JPH05234501A - Photoelectron emitting surface and electron tube using the same - Google Patents
Photoelectron emitting surface and electron tube using the sameInfo
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- JPH05234501A JPH05234501A JP3782392A JP3782392A JPH05234501A JP H05234501 A JPH05234501 A JP H05234501A JP 3782392 A JP3782392 A JP 3782392A JP 3782392 A JP3782392 A JP 3782392A JP H05234501 A JPH05234501 A JP H05234501A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は光子の入射によって光電
子を放出する光電子放出面およびこれを用いて構成され
た電子管に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectron emitting surface for emitting photoelectrons upon incidence of photons and an electron tube constructed using the photoelectron emitting surface.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、効率の高い光電子放出面を得るこ
とを目的として、光吸収層に半導体多層膜を用いた技術
が特開昭６２−１３３６３４号公報および特開昭６２−
１３３６３３号公報に開示されている。この第１の従来
の光電子放出面は図４に示されるエネルギバンド構造を
有している。つまり、エネルギギャップの小さな層６
は、入射光子を吸収し、光電子を励起させるために十分
な厚さ（３００オングストローム以下）を有している。
また、エネルギギャップの大きな層７は、光電子をトン
ネル効果により通過させるために十分な薄さ（４５オン
グストローム以下）を有している。そして、これら各層
６，７が交互に積層されて光電子放出面が形成されてい
る。この光電子放出面は、２種類の層を交互に積層する
ことにより、入射光子に対する光吸収係数が、均質半導
体材料からなる従来の光吸収層に比べて増大することを
利用したものである。入射光子により励起された光電子
を効率良く放出面へ到達させるためには、障壁となるエ
ネルギギャップの大きな層７の膜厚は十分に薄くなけれ
ばならず、実用的にはこの厚さは４５オングストローム
以下と非常に薄くしなければならない。エネルギギャッ
プの大きな層７をトンネル効果により通過できた光電子
のみが放出面へ到達し、放出面上に形成されたＣｓx Ｏ
y 層８を通って真空中へ放出される。この光電子放出面
においては、入射光子の吸収および電子−正孔対の発生
を、エネルギギャップの小さな層６の価電子帯と伝導帯
との間で生じさせることにより、光電子放出の効率化を
図っている。 また、図５に示されるエネルギバンド構
造を持つ従来の第２の光電子放出面もある。この光電子
放出面は、エネルギギャップの小さな層９の膜厚が上記
従来の光電子放出面の層６よりも薄い場合のバンド構造
を持っている。この光電子放出面においても、入射光子
の吸収および電子−正孔対の発生を、エネルギギャップ
の小さな層９の価電子帯と伝導帯との間で生じさせ、Ｃ
ｓx Ｏy 層１１から光電子を放出させることにより、光
電子放出の効率化が図られている。2. Description of the Related Art Conventionally, for the purpose of obtaining a highly efficient photoelectron emitting surface, a technique using a semiconductor multilayer film as a light absorbing layer has been disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 62-133634 and 62-62.
It is disclosed in Japanese Patent No. 133633. This first conventional photoelectron emission surface has the energy band structure shown in FIG. That is, the layer 6 having a small energy gap
Has a thickness (300 angstroms or less) sufficient to absorb incident photons and excite photoelectrons.
The layer 7 having a large energy gap has a sufficient thickness (45 angstroms or less) to allow photoelectrons to pass therethrough by the tunnel effect. Then, these layers 6 and 7 are alternately laminated to form a photoelectron emitting surface. This photoelectron emission surface utilizes the fact that the light absorption coefficient for incident photons is increased as compared with the conventional light absorption layer made of a homogeneous semiconductor material by alternately stacking two types of layers. In order for the photoelectrons excited by the incident photons to efficiently reach the emission surface, the thickness of the layer 7 having a large energy gap that serves as a barrier must be sufficiently thin. In practice, this thickness is 45 angstroms. Must be very thin with: Only photoelectrons that could pass through the layer 7 having a large energy gap due to the tunnel effect reach the emission surface, and Cs x O formed on the emission surface.
It is released into the vacuum through the y- layer 8. On this photoelectron emission surface, the absorption of incident photons and the generation of electron-hole pairs are caused between the valence band and the conduction band of the layer 6 having a small energy gap to improve the efficiency of photoelectron emission. ing. There is also a conventional second photoelectron emission surface having the energy band structure shown in FIG. This photoelectron emission surface has a band structure when the film thickness of the layer 9 having a small energy gap is thinner than that of the conventional photoelectron emission surface layer 6. Also on this photoelectron emission surface, absorption of incident photons and generation of electron-hole pairs are caused between the valence band and conduction band of the layer 9 having a small energy gap, and C
By emitting photoelectrons from the s x O y layer 11, the efficiency of photoelectron emission is improved.
【０００３】また、B.F.Levineらにより、量子井戸構造
を利用した長波長受光素子が文献（Appl.Phys.Lett.58
(14)1991 ）に報告されている。この受光素子（従来の
第３の光電子放出面）の価電子帯のバンド構造は図６に
示される。入射光子の吸収はポテンシャル井戸となるエ
ネルギギャップの小さな層１２に形成される価電子帯の
サブバンド間で行なわれ、この入射光子の吸収によって
光電子が励起される。励起された光電子は、ポテンシャ
ル障壁となるエネルギギャップの大きな層１３の価電子
帯のＸ谷をこの場合は移動する。このような受光素子で
は、光電子は表面に形成された電極へ到達すれば信号と
して検出されるので、一般に半導体内部に形成される電
界は小さく、雑音を極力低く抑えるため、可能な限り低
バイアス電圧で動作させるのが一般的である。In addition, a long-wavelength light receiving element using a quantum well structure has been disclosed by BF Levine et al. (Appl. Phys. Lett. 58).
(14) 1991). The band structure of the valence band of this light receiving element (conventional third photoelectron emission surface) is shown in FIG. The absorption of incident photons is performed between subbands of the valence band formed in the layer 12 having a small energy gap and serving as a potential well, and the absorption of the incident photons excites photoelectrons. The excited photoelectrons move in this case to the X-valley of the valence band of the layer 13 having a large energy gap that serves as a potential barrier. In such a light receiving element, photoelectrons are detected as a signal when they reach the electrode formed on the surface, so the electric field formed inside the semiconductor is generally small, and noise is kept as low as possible. It is common to operate with.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の第１の光電子放出面においては、エネルギギャップ
の小さな層６の膜厚を薄くしていくと、量子効果によっ
て価電子帯・伝導帯ともにサブバンドが形成され、入射
光子の吸収閾値が高くなり、波長の長い入射光子が吸収
できなくなるという本質的な欠点があった。However, in the above-mentioned first conventional photoelectron emission surface, when the film thickness of the layer 6 having a small energy gap is reduced, both the valence band and the conduction band are sub-due to the quantum effect. There is an essential defect that a band is formed, the absorption threshold of incident photons becomes high, and incident photons having a long wavelength cannot be absorbed.
【０００５】また、上記従来の第２の光電子放出面にお
いては、エネルギギャップの小さな層９が薄いため、価
電子帯のサブバンドと伝導帯のサブバンドとの間のエネ
ルギ差ＥsgはバンドギャップＥg よりも大きくなり、入
射光子の吸収閾値波長は短くなってしまう。Further, in the above-mentioned second conventional photoelectron emission surface, since the layer 9 having a small energy gap is thin, the energy difference E sg between the valence band subband and the conduction band subband is equal to the bandgap. It becomes larger than E g , and the absorption threshold wavelength of the incident photon becomes shorter.
【０００６】また、上記従来の第３の光電子放出面（受
光素子）においては、高い暗電流を生じるため、液体窒
素等でかなりの低温まで冷却して使用する必要があり、
この点が一般の装置に組み込んで使用する場合の欠点に
なっていた。Further, since a high dark current is generated in the above-mentioned third conventional photoelectron emitting surface (light receiving element), it is necessary to cool it to a considerably low temperature with liquid nitrogen or the like before use.
This point has been a drawback when used by incorporating it into a general device.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解消するためになされたもので、光吸収層はエネルギ
ギャップの異なる半導体の異種接合が多層になった異種
接合半導体多層膜によって形成され、エネルギギャップ
の小さな半導体の膜厚は３００オングストローム以下で
あり、エネルギギャップの大きな半導体の膜厚は４５オ
ングストローム以上であることを特徴とするものであ
る。The present invention has been made to solve such a problem, and the light absorption layer is formed of a heterojunction semiconductor multilayer film in which different kinds of semiconductors having different energy gaps are multilayered. The semiconductor having a small energy gap has a film thickness of 300 angstroms or less, and the semiconductor having a large energy gap has a film thickness of 45 angstroms or more.
【０００８】また、光吸収層は導電型の異なる半導体の
同種接合が多層になった同種接合半導体多層膜によって
形成され、ポテンシャル井戸になる一方の導電型の半導
体の膜厚は３００オングストローム以下であり、ポテン
シャル障壁になる他方の半導体の膜厚は４５オングスト
ローム以上であることを特徴とするものである。Further, the light absorption layer is formed by a homojunction semiconductor multilayer film in which homojunctions of semiconductors having different conductivity types are multi-layered, and the film thickness of one conductivity type semiconductor which becomes a potential well is 300 angstroms or less. The film thickness of the other semiconductor serving as the potential barrier is 45 angstroms or more.
【０００９】また、入射光子により励起された光電子は
内部電界により加速され、より高いエネルギバンドへ遷
移することを特徴とするものである。Further, the photoelectrons excited by the incident photons are characterized by being accelerated by the internal electric field and transiting to a higher energy band.
【００１０】[0010]
【作用】半導体多層膜に形成される伝導帯のサブバンド
間あるいはサブバンドと伝導帯の底の間で入射光子の吸
収、光電子の励起が行われ、用いる半導体のエネルギギ
ャップに対応する波長よりも長波長の入射光に対して感
度を有する。また、励起された光電子が内部電界によっ
て加速されることにより、光電子は容易に真空中へ放出
される。[Function] The incident photons are absorbed and the photoelectrons are excited between the sub-bands of the conduction band or between the sub-bands and the bottom of the conduction band formed in the semiconductor multilayer film. It is sensitive to incident light of long wavelength. Further, the excited photoelectrons are accelerated by the internal electric field, so that the photoelectrons are easily emitted into the vacuum.
【００１１】[0011]
【実施例】図１は本発明の一実施例による光電子放出面
の構造を示す断面図である。1 is a sectional view showing the structure of a photoelectron emitting surface according to an embodiment of the present invention.
【００１２】Ｐ+ −ＧａＡｓ基板２１上には光吸収層２
２が形成されている。この光吸収層２２は、３０オング
ストロームの厚さのアンドープＧａＡｓ層２２ａおよび
５００オングストロームの厚さのＡｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ
層２２ｂ、各々４０層の異種接合半導体多層膜によって
形成されている。なお、図においては、一部の異種接合
は省略されている。光吸収層２２上にはＰ- −ＧａＡｓ
コンタクト層２３が３０００オングストロームの厚さに
形成されている。さらに、このＰ- −ＧａＡｓコンタク
ト層２３の表面にはメッシュ状にパターニングされたＡ
ｌショットキ電極２４が形成されている。これらの表面
にＣｓ，Ｏ2 により活性化処理が施されてごく薄いＣｓ
x Ｏy 膜２５が形成されており、仕事関数の低減化が図
られている。一方、Ｐ+ −ＧａＡｓ基板２１の裏面には
オーミック電極２６が形成されており、電源２７によっ
てショットキ電極２４およびオーミック電極２６間にバ
イアスが加えられる。A light absorption layer 2 is formed on the P + -GaAs substrate 21.
2 is formed. The light absorption layer 22 includes an undoped GaAs layer 22a having a thickness of 30 Å and Al 0.65 Ga 0.35 As having a thickness of 500 Å.
The layer 22b is formed of a heterojunction semiconductor multilayer film of 40 layers each. Note that some dissimilar joints are omitted in the drawing. P − -GaAs is formed on the light absorption layer 22.
The contact layer 23 is formed to a thickness of 3000 angstrom. Furthermore, the P - -GaAs on the surface of the contact layer 23 is patterned in a mesh shape A
The l-Schottky electrode 24 is formed. The surface of these materials is activated with Cs and O 2 and is very thin.
The x O y film 25 is formed, and the work function is reduced. On the other hand, an ohmic electrode 26 is formed on the back surface of the P + -GaAs substrate 21, and a bias is applied between the Schottky electrode 24 and the ohmic electrode 26 by the power supply 27.
【００１３】図２は本実施例による光電子放出面にバイ
アス電圧を印加していない場合のバンド構造を示してい
る。図１の各層に対応するエネルギバンドには各層と同
じ符号が付されている。FIG. 2 shows a band structure when a bias voltage is not applied to the photoelectron emitting surface according to this embodiment. Energy bands corresponding to the respective layers in FIG. 1 are designated by the same reference numerals as those of the respective layers.
【００１４】このバンド構造にいては、光吸収層２２と
なる異種接合半導体多層膜のそれぞれの伝導帯のエネル
ギ差は、用いる半導体の最小のエネルギギャップよりも
小さくなっている。異種接合半導体多層膜のＧａＡｓ層
２２ａは、電子のドブロイ波長よりも短い３００オング
ストローム以下の膜厚であるため、隣接するエネルギギ
ャップの大きなＡｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２ｂによって
挟まれてポテンシャル井戸となり、ＧａＡｓ層２２ａ内
にその量子準位に応じたサブバンドが形成される。この
時に、Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２ｂはトンネル効果に
よって電子が通り抜けられない４５オングストローム以
上の膜厚を有しているので、このサブバンドは束縛電子
により常に満たされた状態にある。In this band structure, the energy difference between the conduction bands of the heterojunction semiconductor multi-layer film which becomes the light absorption layer 22 is smaller than the minimum energy gap of the semiconductor used. Since the GaAs layer 22a of the heterojunction semiconductor multilayer film has a film thickness of 300 angstroms or less, which is shorter than the de Broglie wavelength of electrons, it is sandwiched between the adjacent Al 0.65 Ga 0.35 As layers 22b having a large energy gap to form a potential well. Subbands corresponding to the quantum levels are formed in the layer 22a. At this time, since the Al 0.65 Ga 0.35 As layer 22b has a film thickness of 45 angstroms or more, which prevents electrons from passing through due to the tunnel effect, this subband is always filled with bound electrons.
【００１５】本実施例による光電子放出面は、入射光子
の吸収によってこの束縛電子をさらに他の量子準位のサ
ブバンドへ励起しようというものであり、従来の均質半
導体光電子放出面あるいは前述した従来の特開昭６２−
１３３６３４号公報等に開示されている光電子放出面の
ように、入射光子の吸収、光電子の励起を半導体の価電
子帯と伝導帯との間で行なわせるものとは本質的に異な
ることは明らかである。従って、従来の光電子放出面で
は、用いる半導体のエネルギギャップに対応する波長λ
＝１．２４／Ｅg よりも長波長の入射光子に対しては全
く感度を有するものではないが、本実施例による光電子
放出面では、用いる半導体のエネルギギャップよりも長
波長の入射光子に対しても感度を有する。また、その波
長も光吸収層２２の異種接合半導体多層膜を適宜設計す
ることにより、任意に変化させることが可能になる。The photoelectron emission surface according to the present embodiment is intended to excite the bound electrons into subbands of other quantum levels by absorption of incident photons. JP 62-
It is obvious that the photoelectron emission surface disclosed in Japanese Patent No. 133634 or the like is essentially different from the photoelectron emission surface that absorbs incident photons and excites photoelectrons between the valence band and the conduction band of a semiconductor. is there. Therefore, in the conventional photoelectron emission surface, the wavelength λ corresponding to the energy gap of the semiconductor used is
Although it has no sensitivity to incident photons having a wavelength longer than = 1.24 / E g, the photoelectron emission surface according to the present example has a sensitivity to incident photons having a wavelength longer than the energy gap of the semiconductor used. Even with sensitivity. Also, the wavelength can be arbitrarily changed by appropriately designing the heterojunction semiconductor multilayer film of the light absorption layer 22.
【００１６】図３は本実施例による光電子放出面のバイ
アス電圧印加時におけるエネルギバンド構造を示してい
る。本図においても、図１の各層に対応するエネルギバ
ンドには各層と同じ符号が付されている。FIG. 3 shows an energy band structure when a bias voltage is applied to the photoelectron emission surface according to this embodiment. Also in this figure, energy bands corresponding to the respective layers in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those of the respective layers.
【００１７】光吸収層２２内のＧａＡｓ層２２ａのサブ
バンド間で入射光子ｈνにより励起された光電子は、Ａ
ｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２ｂの伝導帯のＸ谷へ移動す
る。しかしながら、バイアス電圧が印加されて半導体内
部には高電界（≧１０3 Ｖ／ｃｍ以上）が形成されてい
るので、光電子は加速され、すぐにより高いエネルギバ
ンドのΓ谷へと遷移する。本実施例ではＡｌ0.65Ｇａ
0.35Ａｓ層２２ｂが間接遷移半導体であるためにＸ−Γ
遷移となるが、直接遷移半導体を用いた場合にはΓ−Ｘ
あるいはΓ−Ｌ遷移となることは当然のことである。こ
のように内部電界により加速され、より高いエネルギ帯
を移動する光電子は、異種接合半導体多層膜を横切る際
に光電子のポテンシャルエネルギが十分に高く保たれて
いるため、ＧａＡｓ層２２ａのポテンシャル井戸へ落ち
ることはなく、放出面まで到達することができる。放出
面に到達した光電子はごく一部がショットキ電極２４に
吸い込まれるが、ほとんどは電極パターンの間を通り、
Ｃｓx Ｏy 膜２５を通って真空中へ放出される。この時
も光電子のポテンシャルエネルギは十分高く保たれてい
るので、光電子は非常に効率良く真空中へ放出される。The photoelectrons excited by the incident photon hν between the subbands of the GaAs layer 22a in the light absorption layer 22 are A
l 0.65 Move to the X valley of the conduction band of the Ga 0.35 As layer 22b. However, since a high electric field (≧ 10 3 V / cm or more) is formed inside the semiconductor by applying the bias voltage, the photoelectrons are accelerated and immediately transit to the Γ valley of the higher energy band. In this embodiment, Al 0.65 Ga
Since 0.35 As layer 22b is an indirect transition semiconductor,
However, when a direct transition semiconductor is used, Γ−X
Alternatively, it is natural that the transition is Γ-L. The photoelectrons that are accelerated by the internal electric field and move in the higher energy band fall to the potential well of the GaAs layer 22a because the potential energy of the photoelectrons is kept sufficiently high when they cross the heterojunction semiconductor multilayer film. It is possible to reach the emission surface. A small part of the photoelectrons that reach the emission surface is absorbed by the Schottky electrode 24, but most of them pass between the electrode patterns,
It is released into the vacuum through the Cs x O y film 25. At this time as well, the potential energy of the photoelectrons is kept sufficiently high, so that the photoelectrons are emitted into the vacuum very efficiently.
【００１８】以上説明したように本実施例による光電子
放出面は、入射光子により伝導帯のサブバンド間で励起
された光電子を内部電界により加速し、より高いエネル
ギ帯へ遷移させた後に真空中へ放出するものであり、例
えば、B.F.Levineらによって報告されている前述の従来
の量子井戸構造を用いた受光素子とは本質的に異なる機
構を持つものである。つまり、光電子放出面は、従来の
ように価電子帯と伝導帯との間のいわゆるバンド間での
光励起ではなく、伝導帯のサブバンド間で入射光子を吸
収して光電子を励起するので、エネルギギャップの小さ
な半導体を用いなくても長波長に光感度を有する。さら
に、励起された光電子は内部電界により加速され、より
高いエネルギ帯へ遷移した後に真空中へ放出されるの
で、上記のように光電子のポテンシャルエネルギは従来
のものより高く、非常に効率良く真空中へ放出させるこ
とができる。従って、従来の半導体を用いた光電子放出
面に比較して著しく高い感度を有し、また、その限界波
長ははるかに長波長までとることが可能となる。さら
に、本発明による光電子放出面は、光吸収層２２となる
異種接合半導体多層膜の種類と構造を適当に設計するこ
とにより、任意の波長にピークを有する光電子放出面を
形成することができる。また、異種接合半導体多層膜の
種類、層厚、層数の自由度は高いので、感度の波長域は
狭いものから広いものまで任意に調整可能である。As described above, in the photoelectron emission surface according to the present embodiment, the photoelectrons excited by the incident photons between the subbands of the conduction band are accelerated by the internal electric field, and the photoelectrons are transitioned to a higher energy band and then moved into a vacuum. It emits light, and has, for example, a mechanism that is essentially different from the photodetector using the conventional quantum well structure described above reported by BF Levine et al. In other words, the photoelectron emission surface excites photoelectrons by absorbing incident photons between the subbands of the conduction band, rather than photoexcitation between so-called bands between the valence band and the conduction band as in the conventional case. It has photosensitivity to long wavelengths without using a semiconductor with a small gap. Further, the excited photoelectrons are accelerated by the internal electric field, and are emitted into the vacuum after transiting to the higher energy band. Therefore, as described above, the potential energy of the photoelectrons is higher than that of the conventional one, and it is very efficient in the vacuum. Can be released to. Therefore, it has a remarkably high sensitivity as compared with a conventional photoelectron emitting surface using a semiconductor, and its limit wavelength can be set to a much longer wavelength. Furthermore, the photoelectron emission surface according to the present invention can be formed as a photoelectron emission surface having a peak at an arbitrary wavelength by appropriately designing the kind and structure of the heterojunction semiconductor multilayer film which becomes the light absorption layer 22. Also, since the type, layer thickness, and number of layers of the heterojunction semiconductor multilayer film have a high degree of freedom, the sensitivity wavelength range can be arbitrarily adjusted from narrow to wide.
【００１９】また、真空中へ放出された光電子を２次電
子増倍することにより、比較的高い温度でも動作可能な
高感度・低雑音の長波長受光素子を提供することが可能
になる。すなわち、上記実施例による光電子放出面は電
子管に応用すると有用である。光電子増倍管に応用した
場合には、光電変換面に上記実施例による光電子放出面
が適用され、この光電子放出面から放出された光電子は
ダイノードによって２次電子増倍され、アノードでその
電子群が検出される。また、撮像管に応用した場合に
は、画像入力部に上記実施例による光電子放出面が適用
され、この光電子放出面から放出された光電子は電子レ
ンズによって集束され、蛍光面に撮像された像が結像す
る。電子レンズによって集束される光電子をマイクロチ
ャネルプレート（ＭＣＰ）によって増倍するイメージ・
インテンシファイヤ管（Ｉ・Ｉ管）にも同様に適用する
ことが可能である。また、光電管に応用した場合には、
受光面に上記実施例による光電子放出面が適用され、こ
の光電子放出面から放出された光電子はアノードによっ
て検出される。このような上記実施例による光電子放出
面を有する各電子管は、従来の電子管に比べ、特に長波
長域において著しく高い感度を有するようになる。従っ
て、このような電子管を低照度下における測光やイメー
ジング等に用いるとその効果は大である。Further, by multiplying the photoelectrons emitted into the vacuum into secondary electrons, it is possible to provide a long-wavelength light receiving element with high sensitivity and low noise, which can operate even at a relatively high temperature. That is, the photoelectron emission surface according to the above embodiment is useful when applied to an electron tube. In the case of application to a photomultiplier tube, the photoelectron emission surface according to the above embodiment is applied to the photoelectric conversion surface, the photoelectrons emitted from this photoelectron emission surface are subjected to secondary electron multiplication by the dynode, and the electron group is formed at the anode. Is detected. Further, when applied to an image pickup tube, the photoelectron emission surface according to the above-described embodiment is applied to the image input unit, the photoelectrons emitted from this photoelectron emission surface are focused by the electron lens, and the image picked up on the fluorescent surface is obtained. Form an image. Image of multiplying photoelectrons focused by electron lens by microchannel plate (MCP)
The same applies to the intensifier tube (I · I tube). When applied to a phototube,
The photoelectron emission surface according to the above embodiment is applied to the light receiving surface, and the photoelectrons emitted from this photoelectron emission surface are detected by the anode. Each electron tube having the photoelectron emitting surface according to the above-mentioned embodiment has a remarkably high sensitivity in the long wavelength region, as compared with the conventional electron tube. Therefore, when such an electron tube is used for photometry or imaging under low illuminance, its effect is great.
【００２０】なお、上記実施例においてはＧａＡｓ層２
２ａとＡｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２ｂからなる２種類の
異種接合を半導体多層膜として光吸収層２２を形成した
が、これに限定される必要はなく、他のIII −Ｖ族化合
物半導体、あるいはＳｉ，Ｇｅおよびその混晶を用いて
も構わなく、また、その種類も２種類に限ることは本質
的なことではない。従って、これらの材料を用いて光吸
収層を形成しても上記実施例と同様な効果が奏される。
さらに、この光吸収層は、ｐ形とｎ形およびｉ形の接合
を有する同種の半導体多層膜で形成しても良く、この場
合においても上記実施例と同様な効果が奏される。In the above embodiment, the GaAs layer 2 is used.
The light absorption layer 22 was formed by using two kinds of heterojunctions composed of 2a and Al 0.65 Ga 0.35 As layer 22b as a semiconductor multilayer film, but the light absorption layer 22 is not limited to this, and other III-V group compound semiconductors or Si may be used. , Ge and their mixed crystals may be used, and it is not essential to limit the types to two. Therefore, even if the light absorption layer is formed by using these materials, the same effect as that of the above-mentioned embodiment can be obtained.
Further, the light absorption layer may be formed of the same kind of semiconductor multilayer film having p-type, n-type and i-type junctions, and in this case, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.
【００２１】また、ショットキ電極２４については上記
実施例ではＡｌを例に説明したが、用いる半導体と良好
なショットキ接合を形成する金属であればその種類は限
定されるものでなく、また、そのパターン形状も任意に
することができる。このようなショットキ電極を形成し
ても上記実施例と同様な効果が奏される。The Schottky electrode 24 has been described by taking Al as an example in the above embodiment, but the kind is not limited as long as it is a metal that forms a good Schottky junction with the semiconductor used and its pattern. The shape can be arbitrary. Even if such a Schottky electrode is formed, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体多層膜に形成される伝導帯のサブバンド間あるいは
サブバンドと伝導帯の底の間で入射光子の吸収、光電子
の励起が行われ、用いる半導体のエネルギギャップに対
応する波長よりも長波長の入射光に対して感度を有す
る。また、励起された光電子が内部電界によって加速さ
れることにより、光電子は容易に真空中へ放出される。
従って、従来の半導体を用いた光電子放出面に比較して
著しく高い感度を有し、また、その限界波長をはるかに
長波長にまで設定することが可能になる。As described above, according to the present invention, incident photons are absorbed and photoelectrons are excited between the subbands of the conduction band formed in the semiconductor multilayer film or between the subbands and the bottom of the conduction band. That is, it has sensitivity to incident light having a wavelength longer than the wavelength corresponding to the energy gap of the semiconductor used. Further, the excited photoelectrons are accelerated by the internal electric field, so that the photoelectrons are easily emitted into the vacuum.
Therefore, it has a remarkably high sensitivity as compared with the conventional photoelectron emitting surface using a semiconductor, and it becomes possible to set the limit wavelength to a much longer wavelength.
【００２３】また、このような光電子放出面を有する電
子管は比較的高い温度でも動作し、従来のものに比べて
特に長波長域において著しく高い感度を呈するようにな
る。さらに、本発明による光電子放出面は、光吸収層と
なる半導体多層膜の種類と構造を適当に設計することに
より、感度の波長域は狭いものから広いものまで任意に
調整可能になる。Further, the electron tube having such a photoelectron emitting surface operates even at a relatively high temperature, and exhibits a remarkably high sensitivity in the long wavelength region in comparison with the conventional one. Further, in the photoelectron emitting surface according to the present invention, the wavelength range of sensitivity can be arbitrarily adjusted from narrow to wide by appropriately designing the type and structure of the semiconductor multi-layer film serving as the light absorption layer.
【図１】本発明の一実施例による光電子放出面の構造を
示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a photoelectron emission surface according to an embodiment of the present invention.
【図２】本実施例による光電子放出面の無バイアス時に
おけるバンド構造図である。FIG. 2 is a band structure diagram of the photoelectron emission surface according to the present embodiment when there is no bias.
【図３】本実施例による光電子放出面のバイアス時にお
けるバンド構造図である。FIG. 3 is a band structure diagram when the photoelectron emission surface according to the present embodiment is biased.
【図４】従来の第１の光電子放出面のバンド構造図であ
る。FIG. 4 is a band structure diagram of a conventional first photoelectron emitting surface.
【図５】従来の第２の光電子放出面のバンド構造図であ
る。FIG. 5 is a band structure diagram of a conventional second photoelectron emitting surface.
【図６】従来の第３の光電子放出面のバンド構造図であ
る。FIG. 6 is a band structure diagram of a third conventional photoelectron emitting surface.
２１…Ｐ+ −ＧａＡｓ基板、２２…光吸収層、２２ａ…
アンドープＧａＡｓ、２２ｂ…Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ、
２３…コンタクト層、２４…ショットキ電極、２５…Ｃ
ｓx Ｏy 膜、２６…オーミック電極、２７…電源。21 ... P + -GaAs substrate, 22 ... Light absorption layer, 22a ...
Undoped GaAs, 22b ... Al 0.65 Ga 0.35 As,
23 ... Contact layer, 24 ... Schottky electrode, 25 ... C
s x O y film, 26 ... Ohmic electrode, 27 ... Power supply.
Claims (8)
出する光電子放出面において、 前記光吸収層はエネルギギャップの異なる半導体の異種
接合が多層になった異種接合半導体多層膜によって形成
され、エネルギギャップの小さな前記半導体の膜厚は３
００オングストローム以下であり、エネルギギャップの
大きな前記半導体の膜厚は４５オングストローム以上で
あることを特徴とする光電子放出面。1. A photoelectron emission surface that emits photoelectrons when photons are incident on the photoabsorption layer, wherein the photoabsorption layer is formed of a heterojunction semiconductor multilayer film in which heterojunctions of semiconductors having different energy gaps are multilayered. The thickness of the semiconductor with a small gap is 3
The photoelectron emission surface is characterized in that the thickness of the semiconductor having a large energy gap is 00 angstroms or less and the film thickness is 45 angstroms or more.
出する光電子放出面において、 前記光吸収層は導電型の異なる半導体の同種接合が多層
になった同種接合半導体多層膜によって形成され、一方
の導電型の前記半導体の膜厚は３００オングストローム
以下であり、他方の半導体の膜厚は４５オングストロー
ム以上であることを特徴とする光電子放出面。2. A photoelectron emission surface that emits photoelectrons when photons are incident on the photoabsorption layer, wherein the photoabsorption layer is formed by a homojunction semiconductor multilayer film in which homojunctions of semiconductors having different conductivity types are multilayered. The photoelectron emission surface is characterized in that the film thickness of the semiconductor of the conductivity type is 300 angstroms or less, and the film thickness of the other semiconductor is 45 angstroms or more.
電界により加速され、より高いエネルギバンドへ遷移す
ることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光電
子放出面。3. The photoelectron emitting surface according to claim 1, wherein the photoelectrons excited by the incident photons are accelerated by an internal electric field and transit to a higher energy band.
ぞれの伝導帯のエネルギ差は、半導体の最小のエネルギ
ギャップよりも小さいことを特徴とする請求項１または
請求項２または請求項３記載の光電子放出面。4. The energy difference between the respective conduction bands of the semiconductor multilayer film forming the light absorption layer is smaller than the minimum energy gap of the semiconductor. Photo-emission surface of.
ブバンド間あるいはサブバンドと伝導帯の底の間で入射
光子を吸収して光電子を励起することを特徴とする請求
項１または請求項２または請求項３記載の光電子放出
面。5. The photoelectron is excited by absorbing an incident photon between subbands of the conduction band or between the subband and the bottom of the conduction band formed in the semiconductor multilayer film. The photoelectron emitting surface according to claim 2 or 3.
またはその混晶によって形成されていることを特徴とす
る請求項１または請求項２または請求項３記載の光電子
放出面。6. The photoelectron emitting surface according to claim 1, wherein the semiconductor multilayer film is formed of a III-V group compound semiconductor or a mixed crystal thereof.
の混晶から形成されていることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２または請求項３記載の光電子放出面。7. The photoelectron emitting surface according to claim 1, 2 or 3, wherein the semiconductor multilayer film is formed of Si, Ge or a mixed crystal thereof.
記載の光電子放出面を備えて構成されていることを特徴
とする電子管。8. Claim 1 or claim 2 or claim 3.
An electron tube comprising the described photoelectron emitting surface.
Priority Applications (3)
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| JPH05234501A true JPH05234501A (en) | 1993-09-10 |
Family
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