JPH0778554A - Photoelectron emission surface, electron tube using same, and light detection device - Google Patents

Photoelectron emission surface, electron tube using same, and light detection device

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JPH0778554A
JPH0778554A JP22623793A JP22623793A JPH0778554A JP H0778554 A JPH0778554 A JP H0778554A JP 22623793 A JP22623793 A JP 22623793A JP 22623793 A JP22623793 A JP 22623793A JP H0778554 A JPH0778554 A JP H0778554A
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photoelectron
emission surface
light absorption
absorption layer
light
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Abstract

PURPOSE:To provide a photoelectron emission surface having excellent photoelectric transfer quantum efficiency, a high-sensitivity electron tube having photoelectron multiplication function, and a high-sensitivity light detection device. CONSTITUTION:A photoelectron emission surface comprises a light absorbing layer 2 of a P-type, or having semi-insulation property, or having a hetero- lamination structure to absorb incidental light and excite photoelectrons, having a Schottky electrode 5, an insulation layer 6, and an extraction electrode 7 laminated on the light absorbing layer 2, and a contact 3 provided to apply a voltage of a specified polarity between the light absorbing layer 2 and the Schottky electrode 5. A specified bias voltage is applied between the light absorbing layer 2 and the Schottky electrode 5, and between the Schottky electrode 5 and the extraction electrode 7 respectively to emit photoelectrons in accordance with light incidence to the light absorbing layer 2. An electron tube is composed including the photoelectron emission surface of this structure to multiply emitted photoelectrons, and this electron tube is applied to a light detection part to realize a high sensitivity light detection device.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光電変換量子効率の優
れた光電子放出面、及び当該光電子放出面を適用するこ
とによって高感度化を実現する光電子増倍管や画像増強
管などの光電子増倍機能を有する電子管、更にかかる電
子管を適用した高感度の光検出装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectron emission surface having excellent photoelectric conversion quantum efficiency, and a photoelectron multiplier such as a photomultiplier tube or an image intensifier tube which realizes high sensitivity by applying the photoelectron emission surface. The present invention relates to an electron tube having a doubling function and a high-sensitivity photodetector to which the electron tube is applied.

【0002】[0002]

【従来の技術】光電子放出面は、入射光を光電子に変換
して外部へ放出する光電子変換機能を有し、例えば、光
電子増倍管や画像増強管の受光面等に適用されている。
2. Description of the Related Art A photoelectron emitting surface has a photoelectron converting function of converting incident light into photoelectrons and emitting the same to the outside, and is applied to, for example, a light receiving surface of a photomultiplier tube or an image intensifying tube.

【0003】従来、このような光電子放出面として、米
国特許3958143号に開示されたものがある。これ
は、半導体又は半導体ヘテロ構造の光吸収層の一側面
(光入射面)にショットキ電極が形成されると共に、他
の側面(光吸収層に対して裏面)にオーミック電極が形
成されている。そして、ショットキ電極とオーミック電
極間に所定極性のバイアス電圧が印加された状態で光が
入射すると、光吸収層に励起された光電子がショットキ
電極まで移動して、高いエネルギー帯に遷移された後、
真空中へ放出される。
Conventionally, such a photoelectron emitting surface has been disclosed in US Pat. No. 3,958,143. In this, a Schottky electrode is formed on one side surface (light incident surface) of a semiconductor or semiconductor heterostructure light absorption layer, and an ohmic electrode is formed on the other side surface (back surface with respect to the light absorption layer). Then, when light enters with a bias voltage of a predetermined polarity applied between the Schottky electrode and the ohmic electrode, the photoelectrons excited in the light absorption layer move to the Schottky electrode, and after transition to a high energy band,
Released into vacuum.

【0004】ところが、かかる構造の光電子放出面にあ
っては、上記ショットキ電極を極めて薄い(100オン
グストローム以下)Ag薄膜で実現していた。したがっ
て、現在の半導体製造技術をもってしても、ショットキ
電極の膜厚の再現性及び均一性に乏しく、実用化の点で
大きな困難性を有している。
However, in the photoelectron emitting surface having such a structure, the Schottky electrode is realized by an extremely thin Ag thin film (100 angstroms or less). Therefore, even with the current semiconductor manufacturing technology, the reproducibility and uniformity of the film thickness of the Schottky electrode are poor, and there is great difficulty in practical application.

【0005】そこで、本願発明者等は、かかる問題点を
解決するために、特開平4−269419号において、
新規な光電子放出体を開発・提供した。この光電子放出
体(面)は、半導体又は半導体ヘテロ構造の光吸収層の
一側面(光入射面)に、適宜のパターン形状のショット
キ電極が形成されると共に、他の側面(光吸収層に対し
て裏面)にオーミック電極が形成されている。そして、
ショットキ電極とオーミック電極間に所定極性のバイア
ス電圧が印加された状態で光が入射すると、光吸収層に
励起された光電子がショットキ電極まで移動して、高い
エネルギー帯に遷移された後、真空中へ放出される。こ
のように、特開平4−269419号にあっては、ショ
ットキ電極を光吸収層の一側面全体について均一に形成
するのではなくパターン形状にした結果、リソグラフィ
ー技術を用いて均一性、再現性を向上させることが可能
となった。
In order to solve such a problem, the inventors of the present invention have disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-269419.
We have developed and provided a new photoelectron emitter. In this photoelectron emitter (face), a Schottky electrode having an appropriate pattern is formed on one side surface (light incident surface) of a light absorption layer of a semiconductor or a semiconductor heterostructure, and at the other side surface (relative to the light absorption layer). Ohmic electrode is formed on the back surface). And
When light enters with a bias voltage of a predetermined polarity applied between the Schottky electrode and the ohmic electrode, the photoelectrons excited in the light absorption layer move to the Schottky electrode and transition to a high energy band, and then in vacuum. Is released to. As described above, in Japanese Patent Laid-Open No. 4-269419, the Schottky electrode is not formed uniformly on the entire one side surface of the light absorption layer but is formed into a pattern shape. As a result, the uniformity and reproducibility are improved by using the lithography technique. It has become possible to improve.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、鋭意研究を
継続する中で、更に特性の優れた光電子放出面を提供す
ることを目的とする。即ち、特開平4−269419号
は、ショットキ電極の均一化及び再現性の向上において
成功した技術であるが、しかし、この光電子放出面は、
長波長の入射光に対する感度(即ち、光電変換量子効
率)が短波長の入射光に対する感度と比較して低下する
という特性を有している。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is intended to provide a photoelectron emitting surface having more excellent characteristics, while continuing intensive research. That is, Japanese Patent Laid-Open No. 4-269419 is a technique that succeeded in making the Schottky electrode uniform and improving the reproducibility, but this photoelectron emission surface is
It has a characteristic that the sensitivity to incident light of long wavelength (that is, photoelectric conversion quantum efficiency) is lower than the sensitivity to incident light of short wavelength.

【0007】一般的に、半導体を適用した光電子放出面
にあっては、このように、長波長の入射光に対する感度
が短波長の入射光に対する感度と比較して低下すること
は、避け難い技術的課題ではあるが、本願発明者は、更
に鋭意研究を行うことによって、広い波長域にわたって
高感度特性を発揮する光電子放出面を実現すると共に、
かかる光電子放出面を適用した高感度の電子管と光検出
装置を提供することとした。
Generally, in the photoelectron emission surface to which a semiconductor is applied, it is unavoidable that the sensitivity to incident light of long wavelength is lowered as compared with the sensitivity to incident light of short wavelength. However, the present inventor has conducted further diligent research to realize a photoelectron emission surface that exhibits high sensitivity characteristics over a wide wavelength range, and
It was decided to provide a highly sensitive electron tube and a photodetector to which such a photoelectron emitting surface is applied.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の光電子放出面
は、入射光を吸収して光電子を励起するp型又は半絶縁
性若しくはヘテロ積層構造を有する光吸収層と、上記光
吸収層の一側面に積層されたショットキ電極と、上記シ
ョットキ電極上に絶縁層を介して積層された引出し電極
と、上記光吸収層と上記ショットキ電極との間に所定極
性の電圧を印加するために備えられたコンタクトとを具
備し、上記光吸収層と上記ショットキ電極との間、及び
上記ショットキ電極と上記引出し電極との間に夫々所定
バイアス電圧が印加され、上記光吸収層に光が入射する
のに応じて、光電子を放出する構造とした。
The photoelectron emission surface of the present invention is a photoabsorption layer having a p-type or semi-insulating or hetero-laminated structure that absorbs incident light to excite photoelectrons, and one of the photoabsorption layers. The Schottky electrode laminated on the side surface, the extraction electrode laminated on the Schottky electrode via an insulating layer, and provided for applying a voltage of a predetermined polarity between the light absorption layer and the Schottky electrode. A contact, a predetermined bias voltage is applied between the light absorption layer and the Schottky electrode, and between the Schottky electrode and the extraction electrode, and light is incident on the light absorption layer. The structure is such that it emits photoelectrons.

【0009】又、本発明の他の光電子放出面は、更に、
前記引出し電極上に、所定電圧が印加される収束電極が
他の絶縁層を介して積層される構造にした。
Further, another photoelectron emitting surface of the present invention further comprises
The focusing electrode to which a predetermined voltage is applied is laminated on the extraction electrode via another insulating layer.

【0010】尚、これらの光電子放出面の前記ショット
キ電極は、前記光吸収層に所定のパターン状に積層さ
れ、前記絶縁層の形成されない領域に、アルカル金属又
はその化合物、もしくはアルカル金属の酸化物あるいは
アルカル金属のフッ化物から成る金属層が積層される構
造とした。
The Schottky electrodes on these photoelectron emitting surfaces are laminated in a predetermined pattern on the photoabsorption layer, and in a region where the insulating layer is not formed, an alcal metal or a compound thereof, or an oxide of an alcal metal. Alternatively, the structure is such that a metal layer made of a fluoride of an alcal metal is laminated.

【0011】又、これらの電子放出面を備え、電子放出
面から放出される光電子を電子増倍部で電子増倍する電
子管を構成した。
Further, an electron tube having these electron emitting surfaces is constructed so that photoelectrons emitted from the electron emitting surfaces are multiplied by the electron multiplying section.

【0012】又、かかる電子管を適用して、電子管の出
力を信号処理する信号処理手段により、各種の光計測を
行う光検出装置を実現した。
Further, by applying such an electron tube, a signal processing means for signal-processing the output of the electron tube has realized a photodetector for performing various optical measurements.

【0013】[0013]

【作用】かかる構造を有する光電子放出面によれば、光
吸収層内に励起される光電子は、光吸収層とショットキ
電極間に印加されるバイアス電圧に起因する内部電界に
よって放出表面まで容易に到達することができ、更に、
ショットキ電極と引出し電極との間に印加されるバイア
ス電圧に起因する外部電界により、光電子の放出表面と
真空中との間のエネルギー障壁が極めて薄くなる。した
がって、光電子はトンネル効果によりこの薄いエネルギ
ー障壁を通過して、真空中へ容易に脱出する。更に、絶
縁層は半導体製造技術により極めて薄く且つ一様に形成
されるので、ショットキ電極と引出し電極との間の上記
外部電界は均一となる。この結果、バイアス電圧を、従
来のような高電圧に設定する必要がなくなり、放電現象
による光電子放出面の破壊等の問題を解消することがで
きる。
According to the photoelectron emission surface having such a structure, the photoelectrons excited in the photoabsorption layer easily reach the emission surface by the internal electric field resulting from the bias voltage applied between the photoabsorption layer and the Schottky electrode. You can
The external electric field resulting from the bias voltage applied between the Schottky electrode and the extraction electrode makes the energy barrier between the photoelectron emission surface and the vacuum extremely thin. Therefore, photoelectrons easily escape into the vacuum by passing through this thin energy barrier due to the tunnel effect. Furthermore, since the insulating layer is formed extremely thin and uniform by the semiconductor manufacturing technique, the external electric field between the Schottky electrode and the extraction electrode becomes uniform. As a result, it is not necessary to set the bias voltage to a high voltage as in the prior art, and the problem of destruction of the photoelectron emitting surface due to the discharge phenomenon can be solved.

【0014】このように、上記エネルギー障壁が薄くな
るので、光電変換量子効率が大幅に向上し、高感度の光
電子放出面が実現される。そして、かかる光電子放出面
を適用した電子管は、電子増倍する前に光電子放出面か
ら高効率で光電子が放出されるので、高S/Nが実現さ
れる。
As described above, since the energy barrier is thinned, the photoelectric conversion quantum efficiency is greatly improved and a highly sensitive photoelectron emitting surface is realized. In the electron tube to which the photoelectron emission surface is applied, photoelectrons are emitted from the photoelectron emission surface with high efficiency before electron multiplication, so that high S / N is realized.

【0015】[0015]

【実施例】本発明による光電子放出面の一実施例を図1
乃至図4と共に説明する。尚、この実施例は反射型光電
子放出面に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the photoelectron emitting surface according to the present invention is shown in FIG.
4 through FIG. This embodiment relates to a reflection type photoelectron emitting surface.

【0016】まず、図1に示す縦断面図に基づいて構造
を説明する。p+ 半導体基板1にp- 光吸収層2とp-
コンタクト層3がエピタキシャル成長されており、半導
体基板1の裏面にはオーミック電極4が形成されてい
る。更に、p- コンタクト層3の上面には、適宜のパタ
ーン形状のショットキ電極5が積層され、ショットキ電
極5上には絶縁層6を介して引出し電極7が積層されて
いる。したがって、絶縁層6と引出し電極7は、ショッ
トキ電極5に対応してパターン形状に形成されている。
又、ショットキ電極5が形成されていないp- コンタク
ト層3の表面に、アルカリ金属の極めて薄い金属膜8が
塗布されることにより、p- 光吸収層2に励起されてp
- コンタクト層3を介してその表面(以下、放出表面と
いう)に到達した光電子の放出効率を向上させる構造と
なっている。
First, the structure will be described with reference to the longitudinal sectional view shown in FIG. the p + semiconductor substrate 1 p - the light absorbing layer 2 and p -
The contact layer 3 is epitaxially grown, and the ohmic electrode 4 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1. Further, a Schottky electrode 5 having an appropriate pattern is laminated on the upper surface of the p contact layer 3, and an extraction electrode 7 is laminated on the Schottky electrode 5 with an insulating layer 6 interposed therebetween. Therefore, the insulating layer 6 and the extraction electrode 7 are formed in a pattern corresponding to the Schottky electrode 5.
Further, by coating a very thin metal film 8 of an alkali metal on the surface of the p contact layer 3 where the Schottky electrode 5 is not formed, the p light absorption layer 2 is excited to p −.
- it has a surface thereof (hereinafter, referred to as release surface) through the contact layer 3 to improve the emission efficiency of photoelectrons reaching the structure.

【0017】そして、ショットキ電極5側を高電位とす
るバイアス電圧VBSがショットキ電極5とオーミック電
極4間に印加され、引出し電極7側を高電位とするバイ
アス電圧VBOが引出し電極7とショットキ電極5間に印
加される。
A bias voltage V BS having a high potential on the Schottky electrode 5 side is applied between the Schottky electrode 5 and the ohmic electrode 4, and a bias voltage V BO having a high potential on the extraction electrode 7 side is applied to the extraction electrode 7 and the Schottky electrode. It is applied between the electrodes 5.

【0018】次に、かかる構造を有する光電子放出面の
動作を説明する。
Next, the operation of the photoelectron emitting surface having such a structure will be described.

【0019】まず、バイアス電圧VBSとVBOが両方とも
印加されない場合、即ち、オーミック電極4とショット
キ電極5及び引出し電極7を共に電気的に開放状態にし
て、光を照射した場合の動作を図2に基づいて説明す
る。尚、図2は、放出表面近傍におけるエネルギーバン
ド図であり、CBは伝導帯の準位、VBは価電子帯の準
位、FLはフェルミ準位、VLは真空準位である。光h
νが入射すると、その入射光hνが光吸収層2で吸収さ
れて光電子eが励起され、放出表面近傍へ移動する。し
かし、このバイアス電圧VBSとVBOが印加されない状態
では、伝導帯CBのエネルギー差ΔEcに起因して、光
電子eは放出表面まで到達できず、従って真空中へ放出
されない。
First, the operation when the bias voltages V BS and V BO are not applied, that is, when the ohmic electrode 4, the Schottky electrode 5 and the extraction electrode 7 are all electrically opened and light is irradiated. A description will be given based on FIG. 2 is an energy band diagram near the emission surface, where CB is the conduction band level, VB is the valence band level, FL is the Fermi level, and VL is the vacuum level. Light h
When ν is incident, the incident light hν is absorbed by the light absorption layer 2 to excite the photoelectrons e and move to the vicinity of the emission surface. However, in the state where the bias voltages V BS and V BO are not applied, the photoelectrons e cannot reach the emission surface due to the energy difference ΔEc of the conduction band CB, and thus are not emitted into the vacuum.

【0020】次に、オーミック電極4とショットキ電極
5の間に所定のバイアス電圧VBSを印加し、ショットキ
電極5と引出し電極7間を電気的に開放状態にして、光
を照射した場合の動作を図3の放出表面近傍におけるエ
ネルギーバンド図に基づいて説明する。尚、同図中、C
Bは伝導帯の準位、VBは価電子帯の準位、FLはフェ
ルミ準位、VLは真空準位である。光hνが入射する
と、その入射光hνが光吸収層2で吸収されて光電子e
が励起され、更に、光電子eはバイアス電圧VBSに起因
する内部電界によって加速されて高いエネルギー帯CB
2 へ遷移し、光電子放出面の表面まで到達する。
Next, a predetermined bias voltage V BS is applied between the ohmic electrode 4 and the Schottky electrode 5 so that the Schottky electrode 5 and the extraction electrode 7 are electrically opened to irradiate light. Will be described based on the energy band diagram in the vicinity of the emission surface of FIG. In the figure, C
B is a conduction band level, VB is a valence band level, FL is a Fermi level, and VL is a vacuum level. When the light hν is incident, the incident light hν is absorbed by the light absorption layer 2 and photoelectrons e
Are excited, and further, the photoelectrons e are accelerated by the internal electric field caused by the bias voltage V BS , and the high energy band CB
It transits to 2 and reaches the surface of the photoelectron emission surface.

【0021】但し、光電子eが真空中へ脱出するには、
遷移した伝導帯CB2 の底と真空準位VLとのエネルギ
ー差(即ち、電子親和力)Eaが負、且つこのエネルギ
ー差Eaが大きくなければ光電子eの真空中への脱出確
率が十分に高く成らないので、このときのバイアス設定
条件では、入射光子に対して光電子eが真空中へ放出さ
れる効率(光電子変換量子効率という)が十分高くなら
ない。特に、長波長側の入射光hνに対する光電子変換
量子効率が低下する。
However, in order to escape the photoelectrons e into the vacuum,
If the energy difference Ea between the bottom of the transitioned conduction band CB 2 and the vacuum level VL (that is, electron affinity) Ea is negative and this energy difference Ea is not large, the escape probability of the photoelectron e into the vacuum is sufficiently high. Therefore, under the bias setting condition at this time, the efficiency with which the photoelectrons e are emitted into the vacuum (called photoelectron conversion quantum efficiency) with respect to the incident photons is not sufficiently high. In particular, the photoelectron conversion quantum efficiency for incident light hν on the long wavelength side is reduced.

【0022】次に、オーミック電極4とショットキ電極
5の間に所定のバイアス電圧VBS、ショットキ電極5と
引出し電極7間に所定のバイアス電圧VBOを同時に印加
して、光を照射した場合の動作を図4の放出表面近傍に
おけるエネルギーバンド図に基づいて説明する。尚、同
図中、CBは伝導帯の準位、VBは価電子帯の準位、F
Lはフェルミ準位、VLは真空準位である。光hνが入
射すると、その入射光hνが光吸収層2で吸収されて光
電子eが励起され、更に、光電子eはバイアス電圧VBS
に起因する内部電界によって加速されて高いエネルギー
帯CB2 へ遷移し、光電子放出面の表面まで到達する。
Next, when a predetermined bias voltage V BS is applied between the ohmic electrode 4 and the Schottky electrode 5 and a predetermined bias voltage V BO is applied between the Schottky electrode 5 and the extraction electrode 7 at the same time, light is irradiated. The operation will be described based on the energy band diagram near the emission surface in FIG. In the figure, CB is the conduction band level, VB is the valence band level, and F is
L is a Fermi level and VL is a vacuum level. When the light hν is incident, the incident light hν is absorbed by the light absorption layer 2 to excite the photoelectrons e, and the photoelectrons e are further biased by the bias voltage V BS.
It is accelerated by the internal electric field due to and transits to the high energy band CB 2 and reaches the surface of the photoelectron emission surface.

【0023】更に、バイアス電圧VBOが印加されること
によって、ショットキ電極5と引出し電極7間に外部電
界が形成されるので、図4に示すように、真空準位VL
が伝導帯の準位CB2 より極めて低くなると共に、放射
面と真空中との間のエネルギー障壁が極めて薄くなる。
したがって、光電子放出面の光電子eはトンネル効果に
よりこの薄いエネルギー障壁を通過して、真空中へ容易
に脱出する。このように、バイアス電圧VBSとVBOを印
加することによって、たとえエネルギーギャップの小さ
な半導体を適用しても、光電子変換量子効率が向上し、
特に、長波長の入射光hνに対する効率が改善されるこ
とから、広い波長域にわたって高い光電子変換量子効率
が発揮される。
Further, when a bias voltage V BO is applied, an external electric field is formed between the Schottky electrode 5 and the extraction electrode 7, so that as shown in FIG.
Becomes much lower than the conduction band level CB 2 , and the energy barrier between the emitting surface and the vacuum becomes extremely thin.
Therefore, the photoelectrons e on the photoelectron emission surface pass through this thin energy barrier by the tunnel effect and easily escape into the vacuum. As described above, by applying the bias voltages V BS and V BO , the photoelectron conversion quantum efficiency is improved even if a semiconductor having a small energy gap is applied.
In particular, since the efficiency with respect to the incident light hν having a long wavelength is improved, high photoelectron conversion quantum efficiency is exhibited over a wide wavelength range.

【0024】次に、図1に示す光電子放出面の製造方法
を説明する。尚、この実施例では、半導体基板1にp+
のInP、光吸収層2にInGaAsP、コンタクト層
3にp- のInP、オーミック電極4にAuGe、ショ
ットキ電極5にAl、絶縁層6にSiO2 、引出し電極
7にAlを夫々適用している。
Next, a method of manufacturing the photoelectron emitting surface shown in FIG. 1 will be described. In this embodiment, the semiconductor substrate 1 has p +
InP, the light absorption layer 2 is InGaAsP, the contact layer 3 is p InP, the ohmic electrode 4 is AuGe, the Schottky electrode 5 is Al, the insulating layer 6 is SiO 2 , and the extraction electrode 7 is Al.

【0025】まず、半導体基板1に、光吸収層2とコン
タクト層3を夫々2μm、1μmの厚さでエピタキシャ
ル成長させる。次に、半導体基板1の裏面にオーミック
電極4を真空蒸着により形成する。更に、コンタクト層
3の上に、ショットキ電極5を約1000オングストロ
ームの厚さで真空蒸着した後、絶縁層6を約1μmの厚
さで堆積し、更に、引出し電極7を約1000オングス
トロームの厚さで真空蒸着する。
First, the light absorption layer 2 and the contact layer 3 are epitaxially grown on the semiconductor substrate 1 to a thickness of 2 μm and 1 μm, respectively. Next, the ohmic electrode 4 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1 by vacuum vapor deposition. Further, after the Schottky electrode 5 is vacuum-deposited on the contact layer 3 to a thickness of about 1000 Å, the insulating layer 6 is deposited to a thickness of about 1 μm, and the extraction electrode 7 is further deposited to a thickness of about 1000 Å. Vacuum deposition.

【0026】次に、光リソグラフィーのためのフォトレ
ジストを均一に塗布しフォトマスクを用いて所定のパタ
ーンに露光し不要な部分のレジストを除去する。そし
て、レジストでマスクされた部分以外をフッ酸溶液でエ
ッチングすると、エッチングはInPコンタクト層3で
自動的に停止し、最後に残ったレジストを除去すれば非
常に簡単な工程で第1図に示す光電子放出面の構造を実
現することができる。これを真空中で加熱して表面を清
浄化した後、CsとO2 によって活性化することにより
薄い金属層8が形成される。
Next, a photoresist for photolithography is uniformly applied, and a predetermined pattern is exposed by using a photomask to remove an unnecessary portion of the resist. Then, when the portion other than the portion masked with the resist is etched with the hydrofluoric acid solution, the etching is automatically stopped at the InP contact layer 3, and if the last remaining resist is removed, it is a very simple process as shown in FIG. The structure of the photoelectron emitting surface can be realized. This is heated in vacuum to clean the surface and then activated by Cs and O 2 to form a thin metal layer 8.

【0027】尚、金属層8は、Cs2 0に限定されるも
のではなく、他種類のアルカリ金属やその化合物、更に
酸化物やフッ化物を材料として形成してもよい。
[0027] Incidentally, the metal layer 8 is not limited to the Cs 2 0, other types of alkali metals and their compounds, may be further formed an oxide or fluoride as a material.

【0028】又、図1に示した構造の光電子放出面にお
いて、次に示すような各変形例であってもよい。
Further, the photoelectron emitting surface having the structure shown in FIG. 1 may be modified as follows.

【0029】(1) 光吸収層2は、III−V族化合物
半導体又はその混晶、若しくはIII−V族化合物半導
体のヘテロ構造で形成する。
(1) The light absorption layer 2 is formed of a III-V group compound semiconductor or a mixed crystal thereof, or a heterostructure of a III-V group compound semiconductor.

【0030】(2) 光吸収層2は、GaAsで形成す
る。
(2) The light absorption layer 2 is made of GaAs.

【0031】(3) 光吸収層2は、GaAsy (1-y)
(但し、0≦y≦1)で形成する。
(3) The light absorption layer 2 is made of GaAs y P (1-y)
(However, 0 ≦ y ≦ 1).

【0032】(4) 光吸収層2は、Inx Ga(1-x)
y (1-y) (但し、0≦x≦1、0≦y≦1)で形成
する。
(4) The light absorption layer 2 is made of In x Ga (1-x) A
s y P (1-y) ( where, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) is formed by.

【0033】(5) 光吸収層2は、GaAsとAlx
(1-x) As(但し、0≦x≦1、0≦y≦1)のヘテ
ロ積層構造で形成する。
(5) The light absorption layer 2 is made of GaAs and Al x G.
a (1-x) As (where 0 ≦ x ≦ 1 and 0 ≦ y ≦ 1) is formed in the hetero-laminated structure.

【0034】(6) 光吸収層2は、GaAsとInx
(1-x) As(但し、0≦x≦1)のヘテロ積層構造で
形成する。
(6) The light absorption layer 2 is made of GaAs and In x G
a (1-x) As (however, 0 ≦ x ≦ 1) is formed in the hetero-laminated structure.

【0035】(7) 光吸収層2は、InPとInx Ga
(1-x) Asy (1-y) (但し、0≦x≦1、0≦y≦
1)のヘテロ積層構造で形成する。
(7) The light absorption layer 2 is made of InP and In x Ga.
(1-x) As y P (1-y) (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦
It is formed by the hetero-laminated structure of 1).

【0036】(8) 光吸収層2は、InPとInx Al
y Ga[1-(x+y)] As(但し、0≦x≦1、0≦y≦
1)のヘテロ積層構造で形成する。
(8) The light absorption layer 2 is made of InP and In x Al.
y Ga [1- (x + y)] As (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦
It is formed by the hetero-laminated structure of 1).

【0037】(9) 光吸収層2は、p型のSi又はp型
のGe、若しくはそれらの混晶、あるいはこれらのヘテ
ロ積層構造で形成する。
(9) The light absorption layer 2 is formed of p-type Si or p-type Ge, a mixed crystal thereof, or a hetero laminated structure thereof.

【0038】(10) 絶縁層6は、SiO2 又はSi3
4 、若しくはAl2 3 、あるいはこれらの積層構造に
する。
(10) The insulating layer 6 is made of SiO 2 or Si 3 N
4 , or Al 2 O 3 , or a laminated structure of these.

【0039】(11) 金属層8は、Cs、K、Na又はR
bで形成する。
(11) The metal layer 8 is made of Cs, K, Na or R
b.

【0040】次に、他の実施例の光電子放出面を図5と
共に説明する。尚、図5において図1と同一又は相当す
る部分を同一符号で示す。この実施例は、半絶縁性の高
抵抗GaAsを半導体基板1に適用し、この半導体基板
1に、AuGeのオーミック電極4、Alのショットキ
電極5、SiO2 の絶縁層6、及びAlの引出し電極7
が形成され、更に、ショットキ電極5が形成されていな
い半導体基板1の表面に、Cs2 O等の薄い金属層8が
塗布されている。そして、この光電子放出面は図1の実
施例と同様の製造方法によって製造される。
Next, the photoelectron emitting surface of another embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the same or corresponding parts as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. In this embodiment, semi-insulating high-resistance GaAs is applied to a semiconductor substrate 1, and on this semiconductor substrate 1, an AuGe ohmic electrode 4, an Al Schottky electrode 5, a SiO 2 insulating layer 6, and an Al extraction electrode are applied. 7
And a thin metal layer 8 such as Cs 2 O is coated on the surface of the semiconductor substrate 1 on which the Schottky electrode 5 is not formed. Then, this photoelectron emitting surface is manufactured by the same manufacturing method as that of the embodiment shown in FIG.

【0041】そして、オーミック電極4とショットキ電
極5の間に所定のバイアス電圧VBS、ショットキ電極5
と引出し電極7間に所定のバイアス電圧VBOを同時に印
加した状態で光hνが入射すると、その入射光hνが半
導体基板1で吸収されて光電子eが励起され、更に、光
電子eはバイアス電圧VBSに起因する内部電界によって
加速されて高いエネルギー帯CB2 へ遷移し、更に、光
放出表面に到達した光電子eは、バイアス電圧VBOに起
因する外部電界によって、真空中へ放出される。
A predetermined bias voltage V BS is applied between the ohmic electrode 4 and the Schottky electrode 5, and the Schottky electrode 5
When the light hν is incident while a predetermined bias voltage V BO is applied between the extraction electrode 7 and the extraction electrode 7 at the same time, the incident light hν is absorbed by the semiconductor substrate 1 to excite the photoelectron e, and the photoelectron e is further biased by the bias voltage V BO. The photoelectrons e that have been accelerated by the internal electric field due to BS and transition to the high energy band CB 2 and have reached the photoemission surface are emitted into vacuum by the external electric field due to the bias voltage V BO .

【0042】したがって、半絶縁性の高抵抗GaAsを
半導体基板1に適用したこの実施例においても、広い波
長域にわたって高い光電子変換量子効率が発揮される。
Therefore, also in this embodiment in which the semi-insulating high-resistance GaAs is applied to the semiconductor substrate 1, high photoelectron conversion quantum efficiency is exhibited over a wide wavelength range.

【0043】尚、この実施例では半絶縁性GaAsを半
導体基板1に適用したが、これに限定されるものではな
く、半絶縁性の半導体であればよい。
Although the semi-insulating GaAs is applied to the semiconductor substrate 1 in this embodiment, it is not limited to this and any semi-insulating semiconductor may be used.

【0044】次に、更に他の実施例の光電子放出面を図
6に基づいて説明する。尚、図6において図1と同一又
は相当する部分を同一符号で示す。
Next, a photoelectron emitting surface of still another embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the same or corresponding parts as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0045】図1に示す光電子放出面は、光の入射側と
光電子の放出側が同じとなる反射型光電子放出面である
のに対し、図6に示すこの実施例は、半導体基板1の裏
面側から入射する光hνに対して金属層8側から光電子
eを放出する透過型光電子放出面である。即ち、半導体
基板1の裏面側には、所定のパターン形状のオーミック
電極4が形成され、このオーミック電極4の形成されて
いない裏面部分から光hνが入射する。
While the photoelectron emission surface shown in FIG. 1 is a reflection type photoelectron emission surface in which the light incident side and the photoelectron emission side are the same, this embodiment shown in FIG. This is a transmissive photoelectron emission surface that emits photoelectrons e from the metal layer 8 side with respect to light hν entering from. That is, the ohmic electrode 4 having a predetermined pattern is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 1, and the light hν enters from the back surface portion where the ohmic electrode 4 is not formed.

【0046】そして、オーミック電極4とショットキ電
極5の間に所定のバイアス電圧VBS、ショットキ電極5
と引出し電極7間に所定のバイアス電圧VBOを同時に印
加した状態で光hνが入射すると、その入射光hνが光
吸収層3で吸収されて光電子eが励起され、更に、光電
子eはバイアス電圧VBSに起因する内部電界によって加
速されて高いエネルギー帯CB2 へ遷移し、更に、光放
出表面に到達した光電子eは、バイアス電圧VBOに起因
する外部電界によって、真空中へ放出される。
Then, a predetermined bias voltage V BS is applied between the ohmic electrode 4 and the Schottky electrode 5, and the Schottky electrode 5
When a predetermined bias voltage V BO is simultaneously applied between the extraction electrode 7 and the extraction electrode 7, the incident light hν is absorbed by the light absorption layer 3 to excite the photoelectron e, and further the photoelectron e is bias voltage. The photoelectrons e accelerated to the high energy band CB 2 due to the internal electric field caused by V BS and further reaching the photoemission surface are emitted into the vacuum by the external electric field caused by the bias voltage V BO .

【0047】このように、この実施例においても、広い
波長域にわたって高い光電子変換量子効率が発揮され
る。
As described above, also in this embodiment, high photoelectron conversion quantum efficiency is exhibited over a wide wavelength range.

【0048】次に、更に他の実施例の光電子放出面を図
7と共に説明する。この実施例と図1に示した実施例と
の相違点は、光吸収層2が、半導体の多層膜で形成され
た所謂量子井戸構造を有し、この量子井戸内でのサブバ
ンド間の光吸収を利用するものである。このように、量
子井戸構造のサブバンド間の光吸収を利用する光電子放
出面は、本願発明者等により既に特開平4−37823
号に開示されているが、図7のこの実施例では、更に光
電子放出面上に絶縁層6を介して引き出し電極7を形成
し、バイアス電圧VBOに起因する外部電界によって、光
電子eの放出確率を高めているので、広い波長域にわた
って高い光電子変換量子効率が発揮される。
Next, the photoelectron emitting surface of still another embodiment will be described with reference to FIG. The difference between this embodiment and the embodiment shown in FIG. 1 is that the light absorption layer 2 has a so-called quantum well structure formed of a semiconductor multilayer film, and light between subbands in this quantum well is different. It utilizes absorption. As described above, the photoelectron emission surface utilizing the light absorption between the sub-bands of the quantum well structure has already been disclosed by the inventors of the present invention in Japanese Patent Laid-Open No. 4-37823.
In this embodiment of FIG. 7, the extraction electrode 7 is further formed on the photoelectron emission surface via the insulating layer 6, and the photoelectron e is emitted by the external electric field caused by the bias voltage V BO. Since the probability is increased, high photoelectron conversion quantum efficiency is exhibited over a wide wavelength range.

【0049】次に、更に他の実施例の光電子放出面を図
8と共に説明する。尚、図8において図1と同一又は相
当する部分を同一符号で示す。図1に示した前記実施例
との相違点は、引出し電極7上に、更に所定パターン形
状でSiO2 の絶縁層9とAlの収束電極10が順次に
積層された構造を有している。そして、引出し電極7と
収束電極10の間に、更に収束電極10を高電位とする
所定のバイアス電圧VBRが印加される。
Next, a photoelectron emitting surface of still another embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 8, the same or corresponding parts as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that the extraction electrode 7 has a structure in which an insulating layer 9 of SiO 2 and a focusing electrode 10 of Al are sequentially laminated in a predetermined pattern. Then, between the extraction electrode 7 and the focusing electrode 10, a predetermined bias voltage V BR that makes the focusing electrode 10 a high potential is applied.

【0050】かかる構造によれば、光電子放出面から真
空中へ放出された光電子eの広がりを、収束電極10に
印加されるバイアス電圧VBRにより抑制することが可能
となることから、光電子eの軌道を制御することができ
る。そして、かかる機能が付与されたことにより、例え
ば、イメージ管等へ応用した場合に、解像度を大幅に向
上させることが可能となる。
According to this structure, the spread of the photoelectrons e emitted from the photoelectron emission surface into the vacuum can be suppressed by the bias voltage V BR applied to the converging electrode 10. The trajectory can be controlled. The addition of such a function makes it possible to significantly improve the resolution when applied to an image tube or the like.

【0051】次に、更に他の実施例の光電子放出面を図
9と共に説明する。尚、図9において図1と同一又は相
当する部分を同一符号で示す。図1に示した前記実施例
との相違点は、光電子eの放出表面が凹凸状の構造とな
っている。尚、かかる凹凸状の構造は周知のエッチング
技術によって実現される。
Next, a photoelectron emitting surface of still another embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 9, the same or corresponding parts as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that the emission surface of the photoelectrons e has an uneven structure. The uneven structure is realized by a well-known etching technique.

【0052】そして、このように光電子eの放出表面を
凹凸状の構造にすると、放出表面に到達した光電子eを
真空中へ放出させ易くすることができるので、更に広い
波長域にわたって高い光電子変換量子効率を発揮させる
ことができる。
When the emission surface of the photoelectrons e is made uneven in this way, the photoelectrons e reaching the emission surface can be easily emitted into the vacuum, and thus the photoelectron conversion quantum over a wider wavelength range can be increased. The efficiency can be demonstrated.

【0053】尚、以上に説明した複数の実施例は、夫々
の構造的特徴に基づいて示されているが、各特徴部分を
組み合わせることによって実現される光電子放出面は、
本願発明に含まれるものである。又、これらの実施例で
はオーミック電極4をp+ 半導体基板1の裏側に形成し
たものを示したが、もちろんこの構造に限定されるもの
ではなく、p+ 半導体基板1の側面あるいは上面に選択
的に形成する構造としてもよい。
The plurality of embodiments described above are shown based on their respective structural features, but the photoelectron emission surface realized by combining the respective characteristic portions is
It is included in the present invention. Further, in these embodiments, the ohmic electrode 4 is formed on the back side of the p + semiconductor substrate 1, but the structure is not limited to this structure, and the side surface or the top surface of the p + semiconductor substrate 1 is selectively formed. Alternatively, the structure may be formed as described above.

【0054】次に、本発明による光電子放出面を適用し
た光電子増倍管の一実施例を図10に基づいて説明す
る。尚、この実施例は、図1、図7、図8又は図9に示
した反射型光電子放出面のいづれかを適用したサイドオ
ン型の反射型光電子増倍管であり、図10はその光電子
増倍管の要部断面図である。
Next, an embodiment of a photomultiplier tube to which the photoelectron emitting surface according to the present invention is applied will be described with reference to FIG. This embodiment is a side-on reflection-type photomultiplier tube to which any one of the reflection-type photoelectron emission surfaces shown in FIG. 1, FIG. 7, FIG. 8 or FIG. 9 is applied, and FIG. It is an important section sectional view of a double tube.

【0055】まず、構造を説明すると、真空容器内に、
反射型光電子放出面Xとダイノード群Yが密封された状
態で配設され、反射型光電子放出面Xの前記引出し電極
と第1段目のダイノードY1 との間に、ダイノードY1
を高電圧側にして約100ボルト程度の加速電圧が印加
されて使用される。又、最終段(第n段)のダイードY
n に内向してアノード11が設けられている。
First, the structure will be described.
The reflection type photoelectron emission surface X and the dynode group Y are arranged in a sealed state, and the dynode Y 1 is provided between the extraction electrode of the reflection type photoelectron emission surface X and the first-stage dynode Y 1.
Is used on the high voltage side, and an accelerating voltage of about 100 V is applied. Also, the last stage (nth stage) die Y
An anode 11 is provided facing inward at n .

【0056】次に、かかる構造を有する光電子増倍管の
動作を説明する。光入射窓12から反射型光電子放出面
Xに光hνが入射すると、その光hνが光電子放出面X
に吸収されるのに伴い励起された光電子eが真空中へ放
出され、更に約100ボルトの加速電圧により第1段目
のダイノードY1 へ加速されて入射する。尚、光電子放
出面Xから真空中へ光電子eが放出するときの光電変換
量子効率が高いことは前述した通りである。
Next, the operation of the photomultiplier tube having such a structure will be described. When the light hν enters the reflective photoelectron emission surface X from the light incident window 12, the light hν is converted into the photoelectron emission surface X.
The excited photoelectrons e are emitted into the vacuum as they are absorbed by the laser beam, and are accelerated and incident on the dynode Y 1 of the first stage by an accelerating voltage of about 100 V. As described above, the photoelectric conversion quantum efficiency is high when the photoelectrons e are emitted from the photoelectron emission surface X into the vacuum.

【0057】第1段目のダイノードY1 では、加速され
た光電子eの入射により約2〜3倍程度の2次電子が放
出され、更に第2段目のダイノードへ入射する。そし
て、第n段目のダイノードYn までの複数のダイノード
群により2次電子放出が繰り返されるので、アノード1
1からは、光電子eの約106 倍に増幅された光電流が
検出される。
In the dynode Y 1 of the first stage, about 2 to 3 times the secondary electrons are emitted due to the incidence of the accelerated photoelectrons e, and further enter the dynode of the second stage. Then, secondary electron emission is repeated by a plurality of dynode groups up to the nth dynode Y n, so that the anode 1
From 1, the photocurrent amplified to about 10 6 times the photoelectron e is detected.

【0058】このように、かかる実施例の光電子増倍管
は、高光電変換量子効率の光電子放出面Xによって最初
から多量の光電子eを放出させ、これをダイノード群で
電子増倍するので、高S/N及び高ゲインを可能にす
る。
As described above, in the photomultiplier tube of this embodiment, a large amount of photoelectrons e are emitted from the beginning by the photoelectron emission surface X having high photoelectric conversion quantum efficiency, and the photomultipliers are multiplied by the dynode group. Allows S / N and high gain.

【0059】次に、本発明による光電子放出面を適用し
た透過型光電子増倍管の一実施例を図11に基づいて説
明する。尚、この実施例は、図6に示した透過型光電子
放出面を適用したヘッドオン型の透過型光電子増倍管で
ある。図11はその光電子増倍管の要部断面図であり、
図10と同一又は相当する部分を同一符号で示す。
Next, an embodiment of the transmission type photomultiplier tube to which the photoelectron emitting surface according to the present invention is applied will be described with reference to FIG. It should be noted that this embodiment is a head-on type transmission photomultiplier tube to which the transmission photoelectron emission surface shown in FIG. 6 is applied. FIG. 11 is a sectional view of the main part of the photomultiplier tube,
Portions that are the same as or correspond to those in FIG.

【0060】真空容器13の一端に設けられた光入射窓
12の内面に、図2の透過型光電子放出面Zが固着さ
れ、透過型光電子放出面Zの後方に複数のダイノードY
1 〜Yn とアノード11が配設されている。そして、光
電子放出表面に対して数100Vの電圧が印加されて使
用される。
The transmission type photoelectron emission surface Z of FIG. 2 is fixed to the inner surface of the light incident window 12 provided at one end of the vacuum container 13, and a plurality of dynodes Y are provided behind the transmission type photoelectron emission surface Z.
1 to Y n and the anode 11 are arranged. Then, a voltage of several hundred V is applied to the photoelectron emission surface for use.

【0061】光入射窓12から光電子放出面Eに光hν
が入射すると、その光hνが光電子放出面Zに吸収され
るのに伴い励起された光電子eが真空中へ放出され、更
に上記数100Vの印加電圧による加速電圧により第1
段目のダイノードY1 へ加速されて入射する。尚、光電
子放出面Zから真空中へ光電子eが放出するときの光電
変換量子効率が高いことは前述した通りである。第1段
目のダイノードY1 では、加速された光電子eの入射に
より約2〜3倍程度の2次電子が放出され、更に第2段
目のダイノードへ入射する。そして、第n段目のダイノ
ードYn までの複数のダイノード群により2次電子放出
が繰り返すされるので、アノード11からは、光電子e
の約106 倍に増幅された光電流が検出される。
From the light incident window 12 to the photoelectron emission surface E, light hν
Is incident on the photoelectron emission surface Z, the excited photoelectrons e are emitted into a vacuum, and further, the acceleration voltage due to the applied voltage of several hundreds of V causes the first
It is accelerated and incident on the dynode Y 1 of the stage. As described above, the photoelectric conversion quantum efficiency is high when the photoelectrons e are emitted from the photoelectron emission surface Z into the vacuum. In the first-stage dynode Y 1 , approximately 2-3 times more secondary electrons are emitted due to the incident photoelectrons e that have been accelerated, and further enter the second-stage dynode. Then, secondary electron emission is repeated by a plurality of dynode groups up to the nth dynode Y n, so that the photoelectrons e are emitted from the anode 11.
A photocurrent amplified by about 10 6 times is detected.

【0062】このように、かかる実施例の透過型光電子
増倍管は、高光電変換量子効率の光電子放出面Zによっ
て最初から多量の光電子eを放出させ、これをダイノー
ド群で電子増倍するので、高S/N及び高ゲインを可能
にする。
As described above, in the transmission type photomultiplier tube of this embodiment, a large amount of photoelectrons e are emitted from the beginning by the photoelectron emission surface Z of high photoelectric conversion quantum efficiency, and the electron is multiplied by the dynode group. , High S / N and high gain.

【0063】次に、図6に示した透過型光電子放出面を
適用した映像増強管(イメージインテンシファイア)の
一実施例を図12に基づいて説明する。尚、図12はそ
の映像増強管の要部断面図である。
Next, an embodiment of an image intensifier (image intensifier) to which the transmission type photoelectron emission surface shown in FIG. 6 is applied will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view of the main part of the image intensifying tube.

【0064】まず、構造を説明すると、真空容器14の
一端に透明の光入射窓15が設けられており、真空容器
14内には、図6に示した透過型光電子放出面Wが光入
射窓15に対向して配設されている。更に、透過型光電
子放出面Wの電子放出表面に内向してマイクロチャンネ
ルプレート(電子増倍部)16が配設され、更に、マイ
クロチャンネルプレート16の反対側には蛍光面17が
形成されている。
First, the structure will be described. A transparent light entrance window 15 is provided at one end of the vacuum container 14, and the transmission type photoelectron emission surface W shown in FIG. It is arranged so as to face 15. Further, a microchannel plate (electron multiplying part) 16 is arranged inward of the electron emission surface of the transmission type photoelectron emission surface W, and a fluorescent surface 17 is formed on the opposite side of the microchannel plate 16. .

【0065】尚、マイクロチャンネルプレート16は、
例えば、直径約25mm、厚さ約0.48mmの薄いガ
ラス板で成型され、更に夫々の内径が約10μmの百数
十万個程度の多数の細孔(チャンネル)が、反射型光電
子放出面の方向に沿って貫通して形成され、夫々の細孔
の両端に電圧が印加されることによって電位勾配が設定
されている。そして、反射型光電子放出面側から細孔へ
電子が入射すると、電位勾配に引かれて電子が細孔内壁
に多数回衝突しながら反対側へ移動し、この衝突の際に
電子増倍が繰り返されるので、例えば106 倍に増幅さ
れ、蛍光面17を発光させる。
The micro channel plate 16 is
For example, it is formed of a thin glass plate having a diameter of about 25 mm and a thickness of about 0.48 mm, and a large number of hundreds of thousands of pores (channels) each having an inner diameter of about 10 μm are formed on the reflective photoelectron emission surface. The potential gradient is set by penetrating along the direction and applying a voltage across the respective pores. When electrons enter the pore from the reflective photoelectron emission surface side, the potential gradient attracts the electron to the opposite side while colliding with the inner wall of the pore many times, and electron multiplication is repeated during this collision. Therefore, the fluorescent screen 17 is amplified, for example, by a factor of 10 6 to emit light.

【0066】次に、かかる構造を有する映像増強管の動
作を説明する。
Next, the operation of the image intensifying tube having such a structure will be described.

【0067】光入射窓15を介して、被写体からの光A
が光電子放出面Wに入射すると、その光Aが光電子放出
面Wに吸収されるのに伴い励起された光電子eが真空中
へ放出され、更にマイクロチャンネルプレート16へ入
射する。尚、光電子放出面Wから真空中へ光電子eが放
出するときの光電変換量子効率が高いことは前述した通
りである。そして、入射光電子eは夫々の細孔(チャン
ネル)で電子増倍され且つ電位勾配により加速されて蛍
光面17へ衝突するので、蛍光面17に被写体の像Bが
鮮明に再生される。
Light A from the subject is transmitted through the light entrance window 15.
Is incident on the photoelectron emission surface W, the photoelectrons e excited by the absorption of the light A by the photoelectron emission surface W are emitted into the vacuum and further incident on the microchannel plate 16. As described above, the photoelectric conversion quantum efficiency is high when the photoelectrons e are emitted from the photoelectron emission surface W into the vacuum. The incident photoelectrons e are electron-multiplied by the respective pores (channels) and are accelerated by the potential gradient and collide with the fluorescent screen 17, so that the image B of the subject is clearly reproduced on the fluorescent screen 17.

【0068】このように、かかる実施例の映像増強管
は、高光電変換量子効率の光電子放出面Zによって最初
から多量の光電子eを放出させ、電子増倍するので、高
S/N及び高ゲインを可能にし、従来よりも更に低照度
下での高感度・鮮明撮像を実現する。
As described above, in the image intensifying tube of this embodiment, a large amount of photoelectrons e are emitted from the beginning by the photoelectron emission surface Z having a high photoelectric conversion quantum efficiency and electron multiplication is performed, so that a high S / N and a high gain are obtained. It enables high sensitivity and clear imaging under lower illuminance than ever before.

【0069】次に、映像増強管の他の実施例を図13に
基づいて説明する。この実施例は、図12に示した実施
例とは異なり、マイクロチャンネルプレートを設けな
い、所謂近接型イメージ管である。
Next, another embodiment of the image intensifying tube will be described with reference to FIG. Unlike the embodiment shown in FIG. 12, this embodiment is a so-called proximity type image tube without a microchannel plate.

【0070】まず、構造を説明すると、真空容器18の
一端に透明の光入射窓19が設けられており、この光入
射窓19の内面に図6に示した透過型光電子放出面Wが
固着されている。但し、この透過型光電子放出面Wの引
出し電極7(図6参照)上には、図8に示した絶縁層9
と収束電極10が積層され、これらが積層されていない
多数の微細領域が画素群となっている。そして、透過型
光電子放出面Wの反対側には蛍光面20が形成されてい
る。尚、詳細は図8の実施例で説明したが、収束電極1
0は所定電位に保持され、更に、収束電極10と蛍光面
20との間に加速電圧が印加されて使用される。
First, the structure will be described. A transparent light incident window 19 is provided at one end of the vacuum container 18, and the transmission type photoelectron emission surface W shown in FIG. 6 is fixed to the inner surface of the light incident window 19. ing. However, the insulating layer 9 shown in FIG. 8 is formed on the extraction electrode 7 (see FIG. 6) on the transmission type photoelectron emission surface W.
And the converging electrode 10 are laminated, and a large number of fine regions where these are not laminated constitute a pixel group. A phosphor screen 20 is formed on the opposite side of the transmissive photoelectron emission surface W. Although details have been described in the embodiment of FIG. 8, the focusing electrode 1
0 is held at a predetermined potential, and an accelerating voltage is applied between the focusing electrode 10 and the phosphor screen 20 for use.

【0071】そして、光入射窓19を介して透過型光電
子放出面Wに光Aが入射すると、その裏側から光電子e
が放出され、更に上記加速電圧によって加速されて蛍光
面20に衝突する。したがって、この光電子eの衝突に
より、蛍光面20が発光して、像Bが再生される。
Then, when the light A is incident on the transmissive photoelectron emission surface W through the light incident window 19, the photoelectrons e from the back side thereof.
Are emitted and further accelerated by the acceleration voltage, and collide with the phosphor screen 20. Therefore, due to the collision of the photoelectrons e, the fluorescent screen 20 emits light and the image B is reproduced.

【0072】ところで、この実施例で注目すべき点は、
収束電極10は所定の電位に保持されているので、透過
型光電子放出面Wから放出する光電子eは空間的に拡散
しないように制御される。従って、この実施例の映像増
強管は、極めて高い空間分解能を発揮し、鮮明な再生画
像Bを提供することができる。
By the way, the point to be noted in this embodiment is that
Since the focusing electrode 10 is held at a predetermined potential, the photoelectrons e emitted from the transmissive photoelectron emission surface W are controlled so as not to be spatially diffused. Therefore, the image intensifying tube of this embodiment exhibits an extremely high spatial resolution and can provide a clear reproduced image B.

【0073】次に、図11の実施例などで示した本発明
の光電子増倍管を適用した高感度光検出装置の一実施例
を、図14に基づいて説明する。尚、この実施例は、透
過型の光電子放出面を備える透過型光電子増倍管PMT
を適用している。図14において、被測定光hνを集光
レンズ20と分光器21及びカップリングレンズ22に
通すことによって分光し、その分光された光を光電子増
倍管PMTの光電子放出面に入射させる光学系が備えら
れている。光電子放出面は入射光を光電子に変換してダ
イノード群へ放出し、ダイノード群で電子増倍された光
電流が光電子増倍管PMTのアノードから出力される。
尚、光電子増倍管PMTの光電子放出面と引出し電極、
及び各種のアノードには、高圧電源23と抵抗分割回路
(図示せず)により所定のバイアス電圧が印加されてい
る。
Next, an embodiment of a high-sensitivity photodetector to which the photomultiplier of the present invention shown in the embodiment of FIG. 11 and the like is applied will be described with reference to FIG. In this embodiment, a transmission type photomultiplier tube PMT having a transmission type photoelectron emission surface is provided.
Has been applied. In FIG. 14, the measured light hν is dispersed by passing it through a condenser lens 20, a spectroscope 21, and a coupling lens 22, and an optical system for making the dispersed light incident on the photoelectron emission surface of the photomultiplier tube PMT is shown. It is equipped. The photoelectron emission surface converts incident light into photoelectrons and emits the photoelectrons to the dynode group, and the photocurrent electron-multiplied by the dynode group is output from the anode of the photomultiplier tube PMT.
The photoelectron emission surface of the photomultiplier tube PMT and the extraction electrode,
A predetermined bias voltage is applied to the various anodes by a high voltage power supply 23 and a resistance dividing circuit (not shown).

【0074】光電子増倍管PMTの上記アノードから出
力される光電流は、プリアンプ24とロックインアンプ
25で増幅及び計測され、レコーダ(記録装置)26に
記録される。更に、分光器21から出力される分光信号
と、レコーダ26から出力されるレベル信号がコンピュ
ータ処理システム27に入力され、コンピュータ処理シ
ステム27は、かかる分光信号の波長情報とレベル信号
の強度情報に基づいて、被測定光hνのスペクトラム分
布等をモニター表示したりする。
The photocurrent output from the anode of the photomultiplier tube PMT is amplified and measured by the preamplifier 24 and the lock-in amplifier 25, and recorded in the recorder (recording device) 26. Further, the spectral signal output from the spectroscope 21 and the level signal output from the recorder 26 are input to the computer processing system 27, and the computer processing system 27 determines the wavelength information of the spectral signal and the intensity information of the level signal. The spectrum distribution of the measured light hν is displayed on the monitor.

【0075】尚、この実施例では、極めて基本的な構成
の光検出装置を示したが、本発明の光電子増倍管を適用
して、他の測定方法、例えば、パルス測定方法や光子計
数法等を適用した高感度の光検出装置を実現することが
できる。又、本発明の映像増強管を適用すれば、マルチ
チャンネル測光の高感度光検出装置を実現することがで
きる。
In this embodiment, the photodetector having a very basic structure is shown, but the photomultiplier of the present invention is applied to apply another measuring method such as a pulse measuring method or a photon counting method. It is possible to realize a high-sensitivity photodetection device to which the above is applied. Further, by applying the image intensifying tube of the present invention, a high-sensitivity photodetector for multichannel photometry can be realized.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光電
子放出面によれば、光吸収層内に励起される光電子は、
光吸収層とショットキ電極間に印加されるバイアス電圧
に起因する内部電界によって放出表面まで容易に到達す
ることができ、更に、ショットキ電極と引出し電極との
間に印加されるバイアス電圧に起因する外部電界によ
り、光電子の放出表面と真空中との間のエネルギー障壁
が極めて薄くなる。したがって、光電子はトンネル効果
によりこの薄いエネルギー障壁を通過して、真空中へ容
易に脱出する。更に、絶縁層は半導体製造技術により極
めて薄く且つ一様に形成されるので、ショットキ電極と
引出し電極との間の上記外部電界は均一となる。この結
果、バイアス電圧を、従来のような高電圧に設定する必
要がなくなり、放電現象による光電子放出面の破壊等の
問題を解消することができる。
As described above, according to the photoelectron emitting surface of the present invention, the photoelectrons excited in the photoabsorption layer are
The emission surface can be easily reached by the internal electric field caused by the bias voltage applied between the light absorption layer and the Schottky electrode, and the external voltage caused by the bias voltage applied between the Schottky electrode and the extraction electrode can be further achieved. The electric field makes the energy barrier between the photoelectron emission surface and the vacuum extremely thin. Therefore, photoelectrons easily escape into the vacuum by passing through this thin energy barrier due to the tunnel effect. Furthermore, since the insulating layer is formed extremely thin and uniform by the semiconductor manufacturing technique, the external electric field between the Schottky electrode and the extraction electrode becomes uniform. As a result, it is not necessary to set the bias voltage to a high voltage as in the prior art, and the problem of destruction of the photoelectron emitting surface due to the discharge phenomenon can be solved.

【0077】このように、上記エネルギー障壁が薄くな
るので、光電変換効量子効率が大幅に向上し、高感度の
光電子放出面が実現される。そして、かかる光電子放出
面を適用した電子管は、電子増倍する前に光電子放出面
から高効率で光電子が放出されるので、高S/Nが実現
される。更に、これらの光電子増倍管や映像増強管等を
適用した光検出装置を構築すると、従来に較べて極めて
高い検出限界を達成することができる。
As described above, since the energy barrier is thinned, the photoelectric conversion efficiency and quantum efficiency are significantly improved and a highly sensitive photoelectron emitting surface is realized. In the electron tube to which the photoelectron emission surface is applied, photoelectrons are emitted from the photoelectron emission surface with high efficiency before electron multiplication, so that high S / N is realized. Furthermore, if a photodetector using these photomultiplier tubes, image intensifier tubes, etc. is constructed, it is possible to achieve an extremely high detection limit compared to the conventional one.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による反射型光電子放出面の一実施例の
構造を示す縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional view showing the structure of an embodiment of a reflective photoelectron emission surface according to the present invention.

【図2】図1に示す光電子放出面の機能を説明するため
のエネルギーバンド図である。
FIG. 2 is an energy band diagram for explaining the function of the photoelectron emitting surface shown in FIG.

【図3】図1に示す光電子放出面の機能を更に説明する
ためのエネルギーバンド図である。
FIG. 3 is an energy band diagram for further explaining the function of the photoelectron emitting surface shown in FIG.

【図4】図1に示す光電子放出面の機能を更に説明する
ためのエネルギーバンド図である。
FIG. 4 is an energy band diagram for further explaining the function of the photoelectron emitting surface shown in FIG.

【図5】本発明による反射型光電子放出面の他の実施例
の構造を示す縦断面図である。
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the reflection type photoelectron emission surface according to the present invention.

【図6】本発明による透過型光電子放出面の実施例の構
造を示す縦断面図である。
FIG. 6 is a vertical sectional view showing a structure of an embodiment of a transmission type photoelectron emission surface according to the present invention.

【図7】本発明による反射型光電子放出面の更に他の実
施例の構造を示す縦断面図である。
FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing the structure of still another embodiment of the reflective photoelectron emitting surface according to the present invention.

【図8】本発明による反射型光電子放出面の更に他の実
施例の構造を示す縦断面図である。
FIG. 8 is a vertical cross-sectional view showing the structure of still another embodiment of the reflective photoelectron emitting surface according to the present invention.

【図9】本発明による反射型光電子放出面の更に他の実
施例の構造を示す縦断面図である。
FIG. 9 is a vertical sectional view showing the structure of still another embodiment of the reflection type photoelectron emission surface according to the present invention.

【図10】本発明による光電子増倍管の一実施例の要部
構造を示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing the structure of the main part of an embodiment of the photomultiplier tube according to the present invention.

【図11】本発明による光電子増倍管の他の実施例の要
部構造を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a main part structure of another embodiment of the photomultiplier tube according to the present invention.

【図12】本発明による映像増強管の一実施例の要部構
造を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a main structure of an embodiment of an image intensifying tube according to the present invention.

【図13】本発明による映像増強管の他の実施例の要部
構造を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a main part structure of another embodiment of the image intensifying tube according to the present invention.

【図14】本発明による光検出装置の一実施例の構成を
示すブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a photodetector according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板、2…光吸収層、3…コンタクト層、4
…オーミックコンタクト、5…ショットキ電極、6,9
…絶縁層、7…引出し電極、8…金属層、10…収束電
極、11…アノード、12,15,19…光入射窓、1
3,14,18…真空容器、16…マイクロチャンネル
プレート、17,20…蛍光面、20…集光レンズ、2
1…分光器、22…カップリングレンズ、23…高圧電
源、24…プリアンプ、25…ロックインアンプ、26
…レコーダ、27…コンピュータ処理システム、W,
X,Z…光電子放出面、Y…ダイノード群、PMT…光
電子増倍管。
1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Light absorption layer, 3 ... Contact layer, 4
… Ohmic contacts, 5… Schottky electrodes, 6,9
... Insulating layer, 7 ... Extractor electrode, 8 ... Metal layer, 10 ... Focusing electrode, 11 ... Anode, 12, 15, 19 ... Light incident window, 1
3, 14, 18 ... Vacuum container, 16 ... Micro channel plate, 17, 20 ... Phosphor screen, 20 ... Condensing lens, 2
1 ... Spectrometer, 22 ... Coupling lens, 23 ... High-voltage power supply, 24 ... Preamplifier, 25 ... Lock-in amplifier, 26
... recorder, 27 ... computer processing system, W,
X, Z ... Photoelectron emission surface, Y ... Dynode group, PMT ... Photomultiplier tube.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 正美 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masami Yamada 1 126-1 Nomachi, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture Hamamatsu Photonics Co., Ltd.

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射光を吸収して光電子を励起するp型
又は半絶縁性若しくはヘテロ積層構造を有する光吸収層
と、 上記光吸収層の一側面に積層されたショットキ電極と、 上記ショットキ電極上に絶縁層を介して積層された引出
し電極と、 上記光吸収層と上記ショットキ電極との間に所定極性の
電圧を印加するために備えられたコンタクトとを具備
し、 上記光吸収層と上記ショットキ電極との間、及び上記シ
ョットキ電極と上記引出し電極との間に夫々所定バイア
ス電圧が印加され、上記光吸収層に光が入射するのに応
じて、光電子を放出することを特徴とする光電子放出
面。
1. A light absorbing layer having a p-type or a semi-insulating or hetero laminated structure that absorbs incident light to excite photoelectrons, a Schottky electrode laminated on one side surface of the light absorbing layer, and the Schottky electrode. An extraction electrode laminated on the insulating layer, and a contact provided for applying a voltage of a predetermined polarity between the light absorption layer and the Schottky electrode. Predetermined bias voltage is applied between the Schottky electrode and between the Schottky electrode and the extraction electrode, and photoelectrons are emitted in response to light incident on the light absorption layer. Emission surface.
【請求項2】 前記引出し電極上に、所定電圧が印加さ
れる収束電極が他の絶縁層を介して積層されることを特
徴とする請求項1に記載の光電子放出面。
2. The photoelectron emitting surface according to claim 1, wherein a converging electrode to which a predetermined voltage is applied is laminated on the extraction electrode via another insulating layer.
【請求項3】 前記ショットキ電極は、前記光吸収層に
所定のパターン状に積層され、前記絶縁層の形成されな
い領域に、アルカル金属又はその化合物、もしくはアル
カル金属の酸化物あるいはアルカル金属のフッ化物から
成る金属層が積層されることを特徴とする請求項1又は
請求項2に記載の光電子放出面。
3. The Schottky electrode is laminated in a predetermined pattern on the light absorption layer, and in a region where the insulating layer is not formed, an alcal metal or a compound thereof, an alcal metal oxide or an alcal metal fluoride. The photoelectron emission surface according to claim 1 or 2, wherein a metal layer made of is laminated.
【請求項4】 前記光吸収層は、III−V族化合物半
導体又はその混晶、若しくはIII−V族化合物半導体
のヘテロ積層構造を有することを特徴とする請求項1又
は請求項2に記載の光電子放出面。
4. The light absorption layer according to claim 1 or 2, wherein the light absorption layer has a III-V group compound semiconductor or a mixed crystal thereof, or a hetero-stacked structure of a III-V group compound semiconductor. Photoemission surface.
【請求項5】 前記光吸収層は、GaAsから成ること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光電子放出
面。
5. The photoelectron emission surface according to claim 1, wherein the light absorption layer is made of GaAs.
【請求項6】 前記光吸収層は、GaAsy
(1-y) (但し、0≦y≦1)から成ることを特徴とする
請求項1又は請求項2に記載の光電子放出面。
6. The light absorption layer is GaAs y P
The photoelectron emission surface according to claim 1 or 2, wherein the photoelectron emission surface is composed of (1-y) (where 0 ≦ y ≦ 1).
【請求項7】 前記光吸収層は、Inx Ga(1-x) As
y (1-y) (但し、0≦x≦1、0≦y≦1)から成る
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光電子
放出面。
7. The light absorption layer is made of In x Ga.sub. (1-x) As.
The photoelectron emitting surface according to claim 1 or 2, wherein y P (1-y) (where 0 ≦ x ≦ 1 and 0 ≦ y ≦ 1).
【請求項8】 前記光吸収層は、GaAsとAlx Ga
(1-x) As(但し、0≦x≦1、0≦y≦1)のヘテロ
積層構造を有することを特徴とする請求項1又は請求項
2に記載の光電子放出面。
8. The light absorption layer comprises GaAs and Al x Ga.
The photoelectron emitting surface according to claim 1 or 2, wherein the photoelectron emitting surface has a hetero laminated structure of (1-x) As (where 0 ≦ x ≦ 1 and 0 ≦ y ≦ 1).
【請求項9】 前記光吸収層は、GaAsとInx Ga
(1-x) As(但し、0≦x≦1)のヘテロ積層構造を有
することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光
電子放出面。
9. The light absorption layer comprises GaAs and In x Ga.
The photoelectron emission surface according to claim 1 or 2, which has a hetero-laminated structure of (1-x) As (where 0 ≦ x ≦ 1).
【請求項10】 前記光吸収層は、InPとInx Ga
(1-x) Asy (1-y) (但し、0≦x≦1、0≦y≦
1)のヘテロ積層構造を有することを特徴とする請求項
1又は請求項2に記載の光電子放出面。
10. The light absorption layer comprises InP and In x Ga.
(1-x) As y P (1-y) (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦
The photoelectron emission surface according to claim 1 or 2, which has the hetero-laminated structure of 1).
【請求項11】 前記光吸収層は、InPとInx Al
y Ga[1-(x+y)] As(但し、0≦x≦1、0≦y≦
1)のヘテロ積層構造を有することを特徴とする請求項
1又は請求項2に記載の光電子放出面。
11. The light absorption layer is made of InP and In x Al.
y Ga [1- (x + y)] As (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦
The photoelectron emission surface according to claim 1 or 2, which has the hetero-laminated structure of 1).
【請求項12】 前記光吸収層は、p型のSi又はp型
のGe、若しくはそれらの混晶、あるいはこれらのヘテ
ロ積層構造を有することを特徴とする請求項1又は請求
項2に記載の光電子放出面。
12. The light absorption layer according to claim 1, wherein the light absorption layer has p-type Si or p-type Ge, a mixed crystal thereof, or a hetero laminated structure thereof. Photoemission surface.
【請求項13】 前記絶縁層は、SiO2 又はSi3
4 、若しくはAl23 、あるいはこれらの積層構造を
有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の
光電子放出面。
13. The insulating layer comprises SiO 2 or Si 3 N
4. The photoelectron emitting surface according to claim 1 or 2, wherein the photoelectron emitting surface has a structure of 4 , or Al 2 O 3 , or a laminated structure thereof.
【請求項14】 前記アルカル金属は、Cs、K、Na
又はRbであることを特徴とする請求項3に記載の光電
子放出面。
14. The alcal metal is Cs, K, Na
The photoelectron emission surface according to claim 3, wherein the photoelectron emission surface is Rb.
【請求項15】 請求項1又は請求項2に記載の前記電
子放出面と、 該電子放出面から放出される光電子を電子増倍する電子
増倍部と、を具備することを特徴とする電子管。
15. An electron tube comprising: the electron emitting surface according to claim 1; and an electron multiplying section for multiplying photoelectrons emitted from the electron emitting surface by electrons. .
【請求項16】 前記電子増倍部は、ダイノードから成
ることを特徴とする請求項15に記載の電子管。
16. The electron tube according to claim 15, wherein the electron multiplying unit includes a dynode.
【請求項17】 前記電子増倍部は、マイクロチャンネ
ルプレートから成ることを特徴とする請求項15に記載
の電子管。
17. The electron tube according to claim 15, wherein the electron multiplier comprises a microchannel plate.
【請求項18】 請求項16又は請求項17に記載の前
記電子管と、 該電子管の出力を信号処理する信号処理手段と、を具備
することを特徴とすることを特徴とする光検出装置。
18. A photo-detecting device comprising: the electron tube according to claim 16 or 17, and a signal processing means for signal-processing an output of the electron tube.
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