[发明专利]用于探测电离辐射的闪烁探测器

说明书

用于探测电离辐射的闪烁探测器，该电离辐射尤其是电子、X射线或粒子辐射，该闪烁探测器包括单晶基底（1）、至少一个缓冲层（2）、至少一个氮化物半导体层（3、4、5、6），该至少一个氮化物半导体层被施加至具有外延的基底（1）上，该氮化物半导体层用通式Al_yIn_xGa_1‑x‑yN描述，其中0≤x≤1、0≤y≤1和0≤x+y≤1有效，其中至少两个氮化物半导体层（3、4）被设置在层状异质结构中，该层状异质结构的结构包含至少一个势阱，该至少一个势阱用于电子和空穴的辐射重组。在该结构中，设有大体上相同极化的氮化物半导体层（3、4）的至少一个活性双层，该至少一个活性双层由Al_ybIn_xbGa_1‑xb‑ybN型的阻挡层（4）和表示势阱的Al_ywIn_xwGa_1‑xw‑ywN型的层（5）组成，其中xb≤xw和yb≤yw有效；或者存在厚度（t₃）小于2nm、Al_ydIn_xdGa_1‑xd‑ydN型的至少一个载体吸引层（7），其中yd≤yw和xd≥xw+0.3，该至少一个载体吸引层（7）嵌入氮化物半导体层（4、5）的至少一个活性双层中，以减小发光衰减时间。

技术领域

本发明涉及具有氮化物异质结构的半导体单晶闪烁探测器，该半导体单晶闪烁探测器被设计成用于探测电离辐射，尤其是电子、X射线或粒子辐射。

背景技术

众所周知，具有宽带隙的半导体（如GaN或ZnO）适合在电离辐射的探测器中使用。这类型的材料表现出1ns数量级的激发发光的较短的衰减时间，且这类型的材料耐辐射。GaN的优点在于其以更高的结晶质量和以同质外延层的形式制备的可能性，在彼此的顶部上、以达到多个不同的层而被施加至单晶基底的较大表面上，这导致异质结构的形成。这些异质结构表现出较低的非辐射损失和较窄的发光最大值。

专利文件US 7 053 375 B2描述一种半导体闪烁器，该半导体闪烁器包括来自周期表的III族元素，该III族元素与氮以半导体的形式化合，用于用电离辐射进行激发。此半导体化合物被构造于层内，在通常所述的基底上形成。此外，在半导体层和基底之间可存在半层，以平滑/改进被称为缓冲层的半导体结构。具有III族元素的各种氮化物及其合金可被用于在彼此上方施加的不同的层中，并形成异质结构。

另一个已知的专利文件US 8 164 069 B2描述一种荧光剂对伴随光发射（发光）的电子入射的反应。该荧光剂包括载体单晶基底和氮化物半导体三明治结构，其中阻挡层与表示势阱的层交替。半导体层形成异质结构，该异质结构在一个基底侧的表面上形成。优选地，势阱用In_xGa_1-xN合金半导体形成。

以上所述的方案的缺点在于，它们没有考虑到在具有不同构成的层的界面之间形成的强压电场。此压电场降低电子空穴波函数重叠，并且因此相当大地降低发光强度并延长发光衰减时间。这意味着闪烁器将具有没那么强且较慢的响应。以上提到的方案的再一个缺点是事实上，在电离辐射的入射期间，在半导体材料中的非辐射电子空穴重组消耗相对大量的能量。势阱的存在改善了此速度，但是辐射重组和非辐射重组所消耗的能量的产生比例仍然不足够。由于In_xGa_1-xN的不同晶格常数造成越来越多数量的In_xGa_1-xN阱，在半导体层中更高数量的势阱的获得被结构中增大的张力阻止，所述更高数量的势阱的获得将改善重组能量的产生比例。

本发明的任务在于形成用于探测电离辐射的单晶氮化物闪烁探测器，该单晶氮化物闪烁探测器将消除已知方案的缺陷，抑制压电场的影响并降低结构中的张力，这将提高对入射电离辐射的发光响应的强度和速度。

发明内容

上述设定的任务通过形成用于探测电离辐射（尤其是电子、X射线或粒子辐射）的闪烁探测器来解决。