element 11 on the wiring board 7. Furthermore, because the step of removing the support member 12 from the wiring board 7 is performed after the step of bonding the optical semiconductor element 11 and the scintillator unit 3, it is possible to simplify the configuration of the radiation detector 1 manufactured according to the third example.
  • a fourth example of a method for manufacturing a radiation detector 1 will be described with reference to Figures 15 and 16.
  • the optical semiconductor element 11 and the scintillator unit 3 were bonded together using a bonding member 13.
  • the optical semiconductor element 11 and the scintillator unit 3 are bonded together using a bonding film 26.
  • a bonding film 26 having a refractive index of 1.60 or more and 2.00 or less is first prepared.
  • the bonding film 26 is flexible.
  • the bonding film 26 is made of, for example, a pressure-sensitive adhesive.
  • the material for the bonding film 26 is, for example, a resin material with an adjusted refractive index based on polyimide, polycarbonate, polyurethane, etc., or a resin material mixed with nano-sized particles of an inorganic material such as titanium oxide, barium tantalate, or hafnium oxide.
  • the optical semiconductor element 11 is mounted on the wiring substrate 4.
  • the optical semiconductor element 11 shown in FIG. 15 differs from the optical semiconductor element 11 shown in FIGS. 6 and 7 mainly in that it does not have an opening 11a and that it has a through electrode 27.
  • the through electrode 27 is provided in the semiconductor layer 14 and penetrates the semiconductor layer 14 along the Z-axis direction.
  • the through electrode 27 is electrically connected to the anode electrode 18.
  • An electrode E is provided on a portion of the surface of the through electrode 27.
  • the electrode E is fixed to the anode electrode 42 by conductive adhesive C. This electrically connects the anode electrode 18 and the anode electrode 42 via the through electrode 27.
  • a bonding film 26 is placed in region R1, and the scintillator unit 3 is placed on the optical semiconductor element 11 so as to face the optical semiconductor element 11 across region R1 in the Z-axis direction. This bonds the optical semiconductor element 11 and the scintillator unit 3 together with the bonding film 26. Portions of the bonding film 26 are disposed inside the first opening 25a and the second opening 25b and are in contact with the first insulating layer 15. If the bonding film 26 is in contact with the anode electrode 18, the wire 5 cannot be placed within the bonding film 26, and therefore the wire 5 cannot be connected to the anode electrode 18. However, since the through electrode 27 is electrically connected to the anode electrode 18 within the semiconductor layer 14, the anode electrode 18 and the anode electrode 42 can be electrically connected without being affected by the bonding film 26.
  • the refractive index of the scintillator 31 is 1.80 or more and 2.35 or less
  • the refractive index of the bonding film 26 is 1.60 or more and 2.00 or less
  • the fourth example of the method for manufacturing the radiation detector 1 for example, even without using the support member 12, it is possible to prevent variation in the thickness of the bonding film 26 between the light receiving region 19 and the scintillator 31, and as a result, it is possible to prevent variation in the radiation detection efficiency. As described above, according to the fourth example of the method for manufacturing the radiation detector 1, it is possible to achieve a stable improvement in the radiation detection efficiency. [Modification]
  • the wiring layer 16 is disposed on the front surface 14a of the semiconductor layer 14.
  • the wiring layer 16 may be disposed on the rear surface 14b of the semiconductor layer 14.
  • the P-type semiconductor region 142 and the P+-type semiconductor region 143 may be disposed along the rear surface 14b of the semiconductor layer 14.
  • the optical semiconductor element 11 may be a back-illuminated type. If the optical semiconductor element 11 is a back-illuminated type, a circuit board may be directly bonded to the rear surface 14b of the semiconductor layer 14 via a wiring layer, and a quenching element may be formed within the circuit board.
  • active quenching may be performed by providing an element such as a transistor as the quenching element, rather than a quenching resistor 22 such as SiCr.
  • the light receiving unit 20 may be configured to include the APD 21 and a quenching element formed within the circuit board.
  • each light receiving section 20 may have another configuration, such as a configuration in which the N-type and P-type are reversed.
  • the N-type semiconductor region 141, the P-type semiconductor region 142, and the P+-type semiconductor region 143 may be a P-type semiconductor region, an N-type semiconductor region, and an N-type semiconductor region, respectively.
  • the material of the semiconductor layer 14 is not limited to silicon, and may also be a compound semiconductor.
  • the support member 12 was a frame-shaped member, but the support member 12 may also be a column-shaped member. In this case, multiple support members 12 may be arranged to sandwich the region R1 in the X-axis direction.
  • the support member 12 was attached to the wiring board 7, but the support member 12 may also be attached to the wiring board 4.
  • the support member 12 may be attached to the wiring board 4 on which the optical semiconductor element 11 is directly mounted, or to the wiring board 7 on which the optical semiconductor element 11 is indirectly mounted.
  • the support member 12 was positioned so as to overlap with the multiple second openings 25b (multiple second light receiving sections 20B) when viewed from the Z-axis direction.
  • the support member 12 may be positioned so as not to overlap with the multiple first openings 25a and the multiple second openings 25b when viewed from the Z-axis direction.
  • the support member 12 may be positioned in the region between the multiple second openings 25b (outer edge region R3) and the outer edge of the optical semiconductor element 11 when viewed from the Z-axis direction.
  • the outer edge region R3 can function as a region that detects light generated in the scintillator 31.
  • the multiple second light receiving sections 20B do not need to be positioned in the outer edge region R3.
  • the multiple second openings 25b do not need to overlap with the multiple light receiving sections 20.
  • the multiple second openings 25b do not need to be provided in the outer edge region R3.
  • the radiation detector 1 of the first and second modified examples described above may be provided with other support members, which may be arranged on the optical semiconductor element 11 so as to surround the opening 11a when viewed from the Z-axis direction.
  • the joining member 13 does not have to be arranged inside the other support members, and does not have to be arranged within the opening 11a.
  • the other support members may function to prevent the joining member 13 from flowing into the opening 11a. In this case, it is possible to prevent the joining member 13 from affecting the wire 5 arranged within the opening 11a.
  • the support member 12 is attached to the wiring board 7 after the wiring board 4 on which the optical semiconductor element 11 is mounted is fixed to the wiring board 7.
  • the support member 12 may be attached to the wiring board 7 at any time before the scintillator unit 3 is placed on the support member 12.
  • the support member 12 may be attached to the wiring board 7 before the wiring board 4 is fixed to the wiring board 7.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

放射線検出器は、光半導体素子と、第１方向において光半導体素子の一方の側に位置しており且つ第１方向から見た場合に受光領域と重なっている領域に対して、第２方向における両側の位置に配置された支持部材と、第１方向において領域を介して光半導体素子と向かい合うように支持部材によって支持されたシンチレータユニットと、領域に配置されており、領域において、光半導体素子、支持部材及びシンチレータユニットのそれぞれに接触している接合部材と、を備え、シンチレータユニットが有するシンチレータの屈折率は、１．８０以上２．３５以下であり、接合部材の屈折率は、１．６０以上２．００以下である。

Description

放射線検出器、光検出器及び放射線検出器の製造方法
　本開示は、放射線検出器、光検出器及び放射線検出器の製造方法に関する。
　特許文献１には、放射線の入射によって発光する複数の蛍光体素子と、蛍光体素子に接着剤によって接着されており、蛍光体素子から発せられた光を検出する複数の光電変換素子と、を備える放射線検出器が記載されている。
特開２００９－１１８９４３号公報
　特許文献１に記載された放射線検出器では、蛍光体素子と接着剤との間の屈折率の差が大きいと、蛍光体素子から発せられた光うち蛍光体素子と接着剤との界面で反射される光の量が増加するおそれがある。その場合、光電変換素子に入射する光の量が減少するため、結果として、放射線の検出効率が低下するおそれがある。また、特許文献１に記載された放射線検出器では、蛍光体素子と光電変換素子との間に配置された接着剤の厚さがばらつくおそれがある。その場合、光電変換素子に入射する光の量がばらつくため、結果として、放射線の検出効率がばらつくおそれがある。
　本開示は、放射線の検出効率の安定的な向上を図ることができる放射線検出器、光検出器及び放射線検出器の製造方法を提供することを目的とする。
　本開示の一側面の放射線検出器は、［１］「受光領域を構成する半導体層を含む光半導体素子と、前記半導体層の厚さ方向に平行な第１方向において前記光半導体素子の一方の側に位置しており且つ前記第１方向から見た場合に前記受光領域と重なっている領域に対して、前記第１方向に垂直な第２方向における両側の位置に配置された支持部材と、前記第１方向において前記領域を介して前記光半導体素子と向かい合うように前記支持部材によって支持されたシンチレータユニットと、前記領域に配置されており、前記領域において、前記光半導体素子、前記支持部材及び前記シンチレータユニットのそれぞれに接触している接合部材と、を備え、前記シンチレータユニットは、前記受光領域に対応しているシンチレータを有し、前記受光領域は、互いに並列に接続された複数の受光部を有し、前記複数の受光部のそれぞれは、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードと、前記アバランシェフォトダイオードと直列に接続されたクエンチング素子と、を含み、前記シンチレータの屈折率は、１．８０以上２．３５以下であり、前記接合部材の屈折率は、１．６０以上２．００以下である、放射線検出器」である。
　上記放射線検出器では、半導体層の厚さ方向に平行な第１方向において光半導体素子の一方の側に位置しており且つ第１方向から見た場合に受光領域と重なっている領域に、接合部材が配置されており、当該領域において、光半導体素子及びシンチレータユニットのそれぞれに接合部材が接触している。このような状態において、シンチレータの屈折率が１．８０以上２．３５以下となっており、接合部材の屈折率が１．６０以上２．００以下となっている。これにより、シンチレータから発せられた光がシンチレータと接合部材との界面で反射されるのを抑制することができ、結果として、放射線の検出効率が低下するのを抑制することができる。また、上記放射線検出器では、半導体層の厚さ方向に平行な第１方向において光半導体素子の一方の側に位置しており且つ第１方向から見た場合に受光領域と重なっている領域に対して、第１方向に垂直な第２方向における両側の位置に、シンチレータユニットを支持している支持部材が配置されており、当該領域において接合部材が支持部材に接触している。これにより、受光領域とシンチレータとの間において接合部材の厚さがばらつくのを抑制することができ、結果として、放射線の検出効率がばらつくのを抑制することができる。以上により、上記放射線検出器によれば、放射線の検出効率の安定的な向上を図ることができる。
　本開示の一側面の放射線検出器は、［２］「前記光半導体素子は、前記領域側において前記半導体層上に配置された第１絶縁層を更に含み、前記第１絶縁層の屈折率は、前記接合部材の前記屈折率よりも高く且つ前記半導体層の屈折率よりも低い、上記［１］に記載の放射線検出器」であってもよい。当該放射線検出器によれば、シンチレータから発せられた光が接合部材と第１絶縁層との界面及び第１絶縁層と半導体層との界面で反射されるのを抑制することができ、放射線の検出効率を更に向上させることができる。
　本開示の一側面の放射線検出器は、［３］「前記光半導体素子は、前記領域側において前記第１絶縁層上に配置された第２絶縁層を更に含み、前記第２絶縁層は、前記クエンチング素子を覆っており、前記第２絶縁層は、前記第１方向における両側に開口している複数の第１開口を有し、前記複数の第１開口のそれぞれは、前記第１方向から見た場合に、前記複数の受光部のうち有効領域に配置された複数の第１受光部のそれぞれと重なっており、複数の第１開口のそれぞれには、前記接合部材の一部が配置されており、前記接合部材の前記一部は、前記第１絶縁層に接触している、上記［２］に記載の放射線検出器」であってもよい。当該放射線検出器によれば、シンチレータから発せられた光がクエンチング素子を保護するための第２絶縁層が有する第１開口を介して第１絶縁層に入射するため、シンチレータから発せられた光が接合部材と第２絶縁層との界面で反射されるのを抑制することができ、放射線の検出効率を更に向上させることができる。
　本開示の一側面の放射線検出器は、［４］「前記支持部材は、前記第２絶縁層と前記シンチレータユニットとの間に配置されており、前記第２絶縁層は、前記第１方向における両側に開口している複数の第２開口を更に有し、前記複数の第２開口のそれぞれには、前記支持部材の一部が配置されている、上記［３］に記載の放射線検出器」であってもよい。当該放射線検出器によれば、受光領域とシンチレータとの間の距離及び受光領域とシンチレータとの間における接合部材の厚さを精度良く且つ安定的に維持することができる。
　本開示の一側面の放射線検出器は、［５］「前記複数の第２開口のそれぞれは、前記第１方向から見た場合に、前記複数の受光部のうち前記有効領域の外側に配置された複数の第２受光部のそれぞれと重なっている、上記［４］に記載の放射線検出器」であってもよい。当該放射線検出器によれば、受光領域とシンチレータとの間の距離及び受光領域とシンチレータとの間における接合部材の厚さを精度良く且つ安定的に維持することができる。更に、複数の第２開口のそれぞれが複数の第２受光部のそれぞれと重なることで、複数の第２受光部を設けた場合であっても、第１方向から見た場合における放射線検出器のサイズを小さくすることができる。
　本開示の一側面の放射線検出器は、［６］「前記複数の第２受光部は、前記第１方向から見た場合に、前記有効領域を包囲している外縁領域に配置されている、上記［５］に記載の放射線検出器」であってもよい。当該放射線検出器によれば、受光領域の開口率が減少するのを抑制することができる。
　本開示の一側面の放射線検出器は、［７］「少なくとも前記第２方向に並んでいる複数の光検出器が実装された配線基板と、複数のワイヤと、保護部材と、を更に備え、前記複数の光検出器のそれぞれは、前記光半導体素子と、前記光半導体素子と前記シンチレータユニットとの間に配置された前記支持部材と、前記接合部材と、を含み、前記複数のワイヤのそれぞれは、前記第２方向における前記支持部材の外側において、前記光半導体素子と前記配線基板とを接続しており、前記保護部材は、前記第２方向における前記支持部材の外側において、前記複数のワイヤを覆っている、上記［１］～［６］のいずれか一つに記載の放射線検出器」であってもよい。当該放射線検出器によれば、複数の光検出器のそれぞれにおいて、受光領域とシンチレータとの間の距離及び受光領域とシンチレータとの間における接合部材の厚さを精度良く且つ安定的に維持することができる。
　本開示の一側面の放射線検出器は、［８］「前記光半導体素子が実装された配線基板と、前記光半導体素子と前記配線基板とを接続しているワイヤと、を更に備え、前記光半導体素子は、前記第１方向における両側に開口している第３開口を有し、前記ワイヤは、前記第３開口を通っており、前記第３開口は、前記第１方向から見た場合に、前記接合部材と重なっている、上記［１］～［６］のいずれか一つに記載の放射線検出器」であってもよい。当該放射線検出器によれば、例えば、光半導体素子が有する第３開口内に接合部材の一部が配置されることで、ワイヤを保護しつつ、受光領域とシンチレータとの間における接合部材の厚さを精度良く且つ安定的に維持することができる。
　本開示の一側面の放射線検出器は、［９］「前記シンチレータの前記屈折率と前記接合部材の前記屈折率との差の絶対値は、０．２以下である、上記［１］～［８］のいずれか一つに記載の放射線検出器」であってもよい。当該放射線検出器によれば、接合部材とシンチレータとの間の屈折率の差がより小さくなるため、シンチレータから発せられた光がシンチレータと接合部材との界面で反射されるのをより抑制することができる。
　本開示の一側面の放射線検出器は、［１０］「前記半導体層は、前記第１方向において前記領域を介して前記シンチレータユニットと向かい合っている表面を有し、前記支持部材は、前記シンチレータユニットを支持している支持面を有し、前記第１方向における前記表面から前記支持面までの高さは、２００μｍ以下である、上記［１］～［９］のいずれか一つに記載の放射線検出器」であってもよい。当該放射線検出器によれば、受光領域とシンチレータとの間における接合部材の厚さを２００μｍ以下に維持することができ、シンチレータから発せられた光が接合部材に吸収されるのを抑制することができる。
　本開示の一側面の光検出器は、［１１］「受光領域を構成する半導体層を含む光半導体素子と、前記半導体層の厚さ方向に平行な第１方向において前記光半導体素子の一方の側に位置しており且つ前記第１方向から見た場合に前記受光領域と重なっている領域に対して、前記第１方向に垂直な第２方向における両側の位置に配置された支持部材と、を備え、前記受光領域は、互いに並列に接続された複数の受光部を有し、前記複数の受光部のそれぞれは、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードと、前記アバランシェフォトダイオードと直列に接続されたクエンチング素子と、を含む、光検出器」である。
　上記光検出器によれば、例えば、シンチレータが受光領域と向かい合うようにシンチレータユニットを支持部材上に配置し、受光領域とシンチレータとの間に、接合部材を配置することで、受光領域とシンチレータとの間の距離及び受光領域とシンチレータとの間における接合部材の厚さを維持することができる放射線検出器を得ることができる。
　本開示の一側面の放射線検出器の製造方法は、［１２］「受光領域を構成する半導体層を含む光半導体素子、シンチレータユニット、及び接合材料を準備する工程と、前記半導体層の厚さ方向に平行な第１方向において前記光半導体素子の一方の側に位置しており且つ前記第１方向から見た場合に前記受光領域と重なっている領域に対して、前記第１方向に垂直な第２方向における両側の位置に支持部材を配置する工程と、前記第１方向において前記領域を介して前記光半導体素子と向かい合うように前記支持部材上に前記シンチレータユニットを配置する工程と、前記光半導体素子、前記支持部材及び前記シンチレータユニットのそれぞれに接触するように前記領域に前記接合材料を導入して接合部材を形成し、前記接合部材によって前記光半導体素子と前記シンチレータユニットとを接合する工程と、を備え、前記シンチレータユニットは、前記受光領域に対応しているシンチレータを有し、前記受光領域は、互いに並列に接続された複数の受光部を有し、前記複数の受光部のそれぞれは、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードと、前記アバランシェフォトダイオードと直列に接続されたクエンチング素子と、を含み、前記シンチレータの屈折率は、１．８０以上２．３５以下であり、前記接合部材の屈折率は、１．６０以上２．００以下である、放射線検出器の製造方法」である。
　上記放射線検出器の製造方法によれば、上述した放射線検出器と同様の理由により、放射線の検出効率の安定的な向上を図ることができる放射線検出器を得ることができる。
　本開示の一側面の放射線検出器の製造方法は、［１３］「前記支持部材を配置する工程では、前記光半導体素子上にレジストを塗布し、前記レジストのうち前記領域に位置している部分を除去することで前記支持部材を形成する、上記［１２］に記載の放射線検出器の製造方法」であってもよい。当該放射線検出器の製造方法によれば、支持部材を精度良く形成することができる。
　本開示の一側面の放射線検出器の製造方法は、［１４］「前記支持部材を配置する工程では、前記光半導体素子上に金型を配置し、前記金型の内側に樹脂材料を導入し、前記樹脂材料を硬化することで前記支持部材を形成する、上記［１２］に記載の放射線検出器の製造方法」であってもよい。当該放射線検出器の製造方法によれば、支持部材を容易に形成することができる。
　本開示の一側面の放射線検出器の製造方法は、［１５］「配線基板を準備する工程と、前記配線基板に前記光半導体素子を実装する工程と、前記光半導体素子と前記配線基板とをワイヤによって接続する工程と、を更に備え、前記支持部材を形成する工程では、前記樹脂材料が前記ワイヤを覆うように、前記金型の内側に前記樹脂材料を導入する、上記［１４］に記載の放射線検出器の製造方法」であってもよい。当該放射線検出器の製造方法によれば、シンチレータユニットを支持する機能及びワイヤを保護する機能の両方を有する支持部材を容易に形成することができる。
　本開示の一側面の放射線検出器の製造方法は、［１６］「配線基板を準備する工程と、前記配線基板に前記光半導体素子を実装する工程と、を更に備え、前記支持部材を配置する工程では、前記光半導体素子に対して、前記第２方向における両側の位置において前記配線基板に前記支持部材を取り付ける、上記［１２］に記載の放射線検出器の製造方法」であってもよい。当該放射線検出器の製造方法によれば、配線基板に対する光半導体素子の実装状態に応じて支持部材の位置等を調整することができる。
　本開示の一側面の放射線検出器の製造方法は、［１７］「前記配線基板から前記支持部材を取り外す工程を更に備え、前記支持部材を取り外す工程は、前記光半導体素子と前記シンチレータユニットとを接合する工程よりも後に実行される、上記［１６］に記載の放射線検出器の製造方法」であってもよい。当該放射線検出器の製造方法によれば、放射線検出器の構成を単純化することができる。
　本開示の一側面の放射線検出器の製造方法は、［１８］「受光領域を構成する半導体層を含む光半導体素子、シンチレータユニット、及び接合フィルムと、を準備する工程と、前記半導体層の厚さ方向に平行な第１方向において前記光半導体素子の一方の側に位置しており且つ前記第１方向から見た場合に前記受光領域と重なっている領域に前記接合フィルムを配置すると共に、前記第１方向において前記領域を介して前記光半導体素子と向かい合うように前記光半導体素子上に前記シンチレータユニットを配置し、前記接合フィルムによって前記光半導体素子と前記シンチレータユニットとを接合する工程と、を備え、前記シンチレータユニットは、前記受光領域に対応しているシンチレータを有し、前記受光領域は、互いに並列に接続された複数の受光部を有し、前記複数の受光部のそれぞれは、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードと、前記アバランシェフォトダイオードと直列に接続されたクエンチング素子と、を含み、前記シンチレータの屈折率は、１．８０以上２．３５以下であり、前記接合フィルムの屈折率は、１．６０以上２．００以下である、放射線検出器の製造方法」である。
　上記放射線検出器の製造方法によれば、シンチレータの屈折率が１．８０以上２．３５以下となっており、接合フィルムの屈折率が１．６０以上２．００以下となっているため、シンチレータから発せられた光がシンチレータと接合フィルムとの界面で反射されるのを抑制することができ、結果として、放射線の検出効率が低下するのを抑制することができる。また、上記放射線検出器の製造方法によれば、例えば、支持部材を用いなくても、受光領域とシンチレータとの間において接合フィルムの厚さがばらつくのを抑制することができ、結果として、放射線の検出効率がばらつくのを抑制することができる。以上により、上記放射線検出器の製造方法によれば、放射線の検出効率の安定的な向上を図ることができる。
　本開示によれば、放射線の検出効率の安定的な向上を図ることができる放射線検出器、光検出器及び放射線検出器の製造方法を提供することができる。
図１は、一実施形態の放射線検出器の断面図である。 図２は、図１に示される放射線検出器の一部分の断面図である。 図３は、図２に示される受光領域の平面図である。 図４は、図２に示される光検出器の一部分の断面図である。 図５は、図２に示される光半導体素子の回路図である。 図６は、第１変形例の放射線検出器の一部分の断面図である。 図７は、第２変形例の放射線検出器の一部分の断面図である。 図８は、放射線検出器の製造方法の第１例を説明するための断面図である。 図９は、放射線検出器の製造方法の第１例を説明するための断面図である。 図１０は、放射線検出器の製造方法の第１例を説明するための断面図である。 図１１は、放射線検出器の製造方法の第１例を説明するための断面図である。 図１２は、放射線検出器の製造方法の第２例を説明するための断面図である。 図１３は、放射線検出器の製造方法の第３例を説明するための断面図である。 図１４は、放射線検出器の製造方法の第３例を説明するための断面図である。 図１５は、放射線検出器の製造方法の第４例を説明するための断面図である。 図１６は、放射線検出器の製造方法の第４例を説明するための断面図である。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　［放射線検出器の構成］
　図１及び図２に示されるように、放射線検出器１は、複数の光検出器２と、シンチレータユニット３と、複数の配線基板４と、複数のワイヤ５と、保護部材６と、配線基板７と、を備えている。以下の説明では、配線基板４の厚さ方向に平行な方向をＺ軸方向（第１方向）、Ｚ軸方向に垂直な一方向をＸ軸方向（第２方向）、Ｚ軸方向及びＸ軸方向の両方向に垂直な方向をＹ軸方向という。なお、図２では保護部材６の図示が省略されている。
　配線基板４は、表面４ａ及び裏面４ｂを有している。本実施形態では、一つの配線基板４の表面４ａに複数の光検出器２が実装されている。複数の光検出器２は、Ｘ軸方向を行方向とし且つＹ軸方向を列方向としてマトリックス状に並んでいる。配線基板４の表面４ａには、カソード電極４１が設けられており、複数の光検出器２のそれぞれは、カソード電極４１に固定されている。配線基板４は、裏面４ｂに設けられた半田部材Ｓを介して配線基板７に固定されている。
　各光検出器２は、光半導体素子１１と、支持部材１２と、接合部材１３と、を有している。本実施形態では、シンチレータユニット３が有している一つのシンチレータ３１と一つの光半導体素子１１とが対応するように、シンチレータユニット３が複数の光検出器２のそれぞれと接合部材１３によって接合されている。シンチレータ３１と光半導体素子１１との対応関係は上述した対応関係でなくてもよく、三つのシンチレータ３１と二つの光半導体素子１１とが対応していてもよい。
　光半導体素子１１は、半導体層１４と、第１絶縁層１５と、配線層１６と、を有している。半導体層１４、第１絶縁層１５及び配線層１６のそれぞれの厚さ方向は、Ｚ軸方向に平行である。Ｚ軸方向から見た場合における光半導体素子１１の形状は、例えば長方形状である。半導体層１４は、表面１４ａ及び裏面１４ｂを有している。第１絶縁層１５は、表面１４ａ上に形成されている。配線層１６は、第１絶縁層１５における半導体層１４とは反対側の表面上に形成されている。光半導体素子１１において、半導体層１４の裏面１４ｂにはカソード電極１７が設けられている。光半導体素子１１は、カソード電極１７が配線基板４のカソード電極４１と向かい合うようにカソード電極４１上に配置されている。光半導体素子１１のカソード電極１７及び配線基板４のカソード電極４１は、例えば、銀ペーストである導電性接着剤Ｃによって互いに固定されている。本実施形態では、一つの配線基板４の表面４ａに対して複数の光半導体素子１１が実装されている。つまり、各光半導体素子１１は、配線基板４に直接的に実装されており、配線基板７に間接的に実装されている。
　配線層１６には二つのアノード電極１８が設けられており、二つのアノード電極１８は、Ｚ軸方向から見た場合における光半導体素子１１の外縁の近傍に配置されている。具体的には、二つのアノード電極１８のそれぞれは、Ｘ軸方向における光半導体素子１１の両端のそれぞれの近傍に配置されている。二つのワイヤ５のそれぞれは、光半導体素子１１の側方を経由して、二つのアノード電極１８のそれぞれと、アノード電極４２とを接続している。つまり、ワイヤ５は、光半導体素子１１と配線基板４とを接続している。図１に示されるように隣り合う二つの光半導体素子１１のそれぞれのアノード電極１８からのパルス信号は、個別のアノード電極４２に出力される。図１では、隣り合う二つの光半導体素子１１のそれぞれのアノード電極１８からのパルス信号は、Ｙ軸方向に配列された個別のアノード電極４２に出力される。複数のワイヤ５、カソード電極１７，４１及びアノード電極１８，４２は、保護部材６により覆われている。保護部材６の材料は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂材料である。
　半導体層１４及び配線層１６は、受光領域１９を構成している。本実施形態では、各光半導体素子１１は、一つの受光領域１９を有しているが、各光半導体素子１１は、複数の受光領域１９を有していてもよい。受光領域１９は、複数の受光部２０を有しており、図３に示されるように、複数の受光部２０は、Ｘ軸方向を行方向とし且つＹ軸方向を列方向としてマトリックス状に並んでいる。なお、複数の受光部２０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の一方の方向のみに並んでいてもよい。
　Ｚ軸方向において光半導体素子１１の一方の側（シンチレータユニット３側）には、領域Ｒ１が配置されている。領域Ｒ１は、Ｚ軸方向から見た場合に受光領域１９（複数の受光部２０）と重なっている。上述した接合部材１３は、領域Ｒ１に配置されている。各受光部２０は、ＳＰＡＤ（Single　Photon　Avalanche　Diode）であり、光半導体素子１１は、一つの受光領域１９によって一つのチャンネルが構成されたＳｉＰＭ（Silicon　Photomultiplier）である。
　複数の受光部２０は、有効領域Ｒ２に配置された複数の第１受光部２０Ａと、Ｚ軸方向から見た場合に有効領域Ｒ２を包囲している外縁領域Ｒ３に配置された複数の第２受光部２０Ｂと、を有している。有効領域Ｒ２及び外縁領域Ｒ３はいずれも、光半導体素子１１における領域である。例えば、有効領域Ｒ２は、Ｚ軸方向から見た場合に光半導体素子１１の中央部分に配置された矩形状の領域であり、外縁領域Ｒ３は、Ｚ軸方向から見た場合に当該矩形状の領域の外縁に沿って配置された枠状の領域である。本実施形態では、複数の第１受光部２０Ａは、Ｚ軸方向から見た場合に光半導体素子１１の中央部分に配置されており、複数の第２受光部２０Ｂは、Ｚ軸方向から見た場合に複数の第１受光部２０Ａを包囲するように配置されている。一例として、領域Ｒ１は、Ｚ軸方向から見た場合に、有効領域Ｒ２の全体と重なっており、外縁領域Ｒ３と重なっていない。つまり、領域Ｒ１は、有効領域Ｒ２の直上に配置された領域である。
　図４及び図５も参照して、光半導体素子１１の詳細を説明する。半導体層１４は、一つの受光部２０ごとに、Ｎ型半導体領域１４１と、Ｐ型半導体領域１４２と、Ｐ＋型半導体領域１４３と、を含んでいる。Ｎ型半導体領域１４１は、複数の受光部２０に渡って延在している。Ｐ型半導体領域１４２は、半導体層１４の表面１４ａに沿ってＮ型半導体領域１４１内に形成されており、Ｎ型半導体領域１４１とＰＮ接合を構成している。Ｐ＋型半導体領域１４３は、半導体層１４の表面１４ａに沿ってＰ型半導体領域１４２内に形成されている。各受光部２０では、Ｎ型半導体領域１４１、Ｐ型半導体領域１４２及びＰ＋型半導体領域１４３によってＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）２１が構成されている。半導体層１４の材料は、例えば、シリコンである。半導体層１４において、Ｐ型の不純物は、例えば、Ｂ等の３族元素であり、Ｎ型の不純物は、例えば、Ｎ、Ｐ、Ａｓ等の５族元素である。
　半導体層１４の表面１４ａは、Ｎ型半導体領域１４１の表面と、Ｐ型半導体領域１４２の表面と、Ｐ＋型半導体領域１４３の表面と、によって構成されている。半導体層１４の表面１４ａにおいては、Ｎ型半導体領域１４１、Ｐ型半導体領域１４２及びＰ＋型半導体領域１４３のそれぞれの表面が面一の状態にある。一方、半導体層１４の裏面１４ｂは、Ｎ型半導体領域１４１の上記表面とは反対側の裏面によって構成されている。Ｎ型半導体領域１４１の裏面には上述したカソード電極１７が設けられており、カソード電極１７は、Ｎ型半導体領域１４１に電気的に接続されている。
　半導体層１４は、トレンチ１４ｃを有している。トレンチ１４ｃは、各Ｐ型半導体領域１４２を互いに仕切るように延在している。トレンチ１４ｃは、半導体層１４の表面１４ａに開口している。表面１４ａからのトレンチ１４ｃの深さは、表面１４ａからのＰ型半導体領域１４２の深さよりも大きい。各受光部２０において、Ｐ型半導体領域１４２とトレンチ１４ｃとの間には、Ｎ型半導体領域１４１の一部分が配置されている。トレンチ１４ｃの内面には、絶縁領域１４４が形成されている。絶縁領域１４４の材料は、例えば、ＳｉＯ２である。トレンチ１４ｃ内には、金属部材１４５が配置されている。金属部材１４５の材料は、例えば、Ｗである。
　第１絶縁層１５は、領域Ｒ１側において半導体層１４上に配置されている。第１絶縁層１５は、Ｎ型半導体領域１４１、Ｐ型半導体領域１４２及びＰ＋型半導体領域１４３のそれぞれの表面に接触するように半導体層１４の表面１４ａ上に形成されている。第１絶縁層１５の材料は、例えば、ＳｉＮである。Ｚ軸方向における第１絶縁層１５の厚さは、例えば、シンチレータ３１から発せられた光の波長の１／（４ｎ）である。ｎは１以上の自然数である。この場合、当該厚さは、例えば、５０ｎｍである。
　配線層１６は、複数のクエンチング抵抗２２と、複数の貫通電極２３と、読出配線２４と、第２絶縁層２５と、を有している。図４の例では、複数のクエンチング抵抗２２のうち一つのクエンチング抵抗２２及び複数の貫通電極２３のうち一つの貫通電極２３が示されている。クエンチング抵抗２２、貫通電極２３及び読出配線２４は、第２絶縁層２５内に形成されている。
　一つのクエンチング抵抗２２は、一つのＡＰＤ２１と共に一つの受光部２０を構成している。各受光部２０において、クエンチング抵抗２２は、Ｚ軸方向から見た場合にＰ＋型半導体領域１４３の外縁に沿って延在している。クエンチング抵抗２２の一端２２ａは、貫通電極２３を介してＰ＋型半導体領域１４３に電気的に接続されている。貫通電極２３は、第１絶縁層１５を貫通しており、Ｐ＋型半導体領域１４３に到達している。なお、クエンチング抵抗２２が直接的にＰ＋型半導体領域１４３に接触していてもよい。クエンチング抵抗２２の他端（図示省略）は、読出配線２４に電気的に接続されている。クエンチング抵抗２２の材料は、例えば、ＮｉＣｒ、ＳｉＣｒ、ＴａＮｉ、ＦｅＣｒである。貫通電極２３の材料は、例えば、Ａｌである。
　読出配線２４は、複数の開口２４ａを有している。各受光部２０において、開口２４ａは、Ｚ軸方向から見た場合に各Ｐ＋型半導体領域１４３及びクエンチング抵抗２２を含んでいる。読出配線２４は、複数の受光部２０に渡って延在している。読出配線２４は、対応しているアノード電極１８（図２参照）に電気的に接続されている。読出配線２４の材料は、例えば、Ａｌである。
　図５は、光半導体素子１１の回路図である。図５に示されるように、受光領域１９は、互いに並列に接続された複数の受光部２０を有している。各受光部２０は、ＡＰＤ２１と、ＡＰＤ２１と直列に接続されたクエンチング抵抗２２と、を含んでいる。各ＡＰＤ２１のアノードは、各クエンチング抵抗２２を介してアノード電極１８に電気的に接続されており、各ＡＰＤ２１のカソードは、カソード電極１７に電気的に接続されている。なお、受光領域１９では、並列に接続された複数の受光部２０をそれぞれが含む複数のチャンネルが構成されていてもよい。
　光半導体素子１１では、各ＡＰＤ２１がガイガーモードで動作する。ガイガーモードでは、ＡＰＤ２１のブレイクダウン電圧よりも大きい逆方向電圧（逆バイアス電圧）が各ＡＰＤ２１に印加される。一例として、アノード電極１８が抵抗Ｒを介して接地されている場合、ＡＰＤ２１のブレイクダウン電圧よりも大きい正の電圧Ｖがカソード電極１７に印加される。
　各ＡＰＤ２１がガイガーモードで動作している状態で、任意の且つ少なくとも一つのＡＰＤ２１に光が入射すると、当該ＡＰＤ２１において、光電変換によって電荷が発生し、発生した電荷がアバランシェ増倍によって増幅される。当該ＡＰＤ２１において増幅された電荷は、対応しているクエンチング抵抗２２を介してアノード電極１８に出力され、アノード電極１８から外部の信号処理部にパルス信号として出力される。
　第２絶縁層２５は、領域Ｒ１側において第１絶縁層１５上に配置されている。第２絶縁層２５は、複数の絶縁膜によって構成されており、複数の受光部２０に渡って延在している。各絶縁膜の材料は、例えば、ＳｉＯ２である。第２絶縁層２５は、一つの絶縁膜によって構成されていてもよい。
　第２絶縁層２５は、複数の第１開口２５ａと、複数の第２開口２５ｂと、を有している。複数の第１開口２５ａ及び複数の第２開口２５ｂは、Ｚ軸方向における両側に開口している。複数の第１開口２５ａのそれぞれは、Ｚ軸方向から見た場合に、複数の第１受光部２０Ａのそれぞれと重なっている。複数の第１開口２５ａのそれぞれは、Ｚ軸方向から見た場合に、少なくともＡＰＤ２１と重なっていればよい。複数の第２開口２５ｂのそれぞれは、Ｚ軸方向から見た場合に、複数の第２受光部２０Ｂのそれぞれと重なっている。複数の第２開口２５ｂのそれぞれは、Ｚ軸方向から見た場合に、少なくともＡＰＤ２１と重なっていればよい。複数の第１開口２５ａ及び複数の第２開口２５ｂは、複数の受光部２０と同様に、全体としてＸ軸方向を行方向とし且つＹ軸方向を列方向としてマトリックス状に並んでいる。複数の第２開口２５ｂは、Ｚ軸方向から見た場合に複数の第１開口２５ａを包囲するように配置されている。
　複数の第１開口２５ａのそれぞれと複数の第２開口２５ｂのそれぞれとは、Ｚ軸方向に沿って配線層１６（第２絶縁層２５）を貫通している。これにより、第１絶縁層１５の表面の一部は、第１開口２５ａ及び第２開口２５ｂから外部に露出している。第１開口２５ａには接合部材１３の一部が配置されており、第２開口２５ｂには支持部材１２の一部が配置されている。
　図１及び図２を参照してシンチレータユニット３の詳細を説明する。シンチレータユニット３は、Ｚ軸方向において領域Ｒ１を介して光半導体素子１１と向かい合うように配置されている。具体的には、シンチレータユニット３は、Ｚ軸方向において領域Ｒ１を介して半導体層１４の表面１４ａと向かい合っている。シンチレータユニット３は、複数のシンチレータ３１と、光反射部材３２と、を有している。複数のシンチレータ３１は、Ｘ軸方向に一列に並んでいる。複数のシンチレータ３１のそれぞれは、複数の光半導体素子１１のそれぞれの受光領域１９に対応している。具体的には、各シンチレータ３１は、接合部材１３を介して、各受光領域１９上に配置されている。各シンチレータ３１の形状は、例えば、Ｚ軸方向を長手方向とする直方体状である。Ｚ軸方向に垂直な各シンチレータ３１の断面形状は、例えば、正方形状である。各シンチレータ３１の材料は、例えば、ＮａＩ：Ｔｌ、Ｇｄ２ＳｉＯ５：Ｃｅ、Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２、ＬｕＳｉＯ５：Ｃｅ等である。
　光反射部材３２は、各シンチレータ３１の表面３１ａのうち光半導体素子１１側の面３１ｂ以外の面を覆っている。或るシンチレータ３１に放射線（例えば、Ｘ線、γ線等）が入射して当該シンチレータ３１において光が発せられると、当該光は、面３１ｂに向かって進行したり光反射部材３２によって反射されたりすることで、面３１ｂから出射される。光反射部材３２の材料は、例えば、酸化チタン等である。
　図１、図２、及び図４を参照して支持部材１２及び接合部材１３の詳細を説明する。支持部材１２は、光半導体素子１１とシンチレータユニット３との間に配置されており、シンチレータユニット３を支持している。本実施形態では、支持部材１２は、第２絶縁層２５とシンチレータユニット３との間に配置されている。支持部材１２は、シンチレータユニット３を支持している支持面１２ａを有している。支持面１２ａは、シンチレータ３１に接触している。支持面１２ａは、光反射部材３２に接触していてもよい。支持部材１２は、領域Ｒ１に対して、Ｘ軸方向における両側の位置に配置されている。本実施形態では、支持部材１２は、Ｚ軸方向から見た場合に、領域Ｒ１を包囲している枠状の部材である。領域Ｒ１は、光半導体素子１１、シンチレータユニット３（シンチレータ３１）及び支持部材１２によって画定された空間でもある。支持部材１２は、Ｚ軸方向から見た場合に、複数の第２開口２５ｂ（複数の第２受光部２０Ｂ）と重なる位置に配置されている。各第２開口２５ｂには、支持部材１２の一部１２ｂが配置されている。支持部材１２の一部１２ｂは、支持部材１２の基端部に相当する。支持部材１２の一部１２ｂは、第２開口２５ｂの内面及び第１絶縁層１５のそれぞれに接触している。このように支持部材１２の一部１２ｂが第２開口２５ｂに配置されることで、支持部材１２は、配線層１６（第２絶縁層２５）に保持される。支持部材１２の他部は、配線層１６（第２絶縁層２５）上に配置されている。支持部材１２の材料は、例えば、ノボラック型エポキシ樹脂等の樹脂材料である。支持部材１２の材料は、Ｃｕピラー等の導電材料であってもよい。
　アノード電極１８は、Ｘ軸方向における支持部材１２の外側において配線層１６に設けられている。二つのワイヤ５のそれぞれは、Ｘ軸方向における支持部材１２の外側において、光半導体素子１１のアノード電極１８と配線基板４のアノード電極４２とを接続している。Ｚ軸方向における半導体層１４の表面１４ａから支持部材１２の支持面１２ａまでの高さＨ１は、ワイヤ５のうちＺ軸方向において半導体層１４の表面１４ａから最も離れている部分５ａまでの高さＨ２よりも高い。つまり、支持部材１２がシンチレータユニット３を支持する際、シンチレータユニット３は、ワイヤ５に接触しない。高さＨ１は、１０００μｍ以下であってもよく、２００μｍ以下であってもよい。保護部材６は、Ｘ軸方向における支持部材１２の外側において、複数のワイヤ５を覆っており、支持部材１２に接触している。本実施形態のように支持部材１２が枠状の部材である場合、保護部材６は、Ｚ軸方向から見た場合に支持部材１２を包囲するように支持部材１２の外側に配置されていてもよい。
　接合部材１３は、領域Ｒ１に配置されており、光半導体素子１１とシンチレータユニット３とを接合している。接合部材１３は、領域Ｒ１において、光半導体素子１１、支持部材１２及びシンチレータユニット３（シンチレータ３１）のそれぞれに接触している。接合部材１３は、領域Ｒ１に充填されている。接合部材１３は、光反射部材３２に接触していてもよい。Ｚ軸方向における接合部材１３の厚さは、１０００μｍ以下であってもよく、２００μｍ以下であってもよい。接合部材１３は、Ｚ軸方向から見た場合に、複数の第１開口２５ａ（複数の第１受光部２０Ａ）と重なる位置に配置されている。各第１開口２５ａには、接合部材１３の一部１３ａが配置されている。接合部材１３の一部１３ａは、第１開口２５ａの内面及び第１絶縁層１５のそれぞれに接触している。このように接合部材１３の一部１３ａが第１開口２５ａに配置されることで、シンチレータ３１から発せられた光の一部が、第２絶縁層２５に入射することなく、第１開口２５ａを介して第１絶縁層１５に入射することができる。接合部材１３の他部は、配線層１６（第２絶縁層２５）上に配置されている。接合部材１３の材料は、例えば、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリウレタン等を基に屈折率を調整した樹脂材料、又は、酸化チタン、タンタル酸バリュウム、酸化ハフニウム等の無機材料のナノサイズ粒子を混合した樹脂材料である。なお、図１に示されるように、接合部材１３の一部が、支持部材１２の外側においてシンチレータユニット３と保護部材６との間に配置されてもよい。
　［屈折率］
　次に、放射線検出器１における各部材の屈折率を説明する。ここで、屈折率は、波長が４００ｎｍの光に対する屈折率を意味する。シンチレータ３１の屈折率は、１．８０以上２．３５以下である。接合部材１３の屈折率は、１．６０以上２．００以下である。このようにシンチレータ３１の屈折率と接合部材１３の屈折率との差が小さくなることで、シンチレータ３１から発せられた光がシンチレータ３１と接合部材１３との界面で反射されるのを抑制することができる。当該界面における光の反射を更に抑制する観点から、シンチレータ３１の屈折率と接合部材１３の屈折率との差の絶対値は、０．２以下であってもよい。半導体層１４の屈折率は、５．５７であり、例えば、３．００以上６．００以下である。第１絶縁層１５の屈折率は、第１絶縁層１５の材料がＳｉＮである場合、約２．００である。第１絶縁層１５の屈折率は、接合部材１３の屈折率よりも高く且つ半導体層１４の屈折率よりも低くてもよい。この場合、接合部材１３と第１絶縁層１５との界面及び第１絶縁層１５と半導体層１４との界面における光の反射を抑制することができる。第２絶縁層２５の屈折率は、第２絶縁層２５の材料がＳｉＯ２である場合、約１．４７である。第１絶縁層１５の屈折率は、第２絶縁層２５の屈折率よりも高くてもよい。この場合、接合部材１３の屈折率と第１絶縁層１５の屈折率との差を、接合部材１３の屈折率と第２絶縁層２５の屈折率との差よりも小さくすることができる。これにより、接合部材１３と第１絶縁層１５との界面における光の反射をより抑制することができる。
　以上のように構成された放射線検出器１では、シンチレータ３１に放射線が入射して当該シンチレータ３１において光が発せられる。シンチレータ３１の面３１ｂから出射された光の大部分は、接合部材１３に入射する。接合部材１３に入射した光の一部は、第１開口２５ａに配置された接合部材１３の一部１３ａを通過して第１絶縁層１５に入射し、有効領域Ｒ２に配置された複数の第１受光部２０Ａに入射する。各第１受光部２０ＡにおけるＡＰＤ２１において光電変換によって電荷が発生し、発生した電荷がアバランシェ増倍によって増幅される。当該ＡＰＤ２１において増幅された電荷は、対応しているクエンチング抵抗２２を介してアノード電極１８に出力され、アノード電極１８から外部の信号処理部にパルス信号として出力される。
　上述したように放射線検出器１では、少なくとも有効領域Ｒ２に配置された複数の第１受光部２０Ａによって、シンチレータ３１において発生した光が検出される。つまり、有効領域Ｒ２は、シンチレータ３１において発生した光を検出する機能を有する領域である。放射線検出器１では、外縁領域Ｒ３に配置された複数の第２受光部２０Ｂによって、シンチレータ３１において発生した光が検出されてもよい。ただし、支持部材１２が複数の第２受光部２０Ｂと重なる位置に配置されているため、外縁領域Ｒ３は、シンチレータ３１において発生した光を検出する領域として機能しなくてもよい。つまり、放射線検出器１では、有効領域Ｒ２に配置された複数の第１受光部２０Ａのみによって、シンチレータ３１において発生した光が検出されてもよい。
　［作用及び効果］
　放射線検出器１では、半導体層１４の厚さ方向に平行なＺ軸方向において光半導体素子１１の一方の側に位置しており且つＺ軸方向から見た場合に受光領域１９と重なっている領域Ｒ１に、接合部材１３が配置されており、領域Ｒ１において、光半導体素子１１及びシンチレータユニット３のそれぞれに接合部材１３が接触している。このような状態において、シンチレータ３１の屈折率が１．８０以上２．３５以下となっており、接合部材１３の屈折率が１．６０以上２．００以下となっている。これにより、シンチレータ３１から発せられた光がシンチレータ３１と接合部材１３との界面で反射されるのを抑制することができ、結果として、放射線の検出効率が低下するのを抑制することができる。また、放射線検出器１では、領域Ｒ１に対して、Ｘ軸方向における両側の位置に、シンチレータユニット３を支持している支持部材１２が配置されており、領域Ｒ１において接合部材１３が支持部材１２に接触している。これにより、受光領域１９とシンチレータ３１との間において接合部材１３の厚さがばらつくのを抑制することができ、結果として、放射線の検出効率がばらつくのを抑制することができる。以上により、放射線検出器１によれば、放射線の検出効率の安定的な向上を図ることができる。
　上記作用及び効果について補足する。放射線検出器１では、屈折率が比較的高い接合部材１３が使用されている。接合部材１３の屈折率が高くなると、接合部材１３における光（例えば、波長が４００ｎｍ以上の光）の透過率が低下する場合がある。例えば、屈折率が高くなると誘電率も高くなり、その結果、紫外光を吸収する官能基が接合部材１３に多く存在し得る。また、接合部材１３にＴｉＯ２等の無機材料が混合される場合、当該無機材料が紫外光を吸収するおそれがある。このような接合部材１３による光の吸収を抑制する観点から、接合部材１３の厚さを薄くすることが望ましい。放射線検出器１では、支持部材１２により受光領域１９とシンチレータ３１との間の距離が一定に維持されているため、領域Ｒ１に配置される接合部材１３の厚さを容易に調整することができ、その結果、接合部材１３の厚さを所望の厚さ（例えば、接合部材１３による光の吸収が許容される厚さ）に調整することが容易となる。
　放射線検出器１では、一つのシンチレータ３１と一つの光半導体素子１１（一つの受光領域１９）とが互いに対応しており、互いに対応しているシンチレータ３１と受光領域１９との組が複数存在している。放射線検出器１では、各組における放射線の検出効率を均一にすることが望まれる。上述したように、放射線検出器１では、領域Ｒ１に配置される接合部材１３の厚さを容易に調整することができるため、各組における接合部材１３の厚さを容易に略同一とすることができる。これにより、放射線検出器１では、各組における放射線の検出効率がばらつくのを抑制することができる。
　放射線検出器１では、光半導体素子１１が、領域Ｒ１側において半導体層１４上に配置された第１絶縁層１５を含み、第１絶縁層１５の屈折率が、接合部材１３の屈折率よりも高く且つ半導体層１４の屈折率よりも低い。これにより、シンチレータ３１から発せられた光が接合部材１３と第１絶縁層１５との界面及び第１絶縁層１５と半導体層１４との界面で反射されるのを抑制することができ、放射線の検出効率を更に向上させることができる。
　放射線検出器１では、光半導体素子１１が、領域Ｒ１側において第１絶縁層１５上に配置された第２絶縁層２５を含み、第２絶縁層２５が、クエンチング抵抗２２を覆っており、第２絶縁層２５が、Ｚ軸方向における両側に開口している複数の第１開口２５ａを有し、複数の第１開口２５ａのそれぞれが、Ｚ軸方向から見た場合に、複数の受光部２０のうち有効領域Ｒ２に配置された複数の第１受光部２０Ａのそれぞれと重なっており、複数の第１開口２５ａのそれぞれには、接合部材１３の一部１３ａが配置されており、接合部材１３の一部１３ａが、第１絶縁層１５に接触している。これにより、シンチレータ３１から発せられた光がクエンチング抵抗２２を保護するための第２絶縁層２５が有する第１開口２５ａを介して第１絶縁層１５に入射するため、シンチレータ３１から発せられた光が接合部材１３と第２絶縁層２５との界面で反射されるのを抑制することができ、放射線の検出効率を更に向上させることができる。
　放射線検出器１では、支持部材１２が、第２絶縁層２５とシンチレータユニット３との間に配置されており、第２絶縁層２５が、Ｚ軸方向における両側に開口している複数の第２開口２５ｂを有し、複数の第２開口２５ｂのそれぞれには、支持部材１２の一部１２ｂが配置されている。これにより、受光領域１９とシンチレータ３１との間の距離及び受光領域１９とシンチレータ３１との間における接合部材１３の厚さを精度良く且つ安定的に維持することができる。
　放射線検出器１では、複数の第２開口２５ｂのそれぞれが、Ｚ軸方向から見た場合に、複数の受光部２０のうち有効領域Ｒ２の外側に配置された複数の第２受光部２０Ｂのそれぞれと重なっている。これにより、複数の第２受光部２０Ｂを設けた場合であっても、Ｚ軸方向から見た場合における放射線検出器１のサイズを小さくすることができる。
　放射線検出器１では、複数の第２受光部２０Ｂが、Ｚ軸方向から見た場合に、有効領域Ｒ２を包囲している外縁領域Ｒ３に配置されている。これにより、受光領域１９の開口率が減少するのを抑制することができる。
　放射線検出器１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に並んでいる複数の光検出器２が実装された配線基板４と、複数のワイヤ５と、保護部材６と、を備え、複数の光検出器２のそれぞれは、光半導体素子１１と、光半導体素子１１とシンチレータユニット３との間に配置された支持部材１２と、接合部材１３と、を含み、複数のワイヤ５のそれぞれは、Ｘ軸方向における支持部材１２の外側において、光半導体素子１１と配線基板４とを接続しており、保護部材６は、Ｘ軸方向における支持部材１２の外側において、複数のワイヤ５を覆っている。これにより、複数の光検出器２のそれぞれにおいて、受光領域１９とシンチレータ３１との間の距離及び受光領域１９とシンチレータ３１との間における接合部材１３の厚さを精度良く且つ安定的に維持することができる。
　放射線検出器１では、シンチレータ３１の屈折率と接合部材１３の屈折率との差の絶対値は、０．２以下である。接合部材１３とシンチレータ３１との間の屈折率の差がより小さくなるため、シンチレータ３１から発せられた光がシンチレータ３１と接合部材１３との界面で反射されるのをより抑制することができる。
　放射線検出器１では、半導体層１４が、Ｚ軸方向において領域Ｒ１を介してシンチレータユニット３と向かい合っている表面１４ａを有し、支持部材１２が、シンチレータユニット３を支持している支持面１２ａを有し、Ｚ軸方向における表面４ａから支持面１２ａまでの高さが、例えば、２００μｍ以下である。これにより、受光領域１９とシンチレータ３１との間における接合部材１３の厚さを２００μｍ以下に維持することができ、シンチレータ３１から発せられた光が接合部材１３に吸収されるのを抑制することができる。
　光検出器２は、受光領域１９を構成する半導体層１４を含む光半導体素子１１と、Ｚ軸方向において光半導体素子１１の一方の側に位置しており且つＺ軸方向から見た場合に受光領域１９と重なっている領域Ｒ１に対して、Ｘ軸方向における両側の位置に配置された支持部材１２と、を備える。例えば、シンチレータ３１が受光領域１９と向かい合うようにシンチレータユニット３を支持部材１２上に配置し、受光領域１９とシンチレータ３１との間に、接合部材１３を配置することで、受光領域１９とシンチレータ３１との間の距離及び受光領域１９とシンチレータ３１との間における接合部材１３の厚さを維持することができる放射線検出器１を得ることができる。
　［第１変形例の放射線検出器］
　図６に示されるように、第１変形例の放射線検出器１は、光半導体素子１１が開口１１ａを有している点で上記実施形態の放射線検出器１と主に相違している。以下、第１変形例の放射線検出器１について、上記実施形態の放射線検出器１との相違点を中心に説明する。
　光半導体素子１１は、Ｚ軸方向における両側に開口している開口１１ａ（第３開口）を有している。開口１１ａは、Ｚ軸方向から見た場合に、光半導体素子１１の中央部分に配置されており、接合部材１３と重なっている。開口１１ａは、Ｚ軸方向に沿って、配線層１６（第２絶縁層２５）、半導体層１４及びカソード電極１７のそれぞれを貫通している。カソード電極４１及び導電性接着剤Ｃのそれぞれは、開口１１ａと連通している開口を有している。これにより、配線基板４の表面４ａの一部が外部に露出している。
　アノード電極４２は、表面４ａの当該一部に設けられている。アノード電極１８は、Ｚ軸方向から見た場合に、開口１１ａの近傍に配置されている。ワイヤ５は、開口１１ａを通り、光半導体素子１１のアノード電極１８と配線基板４のアノード電極４２とを接続している。接合部材１３の一部１３ｂは、開口１１ａに配置されており、配線基板４の表面４ａの一部に接触している。接合部材１３は、アノード電極１８，４２及びワイヤ５を覆っている。
　このような第１変形例によっても、上記実施形態と同様に、放射線の検出効率の安定的な向上を図ることができる。また、第１変形例によれば、光半導体素子１１が有する開口１１ａ内に接合部材１３の一部１３ｂが配置されることで、ワイヤ５を保護しつつ、受光領域１９とシンチレータ３１との間における接合部材１３の厚さを精度良く且つ安定的に維持することができる。
　［第２変形例の放射線検出器］
　図７に示されるように、第２変形例の放射線検出器１は、支持部材１２が配線基板４に取り付けられている点で上記第１変形例の放射線検出器１と主に相違している。以下、第２変形例の放射線検出器１について、上記第１変形例の放射線検出器１との相違点を中心に説明する。
　支持部材１２は、光半導体素子１１に対して、Ｘ軸方向における両側の位置において配線基板４の表面４ａに取り付けられている。第２変形例では、支持部材１２は、Ｚ軸方向から見た場合に、光半導体素子１１を包囲している枠状の部材である。第２変形例では、上記実施形態及び第１変形例と異なり、支持部材１２が複数の第２受光部２０Ｂと重なる位置に配置されていないため、外縁領域Ｒ３も、シンチレータ３１において発生した光を検出する領域として機能する。つまり、第２変形例では、複数の受光部２０の全てが有効領域に配置されているとも言える。これにより、より広範な領域においてシンチレータ３１において発生した光を検出することができる。
　接合部材１３の一部１３ｃは、光半導体素子１１の側方と支持部材１２との間に配置されており、光半導体素子１１と支持部材１２とを接合している。これにより、支持部材１２の位置をより確実に一定に維持することができる。
　このような第２変形例によっても、上記実施形態と同様に、放射線の検出効率の安定的な向上を図ることができる。また、配線基板４に対する光半導体素子１１の実装状態に応じて支持部材１２の位置等を調整することができる。
　［放射線検出器の製造方法の第１例］
　図８～図１１を参照して放射線検出器１の製造方法の第１例について説明する。まず、受光領域１９を構成する半導体層１４を含む光半導体素子１１、シンチレータユニット３及び接合材料ＢＭが準備される。図８に示される光半導体素子１１は、複数の第１開口２５ａ及び複数の第２開口２５ｂを有していない点で図４に示される光半導体素子１１と相違している。接合材料ＢＭは、接合部材１３になる予定の液体状の材料であり、例えば、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリウレタン等を基に屈折率を調整した樹脂材料、又は、酸化チタン、タンタル酸バリュウム、酸化ハフニウム等の無機材料のナノサイズ粒子を混合した樹脂材料である。
　続いて、図９の（ａ）に示されるように、複数の第１開口２５ａ及び複数の第２開口２５ｂが配線層１６（第２絶縁層２５）に形成される。第１開口２５ａ及び第２開口２５ｂは、例えば、プラズマエッチング法により形成される。
　続いて、図９の（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、領域Ｒ１に対して、Ｘ軸方向における両側の位置に支持部材１２が配置される。第１例では、Ｚ軸方向から見た場合に領域Ｒ１を包囲するように支持部材１２が配置される。具体的には、まず、光半導体素子１１上の全体に液体状のレジストＲＥが塗布される。このとき、レジストＲＥの一部は、第１開口２５ａ及び第２開口２５ｂに入り込む。レジストＲＥは、支持部材１２になる予定の材料であり、例えば、ノボラック型エポキシ樹脂等の樹脂材料である。液体状のレジストＲＥが硬化（例えば、紫外線等による光硬化、熱硬化等）されることで、固体状のレジストＲＥが形成される。続いて、固体状のレジストＲＥのうち領域Ｒ１に位置している部分ＲＥ１が除去されることで支持部材１２が形成される。部分ＲＥ１は、例えば、有機溶剤によって溶かすことにより除去される。このとき、第１開口２５ａに入り込んだレジストＲＥの一部も除去される。また、この工程では、アノード電極１８が外部に露出するように、固体状のレジストＲＥのうち光半導体素子１１の外縁に沿って配置された部分ＲＥ２も除去される。
　続いて、図１０の（ａ）に示されるように、各光半導体素子１１が配線基板４に実装される。具体的には、各光半導体素子１１が、導電性接着剤Ｃによって、配線基板４に設けられた各カソード電極４１に固定される。続いて、図１０の（ｂ）に示されるように、光半導体素子１１と配線基板４（アノード電極４２）とがワイヤ５によって接続される。続いて、図１０の（ｃ）に示されるように、ワイヤ５が保護部材６により覆われる。
　続いて、図１１の（ａ）に示されるように、光半導体素子１１が実装された配線基板４が半田部材Ｓによって配線基板７に固定される。続いて、図１１の（ｂ）に示されるように、Ｚ軸方向において領域Ｒ１を介して光半導体素子１１と向かい合うように支持部材１２上にシンチレータユニット３が配置される。続いて、光半導体素子１１、支持部材１２及びシンチレータユニット３（シンチレータ３１）のそれぞれに接触するように領域Ｒ１に接合材料ＢＭが導入される。導入された接合材料ＢＭが硬化（例えば、紫外線等による光硬化、熱硬化等）されることで、接合部材１３が形成される。これにより、光半導体素子１１とシンチレータユニット３とが接合部材１３によって接合される。
　放射線検出器１の製造方法の第１例によれば、上述した放射線検出器１と同様の理由により、放射線の検出効率の安定的な向上を図ることができる。また、例えば、半導体製造プロセスにおいて支持部材１２を形成することができるため、支持部材１２を精度良く形成することができる。
　［放射線検出器の製造方法の第２例］
　図１２を参照して放射線検出器１の製造方法の第２例について説明する。上記第１例では、支持部材１２がレジストＲＥによって形成されていたが、第２例では、支持部材１２が金型８の内側に導入された樹脂材料によって形成される。具体的には、まず、図１２の（ａ）に示される金型８が準備される。金型８は、底壁８１、底壁８１から突出している突出部８２及び底壁８１上において突出部８２を包囲している側壁８３を含んでいる。側壁８３は、Ｚ軸方向から見た場合に、突出部８２を包囲している枠状の部分である。続いて、光半導体素子１１が配線基板４に実装され、光半導体素子１１と配線基板４とがワイヤ５によって接続される。続いて、突出部８２と側壁８３との間にワイヤ５及びアノード電極４２が配置されるように、光半導体素子１１上に金型８が配置される。このとき、突出部８２は、領域Ｒ１に配置されており、配線層１６の表面に接触している。側壁８３は、配線基板４の表面４ａに接触している。続いて、ワイヤ５及びアノード電極４２が樹脂材料（支持部材１２になる予定の材料）に覆われるように、金型８の内側に当該樹脂材料が導入される。導入された樹脂材料が硬化（例えば、紫外線等による光硬化、熱硬化等）され、金型８が光半導体素子１１から取り外されることで、図１２の（ｂ）に示される支持部材１２が形成される。支持部材１２は、ワイヤ５及びアノード電極４２を覆っている。
　放射線検出器１の製造方法の第２例によれば、上述した放射線検出器１と同様の理由により、放射線の検出効率の安定的な向上を図ることができる。また、金型８を用いることで、支持部材１２を容易に形成することができる。更に、シンチレータユニット３を支持する機能及びワイヤ５を保護する機能の両方を有する支持部材１２を容易に形成することができる。
　［放射線検出器の製造方法の第３例］
　図１３及び図１４を参照して放射線検出器１の製造方法の第３例について説明する。上記第１例では、支持部材１２がレジストＲＥによって光半導体素子１１上に形成されていたが、第３例では、支持部材１２が配線基板７に取り付けられる。具体的には、まず、図１３の（ａ）に示されるように、光半導体素子１１が配線基板４に実装され、光半導体素子１１と配線基板４とがワイヤ５によって接続される。続いて、光半導体素子１１が実装された配線基板４が半田部材Ｓによって配線基板７に固定される。続いて、支持部材１２が、光半導体素子１１に対して、Ｘ軸方向における両側の位置において配線基板７に取り付けられる。第３例では、支持部材１２が、光半導体素子１１が実装された配線基板４に対して、Ｘ軸方向における両側の位置に配置される。図１３の（ａ）に示される支持部材１２は、柱状の部材であり、Ｘ軸方向において光半導体素子１１が実装された配線基板４を挟み込んでいる。支持部材１２は、例えば、配線基板７に設けられた開口に差し込まれる。支持部材１２は、枠状の部材であってもよい。続いて、図１３の（ｂ）に示されるように、配線基板７上に配置された各部材が接合材料ＢＭに覆われるように、配線基板７上に接合材料ＢＭが導入される。つまり、第３例では、領域Ｒ１を含む広範な領域に対して接合材料ＢＭが導入される。接合材料ＢＭは、支持部材１２の支持面１２ａを覆っていてもよい。
　続いて、図１４の（ａ）に示されるように、光半導体素子１１と向かい合うように支持部材１２上にシンチレータユニット３が配置される。続いて、導入された接合材料ＢＭが硬化（例えば、紫外線等による光硬化、熱硬化等）されることで、接合部材１３が形成される。これにより、光半導体素子１１とシンチレータユニット３とが接合部材１３によって接合される。続いて、図１４の（ｂ）に示されるように、配線基板７から支持部材１２が取り外される。つまり、第３例によって製造された放射線検出器１は、支持部材１２を備えていない。
　放射線検出器１の製造方法の第３例によれば、上述した放射線検出器１と同様の理由により、放射線の検出効率の安定的な向上を図ることができる。また、配線基板７に対する光半導体素子１１の実装状態に応じて支持部材１２の位置等を調整することができる。更に、配線基板７から支持部材１２が取り外される工程が、光半導体素子１１とシンチレータユニット３とを接合する工程よりも後に実行されるため、第３例によって製造された放射線検出器１の構成を単純化することができる。
　［放射線検出器の製造方法の第４例］
　図１５及び図１６を参照して放射線検出器１の製造方法の第４例について説明する。上記第１例では、光半導体素子１１とシンチレータユニット３とが接合部材１３によって接合されていたが、第４例では、光半導体素子１１とシンチレータユニット３とが接合フィルム２６によって接合される。具体的には、まず、屈折率が１．６０以上２．００以下である接合フィルム２６が準備される。接合フィルム２６は、可撓性を有する。接合フィルム２６は、例えば、感圧接着剤により構成されている。接合フィルム２６の材料は、例えば、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリウレタン等を基に屈折率を調整した樹脂材料、又は、酸化チタン、タンタル酸バリュウム、酸化ハフニウム等の無機材料のナノサイズ粒子を混合した樹脂材料である。
　続いて、図１５に示されるように、光半導体素子１１が配線基板４に実装される。図１５に示される光半導体素子１１は、開口１１ａを有していない点及び貫通電極２７を有している点で図６及び図７に示される光半導体素子１１と主に相違している。貫通電極２７は、半導体層１４内に設けられており、Ｚ軸方向に沿って半導体層１４を貫通している。貫通電極２７は、アノード電極１８に電気的に接続されている。貫通電極２７の表面の一部には電極Ｅが設けられている。電極Ｅは、導電性接着剤Ｃによって、アノード電極４２に固定されている。これにより、アノード電極１８とアノード電極４２とが貫通電極２７を介して電気的に接続される。
　続いて、図１６に示されるように、領域Ｒ１に接合フィルム２６が配置されると共に、Ｚ軸方向において領域Ｒ１を介して光半導体素子１１と向かい合うように光半導体素子１１上にシンチレータユニット３が配置される。これにより、光半導体素子１１とシンチレータユニット３とが接合フィルム２６によって接合される。接合フィルム２６の一部は、第１開口２５ａの内部及び第２開口２５ｂの内部に配置され、第１絶縁層１５に接触している。接合フィルム２６がアノード電極１８に接触している場合、接合フィルム２６内にワイヤ５を配置することができないため、ワイヤ５をアノード電極１８に接続することができない。しかし、半導体層１４の内部において貫通電極２７がアノード電極１８に電気的に接続されることで、接合フィルム２６の影響を受けることなく、アノード電極１８とアノード電極４２とを電気的に接続することができる。
　放射線検出器１の製造方法の第４例によれば、シンチレータ３１の屈折率が１．８０以上２．３５以下となっており、接合フィルム２６の屈折率が１．６０以上２．００以下となっているため、シンチレータ３１から発せられた光がシンチレータ３１と接合フィルム２６との界面で反射されるのを抑制することができ、結果として、放射線の検出効率が低下するのを抑制することができる。また、放射線検出器１の製造方法の第４例によれば、例えば、支持部材１２を用いなくても、受光領域１９とシンチレータ３１との間において接合フィルム２６の厚さがばらつくのを抑制することができ、結果として、放射線の検出効率がばらつくのを抑制することができる。以上により、放射線検出器１の製造方法の第４例によれば、放射線の検出効率の安定的な向上を図ることができる。
　［変形例］
　本開示は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、配線層１６が半導体層１４の表面１４ａ上に配置されていたが、配線層１６は、半導体層１４の裏面１４ｂ上に配置されていてもよい。この場合、Ｐ型半導体領域１４２及びＰ＋型半導体領域１４３が、半導体層１４の裏面１４ｂに沿って配置されていてもよい。つまり、光半導体素子１１は、裏面入射型であってもよい。光半導体素子１１が裏面入射型である場合、半導体層１４の裏面１４ｂに、配線層を介して、回路基板がダイレクトボンディングされてもよく、クエンチング素子が当該回路基板内に形成されていてもよい。つまり、放射線検出器１では、クエンチング素子として、ＳｉＣｒ等のクエンチング抵抗２２ではなく、トランジスタ等からなる素子を設けることで、アクティブクエンチングが行われてもよい。この場合、受光部２０は、ＡＰＤ２１と、当該回路基板内に形成されたクエンチング素子と、を含んで構成されてもよい。また、ＳｉＰＭとして機能する光半導体素子１１において、各受光部２０は、Ｎ型とＰ型とが逆の構成等、他の構成を有していてもよい。一例として、Ｎ型半導体領域１４１、Ｐ型半導体領域１４２及びＰ＋型半導体領域１４３が、それぞれ、Ｐ型半導体領域、Ｎ－型半導体領域及びＮ型半導体領域であってもよい。また、半導体層１４の材料は、シリコンに限定されず、化合物半導体であってもよい。
　上記実施形態では、支持部材１２が枠状の部材であったが、支持部材１２は、柱状の部材であってもよい。この場合、複数の支持部材１２がＸ軸方向において領域Ｒ１を挟み込むように配置されていてもよい。
　上記放射線検出器の製造方法の第３例では、支持部材１２が配線基板７に取り付けられていたが、支持部材１２は、配線基板４に取り付けられてもよい。つまり、支持部材１２は、光半導体素子１１が直接的に実装された配線基板４に取り付けられてもよいし、光半導体素子１１が間接的に実装された配線基板７に取り付けられてもよい。
　上記実施形態では、支持部材１２が、Ｚ軸方向から見た場合に、複数の第２開口２５ｂ（複数の第２受光部２０Ｂ）と重なる位置に配置されていたが、支持部材１２は、Ｚ軸方向から見た場合に、複数の第１開口２５ａ及び複数の第２開口２５ｂと重ならない位置に配置されていてもよい。例えば、支持部材１２は、Ｚ軸方向から見た場合に、複数の第２開口２５ｂ（外縁領域Ｒ３）と光半導体素子１１の外縁との間の領域に配置されていてもよい。この場合、外縁領域Ｒ３を、シンチレータ３１において発生した光を検出する領域として機能させることができる。外縁領域Ｒ３には複数の第２受光部２０Ｂが配置されていなくてもよい。この場合、複数の第２開口２５ｂは、複数の受光部２０と重なっていなくてもよい。複数の第２開口２５ｂは、外縁領域Ｒ３に設けられていなくてもよい。
　上記第１変形例及び第２変形例の放射線検出器１は、他の支持部材を備えていてもよく、他の支持部材は、Ｚ軸方向から見た場合に、開口１１ａを包囲するように光半導体素子１１上に配置されていてもよい。接合部材１３は、他の支持部材の内側に配置されていなくてもよく、開口１１ａ内に配置されていなくてもよい。つまり、他の支持部材は、接合部材１３が開口１１ａ内に流入しないように機能してもよい。この場合、接合部材１３が開口１１ａ内に配置されたワイヤ５に影響を与えるのを抑制することができる。
　上記放射線検出器の製造方法の第３例では、光半導体素子１１が実装された配線基板４が配線基板７に固定された後に、支持部材１２が、配線基板７に取り付けられていたが、支持部材１２は、支持部材１２上にシンチレータユニット３が配置されるよりも前の任意のタイミングで配線基板７に取り付けられてもよい。例えば、支持部材１２は、配線基板４が配線基板７に固定されるよりも前に配線基板７に取り付けられてもよい。
　１…放射線検出器、２…光検出器、３…シンチレータユニット、４，７…配線基板、５…ワイヤ、６…保護部材、８…金型、１１…光半導体素子、１１ａ…開口（第３開口）、１２…支持部材、１２ａ…支持面、１３…接合部材、１４…半導体層、１４ａ…表面、１５…第１絶縁層、１９…受光領域、２０…受光部、２０Ａ…第１受光部、２０Ｂ…第２受光部、２１…ＡＰＤ、２２…クエンチング抵抗、２５…第２絶縁層、２５ａ…第１開口、２５ｂ…第２開口、２６…接合フィルム、３１…シンチレータ、Ｒ１…領域、Ｒ２…有効領域、Ｒ３…外縁領域、ＲＥ…レジスト、ＲＥ１…部分。

Claims (18)

  1. 　受光領域を構成する半導体層を含む光半導体素子と、
    　前記半導体層の厚さ方向に平行な第１方向において前記光半導体素子の一方の側に位置しており且つ前記第１方向から見た場合に前記受光領域と重なっている領域に対して、前記第１方向に垂直な第２方向における両側の位置に配置された支持部材と、
    　前記第１方向において前記領域を介して前記光半導体素子と向かい合うように前記支持部材によって支持されたシンチレータユニットと、
    　前記領域に配置されており、前記領域において、前記光半導体素子、前記支持部材及び前記シンチレータユニットのそれぞれに接触している接合部材と、を備え、
    　前記シンチレータユニットは、前記受光領域に対応しているシンチレータを有し、
    　前記受光領域は、互いに並列に接続された複数の受光部を有し、
    　前記複数の受光部のそれぞれは、
    　ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードと、
    　前記アバランシェフォトダイオードと直列に接続されたクエンチング素子と、を含み、
    　前記シンチレータの屈折率は、１．８０以上２．３５以下であり、
    　前記接合部材の屈折率は、１．６０以上２．００以下である、放射線検出器。
  2. 　前記光半導体素子は、前記領域側において前記半導体層上に配置された第１絶縁層を更に含み、
    　前記第１絶縁層の屈折率は、前記接合部材の前記屈折率よりも高く且つ前記半導体層の屈折率よりも低い、請求項１に記載の放射線検出器。
  3. 　前記光半導体素子は、前記領域側において前記第１絶縁層上に配置された第２絶縁層を更に含み、
    　前記第２絶縁層は、前記クエンチング素子を覆っており、
    　前記第２絶縁層は、前記第１方向における両側に開口している複数の第１開口を有し、
    　前記複数の第１開口のそれぞれは、前記第１方向から見た場合に、前記複数の受光部のうち有効領域に配置された複数の第１受光部のそれぞれと重なっており、
    　複数の第１開口のそれぞれには、前記接合部材の一部が配置されており、
    　前記接合部材の前記一部は、前記第１絶縁層に接触している、請求項２に記載の放射線検出器。
  4. 　前記支持部材は、前記第２絶縁層と前記シンチレータユニットとの間に配置されており、
    　前記第２絶縁層は、前記第１方向における両側に開口している複数の第２開口を更に有し、
    　前記複数の第２開口のそれぞれには、前記支持部材の一部が配置されている、請求項３に記載の放射線検出器。
  5. 　前記複数の第２開口のそれぞれは、前記第１方向から見た場合に、前記複数の受光部のうち前記有効領域の外側に配置された複数の第２受光部のそれぞれと重なっている、請求項４に記載の放射線検出器。
  6. 　前記複数の第２受光部は、前記第１方向から見た場合に、前記有効領域を包囲している外縁領域に配置されている、請求項５に記載の放射線検出器。
  7. 　少なくとも前記第２方向に並んでいる複数の光検出器が実装された配線基板と、
    　複数のワイヤと、
    　保護部材と、を更に備え、
    　前記複数の光検出器のそれぞれは、前記光半導体素子と、前記光半導体素子と前記シンチレータユニットとの間に配置された前記支持部材と、前記接合部材と、を含み、
    　前記複数のワイヤのそれぞれは、前記第２方向における前記支持部材の外側において、前記光半導体素子と前記配線基板とを接続しており、
    　前記保護部材は、前記第２方向における前記支持部材の外側において、前記複数のワイヤを覆っている、請求項１～６のいずれか一項に記載の放射線検出器。
  8. 　前記光半導体素子が実装された配線基板と、
    　前記光半導体素子と前記配線基板とを接続しているワイヤと、を更に備え、
    　前記光半導体素子は、前記第１方向における両側に開口している第３開口を有し、
    　前記ワイヤは、前記第３開口を通っており、
    　前記第３開口は、前記第１方向から見た場合に、前記接合部材と重なっている、請求項１～６のいずれか一項に記載の放射線検出器。
  9. 　前記シンチレータの前記屈折率と前記接合部材の前記屈折率との差の絶対値は、０．２以下である、請求項１～８のいずれか一項に記載の放射線検出器。
  10. 　前記半導体層は、前記第１方向において前記領域を介して前記シンチレータユニットと向かい合っている表面を有し、
    　前記支持部材は、前記シンチレータユニットを支持している支持面を有し、
    　前記第１方向における前記表面から前記支持面までの高さは、２００μｍ以下である、請求項１～９のいずれか一項に記載の放射線検出器。
  11. 　受光領域を構成する半導体層を含む光半導体素子と、
    　前記半導体層の厚さ方向に平行な第１方向において前記光半導体素子の一方の側に位置しており且つ前記第１方向から見た場合に前記受光領域と重なっている領域に対して、前記第１方向に垂直な第２方向における両側の位置に配置された支持部材と、を備え、
    　前記受光領域は、互いに並列に接続された複数の受光部を有し、
    　前記複数の受光部のそれぞれは、
    　ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードと、
    　前記アバランシェフォトダイオードと直列に接続されたクエンチング素子と、を含む、光検出器。
  12. 　受光領域を構成する半導体層を含む光半導体素子、シンチレータユニット、及び接合材料を準備する工程と、
    　前記半導体層の厚さ方向に平行な第１方向において前記光半導体素子の一方の側に位置しており且つ前記第１方向から見た場合に前記受光領域と重なっている領域に対して、前記第１方向に垂直な第２方向における両側の位置に支持部材を配置する工程と、
    　前記第１方向において前記領域を介して前記光半導体素子と向かい合うように前記支持部材上に前記シンチレータユニットを配置する工程と、
    　前記光半導体素子、前記支持部材及び前記シンチレータユニットのそれぞれに接触するように前記領域に前記接合材料を導入して接合部材を形成し、前記接合部材によって前記光半導体素子と前記シンチレータユニットとを接合する工程と、を備え、
    　前記シンチレータユニットは、前記受光領域に対応しているシンチレータを有し、
    　前記受光領域は、互いに並列に接続された複数の受光部を有し、
    　前記複数の受光部のそれぞれは、
    　ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードと、
    　前記アバランシェフォトダイオードと直列に接続されたクエンチング素子と、を含み、
    　前記シンチレータの屈折率は、１．８０以上２．３５以下であり、
    　前記接合部材の屈折率は、１．６０以上２．００以下である、放射線検出器の製造方法。
  13. 　前記支持部材を配置する工程では、前記光半導体素子上にレジストを塗布し、前記レジストのうち前記領域に位置している部分を除去することで前記支持部材を形成する、請求項１２に記載の放射線検出器の製造方法。
  14. 　前記支持部材を配置する工程では、前記光半導体素子上に金型を配置し、前記金型の内側に樹脂材料を導入し、前記樹脂材料を硬化することで前記支持部材を形成する、請求項１２に記載の放射線検出器の製造方法。
  15. 　配線基板を準備する工程と、
    　前記配線基板に前記光半導体素子を実装する工程と、
    　前記光半導体素子と前記配線基板とをワイヤによって接続する工程と、を更に備え、
    　前記支持部材を形成する工程では、前記樹脂材料が前記ワイヤを覆うように、前記金型の内側に前記樹脂材料を導入する、請求項１４に記載の放射線検出器の製造方法。
  16. 　配線基板を準備する工程と、
    　前記配線基板に前記光半導体素子を実装する工程と、を更に備え、
    　前記支持部材を配置する工程では、前記光半導体素子に対して、前記第２方向における両側の位置において前記配線基板に前記支持部材を取り付ける、請求項１２に記載の放射線検出器の製造方法。
  17. 　前記配線基板から前記支持部材を取り外す工程を更に備え、
    　前記支持部材を取り外す工程は、前記光半導体素子と前記シンチレータユニットとを接合する工程よりも後に実行される、請求項１６に記載の放射線検出器の製造方法。
  18. 　受光領域を構成する半導体層を含む光半導体素子、シンチレータユニット、及び接合フィルムと、を準備する工程と、
    　前記半導体層の厚さ方向に平行な第１方向において前記光半導体素子の一方の側に位置しており且つ前記第１方向から見た場合に前記受光領域と重なっている領域に前記接合フィルムを配置すると共に、前記第１方向において前記領域を介して前記光半導体素子と向かい合うように前記光半導体素子上に前記シンチレータユニットを配置し、前記接合フィルムによって前記光半導体素子と前記シンチレータユニットとを接合する工程と、を備え、
    　前記シンチレータユニットは、前記受光領域に対応しているシンチレータを有し、
    　前記受光領域は、互いに並列に接続された複数の受光部を有し、
    　前記複数の受光部のそれぞれは、
    　ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードと、
    　前記アバランシェフォトダイオードと直列に接続されたクエンチング素子と、を含み、
    　前記シンチレータの屈折率は、１．８０以上２．３５以下であり、
    　前記接合フィルムの屈折率は、１．６０以上２．００以下である、放射線検出器の製造方法。
PCT/JP2025/016872 2024-06-21 2025-05-08 放射線検出器、光検出器及び放射線検出器の製造方法 Pending WO2025263142A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2024100662A JP2026002567A (ja) 2024-06-21 2024-06-21 放射線検出器、光検出器及び放射線検出器の製造方法
JP2024-100662 2024-06-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025263142A1 true WO2025263142A1 (ja) 2025-12-26

Family

ID=98212817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2025/016872 Pending WO2025263142A1 (ja) 2024-06-21 2025-05-08 放射線検出器、光検出器及び放射線検出器の製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2026002567A (ja)
WO (1) WO2025263142A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06331749A (ja) * 1993-05-27 1994-12-02 Hitachi Medical Corp 放射線検出器
JP2003084067A (ja) * 2001-09-10 2003-03-19 Hitachi Medical Corp Ｘ線検出器及びこれを用いたｘ線ｃｔ装置
JP2014062819A (ja) * 2012-09-21 2014-04-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 画像撮像装置
JP2023100061A (ja) * 2022-01-05 2023-07-18 浜松ホトニクス株式会社 放射線検出器及び放射線検出器アレイ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06331749A (ja) * 1993-05-27 1994-12-02 Hitachi Medical Corp 放射線検出器
JP2003084067A (ja) * 2001-09-10 2003-03-19 Hitachi Medical Corp Ｘ線検出器及びこれを用いたｘ線ｃｔ装置
JP2014062819A (ja) * 2012-09-21 2014-04-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 画像撮像装置
JP2023100061A (ja) * 2022-01-05 2023-07-18 浜松ホトニクス株式会社 放射線検出器及び放射線検出器アレイ

Also Published As

Publication number Publication date
JP2026002567A (ja) 2026-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6748486B2 (ja) 光検出ユニット、光検出装置、及び、光検出ユニットの製造方法
JP7582780B2 (ja) 光検出装置
WO2020017188A1 (ja) 半導体光検出装置
TW201434142A (zh) 光二極體陣列
KR102835823B1 (ko) 반도체 광 검출 소자
WO2011129149A1 (ja) 半導体光検出素子
WO2018021413A1 (ja) 光検出装置
US4845363A (en) Device for detecting radioactive rays
JP7206489B2 (ja) 光学モジュール及び光学式エンコーダ
JP7570037B2 (ja) フォトセンサ及び距離測定システム
JP7548777B2 (ja) 光検出器、放射線検出器及びｐｅｔ装置
JP7765188B2 (ja) 光検出器
JP4571267B2 (ja) 放射線検出器
JP2026002567A (ja) 放射線検出器、光検出器及び放射線検出器の製造方法
US20250113639A1 (en) Photodetector
US6989522B2 (en) Light-receiving module and light-receiving device having malfunction preventing structure
US20250244491A1 (en) Radiation detector and radiation detection device
US12532553B2 (en) Light detection device
US20260130005A1 (en) Light detection element
JPS63204645A (ja) 受光素子およびこの受光素子を内蔵した光電子装置
WO2020022313A1 (ja) 光検出素子およびライダー装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 25830268

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1