JP3615856B2

JP3615856B2 - 光電面及びそれを用いた光電変換管

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Publication number: JP3615856B2
Application number: JP02011196A
Authority: JP
Inventors: 実新垣; 泰志渡瀬
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1996-02-06
Filing date: 1996-02-06
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2016-02-06
Also published as: JPH09213203A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光電面及びそれを用いた光電変換管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
極微弱光を検出する光電変換管に用いる光電面として、ＧａＡｓのようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた以下のものが知られている。まず、特開昭５１−７３３７９号公報で開示された光電面は、ＡｌＧａＡｓによって形成されて検出対象となる被検出光より短波長以下の光を遮断する窓層と、ＧａＡｓによって形成されて光励起により光電子を発生させる活性層とを備え、ＡｌＧａＡｓ窓層に反射防止膜を介してガラス面板を熱圧着して支持されている。ＵＳＰＡＴ３７６９５３６号公報に開示された光電面では、ガラス面板に支持された光電面が、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）及び（Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ）の各物質群から少なくとも１つの物質を選択することによって活性層によって構成されている。さらに、Ｃ．Ｐｉａｇｅｔｅｔａｌ．，ＡＣＴＡＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＡ，２０，４，１９７７，３３３に開示された光電面は、活性層がＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．２）により構成されており、ＧａＡｓからなる活性層の場合と比べて、活性層内で被検出光よりも長波長の光が遮断されるときの閾値波長（以下「長波長限界」という）が大きくなっている。また、特開昭４９−１１４６８９号公報に開示された光電面では、Ｇａ_１−ｙＡｌ_ｙＡｓからなる化合物半導体基板上にＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓにからなる活性層が形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような活性層と窓層との組合わせの光電面では、両者の界面に格子不整が全て存在するので界面に結晶欠陥が生じ、それが活性層中へ伝搬することによって活性層の品質が大幅に低下する。活性層内で被検出光を吸収して発生した光電子は結晶欠陥部で再結合してその拡散長が短くなるので、その結果、光電面の感度は低下する。実際、上記のような光電面が組込まれた光電子増倍管の感度は、結晶欠陥が存在しない場合と比べて大幅に低下する。特に、活性層に結晶欠陥が存在する光電面を備えた画像増強管では、クロスハッチパターンような画像が信号出力に現れ、その画像特性の低下は著しい。
【０００４】
ところで、特開平５−２６６８５７号公報に開示された光電面は、Ａｌ_１−ｙＩｎ_ｙＡｓからなる窓層とＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ≦０．２）からなる活性層とから構成されており、Ａｌ_１−ｙＩｎ_ｙＡｓ窓層の原子組成比ｙを所定の値に正確に固定させることによって、Ａｌ_１−ｙＩｎ_ｙＡｓ窓層とＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層とが格子整合している。しかしながら、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層の原子組成比ｘとＡｌ_１−ｙＩｎ_ｙＡｓ窓層の原子組成比ｙとは互いに独立して変化できないので、一方の原子組成比が決まると他方の原子組成比が一義的に決まってしまう。よって、窓層内で被検出光よりも短波長の光が遮断されるときの閾値波長（以下「短波長限界」という）も一義的に決まってしまう。
【０００５】
そこで本発明者は、窓層と活性層との間に格子不整がほとんど存在しない材料構成について種々の組合わせを検討した結果、特開平４−３２４２２７号公報に単に開示されただけのＡｌＧａＩｎＡｓからなる窓層とＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓからなる活性層を用いることによって、上記問題点を本質的に解決できることを見出した。本発明は、係る知見に基づき完成されたもので、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる窓層がＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓからなる活性層と格子整合したまま、窓層の原子組成比に応じて短波超限界が変わる高感度な光電面、及びそれを用いた光電変換管を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光電面は、ガラス面板上に、検出対象である被検出光の反射防止膜を介して密着するように設けられた光電面において、反射防止膜上にＩｎ_ｘ’（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_１−ｘ’Ａｓによって形成され、検出対象となる被検出光よりも短波長の光を遮断する窓層と、窓層よりもバンドギャップエネルギが小さいＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓによって窓層上に形成され、被検出光を吸収して光電子を発生させる活性層とを少なくとも備えた光電面であって、活性層の原子組成比ｘが０＜ｘ＜０．１８の範囲で窓層の原子組成比ｘ’とほぼ等しく、窓層の原子組成比ｙの範囲が０＜ｙ＜１であることを特徴とする。これによって、短波超限界を決める窓層の原子組成比が変化しても、それとほぼ格子整合した活性層内の結晶欠陥は抑制されている。
【０００７】
本発明の光電変換管は、光電面と、光電面を内部に収容するように、ガラス面板を側壁端部に支持して内部が真空状態に保たれた真空管と、真空管内部に設置され、光電面に対して正の電圧を保持する陽極とを備える。これによって、光の信号を光電子の信号に変換できる。
【０００８】
また、光電面と陽極との間には光電面から放出された光電子を２次電子増倍する増倍手段が備えられていることを特徴とする。これによって、放出された光電子の信号を増倍させることができる。
【０００９】
また、陽極は被検出光の２次元光学像に対応した２次元電子像を受容することによって発光する蛍光膜であることを特徴とする。これによって、被検出光の２次元光学像を直接観測することができる。
【００１０】
また、陽極は光電面に入射した被検出光の２次元光学像に対応した２次元電子像を受容することによって２次元光学像に対応した電気信号を出力する固体撮像デバイスであることを特徴とする。これによって、２次元光学像を電気信号に変換することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の光電面の斜視図を一部断面にて示したものである。ガラス面板１０上にＳｉＯ_２とＳｉ_３Ｎ_４とが順次積層した反射防止膜２０が、検出対象である被検出光の波長に応じた膜厚でもって密着して形成されている。反射防止膜上にはｐ型Ｉｎ_ｘ’（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_１−ｘ’Ａｓからなる厚さ０．０３μｍ以上の窓層３１が、エピタキシャル層として形成されている。図１の矢印で示すように、被検出光（ｈν）がガラス面板１０から入射すると、ガラス面板１０と反射防止膜２０とを減衰することなく透過し、窓層３１内で被検出光より短波長の光を遮断している。なお、窓層３１のｐ型のキャリア濃度については厳密ではない。
【００１３】
そして窓層３１上には、窓層３１よりもバンドギャップエネルギが小さいｐ型Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓからなる厚さ１〜３μｍの活性層３２が、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層３２の原子組成比ｘがＩｎ_ｘ’（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_１−ｘ’Ａｓ窓層３１の原子組成比ｘ’と等しいエピタキシャル層として形成されており、窓層３１からの被検出光を吸収して光電子を発生させている。なお、活性層３２内のｐ型のキャリア濃度は１×１０^１８ｃｍ^−３〜１０×１０^１８ｃｍ^−３である。
【００１４】
ここで、本発明者はＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層ｘの値を変えて活性層の分光感度を測定した。図２はｘを０から０．１６と変化させたとき、ＧａＡｓ基板上にあるＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層の分光感度を求めた実験結果である。図２に示す結果から、ｘの値を０．０８，０．１２，０．１６の場合における分光感度の長波長限界が約０．９４μｍ、約０．９７μｍ、約１μｍと変化するだけでなく、長波長側の放射感度が著しく低下することが明らかとなった。これは、ｘが大きくなるにつれてＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層の伝導帯の底にある光電子のポテンシャルエネルギが真空準位程度まで低下し、もしｘ≧０．１８にすると真空準位より低くなって、電子親和力が正となり、その場合の放射感度測定が測定系の雑音によって阻害されるからである。
【００１５】
また、本発明者はＩｎ_ｘ’（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_１−ｘ’Ａｓ窓層３１及びＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層３２の原子組成比ｘ，ｘ’，ｙに関し、ｘ，ｘ’をｘ＝ｘ’＝０．１８に固定してｙをｙ＝０．２５，０．５，０．７５に変化させたとき、光電面の分光感度特性を測定した。図３は各場合におけるその分光感度特性の測定結果を示したものである。その結果から、上述したようにＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層３２の原子組成比ｘによって決まる長波長限界は約０．９４μｍと一定であるのに対し、短波長限界はＩｎ_ｘ’（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_１−ｘ’Ａｓ窓層３１のｙの値に応じて変化し、それぞれ０．９μｍ，０．７８μｍ，０．６５μｍとなったことを見出した。
【００１６】
さらに、各場合において感度の低下がみられないのは、Ｉｎ_ｘ’（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_１−ｘ’Ａｓ窓層３１のｘ’をＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層３２のｘと等しくした結果、両者が格子整合するからである。格子整合した窓層３１と活性層３２との界面では、それに起因した結晶欠陥も抑制される。よって、光電子の拡散長が大きな値になって活性層３２内の光電子の再結合等による消滅が少なくなり、上記のように感度の低下はみられなくなる。ただし、両者の原子組成比ｘ’，ｘが完全に一致しなくとも両者の間の格子不整の度合いが小さければ、活性層２１を構成する格子の内部に存在する歪応力が格子の変形によって緩和されるので、結晶欠陥が導入されない。
【００１７】
以上から、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層３２のｘが、０＜ｘ＜０．１８の範囲でＩｎ_ｘ’（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_１−ｘ’Ａｓ窓層３１のｘ’とほぼ一致して、Ｉｎ_ｘ’（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_１−ｘ’Ａｓ窓層３１のｙがそれと独立に変化できることを見出したことにより、短波超限界が任意に変化できる高感度な光電面の材料組成制御が先行技術の場合と比較すると非常に容易となった。
【００１８】
活性層３２上面中央部には、Ｃｓ_２Ｏからなる表面層３３が均一に極薄く形成され、活性層３２上面の仕事関数を十分低下させるので、多くの光電子が消滅することなく表面層３３近傍に到達したときに容易に外部に放出される。ただし、表面層３３はＣｓ_２Ｏのようなアルカリ金属の酸化物に限るものではなく、アルカリ金属又はそのフッ化物でもよい。また、活性層３２上面周縁部にＣｒからなる電極５０が蒸着して形成され、活性層３２と電気的な接続ができるようにしている。
【００１９】
次に、本発明の光電面を製造方法でもって説明する。図４（ａ）〜（ｅ）は図１のＡ−Ａ線断面図を工程順に示している。
【００２０】
まず、ＧａＡｓからなる半導体基板６０を用意する。つぎに、この上にエピタキシャル成長装置（図示せず）を用いてＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓからなる厚さ約４μｍのバッファ層６１、Ｉｎ_ｘ（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_１−ｘＡｓからなる厚さ約１μｍのエッチストップ層６２、そしてｐ型の不純物が所望量だけ導入された、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓからなる厚さ約２μｍの活性層３２及びＩｎ_ｘ’（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_１−ｘ’Ａｓからなる約４μｍの窓層１２をの順次エピタキシャル成長させ、図４（ａ）に示すように、ヘテロ構造を有した半導体多層膜を作製する。
【００２１】
上記工程においてバッファ層６１を設けるのは、その上のエッチストップ層６２の結晶欠陥を減少させるためだけでなく、ＧａＡｓ半導体基板６０中の不純物をバッファ層６１より上の層へ拡散させないためである。なお、バッファ層６１は上述した（ｉ）一定の組成からなる層にする以外に、例えば、（ｉｉ）厚さ２μｍのＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層及びＧａＡｓ層を交互に積層した多層構造にしたり、又は（ｉｉｉ）ＧａＡｓ半導体基板６０からなだらかに組成をＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓまで傾斜させたいわゆるグレーデッド層等にしたりしても同様な作用・効果が生ずる。エッチストップ層６２は、後述するエッチング処理において、エッチストップ層６２より上の層を保護するために設けられる。また本発明では、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層３２及びＩｎ_ｘ’（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_１−ｘ’Ａｓ窓層３１をエピタキシャル成長させる際、上述したように両者のインジウム組成比ｘ，ｘ’をほぼ等しくすることにより、両者の格子定数をほぼ一致させ、活性層３２内の結晶欠陥を抑えるようにしている。
【００２２】
その後、図４（ｂ）に示すように、Ｉｎ_ｘ’（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_１−ｘ’Ａｓ窓層３１の上にＣＶＤ法を用いて、Ｓｉ_３Ｎ_４及びＳｉＯ_２が被検出光の波長に応じた膜厚でもって順次積層した反射防止膜２０を形成させる。
【００２３】
そして、活性層３２の熱膨張係数に比較的近いコーニング社の７０５６ガラス（熱膨張係数：５×１０^−７／℃）からなるガラス面板１０を、真空中又は不活性ガス中で約５５０℃に加熱して反射防止膜２０と熱圧着させ、反射防止膜２０を介して多層膜をガラス面板１０に配置させる。なお、ガラス面板１０は活性層３２の熱膨張係数に近いものであれば特にコーニング７０５６ガラスに限られるものではない。その後、ガラス面板１０を室温まで冷却すると、図４（ｃ）に示すように、反射防止膜２０はガラス面板１０と密着する。
【００２４】
つぎに、この状態でもって、アンモニア及び過酸化水素溶液を用いてＧａＡｓ半導体基板６０をエッチング除去すると、エッチング除去はＩｎ_ｘ（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_１−ｘＡｓエッチストップ層６１が露出して自動的に停止する。引続き、フッ酸又は塩酸溶液を用いてＩｎ_ｘ（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_１−ｘＡｓエッチストップ層６１をエッチング除去すると、図４（ｄ）に示すように、エッチング除去はＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層３２が露出して自動的に停止する。
【００２５】
その後、所定のマスクを用いることによってＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層３２露出面周縁部等にＣｒからなる電極５０を蒸着装置（図示せず）内で蒸着させ、光電面３０を電気的に接続できるようにする。最後に、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層３２露出面を約５８０℃に加熱して清浄化した後、Ｃｓ及びＯ_２を導入してＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層３２露出面に表面層３３を蒸着させることによって、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ活性層３２露出面の仕事関数を低下させ、図４（ｅ）に示す光電面が得られる。
【００２６】
つぎに、本発明に係る光電変換管を各実施形態毎に説明する。
【００２７】
光電変換管の第１実施形態
図５はいわゆるラインフォーカス型光電子増倍管の側断面図を示したものである。図５において、内面に光電面３０が反射防止膜を介して密着するようにして設けられたガラス面板１０が真空管１１の本体を構成する筒体の一方の端部に支持されており、被検出光（ｈν）が矢印に示すように入射される。真空管１１を構成する筒体の他方の端部もガラスを用いて気密に封止され、真空管１１内部を真空状態に保持している。
【００２８】
真空管１１内の他方の端部には陽極４０が設置されており、光電面３０と陽極４０との間のうち、光電面３０寄りに光電子を収束する一対の収束電極７０が設置され、かつ、陽極４０寄りにこの光電面３０から放出された光電子を順次増倍するための複数段のダイノード７１ａ〜７１ｈからなるダイノード部７１（増倍手段）が曲面状の電極を多段繰り返して設置されている。図示しないが、光電面３０、収束電極７０、ダイノード部７１、そして陽極４０には、ブリーダ回路及び電気リードを介して、光電面３０に対して正のブリーダ電圧が陽極４０に近づくにつれて段毎に増加するように分配して印加されている。
【００２９】
よって被検出光が光電子増倍管に入射すると、上記光電面３０から光電子（ｅ⁻）が従来と同程度の数を保持したまま、従来より短時間で放出される。放出された光電子は収束電極７０によって加速して収束され、第１ダイノード７１ａに入射される。入射した光電子数に対して数倍の数の２次電子が放出され、引続き第２ダイノード７１ｂに加速して入射する。第２ダイノード７１ｂにおいても第１ダイノード７１ａと同様に入射した電子数に対して数倍の２次電子が放出される。これを８回繰り返すことによって、光電面３０から放出された光電子は約１００万倍程度に最終的に２次電子増倍され、第８ダイノードｈから増倍して放出された２次電子が陽極４０で集められ出力信号電流として取り出される。
【００３０】
本実施形態では、短波超限界を決める窓層３１の原子組成比ｙが変化しても感度の高い光電面３０を用いていることから、陽極４０から最終的に出力される信号電流も大きくなって、従来のラインフォーカス型光電子増倍管と比較してより微弱な被検出光を検出することができる。
【００３１】
光電変換管の第２実施形態
図６はいわゆる近接型光電子増倍管の側断面図を示したものである。反射防止膜２０と光電面３０とが光電面の実施形態と同様にされたガラス面板１０が、Ｉｎシール部１３及びＩｎ溜め１４からなる封止部材を用いて真空管１１の本体を構成する筒体の上端部に封止して支持されており、被検出光（ｈν）が矢印に示すように入射される。
【００３２】
また、真空管１１の本体を構成する筒体の下端部には、底板部１２が支持され、真空管１１を気密に封止して真空管１１内部を真空状態に保持させている。底板部１２上面では光電面３０と対向して、光電子が打ち込まれたとき増倍作用を有しているフォトダイオード４１が設置されている。このフォトダイオード４１に接続されたステムピン５２の一端が底板部１２を貫通して延びており、それを介してこのフォトダイオード４１には逆バイアス電圧が印加されており、また同様にステムピン５２と電極５０に接続された電気リード（図示せず）とを介して、光電面３０とフォトダイオード４１との間に数ｋＶの電圧が印加されている。
【００３３】
上記光電子増倍管に被検出光が入射すると、光電変換管の第１実施形態に述べたように光電子（ｅ⁻）が真空管１１の内部空間へ多く放出された後、フォトダイオード４１に加速して打ち込まれることにより、光電子１つに対し数１０００倍に増倍された２次電子が生成される。そして、フォトダイオード４１内で生成された２次電子がステムピン５２を介して出力信号として取り出される。
【００３４】
したがって、本実施形態では短波超限界を変化させても、光電面から光電子が従来より多く放出されるので、従来の電子打ち込み型光電子増倍管に比べて微弱光を検出できる。また、ダイノード部を必要とせず、しかも、後述する静電収束型光電子増倍管と比較して収束電極を要しないことから、小型化が可能である。
【００３５】
光電変換管の第３実施形態
図７はいわゆる静電収束型光電子増倍管の側断面図を示したものである。この光電子増倍管で第２実施形態と異なる点は、光電面３０とフォトダイオード４１との間に、一対の収束電極７０が設置されていることである。そして、一対の収束電極７０と接続された各電気リード５１ａ，ｂの一端が真空管３０側壁を貫通して延びており、電気リード５１ａ，ｂを介して一対の収束電極７０に所定の電圧を印加できるようにしている。
【００３６】
本実施形態によれば、収束電極７０を用いて光電子が収束されているので、光電面の有効面積に対して小さいフォトダイオード４１を用いることができるので、高速応答が可能となる。
【００３７】
光電変換管の第４実施形態
図８はいわゆる画像増強管の側断面図を示したものである。本実施形態は第２乃至第３実施形態と異なり、真空管１１の本体を構成する筒体の中央には、２次元電子を２次電子増倍できるように直径１０μｍ程度のガラス孔を多数束ねて構成されるマイクロチャンネルプレート（以下「ＭＣＰ」という）（増倍手段）７２が設置されていることである。そして、光電面３０及びＭＣＰ７２に接続される各電気リード（図示せず）を介して、光電面３０とＭＣＰ７２との間には＋数１００Ｖの電圧が印加されている。また、ＭＣＰ７２と接続された各電気リード５３ａ，ｂの一端が真空管１１の側壁を貫通して延び、それらを介して、ＭＣＰ７２の上面側（以下「入力側」という）とＭＣＰ７２の下面側（以下「出力側」という）との間には増倍用の電圧が印加されている。
【００３８】
また本実施形態では、真空管１１の本体を構成する筒体の下端部にはファイバープレート４２が支持され、その内面上に蛍光体４３（蛍光膜）が配置されている点において前述の実施形態とは異なる。そして、蛍光体４３に接続された電気リード５３ｃとＭＣＰ７２に接続された上記と別の電気リード（図示せず）を介して、ＭＣＰ７２に対して＋数ｋＶ程度の電圧が蛍光体４３に印加されるようにしている。なお、第１電極５０及び第２電極５１と接続された電気リードは図示を省略している。
【００３９】
したがって、画像増強管に被検出光が図８のように入射すると、２次元光学像に対応する２次元光電子像（ｅ⁻）が光電面３０から真空管１１の内部空間へ放出され、ＭＣＰ７２入力側に加速して入射される。ＭＣＰ７２によって２次元光電子像は約１００万倍に２次電子増倍され、ＭＣＰ７２の出力側から入射位置に対応した２次元電子像が放出され、蛍光体４３に加速して入射される。蛍光体４３上では２次元電子像に対応した２次元画像が増強して発光表示される。２次元画像は蛍光体４３を支持しているファイバープレート４２を通して外部に取り出され、観測される。
【００４０】
本実施形態は短波超限界が変化しても結晶欠陥が抑制された上記光電面３０を用いていることから、従来よりも多くの２次元光電子像が放出されるので、蛍光体４３は増倍された２次元電子によって従来より強く発光される。よって、従来の画像増強管に比較しより微弱な２次元光学像が感度よく、かつ、結晶欠陥に起因するクロスハッチパターンが現れることなく直接観察され得る。
【００４１】
光電変換管の第５実施形態
図９はいわゆる近接型撮像管の側断面図を示したものである。この撮像管では、第２実施形態におけるフォトダイオード４１に代えて、撮像デバイスである電荷蓄積素子（以下「ＣＣＤ」という）４４が用いられている。図示しないが、光電面３０とＣＣＤ４４との間には放出された光電子を増倍するための電圧が印加され、これにより加速された光電子がＣＣＤ４４に入射することにより光電子像が増倍される。ＣＣＤ４４の各画素に蓄積される電荷は、ステムピン５４を介して時系列に外部に出力される。
【００４２】
本実施形態においても、短波長限界が変化できる高感度な光電面３０から２次元光電子が従来よりも多く放出されることから、ＣＣＤ４４の各画素に蓄積された増倍電子が時系列に外部に従来よりも多く出力され得る。よって、従来より２次元の微弱光現象を電気的に検出して観測することが可能となる。また、本実施形態は、第４実施形態に述べたように、結晶欠陥に起因するクロスハッチパターンを出力せずに高品質な画像特性を得ることができる。
【００４３】
なお、本発明に係る光電変換管の第１乃至第３実施形態において、増倍手段としてダイノード又はフォトダイオードを用いたものを説明したが、増倍手段は上記のものに必ずしも限らず、マイクロチャンネルプレート等その他の増倍手段を用いてもよい。また、光電変換管の第５実施形態において近接型撮像管を説明したが、静電収束型撮像管などでも構わない。さらに、撮像管の実施形態において撮像デバイスとしてＣＣＤを用いた場合を説明したが、これに限定されるべきものではなく位置検出機能を有する固体検出器、例えば位置検出型のフォトダイオード等でも構わないことはもちろんである。最後に、本発明の光電変換管として光電子増倍管、画像増強管及び撮像管を説明したが、これらを備えるストリーク管等のその他光検出装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の光電面によれば、窓層と活性層とが格子整合しながら窓層の組成を変えることができるので、短波長限界が変化できる高感度な光電面が得られる。
【００４５】
さらに、本発明の上記光電面を用いた光電変換管によれば、短波超限界を決める窓層の原子組成比を変えても、従来よりも微弱な光を検出できる。特に、画像増強管や撮像管では光電面の結晶欠陥に起因したクロスハッチパターンを発生することなく高品質な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光電面の斜視図を一部断面にて示した図である。
【図２】ＧａＡｓ基板上にあるＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓからなる活性層の組成ｘを変化させたときの分光感度特性を示した図である。
【図３】Ｉｎ_ｘ’（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_１−ｘ’Ａｓからなる窓層の組成ｙを変化させたとき、本発明に係る光電面の分光感度特性を示した図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線断面図について製造工程を示した図である。
【図５】図１の光電面を備えた光電変換管の第１実施形態の側断面図である。
【図６】図１の光電面を備えた光電変換管の第２実施形態の側断面図である。
【図７】図１の光電面を備えた光電変換管の第３実施形態の側断面図である。
【図８】図１の光電面を備えた光電変換管の第４実施形態の側断面図である。
【図９】図１の光電面を備えた光電変換管の第５実施形態の側断面図である。
【符号の説明】
１０・・・ガラス面板、１１・・・真空管、１２・・・底板部、１３・・・Ｉｎシール部、１４・・・Ｉｎ溜め、２０・・・反射防止膜、３０・・・光電面、３１・・・窓層、３２・・・活性層、３３・・・表面層、４０・・・陽極、４１・・・フォトダイオード、４２・・・ファイバープレート、４３・・・蛍光体、４４・・・電荷蓄積素子、５０・・・電極、５１ａ，ｂ，ｃ・・・電気リード、５２、・・・ステムピン、６０・・・半導体基板、６１・・・バッファ層、６２・・・エッチストップ層、７０・・・収束電極、７１・・・ダイノード部、７１ａ・・・第１ダイノード、７１ｂ・・・第２ダイノード、７１ｃ・・・第３ダイノード、７１ｄ・・・第４ダイノード、７１ｅ・・・第５ダイノード、７１ｆ・・・第６ダイノード、７１ｇ・・・第７ダイノード、７１ｈ・・・第８ダイノード、７２・・・マイクロチャンネルプレート。
代理人弁理士長谷川芳樹

Claims

ガラス面板上に、検出対象である被検出光の反射防止膜を介して密着するように設けられた光電面において、
反射防止膜上にＩｎ_ｘ’（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_１−ｘ’Ａｓによって形成され、検出対象となる被検出光よりも短波長の光を遮断する窓層と、
前記窓層よりもバンドギャップエネルギが小さいＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓによって前記窓層上に形成され、前記被検出光を吸収して前記光電子を発生させる活性層と、
を少なくとも備えた光電面であって、前記活性層の原子組成比ｘが０＜ｘ＜０．１８の範囲で前記窓層の原子組成比ｘ’とほぼ等しく、前記窓層の原子組成比ｙの範囲が０＜ｙ＜１であることを特徴とする光電面。
請求項１記載の光電面と、
前記光電面を内部に収容するように、前記ガラス面板を側壁端部に支持して内部が真空状態に保たれた真空管と、
前記真空管内部に設置され、前記光電面に対して正の電圧を保持する陽極と、を備えた光電変換管。
前記光電面と前記陽極との間には前記光電面から放出された光電子を２次電子増倍する増倍手段が備えられていることを特徴とする請求項２に記載の光電変換管。
前記陽極は前記被検出光の２次元光学像に対応した２次元電子像を受容することによって発光する蛍光膜であることを特徴とする請求項２又は３に記載の光電変換管。
前記陽極は前記光電面に入射した被検出光の２次元光学像に対応した２次元電子像を受容することによって前記２次元光学像に対応した電気信号を出力する固体撮像デバイスであることを特徴とする請求項２又は３に記載の光電変換管。