JP3878747B2

JP3878747B2 - Semiconductor photocathode

Info

Publication number: JP3878747B2
Application number: JP19595298A
Authority: JP
Inventors: 得明二橋
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2018-07-10
Also published as: JP2000030604A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射した光を電子に変換して出力する半導体光電陰極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体光電陰極は、例えば、特開昭６２−１３３６３３号公報に記載されている。この半導体光電陰極は化合物半導体からなり、入射した光を電子に変換して出力する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、その量子効率は未だ十分ではなく、更なる改善が求められている。量子効率は、光の入射に応答して半導体光吸収層内で発生した電子が真空中に放出される度合に比例する。光吸収層内で発生した電子は発生した場所から等方的に拡散するが、その１／２は光電陰極の表面とは反対の方向に向かい、光吸収層から光電陰極の表面に到達可能な電子の割合が低下し、量子効率が低下する。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、量子効率を増加可能な半導体光電陰極を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体光電陰極は、基板との間に介在するバッファ層上に設けられ入射した光を電子に変換する半導体光吸収層と、半導体光吸収層上に設けられ電子を真空中に放出させるためのアルカリ金属含有層とを備える半導体光電陰極において、半導体光吸収層はＧａＮ系化合物半導体からなり、バッファ層は半導体光吸収層とバッファ層との間に０．３ｅＶ以上のエネルギー障壁を有するような比率でＧａＮにＡｌ又はＩｎを含有してなる化合物半導体からなり、バッファ層の不純物濃度は半導体光吸収層の不純物濃度よりも１０倍以上高いことを特徴とする。
【０００５】
本発明の半導体光電陰極によれば、ＧａＮ系化合物半導体からなる良質な結晶状態の半導体光吸収層を形成するために、基板との間にＧａＮにＡｌ又はＩｎを含有してなる化合物半導体からなるバッファ層を介在させる。このバッファ層中のＡｌ及びＩｎの比率は、半導体光吸収層を構成するＧａＮ系化合物半導体に対して０．３ｅＶ以上のエネルギー障壁を構成するように設定されている。したがって、本発明の半導体光電陰極によれば、このようなバッファ層を用いることにより、半導体光吸収層の結晶性を改善し、半導体光吸収層内で発生したキャリアの寿命を増加させると共に、基板側へ拡散するキャリアを０．３ｅＶ以上のエネルギー障壁によって十分に阻止することができるので、半導体光吸収層から光電陰極の表面に到達可能なキャリアの割合を相乗効果的に増加させ、量子効率を増加させることができる。
【０００６】
また、バッファ層の不純物濃度は半導体光吸収層の不純物濃度よりも１０倍以上高いので、フェルミレベルの差異に基づくエネルギー障壁を発生させることができる。なお、アルカリ金属含有層は、半導体光吸収層上に設けられ電子を真空中に放出させるためのものであり、好ましくはアルカリ金属であるＫ、Ｒｂ及びＣｓの少なくともいずれか１種若しくはそれらの酸化物を含む。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る半導体光電陰極について説明する。同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【０００８】
図１は実施の形態に係る半導体光電陰極の断面図である。本半導体光電陰極は、基板１、基板１上のバッファ層２、バッファ層２上の半導体光吸収層３、半導体光吸収層３上に形成されたアルカリ金属含有層５を備えている。
【０００９】
光吸収層３内に光が入射すると、光の入射に応答して層３内で正孔／電子対が発生する。電子は層３内を拡散しアルカリ金属含有層５方向に向かう。アルカリ金属含有層５は光吸収層３の表面仕事関数を低下させ、発生した電子を容易に真空中へ放出させる。放出された電子は光電陰極外部に設けられた陽極１０１（図３参照）で収集される。
【００１０】
本実施の形態に係る半導体光電陰極によれば、ＧａＮ系化合物半導体からなる良質な結晶状態の半導体光吸収層３を形成するために、基板１との間にＧａＮにＡｌを含有してなる化合物半導体からなるバッファ層２が介在している。ＧａＮ系化合物半導体としては、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、及びＧａＩｎＮがあげられる。バッファ層２中のＡｌの比率は、半導体光吸収層３を構成するＧａＮ系化合物半導体に対して０．３ｅＶ以上のエネルギー障壁を構成するように設定されている。この半導体光電陰極によれば、このようなバッファ層２を用いることにより、半導体光吸収層３の結晶性を改善し、半導体光吸収層３内で発生したキャリアの寿命を増加させると共に、基板１側へ拡散するキャリアを０．３ｅＶ以上のエネルギー障壁によって十分に阻止することができるので、半導体光吸収層３から光電陰極の表面に到達可能なキャリアの割合を相乗効果的に増加させ、量子効率を増加させることができる。詳説すれば、バッファ層２は、Ｇａ_(1-X)Ａｌ_XＮからなる。Ｘはモル重量％で規定されるＡｌの組成比を示す。なお、バッファ層２は組成が厚み方向に徐々に変化したものでもよく、この場合にはエネルギー障壁差の最低値が０．３ｅＶ以上を構成すればよい。
【００１１】
図２は、バッファ層２中のＡｌの組成比Ｘに対するバッファ層２のエネルギーバンドギャップ（ｅＶ）及びこのエネルギーバンドギャップから換算される波長（ｎｍ）の関係を示すグラフである。上述のように、バッファ層２と半導体光吸収層３との間のエネルギー障壁を０．３ｅＶ以上に設定すると、基板１側に拡散する電子の確率は指数関数的に減少し、十分にこれを阻止することができる。
【００１２】
（例１）
ＧａＮのエネルギーバンドギャップは３．４ｅＶであるので、半導体光吸収層３がＧａＮからなる場合には、バッファ層２を構成するＧａＡｌＮのエネルギーバンドギャップは３．７ｅＶ以上に設定すればよい。この時、Ａｌの組成比Ｘは、１０％以上となる。
【００１３】
（例２）
半導体光吸収層３が例えばＧａ_(1-X)Ａｌ_XＮ（Ｘ＝３０％）からなる場合には、このエネルギーバンドギャップは４．３ｅＶであるので、バッファ層２を構成するＧａＡｌＮのエネルギーバンドギャップは４．６ｅＶ以上に設定すればよい。この時、バッファ層２中のＡｌの組成比Ｘは、４０％以上となる。
【００１４】
なお、バッファ層２は、Ａｌの代わりにＩｎを含有することとしてもよく、この場合には、バッファ層２中のＩｎの比率は、半導体光吸収層３を構成するＧａＮ系化合物に対して０．３ｅＶ以上のエネルギー障壁を構成するように設定される。
【００１５】
（例３）
半導体光吸収層３が例えばＧａ_(1-X)Ｉｎ_XＮ（Ｘ＝５０％）からなる場合には、このエネルギーバンドギャップは２．６ｅＶであるので、バッファ層２を構成するＧａＩｎＮのエネルギーバンドギャップは２．９ｅＶ以上に設定すればよい。この時、バッファ層２中のＩｎの組成比Ｘは、４０％以下となる。
【００１６】
（例４）
半導体光吸収層３が例えばＧａ_(1-X)Ｉｎ_XＮ（Ｘ＝３０％）からなる場合には、このエネルギーバンドギャップは２．９ｅＶであるので、バッファ層２を構成するＧａＩｎＮのエネルギーバンドギャップは３．２ｅＶ以上に設定すればよい。この時、バッファ層２中のＩｎの組成比Ｘは、２０％以下となる。
【００１７】
なお、上記バッファ層２及び半導体光吸収層３は共にｐ型である。また、バッファ層２の不純物濃度は半導体光吸収層３の不純物濃度よりも１０倍以上高く設定されている。この場合においても、フェルミレベルの差異に基づくエネルギー障壁（約０．３〜０．４ｅＶ）を発生させることができる。したがって、上記組成差を有する構造とこの濃度差を組み合わせることにより、約０．４〜０．５ｅＶのエネルギー障壁をバッファ層２と半導体光吸収層３との間に設けることができる。なお、ｐ型のドーパントとしてはＭｇやＺｎを用いることができる。
【００１８】
以上、説明したように、このバッファ層２中のＡｌ又はＩｎの比率は、半導体光吸収層３を構成するＧａＮ系化合物に対してＥｇ＝０．３ｅＶ以上のエネルギー障壁を構成するように設定されている。但し、バッファ層２と半導体光吸収層３との間の格子定数差を０．３％以内とするようにすると、バッファ層２にＡｌを用いた場合には全てのＡｌ組成をとることができ、バッファ層２にＩｎを用いた場合には、半導体光吸収層３とバッファ層２との間のＩｎの含有率Ｘの差が１０％以内であることが望ましい。
【００１９】
以下、これらの材料について詳説する。基板１としてサファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、バッファ層２としてｐ型ＧａＡｌＮ（厚さ数１０〜１００μｍ、不純物濃度Ｎ_Aは深さ方向に一様であってＮ_A＝１×１０¹⁶〜１０¹⁹／ｃｍ³）、半導体光吸収層３としてｐ型ＧａＮ（電子拡散長以上であって厚さ数１０ｎｍ〜数μｍ、不純物濃度Ｎ_A’は深さ方向に一様であって、Ｎ_A’≦Ｎ_A×１０％）、アルカリ金属含有層５としてＣｓ−Ｏを用いる。また、アルカリ金属含有層５は、アルカリ金属であるＫ、Ｒｂ及びＣｓの少なくともいずれか１種若しくはそれらの酸化物を含むものであって、アルカリ金属含有層５としてＣｓ−Ｏの代わりにＣｓ−Ｉ、Ｃｓ−Ｔｅ、Ｃｓ−Ｓｂ、Ｓｂ−Ｒｂ−Ｃｓ又はＳｂ−Ｋ−Ｃｓ等を用いることもできる。
【００２０】
上記半導体層２，３の形成方法としては、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相成長）法を用いる。半導体層を形成する場合には、これらの形成方法を用いることとし、原料はＧａＮ層を形成する場合にはＴＭＧ（トリメチルガリウム）及びアンモニアガスを用い、ＡｌＮ層を形成する場合にはＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）及びアンモニアガスを用い、ＧａＡｌＮを形成する場合は、ＴＭＧ、ＴＭＡｌ及びアンモニアガスを用いる。ＧａとＡｌ組成を変化させる場合には、ＴＭＧとＴＭＡｌの混合比を所望の組成に併せて可変する。半導体層の厚み方向に濃度分布を有するようにｐ型不純物を添加する場合、半導体層の成長中にｐ型不純物量を可変しながらｐ型不純物を層内に添加する。半導体層の厚み方向に均一なｐ型不純物濃度分布を形成する場合、半導体層の成長中にｐ型不純物を一定割合で層内に添加する。ｐ型ドーパントのソースとしてはＴＥＭｇ（トリエチルマグネシウム）を用いることができる。
【００２１】
最後に、上記半導体光電陰極１００ａを用いた光電管１０について説明する。
【００２２】
図３は、光電管１０の斜視図である。光電管１０は、真空容器１０２を備えている。真空容器１０２は、中空円柱状のガラス製容器であり、圧力約１０^-8Ｔｏｒｒの高真空に内部を保持している。
【００２３】
光電管１０は、真空容器１０２の内部に対向配置された陰極１００と陽極１０１とを備えている。陰極１００は、半導体光電陰極１００ａ及びこれに固定された支持板１００ｂからなる。支持板１００ｂの表面は真空容器１０２の管軸方向に対して平行に配置されており、支持板１００ｂの露出表面側は真空容器１０２の側壁に直接対向している。
【００２４】
陰極１００は、管軸方向に直交して延びた平板状の金属製支持台１０５及びこれに固定されたリードピン１０３によって管軸方向に支持されている。なお、支持板１００ｂ及び支持台１０５はＭｏ等の金属から形成されている。リードピン１０３は、陰極１００の底部から延びて真空容器１０２の底部を貫通し、外部電源のカソード出力端子に接続されており、半導体光電陰極１００ａ及び支持板１００ｂに陽極１０１の電位よりも低い電位を与えている。
【００２５】
陽極１０１は、半導体光電陰極１００ａのアルカリ金属含有層側に対向して配置されている。陽極１０１は、矩形枠状に成形された金属製電極であり、金属製のリードピン１０４によって支持されている。リードピン１０４は、陽極１０１の底部から延びて真空容器１０２の底部を貫通し、外部電流計を介して外部電源のアノード出力端子に接続されており、陽極１０１には陰極１００の電位よりも高い電位が与えられる。なお、リードピン１０３，１０４はコバール金属から形成されている。
【００２６】
外部電源からリードピン１０３，１０４を介して陰極１００と陽極１０１との間に上記電圧を印加すると、陽極１０１から陰極１００向かう電界が発生する。真空容器１０２を透過した光が半導体光電陰極１００ａの内部に入射すると、これに応じて発生した電子は前述のようにして真空中に放出される。放出された電子は、陽極１０１と陰極１００との間の電界によって加速されて飛行し、陽極１０１に収集され、外部電流計よって検出される。
【００２７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る半導体光電陰極によれば、半導体光吸収層とバッファ層との間に０．３ｅＶ以上のエネルギー障壁を有するような比率でＧａＮにＡｌ又はＩｎを含有させてバッファ層の材料とするので、その量子効率を増加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る半導体光電陰極の断面図。
【図２】バッファ層２中のＡｌの組成比Ｘに対するバッファ層２のエネルギーバンドギャップ（ｅＶ）及びこのエネルギーバンドギャップから換算される波長（ｎｍ）の関係を示すグラフ。
【図３】バッファ層２中のＩｎの組成比Ｘに対するバッファ層２のエネルギーバンドギャップ（ｅＶ）及びこのエネルギーバンドギャップから換算される波長（ｎｍ）の関係を示すグラフ。
【図４】光電管の斜視図。
【符号の説明】
２・・・バッファ層、３・・・半導体光吸収層、５・・・アルカリ金属含有層。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor photocathode that converts incident light into electrons and outputs the electrons.
[0002]
[Prior art]
A conventional semiconductor photocathode is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-133633. This semiconductor photocathode is made of a compound semiconductor, converts incident light into electrons, and outputs the electrons.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the quantum efficiency is still not sufficient, and further improvement is required. The quantum efficiency is proportional to the degree to which electrons generated in the semiconductor light absorption layer are emitted into the vacuum in response to light incidence. Electrons generated in the light absorbing layer diffuse isotropically from the place where they are generated, but half of them are directed in the direction opposite to the surface of the photocathode and can reach the surface of the photocathode from the light absorbing layer. The proportion of electrons decreases and the quantum efficiency decreases. This invention is made | formed in view of such a subject, and it aims at providing the semiconductor photocathode which can increase quantum efficiency.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a semiconductor photocathode according to the present invention is provided on a buffer layer interposed between a substrate and a semiconductor light absorption layer for converting incident light into electrons, and on the semiconductor light absorption layer. A semiconductor photocathode comprising an alkali metal-containing layer for emitting electrons into a vacuum, the semiconductor light absorption layer is made of a GaN-based compound semiconductor, and the buffer layer is formed between the semiconductor light absorption layer and the buffer layer with a thickness of 0. It is made of a compound semiconductor containing Al or In in GaN at a ratio having an energy barrier of 3 eV or more, and the impurity concentration of the buffer layer is 10 times or more higher than the impurity concentration of the semiconductor light absorption layer. .
[0005]
According to the semiconductor photocathode of the present invention, in order to form a high-quality crystalline semiconductor light absorption layer made of a GaN compound semiconductor, the semiconductor photocathode is made of a compound semiconductor containing Al or In in GaN with the substrate. A buffer layer is interposed. The ratio of Al and In in the buffer layer is set so as to constitute an energy barrier of 0.3 eV or more with respect to the GaN-based compound semiconductor constituting the semiconductor light absorption layer. Therefore, according to the semiconductor photocathode of the present invention, by using such a buffer layer, the crystallinity of the semiconductor light absorption layer is improved, the lifetime of carriers generated in the semiconductor light absorption layer is increased, and the substrate Since carriers that diffuse to the side can be sufficiently blocked by an energy barrier of 0.3 eV or more, the proportion of carriers that can reach the surface of the photocathode from the semiconductor light absorption layer is increased synergistically, and the quantum efficiency is increased. Can be increased.
[0006]
The impurity concentration of the buffer layer is higher 10 times more than the impurity concentration of the semiconductor light absorption layer, it is possible to generate an energy barrier which is based on differences in the Fermi level. The alkali metal-containing layer is provided on the semiconductor light absorption layer and emits electrons into the vacuum. Preferably, at least one of alkali metals K, Rb, and Cs, or oxidation thereof Including things.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the semiconductor photocathode according to the embodiment will be described. The same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.
[0008]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor photocathode according to an embodiment. The semiconductor photocathode includes a substrate 1, a buffer layer 2 on the substrate 1, a semiconductor light absorption layer 3 on the buffer layer 2, and an alkali metal-containing layer 5 formed on the semiconductor light absorption layer 3.
[0009]
When light enters the light absorption layer 3, hole / electron pairs are generated in the layer 3 in response to the light incidence. The electrons diffuse in the layer 3 and travel toward the alkali metal-containing layer 5. The alkali metal-containing layer 5 lowers the surface work function of the light absorption layer 3 and easily emits generated electrons into the vacuum. The emitted electrons are collected by the anode 101 (see FIG. 3) provided outside the photocathode.
[0010]
According to the semiconductor photocathode according to the present embodiment, a compound containing Al in GaN with the substrate 1 in order to form a semiconductor light absorption layer 3 of a good crystalline state made of a GaN compound semiconductor. A buffer layer 2 made of a semiconductor is interposed. Examples of the GaN compound semiconductor include GaN, GaAlN, and GaInN. The ratio of Al in the buffer layer 2 is set so as to constitute an energy barrier of 0.3 eV or more with respect to the GaN-based compound semiconductor constituting the semiconductor light absorption layer 3. According to this semiconductor photocathode, the use of such a buffer layer 2 improves the crystallinity of the semiconductor light absorption layer 3 and increases the lifetime of carriers generated in the semiconductor light absorption layer 3. Since carriers diffusing to the side can be sufficiently blocked by an energy barrier of 0.3 eV or more, the proportion of carriers that can reach the surface of the photocathode from the semiconductor light absorption layer 3 is increased synergistically, and quantum efficiency Can be increased. More specifically, the buffer layer 2 is made of Ga _(1-X) Al _x N. X represents the composition ratio of Al defined by mol% by weight. The buffer layer 2 may have a composition whose composition gradually changes in the thickness direction. In this case, the minimum value of the energy barrier difference may be 0.3 eV or more.
[0011]
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the energy band gap (eV) of the buffer layer 2 and the wavelength (nm) converted from the energy band gap with respect to the Al composition ratio X in the buffer layer 2. As described above, when the energy barrier between the buffer layer 2 and the semiconductor light absorption layer 3 is set to 0.3 eV or more, the probability of electrons diffusing to the substrate 1 side decreases exponentially, Can be blocked.
[0012]
(Example 1)
Since the energy band gap of GaN is 3.4 eV, when the semiconductor light absorption layer 3 is made of GaN, the energy band gap of GaAlN constituting the buffer layer 2 may be set to 3.7 eV or more. At this time, the Al composition ratio X is 10% or more.
[0013]
(Example 2)
When the semiconductor light absorption layer 3 is made of, for example, Ga _(1-X) Al _x N (X = 30%), this energy band gap is 4.3 eV, so that the energy band of GaAlN constituting the buffer layer 2 What is necessary is just to set a gap to 4.6 eV or more. At this time, the Al composition ratio X in the buffer layer 2 is 40% or more.
[0014]
The buffer layer 2 may contain In instead of Al. In this case, the ratio of In in the buffer layer 2 is 0 with respect to the GaN-based compound constituting the semiconductor light absorption layer 3. .3 eV or higher energy barrier is set.
[0015]
(Example 3)
When the semiconductor light absorption layer 3 is made of, for example, Ga _(1-X) In _X N (X = 50%), this energy band gap is 2.6 eV, so that the energy band of GaInN constituting the buffer layer 2 What is necessary is just to set a gap to 2.9 eV or more. At this time, the In composition ratio X in the buffer layer 2 is 40% or less.
[0016]
(Example 4)
When the semiconductor light absorption layer 3 is made of, for example, Ga _(1-X) In _X N (X = 30%), this energy band gap is 2.9 eV, and thus the energy band of GaInN constituting the buffer layer 2. What is necessary is just to set a gap to 3.2 eV or more. At this time, the In composition ratio X in the buffer layer 2 is 20% or less.
[0017]
The buffer layer 2 and the semiconductor light absorption layer 3 are both p-type. Further, the impurity concentration of the buffer layer 2 is set 10 times or more higher than the impurity concentration of the semiconductor light absorption layer 3. Even in this case, an energy barrier (about 0.3 to 0.4 eV) based on the difference in Fermi level can be generated. Therefore, an energy barrier of about 0.4 to 0.5 eV can be provided between the buffer layer 2 and the semiconductor light absorption layer 3 by combining the structure having the composition difference and the concentration difference. Note that Mg or Zn can be used as the p-type dopant.
[0018]
As described above, the ratio of Al or In in the buffer layer 2 is set so as to constitute an energy barrier of Eg = 0.3 eV or more with respect to the GaN-based compound constituting the semiconductor light absorption layer 3. ing. However, if the difference in lattice constant between the buffer layer 2 and the semiconductor light absorption layer 3 is set to within 0.3%, when Al is used for the buffer layer 2, all the Al compositions can be obtained. When In is used for the buffer layer 2, the difference in the In content X between the semiconductor light absorption layer 3 and the buffer layer 2 is preferably within 10%.
[0019]
Hereinafter, these materials will be described in detail. Sapphire (Al ₂ O ₃ ) as substrate 1 and p-type GaAlN as buffer layer 2 (thickness of 10 to 100 μm, impurity concentration N _A is uniform in the depth direction, N _A = 1 × 10 ¹⁶ to 10 ¹⁹ / Cm ³ ), p-type GaN as the semiconductor light absorption layer 3 (more than the electron diffusion length, thickness of several tens nm to several μm, impurity concentration N _A ′ is uniform in the depth direction, N _A ′ ≦≦ N _A × 10%), and Cs—O is used as the alkali metal-containing layer 5. The alkali metal-containing layer 5 includes at least one of K, Rb, and Cs, which are alkali metals, or an oxide thereof. As the alkali metal-containing layer 5, instead of Cs—O, Cs— I, Cs-Te, Cs-Sb, Sb-Rb-Cs, Sb-K-Cs, or the like can also be used.
[0020]
As a method for forming the semiconductor layers 2 and 3, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) is used. When forming a semiconductor layer, these forming methods are used. As a raw material, TMG (trimethylgallium) and ammonia gas are used when forming a GaN layer, and TMAl (trimethyl) is used when forming an AlN layer. In the case of forming GaAlN using aluminum) and ammonia gas, TMG, TMAl and ammonia gas are used. When changing the Ga and Al composition, the mixing ratio of TMG and TMAl is varied in accordance with the desired composition. When the p-type impurity is added so as to have a concentration distribution in the thickness direction of the semiconductor layer, the p-type impurity is added into the layer while changing the amount of the p-type impurity during the growth of the semiconductor layer. When a uniform p-type impurity concentration distribution is formed in the thickness direction of the semiconductor layer, p-type impurities are added to the layer at a constant rate during the growth of the semiconductor layer. TEMg (triethyl magnesium) can be used as the source of the p-type dopant.
[0021]
Finally, the phototube 10 using the semiconductor photocathode 100a will be described.
[0022]
FIG. 3 is a perspective view of the photoelectric tube 10. The phototube 10 includes a vacuum vessel 102. The vacuum vessel 102 is a hollow cylindrical glass vessel, and the inside is maintained in a high vacuum at a pressure of about 10 ⁻⁸ Torr.
[0023]
The phototube 10 includes a cathode 100 and an anode 101 that are disposed to face each other inside a vacuum vessel 102. The cathode 100 includes a semiconductor photocathode 100a and a support plate 100b fixed thereto. The surface of the support plate 100b is arranged in parallel to the tube axis direction of the vacuum vessel 102, and the exposed surface side of the support plate 100b directly faces the side wall of the vacuum vessel 102.
[0024]
The cathode 100 is supported in the tube axis direction by a flat metal support 105 extending perpendicular to the tube axis direction and a lead pin 103 fixed thereto. Note that the support plate 100b and the support base 105 are made of a metal such as Mo. The lead pin 103 extends from the bottom of the cathode 100, passes through the bottom of the vacuum vessel 102, and is connected to the cathode output terminal of the external power source. The lead pin 103 has a potential lower than that of the anode 101 on the semiconductor photocathode 100a and the support plate 100b. Giving.
[0025]
The anode 101 is arranged to face the alkali metal-containing layer side of the semiconductor photocathode 100a. The anode 101 is a metal electrode formed in a rectangular frame shape, and is supported by a metal lead pin 104. The lead pin 104 extends from the bottom of the anode 101, passes through the bottom of the vacuum vessel 102, and is connected to an anode output terminal of an external power source via an external ammeter. The anode 101 has a potential higher than that of the cathode 100. Is given. The lead pins 103 and 104 are made of Kovar metal.
[0026]
When the voltage is applied between the cathode 100 and the anode 101 via the lead pins 103 and 104 from an external power source, an electric field from the anode 101 toward the cathode 100 is generated. When light transmitted through the vacuum vessel 102 enters the semiconductor photocathode 100a, electrons generated in response thereto are emitted into the vacuum as described above. The emitted electrons are accelerated by the electric field between the anode 101 and the cathode 100 and fly, collected by the anode 101, and detected by an external ammeter.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the semiconductor photocathode according to the present invention, Al or In is contained in GaN at a ratio such that an energy barrier of 0.3 eV or more is provided between the semiconductor light absorption layer and the buffer layer. Therefore, the quantum efficiency can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor photocathode according to an embodiment.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the energy band gap (eV) of the buffer layer 2 and the wavelength (nm) converted from the energy band gap with respect to the Al composition ratio X in the buffer layer 2;
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the energy band gap (eV) of the buffer layer 2 and the wavelength (nm) converted from the energy band gap with respect to the In composition ratio X in the buffer layer 2;
FIG. 4 is a perspective view of a phototube.
[Explanation of symbols]
2 ... buffer layer, 3 ... semiconductor light absorption layer, 5 ... alkali metal containing layer.

Claims

A semiconductor light absorbing layer provided on a buffer layer interposed between the substrate and converting incident light into electrons, and an alkali metal-containing layer provided on the semiconductor light absorbing layer for emitting the electrons into a vacuum The semiconductor light-absorbing layer is made of a GaN-based compound semiconductor, and the buffer layer has a ratio of having an energy barrier of 0.3 eV or more between the semiconductor light-absorbing layer and the buffer layer. in Ri Do a compound semiconductor comprising Al or in to GaN, the impurity concentration of the buffer layer is a semiconductor photocathode, wherein the high 10 times more than the impurity concentration of said semiconductor optical absorption layer.