(57)【要約】  【課題】化合物半導体を用いる放射線検出器において、検出素子を複数配列する際の検出素子間の電気的分離を改善する。  【解決手段】図４左に示すように、基板(１)にｐ−型半導体を用い、ｎ＋層(３)のドーピングを行う。隣接する検出素子間ではｎ−ｐ−ｎ接合となり、電流が流れない。また、図４中で示すように、ｎ層をドーピングする前にｐ層を作成することも考えられる。これは、検出素子間に選択的に作成した例である。上面全体にｐ層を作成し、その上からｎ＋層を島状(スポット状)に形成するものであってもよい。ｎ＋層には信号を取り出すための電極を設ける。また基板の反対側には共通電極を設けるものとする。共通電極側にはｐ＋層をドーピングなどにより作成しておいてもよい。さらにレーザ加工により、分離溝(６)を作成する。ここではｐのドーピングを行っていない例を示している。分離溝(６)の形成はカッター切り込みによることも可能である。  【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
II−VI族半導体を用いる放射線検出器において、II−VI族半導体の片面に各検出素子ごとに形成されたドーピング層と、前記検出素子間を電気的に分離する検出素子用としてのドーピング層とは逆の導電性を有する半導体部分を設け、前記ドーピング層に信号電極を設け、反対面に共通電極を設けてなる放射線検出器。
【請求項２】
前記検出素子間において、反対面に到達しない範囲で溝を設けて物理的な分離溝とすることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
II−VI族半導体を用いる放射線検出器において、II−VI族半導体をｐ型(またはｎ型)とし、前記II−VI族半導体の片面に各検出素子ごとにｎ型(またはｐ型)のドーピング層を形成し、前記検出素子間はドーピングされていない部分を介在させることでｎｐｎ(またはｐｎｐ)構造となることによって電気的に分離されており、前記ｎ型(またはｐ型)のドーピング層に信号電極を設け、反対面に共通電極を設けてなる放射線検出器。
【請求項４】
II−VI族半導体を用いる放射線検出器において、II−VI族半導体の片面に各検出素子ごとに該検出素子の周辺部にｐ型(またはｎ型)のドーピング層を形成し、前記各検出素子ごとにはｎ型(またはｐ型)のドーピング層を形成し、前記検出素子間は異種のドーピング層によりｎｐｎ(またはｐｎｐ)構造となることによって電気的に分離されており、前記ｎ型(またはｐ型)のドーピング層に信号電極を設け、反対面に共通電極を設けてなる放射線検出器。
【請求項５】
II−VI族半導体を用いる放射線検出器において、II−VI族半導体の片面全体にｐ型(またはｎ型)のドーピング層を形成し、各検出素子ごとにはｎ型(またはｐ型)のドーピング層を形成し、前記検出素子間は異種のドーピング層によりｎｐｎ(またはｐｎｐ)構造となることによって電気的に分離されており、前記ｎ型(またはｐ型)のドーピング層に信号電極を設け、反対面に共通電極を設けてなる放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高エネルギーの放射線を半導体を用いて検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣｄＴｅなどの化合物半導体を用いる放射線検出素子によりイメージ検出器を構成するためには、多数の検出素子を配置する必要がある(特許文献１参照)。一般的には、切断した小型の検出素子を１つずつ配置するが、高解像度の要求に伴い検出素子が小型化されるため、実装が困難となる。１枚の基板上に多数の検出素子を配列することにより高密度実装としてきたが、これには電気的に素子分離をする必要がある。
これまで、化合物半導体上でいろいろな素子分離方法が提案されてきたが、最善の方法はいまだ見つかっていない。一例として、検出素子間に分離溝を作成することが提案されている(特許文献２参照)。
【特許文献１】特開昭６３−２９９７１号公報
【特許文献２】特開２００１−４２０９７号公報
【発明を実施するための最良の形態】
【０００３】
本発明は、素子となる半導体基板にパターン状のドーピングをすることにより、電気的に検出素子を分離する方法である。
基本的な構造は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅなどのII−VI族半導体を用いた放射線検出器において、その少なくとも片面にｐ型またはｎ型ドーピング層を形成したダイオード構造を有しており、１枚のＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅ基板上に多数の検出素子を配列した１次元(ライン)あるいは２次元(面)センサーであって、各検出素子毎にドーピング層が分離された構造、すなわちパターン化された形でドーピング層が形成された構造である。このことにより検出素子間はドーピングされていない部分で電気的に分離されている。
検出素子側のドーピング層には出力信号を取り出すための信号電極が形成され、反対面には共通電極が形成される。共通電極側には所望により検出素子側とは逆極性のドーピングを行うこともある。
また、検出素子間に物理的に切り込みを入れ、格子状に分離溝を形成することにより、電気的かつ物理的に分離された構造をも提案する。この場合、検出素子は四角形となるが、円形や三角形，六角形など多角形となる分離溝を形成してもよい。結晶面方位(111)であれば島部分は三角形，六角形とし、結晶面方位(100)であれば四角とするように、結晶の晶劈によって決めることもできる。
【０００４】
個別の検出素子の構造は、図１に示すように３とおりのダイオード構造がある。図１(ａ)は半導体基板上にｎ型のドーピングを施したもの、図１(ｂ)は半導体基板上にｐ型のドーピングを施したもの、図１(ｃ)は半導体基板の一面にｎ型のドーピングを、他面にｐ型のドーピングを施したものである。
従来は、これらを支持体上に並べてアレイセンサーとしていたが、近年は１枚の半導体基板上に検出素子を作成することによりアレイセンサーとしている。この例を、図２に示す。図２において、１はＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅなどのII−VI族半導体からなる基板である。その上に電極をつけた検出素子(２)が配列されている。
この基板の断面を図３に示す。ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅなどからなる基板(１)の片面には、各検出素子(２)に対応してドーピング層(３)が設けられ、ドーピング層(３)には信号取りだし用の電極(４)が設けられている。基板(１)の反対面には共通の電極(４)が設けられ、各電極(４)には、引き出し線(５)が接続されている。
【実施例１】
【０００５】
放射線検出素子はＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅなどのII−VI族半導体とし、わずかに正孔を過剰に有するｐ−型としておくのが好ましい。これに島状パターンのｎ型ドーピングを行う。島状パターンとは個々のドーピング範囲が隣接するドーピング範囲とは元のII−VI族半導体により分離されていることを表す。
パターン状のドーピングすなわち選択的に所望位置にダイオード構造を作るために部分的なドーピングを行うには、予めマスキングを行った上でｎ型のドーピング材であるインジウム(Ｉｎ)を半導体表面に蒸着させる。その後、蒸着面を紫外線レーザーにより選択的に加熱し、加熱部分においてドーピング材(ドーパメント)を半導体内に拡散させる。隣接素子間にはｐ層が存在するため、ｎｐｎの構造となり隣接素子間での電荷の漏洩は少ない。
さらに、分離溝を作成することも可能である。分離溝を作成するためには切り込みによることが簡便であるが、レーザによる加熱蒸散によることも考慮される。また、化学的エッチング(ケミカルエッチング)による分離溝の形成として、ＮａＯＨ，ＫＯＨの熱溶液，ブロムメタノールなどを用いることができる。
マスキングを行うためには、ステンレス，モリブデンなどの金属材料で形成したメタルマスクを用いるか、フォトリソグラフィーによるリフトオフプロセスによることが好ましい。
【０００６】
半導体は、主にII−VI族半導体であるＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＣｄＳｅ，ＣｄＳｅＴｅ，ＣｄＨｇＴｅ，ＨｇＩ２  などを用いる。また、ドーピング材は、ｐ型用としてＳｂやＡｓなどのV族元素、またはＮａ２Ｓｅ，Ｎａ２ＴｅなどI−VI族化合物、ｎ型用としてＩｎなどのIII族元素、またはＣｄＣｌ２，ＣｄＩ２などII−VII族化合物が好ましいが、これに限定されるものではない。
パターンドーピングにおいては、レーザードーピングが好ましい。その他、イオン注入や熱拡散による方法があるが、いずれの方法もアニール(加熱処理)が必要であり、熱に弱い結晶であるＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅには避けたほうが無難である。レーザーとしてはエキシマレーザーが望ましいがパルスレーザーであれば構わない。レーザーの照射条件は、強度が３０ｍＪ／ｃｍ２から３００ｍＪ／ｃｍ２とし、環境は不活性ガス充填のもとで、加圧状態(０．１ＭＰａから１ＭＰａ)で行うことが好ましい。
また，以上の説明ではｐ型基板にｎ型のドーピングを行うものとしたが、当然のことながらｐ，ｎを交換した実施態様も可能であることはいうまでもない。
【実施例２】
【０００７】
ここまでの実施例では基板にｐ型半導体を使うものとして例示した。しかしながら、電気的分離に用いられるｐ層は、基板にｐ型半導体を使うことによってもよいし、検出素子位置の周辺にドーピングを施して作成することも可能である。また、基板全面にドーピングを施してもよい。
図４左は、基板にｐ−型半導体を用い、ｎ＋層のドーピングを行う例である。これに代えて図４中で示すように、ｎ層をドーピングする前にｐ層を作成する。これは、検出素子間に選択的に作成した例である。上面全体にｐ層を作成し、その上からｎ＋層を島状(スポット状)に形成するものであってもよい。また、隣接する検出素子間での電気的分離のために、ｎ＋層のドーピングを行った後に検出素子間にｐ層を形成してもよい。この場合にはアライメントに高度な技術が必要となる。
ｎ＋層には信号を取り出すための電極を設ける。また基板の反対側には共通電極を設けるものとする。共通電極側にはｐ層またはｐ＋層をドーピングなどにより作成しておいてもよい。
図４では基板がｐ−型半導体であるが、中性であってもよい。この場合には検出素子としてｎ−ｉ−ｐ構造のダイオードとなる。
【実施例３】
【０００８】
図４右に示すように、検出素子間のｎｐｎ構造により電気的な分離を行った後、さらにレーザ加工により、分離溝(６)を作成する。ここではｐのドーピングを行っていない例を示している。分離溝(６)の形成は、外周歯または内周歯のダイシングソー，切削ストレスの小さいワイヤーソーなどのカッターによる切り込みによることも可能である。分離溝(６)の深さは、基板(１)の強度が保てる程度内に収めるものとするが、溝切削で残る基板部位の厚さで形状が維持できれば、かなりの深度(最大限で共通電極に達する程度)まで設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０００９】
従来のパターン電極形成による素子分離では、電極が分離されていることにより素子分離は行われるが、原理的には素子間のクロストークが発生する。本発明では、検出素子の部分のみがダイオード構造となっているため、検出素子間にも接合が形成されており、電荷は通過することができず、良好な電気的分離ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】放射線検出素子のダイオード構造を示す図
【図２】検出素子をアレイ状に配列した構造を示す図
【図３】基板の断面を示す図
【図４】検出素子間の電気的分離構造の例を示す図
【符号の説明】
【００１１】
１  ＣｄＴｅ／ＣｄＺｎＴｅ基板
２  検出素子
３  ドーピング層
４  電極
５  引き出し線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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