CN1656594A

CN1656594A - 半导体光电面、其制造方法及使用该半导体光电面的光检测管

Info

Publication number: CN1656594A
Application number: CNA038116103A
Authority: CN
Inventors: 可野泰行; 永井俊光; 长谷川宽
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2005-08-17
Also published as: WO2003107386A1; EP1513185A4; AU2003242372A1; JP2003338260A; EP1513185A1; US20060138395A1

Abstract

本发明的半导体光电面具有：支承基板(10)；在该支承基板(10)上，层叠多个半导体层而形成，响应被测光的入射，从光电子放出面(341)放出光电子的光电面(30)，和形成为膜状以覆盖上述支承基板(10)的至少一部分和上述光电面(30)的一部分的、与上述光电面欧姆接触的膜状金属电极(35)。上述膜状金属电极(30)包含钛，作为上述膜状金属电极(35)上没有被覆盖的上述光电面30的露出部分的上述电子放出面(341)，成为电子亲和力为负的状态。

Description

半导体光电面、其制造方法及使用该半导体光电面的光检测管

技术领域

本发明涉及光电子放出面的电子亲和力为负的状态的半导体光电面(NEA半导体光电面)及其制造方法，以及使用该半导体光电面的光检测管(光电管、光电子增倍管)。

背景技术

由于在光电子增倍管等光检测管中，在光电面附近的残留气体为测量时的噪声(残留脉冲)的原因，因此，排除光电面附近的残留气体很重要。特别是在电子增倍管中，排除光电面和第一电子倍增极(二次电子增倍部分)之间的残留气体，使真空管内成为高真空，对于减少残留脉冲非常重要。现有，为了使光电子增倍管内成为高真空，已知有使真空管内的钛金属丝溅射，吸收残留气体的方法。

另外，作为用于阻止在由光半导体装置的盖和头部构成的空间中的外部气体的活动的技术，在特开平7-335777号公报中说明了在空间内存在具而钛或铬等有吸气作用的金属的技术。在光电子增倍管等中，为了吸收成为残留脉冲原因的光电面附近的残留气体，在光电面附近设置具有钛或铬等吸气作用的吸气器，也是有效果的。

发明内容

然而，在小型光电子增倍管等情况下，由于内部空间小，在光电面附近，设置使用现有的钛金属丝的吸气器极困难。特别是在光电子增倍管中，如果在光电面和第一电子倍增极之间设置现有的吸气器，则由于吸气器与电子倍增极的距离近，吸气器激活时的热的影响会使阴极的灵敏度和增益显著变差等，对特性有不利影响。

另外，目的是要在内部空间小的小型光电子增倍管等中，可以有效地吸收光电面附近的残留气体并使光电子增倍管等小型化。

为了解决上述问题本发明的半导体光电面，它具有：

支承基板；

通过在该支承基板上层叠多个半导体层形成的、响应被测光的入射而从光电子放出面放出光电子的光电面；和

形成为膜状以覆盖上述支承基板的至少一部分和上述光电面的一部分的、与上述光电面欧姆接触的膜状金属电极，

上述膜状金属电极包含钛，上述膜状金属电极上没有被覆盖的上述光电面的露出部分的上述电子放出面，成为电子亲和力为负的状态。

上述膜状金属电极可以由金属钛构成，也可以为层叠钛和铬的构造的膜状金属电极，还可以为钛和铬的混合物。

这样，膜状金属电极不但可作为电气上与光电面连接，将电子供给光电面的电气上与光电面连接，将电子供给光电面的欧姆电极起作用，而且可以发挥吸收由电极中所含的钛的激活造成的残留气体的作用，作为吸气器起作用。另外，由于含钛的膜状电极设置在光电面附近，可以有效地吸收光电面附近的残留气体。该电极为膜状，因此占有容积小，可以容易地设置在光电子增倍管等的内部，因此可使光电子增倍管等的尺寸减小。

此外，上述半导体光电面的制造方法，它具有下列工序：

将层叠多个半导体层构成的光电面，在支承基板上形成的第一工序；

形成覆盖上述支承基板的至少一部分和上述光电面的一部分，并与上述支承光电面欧姆接触的膜状金属电极的第二工序；

通过在真空中，加热上述支承基板，上述光电面和上述膜状金属电极，进行热清洗的第三工序；和

对作为在上述膜状金属电极上没有被覆盖的上述光电面的露出部分的上述光电子放出面进行激活处理，使电子亲和力成为负的状态的第四工序。

这样，在第二工序中形成的膜状金属电极中所含有的钛，在第三工序的热清洗时，由加热而激活，可发挥吸气作用。即：第二工序的热清洗工序具有通过原样使钛激活的工序，发挥吸气作用，不需要现有技术中另外需要的吸气工序。

使用上述半导体光电面的光检测管，它具有：通过上述的半导体光电面构成的阴极；收集从上述半导体光电面的上述光电子放出面放出的光电子的阳极；和将上述阴极和上述阳极收容在内部的真空容器。

另外，使用上述半导体光电面的光检测管具有通过上述的半导体光电面构成的阴极；使从上述半导体光电面的上述光电子放出面放出的光电子二次电子增倍的二次电子增倍部分；收集二次电子增倍后的电子的阳极；以及将上述阴极、上述二次电子增倍部分、和上述阳极收容在内部的真空容器。

附图说明

图1A为从真空侧看光电面30和玻璃面板10的平面图；

图1B为图1A所示的光电面30和玻璃面板10的I-I箭头所示截面图；

图2A半导体光电面制造过程的中间物的截面图；

图2B半导体光电面制造过程的中间物的截面图；

图2C半导体光电面制造过程的中间物的截面图；

图2D半导体光电面制造过程的中间物的截面图；

图2E半导体光电面制造过程的中间物的截面图；

图2F半导体光电面制造过程的中间物的截面图；

图3为实施例的光检测管的截面图。

具体实施方式

参照附图说明本发明的实施例的半导体光电面。在可能的情况下，同一部分用相同符号表示，省略其重复说明。

图1A为从真空侧看光电面30和玻璃面板10的平面图；

图1B为图1A所示的光电面30和玻璃面板10的I-I箭头所示的截面图。但图1B中，为了说明，纵方向的放大率比横方向的放大率大。

被检测光(hv)从图1B的下侧入射在光电面30上，图1B的光电面的上侧区域设定为真空状态。如图1B所示，光电面30是在玻璃面10上层叠多个半导体层33、34形成的。在玻璃面板10(支承基板)上，通过SiO₂构成的粘接层31，粘接形成由Si₃N₄构成的反射防止膜32。该膜32具有与作为检测对象的被检测光的波长相应的膜厚。

在反射防止膜32上，作为外延层形成由p型AlGaAsP构成的厚度为0.01μm及其以上的窗层33。如图1B箭头所示，当被检测光(hv)从玻璃面板10入射时，可无衰减地透过玻璃面板10和反射防止膜32，在透过的光中，比被检测光的波长长的光，被窗层33遮断。在窗层33上，作为外延层形成能量带间隙比窗层33小的P型GaAsP构成的、厚度为0.1～2μm的光吸收层34，吸收透过窗层33的被检测光，放出光电子。

由于在光吸收层34上面中心，均匀地形成极厚的由Cs₂O构成的活性层38，使光吸收层34上面的功函数很低，因此，光吸收层34的光电子放出面341成为电子亲和力为负的状态，所谓NEA(NegativeElectron Affinity)状态。由于这样，由入射光产生的许多光电子，在不消灭地到达活性层38附近时，容易向外部放出。

另外，形成与光吸收层34的光电子放出面341欧姆接触、由金属钛构成的膜状钛电极35(膜状金属电极)。膜状钛电极35膜厚约为50nm，从光吸收层34上面周边边缘向着玻璃面板10的周边边缘方向形成，与光吸收层34电连接。

膜状钛电极35覆盖光吸收层34的上面周边边缘，向着玻璃面板10的周边边缘方向连续地连在一起，覆盖玻璃面板10。光吸收层34的上面中心部分不被膜状电极35覆盖，可使由玻璃面板方向入射的被检测光产生的光电子透过。

现说明上述半导体光电面的作用。上述半导体光电面利用金属钛作为与光电子放出面341欧姆接触的膜状电极35的材质。这样，膜状电极35不但起到电气上与光电面30连接，作为将电压加在光电面30上的欧姆电极的作用，而且可以作为发挥吸收钛激活产生的残留气体的吸气作用的吸气器的作用。

由于由金属钛构成的膜状电极35设置在光电面30附近，可以有效地吸收光电面附近的残留气体。另外，由于该电极35为膜状，从而比现有技术中的使用钛金属丝的吸气器占有容积小。因此，容易设置在小型光电子增倍管等的内部，如果使用本实施例的半导体光电面，可使光电子增倍管小型化。

在上述半导体光电面中，活性层38不是仅限于如Cs₂O那样的碱金属的氧化物，碱金属或其氟化物也可以。另外，光吸收层34也不仅是限于GaAsP、GaP、GaN或GaAs等III-V族化合物或金刚石等IV族材料也可以。

另外，在上述半导体光电面上，使用由金属钛构成的电极作为膜状金属电极，但与半导体光电面的光电子放出面欧姆接触，形成铬膜，在其真空侧重叠形成膜状钛膜作为铬和钛二层结构的膜状金属电极也可以。由于铬有粘接性好的性质，因此通过铬膜，形成钛膜，可使半导体光电面和膜状金属电极的粘接性好。

另外，为了激活膜状金属电极所含的钛，发挥吸气作用，必需使钛膜的至少一部分在真空侧露出。但与半导体光电面欧姆接触的膜状金属电极不仅是限于2层结构，3层及其以上的多层结构也可以。如果钛在真空侧升华，发挥吸气作用，则也可以为使混合另一种金属(例如铬)和钛的混合物与光电子放出面欧姆接触的膜状金属电极。

其次，说明上述半导体光电面的制造方法。

图2A、图2B、图2C、图2D、图2E、图2F为半导体光电面的制过程的中间物的截面图。

首先，作为第一工序，在由GaAs构成的半导体基板37上顺次外延成长蚀刻停止层36，光吸收层34和窗层33，制造半导体多层膜(参照图2A)。然后，利用CVD法，在窗层33上形成反射防止膜32、再在反射防止膜32上堆积由SiO₂构成的粘接层31(参照图2B)。

另外，在真空中或惰性气体中，大约在550℃下加热园盘状的玻璃面板10，与粘接层31热熔接(参照图2C)。在冷却至室温后，利用湿蚀刻，除去半导体基板37和蚀刻停止层36，露出光吸收层34(参照图2D)。其次，作为第二工序形成与光吸收层34的光电子放出面接触、利用蒸镀，在光电面30以外的部分堆积钛膜。形成膜状钛电极35(参照图2E)。

其次，作为第三工序，将得到的光电面30在真空中，对每一个玻璃面板10，在大约700℃下加热，进行热清洗。最后，作为第4工序，为了对光电子放出面进行激活处理，使电子亲和力为负的状态，在真空中，形成活性层38(参照图2F)。

现说明上述制造方法的作用。由于膜状钛电极35的形成(第二工序)在比热清洗工序(第三工序)前进行，在热清洗工序中，通过加热作为已形成的膜状电极35的材质的钛激活，激活的钛发挥吸气作用。即：热清洗工序可兼作原样使钛激活的工序，因此不需要现有技术中另外需要的吸气工序。

本发明的半导体光电面的制造方法，不是仅限于上述实施例。在上述的制造方法的第二工序中，使钛膜直接与光电面接触，形成膜状金属电极。在本发明中，也可以在使另一种金属(例如铬)与光电面接触，形成金属膜后，再通过在真空管侧重叠形成钛膜，形成钛和其他金属层叠的结构的膜状金属电极。另外，膜状金属电极不仅限于钛膜，形成将钛和铬的混合物形成为膜状的电极也可以。

其次，说明利用上述半导体光电面的光检测管的实施例。图3为利用上述半导体光电面的光检测管的截面图。该光检测管为具有金属通道型的电子倍增极(二次电子增倍部分)的光电子增倍管，它具有设置光电面的所谓透过型的光电面30，以与玻璃面板的真空管内侧粘接。

另外，该光电子增倍管的半导体光电面30构成阴极，它具有使从半导体光电面放出的光电子二次电子增倍的电子倍增极12，收集电子的阳极13和在内部收容阴极和阳极的真空管11(真空容器)。光电面30与玻璃面板10的真空管内侧粘接，膜状钛电极35与光电面30的光电子放出面欧姆接触。玻璃面板10固定在构成真空管11的本体的筒体的一端，构成真空管11的筒体的另一端，用玻璃气密地密封，将真空管11的内部保持为真空状态。

光电面30通过膜状钛电极35，阴极接头15，集束电极14和阴极电气引线17与外部连接。由于光电面30和膜状钛电极35为欧姆接触，所以光电面30可接收从外部供给的电子。在真空管11内的另一端上设置阳极13，阳极13的电位通过阳极电气引线18，成为给定电位。

电子倍增极12设置在光电面30和阳极之间，它由顺次使从光电面30放出的光电子增倍的金属通道电子倍增极12a，12b，12c，12d，12e，12f，12g，12h；和由电子倍增极12h增倍、使通过作在阳极13上的开口的电子反射(倍增)，再次入射至阳极13的反射型最终段电子倍增极12i构成。金属通道电子倍增极12a～12h为多段重复设置的形状。光电面30，通过膜状钛电极35，阴极接头15，集束电极14和阴极电气引线17，保持比阳极13低的电位。在各个金属通道电子倍增极12上加上相对光电面30为正的分压器(bleeder)电压，随着接近阳极13，在每段上分配施加电压，使电压增加。这样，阳极13将正电压加在电子倍增极12h上。

当被检测光入射在光电子增倍管的光电面30上时，光电子从光电面30放出，放出的光电子入射在第一段电子倍增极12a上。由第一段电子倍增极12a将相对于入射的光电子数数倍的数目的二次电子放出，接着，加速入射在第二段电子倍增极12b上。在第二极电子倍增极12b上，也与第一段电子倍增极12a同样，放出相对于入射的电子数数倍的二次电子。通过9次重复，最终，从光电面30放出的光电子倍增至100万倍左右，二次电子集中在阳极13上，作为输出信号电流取出。

上述光电子增倍管的装配工序如下。首先，分别将玻璃面板10(碱性的未激活的光电面30，膜状钛电极35已经形成)，In环4，侧管5，基座6导入转移装置中。这时，侧道5和基座6是已在别的装置内以被电阻焊接的状态下导入的。其次，热清洗碱性未激活的光电面30，再利用碱进行激活。对电子倍增极12利用加热器对每一个腔加热，进行气体输出后，利用碱激活。最后将In环4和玻璃面板10向着侧管5加压密封。

其次，说明上述光电子增倍管的作用。由于该光电子增倍管使用上述半导体光电面，可发挥吸收膜钛电极35的钛的激活产生的残留气体的作用，因此可作为吸气器工作。由于由金属钛构成的膜状电极35设置在光电面30附近，因此，可以有效地吸收光电面附近的残留气体。

另外，由于该电极35为膜状，比现有的使用钛金属丝的吸气器占有容积小。这样，可容易设置在本实施例的小型光电子增倍管等的内部，可使光电子增倍管的尺寸减小。另外，由于不需要如使用现有的吸气器的光电子增倍管那样，在电子倍增极等零件附近位置发热，因此不会对电子倍增极等的特性有不良影响。

另外，利用现有的方法，必需从真空管外，将给钛金属丝供电的引线通过真空管中。由于在本实施例中，不需要该引线，因此真空管的密闭性提高，对提高真空管内的真空度也有效。

本发明的光检测管，不是仅限于上述实施例。上述光检测管为具有金属通道型的电子倍增极的电子增倍管，特别是在对要求减少残留脉冲这点，和因为小型而使设置钛的吸气器困难这点上，作为使用本发明的光电检测管是合适的。但是本发明对具有环状笼型电子倍增极，盒子和格栅型电子倍增极，直线聚焦型电子倍增极，百叶窗型电子倍增极，网眼型电子倍增极，微通道板型电子倍增极等其他型的电子倍增极的光电子增倍管也可使用。

另外，本发明在具有多通路板的光电子增倍管中也可使用。另外，在图象增强器管，多阳极光电子增倍管，超高速测光条纹管，二维微弱光测光用光电计数图象管等二维高灵敏度检测器中也可使用。在没有电子倍增极的光电管，条纹管中也可使用。

采用本发明的半导体光电面，即使在内部空间小的小型光电子增倍管等中使用，也可以有效地吸收成为残留脉冲原因的光电面附近的残留气体，可使光电子增倍管尺寸减小。另外，零件数和装配工序数也减少。

产业上利用的领域

本发明可在光电子放出面的电子亲和力为负的状态的半导体光电面(NEA半导体光电面)及其制造方法和使用该半导体光电面的光检测管(光电管、光电子增倍管等)中利用。

Claims

1.一种半导体光电面，其特征在于，具有：

支承基板；

在该支承基板上层叠多个半导体层而形成的、响应被检测光的入射并从光电子放出面放出光电子的光电面；和

形成为膜状以覆盖所述支承基板的至少一部分和所述光电面的一部分的、与所述光电面欧姆接触的膜状金属电极，

所述膜状金属电极包含钛，作为所述膜状金属电极上没有被覆盖的所述光电面的露出部分的所述光电子放出面，成为电子亲和力为负的状态。

2.如权利要求1所述的半导体光电面，其特征为，所述膜状金属电极由金属钛构成。

3.如权利要求1所述的半导体光电面，其特征为，所述膜状金属电极为钛和铬层叠结构的膜状金属电极。

4.如权利要求1所述的半导体光电面，其特征为，所述膜状金属电极为钛和铬的混合物。

5.一种光检测管，其特征在于，具有：

如权利要求1所述的半导体光电面构成的阴极；收集从所述半导体光电面的所述光电子放出面放出的光电子的阳极；和将所述阴极和所述阳极收容在内部的真空容器。

6.一种光检测管，其特征在于，具有：

如权利要求1所述的半导体光电面构成的阴极；

使从所述半导体光电面的所述光电子放出面放出的光电子二次电子增倍的二次电子增倍部分；

收集经二次电子增倍后的电子的阳极；以及

将所述阴极、所述二次电子增倍部分、和所述阳极收容在内部的真空容器。

7.一种半导体光电面的制造方法，其特征在于，具有下列工序：

将层叠多个半导体层而构成的光电面形成在支承基板上的第一工序；

形成覆盖所述支承基板的至少一部分和所述光电面的一部分并与所述光电面欧姆接触的膜状金属电极的第二工序；

通过在真空中加热所述支承基板、所述光电面、和所述膜状金属电极，进行热清洗的第三工序；和

对作为在所述膜状金属电极上没有被覆盖的所述光电面的露出部分的所述光电子放出面进行激活处理，使电子亲和力成为负的状态的第四工序。

8.如权利要求7所述的半导体光电面的制造方法，其特征为，所述膜状金属电极由金属钛构成。

9.如权利要求7所述的半导体光电面的制造方法，其特征为，所述膜状金属电极为钛和铬层叠结构的膜状金属电极。

10、如权利要求7所述的半导体光电面的制造方法，其特征为，所述膜状金属电极为钛和铬的混合物。

11、一种半导体光电面，其特征在于，具有形成为膜状以覆盖在支承基板上形成的光电面的一部分的、钛制的膜状金属电极。