JPH09213204A - 光電面及びそれを用いた電子管 - Google Patents
光電面及びそれを用いた電子管Info
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- JPH09213204A JPH09213204A JP2012196A JP2012196A JPH09213204A JP H09213204 A JPH09213204 A JP H09213204A JP 2012196 A JP2012196 A JP 2012196A JP 2012196 A JP2012196 A JP 2012196A JP H09213204 A JPH09213204 A JP H09213204A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は結晶欠陥が解消された活性層を備え
る高感度な光電面とそれを用いた電子管を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 本発明の光電面は、GaAsからなる半導体
基板（１０）上に光電変換を行なうGaxIn1-xPからなる
活性層（２１）がエピタキシャル成長して形成され、ま
た、活性層（２１）上にはＣｓ2Ｏからなる表面層（２
２）が極薄く形成されることにより構成される。上記構
成によれば、活性層（２１）の原子組成比を適当に変化
させることにより格子不整が抑制されるので、活性層
（２１）内の結晶欠陥が解消されて、活性層（２１）内
で発生する光電子の拡散長が長くなる。よって、光電面
は従来より高感度となって、それを用いた電子管は従来
よりも微弱な光も検出できる。
る高感度な光電面とそれを用いた電子管を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 本発明の光電面は、GaAsからなる半導体
基板（１０）上に光電変換を行なうGaxIn1-xPからなる
活性層（２１）がエピタキシャル成長して形成され、ま
た、活性層（２１）上にはＣｓ2Ｏからなる表面層（２
２）が極薄く形成されることにより構成される。上記構
成によれば、活性層（２１）の原子組成比を適当に変化
させることにより格子不整が抑制されるので、活性層
（２１）内の結晶欠陥が解消されて、活性層（２１）内
で発生する光電子の拡散長が長くなる。よって、光電面
は従来より高感度となって、それを用いた電子管は従来
よりも微弱な光も検出できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体からなる光電面、特に被検出光の入射面から光電
子を放出するいわゆる反射型光電面、及びそれを用いた
電子管に関するものである。
半導体からなる光電面、特に被検出光の入射面から光電
子を放出するいわゆる反射型光電面、及びそれを用いた
電子管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、活性層を構成するGaAsは負の電子
親和力を有しているので、それを備えた光電面は高性能
である。図７はその一例としてのいわゆる反射型光電面
であって、GaAsからなる半導体基板１０上にｐ型GaAsか
らなる活性層２１がエピタキシャル成長される。そし
て、真空容器（図示せず）内で加熱清浄化された活性層
２１表面にはその仕事関数を低下させるためにＣｓ2Ｏ
からなる表面層２２が形成されることによって、波長90
0ｎｍまで比較的高い感度を有した上記反射型光電面が
得られており、それを備えた光電子増倍管も既に実用化
されている。
親和力を有しているので、それを備えた光電面は高性能
である。図７はその一例としてのいわゆる反射型光電面
であって、GaAsからなる半導体基板１０上にｐ型GaAsか
らなる活性層２１がエピタキシャル成長される。そし
て、真空容器（図示せず）内で加熱清浄化された活性層
２１表面にはその仕事関数を低下させるためにＣｓ2Ｏ
からなる表面層２２が形成されることによって、波長90
0ｎｍまで比較的高い感度を有した上記反射型光電面が
得られており、それを備えた光電子増倍管も既に実用化
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、GaAsよりもエネ
ルギギャップの大きいGaAsPからなる活性層２１を備え
た光電面も開示され、900ｎｍより短い波長、特に可視
光領域の波長に感度を有している。しかしながら、活性
層２１を構成するGaAsPは、その組成を変化させてもそ
れと格子整合する適当な半導体基板１０が存在しない。
よって、GaAsP活性層２１と格子整合しないGaAs又はGaP
がその半導体基板１０として用いられると、結果として
GaAsP活性層２１の結晶性が低くなった光電面は期待さ
れる以上の感度を得ることはできない。実際に、図８に
示すＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体及びその混晶のエネルギ
ーギャップと格子定数の関係から明らかなように、活性
層２１をGaAsPとした場合、それと格子定数の一致する
半導体基板１０は存在せず、高品質なGaAsP活性層２１
を得ることは本質的に困難である。
ルギギャップの大きいGaAsPからなる活性層２１を備え
た光電面も開示され、900ｎｍより短い波長、特に可視
光領域の波長に感度を有している。しかしながら、活性
層２１を構成するGaAsPは、その組成を変化させてもそ
れと格子整合する適当な半導体基板１０が存在しない。
よって、GaAsP活性層２１と格子整合しないGaAs又はGaP
がその半導体基板１０として用いられると、結果として
GaAsP活性層２１の結晶性が低くなった光電面は期待さ
れる以上の感度を得ることはできない。実際に、図８に
示すＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体及びその混晶のエネルギ
ーギャップと格子定数の関係から明らかなように、活性
層２１をGaAsPとした場合、それと格子定数の一致する
半導体基板１０は存在せず、高品質なGaAsP活性層２１
を得ることは本質的に困難である。
【０００４】GaAsP活性層２１と半導体基板１０との間
の格子不整を緩和するため、図９に示すように活性層２
１がGaAsPの組成を傾斜させたものにしたり、あるい
は、図１０に示すようにGaAs/GaAsP超格子層１１を半導
体基板１０とGaAsP活性層２１との間に介在させたもの
にしたりしているが、本質的な解決には至っていない。
よって、上記のような問題点を持った光電面が光電子増
倍管等の電子管に組込まれた場合には、微弱光を効率よ
く検出することは困難である。
の格子不整を緩和するため、図９に示すように活性層２
１がGaAsPの組成を傾斜させたものにしたり、あるい
は、図１０に示すようにGaAs/GaAsP超格子層１１を半導
体基板１０とGaAsP活性層２１との間に介在させたもの
にしたりしているが、本質的な解決には至っていない。
よって、上記のような問題点を持った光電面が光電子増
倍管等の電子管に組込まれた場合には、微弱光を効率よ
く検出することは困難である。
【０００５】そこで本発明者は、半導体基板とエピタキ
シャル層との間に格子不整がほとんど存在しない材料構
成について種々の組合わせを検討した結果、GaInP系の
材料を用いることで、上記問題点を本質的に解決できる
ことを見出した。本発明は、係る知見に基づき完成され
たもので、可視光領域で高感度な光電面、及びそれを用
いた電子管を提供するものである。
シャル層との間に格子不整がほとんど存在しない材料構
成について種々の組合わせを検討した結果、GaInP系の
材料を用いることで、上記問題点を本質的に解決できる
ことを見出した。本発明は、係る知見に基づき完成され
たもので、可視光領域で高感度な光電面、及びそれを用
いた電子管を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光電面は、
Ga及びAsを主成分とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板
と、半導体基板上にGaxIn1-xPからなるキャリア濃度が1
×1018cm-3以上のｐ型化合物半導体によって形成され、
検出対象である被検出光を吸収して光電子を発生させる
活性層と、活性層中央部上にアルカリ金属又はその酸化
物又はそのフッ化物によって形成され、活性層に仕事関
数を低下させる表面層とを備えた光電面であって、活性
層の原子組成比xの範囲は0＜x≦0.75であることを特徴
とする。これによって、半導体基板とこの上にエピタキ
シャル成長された活性層との間に格子不整合が生じるこ
とは少なく、しかも可視光によってGaInP活性層は効率
良く光電子を生成させるので、係る光電面は高効率で光
電子を外部に放出させることができる。
Ga及びAsを主成分とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板
と、半導体基板上にGaxIn1-xPからなるキャリア濃度が1
×1018cm-3以上のｐ型化合物半導体によって形成され、
検出対象である被検出光を吸収して光電子を発生させる
活性層と、活性層中央部上にアルカリ金属又はその酸化
物又はそのフッ化物によって形成され、活性層に仕事関
数を低下させる表面層とを備えた光電面であって、活性
層の原子組成比xの範囲は0＜x≦0.75であることを特徴
とする。これによって、半導体基板とこの上にエピタキ
シャル成長された活性層との間に格子不整合が生じるこ
とは少なく、しかも可視光によってGaInP活性層は効率
良く光電子を生成させるので、係る光電面は高効率で光
電子を外部に放出させることができる。
【０００７】また、半導体基板は上面に活性層よりもエ
ネルギギャップが大きい(AlyGa1-y)x'In1-x'Pからなる
バッファ層を有しており、バッファ層の原子組成比x'が
活性層の原子組成比xと等しいことを特徴としてもよ
い。バッファ層によって、半導体基板の活性層に結晶欠
陥が伝播されにくくなり、したがって活性層中の結晶欠
陥を低減できる。
ネルギギャップが大きい(AlyGa1-y)x'In1-x'Pからなる
バッファ層を有しており、バッファ層の原子組成比x'が
活性層の原子組成比xと等しいことを特徴としてもよ
い。バッファ層によって、半導体基板の活性層に結晶欠
陥が伝播されにくくなり、したがって活性層中の結晶欠
陥を低減できる。
【０００８】また、活性層の原子組成比xの範囲は0.45
＜x＜0.55であることを特徴としてもよい。これによっ
て、活性層の結晶欠陥はさらに抑制される。
＜x＜0.55であることを特徴としてもよい。これによっ
て、活性層の結晶欠陥はさらに抑制される。
【０００９】本発明に係る上記光電面を用いた電子管
は、光電面と、光電面を内部に収容して内部が真空状態
に保たれた真空容器と、真空容器内部に設置され、光電
面に対して正の電圧を保持する陽極とを少なくとも備え
る。これによって、光電面からの光電子信号を電気信号
に変換することができる。
は、光電面と、光電面を内部に収容して内部が真空状態
に保たれた真空容器と、真空容器内部に設置され、光電
面に対して正の電圧を保持する陽極とを少なくとも備え
る。これによって、光電面からの光電子信号を電気信号
に変換することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面を参照し
て実施形態毎に説明する。
て実施形態毎に説明する。
【００１１】図１は本発明に係る光電面の第１実施形態
の断面図である。キャリア濃度1×1019cm-3であるｐ型G
aAsからなる、市販された厚さ350μｍの半導体基板１０
上に、キャリア濃度1×1019cm-3であるｐ型GaxIn1-xPか
らなる厚さ５μｍの活性層２１が0＜x≦0.75の範囲で気
相エピタキシャル成長して形成されており、検出対象で
ある被検出光を吸収して光電子を発生させている。ここ
で上述したx=0.75という限界値は図２に示すように、Ga
xIn1-xP活性層２１が直接遷移半導体となり得る限界の
組成であって、x＞0.75となったGaxIn1-xP活性層２１は
間接遷移半導体となるので吸収係数は急激に低下し、光
電面の感度は急激に低下することが予想される。
の断面図である。キャリア濃度1×1019cm-3であるｐ型G
aAsからなる、市販された厚さ350μｍの半導体基板１０
上に、キャリア濃度1×1019cm-3であるｐ型GaxIn1-xPか
らなる厚さ５μｍの活性層２１が0＜x≦0.75の範囲で気
相エピタキシャル成長して形成されており、検出対象で
ある被検出光を吸収して光電子を発生させている。ここ
で上述したx=0.75という限界値は図２に示すように、Ga
xIn1-xP活性層２１が直接遷移半導体となり得る限界の
組成であって、x＞0.75となったGaxIn1-xP活性層２１は
間接遷移半導体となるので吸収係数は急激に低下し、光
電面の感度は急激に低下することが予想される。
【００１２】そこで、本発明者はGaxIn1-xPの活性層２
１を試作し、光電感度の指標の一つである量子効率を測
定した。図３は0≦x≦0.8の範囲対して、波長500ｎｍに
おける量子効率を測定した結果である。理論的に予想さ
れるように、x=0.8でのGaxIn1-xP活性層では光電子が発
生しなくなり、x≧0.75では量子効率も急激に低下する
ことが確認できた。
１を試作し、光電感度の指標の一つである量子効率を測
定した。図３は0≦x≦0.8の範囲対して、波長500ｎｍに
おける量子効率を測定した結果である。理論的に予想さ
れるように、x=0.8でのGaxIn1-xP活性層では光電子が発
生しなくなり、x≧0.75では量子効率も急激に低下する
ことが確認できた。
【００１３】しかも、図３の実験結果に示されるよう
に、試作されたGaxIn1-xP活性層２１の量子効率は0.45
≦x≦0.55の範囲で最大となることが明らかとなった。
したがって、上記範囲内ではGaxIn1-xP活性層２１内に
結晶欠陥がほとんど導入されることなく、可視光領域で
非常に高感度な光電面が実現可能となっている。
に、試作されたGaxIn1-xP活性層２１の量子効率は0.45
≦x≦0.55の範囲で最大となることが明らかとなった。
したがって、上記範囲内ではGaxIn1-xP活性層２１内に
結晶欠陥がほとんど導入されることなく、可視光領域で
非常に高感度な光電面が実現可能となっている。
【００１４】上記のようにGaxIn1-xP活性層２１の原子
組成比xの値が変化すると、活性層２１のエネルギーギ
ャップがそれに応じて変化する。すなわち、分光感度特
性の長波長側において光電面感度が落ち込む波長が任意
に変化できる。しかしこのとき、GaxIn1-xP活性層２１
とGaAs半導体基板１０との間の格子不整の度合いが0.5
％を超えると、それに起因した結晶欠陥が活性層２１に
導入され、光電面感度の低下は免れない。けれども、そ
れらの間の格子不整の度合いが0.5％以内であれば、そ
のとき活性層２１を構成する格子の内部に存在する歪応
力は格子の変形によって緩和されるので、結晶欠陥が導
入されないことがある。よって上記にしたがうと、本発
明のGaxIn1-xP活性層２１のxの範囲は0.45＜x＜0.55と
なり、実験結果とよく一致している。
組成比xの値が変化すると、活性層２１のエネルギーギ
ャップがそれに応じて変化する。すなわち、分光感度特
性の長波長側において光電面感度が落ち込む波長が任意
に変化できる。しかしこのとき、GaxIn1-xP活性層２１
とGaAs半導体基板１０との間の格子不整の度合いが0.5
％を超えると、それに起因した結晶欠陥が活性層２１に
導入され、光電面感度の低下は免れない。けれども、そ
れらの間の格子不整の度合いが0.5％以内であれば、そ
のとき活性層２１を構成する格子の内部に存在する歪応
力は格子の変形によって緩和されるので、結晶欠陥が導
入されないことがある。よって上記にしたがうと、本発
明のGaxIn1-xP活性層２１のxの範囲は0.45＜x＜0.55と
なり、実験結果とよく一致している。
【００１５】なお本発明では、GaAs半導体基板１０はｐ
型に限らずｎ型でも構わない。また、ｐ型GaxIn1-xP活
性層２１のキャリア濃度は1×1018cm-3以上であれば実
用上の問題はない。そして、活性層２１の厚さは被検出
光を十分吸収できる程度の厚さであればよく、実質的に
は約１μｍ以上厚さがあればよい。
型に限らずｎ型でも構わない。また、ｐ型GaxIn1-xP活
性層２１のキャリア濃度は1×1018cm-3以上であれば実
用上の問題はない。そして、活性層２１の厚さは被検出
光を十分吸収できる程度の厚さであればよく、実質的に
は約１μｍ以上厚さがあればよい。
【００１６】活性層２１表面には仕事関数を低下させる
ためのＣｓ2Ｏからなる表面層２２が極薄く形成され、
活性層からの光電子を容易に外部に放出させることがで
きる。 図４は本発明に係る光電面の第２実施形態の断
面図である。第１実施形態に述べた半導体基板１０と活
性層２１(x=0.5)との間に、活性層２１よりエネルギギ
ャップが大きくてキャリア濃度1×1019cm-3のｐ型(AlyG
a1-y)x'In1-x'Pからなるバッファ層１２(x'=0.5,y=0.5)
が厚さ２μｍのエピタキシャル層として介在されてお
り、半導体基板１０の結晶欠陥が活性層２１に伝播され
ないようにして、活性層２１内の結晶欠陥を低減してい
る。また、バッファ層１２の原子組成比x'が活性層２１
の原子組成比xと等しいので、図２に示すようにバッフ
ァ層１２と格子整合した高品質な活性層２１が形成され
る。ここで、バッファ層１２の原子組成比x'と活性層２
１の原子組成比xとは完全に等しくする必要はなく、第
１実施形態に述べたことの類推から、ほぼ等しくさえす
れば活性層２１に結晶欠陥は導入されない。
ためのＣｓ2Ｏからなる表面層２２が極薄く形成され、
活性層からの光電子を容易に外部に放出させることがで
きる。 図４は本発明に係る光電面の第２実施形態の断
面図である。第１実施形態に述べた半導体基板１０と活
性層２１(x=0.5)との間に、活性層２１よりエネルギギ
ャップが大きくてキャリア濃度1×1019cm-3のｐ型(AlyG
a1-y)x'In1-x'Pからなるバッファ層１２(x'=0.5,y=0.5)
が厚さ２μｍのエピタキシャル層として介在されてお
り、半導体基板１０の結晶欠陥が活性層２１に伝播され
ないようにして、活性層２１内の結晶欠陥を低減してい
る。また、バッファ層１２の原子組成比x'が活性層２１
の原子組成比xと等しいので、図２に示すようにバッフ
ァ層１２と格子整合した高品質な活性層２１が形成され
る。ここで、バッファ層１２の原子組成比x'と活性層２
１の原子組成比xとは完全に等しくする必要はなく、第
１実施形態に述べたことの類推から、ほぼ等しくさえす
れば活性層２１に結晶欠陥は導入されない。
【００１７】なお、ｐ型(AlyGa1-y)x'In1-x'Pバッファ
層１２のキャリア濃度は1×1018cm-3以上あれば実用上
の問題はなく、そして、その厚さは光電子が通り抜けら
れない程度であればよく、実質的には約１μｍ以上であ
ればよい。またGaxIn1-xP活性層２１表面には、上記第
１実施形態と同様にＣｓ2Ｏ表面層２２が極薄く形成さ
れている。
層１２のキャリア濃度は1×1018cm-3以上あれば実用上
の問題はなく、そして、その厚さは光電子が通り抜けら
れない程度であればよく、実質的には約１μｍ以上であ
ればよい。またGaxIn1-xP活性層２１表面には、上記第
１実施形態と同様にＣｓ2Ｏ表面層２２が極薄く形成さ
れている。
【００１８】このように構成された第２実施形態の光電
面の電子放出機構を図５に示すエネルギーバンド図に基
づいて述べると以下のようになる。
面の電子放出機構を図５に示すエネルギーバンド図に基
づいて述べると以下のようになる。
【００１９】被検出光（ｈν）が活性層２１に入射する
と、価電子帯（Ｖ.Ｂ.）から伝導帯（Ｃ.Ｂ.）に励起さ
れた光電子（ｅ-）は活性層２１内を拡散して移動す
る。その際、活性層２１よりもエネルギギャップが大き
いバッファ層１２は活性層２１に対してポテンシャル障
壁となるので、光電子は表面層２２側に向かう。また、
上記光電子が表面層２２側に到達する確率は活性層２１
の平均自由行程、すなわち光電子の拡散長に依存する。
拡散長は活性層２１の再結合速度に依存し、さらに再結
合速度は活性層２１の結晶欠陥密度に依存する。したが
って、光電子が表面層２２側に到達する確率は活性層２
１の結晶欠陥密度に依存するので、本実施形態では表面
層２２近傍に多くの光電子が到達する。ｐ型GaxIn1-xP
であるため禁制帯の下端までフェルミ準位（Ｆ.Ｌ.）が
近づいた活性層２１の表面は表面層２２によって仕事関
数が真空準位（Ｖ.Ｌ.）程度まで低下しているので、上
述した光電子はそこから外部に容易に放出される。
と、価電子帯（Ｖ.Ｂ.）から伝導帯（Ｃ.Ｂ.）に励起さ
れた光電子（ｅ-）は活性層２１内を拡散して移動す
る。その際、活性層２１よりもエネルギギャップが大き
いバッファ層１２は活性層２１に対してポテンシャル障
壁となるので、光電子は表面層２２側に向かう。また、
上記光電子が表面層２２側に到達する確率は活性層２１
の平均自由行程、すなわち光電子の拡散長に依存する。
拡散長は活性層２１の再結合速度に依存し、さらに再結
合速度は活性層２１の結晶欠陥密度に依存する。したが
って、光電子が表面層２２側に到達する確率は活性層２
１の結晶欠陥密度に依存するので、本実施形態では表面
層２２近傍に多くの光電子が到達する。ｐ型GaxIn1-xP
であるため禁制帯の下端までフェルミ準位（Ｆ.Ｌ.）が
近づいた活性層２１の表面は表面層２２によって仕事関
数が真空準位（Ｖ.Ｌ.）程度まで低下しているので、上
述した光電子はそこから外部に容易に放出される。
【００２０】上記のように光電子が放出される本実施形
態の光電面では、波長500ｎｍにおいて量子効率が50％
となり、第１実施形態と同様に高い値となっている。
態の光電面では、波長500ｎｍにおいて量子効率が50％
となり、第１実施形態と同様に高い値となっている。
【００２１】以上のように、半導体基板１０上に結晶欠
陥が抑制された高品質な活性層２１がエピタキシャル成
長して形成されることから、本発明の光電面は高い量子
効率を有する。すなわち、本発明の光電面は同一の被検
出光に対して従来より多くの光電子が放出される。
陥が抑制された高品質な活性層２１がエピタキシャル成
長して形成されることから、本発明の光電面は高い量子
効率を有する。すなわち、本発明の光電面は同一の被検
出光に対して従来より多くの光電子が放出される。
【００２２】つぎに、本発明に係る光電面を用いた電子
管の実施形態について説明する。
管の実施形態について説明する。
【００２３】図６はいわゆるサーキュラケージ型の光電
子増倍管の水平断面図を示したものである。図６におい
て、透光性の真空容器３０を構成する入射窓３１付きの
円筒形のガラスバルブ内には、入射窓３１から入射され
る被検出光（ｈν）に対して一定の角度をもって傾斜配
置された上記光電面２０と、この光電面２０から放出さ
れた光電子を順次増倍するための複数段のダイノード４
０ａ〜４０ｈからなるダイノード部４０と、出力信号を
収集する陽極５０とが配置されている。図示しないが、
光電面２０、ダイノード部４０、そして陽極５０には、
ブリーダ回路及び電気リードを介して、光電面２０に対
して正のブリーダ電圧が陽極５０に近づくにつれて段毎
に増加するように分配して印加されている。
子増倍管の水平断面図を示したものである。図６におい
て、透光性の真空容器３０を構成する入射窓３１付きの
円筒形のガラスバルブ内には、入射窓３１から入射され
る被検出光（ｈν）に対して一定の角度をもって傾斜配
置された上記光電面２０と、この光電面２０から放出さ
れた光電子を順次増倍するための複数段のダイノード４
０ａ〜４０ｈからなるダイノード部４０と、出力信号を
収集する陽極５０とが配置されている。図示しないが、
光電面２０、ダイノード部４０、そして陽極５０には、
ブリーダ回路及び電気リードを介して、光電面２０に対
して正のブリーダ電圧が陽極５０に近づくにつれて段毎
に増加するように分配して印加されている。
【００２４】上記光電子増倍管の真空容器３０の入射窓
３１を通して被検出光はGaxIn1-xP活性層２１に入射し
吸収され、光電子ｅ-が発生して真空中に放出される。
真空中に放出された光電子ｅ-は加速されて第１ダイノ
ード４０ａに入射し、光電子によって増倍された２次電
子を生成し、再び真空中へ放出する。第１ダイノード４
０ａから放出された２次電子は再び加速され、第２ダイ
ノード４０ｂへ入射し、さらに２次電子を生成、放出す
る。これを８回繰り返すことにより光電面２０から放出
された光電子は第８ダイノード４０ｈにおいて約１００
万倍程度に最終的には２次電子増倍して放出される。そ
して、第８ダイノード４０ｈから増倍して放出された２
次電子が陽極５０で集められ出力信号電流として取り出
される。
３１を通して被検出光はGaxIn1-xP活性層２１に入射し
吸収され、光電子ｅ-が発生して真空中に放出される。
真空中に放出された光電子ｅ-は加速されて第１ダイノ
ード４０ａに入射し、光電子によって増倍された２次電
子を生成し、再び真空中へ放出する。第１ダイノード４
０ａから放出された２次電子は再び加速され、第２ダイ
ノード４０ｂへ入射し、さらに２次電子を生成、放出す
る。これを８回繰り返すことにより光電面２０から放出
された光電子は第８ダイノード４０ｈにおいて約１００
万倍程度に最終的には２次電子増倍して放出される。そ
して、第８ダイノード４０ｈから増倍して放出された２
次電子が陽極５０で集められ出力信号電流として取り出
される。
【００２５】本実施形態は光電面２０から放出される光
電子が多くなるので、陽極５０から最終的に出力される
信号電流も大きくなって、従来のサーキュラケージ型光
電子増倍管と比較してより感度よく微弱な被検出光を検
出することができ、実際には従来より約５倍の感度を有
した光電子増倍管が得られる。
電子が多くなるので、陽極５０から最終的に出力される
信号電流も大きくなって、従来のサーキュラケージ型光
電子増倍管と比較してより感度よく微弱な被検出光を検
出することができ、実際には従来より約５倍の感度を有
した光電子増倍管が得られる。
【００２６】
【発明の効果】本発明の光電面によれば、適当な組成の
GaxIn1-xPからなる活性層又は(AlyGa1 -y)x'In1-x'Pから
なるバッファ層を用いることにより、活性層と半導体基
板との格子不整を極力抑えることができるので、可視光
領域で非常に高感度な光電面が得られる。
GaxIn1-xPからなる活性層又は(AlyGa1 -y)x'In1-x'Pから
なるバッファ層を用いることにより、活性層と半導体基
板との格子不整を極力抑えることができるので、可視光
領域で非常に高感度な光電面が得られる。
【００２７】本発明の光電面を用いた電子管によれば、
本発明の光電面を用いた電子管は微弱な光を従来よりも
感度よく検出できる。
本発明の光電面を用いた電子管は微弱な光を従来よりも
感度よく検出できる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る光電面の断面図で
ある。
ある。
【図２】(AlyGa1-y)x'In1-x'P４元混晶の格子定数（破
線）と禁制帯幅（実線）との関係を表した図である。
線）と禁制帯幅（実線）との関係を表した図である。
【図３】活性層の原子組成比xと、波長500ｎｍにおける
光電面の量子効率との関係を示した図である。
光電面の量子効率との関係を示した図である。
【図４】図１の光電面を備えた光電子増倍管の第２の実
施形態の側断面図である。
施形態の側断面図である。
【図５】本発明に係る光電面の第２実施形態のエネルギ
バンド図である。
バンド図である。
【図６】図１の光電面を用いた光電子増倍管の実施形態
の水平断面図である。
の水平断面図である。
【図７】GaAs半導体基板上にｐ型GaAs活性層がエピタキ
シャル成長された反射型光電面の断面図である。
シャル成長された反射型光電面の断面図である。
【図８】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体及びその混晶のエネ
ルギギャップと格子定数の関係を示したものであり、ま
た２種類のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の混晶は、直接遷
移半導体を実線でもって、そして間接遷移半導体を点線
でもってそれらの関係を示した図である。
ルギギャップと格子定数の関係を示したものであり、ま
た２種類のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の混晶は、直接遷
移半導体を実線でもって、そして間接遷移半導体を点線
でもってそれらの関係を示した図である。
【図９】GaAs半導体基板上にGaAsPの組成を傾斜させた
活性層を備えた反射型光電面の断面図である。
活性層を備えた反射型光電面の断面図である。
【図１０】GaAs/GaAsP超格子層を半導体基板とGaAsP活
性層との間に介在させた反射型光電面の断面図である。
性層との間に介在させた反射型光電面の断面図である。
１０・・・半導体基板、１１・・・超格子層、１２・・
・バッファ層、２０・・・光電面、２１・・・活性層、
２２・・・表面層、３０・・・真空容器、４０・・・ダ
イノード部、４０ａ・・・第１ダイノード、４０ｂ・・
・第２ダイノード、４０ｃ・・・第３ダイノード、４０
ｄ・・・第４ダイノード、４０ｅ・・・第５ダイノー
ド、４０ｆ・・・第６ダイノード、４０ｇ・・・第７ダ
イノード、４０ｈ・・・第８ダイノード、５０・・・陽
極。
・バッファ層、２０・・・光電面、２１・・・活性層、
２２・・・表面層、３０・・・真空容器、４０・・・ダ
イノード部、４０ａ・・・第１ダイノード、４０ｂ・・
・第２ダイノード、４０ｃ・・・第３ダイノード、４０
ｄ・・・第４ダイノード、４０ｅ・・・第５ダイノー
ド、４０ｆ・・・第６ダイノード、４０ｇ・・・第７ダ
イノード、４０ｈ・・・第８ダイノード、５０・・・陽
極。
Claims (4)
- 【請求項１】 Ga及びAsを主成分とするＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体基板と、 前記半導体基板上にキャリア濃度が1×1018cm-3以上の
ｐ型GaxIn1-xPによって形成され、検出対象である被検
出光を吸収して光電子を発生させる活性層と、 前記活性層上にアルカリ金属又はその酸化物又はそのフ
ッ化物によって形成され、前記活性層に仕事関数を低下
させる表面層と、を備え、前記表面層を介して入射され
た前記被検出光に応答して光電子を前記表面層を介して
放出する光電面であって、前記活性層の原子組成比xの
範囲は0＜x≦0.75であることを特徴とする光電面。 - 【請求項２】 前記半導体基板は上面に前記活性層より
もエネルギギャップが大きい(AlyGa1-y)x'In1-x'Pから
なるバッファ層を有しており、前記バッファ層の原子組
成比x'が前記活性層の原子組成比xとほぼ等しいことを
特徴とする請求項１に記載の光電面 - 【請求項３】 前記活性層の原子組成比xの範囲は0.45
＜x＜0.55であることを特徴とする請求項１又は２に記
載の光電面。 - 【請求項４】 被検出光の入射窓を有し、内部が真空状
態に保たれた真空容器と、 前記真空容器内部の前記入射窓を臨む位置に収容された
請求項１〜３のいずれかに記載の光電面と、 前記真空容器内部に設置され、前記光電面に対して正の
電圧を保持する陽極と、を少なくとも備えた電子管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012196A JP3615857B2 (ja) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | 光電面及びそれを用いた電子管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012196A JP3615857B2 (ja) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | 光電面及びそれを用いた電子管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09213204A true JPH09213204A (ja) | 1997-08-15 |
| JP3615857B2 JP3615857B2 (ja) | 2005-02-02 |
Family
ID=12018297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012196A Expired - Fee Related JP3615857B2 (ja) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | 光電面及びそれを用いた電子管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3615857B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007080799A (ja) * | 2005-09-16 | 2007-03-29 | Hamamatsu Photonics Kk | 光電陰極及び電子管 |
| US8481937B2 (en) | 2008-05-15 | 2013-07-09 | Stanley Electric Co., Ltd. | Photocathode apparatus using photoelectric effect of surface plasmon resonance photons |
-
1996
- 1996-02-06 JP JP2012196A patent/JP3615857B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007080799A (ja) * | 2005-09-16 | 2007-03-29 | Hamamatsu Photonics Kk | 光電陰極及び電子管 |
| US8481937B2 (en) | 2008-05-15 | 2013-07-09 | Stanley Electric Co., Ltd. | Photocathode apparatus using photoelectric effect of surface plasmon resonance photons |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3615857B2 (ja) | 2005-02-02 |
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