窒化ガリウム系半導体材料を用いた荷電粒子検出器
【課題】温度制御や放射線損傷の問題を解決することができ、しかも従来よりも検出感度が高く、作製が容易な荷電粒子検出器を提供する。
【解決手段】本発明に係る荷電粒子検出器１は、ｎ型のＳｉＣ基板２と、ＳｉＣ基板２の検出面５ａ側の面にバッファ層３、４を介して設けられ、バッファ層４に接していない面が検出面５ａであるアンドープのＧａＮ層５と、ＧａＮ層５の検出面５ａに設けられ、ＧａＮ層５とショットキー接触する第１金属電極６と、ＳｉＣ基板２の、バッファ層３に接していない面に設けられ、ＳｉＣ基板２とオーミック接触する第２金属電極８とを備える。また、ＧａＮ層５の厚さは、９００ｎｍ以上であることが好ましい。
【解決手段】本発明に係る荷電粒子検出器１は、ｎ型のＳｉＣ基板２と、ＳｉＣ基板２の検出面５ａ側の面にバッファ層３、４を介して設けられ、バッファ層４に接していない面が検出面５ａであるアンドープのＧａＮ層５と、ＧａＮ層５の検出面５ａに設けられ、ＧａＮ層５とショットキー接触する第１金属電極６と、ＳｉＣ基板２の、バッファ層３に接していない面に設けられ、ＳｉＣ基板２とオーミック接触する第２金属電極８とを備える。また、ＧａＮ層５の厚さは、９００ｎｍ以上であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射された荷電粒子のエネルギー（ｅＶ）の多寡を検出する荷電粒子検出器に関し、特に、検出層としてワイドギャップ半導体である窒化ガリウム系半導体材料を用いた荷電粒子検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力分野、宇宙開発分野、医療分野、及び原子核・素粒子物理学分野等においては、放射荷電粒子をはじめとする荷電粒子のエネルギーを同定することが不可欠となっている。荷電粒子を検出する検出器には様々な種類のものが存在するが、その中でも、検出層として半導体材料を使用する半導体荷電粒子検出器（以下、単に「荷電粒子検出器」という）は、荷電粒子のエネルギーの多寡を高精度に検出することができることから、利用が進められている。
【０００３】
従来から使用されている荷電粒子検出器の多くは、検出層の半導体材料として、シリコンまたはゲルマニウムを使用している。しかしながら、これらの半導体材料を用いた荷電粒子検出器は、（１）温度制御（冷却）が必要で、しかも（２）放射線の積算照射によって損傷するといった問題を有しており、使用環境が制限されるとともに、ランニングコストが高くなっていた。
【０００４】
そこで近年では、様々な電子デバイスの材料として実用化が進められている窒化ガリウムを検出層に使用した荷電粒子検出器も検討されている（例えば、非特許文献１参照）。
ワイドギャップ半導体である窒化ガリウムは、“機械的に堅牢”、“優れた温度特性”、“放射線損傷に耐性がある”、“化学的に安定で無害”、“高速動作可能”といった物性を有しており、最近では比較的大型で高品質な結晶を得るための技術も確立されてきている。この窒化ガリウムを検出層に使用すれば、上記（１）（２）の問題を解決した荷電粒子検出器を得ることが期待できる。
【非特許文献１】J. Vaitkus et al.,“Semi-insulating GaN and its evaluation for α particle detection”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 509, 2003, p.60-64
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に記載の荷電粒子検出器は、基板として導電性を有さないサファイアを使用しているので、電極の形成が面倒であった。すなわち、この荷電粒子検出器では、検出層であるＳＩ−ＧａＮ層を部分的にエッチング等で除去して電極を形成するいわゆるメサ構造とする必要があるので、作製工程が複雑化していた。また、ＳＩ−ＧａＮ層を部分的に除去すると、検出面（荷電粒子が照射される面）の面積が狭くなるので、同サイズの基板を用いた他の荷電粒子検出器に比べて検出感度が低下していた。
【０００６】
そこで、本発明は、検出層を窒化ガリウム系半導体材料とすることによって上記温度制御や放射線損傷の問題を解決することができ、しかも従来よりも検出感度が高く、作製が容易な荷電粒子検出器を提供するとともに、この荷電粒子検出器に好適な荷電粒子検出システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る荷電粒子検出器は、検出面に向かって照射された荷電粒子の多寡を検出し、電気信号として出力する荷電粒子検出器であって、ｎ型のＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の前記検出面側の面にバッファ層を介して設けられ、前記バッファ層に接していない面が前記検出面であるアンドープのＡｌxＧａ1-xＮ層（ただし、０≦ｘ＜１）と、前記ＡｌxＧａ1-xＮ層の前記検出面に設けられ、前記ＡｌxＧａ1-xＮ層とショットキー接触する第１金属電極と、前記ＳｉＣ基板の、前記バッファ層に接していない面に設けられ、前記ＳｉＣ基板とオーミック接触する第２金属電極とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、基板材料として、導電性を有しているＳｉＣを使用しているので、検出層であるＡｌxＧａ1-xＮ層をエッチング等することなく容易に電極を形成することができ、しかも、検出面の面積が狭くなることもないので、同サイズの基板を用いた従来品よりも検出感度を高めることができる。
また、この構成によれば、検出層として、種々の優れた物性を有する窒化ガリウム系半導体材料を使用しているので、温度制御や放射線損傷の問題を解決することもできる。
【０００９】
上記荷電粒子検出器において、前記ＡｌxＧａ1-xＮ層の厚さは９００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る荷電粒子検出システムは、上記荷電粒子検出器に所定のバイアス電圧を印加しながら、検出面に向かって照射される荷電粒子のエネルギーの多寡を検出する荷電粒子検出システムであって、一端が前記第１金属電極側に接続されるとともに他端が前記第２金属電極側に接続され、前記第１金属電極を基準として前記第２金属電極に前記所定のバイアス電圧を印加する直流電圧供給手段と、前記直流電圧供給手段の他端から前記第２金属電極に向かって流れる電流の多寡を検出する電流検出手段とを備え、前記電流検出手段で検出された前記電流の多寡に基づいて、照射された荷電粒子のエネルギーの多寡を検出でき、さらに該検出の際に、前記所定のバイアス電圧を０Ｖ〜−３０Ｖの範囲を含む任意の電圧に設定できるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、荷電粒子検出器に比較的大きな負のバイアス電圧を印加することにより、荷電粒子検出器内の空乏層領域を拡げることができるので、荷電粒子に対する検出感度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、検出層を窒化ガリウム系半導体材料とすることによって上記温度制御や放射線損傷の問題を解決することができ、しかも従来よりも検出感度が高く、作製が容易な荷電粒子検出器を提供することができる。
また、本発明によれば、この荷電粒子検出器に好適な荷電粒子検出システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る荷電粒子検出器及び荷電粒子検出システムの好ましい実施形態及び諸特性について説明する。なお、以下に示す実施形態はほんの一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１４】
［構成・作製方法］
図１に、本発明に係る荷電粒子検出器を示す。図１（Ａ）に示すように、荷電粒子検出器１は、主に、ｎ型（ｎ−）のＳｉＣ基板２と、第１バッファ層３と、第２バッファ層４と、検出層であるアンドープ（ｕ−）のＧａＮ層５とからなり、検出面５ａに照射された荷電粒子のエネルギーを検出層で検出し、それに応じた電気信号が第１金属電極６及び第２金属電極８から出力される。
【００１５】
ｎ−ＳｉＣ基板２は、厚さが２５０μｍで、比抵抗が０．０４〜０．０６Ωｃｍである。ｎ−ＳｉＣ基板２の表面（検出面５ａ側の面）側に設けられた第１バッファ層３と第２バッファ層４は、ＡｌＮ及びＡｌＧａＮをはじめとするIII−Ｖ族化合物半導体材料のヘテロ構造であり、ＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長法）で形成される。なお、第１バッファ層３及び第２バッファ層４はｕ−ＧａＮ層５の品質を向上させるためのもので、本発明では、第１バッファ層３と第２バッファ層４の材料は特に限定されない。また、ｕ−ＧａＮ層５の品質が維持できるのであれば、バッファ層はいずれか一方のみでもよい。
【００１６】
検出層であるｕ−ＧａＮ層５は、ＭＯＣＶＤ法で形成される。不純物濃度は、１０15〜１０16／ｃｍ3である。一般に、荷電粒子検出器の検出感度を上げるためには、逆バイアス電圧を印加した際に形成される空乏層領域を拡げるために、検出層を厚く形成することが望ましい。しかしながら、検出層を厚く形成すると、製造コストの上昇及びスループットの低下を招くとともに、検出層の品質維持が困難になってくる。そこで、以下に示す実施例では、これらの点を考慮して、検出層であるｕ−ＧａＮ層５の厚さを９００ｎｍと１８００ｎｍの２通りとした。
【００１７】
ｕ−ＧａＮをはじめとするIII−Ｖ族化合物半導体材料は受光素子の検出層材料としても使用されるが、受光素子の分野では受光感度を高めるために検出層を厚くする必要がないので、検出層の厚さは一般に１００〜３００ｎｍ程度である。すなわち、本発明に係る荷電粒子検出器１の検出層（ｕ−ＧａＮ層５）は、受光素子の検出層に比べて、かなり厚く形成されていることになる。そして、これにより、荷電粒子に対する検出感度を高めている。なお、検出層が薄い受光素子を荷電粒子検出器に転用しただけでは、空乏層領域が拡がり得ないので、検出感度を高くすることはできない。
【００１８】
第１金属電極６は、厚さ１ｎｍのＮｉと厚さ４ｎｍのＡｕとを蒸着して形成し、その後、Ｉ−Ｖ特性を改善するために窒素雰囲気中で４５０℃／１０分間の熱アニールを行った。この熱アニールは省略することができる。また、電極材料は、他の公知の材料（Ｐｔ、Ｐｄ等）に置き換えることもできる。形成された第１金属電極６はｕ−ＧａＮ層５にショットキー接触し、照射された荷電粒子は、第１金属電極６を透過して検出層であるｕ−ＧａＮ層５に到達する。
【００１９】
本実施形態では、第１金属電極６上にさらにワイヤボンディング用パッド７を蒸着により形成した。材料は、Ａｕである。
【００２０】
第２金属電極８は、厚さ８０ｎｍのＴｉと厚さ２００ｎｍのＡｕとを蒸着して形成し、その後、Ｉ−Ｖ特性を改善するために窒素雰囲気中で７００℃／４０分間の熱アニールを行った。この熱アニールも省略することができる。形成された第２金属電極８はｎ−ＳｉＣ基板２にオーミック接触する。
【００２１】
図１（Ａ）に示す荷電粒子検出器１を、検出面５ａ側から見たのが図１（Ｂ）である。
本実施形態では、ｎ−ＳｉＣ基板２、ｕ−ＧａＮ層５及びその間の各層のサイズを８２０μｍ角とし、第１及び第２金属電極６、８のサイズを５００μｍ角とした。また、ワイヤボンディング用パッド７のサイズは１２０μｍ角とし、第１金属電極６の角部付近に配置した。第１及び第２金属電極６、８は、ｕ−ＧａＮ層５等と同サイズにしてもよい。また、照射された荷電粒子はワイヤボンディング用パッド７を透過することができないので、検出感度を上げる観点から、ワイヤボンディング用パッド７のサイズは、ボンディングに支障が生じない範囲で小さくすることが好ましい。
【００２２】
図２は、本発明に係る荷電粒子検出器１を用いた荷電粒子検出システムの構成模式図である。荷電粒子検出システムは、ワイヤボンディング用パッド７（第１金属電極６）と第２金属電極８の間に、抵抗Ｒ及びコンデンサＣを介して接続された直流電源（直流電圧供給手段）と、該直流電源から第２金属電極８に流れて行く電流を電圧に変換して検出する電流検出手段とを備えている。図２に示す一例において、電流検出手段は、具体的には抵抗Ｒと増幅器Ａｍｐとからなる。直流電源によって、第１金属電極６を基準とした負のバイアス電圧ＶＢ（逆バイアス電圧）が第２金属電極８に印加されると、ｕ−ＧａＮ層５内にバイアス電圧ＶＢの多寡に応じた空乏層領域が形成される。そして、照射された荷電粒子がこの空乏層領域内を通過すると、照射された荷電粒子のエネルギーに応じた量の電子正孔対が形成され、第２金属電極８側から第１金属電極６側に向かって電流Ｉが流れる。電流Ｉが流れた際の第２金属電極８の電圧は、適宜増幅された後に電圧Ｖｏｕｔとして出力される。
【００２３】
つまり、図２に示す荷電粒子検出システムによれば、荷電粒子検出器１を用いて荷電粒子のエネルギーの多寡を電気信号に変換することができる。そして、この電気信号を検出することにより、照射された荷電粒子のエネルギーを測定することができる。
【００２４】
［特性試験］
続いて、ｕ−ＧａＮ層の厚さを１８００ｎｍ（実施例１）、及び９００ｎｍ（実施例２）とした本発明に係る荷電粒子検出器について、各種試験（試験１：光応答特性、試験２：Ｉ−Ｖ特性、試験３：α線照射時の電荷分布、試験４：放射線耐性）を行った結果について説明する。試験３と４については、比較例として、シリコンを検出層とした浜松ホトニクス社製のＰＩＮフォトダイオード「Ｓ５８２１」についても試験を行った。ただし、図３に示すように、ＰＩＮフォトダイオードと各実施例に係る荷電粒子検出器は構成が大きく異なっているので、Ｓ５８２１の試験結果は単なる参考に過ぎず、各実施例の試験結果と直接対比できるものではない。なお、Ｓ５８２１の詳細については、同社ＨＰ（http://jp.hamamatsu.com/products/sensor-ssd/pd163/pd165/pd166/S5821/index_ja.html）で確認することができる。
【００２５】
［特性試験１：光応答特性］
光応答特性は、図４に示す測定系で試験を行った。この試験において、荷電粒子検出器には、電源によって所定のバイアス電圧が印加されるとともに、光源であるＸｅランプから発せられた光を分光して得た特定波長の光が照射される。そして、照射された光に応じて荷電粒子検出器から出力される電流が、電流計で測定される。ＰＣでは、荷電粒子検出器に照射している光の波長と、当該波長における電流量とが対応付けられて保持される。つまり、この試験によれば、検出層であるｕ−ＧａＮ層がどの波長の光に対して感度が高いか（電流が多く流れるか）を特定することができる。そして、これにより、検出層であるｕ−ＧａＮ層の品質を評価することができる。
【００２６】
図５（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ、実施例１及び実施例２に係る荷電粒子検出器の光応答特性を示すグラフである。バイアス電圧は０Ｖ、測定温度は室温である。
いずれのグラフにおいても、３６０ｎｍ付近がカットオフ波長であることが分かる。この値をバンドギャップエネルギーに換算すると３．４４ｅＶとなり、ＧａＮのバンドギャップエネルギーとほぼ一致する。すなわち、この試験では、実施例１及び実施例２のいずれにおいても、高品質のｕ−ＧａＮ層が形成できていることが確認できた。
【００２７】
［特性試験２：Ｉ−Ｖ特性］
Ｉ−Ｖ特性は、図６に示す測定系で試験を行った。この試験において、荷電粒子検出器は、荷電粒子、光その他のノイズを遮断することができるテストフィクスチャ内に配置される。電源・電流計は荷電粒子検出器にバイアス電圧を印加しながら、荷電粒子検出器から出力される電流を測定する。つまり、この試験によれば、荷電粒子その他の光が照射されていないにもかかわらず流れてしまう電流（以下、「暗電流」という）の多寡を評価することができる。
【００２８】
図７（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ、実施例１及び実施例２に係る荷電粒子検出器のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。測定温度は室温である。
図７（Ａ）に示すように、実施例１に係る荷電粒子検出器では、−５０Ｖのバイアス電圧を印加した際に流れる暗電流は僅かに１０ｎＡ／ｃｍ3程度であった。そして、図示を省略しているが、バイアス電圧を−７０Ｖ程度まで上げると、暗電流は急激に増加した。図７（Ｂ）に示す実施例２に係る荷電粒子検出器の試験結果においても、同じような傾向が見られた。すなわち、−２０Ｖのバイアス電圧を印加した際に流れる暗電流は僅かに１０ｎＡ／ｃｍ3程度であったが、バイアス電圧を−４０Ｖ程度まで上げると暗電流は急激に増加した。
【００２９】
つまり、本試験では、実施例１及び実施例２のいずれにおいても、バイアス電圧を極端に上げない限り、暗電流は非常に微小であることが確認できた。
また、検出層を厚く形成した実施例１に係る荷電粒子検出器は、実施例２に係る荷電粒子検出器よりも逆バイアス耐圧が大きかった。したがって、実施例１に係る荷電粒子検出器の方が、荷電粒子を検出する際に、より大きなバイアス電圧を印加することができるので、空乏層領域が拡がり、高い検出感度が期待できる。
【００３０】
［特性試験３：α線照射時の電荷分布］
α線照射時の電荷分布は、図８に示す測定系で試験を行った。この試験において、荷電粒子検出器は、α線源241Ａｍとともにセル内に配置され、電源によって所定のバイアス電圧が印加される。ここで、セルは、α線源241Ａｍから照射されるα線以外の荷電粒子、光等が荷電粒子検出器に照射されるのを防ぐための、密閉された容器である。
【００３１】
エネルギーを一定（約４ＭｅＶ）にしたパルス状のα線がα線源241Ａｍから荷電粒子検出器に照射されると、荷電粒子検出器から当該α線のエネルギーに応じた電気信号（アナログ信号）が出力される。電気信号は、プリアンプで増幅された後に、整形アンプで整形され、ＡＤＣ（A/D Converter）に入力される。ＡＤＣは、入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換し、ＰＣに出力する。ＰＣは、入力されたディジタル信号を記憶する。なお、ディスクリミネータ及びゲートジェネレータは、相前後して照射されたパルス状α線に応じて出力される電気信号同士が混ざり合うのを防ぐためのものである。
【００３２】
以上の動作を繰り返し行うことにより、ＰＣには、連続的に照射されたパルス状α線のエネルギーをＡ／Ｄ変換して得られたディジタル信号が逐次記憶されていく。そして、記憶されたディジタル信号群の分布から、荷電粒子検出器としての基本性能、すなわち、一定のエネルギーを有するα線の照射に対して、常に一定の出力信号を得ることができるかどうかを評価することができる。
【００３３】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１、実施例２及び比較例に係る荷電粒子検出器にα線を照射した際の電荷分布を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸の“チャンネル”はＰＣに入力されたディジタル信号（α線のエネルギーをＡ／Ｄ変換した信号）に対応し、縦軸の“カウント”は当該ディジタル信号がＰＣに入力された回数を示す。照射されるα線のエネルギーは一定なので、ある１つのチャンネルに鋭いピークが現れるのが理想的である。しかしながら、実際には、α線源241Ａｍから出力されるα線のエネルギー自体のゆらぎ等により、ある範囲（例えば、図９（Ｂ）では５０〜８０）のチャンネルがカウントされる。
【００３４】
図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、実施例１及び実施例２に係る荷電粒子検出器のいずれにおいても、α線を検出できることが確認できた。なお、バイアス電圧を大きくするにつれてチャンネル（α線のエネルギーに相当）が増加したのは、空乏層領域が拡がったこと、及びドリフト速度が上昇したことによると考えられる。また、特に実施例１に係る荷電粒子検出器（図９（Ａ））において、バイアス電圧を大きくするにつれて検出されたエネルギー（チャンネル）のバラツキが大きくなったのは、暗電流が増加したためだと考えられる。
【００３５】
［特性試験４：放射線耐性］
放射線耐性は、電子線を照射する前のＩ−Ｖ特性と、電子線を照射した後のＩ−Ｖ特性とを比較することによって試験を行った。照射した電子線のエネルギーは、約２×１０14ｅ／ｃｍ2、約２×１０15ｅ／ｃｍ2、約３×１０16ｅ／ｃｍ2の３種類である。また、Ｉ−Ｖ特性は、図６に示す測定系で測定した。
【００３６】
図１０（Ａ）に示すように、実施例２に係る荷電粒子検出器では、電子線を照射しても暗電流はほとんど増加しなかった。例えば、約３×１０16ｅ／ｃｍ2という極端にエネルギーが高い電子線を照射した場合においても、バイアス電圧−５Ｖ時の暗電流の増加は僅かに２倍程度である。これに対して、シリコンを用いた従来の荷電粒子検出器（Ｓ５８２１）では、照射する電子線のエネルギーが上昇するにつれて、暗電流が大幅に増加した（図１０（Ｂ）参照）。例えば、約３×１０16ｅ／ｃｍ2の電子線を照射することにより、バイアス電圧−５Ｖ時の暗電流は約１０万倍に増加した。
【００３７】
この試験では、本発明に係る荷電粒子検出器は、シリコンを用いた従来の荷電粒子検出器よりも放射線耐性が優れていることが確認できた。
【００３８】
以上、本発明に係る荷電粒子検出器の好ましい実施形態及びその諸特性について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、検出層材料はアンドープのＧａＮに限定されず、適宜Ａｌ等の他のIII族元素を加えてＡｌxＧａ1-xＮ層（ただし、０≦ｘ＜１）としてもよい。バッファ層の材料が任意であることは前記の通りである。
また、本明細書中の用語“アンドープ”とは、意図的にドーピングを行っていないことを意味し、不純物が全く含まれていないことを意味するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る荷電粒子検出器の一実施形態を示す模式図であって、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は検出面側から見た平面図である。
【図２】本発明に係る荷電粒子検出システムの一実施形態を示す図である。
【図３】一般的なＰＩＮフォトダイオードを模式的に表した縦断面図である。
【図４】荷電粒子検出器の光応答特性を測定するための測定系を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る荷電粒子検出器の光応答特性を示すグラフであって、（Ａ）は実施例１に係る荷電粒子検出器、（Ｂ）は実施例２に係る荷電粒子検出器の光応答特性である。
【図６】荷電粒子検出器のＩ−Ｖ特性を測定するための測定系を示すブロック図である。
【図７】本発明に係る荷電粒子検出器のＩ−Ｖ特性を示すグラフであって、（Ａ）は実施例１に係る荷電粒子検出器、（Ｂ）は実施例２に係る荷電粒子検出器のＩ−Ｖ特性である。
【図８】荷電粒子検出器のα線検出特性を測定するための測定系を示すブロック図である。
【図９】荷電粒子検出器のα線検出特性を示すグラフであって、（Ａ）は実施例１に係る荷電粒子検出器、（Ｂ）は実施例２に係る荷電粒子検出器、（Ｃ）は比較例に係る荷電粒子検出器のα線検出特性である。
【図１０】荷電粒子検出器の電子線照射前後のＩ−Ｖ特性を示すグラフであって、（Ａ）は実施例２に係る荷電粒子検出器、（Ｂ）は比較例に係る荷電粒子検出器のＩ−Ｖ特性である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 荷電粒子検出器
２ 半導体基板
３ 第１バッファ層
４ 第２バッファ層
５ 検出層
５ａ 検出面
６ 第１金属電極
７ ワイヤボンディング用パッド
８ 第２金属電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射された荷電粒子のエネルギー（ｅＶ）の多寡を検出する荷電粒子検出器に関し、特に、検出層としてワイドギャップ半導体である窒化ガリウム系半導体材料を用いた荷電粒子検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力分野、宇宙開発分野、医療分野、及び原子核・素粒子物理学分野等においては、放射荷電粒子をはじめとする荷電粒子のエネルギーを同定することが不可欠となっている。荷電粒子を検出する検出器には様々な種類のものが存在するが、その中でも、検出層として半導体材料を使用する半導体荷電粒子検出器（以下、単に「荷電粒子検出器」という）は、荷電粒子のエネルギーの多寡を高精度に検出することができることから、利用が進められている。
【０００３】
従来から使用されている荷電粒子検出器の多くは、検出層の半導体材料として、シリコンまたはゲルマニウムを使用している。しかしながら、これらの半導体材料を用いた荷電粒子検出器は、（１）温度制御（冷却）が必要で、しかも（２）放射線の積算照射によって損傷するといった問題を有しており、使用環境が制限されるとともに、ランニングコストが高くなっていた。
【０００４】
そこで近年では、様々な電子デバイスの材料として実用化が進められている窒化ガリウムを検出層に使用した荷電粒子検出器も検討されている（例えば、非特許文献１参照）。
ワイドギャップ半導体である窒化ガリウムは、“機械的に堅牢”、“優れた温度特性”、“放射線損傷に耐性がある”、“化学的に安定で無害”、“高速動作可能”といった物性を有しており、最近では比較的大型で高品質な結晶を得るための技術も確立されてきている。この窒化ガリウムを検出層に使用すれば、上記（１）（２）の問題を解決した荷電粒子検出器を得ることが期待できる。
【非特許文献１】J. Vaitkus et al.,“Semi-insulating GaN and its evaluation for α particle detection”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 509, 2003, p.60-64
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に記載の荷電粒子検出器は、基板として導電性を有さないサファイアを使用しているので、電極の形成が面倒であった。すなわち、この荷電粒子検出器では、検出層であるＳＩ−ＧａＮ層を部分的にエッチング等で除去して電極を形成するいわゆるメサ構造とする必要があるので、作製工程が複雑化していた。また、ＳＩ−ＧａＮ層を部分的に除去すると、検出面（荷電粒子が照射される面）の面積が狭くなるので、同サイズの基板を用いた他の荷電粒子検出器に比べて検出感度が低下していた。
【０００６】
そこで、本発明は、検出層を窒化ガリウム系半導体材料とすることによって上記温度制御や放射線損傷の問題を解決することができ、しかも従来よりも検出感度が高く、作製が容易な荷電粒子検出器を提供するとともに、この荷電粒子検出器に好適な荷電粒子検出システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る荷電粒子検出器は、検出面に向かって照射された荷電粒子の多寡を検出し、電気信号として出力する荷電粒子検出器であって、ｎ型のＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の前記検出面側の面にバッファ層を介して設けられ、前記バッファ層に接していない面が前記検出面であるアンドープのＡｌxＧａ1-xＮ層（ただし、０≦ｘ＜１）と、前記ＡｌxＧａ1-xＮ層の前記検出面に設けられ、前記ＡｌxＧａ1-xＮ層とショットキー接触する第１金属電極と、前記ＳｉＣ基板の、前記バッファ層に接していない面に設けられ、前記ＳｉＣ基板とオーミック接触する第２金属電極とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、基板材料として、導電性を有しているＳｉＣを使用しているので、検出層であるＡｌxＧａ1-xＮ層をエッチング等することなく容易に電極を形成することができ、しかも、検出面の面積が狭くなることもないので、同サイズの基板を用いた従来品よりも検出感度を高めることができる。
また、この構成によれば、検出層として、種々の優れた物性を有する窒化ガリウム系半導体材料を使用しているので、温度制御や放射線損傷の問題を解決することもできる。
【０００９】
上記荷電粒子検出器において、前記ＡｌxＧａ1-xＮ層の厚さは９００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る荷電粒子検出システムは、上記荷電粒子検出器に所定のバイアス電圧を印加しながら、検出面に向かって照射される荷電粒子のエネルギーの多寡を検出する荷電粒子検出システムであって、一端が前記第１金属電極側に接続されるとともに他端が前記第２金属電極側に接続され、前記第１金属電極を基準として前記第２金属電極に前記所定のバイアス電圧を印加する直流電圧供給手段と、前記直流電圧供給手段の他端から前記第２金属電極に向かって流れる電流の多寡を検出する電流検出手段とを備え、前記電流検出手段で検出された前記電流の多寡に基づいて、照射された荷電粒子のエネルギーの多寡を検出でき、さらに該検出の際に、前記所定のバイアス電圧を０Ｖ〜−３０Ｖの範囲を含む任意の電圧に設定できるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、荷電粒子検出器に比較的大きな負のバイアス電圧を印加することにより、荷電粒子検出器内の空乏層領域を拡げることができるので、荷電粒子に対する検出感度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、検出層を窒化ガリウム系半導体材料とすることによって上記温度制御や放射線損傷の問題を解決することができ、しかも従来よりも検出感度が高く、作製が容易な荷電粒子検出器を提供することができる。
また、本発明によれば、この荷電粒子検出器に好適な荷電粒子検出システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る荷電粒子検出器及び荷電粒子検出システムの好ましい実施形態及び諸特性について説明する。なお、以下に示す実施形態はほんの一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１４】
［構成・作製方法］
図１に、本発明に係る荷電粒子検出器を示す。図１（Ａ）に示すように、荷電粒子検出器１は、主に、ｎ型（ｎ−）のＳｉＣ基板２と、第１バッファ層３と、第２バッファ層４と、検出層であるアンドープ（ｕ−）のＧａＮ層５とからなり、検出面５ａに照射された荷電粒子のエネルギーを検出層で検出し、それに応じた電気信号が第１金属電極６及び第２金属電極８から出力される。
【００１５】
ｎ−ＳｉＣ基板２は、厚さが２５０μｍで、比抵抗が０．０４〜０．０６Ωｃｍである。ｎ−ＳｉＣ基板２の表面（検出面５ａ側の面）側に設けられた第１バッファ層３と第２バッファ層４は、ＡｌＮ及びＡｌＧａＮをはじめとするIII−Ｖ族化合物半導体材料のヘテロ構造であり、ＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長法）で形成される。なお、第１バッファ層３及び第２バッファ層４はｕ−ＧａＮ層５の品質を向上させるためのもので、本発明では、第１バッファ層３と第２バッファ層４の材料は特に限定されない。また、ｕ−ＧａＮ層５の品質が維持できるのであれば、バッファ層はいずれか一方のみでもよい。
【００１６】
検出層であるｕ−ＧａＮ層５は、ＭＯＣＶＤ法で形成される。不純物濃度は、１０15〜１０16／ｃｍ3である。一般に、荷電粒子検出器の検出感度を上げるためには、逆バイアス電圧を印加した際に形成される空乏層領域を拡げるために、検出層を厚く形成することが望ましい。しかしながら、検出層を厚く形成すると、製造コストの上昇及びスループットの低下を招くとともに、検出層の品質維持が困難になってくる。そこで、以下に示す実施例では、これらの点を考慮して、検出層であるｕ−ＧａＮ層５の厚さを９００ｎｍと１８００ｎｍの２通りとした。
【００１７】
ｕ−ＧａＮをはじめとするIII−Ｖ族化合物半導体材料は受光素子の検出層材料としても使用されるが、受光素子の分野では受光感度を高めるために検出層を厚くする必要がないので、検出層の厚さは一般に１００〜３００ｎｍ程度である。すなわち、本発明に係る荷電粒子検出器１の検出層（ｕ−ＧａＮ層５）は、受光素子の検出層に比べて、かなり厚く形成されていることになる。そして、これにより、荷電粒子に対する検出感度を高めている。なお、検出層が薄い受光素子を荷電粒子検出器に転用しただけでは、空乏層領域が拡がり得ないので、検出感度を高くすることはできない。
【００１８】
第１金属電極６は、厚さ１ｎｍのＮｉと厚さ４ｎｍのＡｕとを蒸着して形成し、その後、Ｉ−Ｖ特性を改善するために窒素雰囲気中で４５０℃／１０分間の熱アニールを行った。この熱アニールは省略することができる。また、電極材料は、他の公知の材料（Ｐｔ、Ｐｄ等）に置き換えることもできる。形成された第１金属電極６はｕ−ＧａＮ層５にショットキー接触し、照射された荷電粒子は、第１金属電極６を透過して検出層であるｕ−ＧａＮ層５に到達する。
【００１９】
本実施形態では、第１金属電極６上にさらにワイヤボンディング用パッド７を蒸着により形成した。材料は、Ａｕである。
【００２０】
第２金属電極８は、厚さ８０ｎｍのＴｉと厚さ２００ｎｍのＡｕとを蒸着して形成し、その後、Ｉ−Ｖ特性を改善するために窒素雰囲気中で７００℃／４０分間の熱アニールを行った。この熱アニールも省略することができる。形成された第２金属電極８はｎ−ＳｉＣ基板２にオーミック接触する。
【００２１】
図１（Ａ）に示す荷電粒子検出器１を、検出面５ａ側から見たのが図１（Ｂ）である。
本実施形態では、ｎ−ＳｉＣ基板２、ｕ−ＧａＮ層５及びその間の各層のサイズを８２０μｍ角とし、第１及び第２金属電極６、８のサイズを５００μｍ角とした。また、ワイヤボンディング用パッド７のサイズは１２０μｍ角とし、第１金属電極６の角部付近に配置した。第１及び第２金属電極６、８は、ｕ−ＧａＮ層５等と同サイズにしてもよい。また、照射された荷電粒子はワイヤボンディング用パッド７を透過することができないので、検出感度を上げる観点から、ワイヤボンディング用パッド７のサイズは、ボンディングに支障が生じない範囲で小さくすることが好ましい。
【００２２】
図２は、本発明に係る荷電粒子検出器１を用いた荷電粒子検出システムの構成模式図である。荷電粒子検出システムは、ワイヤボンディング用パッド７（第１金属電極６）と第２金属電極８の間に、抵抗Ｒ及びコンデンサＣを介して接続された直流電源（直流電圧供給手段）と、該直流電源から第２金属電極８に流れて行く電流を電圧に変換して検出する電流検出手段とを備えている。図２に示す一例において、電流検出手段は、具体的には抵抗Ｒと増幅器Ａｍｐとからなる。直流電源によって、第１金属電極６を基準とした負のバイアス電圧ＶＢ（逆バイアス電圧）が第２金属電極８に印加されると、ｕ−ＧａＮ層５内にバイアス電圧ＶＢの多寡に応じた空乏層領域が形成される。そして、照射された荷電粒子がこの空乏層領域内を通過すると、照射された荷電粒子のエネルギーに応じた量の電子正孔対が形成され、第２金属電極８側から第１金属電極６側に向かって電流Ｉが流れる。電流Ｉが流れた際の第２金属電極８の電圧は、適宜増幅された後に電圧Ｖｏｕｔとして出力される。
【００２３】
つまり、図２に示す荷電粒子検出システムによれば、荷電粒子検出器１を用いて荷電粒子のエネルギーの多寡を電気信号に変換することができる。そして、この電気信号を検出することにより、照射された荷電粒子のエネルギーを測定することができる。
【００２４】
［特性試験］
続いて、ｕ−ＧａＮ層の厚さを１８００ｎｍ（実施例１）、及び９００ｎｍ（実施例２）とした本発明に係る荷電粒子検出器について、各種試験（試験１：光応答特性、試験２：Ｉ−Ｖ特性、試験３：α線照射時の電荷分布、試験４：放射線耐性）を行った結果について説明する。試験３と４については、比較例として、シリコンを検出層とした浜松ホトニクス社製のＰＩＮフォトダイオード「Ｓ５８２１」についても試験を行った。ただし、図３に示すように、ＰＩＮフォトダイオードと各実施例に係る荷電粒子検出器は構成が大きく異なっているので、Ｓ５８２１の試験結果は単なる参考に過ぎず、各実施例の試験結果と直接対比できるものではない。なお、Ｓ５８２１の詳細については、同社ＨＰ（http://jp.hamamatsu.com/products/sensor-ssd/pd163/pd165/pd166/S5821/index_ja.html）で確認することができる。
【００２５】
［特性試験１：光応答特性］
光応答特性は、図４に示す測定系で試験を行った。この試験において、荷電粒子検出器には、電源によって所定のバイアス電圧が印加されるとともに、光源であるＸｅランプから発せられた光を分光して得た特定波長の光が照射される。そして、照射された光に応じて荷電粒子検出器から出力される電流が、電流計で測定される。ＰＣでは、荷電粒子検出器に照射している光の波長と、当該波長における電流量とが対応付けられて保持される。つまり、この試験によれば、検出層であるｕ−ＧａＮ層がどの波長の光に対して感度が高いか（電流が多く流れるか）を特定することができる。そして、これにより、検出層であるｕ−ＧａＮ層の品質を評価することができる。
【００２６】
図５（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ、実施例１及び実施例２に係る荷電粒子検出器の光応答特性を示すグラフである。バイアス電圧は０Ｖ、測定温度は室温である。
いずれのグラフにおいても、３６０ｎｍ付近がカットオフ波長であることが分かる。この値をバンドギャップエネルギーに換算すると３．４４ｅＶとなり、ＧａＮのバンドギャップエネルギーとほぼ一致する。すなわち、この試験では、実施例１及び実施例２のいずれにおいても、高品質のｕ−ＧａＮ層が形成できていることが確認できた。
【００２７】
［特性試験２：Ｉ−Ｖ特性］
Ｉ−Ｖ特性は、図６に示す測定系で試験を行った。この試験において、荷電粒子検出器は、荷電粒子、光その他のノイズを遮断することができるテストフィクスチャ内に配置される。電源・電流計は荷電粒子検出器にバイアス電圧を印加しながら、荷電粒子検出器から出力される電流を測定する。つまり、この試験によれば、荷電粒子その他の光が照射されていないにもかかわらず流れてしまう電流（以下、「暗電流」という）の多寡を評価することができる。
【００２８】
図７（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ、実施例１及び実施例２に係る荷電粒子検出器のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。測定温度は室温である。
図７（Ａ）に示すように、実施例１に係る荷電粒子検出器では、−５０Ｖのバイアス電圧を印加した際に流れる暗電流は僅かに１０ｎＡ／ｃｍ3程度であった。そして、図示を省略しているが、バイアス電圧を−７０Ｖ程度まで上げると、暗電流は急激に増加した。図７（Ｂ）に示す実施例２に係る荷電粒子検出器の試験結果においても、同じような傾向が見られた。すなわち、−２０Ｖのバイアス電圧を印加した際に流れる暗電流は僅かに１０ｎＡ／ｃｍ3程度であったが、バイアス電圧を−４０Ｖ程度まで上げると暗電流は急激に増加した。
【００２９】
つまり、本試験では、実施例１及び実施例２のいずれにおいても、バイアス電圧を極端に上げない限り、暗電流は非常に微小であることが確認できた。
また、検出層を厚く形成した実施例１に係る荷電粒子検出器は、実施例２に係る荷電粒子検出器よりも逆バイアス耐圧が大きかった。したがって、実施例１に係る荷電粒子検出器の方が、荷電粒子を検出する際に、より大きなバイアス電圧を印加することができるので、空乏層領域が拡がり、高い検出感度が期待できる。
【００３０】
［特性試験３：α線照射時の電荷分布］
α線照射時の電荷分布は、図８に示す測定系で試験を行った。この試験において、荷電粒子検出器は、α線源241Ａｍとともにセル内に配置され、電源によって所定のバイアス電圧が印加される。ここで、セルは、α線源241Ａｍから照射されるα線以外の荷電粒子、光等が荷電粒子検出器に照射されるのを防ぐための、密閉された容器である。
【００３１】
エネルギーを一定（約４ＭｅＶ）にしたパルス状のα線がα線源241Ａｍから荷電粒子検出器に照射されると、荷電粒子検出器から当該α線のエネルギーに応じた電気信号（アナログ信号）が出力される。電気信号は、プリアンプで増幅された後に、整形アンプで整形され、ＡＤＣ（A/D Converter）に入力される。ＡＤＣは、入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換し、ＰＣに出力する。ＰＣは、入力されたディジタル信号を記憶する。なお、ディスクリミネータ及びゲートジェネレータは、相前後して照射されたパルス状α線に応じて出力される電気信号同士が混ざり合うのを防ぐためのものである。
【００３２】
以上の動作を繰り返し行うことにより、ＰＣには、連続的に照射されたパルス状α線のエネルギーをＡ／Ｄ変換して得られたディジタル信号が逐次記憶されていく。そして、記憶されたディジタル信号群の分布から、荷電粒子検出器としての基本性能、すなわち、一定のエネルギーを有するα線の照射に対して、常に一定の出力信号を得ることができるかどうかを評価することができる。
【００３３】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１、実施例２及び比較例に係る荷電粒子検出器にα線を照射した際の電荷分布を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸の“チャンネル”はＰＣに入力されたディジタル信号（α線のエネルギーをＡ／Ｄ変換した信号）に対応し、縦軸の“カウント”は当該ディジタル信号がＰＣに入力された回数を示す。照射されるα線のエネルギーは一定なので、ある１つのチャンネルに鋭いピークが現れるのが理想的である。しかしながら、実際には、α線源241Ａｍから出力されるα線のエネルギー自体のゆらぎ等により、ある範囲（例えば、図９（Ｂ）では５０〜８０）のチャンネルがカウントされる。
【００３４】
図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、実施例１及び実施例２に係る荷電粒子検出器のいずれにおいても、α線を検出できることが確認できた。なお、バイアス電圧を大きくするにつれてチャンネル（α線のエネルギーに相当）が増加したのは、空乏層領域が拡がったこと、及びドリフト速度が上昇したことによると考えられる。また、特に実施例１に係る荷電粒子検出器（図９（Ａ））において、バイアス電圧を大きくするにつれて検出されたエネルギー（チャンネル）のバラツキが大きくなったのは、暗電流が増加したためだと考えられる。
【００３５】
［特性試験４：放射線耐性］
放射線耐性は、電子線を照射する前のＩ−Ｖ特性と、電子線を照射した後のＩ−Ｖ特性とを比較することによって試験を行った。照射した電子線のエネルギーは、約２×１０14ｅ／ｃｍ2、約２×１０15ｅ／ｃｍ2、約３×１０16ｅ／ｃｍ2の３種類である。また、Ｉ−Ｖ特性は、図６に示す測定系で測定した。
【００３６】
図１０（Ａ）に示すように、実施例２に係る荷電粒子検出器では、電子線を照射しても暗電流はほとんど増加しなかった。例えば、約３×１０16ｅ／ｃｍ2という極端にエネルギーが高い電子線を照射した場合においても、バイアス電圧−５Ｖ時の暗電流の増加は僅かに２倍程度である。これに対して、シリコンを用いた従来の荷電粒子検出器（Ｓ５８２１）では、照射する電子線のエネルギーが上昇するにつれて、暗電流が大幅に増加した（図１０（Ｂ）参照）。例えば、約３×１０16ｅ／ｃｍ2の電子線を照射することにより、バイアス電圧−５Ｖ時の暗電流は約１０万倍に増加した。
【００３７】
この試験では、本発明に係る荷電粒子検出器は、シリコンを用いた従来の荷電粒子検出器よりも放射線耐性が優れていることが確認できた。
【００３８】
以上、本発明に係る荷電粒子検出器の好ましい実施形態及びその諸特性について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、検出層材料はアンドープのＧａＮに限定されず、適宜Ａｌ等の他のIII族元素を加えてＡｌxＧａ1-xＮ層（ただし、０≦ｘ＜１）としてもよい。バッファ層の材料が任意であることは前記の通りである。
また、本明細書中の用語“アンドープ”とは、意図的にドーピングを行っていないことを意味し、不純物が全く含まれていないことを意味するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る荷電粒子検出器の一実施形態を示す模式図であって、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は検出面側から見た平面図である。
【図２】本発明に係る荷電粒子検出システムの一実施形態を示す図である。
【図３】一般的なＰＩＮフォトダイオードを模式的に表した縦断面図である。
【図４】荷電粒子検出器の光応答特性を測定するための測定系を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る荷電粒子検出器の光応答特性を示すグラフであって、（Ａ）は実施例１に係る荷電粒子検出器、（Ｂ）は実施例２に係る荷電粒子検出器の光応答特性である。
【図６】荷電粒子検出器のＩ−Ｖ特性を測定するための測定系を示すブロック図である。
【図７】本発明に係る荷電粒子検出器のＩ−Ｖ特性を示すグラフであって、（Ａ）は実施例１に係る荷電粒子検出器、（Ｂ）は実施例２に係る荷電粒子検出器のＩ−Ｖ特性である。
【図８】荷電粒子検出器のα線検出特性を測定するための測定系を示すブロック図である。
【図９】荷電粒子検出器のα線検出特性を示すグラフであって、（Ａ）は実施例１に係る荷電粒子検出器、（Ｂ）は実施例２に係る荷電粒子検出器、（Ｃ）は比較例に係る荷電粒子検出器のα線検出特性である。
【図１０】荷電粒子検出器の電子線照射前後のＩ−Ｖ特性を示すグラフであって、（Ａ）は実施例２に係る荷電粒子検出器、（Ｂ）は比較例に係る荷電粒子検出器のＩ−Ｖ特性である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 荷電粒子検出器
２ 半導体基板
３ 第１バッファ層
４ 第２バッファ層
５ 検出層
５ａ 検出面
６ 第１金属電極
７ ワイヤボンディング用パッド
８ 第２金属電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出面に向かって照射された荷電粒子のエネルギーの多寡を検出し、電気信号として出力する荷電粒子検出器であって、
ｎ型のＳｉＣ基板と、
前記ＳｉＣ基板の前記検出面側の面にバッファ層を介して設けられ、前記バッファ層に接していない面が前記検出面であるアンドープのＡｌxＧａ1-xＮ層（ただし、０≦ｘ＜１）と、
前記ＡｌxＧａ1-xＮ層の前記検出面に設けられ、前記ＡｌxＧａ1-xＮ層とショットキー接触する第１金属電極と、
前記ＳｉＣ基板の、前記バッファ層に接していない面に設けられ、前記ＳｉＣ基板とオーミック接触する第２金属電極と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子検出器。
【請求項２】
前記ＡｌxＧａ1-xＮ層の厚さが９００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子検出器。
【請求項３】
請求項２に記載されている荷電粒子検出器に所定のバイアス電圧を印加しながら、検出面に向かって照射される荷電粒子のエネルギーの多寡を検出する荷電粒子検出システムであって、
一端が前記第１金属電極側に接続されるとともに他端が前記第２金属電極側に接続され、前記第１金属電極を基準として前記第２金属電極に前記所定のバイアス電圧を印加する直流電圧供給手段と、
前記直流電圧供給手段の他端から前記第２金属電極に向かって流れる電流の多寡を検出する電流検出手段と、
を備え、前記電流検出手段で検出された前記電流の多寡に基づいて、照射された荷電粒子のエネルギーの多寡を検出でき、さらに該検出の際に、前記所定のバイアス電圧を０Ｖ〜−３０Ｖの範囲を含む任意の電圧に設定できるようにしたことを特徴とする荷電粒子検出システム。
【請求項１】
検出面に向かって照射された荷電粒子のエネルギーの多寡を検出し、電気信号として出力する荷電粒子検出器であって、
ｎ型のＳｉＣ基板と、
前記ＳｉＣ基板の前記検出面側の面にバッファ層を介して設けられ、前記バッファ層に接していない面が前記検出面であるアンドープのＡｌxＧａ1-xＮ層（ただし、０≦ｘ＜１）と、
前記ＡｌxＧａ1-xＮ層の前記検出面に設けられ、前記ＡｌxＧａ1-xＮ層とショットキー接触する第１金属電極と、
前記ＳｉＣ基板の、前記バッファ層に接していない面に設けられ、前記ＳｉＣ基板とオーミック接触する第２金属電極と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子検出器。
【請求項２】
前記ＡｌxＧａ1-xＮ層の厚さが９００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子検出器。
【請求項３】
請求項２に記載されている荷電粒子検出器に所定のバイアス電圧を印加しながら、検出面に向かって照射される荷電粒子のエネルギーの多寡を検出する荷電粒子検出システムであって、
一端が前記第１金属電極側に接続されるとともに他端が前記第２金属電極側に接続され、前記第１金属電極を基準として前記第２金属電極に前記所定のバイアス電圧を印加する直流電圧供給手段と、
前記直流電圧供給手段の他端から前記第２金属電極に向かって流れる電流の多寡を検出する電流検出手段と、
を備え、前記電流検出手段で検出された前記電流の多寡に基づいて、照射された荷電粒子のエネルギーの多寡を検出でき、さらに該検出の際に、前記所定のバイアス電圧を０Ｖ〜−３０Ｖの範囲を含む任意の電圧に設定できるようにしたことを特徴とする荷電粒子検出システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−６７７３８（Ｐ２０１０−６７７３８Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３１７９４（Ｐ２００８−２３１７９４）
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年８月２１日 平成２０年度電気関係学会東北支部 連合大会実行委員会発行の「平成２０年度 電気関係学会東北支部連合大会 講演論文集」に発表
【出願人】（５０４１６５５９１）国立大学法人岩手大学 (222)
【出願人】（５０３０２７９３１）学校法人同志社 (346)
【出願人】（３０５０３８７８４）ＡＬＧＡＮ株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年８月２１日 平成２０年度電気関係学会東北支部 連合大会実行委員会発行の「平成２０年度 電気関係学会東北支部連合大会 講演論文集」に発表
【出願人】（５０４１６５５９１）国立大学法人岩手大学 (222)
【出願人】（５０３０２７９３１）学校法人同志社 (346)
【出願人】（３０５０３８７８４）ＡＬＧＡＮ株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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