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公開番号2024175382
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-18
出願番号2023093129
出願日2023-06-06
発明の名称中性子半導体検出器及び中性子半導体検出器を製造する方法
出願人国立大学法人静岡大学
代理人個人,個人,個人
主分類G01T 3/00 20060101AFI20241211BHJP(測定;試験)
要約【課題】空間分解能を向上させる。
【解決手段】中性子半導体検出器1は、第1電極31と、第1電極31に接するように形成される主面を有し、第1電極31に電気的に接続され、P型半導体である窒化ガリウム(GaN)又はGaNと窒化ボロン(BN)とを混晶させた窒化ボロンガリウム(BGaN)を含むP層32と、P層32において主面に対して逆側の裏面に接するように形成され、真性半導体であるBGaNを含むI層33と、I層33上に形成され、N型半導体であるGaN又は窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)を含むN層34と、N層34に電気的に接続され、N層34上に配列された複数の第2電極35と、を備える。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極に接するように形成される主面を有し、前記第１電極に電気的に接続され、Ｐ型半導体である窒化ガリウム（ＧａＮ）又はＧａＮと窒化ボロン（ＢＮ）とを混晶させた窒化ボロンガリウム（ＢＧａＮ）を含むＰ層と、
前記Ｐ層において前記主面に対して逆側の裏面に接するように形成され、真性半導体であるＢＧａＮを含むＩ層と、
前記Ｉ層上に形成され、Ｎ型半導体であるＧａＮ又は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を含むＮ層と、
前記Ｎ層に電気的に接続され、前記Ｎ層上に配列された複数の第２電極と、を備える、中性子半導体検出器。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記Ｐ層のキャリア濃度は１×１０
１６
ｃｍ
－３
以上１×１０
２０
ｃｍ
－３
以下であり、
前記Ｉ層のキャリア濃度は０ｃｍ
－３
以上１×１０
１６
ｃｍ
－３
以下であり、
前記Ｎ層のキャリア濃度は１×１０
１６
ｃｍ
－３
以上１×１０
２０
ｃｍ
－３
以下である、請求項１に記載の中性子半導体検出器。
【請求項３】
前記Ｎ層の厚みは、前記Ｉ層の厚みより小さく、
前記Ｎ層の厚みは、前記Ｐ層の厚みより大きい、請求項１又は請求項２に記載の中性子半導体検出器。
【請求項４】
前記Ｐ層、前記Ｉ層及び前記Ｎ層が積層された方向から見て、前記第１電極が前記Ｐ層に接続された領域と重複する前記Ｎ層の領域に、複数の前記第２電極が設けられている、請求項１又は請求項２に記載の中性子半導体検出器。
【請求項５】
第１基板の主面に窒化ガリウム（ＧａＮ）を含むバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の主面上に、Ｎ型半導体であるＧａＮ又は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を含むＮ層と、ＧａＮと窒化ボロン（ＢＮ）とを混晶させた真性半導体の窒化ボロンガリウム（ＢＧａＮ）を含むＩ層と、Ｐ型半導体であるＧａＮ又はＢＧａＮを含むＰ層と、をこの順に積層する工程と、
前記Ｐ層の主面上に、前記Ｐ層に電気的に接続される第１電極を形成する工程と、
前記第１基板及び前記バッファ層を取り除くことにより、前記Ｎ層が露出した面を形成する工程と、
前記Ｎ層が露出した面に、前記Ｎ層に電気的に接続される第２電極を形成する工程と、を有する、中性子半導体検出器を製造する方法。
【請求項６】
前記バッファ層を形成する工程では、前記第１基板としてシリコンを主成分として含む基板を用いる、請求項５に記載の中性子半導体検出器を製造する方法。
【請求項７】
前記Ｎ層が露出した面を形成する工程では、ウエットエッチングを用いる、請求項６に記載の中性子半導体検出器を製造する方法。
【請求項８】
前記バッファ層を形成する工程では、前記第１基板として、多結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分として含む層と、前記窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分として含む層の上に形成されたシリコンを主成分として含む層と、を含む複合基板を用いる、請求項５に記載の中性子半導体検出器を製造する方法。
【請求項９】
前記Ｎ層が露出した面を形成する工程では、高圧高温水エッチングを用いる、請求項８に記載の中性子半導体検出器を製造する方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子半導体検出器及び中性子半導体検出器を製造する方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１は、中性子検出器を開示する。特許文献１に記載の中性子検出器は、Ｐ型半導体又はＮ型半導体であるシリコン基板と、シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜と、シリコン酸化膜上に形成されたコンバータ層と、複数の検出部と、検出部に電気的に接続された配線と、を備えている。コンバータ層は、ホウ素（Ｂ）を含有することで中性子の入射に応じてα線を生成する。複数の検出部は、Ｎ型半導体又はＰ型半導体を有することでシリコン基板との間でＰＮ接合を形成する。そして、複数の検出部は、コンバータ層により生成されたα線の入射に応じて電子及びホールを生成する。
【０００３】
本願発明者らによる特許文献２も、中性子半導体検出器を開示する。この中性子半導体検出器は、サファイア基板上に形成されたＰ層、Ｉ層及びＮ層を含む積層体を有する。Ｐ層の主面には、Ｉ層及び第１電極が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１２－１８１０６５号公報
特開２０１８－１４１７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
当該技術分野では、中性子半導体検出器の空間分解能の向上が望まれている。例えば、特許文献２の中性子半導体検出器９（図１０（ｃ）参照）は、絶縁体であるサファイア基板９１上にＰ層９２、Ｉ層９３及びＮ層９４を含む積層体がこの順で形成されている。検出器の機能を発揮するためには、最上層のＮ層９４に電極９４Ｅを設けると共に最下層のＰ層９２にも電極９２Ｅを設ける必要がある。最下層のＰ層９２に電極９２Ｅを設けるためには、まず、マスク９７などを利用してＮ層９４の一部９４ａ及びＩ層９３の一部９３ａをエッチングすることによりＰ層９２を露出させる（図１０（ａ）参照）。次に、露出させたＰ層９２に対して電極９２Ｅを設ける必要がある（図１０（ｂ）参照）。その後、パッシベーション膜９８（図１０（ｃ）参照）を設けることにより中性子半導体検出器９が得られる。このエッチングにより形成された溝部は、中性子を検出する機能を奏しない。従って、中性子半導体検出器の空間分解能を向上させることが難しかった。
【０００６】
本発明は、空間分解能を向上させることが可能な中性子半導体検出器及び中性子半導体検出器を製造する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態である中性子半導体検出器は、第１電極と、第１電極に接するように形成される主面を有し、第１電極に電気的に接続され、Ｐ型半導体である窒化ガリウム（ＧａＮ）又はＧａＮと窒化ボロン（ＢＮ）とを混晶させた窒化ボロンガリウム（ＢＧａＮ）を含むＰ層と、Ｐ層において主面に対して逆側の裏面に接するように形成され、真性半導体であるＢＧａＮを含むＩ層と、Ｉ層上に形成され、Ｎ型半導体であるＧａＮ又は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を含むＮ層と、Ｎ層に電気的に接続され、Ｎ層上に配列された複数の第２電極と、を備える。
【０００８】
この中性子半導体検出器は、Ｐ層に設けられた第１電極と、Ｎ層に配列された複数の第２電極と、を備えている。第１電極は、Ｐ層がＩ層と接する裏面とは逆側であるＰ層の主面に設けられている。この構成によると、第１電極を設けるために、Ｎ層及びＩ層をエッチングしてＰ層の主面を露出させる工程が不要である。その結果、中性子を検出する機能を奏しない溝部が形成されない。従って、中性子半導体検出器は、空間分解能を向上することができる。
【０００９】
上記の中性子半導体検出器において、Ｐ層のキャリア濃度は１×１０
１６
ｃｍ
－３
以上１×１０
２０
ｃｍ
－３
以下であり、Ｉ層のキャリア濃度は０ｃｍ
－３
以上１×１０
１６
ｃｍ
－３
以下であり、Ｎ層のキャリア濃度は１×１０
１６
ｃｍ
－３
以上１×１０
２０
ｃｍ
－３
以下であってもよい。この構成によれば、中性子を良好に検出することができる。
【００１０】
上記の中性子半導体検出器において、Ｎ層の厚みは、Ｉ層の厚みより小さく、Ｎ層の厚みは、Ｐ層の厚みより大きくてもよい。この構成によっても、中性子を良好に検出することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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