特許 6381815 電離放射線のシンチレーション検出器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6381815

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】電離放射線のシンチレーション検出器

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/202 20060101AFI20180820BHJP

   G01T 1/20 20060101ALI20180820BHJP

   G21K 4/00 20060101ALN20180820BHJP

【ＦＩ】

   G01T1/202

   G01T1/20 B

   !G21K4/00 B

【請求項の数】9

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-538244(P2017-538244)

(86)(22)【出願日】2016年2月8日

(65)【公表番号】特表2018-513351(P2018-513351A)

(43)【公表日】2018年5月24日

(86)【国際出願番号】CZ2016000012

(87)【国際公開番号】WO2016127959

(87)【国際公開日】20160818

【審査請求日】2017年8月21日

(31)【優先権主張番号】PV2015-82

(32)【優先日】2015年2月9日

(33)【優先権主張国】CZ

(73)【特許権者】

【識別番号】513157822

【氏名又は名称】クライツール スポル．エス アール．オー．

【氏名又は名称原語表記】ＣＲＹＴＵＲ ＳＰＯＬ．Ｓ Ｒ．Ｏ．

(73)【特許権者】

【識別番号】517247974

【氏名又は名称】フィジカルニ ウスタフ エーヴィー シーアール、ヴィー．ヴィー．アイ．

【氏名又は名称原語表記】ＦＹＺＩＫＡＬＮＩ ＵＳＴＡＶ ＡＶ ＣＲ，Ｖ．Ｖ．Ｉ．

(74)【代理人】

【識別番号】100130111

【弁理士】

【氏名又は名称】新保 斉

(72)【発明者】

【氏名】ホスポドコーヴァ、アリス

(72)【発明者】

【氏名】ブラチェク、カレル

(72)【発明者】

【氏名】フリチウス、エドゥアルド

(72)【発明者】

【氏名】トウス、ヤン

(72)【発明者】

【氏名】ニキ、マーティン

【審査官】 右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第2014/138617（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第6515313（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第2011/0101219（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第2002/195606（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第2005/097945（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ １／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

単結晶基板（１）を含み、該単結晶基板（１）上に、エピタキシによって、最小数で１つの窒化物半導体層（３、４、５、６）を前記単結晶基板（１）上で結合するために最小数で１つのバッファ層（２）が加えられ、前記窒化物半導体層は、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、及び０≦ｘ＋ｙ≦１が有効であるＡｌ_yＩｎ_xＧａ_1-x-yＮの一般的公式で示され、最小数で２つの窒化物半導体層（３、４）は層状ヘテロ構造において配置され、この構造は、電子及びホールの放射再結合のための最小数で１つのポテンシャル井戸を含有する、電離放射線、特に、電子、Ｘ線、または粒子放射線を検出するためシンチレーション検出器であって、
前記バッファ層（２）上に、最小数で１つの底部窒化物半導体層（３）が配置されており、前記底部窒化物半導体層（３）の上に、最小数で１つの活性共役の、主に同じ偏光の窒化物半導体層（３、４）が配置されており、該活性共役は、Ａｌ_ybＩｎ_xbＧａ_1-xb-ybＮ型の前記障壁層（４）から成り、ｘｂ≦ｘｗ及びｙｂ≦ｙｗが有効であるポテンシャル井戸の典型であるＡｌ_ywＩｎ_xwＧａ_1-xw-ywＮ型の層（５）からできている、または、最小数で１つの活性共役の窒化物半導体層（４、５）に、ルミネセンス減衰時間を減少させるポテンシャル井戸の典型である、前記層（５）内で該層に接合するキャリア吸着層を作製するために、ｙｄ≦ｙｗ及びｘｄ≧ｘｗ＋０．３が有効である、厚さ（ｔ₃）が２ｎｍ未満のＡｌ_ybＩｎ_xbＧａ_1-xb-ybＮ型の最小数で１つの層（７）が挿入され、前記基板（１）から離れる方向で一番上の活性共役の層（３、４）の上に、最小数で１つの最上部窒化物半導体層（６）が配置されている
ことを特徴とするシンチレーション検出器。

【請求項2】

前記障壁層（４）及びポテンシャル井戸の典型である前記層（５）の組成及び厚さは、ＧａＮバッファ層上で調製されたエピタキシャル面における張力の相互の補償についての関係｜ｄ₁・（４．３・ｘｗ−ｙｗ）＋ｄ₂・（４．３・ｘｂ−ｙｂ）｜≦１に準拠し、厚さ（ｄ１、ｄ２）はナノメートルとされる
請求項１に記載のシンチレーション検出器。

【請求項3】

前記ヘテロ構造の活性部分は、全体の厚さ（ｈ）が２００ｎｍを超える、最小数で２つの活性共役の窒化物半導体層（４、５）を含む
請求項１または２に記載のシンチレーション検出器。

【請求項4】

前記底部窒化物半導体層（３）はＡｌ_yＩｎ_xＧａ_1-x-yＮ型であり、０≦ｘ＜０．５及び０≦ｙ＜０．５が有効である
請求項１ないし３のいずれかに記載のシンチレーション検出器。

【請求項5】

前記ヘテロ構造は、前記最上部窒化物半導体層（６）の外表面から最小数で１μｍの深さへとＩＶ族元素の原子がドープされる
請求項１ないし４のいずれかに記載のシンチレーション検出器。

【請求項6】

１０¹⁹ｃｍ^-3までの濃度のシリコン原子に関係する
請求項５に記載のシンチレーション検出器。

【請求項7】

前記単結晶基板（１）は、イットリウムアルミニウム灰チタン石、ＧａＮ単結晶形成、またはサファイア基による材料から製造されたものである
請求項１ないし６のいずれかに記載のシンチレーション検出器。

【請求項8】

前記単結晶基板（１）は、前記バッファ層（２）がＡｌ_yＩｎ_xＧａ_1-x-yＮで作製され、該層の厚さ（ｔ₄）が５０ｎｍ未満である時、希土類元素がドープされるイットリウムアルミニウム灰チタン石によって作製されたものである
請求項７に記載のシンチレーション検出器。

【請求項9】

前記希土類元素はセリウムによって表される
請求項８に記載のシンチレーション検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電離放射線、特に、電子、Ｘ線、または粒子放射線を検出するように設計される、窒化物ヘテロ構造による半導体単結晶シンチレーション検出器に関する。

【背景技術】

【0002】

ＧａＮまたはＺｎＯなどの広範なバンドギャップを有する半導体は、電離放射線の検出器における利用にとって適している。このタイプの材料は、１ｎｓ程度の短い減衰時間の励起ルミネセンスを示し、耐放射線性を有する。ＧａＮの利点は、より高い結晶学的性質で、かつ、単結晶基板の広い表面に対して、重なり合ったいくつかの異なる層まで加えられる均質なエピタキシャル層の形で調製できることによって、ヘテロ構造の作製がもたらされることである。これらのヘテロ構造は、低い非放射損失、及び狭い範囲のルミネセンス最大値を有する。

【0003】

特許文献１には、電離放射線による励起のための半導体の形の窒素による化合物の周期表からのＩＩＩ族元素を含む半導体シンチレータが記載されている。この半導体化合物は、一般に基板と呼ばれるものの上に形成される層に構造化される。さらに、半導体層と基板との間に、バッファ層と呼ばれる半導体構造を円滑化／改善するための半層があることが考えられる。ＩＩＩ族元素によるさまざまな窒素化合物及びそれらの合金は、重なり合うように加えられる異なる層において利用可能であり、ヘテロ構造を作製することができる。

【0004】

別の既知の特許文献２には、光放射、ルミネセンスによる電子入射に対する蛍光剤反応について記載されている。蛍光剤は、単結晶キャリア基板の窒化物半導体サンドイッチ構造を含み、この構造において、障壁層はポテンシャル井戸の典型である層と交互になっている。半導体層は、１基板側の表面上に形成されるヘテロ構造を作製する。ポテンシャル井戸は、優先的に、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ合金半導体で作製される。

【0005】

上記解決策の不利点は、異なる組成を有する層の界面間に形成される強力なピエゾ電界を考慮しないことである。このピエゾ電界は、電子−ホール波動関数オーバーラップを減少させ、その結果、ルミネセンス強度を大幅に減少させ、ルミネセンス減衰時間を延長させる。これは、シンチレータにおいて、集約度が小さくなり、反応が緩慢になることを意味する。上記の解決策の次の不利点は、電離放射線の入射中に、半導体材料における非放射電子−ホール再結合に対して比較的大量のエネルギーが消費されることから成る。ポテンシャル井戸の存在はこの割合を改善するが、結果として生じる、放射及び非放射再結合に対して消費されるエネルギーの割合は、依然満足させるものではない。結果として生じる再結合エネルギーの割合を改善すると思われる半導体層におけるポテンシャル井戸をより大きい数にすることは、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮの異なる格子定数によって引き起こされるＩｎ_xＧａ_1-xＮ井戸の数が増加することによる構造におけるひずみが増加することによって阻止される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第７０５３３７５号明細書

【特許文献2】米国特許第８１６４０６９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の課題は、既知の解決策の欠点を解消すると考えられる電離放射線を検出するための単結晶窒化物シンチレーション検出器を作製し、ピエゾ電界の影響を抑え、構造におけるひずみを減少させ、これによって、入射電離放射線に対するルミネセンス反応の強度及び速度を増加させるようにすることである。

【0008】

所定の課題は、電離放射線、特に、電子、Ｘ線、または粒子放射線を検出するためのシンチレーション検出器を作製することによって解決される。

【課題を解決するための手段】

【0009】

シンチレーション検出器は、最小数で１つのバッファ層が加えられる単結晶基板を含む。バッファ層は、エピタキシによって、最小数で１つの窒化物半導体層を単結晶基板に安定的に結合するために加えられる。窒化物半導体層は、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、及び０≦ｘ＋ｙ≦１の関係が適用されるＡｌ_yＩｎ_xＧａ_1-x-yＮの一般的公式で示される。同時に、最小数で２つの窒化物半導体層は層状ヘテロ構造になるように配置され、この構造は、入射放射線によって生じた電子及びホールの放射再結合のための最小数で１つのポテンシャル井戸を含有する。

【0010】

本発明の原理は、バッファ層が最小数で１つの底部窒化物半導体層で作製され、底部窒化物半導体層の上に、最小数で１つの活性共役の、主に同じ偏光の窒化物半導体層が配置されているという事実を含む。この活性共役は、Ａｌ_ybＩｎ_xbＧａ_1-xb-ybＮ型の障壁層から成り、ポテンシャル井戸の典型であるＡｌ_ywＩｎ_xwＧａ_1-xw-ywＮ型の層からできており、ここで、活性共役に対してｘｂ≦ｘｗ及びｙｂ≦ｙｗの関係が有効である。あるいは、活性共役の層が同じ偏光を有さない場合、最小数で１つの活性共役の窒化物半導体層に、ルミネセンス減衰時間を減少させるポテンシャル井戸の典型である、該窒化物半導体層内でこの層に接合するキャリア吸着層を作製するために、ｙｄ≦ｙｗ及びｘｄ≧ｘｗ＋０．３が有効である、厚さが２ｎｍ未満のＡｌ_ydＩｎ_xdＧａ_1-xd-ydＮ型の最小数で１つの層が挿入される。基板から離れる方向で一番上の活性共役の上に、最小数で１つの最上部窒化物半導体層が配置されている。

【0011】

主に、同じ偏光の活性共役の層によるシンチレーション検出器の利点は、ホール及び電子波動関数の改善されたオーバーラップによって引き起こされる、ナノ秒単位の短い減衰時間、及び高いルミネセンス強度を含む。電子及びホール波動関数のオーバーラップを増加させる別のやり方は、電子及びホール空間近似をもたらす、電子及びホールを内部で引っ張るキャリア吸着層の挿入であり、これによって、励起したルミネセンス強度が増加し、シンチレータルミネセンス反応がより速くなる。

【0012】

本発明による、ＧａＮバッファ層によるシンチレーション検出器の別の好ましい実施態様では、障壁層及びポテンシャル井戸の典型である層の組成及び厚さは、エピタキシャル構造におけるひずみの相互の補償についての関係
｜ｄ₁・（４．３・ｘｗ−ｙｗ）＋ｄ₂・（４．３・ｘｂ−ｙｂ）｜≦１
に従い、厚さｄ１及びｄ２はナノメートルとされる。ヘテロ構造の活性領域におけるひずみの補償によって、ヘテロ構造のこの活性領域のサイズを増加させることができるため、検出される放射線の入射のための領域が拡大され、放射再結合のために放出される電子及びホールの数が増加し、この結果、シンチレーション検出器関数が改善される。

【0013】

本発明によるシンチレーション検出器の別の好ましい実施態様では、ヘテロ構造の活性領域は、全体の厚さが２００ｎｍを超える、最小数で２つの周期的に繰り返される活性共役の窒化物半導体層を含む。

【0014】

本発明によるシンチレーション検出器の別の好ましい実施態様では、底部窒化物半導体層はＡｌ_yＩｎ_xＧａ_1-x-yＮ型であり、この場合、０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．５、及び０≦ｘ＋ｙ≦１が有効である。

【0015】

本発明によるシンチレーション検出器の別の好ましい実施態様では、最上部窒化物半導体層の外表面から最小数で１μｍの深さへとＩＶ族元素の原子でドープして、該構造の十分な伝導性を達成し、入射電子ビームによって引き起こされる余分な陰電荷を遠ざけることが可能になる。１０¹⁹ｃｍ^-3までの濃度のシリコン原子は優先的に使用される。

【0016】

本発明によるシンチレーション検出器の別の好ましい実施態様では、単結晶基板は、イットリウムアルミニウム灰チタン石、単結晶ＧａＮ形成、またはサファイアによる材料からできている。

【0017】

本発明によるシンチレーション検出器の別の好ましい実施態様では、成長過程を安定させるために希土類元素がドープされる、単結晶イットリウムアルミニウム灰チタン石基板上で調製される。

【0018】

電離放射線、特に、電子、Ｘ線、または粒子放射線を検出するための高速シンチレータの利点は、キャリア吸着層を利用することによってピエゾ電界の影響の解消を含んで、早い減衰時間、より高いルミネセンス強度、ピエゾ電界及び活性領域におけるひずみの少なくとも一部の補償である。

【0019】

本発明は、図面においてより詳しく明確化される。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】ピエゾ電界の補償がなく、シンチレータのルミネセンス強度を低下させかつその減衰時間を延長する電子及びホール波動関数のオーバーラップが弱い、量子井戸を有するシンチレーション窒化物ヘテロ構造の伝導及び価電子バンドエッジの推移の概略説明図

【図2】ピエゾ電界が補償され、かつ波動関数がより完全にオーバーラップされたシンチレーション窒化物ヘテロ構造の伝導及び価電子バンドのエッジの推移を概略的に示す説明図

【図3】浸漬された反転ポテンシャル障壁を有するシンチレーション窒化物ヘテロ構造の伝導及び価電子バンドのエッジの推移を概略的に示す説明図

【図4】一定の偏光を維持するための個々の成分の割合の３次元グラフ

【図5】基板上に作製される活性領域のほぼ同じ偏光の個々の層とのヘテロ構造層の模式図

【図6】浸漬されたキャリア吸着層とのヘテロ構造層の模式図

【図7】現在の知識（特許文献２による、ｘ＝０．１３のＩｎ_xＧａ_1-xＮ量子井戸の厚さ２．２ｎｍ、ＧａＮ障壁の厚さ１０ｎｍ）に従って調製された試料との、提案された解決策（実施例５）に従って調製された試料のフォトルミネセンス強度のスペクトル依存性の比較を示す説明図

【図8】現在の知識（特許文献２による、ｘ＝０．１３のＩｎ_xＧａ_1-xＮ量子井戸の厚さ２．２ｎｍ、ＧａＮ障壁の厚さ１０ｎｍ）に従って調製された試料との、提案された解決策（実施例５−１ｎｓ未満の減衰時間）に従って調製された試料の時間分解の積分フォトルミネセンス強度の比較を示す説明図

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下に記されかつ図示される本発明の実施態様の特有の例は、例示のために表され、本発明を示される例に限定するものではない。当業者は、日常の実験を行う時、ここに記載される本発明の特有の実施態様の等価物のより多くの量またはより少ない量を見出すことになる、または保証することができる。これらの等価物はまた、以下の特許請求の範囲に含まれる。

【0022】

図１は、現在の知識に従って設計されたシンチレーション検出器についての電子及びホールの波動関数８及び９と共に伝導及び価電子バンドを示す。図２及び図３は、本発明による解決策に従って設計されたシンチレーション検出器についての電子及びホールの波動関数８及び９と共に伝導及び価電子バンド、図２では平衡偏光による構造、及び図３ではキャリア吸着層を浸漬させた構造を示す。図４は、平衡ピエゾ電界を維持するための活性領域の材料の個々の成分の値の割合を示す３次元グラフを示す。図５は、平衡偏光による単結晶基板１上に作製されるヘテロ構造を概略的に示す。図６は、キャリア吸着層を浸漬させた単結晶基板１上に作製されたヘテロ構造を概略的に示す。

【実施例1】

【0023】

ピエゾ電界を十分に補償した構造
シンチレータの一部は、ＭＯＶＰＥ技術によって調製されたＧａＮバッファ層２を有する多層半導体窒化物ヘテロ構造である。ヘテロ構造活性領域の品質及び関数にとって、活性領域におけるＡｌ_ybＩｎ_xbＧａ_1-xb-ybＮの障壁層４がエピタキシャル面におけるＧａＮバッファ層に適合した格子であることと同時に、ポテンシャル井戸の典型であるバンドギャップがより狭いＡｌ_ywＩｎ_xwＧａ_1-xw-ywＮ層５が障壁層４と同じ偏光を有することは不可欠である。Ａｌ_ybＩｎ_xbＧａ_1-xb-ybＮ障壁層４は、Ｉｎ原子のおよそ４．３倍のＡｌ原子（ｙｂ＝４．３・ｘｂ）を含有するものとし、それによって、バッファ層に適合した格子が可能になる。

【0024】

ヘテロ構造は、方位（１１１）によってＹＡＰ（イットリウムアルミニウム灰チタン石）基板１上に調製される。調製後、５分の間に１０５０℃の温度でＮＨ₃＋Ｎ₂雰囲気中で基板１の窒化物形成が行われた。さらに、５４０℃の温度で厚さｔ₄が３０ｎｍのＧａＮ核形成層２が調製された。ＧａＮ底層３は、１．１０¹⁷ｃｍ^-3の濃度までシリコン原子がドープされ、１０５０℃の温度で調整された。この底層３の厚さｔ₁は２μｍである。ヘテロ構造の活性領域は、８３０℃の温度で調整されたより広いバンドギャップを有する層４及びより狭いバンドギャップを有する層５が交互に作製される。活性共役が繰り返される数は１２である。障壁層４のパラメータはＡｌ_ybＩｎ_xbＧａ_1-xb-ybＮ_ybである。この場合、ｘｂ＝０．０３、ｙｂ＝０．１７であり、層４の厚さｄ₂は１６ｎｍである。層５はパラメータＡｌ_ywＩｎ_xwＧａ_1-xw-ywＮを有する。この場合、ｘｗ＝０．１３、ｙｗ＝０．２４であり、層５の厚さｄ₁は５ｎｍである。活性層はＳｉ濃度２．１０¹⁸ｃｍ^-3までシリコンがドープされる。ｙ＝０．０５の組成によって８３０℃の温度でＡｌ_yＧａ_1-yＮ型の被覆層６が調製された。

【実施例2】

【0025】

部分的に平衡がとれたピエゾ電界を有し、かつエピタキシャル層におけるひずみが十分に補償された構造
多層半導体ヘテロ構造は実施例１に従って調製された。そして、格子定数ａ_bがより小さい障壁層４の組成及び厚さｄ₂は、格子定数ａ_w及び厚さｄ₁がより大きいポテンシャル井戸の典型である層５によって生じたひずみが、この実施例ではＧａＮで作製される格子パラメータａ₀を有する底層３に対して平衡がとられるような形で配置される。同時に、ピエゾ電界は、ポテンシャル井戸の典型である層４と層５との間で補償される（両方の型は同じ偏光を有する）。活性領域には、８３０℃の温度で調製された、より広いバンドギャップを有する層４とより狭いバンドギャップを有する層５とが交互に作製される。活性共役が繰り返される数は３０である。層４のパラメータはＡｌ_ybＩｎ_xbＧａ_1-xb-ybＮであり、この場合、ｘｂ＝０、ｙｂ＝０．１５であり、層の厚さｄ₂は１３ｎｍである。層５のパラメータはＡｌ_ywＩｎ_xwＧａ_1-xw-ywＮであり、この場合、ｘｗ＝０．１３、ｙｗ＝０．２４であり、層の厚さｄ₁は６ｎｍである。

【実施例3】

【0026】

ピエゾ電界及びＩｎ_xＧａ_1-xＮバッファ層が十分に補償された構造
多層半導体ヘテロ構造は実施例１に従って調製された。そして、底層３は、ヘテロ構造活性領域の層におけるＡｌ含有量の減少を可能にした、組成ｘ＝０．０３のＩｎ_xＧａ_1-xＮ型の合金半導体で作製される。活性領域には、８３０℃の温度で調製された、より広いバンドギャップを有する層４とより狭いバンドギャップを有する層５とが交互に作製される。活性共役が繰り返される数は１５である。層４のパラメータはＡｌ_ybＩｎ_xbＧａ_1-xb-ybＮであり、この場合、ｘｂ＝０．０２、ｙｂ＝０．０３であり、層４の厚さｄ₂は８ｎｍである。層５のパラメータはＡｌ_ywＩｎ_xwＧａ_1-xw-ywＮ型であり、この場合、ｘｗ＝０．０８、ｙｗ＝０．０９であり、厚さｄ₁は２ｎｍである。

【実施例4】

【0027】

浸漬させたキャリア吸着層を有する構造
この構造（図３及び図６を参照）は実施例１に従って調製されるが、Ａｌ_ywＩｎ_xwＧａ_1-xw-ywＮの組成を有する、バンドギャップがより狭い層５に、キャリア吸着層として薄いＩｎ_xdＧａ_1-xdＮの層７が挿入される。この層７は、内部に電子及びホールを引っ張るため、ピエゾ電界が存在する場合でも電荷キャリアの波動関数のオーバーラップを改善し、それによって、活性領域におけるアルミニウム濃度を減少させることができる。

【0028】

この構造は、方位（１１１）でＹＡＰ（イットリウムアルミニウム灰チタン石）基板１上に調製される。５分の間に１０５０℃の温度でＮＨ₃＋Ｎ₂雰囲気中で基板１の窒化物形成が行われた。その後、５４０℃の温度で厚さｔ₄が３０ｎｍのＧａＮ材料による核形成層２が調製された。次いで、ＧａＮ底層３は、１．１０¹⁷ｃｍ^-3の濃度までシリコン原子をドープして作製され、１０５０℃の温度で調整された。この層３の厚さｔ_１は２μｍである。

【0029】

活性領域には、８３０℃、７８０℃、及び６９０℃の温度で調整されたより広いバンドギャップ及びより狭いバンドギャップを有する層４、層５、及び層７が交互に作製される。この活性三重項が繰り返される数は１５である。

【0030】

層４のパラメータはＡｌ_ybＩｎ_xbＧａ_1-xb-ybＮである。この場合、ｘｂ＝０．０２、ｙｂ＝０．０９であり、層４の厚さｄ₂は１２ｎｍである。層５のパラメータはＡｌ_ywＩｎ_xwＧａ_1-xw-ywＮであり、この場合、ｘｗ＝０．０３、ｙｗ＝０．０７であり、層５の厚さｄ₁は２ｎｍである。層７のパラメータはＩｎ_xdＧａ_1-xdＮであり、この場合、ｘｄ＝０．４であり、層７の厚さｔ₃は１ｎｍである。活性領域はまた、Ｓｉ濃度２．１０¹⁸ｃｍ^-3までシリコンがドープされる。ｙ＝０．１の組成によって８３０℃の温度で調製されたＡｌ_yＧａ_1-yＮの被覆層６も、ヘテロ構造の最上部に加えられる。

【実施例5】

【0031】

浸漬させたキャリア吸着層を有する別の構造
この構造（図３及び図６を参照）は実施例４に従って調製されるが、この構造は、層の組成及び厚さ、ならびに使用される基板の型が異なっている。

【0032】

この構造は、ｃ−（０００１）方位でサファイア基板１上に調製される。５分の間に１０５０℃の温度でＮＨ₃＋Ｎ₂雰囲気中で基板１の窒化物形成が行われた。その後、５４０℃の温度で厚さｔ₄が２５ｎｍの、ＧａＮ材料による核形成層２が調製された。次いで、ＧａＮ底層３は、１．１０¹⁷ｃｍ^-3の濃度までシリコン原子をドープして作製され、１０５０℃の温度で調製された。この層３の厚さｔ_１は６μｍである。

【0033】

活性領域には、８３０℃、７３０℃、及び６８０℃の温度で調製されたより広いバンドギャップ及びより狭いバンドギャップを有する層４、層５、及び層７が交互に作製される。この活性三重項が繰り返される数は１５である。

【0034】

層４のパラメータはＡｌ_ybＩｎ_xbＧａ_1-xb-ybＮである。この場合、ｘｂ＝０、ｙｂ＝０であり、層４の厚さｄ₂は１０ｎｍである。層５のパラメータはＡｌ_ywＩｎ_xwＧａ_1-xw-ywＮであり、この場合、ｘｗ＝０．０７、ｙｗ＝０であり、層５の厚さｄ₁は２ｎｍである。層７のパラメータはＩｎ_xdＧａ_1-xdＮであり、この場合、ｘｄ＝０．４であり、層７の厚さｔ₃は０．８ｎｍである。活性領域にも１．１０¹⁹ｃｍ^-3のＳｉ濃度までシリコンがドープされる。ｙ＝０．１の組成によって８３０℃の温度で調製されたＡｌ_yＧａ_1-yＮの被覆層６も、ヘテロ構造の最上部に加えられる。

【実施例6】

【0035】

部分的に平衡がとれたピエゾ電界を有し、かつＹＡＰ：Ｃｅ基板上で調製されたエピタキシャル層におけるひずみが十分に補償された構造
多層半導体ヘテロ構造は、ひずみが十分に補償された構造として実施例２に従って調製されたが、方位（１１１）でＹＡＰ基板上に調製され、Ｃｅ（０．１７％）によってドープされた。該構造はまた、活性層４及び５の厚さが異なっており、この場合、組成がｘｂ＝０、ｙｂ＝０．１５のＡｌ_ybＩｎ_xbＧａ_1-xb-ybＮの障壁層４は厚さｄ₂＝１１ｎｍを有し、量子井戸の層５は厚さｄ₁＝５ｎｍ、及び組成ｘｗ＝０．１３、ｙｗ＝０．２４を有する。層の二重項が繰り返される数は３０である。

【実施例7】

【0036】

部分的に平衡がとれたピエゾ電界を有し、かつＹＡＰ：Ｎｄ基板上で調製されたエピタキシャル層におけるひずみが十分に補償された構造
多層半導体ヘテロ構造は、ひずみが十分に補償された構造として実施例６に従って調製されたが、方位（１１１）でＹＡＰ基板上に調製され、Ｎｄ（０．１％）によってドープされた。該構造はまた、活性層４及び５の厚さが異なっており、この場合、組成がｘｂ＝０、ｙｂ＝０．１５のＡｌ_ybＩｎ_xbＧａ_1-xb-ybＮの障壁層４は厚さｄ₂＝９ｎｍを有し、量子井戸の層５は厚さｄ₁＝４ｎｍ、及び組成ｘｗ＝０．１３、ｙｗ＝０．２４を有する。層の二重項が繰り返される数は３５である。

【産業上の利用可能性】

【0037】

電離放射線、特に、電子、Ｘ線、または粒子放射線を検出するための、本発明によるシンチレーション検出器は、とりわけ、特には、電離放射線を用いて作業する医療分野において、電子顕微鏡において、材料及び製品の研究または解析用に設計された、高速検出を要する装置において、すなわち、集積回路及び他の電子部品の品質を診断する応用において、さらには、高速高解像度ＣＴシステムを含むマイクロラジオグラフィにおいて、及び、天文学、素粒子物理学などの多くの他の研究分野において、利用可能である。

【符号の説明】

【0038】

１ 単結晶基板
２ バッファ層
３ 底部窒化物層
４ 障壁層
５ ポテンシャル井戸の典型である層
６ 最上部窒化物層
７ キャリア吸着層の典型である層
８ 電子の波動関数
９ ホールの波動関数
１０ 伝導バンドのエッジ
１１ 価電子バンドのエッジ
ｄ₁ ポテンシャル井戸の典型である層の厚さ
ｄ₂ 障壁層の厚さ
ｔ₁ 底部窒化物層の厚さ
ｔ₂ 最上部窒化物層の厚さ
ｔ₃ キャリア吸着層の典型である層の厚さ
ｔ₄ 核形成層の厚さ
ｈ ヘテロ構造活性部分の厚さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】