半導体放射線検出器の製造方法
【課題】放射線検出性能が良好で、十分な強度を備えると共に大面積とすることが容易である半導体放射線検出器を安価に製造できる製造方法を提供する。
【解決手段】低抵抗のＮ型のＳｉ基板１１が高温還元雰囲気中に置かれた状態で、ＧａＡｓ粉末あるいはＧａＡｓ結晶を分解してＳｉ基板１１上に砒素を付着させ、砒素被覆層１２を形成する。砒素被覆層１２の形成されたＳｉ基板１１上に、ＭＯＶＰＥ法により高抵抗のＰ型のＣｄＴｅ成長層１３が積層形成される。ＣｄＴｅ成長層１３の表面には電極１６が、Ｓｉ基板１１の裏面には共通電極１７が形成される。
【解決手段】低抵抗のＮ型のＳｉ基板１１が高温還元雰囲気中に置かれた状態で、ＧａＡｓ粉末あるいはＧａＡｓ結晶を分解してＳｉ基板１１上に砒素を付着させ、砒素被覆層１２を形成する。砒素被覆層１２の形成されたＳｉ基板１１上に、ＭＯＶＰＥ法により高抵抗のＰ型のＣｄＴｅ成長層１３が積層形成される。ＣｄＴｅ成長層１３の表面には電極１６が、Ｓｉ基板１１の裏面には共通電極１７が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用放射線診断装置、工業用Ｘ線検査装置、理学用Ｘ線解析装置等に用いられる半導体放射線検出器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半導体放射線検出器としては、放射線検出用材料として優れたテルル化カドミウム（以下、ＣｄＴｅと記す）あるいはテルル化亜鉛カドミウム（以下、ＣｄＺｎＴｅと記す）の高抵抗バルク結晶が用いられている。このＣｄＴｅの高抵抗バルク結晶については、均質かつ良好な電気特性を有する大面積の結晶が得られ難いため、通常は、小体積例えば１×１×１ｍｍ３程度の単一素子、もしくはこれらを数１０個並べた小規模アレイ型の放射線検出器が実用化されている。しかし、このようなバルク結晶を用いても、人体の胸部全体をカバーできるような大面積の放射線検出器を実現することは技術的に問題があると共に、非常に高価になっていた。また、従来のＣｄＴｅの高抵抗バルク結晶による放射線検出器の場合、結晶の表裏面に導電性電極あるいはショットキー電極を形成し、これ電極間に数１００〜１０００ｖの高電圧を加え、ＣｄＴｅ結晶中に放射線によって発生したキャリアを電界によって引出して電気信号として検出している。そのため、この種のＣｄＴｅの高抵抗バルク結晶を用いた放射線検出器では、素子の抵抗以外に検出特性を改良できる余地は少ない。
【０００３】
これに対して、特許文献１に示すように、ＣｄＴｅ等の化合物半導体結晶と、ＩｎＡｓ等の結晶性薄膜とのヘテロ接合を１つ有する半導体放射線検出器が知られている。しかし、この半導体放射線検出器の場合、化合物半導体結晶がキャリアを発生する活性領域（能動層）として利用され、結晶性薄膜層は化合物半導体結晶からのキャリアを金属電極へ効率よく注入させる機能を持つものである。従って、化合物半導体結晶としてＣｄＴｅのようなＩＩ−ＶＩ属の結晶とすると、上記のように大面積の結晶を得ることが非常に困難であり、半導体放射線検出器が非常に高価になるという問題がある。また、化合物半導体結晶としてＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ以外の結晶とすると、放射線検出特性が不十分になるという問題がある。
【特許文献１】特開昭６４−８９４７１号公報
【０００４】
また、特許文献２に示すように、ＣｄＴｅ等の半絶縁性半導体結晶と、その一方にエピタキシャル成長したＰ型のＰ−ＨｇＣｄＴｅと、その他方にエピタキシャル成長させたＮ型のＮ−ＨｇＣｄＴｅとからなる放射線検出器が知られている。しかし、この半導体放射線検出器についても、特許文献１に記載の半導体放射線検出器と同様に、ＣｄＴｅ等の半絶縁性半導体結晶をキャリアを発生する活性領域として利用するものであるため、同様の問題がある。
【特許文献２】特開平６−１２０５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような問題を解決しようとするもので、放射線検出性能が良好で、十分な強度を備えると共に大面積とすることが容易である半導体放射線検出器を安価に製造できる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明の特徴は、Ｓｉ基板の表面上にＭＯＶＰＥ法によりＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層を積層して形成し、成長層を入射放射線に対する能動層とする半導体放射線検出器の製造方法であって、Ｓｉ基板が高温還元雰囲気中に置かれた状態で、ＧａＡｓ粉末あるいはＧａＡｓ結晶を分解してＳｉ基板上に砒素を付着させ、砒素の付着したＳｉ基板上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層を積層形成することにある。
【０００７】
本発明においては、Ｓｉ基板を高温還元雰囲気中に置かれた状態で、ＧａＡｓ粉末あるいはＧａＡｓ結晶を熱分解させてＳｉ基板上に砒素を付着させることにより、４価ではなく２価の形で砒素を基板上に付着させることができる。その後、砒素の付着したＳｉ基板上にＭＯＶＰＥ法によりＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅを成長させたとき、２価の砒素を介してＳｉ基板とＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層を強固な接着力で積層させることができる。そのため、本発明によれば、従来非常に困難であったＭＯＶＰＥ法によってＳｉ基板上に、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつＣｄＴｅ成長層を形成することが可能にされた。また、本発明においては、Ｓｉ基板については大面積でかつ強固な基板が安価に得られるため、その表面上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層をＭＯＶＰＥ法によって積層することにより、大面積でしかも十分な強度を備えた半導体放射線検出器が安価に得られる。
【０００８】
また、Ｓｉ基板が低抵抗のＮ型であり、ＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層が高抵抗のＰ型である場合について、上記製造方法により、ＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層をＳｉ基板上に強固な接着力で積層させることができ、大面積でしかも十分な強度を備えた半導体放射線検出器が安価に得られる。
【０００９】
また、低抵抗のＮ型のＳｉ基板と、高抵抗のＰ型のＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層との間に、低抵抗のＮ型である厚さの薄いＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ中間成長層を備えた構造についても、上記製造方法により、２価の砒素を介して低抵抗のＮ型の中間成長層をＳｉ基板上に強固な接着力で積層させることができる。なお、中間成長層の厚さは、０．０２〜０．０５ｍｍ程度であり、以下同様である。これにより、本発明においては、十分な強度を有するＳｉ基板表面上に、中間成長層を介して高抵抗のＰ型のＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層がＭＯＶＰＥ法によって積層されているため、良好な結晶性を有する成長層が得られ、そのため、この成長層によって良好な放射線検出性能が得られる。また、本発明においては、半導体放射線検出器に逆バイアスを印加することにより、放射線の入射によってＰ型の能動層で生じたキャリアをＰＮ接合によって効率よく取り出すことができる。さらに、本発明においては、低抵抗の薄いＮ型の中間成長層を設けたことにより、ＰＮ接合におけるダメージの発生が中間成長層で抑えられてＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層の結晶性が良好に確保されるため、ＰＮ接合による能動層で発生したキャリアの収集効率が高められる。
【００１０】
また、Ｓｉ基板が低抵抗のＰ型であり、ＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層がＳｉ基板側の高抵抗のＰ型層と表面側の低抵抗のＮ型層を積層させた構造についても、上記製造方法により、ＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層である高抵抗のＰ型層を低抵抗のＰ型のＳｉ基板上に強固な接着力で積層させることができる。これにより、本発明においては、十分な強度を有するＳｉ基板表面上に、高抵抗のＰ型と低抵抗のＮ型のＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層がＭＯＶＰＥ法によって積層されているため、良好な結晶性を有する成長層が得られ、この成長層によって良好な放射線検出性能が得られる。また、半導体放射線検出器に逆バイアスを印加することにより、放射線の入射によってＰ型の能動層で生じたキャリアを、低抵抗のＮ型層とのＰＮ接合によって効率よく取り出すことができる。
【００１１】
また、低抵抗のＰ型のＳｉ基板と、高低抵抗のＰ型のＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層との間に、砒素を含む低抵抗のＰ型である厚みの薄いＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ中間成長層を備えた構造についても、上記製造方法により、砒素を含む低抵抗のＰ型の成長層を低抵抗のＰ型のＳｉ基板上に、強固な接着力で積層形成することができる。また、本発明によれば、Ｓｉ基板との境界で発生する欠陥を厚みの薄いＰ型のＣｄＴｅ成長層で抑えることができ、高抵抗のＣｄＴｅ成長層の放射線特性を高めることができる。
【００１２】
上記Ｎ型層に代えて、ショットキー電極を設けた構造の半導体放射線検出器についても、上記製造方法により、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつＣｄＴｅ成長層を形成することが可能にされた。これにより、ショットキー電極とＰ型層とのショットキー接合により、放射線の入射によってＰ型の能動層で生じたキャリアを効率よく取り出すことができる。
【００１３】
また、成長層側からＳｉ基板に達する溝を切断手段により設けて、二次元に配列された多数の単位素子に分離する半導体放射線検出器の製造方法についても、上記製造方法により、Ｓｉ基板に対する十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつＣｄＴｅ成長層を形成することが可能にされた。切断手段としては、レーザーカッティング、ドライエッチング、ダイシング等が用いられる。これにより、二次元配列された多数の単位素子からなる大面積の半導体放射線検出器を簡易に実現することができる。
【００１４】
また、成長層側の表面に二次元に配列された多数の表面電極あるいはショットキー電極を設けると共に、表面電極あるいはショットキー電極の周囲を囲むガードリング電極を設けた半導体放射線検出器についても、上記製造方法により、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつＣｄＴｅ成長層を形成することが可能にされた。これにより、半導体放射線検出器の表面側を切断手段で溝を設けて素子間を分離しなくても、二次元配列された多数の素子からなる大面積の半導体放射線検出器を簡易に実現することができる。
【００１５】
また、表面側の低抵抗成長層が多数の小領域に分離されて二次元に配列されており、該小領域あるいはショットキー電極である小領域について、所定位置の主小領域と、主小領域を囲む複数の周辺小領域との間に高電圧が印加されるように構成にされた半導体放射線検出器についても、上記製造方法により、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつＣｄＴｅ成長層を形成することが可能にされた。これにより、半導体放射線検出器の表面側を切断手段で溝を設けて素子間を分離しなくても、表面側のみでの電極処理により、二次元配列された多数の素子からなる半導体放射線検出器を簡易に実現することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、Ｓｉ基板表面上にＧａＡｓ粉末あるいはＧａＡｓ結晶を熱分解させて２価の砒素を付着させることにより、Ｓｉ基板上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層をＭＯＶＰＥ法によって強固に積層させることができる。そのため、本発明によれば、従来非常に困難であったＭＯＶＰＥ法によってＳｉ基板上に、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつＣｄＴｅ成長層を形成することが可能になった。また、Ｓｉ基板は、大面積でかつ強固な基板が安価に得られるため、その表面上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層をＭＯＶＰＥ法によって積層することにより、大面積で強固な半導体放射線検出器が安価に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施例について図面を用いて説明する。図1は、第１実施例に係る低抵抗Ｎ型シリコン基板１１（以下、Ｓｉ基板と記す）の表面上にＭＯＶＰＥ法により積層形成された高抵抗Ｐ型のＣｄＴｅ成長層１３とを備えた半導体放射線検出器１０を斜視図により示したものである。図２−１〜５は、半導体放射線検出器の製造工程を断面図により概略的に示したものである。
【００１８】
半導体放射線検出器１０は、低抵抗のＮ型のＳｉ基板１１と、Ｓｉ基板１１上に形成された砒素被覆層１２と、その上にＭＯＶＰＥ法により積層形成された高抵抗Ｐ型のＣｄＴｅ成長層１３とを設けており、ＣｄＴｅ成長層１３表面からＳｉ基板１１に達する分離溝１５により二次元配列された多数のヘテロ接合構造の平面素子に分離されており、表面側の電極１６と基板裏面側の共通電極１７が設けられている。半導体放射線検出器１０は、図２−５に示すように、表面側電極１６にて例えば制御用のＬＳＩが搭載された半導体回路基板１９に接続されるようになっている。以下、半導体放射線検出器１０の製造工程を、図２−１〜５に基づいて説明する。
【００１９】
Ｓｉ基板１１は、ＣｄＴｅ成長層１３とのマッチングにおいて、結晶面の方向が重要であり、結晶面（２１１）が最も好ましく、結晶面（１００）も良好である。ただし、その他の結晶面についても使用可能である。Ｓｉ基板１１については、１２インチ程度の大径が可能であり、又強度が十分でありハンドリングも容易である。そのため、Ｓｉ基板１１を用いることにより、非常に大面積の半導体放射線検出器の製造が可能になる。このＳｉ基板１１が、９００〜１０００°Ｃの水素還元雰囲気中で熱処理され、表面が清浄にされる。このＳｉ基板１１に、ガリウム砒素粉末（以下、ＧａＡｓと記す）あるいはＧａＡｓ結晶を７００〜９００°Ｃの雰囲気中で熱分解させて、砒素分子を１分子層程度被覆して砒素被覆層１２を形成する（図２−１参照）。
【００２０】
つぎに、砒素被覆層１２の形成されたＳｉ基板１１に、４５０〜５００°Ｃ程度の雰囲気中で、ＭＯＶＰＥ法により高抵抗のＰ型のＣｄＴｅ成長層１３が０．２〜０．５ｍｍ程度の膜厚で形成される（図２−２参照）。カドミウムの原料としては、例えばジメチルカドミウムが用いられ、テルルの原料としては、例えばジエチルテルルが用いられる。また、Ｐ型のドーパントとしては、例えばターシャルブチルアルシンが用いられる。このように形成されたＣｄＴｅ成長層１３は、Ｓｉ基板１１上に２価の砒素被覆層１２が形成されていることにより、Ｓｉ基板１１に緊密に接着して能動層として形成される。
【００２１】
つぎに、ＣｄＴｅ成長層１３表面に、二次元配列された多数の１ｍｍ□程度の小面積の単位素子を設けるための表面側の電極１６が、スパッタリング法とリソグラフィ法により形成される。また、Ｓｉ基板１１裏面側には共通電極１７がスパッタリング法等により形成される（図２−３参照）。電極材料としては、Ａｕ、Ｓｂ−Ａｕ、Ｉｎ―Ａｕ、Ｗ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ等が用いられる。さらに、ＣｄＴｅ成長層１３表面側から、電極１６の間に沿ってＳｉ基板１１内まで延びた分離溝１５がレーザ切断法により形成される（図２−４参照）。これにより、多数の単位素子に分離されて二次元に配列された半導体放射線検出器１０が得られる。この半導体放射線検出器１０は、電極１６によって、例えば電極配線基板である一部に信号処理用ＬＳＩの形成された半導体回路基板１９に接着される（図２−５参照）。
【００２２】
以上に説明したように、上記第１実施例においては、半導体放射線検出器１０は、十分な強度のＳｉ基板１１表面上に、ＣｄＴｅ成長層１３がＭＯＶＰＥ法によって積層されているため、良好な結晶性を有する成長層が得られている。そのため、この成長層によって良好な放射線検出性能が獲得される。さらに、第１実施例においては、Ｓｉ基板１１を高温還元雰囲気中に置かれた状態で、ＧａＡｓ粉末あるいは結晶を分解させてＳｉ基板１１上に砒素を付着させることにより、４価ではなく２価の形で砒素被覆層１２を設けることができる。そのため、砒素の付着したＳｉ基板１１上にＭＯＶＰＥ法によりＣｄＴｅを成長させたとき、２価の砒素からなる砒素被覆層１２を介してＳｉ基板１１にＣｄＴｅ成長層１３を強固な接着力で積層させることができる。その結果、本実施例においては、従来非常に困難であったＭＯＶＰＥ法によるＳｉ基板１１上へのＣｄＴｅ成長層１３の形成を、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつ安定した方法で達成することができた。
【００２３】
また、Ｓｉ基板１１は、大面積でかつ強固な基板が安価に得られるため、その表面上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層をＭＯＶＰＥ法によって積層することにより、大面積で十分な強度を有する半導体放射線検出器が安価に得られる。また、この半導体放射線検出器１０に、成長層側からＳｉ基板１１に達する溝１５をレーザーカッティング法によって設けることにより、多数の単位素子に分離された二次元配列で大面積の半導体放射線検出器が簡易かつ安価に提供された。
【００２４】
つぎに、上記第１実施例の変形例について説明する。
変形例の半導体放射線検出器１０Ａは、図３に示すように、低抵抗のＮ型のＳｉ基板１１上に、上記砒素被覆層１２を設けた後、低抵抗のＮ型であるＣｄＴｅ中間成長層１４を設け、さらに高抵抗のＰ型のＣｄＴｅ成長層１３を設けたものである。Ｎ型であるＣｄＴｅ中間成長層１４も、上記Ｐ型のＣｄＴｅ成長層１３と同様にＭＯＶＰＥ法により、ドーパントを沃素に代えて形成することができる。Ｎ型であるＣｄＴｅ中間成長層１４の厚さは、０．０２〜０．０５ｍｍ程度の薄い層となっており、Ｐ型のＣｄＴｅ成長層１３は、第１実施例と同様である。このように、変形例によれば、低抵抗の薄いＮ型の中間成長層１４を設けたことにより、ＰＮ接合におけるダメージの発生が中間成長層１４で抑えられてＣｄＴｅ成長層１３の結晶性が良好に確保されるため、ＰＮ接合によるＣｄＴｅ成長層１３で発生したキャリアの収集効率が高められる。
【００２５】
つぎに、第２実施例について説明する。
第２実施例の半導体放射線検出器２０は、図４に示すように、低抵抗のＰ型のＳｉ基板２１上に、上記砒素被覆層１２を設けた後、高抵抗のＰ型であるＣｄＴｅ成長層２２を設け、さらに低抵抗のＮ型のＣｄＴｅ成長層２３を設けたものである。ＣｄＴｅ成長層２３については上記のようにドーパントを沃素に代えることによりＭＯＶＰＥ法によって形成される。Ｐ型のＣｄＴｅ成長層２２については、上記ＣｄＴｅ成長層１３と同等の厚さである。Ｎ型のＣｄＴｅ成長層２３の厚さは、０．０２〜０．０５ｍｍ程度の薄い層となっている。
【００２６】
本実施例によれば、上記第１実施例の作用効果に加えて、半導体放射線検出器２０に逆バイアスを印加することにより、放射線の入射によってＰ型のＣｄＴｅ成長層２２を能動層として生じたキャリアを、低抵抗のＮ型の成長層２３とのＰＮ接合によって効率よく取り出すことができる。また、第２実施例においても、第１実施例と同様に、大面積で十分な強度を有する半導体放射線検出器が安価に得られる等の効果が得られる。
【００２７】
つぎに、上記第２実施例の変形例１について説明する。
変形例１の半導体放射線検出器２０Ａは、図５に示すように、低抵抗のＰ型のＳｉ基板２１上に、上記砒素被覆層１２を設けた後、低抵抗のＰ型であるＣｄＴｅ成長層２４を設け、さらに高抵抗のＰ型のＣｄＴｅ成長層２２を設け、その上に低抵抗のＮ型であるＣｄＴｅ成長層２３を重ねたものである。ＣｄＴｅ成長層２３，２４についてはいずれも上記のようにドーパントを沃素と砒素に代えることによりＭＯＶＰＥ法によって形成される。Ｐ型のＣｄＴｅ成長層２２及びＮ型のＣｄＴｅ成長層２３については、第２実施例のＣｄＴｅ成長層２２，２３と同等の厚さである。Ｐ型のＣｄＴｅ成長層２４の厚さは、０．０２〜０．０５ｍｍ程度の薄膜となっている。これにより、変形例１においては、第２実施例の効果に加えて、Ｓｉ基板２１との境界で発生する欠陥を厚みの薄いＰ型のＣｄＴｅ成長層２４で抑えることができ、高抵抗のＣｄＴｅ成長層２２の耐放射線特性を高めることができる。
【００２８】
つぎに、上記第２実施例の変形例２について説明する。
変形例２の半導体放射線検出器２０Ｂは、図６に示すように、第２実施例の半導体放射線検出器２０において低抵抗のＮ型のＣｄＴｅ成長層２３に代えて、ショットキー電極２６を設けたものである。ショットキー電極２６の材料としては、例えば金単体が用いられる。これにより、第２実施例のＰＮ接合と同様に、ショットキー電極２６とＣｄＴｅ成長層２２とのショットキー接合により、放射線の入射によって能動層であるＣｄＴｅ成長層２２で生じたキャリアを効率よく取り出すことができる。また、変形例１の半導体放射線検出器２０Ａにおいて、低抵抗のＮ型のＣｄＴｅ成長層２３に代えて、ショットキー電極を設けても同様の効果が得られる。
【００２９】
つぎに、第３実施例について説明する。
第３実施例の半導体放射線検出器３１は、図７に示すように、半導体放射線検出器の表面側に二次元配列された多数の表面電極３２ａを設けると共に、表面電極３２ａの周囲を囲むガードリング電極３２ｂを設けたものである。すなわち、上記第１実施例に示した、ＣｄＴｅ成長層１３表面側にＳｉ基板１１内まで延びた分離溝１５を設ける代わりに、ガードリング電極３２ｂにより、多数の単位素子に分離された半導体放射線検出器３１を得るようにしたものである。これにより、半導体放射線検出器３１の表面側を溝を設ける手間が省かれるため、二次元配列された多数の素子からなる半導体放射線検出器が、安価に提供される。
【００３０】
つぎに、第４実施例について説明する。
第４実施例の半導体放射線検出器３４は、図８に示すように、高抵抗のＳｉ基板３５上に高抵抗のＣｄＴｅ成長層３６が形成され、成長層３６表面に二次元配列された多数のショットキー電極３７が設けられている。電極３７については、所定位置の主電極３７ａと、主電極を囲む周辺電極３７ｂに区分されている。そして、主電極３７ａと周辺電極３７ｂとの間に高電圧源３８の電圧が印加されることにより、成長層３６で発生したキャリアの処理が、半導体放射線検出器３４の表面側でのみ行われるようになっている。これにより、第４実施例においては、半導体放射線検出器３４の表面側にレーザーカッティング法等で溝を設けて素子間を分離しなくても、表面側のみでの電極処理により、二次元配列された多数の素子からなる半導体放射線検出器を簡易に実現することができる。
【００３１】
なお、上記各実施例及び変形例において、ＭＯＰＶＥ法によるＣｄＴｅ成長層が用いられているが、これに代えてＣｄＺｎＴｅ成長層を用いることもできる。その他、上記実施例に示した半導体放射線検出器については、一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変更実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の半導体放射線検出器は、Ｓｉ基板表面上にＧａＡｓ粉末あるいはＧａＡｓ結晶を熱分解させて２価の砒素を付着させることにより、従来困難であったＳｉ基板上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層をＭＯＶＰＥ法によって強固に積層させることができる。さらに、Ｓｉ基板は、大面積でかつ強固な基板が安価に得られるため、その表面上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層をＭＯＶＰＥ法によって積層することにより、大面積で強固な半導体放射線検出器が安価に得られる。そのため、本発明は有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施例である半導体放射線検出器を概略的に示す斜視図である。
【図２−１】同半導体放射線検出器の製造工程の一部を概略的に示す断面図である。
【図２−２】同半導体放射線検出器の製造工程の一部を概略的に示す断面図である。
【図２−３】同半導体放射線検出器の製造工程の一部を概略的に示す断面図である。
【図２−４】同半導体放射線検出器の製造工程の一部を概略的に示す断面図である。
【図２−５】同半導体放射線検出器の製造工程の一部を概略的に示す断面図である。
【図３】第１実施例の変形例である半導体放射線検出器を概略的に示す断面図である。
【図４】第２実施例である半導体放射線検出器を概略的に示す断面図である。
【図５】第２実施例の変形例１である半導体放射線検出器を概略的に示す断面図である。
【図６】同変形例２である半導体放射線検出器を概略的に示す断面図である。
【図７】第３実施例である半導体放射線検出器を概略的に示す斜視図である。
【図８】第４実施例である半導体放射線検出器を概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０，１０Ａ，２０，２０Ａ，２０Ｂ，３１，３４…半導体放射線検出器、１１，２１…Ｓｉ基板、１２…砒素被覆層、１３，２２，２３，２４…ＣｄＴｅ成長層、１４…ＣｄＴｅ中間成長層、１５…分離溝、２６，３７…ショットキー電極、３２ａ…表面電極、３２ｂ…ガードリング電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用放射線診断装置、工業用Ｘ線検査装置、理学用Ｘ線解析装置等に用いられる半導体放射線検出器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半導体放射線検出器としては、放射線検出用材料として優れたテルル化カドミウム（以下、ＣｄＴｅと記す）あるいはテルル化亜鉛カドミウム（以下、ＣｄＺｎＴｅと記す）の高抵抗バルク結晶が用いられている。このＣｄＴｅの高抵抗バルク結晶については、均質かつ良好な電気特性を有する大面積の結晶が得られ難いため、通常は、小体積例えば１×１×１ｍｍ３程度の単一素子、もしくはこれらを数１０個並べた小規模アレイ型の放射線検出器が実用化されている。しかし、このようなバルク結晶を用いても、人体の胸部全体をカバーできるような大面積の放射線検出器を実現することは技術的に問題があると共に、非常に高価になっていた。また、従来のＣｄＴｅの高抵抗バルク結晶による放射線検出器の場合、結晶の表裏面に導電性電極あるいはショットキー電極を形成し、これ電極間に数１００〜１０００ｖの高電圧を加え、ＣｄＴｅ結晶中に放射線によって発生したキャリアを電界によって引出して電気信号として検出している。そのため、この種のＣｄＴｅの高抵抗バルク結晶を用いた放射線検出器では、素子の抵抗以外に検出特性を改良できる余地は少ない。
【０００３】
これに対して、特許文献１に示すように、ＣｄＴｅ等の化合物半導体結晶と、ＩｎＡｓ等の結晶性薄膜とのヘテロ接合を１つ有する半導体放射線検出器が知られている。しかし、この半導体放射線検出器の場合、化合物半導体結晶がキャリアを発生する活性領域（能動層）として利用され、結晶性薄膜層は化合物半導体結晶からのキャリアを金属電極へ効率よく注入させる機能を持つものである。従って、化合物半導体結晶としてＣｄＴｅのようなＩＩ−ＶＩ属の結晶とすると、上記のように大面積の結晶を得ることが非常に困難であり、半導体放射線検出器が非常に高価になるという問題がある。また、化合物半導体結晶としてＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ以外の結晶とすると、放射線検出特性が不十分になるという問題がある。
【特許文献１】特開昭６４−８９４７１号公報
【０００４】
また、特許文献２に示すように、ＣｄＴｅ等の半絶縁性半導体結晶と、その一方にエピタキシャル成長したＰ型のＰ−ＨｇＣｄＴｅと、その他方にエピタキシャル成長させたＮ型のＮ−ＨｇＣｄＴｅとからなる放射線検出器が知られている。しかし、この半導体放射線検出器についても、特許文献１に記載の半導体放射線検出器と同様に、ＣｄＴｅ等の半絶縁性半導体結晶をキャリアを発生する活性領域として利用するものであるため、同様の問題がある。
【特許文献２】特開平６−１２０５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような問題を解決しようとするもので、放射線検出性能が良好で、十分な強度を備えると共に大面積とすることが容易である半導体放射線検出器を安価に製造できる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明の特徴は、Ｓｉ基板の表面上にＭＯＶＰＥ法によりＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層を積層して形成し、成長層を入射放射線に対する能動層とする半導体放射線検出器の製造方法であって、Ｓｉ基板が高温還元雰囲気中に置かれた状態で、ＧａＡｓ粉末あるいはＧａＡｓ結晶を分解してＳｉ基板上に砒素を付着させ、砒素の付着したＳｉ基板上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層を積層形成することにある。
【０００７】
本発明においては、Ｓｉ基板を高温還元雰囲気中に置かれた状態で、ＧａＡｓ粉末あるいはＧａＡｓ結晶を熱分解させてＳｉ基板上に砒素を付着させることにより、４価ではなく２価の形で砒素を基板上に付着させることができる。その後、砒素の付着したＳｉ基板上にＭＯＶＰＥ法によりＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅを成長させたとき、２価の砒素を介してＳｉ基板とＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層を強固な接着力で積層させることができる。そのため、本発明によれば、従来非常に困難であったＭＯＶＰＥ法によってＳｉ基板上に、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつＣｄＴｅ成長層を形成することが可能にされた。また、本発明においては、Ｓｉ基板については大面積でかつ強固な基板が安価に得られるため、その表面上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層をＭＯＶＰＥ法によって積層することにより、大面積でしかも十分な強度を備えた半導体放射線検出器が安価に得られる。
【０００８】
また、Ｓｉ基板が低抵抗のＮ型であり、ＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層が高抵抗のＰ型である場合について、上記製造方法により、ＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層をＳｉ基板上に強固な接着力で積層させることができ、大面積でしかも十分な強度を備えた半導体放射線検出器が安価に得られる。
【０００９】
また、低抵抗のＮ型のＳｉ基板と、高抵抗のＰ型のＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層との間に、低抵抗のＮ型である厚さの薄いＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ中間成長層を備えた構造についても、上記製造方法により、２価の砒素を介して低抵抗のＮ型の中間成長層をＳｉ基板上に強固な接着力で積層させることができる。なお、中間成長層の厚さは、０．０２〜０．０５ｍｍ程度であり、以下同様である。これにより、本発明においては、十分な強度を有するＳｉ基板表面上に、中間成長層を介して高抵抗のＰ型のＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層がＭＯＶＰＥ法によって積層されているため、良好な結晶性を有する成長層が得られ、そのため、この成長層によって良好な放射線検出性能が得られる。また、本発明においては、半導体放射線検出器に逆バイアスを印加することにより、放射線の入射によってＰ型の能動層で生じたキャリアをＰＮ接合によって効率よく取り出すことができる。さらに、本発明においては、低抵抗の薄いＮ型の中間成長層を設けたことにより、ＰＮ接合におけるダメージの発生が中間成長層で抑えられてＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層の結晶性が良好に確保されるため、ＰＮ接合による能動層で発生したキャリアの収集効率が高められる。
【００１０】
また、Ｓｉ基板が低抵抗のＰ型であり、ＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層がＳｉ基板側の高抵抗のＰ型層と表面側の低抵抗のＮ型層を積層させた構造についても、上記製造方法により、ＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層である高抵抗のＰ型層を低抵抗のＰ型のＳｉ基板上に強固な接着力で積層させることができる。これにより、本発明においては、十分な強度を有するＳｉ基板表面上に、高抵抗のＰ型と低抵抗のＮ型のＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層がＭＯＶＰＥ法によって積層されているため、良好な結晶性を有する成長層が得られ、この成長層によって良好な放射線検出性能が得られる。また、半導体放射線検出器に逆バイアスを印加することにより、放射線の入射によってＰ型の能動層で生じたキャリアを、低抵抗のＮ型層とのＰＮ接合によって効率よく取り出すことができる。
【００１１】
また、低抵抗のＰ型のＳｉ基板と、高低抵抗のＰ型のＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層との間に、砒素を含む低抵抗のＰ型である厚みの薄いＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ中間成長層を備えた構造についても、上記製造方法により、砒素を含む低抵抗のＰ型の成長層を低抵抗のＰ型のＳｉ基板上に、強固な接着力で積層形成することができる。また、本発明によれば、Ｓｉ基板との境界で発生する欠陥を厚みの薄いＰ型のＣｄＴｅ成長層で抑えることができ、高抵抗のＣｄＴｅ成長層の放射線特性を高めることができる。
【００１２】
上記Ｎ型層に代えて、ショットキー電極を設けた構造の半導体放射線検出器についても、上記製造方法により、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつＣｄＴｅ成長層を形成することが可能にされた。これにより、ショットキー電極とＰ型層とのショットキー接合により、放射線の入射によってＰ型の能動層で生じたキャリアを効率よく取り出すことができる。
【００１３】
また、成長層側からＳｉ基板に達する溝を切断手段により設けて、二次元に配列された多数の単位素子に分離する半導体放射線検出器の製造方法についても、上記製造方法により、Ｓｉ基板に対する十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつＣｄＴｅ成長層を形成することが可能にされた。切断手段としては、レーザーカッティング、ドライエッチング、ダイシング等が用いられる。これにより、二次元配列された多数の単位素子からなる大面積の半導体放射線検出器を簡易に実現することができる。
【００１４】
また、成長層側の表面に二次元に配列された多数の表面電極あるいはショットキー電極を設けると共に、表面電極あるいはショットキー電極の周囲を囲むガードリング電極を設けた半導体放射線検出器についても、上記製造方法により、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつＣｄＴｅ成長層を形成することが可能にされた。これにより、半導体放射線検出器の表面側を切断手段で溝を設けて素子間を分離しなくても、二次元配列された多数の素子からなる大面積の半導体放射線検出器を簡易に実現することができる。
【００１５】
また、表面側の低抵抗成長層が多数の小領域に分離されて二次元に配列されており、該小領域あるいはショットキー電極である小領域について、所定位置の主小領域と、主小領域を囲む複数の周辺小領域との間に高電圧が印加されるように構成にされた半導体放射線検出器についても、上記製造方法により、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつＣｄＴｅ成長層を形成することが可能にされた。これにより、半導体放射線検出器の表面側を切断手段で溝を設けて素子間を分離しなくても、表面側のみでの電極処理により、二次元配列された多数の素子からなる半導体放射線検出器を簡易に実現することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、Ｓｉ基板表面上にＧａＡｓ粉末あるいはＧａＡｓ結晶を熱分解させて２価の砒素を付着させることにより、Ｓｉ基板上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層をＭＯＶＰＥ法によって強固に積層させることができる。そのため、本発明によれば、従来非常に困難であったＭＯＶＰＥ法によってＳｉ基板上に、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつＣｄＴｅ成長層を形成することが可能になった。また、Ｓｉ基板は、大面積でかつ強固な基板が安価に得られるため、その表面上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層をＭＯＶＰＥ法によって積層することにより、大面積で強固な半導体放射線検出器が安価に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施例について図面を用いて説明する。図1は、第１実施例に係る低抵抗Ｎ型シリコン基板１１（以下、Ｓｉ基板と記す）の表面上にＭＯＶＰＥ法により積層形成された高抵抗Ｐ型のＣｄＴｅ成長層１３とを備えた半導体放射線検出器１０を斜視図により示したものである。図２−１〜５は、半導体放射線検出器の製造工程を断面図により概略的に示したものである。
【００１８】
半導体放射線検出器１０は、低抵抗のＮ型のＳｉ基板１１と、Ｓｉ基板１１上に形成された砒素被覆層１２と、その上にＭＯＶＰＥ法により積層形成された高抵抗Ｐ型のＣｄＴｅ成長層１３とを設けており、ＣｄＴｅ成長層１３表面からＳｉ基板１１に達する分離溝１５により二次元配列された多数のヘテロ接合構造の平面素子に分離されており、表面側の電極１６と基板裏面側の共通電極１７が設けられている。半導体放射線検出器１０は、図２−５に示すように、表面側電極１６にて例えば制御用のＬＳＩが搭載された半導体回路基板１９に接続されるようになっている。以下、半導体放射線検出器１０の製造工程を、図２−１〜５に基づいて説明する。
【００１９】
Ｓｉ基板１１は、ＣｄＴｅ成長層１３とのマッチングにおいて、結晶面の方向が重要であり、結晶面（２１１）が最も好ましく、結晶面（１００）も良好である。ただし、その他の結晶面についても使用可能である。Ｓｉ基板１１については、１２インチ程度の大径が可能であり、又強度が十分でありハンドリングも容易である。そのため、Ｓｉ基板１１を用いることにより、非常に大面積の半導体放射線検出器の製造が可能になる。このＳｉ基板１１が、９００〜１０００°Ｃの水素還元雰囲気中で熱処理され、表面が清浄にされる。このＳｉ基板１１に、ガリウム砒素粉末（以下、ＧａＡｓと記す）あるいはＧａＡｓ結晶を７００〜９００°Ｃの雰囲気中で熱分解させて、砒素分子を１分子層程度被覆して砒素被覆層１２を形成する（図２−１参照）。
【００２０】
つぎに、砒素被覆層１２の形成されたＳｉ基板１１に、４５０〜５００°Ｃ程度の雰囲気中で、ＭＯＶＰＥ法により高抵抗のＰ型のＣｄＴｅ成長層１３が０．２〜０．５ｍｍ程度の膜厚で形成される（図２−２参照）。カドミウムの原料としては、例えばジメチルカドミウムが用いられ、テルルの原料としては、例えばジエチルテルルが用いられる。また、Ｐ型のドーパントとしては、例えばターシャルブチルアルシンが用いられる。このように形成されたＣｄＴｅ成長層１３は、Ｓｉ基板１１上に２価の砒素被覆層１２が形成されていることにより、Ｓｉ基板１１に緊密に接着して能動層として形成される。
【００２１】
つぎに、ＣｄＴｅ成長層１３表面に、二次元配列された多数の１ｍｍ□程度の小面積の単位素子を設けるための表面側の電極１６が、スパッタリング法とリソグラフィ法により形成される。また、Ｓｉ基板１１裏面側には共通電極１７がスパッタリング法等により形成される（図２−３参照）。電極材料としては、Ａｕ、Ｓｂ−Ａｕ、Ｉｎ―Ａｕ、Ｗ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ等が用いられる。さらに、ＣｄＴｅ成長層１３表面側から、電極１６の間に沿ってＳｉ基板１１内まで延びた分離溝１５がレーザ切断法により形成される（図２−４参照）。これにより、多数の単位素子に分離されて二次元に配列された半導体放射線検出器１０が得られる。この半導体放射線検出器１０は、電極１６によって、例えば電極配線基板である一部に信号処理用ＬＳＩの形成された半導体回路基板１９に接着される（図２−５参照）。
【００２２】
以上に説明したように、上記第１実施例においては、半導体放射線検出器１０は、十分な強度のＳｉ基板１１表面上に、ＣｄＴｅ成長層１３がＭＯＶＰＥ法によって積層されているため、良好な結晶性を有する成長層が得られている。そのため、この成長層によって良好な放射線検出性能が獲得される。さらに、第１実施例においては、Ｓｉ基板１１を高温還元雰囲気中に置かれた状態で、ＧａＡｓ粉末あるいは結晶を分解させてＳｉ基板１１上に砒素を付着させることにより、４価ではなく２価の形で砒素被覆層１２を設けることができる。そのため、砒素の付着したＳｉ基板１１上にＭＯＶＰＥ法によりＣｄＴｅを成長させたとき、２価の砒素からなる砒素被覆層１２を介してＳｉ基板１１にＣｄＴｅ成長層１３を強固な接着力で積層させることができる。その結果、本実施例においては、従来非常に困難であったＭＯＶＰＥ法によるＳｉ基板１１上へのＣｄＴｅ成長層１３の形成を、十分な接着強度と良好な結晶性を確保しつつ安定した方法で達成することができた。
【００２３】
また、Ｓｉ基板１１は、大面積でかつ強固な基板が安価に得られるため、その表面上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層をＭＯＶＰＥ法によって積層することにより、大面積で十分な強度を有する半導体放射線検出器が安価に得られる。また、この半導体放射線検出器１０に、成長層側からＳｉ基板１１に達する溝１５をレーザーカッティング法によって設けることにより、多数の単位素子に分離された二次元配列で大面積の半導体放射線検出器が簡易かつ安価に提供された。
【００２４】
つぎに、上記第１実施例の変形例について説明する。
変形例の半導体放射線検出器１０Ａは、図３に示すように、低抵抗のＮ型のＳｉ基板１１上に、上記砒素被覆層１２を設けた後、低抵抗のＮ型であるＣｄＴｅ中間成長層１４を設け、さらに高抵抗のＰ型のＣｄＴｅ成長層１３を設けたものである。Ｎ型であるＣｄＴｅ中間成長層１４も、上記Ｐ型のＣｄＴｅ成長層１３と同様にＭＯＶＰＥ法により、ドーパントを沃素に代えて形成することができる。Ｎ型であるＣｄＴｅ中間成長層１４の厚さは、０．０２〜０．０５ｍｍ程度の薄い層となっており、Ｐ型のＣｄＴｅ成長層１３は、第１実施例と同様である。このように、変形例によれば、低抵抗の薄いＮ型の中間成長層１４を設けたことにより、ＰＮ接合におけるダメージの発生が中間成長層１４で抑えられてＣｄＴｅ成長層１３の結晶性が良好に確保されるため、ＰＮ接合によるＣｄＴｅ成長層１３で発生したキャリアの収集効率が高められる。
【００２５】
つぎに、第２実施例について説明する。
第２実施例の半導体放射線検出器２０は、図４に示すように、低抵抗のＰ型のＳｉ基板２１上に、上記砒素被覆層１２を設けた後、高抵抗のＰ型であるＣｄＴｅ成長層２２を設け、さらに低抵抗のＮ型のＣｄＴｅ成長層２３を設けたものである。ＣｄＴｅ成長層２３については上記のようにドーパントを沃素に代えることによりＭＯＶＰＥ法によって形成される。Ｐ型のＣｄＴｅ成長層２２については、上記ＣｄＴｅ成長層１３と同等の厚さである。Ｎ型のＣｄＴｅ成長層２３の厚さは、０．０２〜０．０５ｍｍ程度の薄い層となっている。
【００２６】
本実施例によれば、上記第１実施例の作用効果に加えて、半導体放射線検出器２０に逆バイアスを印加することにより、放射線の入射によってＰ型のＣｄＴｅ成長層２２を能動層として生じたキャリアを、低抵抗のＮ型の成長層２３とのＰＮ接合によって効率よく取り出すことができる。また、第２実施例においても、第１実施例と同様に、大面積で十分な強度を有する半導体放射線検出器が安価に得られる等の効果が得られる。
【００２７】
つぎに、上記第２実施例の変形例１について説明する。
変形例１の半導体放射線検出器２０Ａは、図５に示すように、低抵抗のＰ型のＳｉ基板２１上に、上記砒素被覆層１２を設けた後、低抵抗のＰ型であるＣｄＴｅ成長層２４を設け、さらに高抵抗のＰ型のＣｄＴｅ成長層２２を設け、その上に低抵抗のＮ型であるＣｄＴｅ成長層２３を重ねたものである。ＣｄＴｅ成長層２３，２４についてはいずれも上記のようにドーパントを沃素と砒素に代えることによりＭＯＶＰＥ法によって形成される。Ｐ型のＣｄＴｅ成長層２２及びＮ型のＣｄＴｅ成長層２３については、第２実施例のＣｄＴｅ成長層２２，２３と同等の厚さである。Ｐ型のＣｄＴｅ成長層２４の厚さは、０．０２〜０．０５ｍｍ程度の薄膜となっている。これにより、変形例１においては、第２実施例の効果に加えて、Ｓｉ基板２１との境界で発生する欠陥を厚みの薄いＰ型のＣｄＴｅ成長層２４で抑えることができ、高抵抗のＣｄＴｅ成長層２２の耐放射線特性を高めることができる。
【００２８】
つぎに、上記第２実施例の変形例２について説明する。
変形例２の半導体放射線検出器２０Ｂは、図６に示すように、第２実施例の半導体放射線検出器２０において低抵抗のＮ型のＣｄＴｅ成長層２３に代えて、ショットキー電極２６を設けたものである。ショットキー電極２６の材料としては、例えば金単体が用いられる。これにより、第２実施例のＰＮ接合と同様に、ショットキー電極２６とＣｄＴｅ成長層２２とのショットキー接合により、放射線の入射によって能動層であるＣｄＴｅ成長層２２で生じたキャリアを効率よく取り出すことができる。また、変形例１の半導体放射線検出器２０Ａにおいて、低抵抗のＮ型のＣｄＴｅ成長層２３に代えて、ショットキー電極を設けても同様の効果が得られる。
【００２９】
つぎに、第３実施例について説明する。
第３実施例の半導体放射線検出器３１は、図７に示すように、半導体放射線検出器の表面側に二次元配列された多数の表面電極３２ａを設けると共に、表面電極３２ａの周囲を囲むガードリング電極３２ｂを設けたものである。すなわち、上記第１実施例に示した、ＣｄＴｅ成長層１３表面側にＳｉ基板１１内まで延びた分離溝１５を設ける代わりに、ガードリング電極３２ｂにより、多数の単位素子に分離された半導体放射線検出器３１を得るようにしたものである。これにより、半導体放射線検出器３１の表面側を溝を設ける手間が省かれるため、二次元配列された多数の素子からなる半導体放射線検出器が、安価に提供される。
【００３０】
つぎに、第４実施例について説明する。
第４実施例の半導体放射線検出器３４は、図８に示すように、高抵抗のＳｉ基板３５上に高抵抗のＣｄＴｅ成長層３６が形成され、成長層３６表面に二次元配列された多数のショットキー電極３７が設けられている。電極３７については、所定位置の主電極３７ａと、主電極を囲む周辺電極３７ｂに区分されている。そして、主電極３７ａと周辺電極３７ｂとの間に高電圧源３８の電圧が印加されることにより、成長層３６で発生したキャリアの処理が、半導体放射線検出器３４の表面側でのみ行われるようになっている。これにより、第４実施例においては、半導体放射線検出器３４の表面側にレーザーカッティング法等で溝を設けて素子間を分離しなくても、表面側のみでの電極処理により、二次元配列された多数の素子からなる半導体放射線検出器を簡易に実現することができる。
【００３１】
なお、上記各実施例及び変形例において、ＭＯＰＶＥ法によるＣｄＴｅ成長層が用いられているが、これに代えてＣｄＺｎＴｅ成長層を用いることもできる。その他、上記実施例に示した半導体放射線検出器については、一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変更実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の半導体放射線検出器は、Ｓｉ基板表面上にＧａＡｓ粉末あるいはＧａＡｓ結晶を熱分解させて２価の砒素を付着させることにより、従来困難であったＳｉ基板上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層をＭＯＶＰＥ法によって強固に積層させることができる。さらに、Ｓｉ基板は、大面積でかつ強固な基板が安価に得られるため、その表面上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層をＭＯＶＰＥ法によって積層することにより、大面積で強固な半導体放射線検出器が安価に得られる。そのため、本発明は有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施例である半導体放射線検出器を概略的に示す斜視図である。
【図２−１】同半導体放射線検出器の製造工程の一部を概略的に示す断面図である。
【図２−２】同半導体放射線検出器の製造工程の一部を概略的に示す断面図である。
【図２−３】同半導体放射線検出器の製造工程の一部を概略的に示す断面図である。
【図２−４】同半導体放射線検出器の製造工程の一部を概略的に示す断面図である。
【図２−５】同半導体放射線検出器の製造工程の一部を概略的に示す断面図である。
【図３】第１実施例の変形例である半導体放射線検出器を概略的に示す断面図である。
【図４】第２実施例である半導体放射線検出器を概略的に示す断面図である。
【図５】第２実施例の変形例１である半導体放射線検出器を概略的に示す断面図である。
【図６】同変形例２である半導体放射線検出器を概略的に示す断面図である。
【図７】第３実施例である半導体放射線検出器を概略的に示す斜視図である。
【図８】第４実施例である半導体放射線検出器を概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０，１０Ａ，２０，２０Ａ，２０Ｂ，３１，３４…半導体放射線検出器、１１，２１…Ｓｉ基板、１２…砒素被覆層、１３，２２，２３，２４…ＣｄＴｅ成長層、１４…ＣｄＴｅ中間成長層、１５…分離溝、２６，３７…ショットキー電極、３２ａ…表面電極、３２ｂ…ガードリング電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ基板の表面上にＭＯＶＰＥ法によりＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層を積層して形成し、該成長層を入射放射線に対する能動層とする半導体放射線検出器の製造方法であって、前記Ｓｉ基板が高温還元雰囲気中に置かれた状態で、ＧａＡｓ粉末あるいはＧａＡｓ結晶を分解して該Ｓｉ基板上に砒素を付着させ、該砒素の付着したＳｉ基板上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層を積層形成することを特徴とすると半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項２】
前記Ｓｉ基板が低抵抗のＮ型であり、前記ＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層が高抵抗のＰ型であることを特徴とする請求項１に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項３】
前記Ｓｉ基板と、前記ＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層との間に、低抵抗のＮ型で厚さの薄いＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ中間成長層を形成したことを特徴とする請求項２に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項４】
前記Ｓｉ基板が低抵抗のＰ型であり、前記ＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層が前記Ｓｉ基板側の高抵抗のＰ型層と表面側の低抵抗のＮ型層を積層させたものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項５】
前記Ｓｉ基板と、前記高抵抗のＰ型層との間に、砒素を含む低抵抗のＰ型である厚みの薄いＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ中間成長層を形成したことを特徴とする請求項４に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項６】
前記表面側のＮ型層に代えて、ショットキー電極を設けたことを特徴とする請求項４又は５記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項７】
前記表面側の成長層から前記Ｓｉ基板に達する溝を切断手段により設けて、二次元に配列された多数の単位素子に分離することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項８】
前記成長層側の表面に二次元に配列された多数の表面電極あるいはショットキー電極を設けると共に、該表面電極あるいはショットキー電極の周囲を囲むガードリング電極を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項９】
前記表面側の低抵抗成長層が多数の小領域に分離されて二次元に配列されており、該小領域あるいは前記ショットキー電極である小領域について、所定位置の主小領域と、該主小領域を囲む複数の周辺小領域との間に高電圧が印加される構成であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項１】
Ｓｉ基板の表面上にＭＯＶＰＥ法によりＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層を積層して形成し、該成長層を入射放射線に対する能動層とする半導体放射線検出器の製造方法であって、前記Ｓｉ基板が高温還元雰囲気中に置かれた状態で、ＧａＡｓ粉末あるいはＧａＡｓ結晶を分解して該Ｓｉ基板上に砒素を付着させ、該砒素の付着したＳｉ基板上にＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層を積層形成することを特徴とすると半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項２】
前記Ｓｉ基板が低抵抗のＮ型であり、前記ＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層が高抵抗のＰ型であることを特徴とする請求項１に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項３】
前記Ｓｉ基板と、前記ＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層との間に、低抵抗のＮ型で厚さの薄いＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ中間成長層を形成したことを特徴とする請求項２に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項４】
前記Ｓｉ基板が低抵抗のＰ型であり、前記ＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ成長層が前記Ｓｉ基板側の高抵抗のＰ型層と表面側の低抵抗のＮ型層を積層させたものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項５】
前記Ｓｉ基板と、前記高抵抗のＰ型層との間に、砒素を含む低抵抗のＰ型である厚みの薄いＣｄＴｅあるいはＣｄＺｎＴｅ中間成長層を形成したことを特徴とする請求項４に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項６】
前記表面側のＮ型層に代えて、ショットキー電極を設けたことを特徴とする請求項４又は５記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項７】
前記表面側の成長層から前記Ｓｉ基板に達する溝を切断手段により設けて、二次元に配列された多数の単位素子に分離することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項８】
前記成長層側の表面に二次元に配列された多数の表面電極あるいはショットキー電極を設けると共に、該表面電極あるいはショットキー電極の周囲を囲むガードリング電極を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【請求項９】
前記表面側の低抵抗成長層が多数の小領域に分離されて二次元に配列されており、該小領域あるいは前記ショットキー電極である小領域について、所定位置の主小領域と、該主小領域を囲む複数の周辺小領域との間に高電圧が印加される構成であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体放射線検出器の製造方法。
【図１】
【図２−１】
【図２−２】
【図２−３】
【図２−４】
【図２−５】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２−１】
【図２−２】
【図２−３】
【図２−４】
【図２−５】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−７２１３６（Ｐ２００８−７２１３６Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７６６５２（Ｐ２００７−２７６６５２）
【出願日】平成１９年１０月２４日（２００７．１０．２４）
【分割の表示】特願２００３−３９７９７８（Ｐ２００３−３９７９７８）の分割
【原出願日】平成１５年１１月２７日（２００３．１１．２７）
【出願人】（８０５００００１８）財団法人名古屋産業科学研究所 (55)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２４日（２００７．１０．２４）
【分割の表示】特願２００３−３９７９７８（Ｐ２００３−３９７９７８）の分割
【原出願日】平成１５年１１月２７日（２００３．１１．２７）
【出願人】（８０５００００１８）財団法人名古屋産業科学研究所 (55)
【Ｆターム（参考）】
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