JP3433537B2 - Semiconductor photocathode and semiconductor photocathode device using the same - Google Patents

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、光の入射により発生し
た電子を外部から電圧を印加することにより加速して放
出する半導体光電陰極に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor photocathode which accelerates and emits electrons generated by the incidence of light by applying a voltage from the outside.

【０００２】[0002]

【従来の技術】外部バイアス電圧により、半導体内部に
電界を形成して光電子を放出面まで移送させて真空中に
放出させる光電陰極としては、米国特許３９５８１４３
号に示されているＴ．Ｅ．光電陰極がある。Ｔ．Ｅ．光
電陰極の動作機構はいくつかの文献で示されている通り
であり、簡単に説明するならばＩＩＩ−Ｖ族半導体（ｐ
^- ）表面全面にショットキ電極を形成して正の電位を与
えることにより、光電陰極内部に傾斜電場を形成して光
電子を形成して光電子を加速させ上位伝導帯に遷移させ
て表面障壁を越えさせ、真空中に放出させる。光応答波
長に関しては、２．１μｍまで確認されその有効性が示
されている。また、この半導体光電陰極の光電変換効率
を向上させるために、ショットキ電極の形状を全面から
格子状に工夫することで効率の向上も図られている。2. Description of the Related Art As a photocathode for forming an electric field inside a semiconductor by an external bias voltage to transfer photoelectrons to an emission surface and emit them into a vacuum, US Pat.
No. E. There is a photocathode. T. E. The operation mechanism of the photocathode is as shown in some documents, and if it is simply explained, a III-V semiconductor (p
^- ) By forming a Schottky electrode on the entire surface and applying a positive potential, a tilted electric field is formed inside the photocathode to form photoelectrons that accelerate photoelectrons and transition to the upper conduction band to cross the surface barrier. , Release into vacuum. Regarding the photo-response wavelength, it has been confirmed up to 2.1 μm and its effectiveness has been shown. Further, in order to improve the photoelectric conversion efficiency of this semiconductor photocathode, the efficiency is also improved by devising the shape of the Schottky electrode from the entire surface into a lattice shape.

【０００３】また、米国特許５０４７８２１号や特開平
４−２６９４１９号公報には、半導体光電陰極を安定し
て再現性よく製造する技術が示されている。Further, US Pat. No. 5,047,821 and Japanese Patent Laid-Open No. 4-269419 disclose a technique for stably producing a semiconductor photocathode with good reproducibility.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の半導体光電陰極の量子効率は０．１％と通常の光検出
器と比較して低く、実用的な光検出器として用いるため
には、さらなる量子効率の向上が望まれる。この量子効
率の低さは、光電子の表面に形成されるショットキ電極
への捕獲に起因していると考えられる。However, the quantum efficiency of these semiconductor photocathodes is 0.1%, which is lower than that of an ordinary photodetector, and it is necessary to use an additional quantum photodetector for use as a practical photodetector. Improvement of efficiency is desired. This low quantum efficiency is considered to be due to the trapping of photoelectrons on the surface of the Schottky electrode.

【０００５】本発明は以上の問題に鑑みてなされたもの
であり、さらに量子効率を改善することができる半導体
光電陰極およびこれを用いた半導体光電陰極装置を提供
することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor photocathode capable of improving quantum efficiency and a semiconductor photocathode device using the same.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、入射した光に
感応して発生した電子を外部から電圧を印加することに
より加速して放出する半導体光電陰極および半導体光電
陰極装置（光検出管、イメージ管、光電子増倍管、スト
リークカメラ、イメージインテンシファイアなど）を対
象とするものである。そして、この半導体光電陰極は、
ｐ型の第１半導体層（光吸収層）と、第１半導体層上に
形成されたｐ型の第２半導体層（電子移送層）と、開口
を有し、第２半導体層とショットキ接触を成して前記第
２半導体層の表面を覆うように形成されたショットキ電
極と、第２半導体層の仕事関数より小さな仕事関数を有
し、ショットキ電極の開口内に形成された第３半導体層
（活性層）と、ショットキ電極をその厚み方向に貫く延
長線上であって、第２半導体層の内部に配置された半導
体部（チャネル格子）と、この半導体部に電圧を印加す
るために設けられた導電体（リードピンなどの導電部
材、導電膜を含む）とを具備し、前記半導体部の形状
は、開口を有する前記ショットキ電極の形状に対応して
いることとした。The present invention is directed to a semiconductor photocathode and a semiconductor photocathode device (photodetector tube, which accelerates and emits electrons generated in response to incident light by applying a voltage from the outside. Image tubes, photomultiplier tubes, streak cameras, image intensifiers, etc.) are intended. And this semiconductor photocathode is
A p-type first semiconductor layer (light absorption layer), a p-type second semiconductor layer (electron transfer layer) formed on the first semiconductor layer, an opening, and a Schottky contact with the second semiconductor layer. A Schottky electrode formed to cover the surface of the second semiconductor layer and a third semiconductor layer having a work function smaller than that of the second semiconductor layer and formed in the opening of the Schottky electrode ( An active layer), an extension line penetrating the Schottky electrode in the thickness direction thereof, and a semiconductor portion (channel lattice) arranged inside the second semiconductor layer, and provided for applying a voltage to this semiconductor portion. And a conductor (including a conductive member such as a lead pin and a conductive film), and the shape of the semiconductor portion.
Corresponds to the shape of the Schottky electrode having an opening
I decided to stay.

【０００７】また、このような半導体光電陰極の他の構
成として、ｐ型の第１半導体層と、第１半導体層上に形
成されたｐ型の第２半導体層と、第２半導体層上に形成
された半導体部と、開口を有し、半導体部とショットキ
接触を成して半導体部の表面を覆うように形成されたシ
ョットキ電極と、第２半導体層の仕事関数より小さな仕
事関数を有し、ショットキ電極の開口をその軸方向に貫
く延長線上であって、第２半導体層上に形成された第３
半導体層と、この半導体部に電圧を印加するために設け
られた導電体（リードピンなどの導電部材、導電膜を含
む）とを備えることとし、前記半導体部の形状は、開口
を有する前記ショットキ電極の形状に対応していること
としてもよい。As another structure of such a semiconductor photocathode, a p-type first semiconductor layer, a p-type second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer are formed. A Schottky electrode that has an opening with the formed semiconductor portion and is in contact with the semiconductor portion to cover the surface of the semiconductor portion; and has a work function smaller than the work function of the second semiconductor layer. , Penetrate the Schottky electrode opening in its axial direction
A third line formed on the second semiconductor layer on the extended line.
A semiconductor layer and a conductor (including a conductive member such as a lead pin and a conductive film) provided for applying a voltage to the semiconductor portion are provided, and the shape of the semiconductor portion is an opening.
Corresponding to the shape of the Schottky electrode having
It may be with.

【０００８】そして、本発明は、このような半導体光電
陰極と陽極とを大気圧よりも低い圧力の環境を内部に提
供する密閉容器内に有する半導体光電陰極装置を対象と
するものである。この半導体光電陰極装置においては、
半導体基板と、半導体基板上に形成されたｐ型の第１半
導体層と、第１半導体層上に形成されたｐ型の第２半導
体層と、開口を有し、第２半導体層とショットキ接触を
成して第２半導体層の表面を覆うように形成されたショ
ットキ電極と、第２半導体層の仕事関数より小さな仕事
関数を有し、ショットキ電極の開口内に形成された第３
半導体層と、ショットキ電極をその厚み方向に貫く延長
線上であって、第２半導体層の内部に配置された半導体
部と、ショットキ電極に電気的に接続され、密閉容器を
貫通する第１接続ピンと、半導体基板または第１半導体
層に電気的に接続され、密閉容器を貫通する第２接続ピ
ンと、半導体部に電気的に接続され、密閉容器を貫通す
る第３接続ピンと、を備え、陽極は、この陽極に電気的
に接続され、密閉容器を貫通する第４接続ピンを備え、
前記半導体部の形状は、開口を有する前記ショットキ電
極の形状に対応していることとした。The present invention is directed to a semiconductor photocathode device having such a semiconductor photocathode and an anode in a sealed container which provides an environment of a pressure lower than atmospheric pressure. In this semiconductor photocathode device,
A semiconductor substrate, a p-type first semiconductor layer formed on the semiconductor substrate, a p-type second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, an opening, and a Schottky contact with the second semiconductor layer. A Schottky electrode formed to cover the surface of the second semiconductor layer and a third Schottky electrode having a work function smaller than that of the second semiconductor layer and formed in the opening of the Schottky electrode.
A semiconductor layer, a semiconductor part disposed inside the second semiconductor layer on an extension line penetrating the Schottky electrode in its thickness direction, and a first connecting pin electrically connected to the Schottky electrode and penetrating the hermetically sealed container. A second connection pin that is electrically connected to the semiconductor substrate or the first semiconductor layer and penetrates the sealed container, and a third connection pin that is electrically connected to the semiconductor portion and penetrates the sealed container, and the anode is A fourth connecting pin electrically connected to the anode and penetrating the closed container,
The shape of the semiconductor portion is the Schottky electrode having an opening.
It was decided that it would correspond to the pole shape .

【０００９】この半導体光電陰極装置は、半導体光電陰
極と陽極との間に配置された電子増倍器を含むこととし
てもよく、また、陽極は、蛍光物質を含む部材からなる
こととしてもよい。電子増倍器は、ダイノードなどから
構成されるものであり、半導体光電陰極から出力された
電子を増倍して陽極に入力する。この陽極が蛍光物質を
含む部材を含んでいる場合には、半導体光電陰極に入力
された光をこの蛍光物質に照射することにより、入射し
た光を蛍光に変換して半導体光電陰極装置から出力する
ことができる。The semiconductor photocathode device may include an electron multiplier arranged between the semiconductor photocathode and the anode, and the anode may be made of a member containing a fluorescent substance. The electron multiplier is composed of a dynode or the like, and multiplies the electrons output from the semiconductor photocathode and inputs them into the anode. When this anode includes a member containing a fluorescent substance, the light inputted to the semiconductor photocathode is irradiated to this fluorescent substance to convert the incident light into fluorescence and output it from the semiconductor photocathode device. be able to.

【００１０】この半導体光電陰極は、入射した光を光電
変換する第１の手段（２０）と、光電変換により生成さ
れた電子流を狭搾する第２の手段（６０）と、第２の手
段に所定の電位を与える第３の手段（ＲＥ５）と、第２
の手段により狭搾された電子流を半導体光電陰極の外部
に放出する第４の手段（４０）とを備えるものである。This semiconductor photocathode has a first means (20) for photoelectrically converting incident light, a second means (60) for squeezing an electron stream generated by photoelectric conversion, and a second means. A third means (RE5) for applying a predetermined potential to the
The fourth means (40) for discharging the electron flow narrowed by the means to the outside of the semiconductor photocathode.

【００１１】[0011]

【作用】本発明の半導体光電陰極は、まず、光や電磁波
がｐ型第１半導体層に入射することによって、第１半導
体層では正孔電子対が発生する。このとき電子は伝導帯
のガンマ谷の下限のエネルギー準位（第１エネルギー準
位）に励起されている。そして、ショットキ電極には第
１半導体層よりも高い電位が与えられるので、これによ
り発生した電界に力を受けて発生した電子はショットキ
電極方向へ走行する。第２半導体層は、第１半導体層よ
りもその不純物濃度が低い場合には、第２半導体層内に
は、も広い範囲に空乏層領域が発生する。この空乏層領
域には電界が生じており、走行中の電子はエネルギーを
受け取って伝導帯中のガンマ谷の下限のエネルギー準位
よりもさらに上の衛星谷（ＬまたはＸ谷）またはガンマ
谷のより高いエネルギー準位（第２エネルギー準位）に
励起されてショットキ電極方向に走行する。In the semiconductor photocathode of the present invention, first, when light or electromagnetic waves are incident on the p-type first semiconductor layer, hole-electron pairs are generated in the first semiconductor layer. At this time, the electrons are excited to the lower energy level (first energy level) of the gamma valley of the conduction band. Then, since a potential higher than that of the first semiconductor layer is applied to the Schottky electrode, the electrons generated by the force generated by the electric field generated thereby travel toward the Schottky electrode. When the impurity concentration of the second semiconductor layer is lower than that of the first semiconductor layer, a depletion layer region is generated in a wider area in the second semiconductor layer. An electric field is generated in this depletion region, and the traveling electron receives energy and the satellite valley (L or X valley) or gamma valley above the lower energy level of the gamma valley in the conduction band is received. It is excited to a higher energy level (second energy level) and travels toward the Schottky electrode.

【００１２】一方、第２半導体層の内部には、ショット
キ電極をその厚み方向に貫く延長線上に半導体部が配置
されており、この半導体部に導電体（第３接続ピン）を
介して所定の電位が与えられるので、この半導体部の存
在に起因して発生するポテンシャル障壁により、走行中
の電子の軌道は曲げられて、半導体光電陰極からの電子
の放出を制御することができる。すなわち、半導体部に
第１半導体層よりも高い電位（正の電位）を与えれば、
電子（負の電荷を有する）はこの半導体部に吸収され、
負の電位を与えれば、電子は半導体部から離れる方向に
進行する。ショットキ電極の開口内または開口を貫く軸
の延長線上には第３半導体層が形成されているので、電
子はこの第３半導体層内に導入される。第３半導体層
は、第２半導体層の仕事関数よりも小さな仕事関数を有
しており、電子は第３半導体層から容易に真空中へ放出
される。この第３半導体層は、仕事関数が低いアルカリ
金属を主成分とする化合物半導体などで作られる。すな
わち、第３半導体層の材料としては、Ｃｓ−Ｏ、Ｃｓ−
Ｉ、Ｃｓ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｃｓ、Ｓｂ−Ｒｂ−Ｃｓ，Ｓｂ
−Ｋ−Ｃｓ、Ｓｂ−Ｎａ−Ｋ、Ｓｂ−Ｎａ−Ｋ−Ｃｓ、
Ａｇ−Ｏ−Ｃｓなどの組み合わせが列挙される。On the other hand, inside the second semiconductor layer, a semiconductor portion is arranged on an extension line that penetrates the Schottky electrode in its thickness direction, and a predetermined portion is provided to this semiconductor portion via a conductor (third connection pin). Since an electric potential is applied, the orbit of the traveling electron is bent by the potential barrier generated due to the existence of the semiconductor portion, and the emission of the electron from the semiconductor photocathode can be controlled. That is, if a higher potential (positive potential) than the first semiconductor layer is applied to the semiconductor portion,
The electrons (which have a negative charge) are absorbed by this semiconductor part,
When a negative potential is applied, the electrons travel in a direction away from the semiconductor portion. Since the third semiconductor layer is formed in the opening of the Schottky electrode or on the extension line of the axis passing through the opening, electrons are introduced into this third semiconductor layer. The third semiconductor layer has a work function smaller than that of the second semiconductor layer, and electrons are easily emitted from the third semiconductor layer into the vacuum. This third semiconductor layer is made of a compound semiconductor having a low work function as a main component, such as an alkali metal. That is, as the material of the third semiconductor layer, Cs-O, Cs-
I, Cs-Te, Sb-Cs, Sb-Rb-Cs, Sb
-K-Cs, Sb-Na-K, Sb-Na-K-Cs,
Combinations such as Ag-O-Cs are listed.

【００１３】また、この半導体部は環状の部分を有して
おり、この環状の部分内の面積は、ショトキ電極の開口
内の面積よりも小さいこととすれば、電子は半導体部に
よって効率よく開口方向へ集束される。さらに、このよ
うな環状の部分が複合してメッシュ形状を構成すること
とすれば、第３半導体層の表面から高い均一性で電子を
放出することができる。Further, the semiconductor portion has an annular portion, and if the area inside the annular portion is smaller than the area inside the opening of the Schottky electrode, electrons are efficiently opened by the semiconductor portion. Focus on the direction. Furthermore, if such annular portions are combined to form a mesh shape, electrons can be emitted from the surface of the third semiconductor layer with high uniformity.

【００１４】また、このような半導体光電陰極と陽極と
を密閉容器内に配置して形成した半導体光電陰極装置
は、第１接続ピンと第２接続ピンとの間に第１接続ピン
の電位が第２接続ピンの電位よりも高くなるように電圧
を印加するとともに、第２接続ピンと第４接続ピンとの
間に第４接続ピンの電位が第１接続ピンの電位よりも高
くなるように電圧を印加して使用する。この状態で前述
の半導体光電陰極から放出された電子は陽極で収集され
る。したがって、この陽極に接続された第４接続ピンか
ら入射した光または電磁波に対応した電流を取り出すこ
とができる。なお、この半導体光電陰極と陽極との間
に、半導体光電陰極から放出された電子を増倍するため
のダイノードやマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）
をさらに配置することとしてもよい。Further, in the semiconductor photocathode device formed by arranging such a semiconductor photocathode and an anode in a sealed container, the potential of the first connection pin is the second between the first connection pin and the second connection pin. A voltage is applied so as to be higher than the potential of the connection pin, and a voltage is applied between the second connection pin and the fourth connection pin so that the potential of the fourth connection pin is higher than the potential of the first connection pin. To use. In this state, the electrons emitted from the semiconductor photocathode described above are collected at the anode. Therefore, a current corresponding to the incident light or electromagnetic wave can be extracted from the fourth connection pin connected to this anode. A dynode or a microchannel plate (MCP) for multiplying electrons emitted from the semiconductor photocathode is provided between the semiconductor photocathode and the anode.
May be further arranged.

【００１５】また、このような半導体光電陰極装置にお
いて、第１半導体層は、この第１半導体層と半導体基板
との界面近傍に、第１半導体層内の第２半導体層側の領
域のエネルギーバンドギャップと半導体基板のエネルギ
ーバンドギャップとの中間の広さのエネルギーバンドギ
ャップを有する第２グレーデッド層を有することとすれ
ば、半導体基板とｐ型第１半導体層との界面の結晶性を
良好に保持してリーク電流や再結合電流を減少させるこ
とができる。In such a semiconductor photocathode device, the first semiconductor layer has an energy band in a region on the second semiconductor layer side in the first semiconductor layer in the vicinity of the interface between the first semiconductor layer and the semiconductor substrate. By providing the second graded layer having an energy band gap that is intermediate between the gap and the energy band gap of the semiconductor substrate, the crystallinity of the interface between the semiconductor substrate and the p-type first semiconductor layer can be improved. It is possible to reduce the leakage current and the recombination current by holding the same.

【００１６】また、第２半導体層は、この第２半導体層
と第１半導体層との界面近傍に、第２半導体層内の第３
半導体層側の領域のエネルギーバンドギャップと第１半
導体層のエネルギーバンドギャップとの中間の広さのエ
ネルギーバンドギャップを有する第１グレーデッド層を
有することとしても第２半導体層と第１半導体層との界
面の結晶性を良好に保持してリーク電流や再結合電流を
減少させることができる。また、半導体部は、ストライ
プ状に配置された半導体部分を含むこととしてもよい。
これらの半導体部は、互いに交差する第１半導体部分
（６０ａ）と第２半導体部分（６０ｄ）とを備えること
としてもよい。The second semiconductor layer has a third semiconductor layer in the second semiconductor layer near the interface between the second semiconductor layer and the first semiconductor layer.
Even if the first graded layer has an energy bandgap having an intermediate width between the energy bandgap of the region on the semiconductor layer side and the energy bandgap of the first semiconductor layer, the second semiconductor layer and the first semiconductor layer are provided. It is possible to maintain good crystallinity of the interface and reduce leak current and recombination current. In addition, the semiconductor portion may include semiconductor portions arranged in a stripe shape.
These semiconductor portions may include a first semiconductor portion (60a) and a second semiconductor portion (60d) that intersect with each other.

【００１７】[0017]

【実施例】以下、本発明に係る半導体光電陰極の一実施
例について添付図面を用いて説明する。なお、同一要素
には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the semiconductor photocathode according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

【００１８】図１は、第１実施例に係る半導体光電陰極
の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor photocathode according to the first embodiment.

【００１９】本実施例の半導体光電陰極ＣＴは、まず、
半導体基板１０上に光の入射に応答して電子を発生する
ｐ型の第１半導体層２０（光吸収層）が形成されてい
る。この第１半導体層２０は第１不純物濃度を有してお
り、この第１半導体層２０上には、第１不純物濃度より
も低い不純物濃度を有する第２不純物濃度のｐ型の第２
半導体層３０（電子移送層）が形成されている。そし
て、第２半導体層３０の表面を覆うように開口を有する
網目（メッシュ）形状もしくは格子形状のショットキ電
極５０が形成されている。ショットキ電極５０は、第２
半導体層３０とショットキ接触をなしている。The semiconductor photocathode CT of this embodiment is as follows.
A p-type first semiconductor layer 20 (light absorption layer) that generates electrons in response to the incidence of light is formed on the semiconductor substrate 10. The first semiconductor layer 20 has a first impurity concentration, and a second p-type second impurity concentration having a lower impurity concentration than the first impurity concentration is formed on the first semiconductor layer 20.
A semiconductor layer 30 (electron transfer layer) is formed. Then, a Schottky electrode 50 having a mesh shape or a lattice shape having openings so as to cover the surface of the second semiconductor layer 30 is formed. The Schottky electrode 50 is the second
It is in Schottky contact with the semiconductor layer 30.

【００２０】また、第２半導体層３０の表面であって、
ショットキ電極５０の開口内には第３半導体層４０（活
性層）が形成されている。この第３半導体層４０は、第
２半導体層３０の仕事関数より小さな仕事関数を有して
いる。第２半導体層３０の内部には、第２不純物濃度程
度もしくはこれ以上の不純物濃度を有する第３不純物濃
度の半導体部６０（チャネル格子）が埋設されている。
そして、半導体部６０は、ショットキ電極５０をその厚
み方向に貫く延長線上に設置されている。On the surface of the second semiconductor layer 30,
A third semiconductor layer 40 (active layer) is formed in the opening of the Schottky electrode 50. The third semiconductor layer 40 has a work function smaller than that of the second semiconductor layer 30. Inside the second semiconductor layer 30, a semiconductor part 60 (channel lattice) having a third impurity concentration of about the second impurity concentration or higher is buried.
The semiconductor portion 60 is installed on an extension line that penetrates the Schottky electrode 50 in its thickness direction.

【００２１】ここで、半導体部６０にはオーミック電極
６０１を介して導電体たるリードピンＲＥ５が電気的に
接続されている。オーミック電極６０１は、半導体部６
０にＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉをこの半導体部６０の一端に蒸着
後、シンタリングすることによって形成することとして
もよいし、また、ＩｎＰにＡｌを蒸着することによって
形成することとしてもよい。Here, a lead pin RE5 as a conductor is electrically connected to the semiconductor portion 60 via an ohmic electrode 601. The ohmic electrode 601 is the semiconductor portion 6
It may be formed by depositing Au / Ge / Ni on the one end of the semiconductor portion 60 and sintering it, or by depositing Al on InP.

【００２２】また、この半導体部６０は網目（メッシ
ュ）形状もしくは格子形状を有しており、この格子形状
の１つの格子の目で規定される環状の部分内の面積は、
ショトキ電極５０の開口内の面積よりも小さい。なお、
半導体部６０の形状は、ショットキ電極の形状と対応し
ている。これにより、電子は半導体部６０によって効率
よく開口方向へ曲げられ、また、この電子は半導体部６
０が格子形状であるので、第３半導体層の表面から高い
均一性で放出されることになる。なお、ｐ型第１半導体
層２０にはオーミック電極７０が設置されている。Further, the semiconductor portion 60 has a mesh shape or a lattice shape, and the area within the annular portion defined by one lattice of the lattice shape is
It is smaller than the area inside the opening of the Schottky electrode 50. In addition,
The shape of the semiconductor portion 60 corresponds to the shape of the Schottky electrode. As a result, the electrons are efficiently bent in the opening direction by the semiconductor portion 60, and the electrons are also reflected by the semiconductor portion 6.
Since 0 has a lattice shape, it is highly uniformly emitted from the surface of the third semiconductor layer. An ohmic electrode 70 is provided on the p-type first semiconductor layer 20.

【００２３】本実施例においては、これらの半導体層の
構成材料や層厚は以下のように設定される。In this embodiment, the constituent materials and layer thicknesses of these semiconductor layers are set as follows.

【００２４】半導体基板１０は（１００）ｐ型ＩｎＰ半
導体基板であり、第１半導体層２０は半導体基板１０に
エピタキシャル成長によって形成された不純物濃度１×
１０¹⁸〜１０²⁰／ｃｍ³ のｐ型ＩｎＧａＡｓ半導体であ
る。そして、第１半導体層２０の膜厚はこの層の電子拡
散長で決定される厚さ（例えば、１．５〜２．５μｍ）
が適当である。ｐ型の第２半導体層３０は厚さ１．０〜
１０μｍ、不純物濃度約１×１０¹⁷／ｃｍ³ 〜１×１０
¹⁴／ｃｍ³ のｐ型ＩｎＰ半導体であり、半導体部６０は
不純物濃度１×１０¹⁸〜１×１０²⁰／ｃｍ³ のｐ⁺ のＡ
ｌＡｓＳｂ半導体である。第３半導体層４０はｐ型第２
半導体層３０の仕事関数より小さな仕事関数を有する
（Ｃｓ・Ｏ）半導体である。The semiconductor substrate 10 is a (100) p-type InP semiconductor substrate, and the first semiconductor layer 20 has an impurity concentration of 1 × formed by epitaxial growth on the semiconductor substrate 10.
It is a p-type InGaAs semiconductor of 10 ¹⁸ to 10 ²⁰ / cm ³ . The thickness of the first semiconductor layer 20 is determined by the electron diffusion length of this layer (for example, 1.5 to 2.5 μm).
Is appropriate. The p-type second semiconductor layer 30 has a thickness of 1.0 to
10 μm, impurity concentration about 1 × 10 ¹⁷ / cm ³ to 1 × 10
^The semiconductor portion 60 is a p-type InP semiconductor of ¹⁴ / cm ³ , and the semiconductor portion 60 has an impurity concentration of 1 × 10 ¹⁸ to 1 × 10 ²⁰ / cm ³ of p ⁺ A.
1AsSb semiconductor. The third semiconductor layer 40 is a p-type second
It is a (Cs · O) semiconductor having a work function smaller than that of the semiconductor layer 30.

【００２５】また、第３半導体層の材料としては、Ｃｓ
−Ｏ、Ｃｓ−Ｉ、Ｃｓ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｃｓ、Ｓｂ−Ｒｂ
−Ｃｓ，Ｓｂ−Ｋ−Ｃｓ、Ｓｂ−Ｎａ−Ｋ、Ｓｂ−Ｎａ
−Ｋ−Ｃｓ、Ａｇ−Ｏ−Ｃｓ、などの組み合わせが列挙
される。なお、これらの半導体層の材料は、以下の物質
も選択しうる。すなわち、［半導体基板１０、ｐ型第１
半導体層２０（光吸収層）、ｐ型第２半導体層３０（電
子移送層）、半導体部６０（チャネル格子）］の構成材
料の組み合わせは、各層の間で格子整合がとれるもの同
士の組み合わせが妥当であり、この格子整合は各層の格
子定数の差が±０．３％以内であることが望ましい。し
たがって、このような構成材料の組み合わせは以下の表
に示す通りである。The material of the third semiconductor layer is Cs.
-O, Cs-I, Cs-Te, Sb-Cs, Sb-Rb
-Cs, Sb-K-Cs, Sb-Na-K, Sb-Na
Combinations such as -K-Cs, Ag-O-Cs, etc. are listed. The following substances can be selected as the material of these semiconductor layers. That is, [semiconductor substrate 10, p-type first
The semiconductor layer 20 (light absorption layer), the p-type second semiconductor layer 30 (electron transfer layer), and the semiconductor portion 60 (channel lattice)] are combined in a material that can be lattice-matched between the layers. This lattice matching is appropriate, and it is desirable that the difference in lattice constant between layers is within ± 0.3%. Therefore, combinations of such constituent materials are as shown in the following table.

【００２６】[0026]

【表１】 [Table 1]

【００２７】上記の構成材料の組み合わせにおいては、
半導体部６０と第２半導体層３０とは、第２半導体層３
０内を通過する電子を十分に半導体部６０から離隔させ
るように、ヘテロ接合をなしているが、これらは、ホモ
接合をなしていてもよい。すなわち、半導体部６０の隙
間を流れる電子濃度を増加させるためには、これらがヘ
テロ接合であって、しかも、半導体部６０に負の電圧を
印加することが望ましい。しかし、これらは、半導体部
６０に印加する電圧が、半導体部６０と第２半導体層３
０と間にポテンシャル障壁を形成する程度に高ければ、
ホモ接合であってもよい。In the combination of the above constituent materials,
The semiconductor portion 60 and the second semiconductor layer 30 are the second semiconductor layer 3
Although a heterojunction is formed so that the electrons passing through 0 are sufficiently separated from the semiconductor portion 60, they may be homojunction. That is, in order to increase the electron concentration flowing in the gap of the semiconductor portion 60, it is desirable that these are heterojunctions and that a negative voltage be applied to the semiconductor portion 60. However, the voltage applied to the semiconductor section 60 is different from those of the semiconductor section 60 and the second semiconductor layer 3
If it is high enough to form a potential barrier with 0,
It may be homozygous.

【００２８】次に、この半導体光電陰極ＣＴの動作につ
いて説明する。図２は、図１の半導体光電陰極ＣＴを線
分Ａ−Ａに沿って切った断面図である。なお、同図に
は、第３半導体層４０に対向して設置された陽極９０が
示されている。同図に示すようにオーミック電極７０と
ショットキ電極５０との間には、ショットキ電極５０が
オーミック電極７０よりも高い電位になるような電圧
（例えば、３．５Ｖ）が印加されている。また、オーミ
ック電極７０と陽極９０との間には、陽極９０が、オー
ミック電極７０よりも高い電位になるような電圧（例え
ば、１００Ｖ）が印加されている。なお、この半導体光
電陰極ＣＴおよび陽極９０は１０^-10 ｔｏｒｒ以下の環
境下に配置されている。この半導体光電陰極ＣＴおよび
陽極９０の配置される環境の圧力は、電子放出の観点か
らは少なくとも大気圧以下の圧力であって１０^-5ｔｏｒ
ｒ以下であることが望ましい。また、半導体部６０とオ
ーミック電極７０との間には、図示のように負の電圧が
印加されている。Next, the operation of this semiconductor photocathode CT will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor photocathode CT of FIG. 1 taken along the line segment AA. It should be noted that the anode 90 is shown in the same drawing so as to be opposed to the third semiconductor layer 40. As shown in the figure, a voltage (for example, 3.5 V) is applied between the ohmic electrode 70 and the Schottky electrode 50 so that the Schottky electrode 50 has a higher potential than the ohmic electrode 70. In addition, a voltage (for example, 100 V) is applied between the ohmic electrode 70 and the anode 90 so that the anode 90 has a higher potential than the ohmic electrode 70. The semiconductor photocathode CT and the anode 90 are arranged in an environment of 10 ^-10 torr or less. From the viewpoint of electron emission, the pressure of the environment in which the semiconductor photocathode CT and the anode 90 are arranged is at least below atmospheric pressure and is 10 ⁻⁵ torr.
It is preferably r or less. Further, a negative voltage is applied between the semiconductor portion 60 and the ohmic electrode 70 as shown in the figure.

【００２９】このような条件下の半導体光電陰極ＣＴに
光や電磁波が入射すると、まず、光や電磁波がｐ型の第
１半導体層２０に入射することによって、第１半導体層
２０では正孔電子対が発生する。このとき電子は伝導帯
のガンマ谷の下限のエネルギー準位（第１エネルギー準
位）に励起されている。そして、ショットキ電極５０に
は第１半導体層よりも高い電位が与えられるので、これ
により発生した電界に力を受けて発生した電子はショッ
トキ電極５０方向へ走行する。ｐ型の第２半導体層３０
は、第１半導体層２０よりもその濃度が低いので、第２
半導体層３０内には、第１半導体層２０よりも強い電界
が発生する。この強い電界により走行中の電子はエネル
ギーを受け取って伝導帯中のガンマ谷の下限のエネルギ
ー準位よりもさらに上の衛星谷（ＬまたはＸ谷）または
ガンマ谷より高いエネルギー準位（第２エネルギー準
位）に励起されてショットキ電極５０方向に走行する。When light or an electromagnetic wave is incident on the semiconductor photocathode CT under such conditions, first, the light or the electromagnetic wave is incident on the p-type first semiconductor layer 20, so that the hole electrons are generated in the first semiconductor layer 20. Pairs occur. At this time, the electrons are excited to the lower energy level (first energy level) of the gamma valley of the conduction band. Since the Schottky electrode 50 is applied with a potential higher than that of the first semiconductor layer, the electrons generated by the force generated by the electric field generated thereby travel toward the Schottky electrode 50. p-type second semiconductor layer 30
Has a lower concentration than that of the first semiconductor layer 20.
An electric field stronger than that of the first semiconductor layer 20 is generated in the semiconductor layer 30. Due to this strong electric field, the traveling electron receives energy and the energy level (second energy) higher than the satellite valley (L or X valley) or gamma valley higher than the lower energy level of the gamma valley in the conduction band. Level) and travel in the direction of the Schottky electrode 50.

【００３０】ここで、第２半導体層３０の内部には、シ
ョットキ電極５０をその厚み方向に貫く延長線上に第３
不純物濃度の半導体部６０が埋設されているので、この
半導体部６０の存在に起因して発生するポテンシャル障
壁により、走行中の電子の軌道は曲げられて、電子はシ
ョットキ電極５０の開口方向へ走行する。ショットキ電
極５０の開口内には第３半導体層４０が形成されている
ので、電子はこの第３半導体層４０内に導入される。第
３半導体層４０は、第２半導体層３０の仕事関数より小
さな仕事関数を有しており、電子は第３半導体層４０か
ら容易に真空中へ放出される。放出された電子は、陽極
９０方向に力を受けて、陽極９０方向に進行する。Here, inside the second semiconductor layer 30, the third Schottky electrode 50 is formed on the extension line penetrating the Schottky electrode 50 in the thickness direction.
Since the semiconductor portion 60 having the impurity concentration is buried, the orbit of the traveling electron is bent by the potential barrier generated due to the existence of the semiconductor portion 60, and the electron travels in the opening direction of the Schottky electrode 50. To do. Since the third semiconductor layer 40 is formed in the opening of the Schottky electrode 50, electrons are introduced into this third semiconductor layer 40. The third semiconductor layer 40 has a work function smaller than that of the second semiconductor layer 30, and the electrons are easily emitted from the third semiconductor layer 40 into the vacuum. The emitted electrons receive a force in the direction of the anode 90 and travel in the direction of the anode 90.

【００３１】次に、この半導体光電陰極ＣＴにおける電
子の走行について、エネルギーバンド図を用いて説明す
る。Next, the traveling of electrons in this semiconductor photocathode CT will be described using an energy band diagram.

【００３２】図３（ａ）は、図１の半導体光電陰極ＣＴ
の線分Ａ−Ａおよび線分Ｂ−Ｂを含む部分を抜き出して
示した平面図である。また、同図（ｂ）および（ｃ）
は、それぞれ、同図（ａ）の線分Ａ−Ａ断面および線分
Ｂ−Ｂ断面における半導体光電陰極ＣＴのエネルギーバ
ンド図である。なお、同図（ｂ）および（ｃ）は、半導
体光電陰極ＣＴのショットキ電極５０にバイアスを印加
しない場合のエネルギーバンド図である。FIG. 3A shows the semiconductor photocathode CT of FIG.
It is the top view which extracted and showed the part containing line segment AA and line segment BB of. In addition, the same figure (b) and (c)
3A and 3B are energy band diagrams of the semiconductor photocathode CT in a line segment AA cross section and a line segment BB cross section in FIG. It is to be noted that FIGS. 7B and 7C are energy band diagrams when no bias is applied to the Schottky electrode 50 of the semiconductor photocathode CT.

【００３３】同図から明らかなように、半導体部６０
は、第２半導体層３０よりも広いエネルギーバンドギャ
ップを有している上に、不純物濃度が高いので、半導体
部６０の伝導帯Ｅｃの下端のエネルギー準位はｐ型の第
２半導体層よりも正の方向へシフトしており（ポテンシ
ャルは負の方向へシフトしている）、半導体光電陰極Ｃ
Ｔ内部には、励起された電子がショットキ電極５０方向
に進行しにくいポテンシャル障壁が形成されている。さ
らに、この半導体部６０には、負の電圧が印加されてい
る。したがって、半導体部６０の伝導帯の下端のエネル
ギー準位は、さらに図面の上側にシフトされており、電
子がこの電極５０方向に進行しにくいポテンシャル障壁
が形成されている。As is clear from the figure, the semiconductor section 60
Has a wider energy band gap than the second semiconductor layer 30 and has a high impurity concentration, the energy level at the lower end of the conduction band Ec of the semiconductor portion 60 is lower than that of the p-type second semiconductor layer. The semiconductor photocathode C is shifted in the positive direction (potential is shifted in the negative direction).
Inside T, a potential barrier is formed in which excited electrons are less likely to travel toward the Schottky electrode 50. Further, a negative voltage is applied to this semiconductor section 60. Therefore, the energy level at the lower end of the conduction band of the semiconductor portion 60 is further shifted to the upper side of the drawing, forming a potential barrier in which electrons are less likely to travel toward the electrode 50.

【００３４】次にこの半導体光電陰極ＣＴのショットキ
電極５０にバイアスを印加した場合の電子の振る舞いを
図４を用いて説明する。Next, the behavior of electrons when a bias is applied to the Schottky electrode 50 of this semiconductor photocathode CT will be described with reference to FIG.

【００３５】図４（ａ）は、図１の半導体光電陰極ＣＴ
の線分Ａ−Ａおよび線分Ｂ−Ｂを含む部分を抜き出して
示した平面図である。また、同図（ｂ）および（ｃ）
は、それぞれ、同図（ａ）の線分Ａ−Ａ断面および線分
Ｂ−Ｂ断面における半導体光電陰極ＣＴのエネルギーバ
ンド図である。なお、図５は、図４に示した電子の挙動
をさらに分かりやすく説明するための説明図である。FIG. 4A shows the semiconductor photocathode CT of FIG.
It is the top view which extracted and showed the part containing line segment AA and line segment BB of. In addition, the same figure (b) and (c)
3A and 3B are energy band diagrams of the semiconductor photocathode CT in a line segment AA cross section and a line segment BB cross section in FIG. Note that FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the behavior of the electrons shown in FIG. 4 in a more understandable manner.

【００３６】図４（ｃ）から明らかなように、ショット
キ電極５０にバイアスを印加した場合においても半導体
部６０には、負の電位が与えられているので、励起され
た電子Ｅ１がショットキ電極５０方向に進行しにくいポ
テンシャル障壁として機能する。このようなポテンシャ
ル障壁により、第２半導体層３０中を走行する電子Ｅ１
は、その軌道を変化させられて半導体部６０を避けて第
３半導体層４０方向に進行する。As is apparent from FIG. 4C, since a negative potential is applied to the semiconductor portion 60 even when a bias is applied to the Schottky electrode 50, the excited electron E1 is excited by the electron E1. It functions as a potential barrier that is hard to progress in the direction. Due to such a potential barrier, the electrons E1 traveling in the second semiconductor layer 30
Has its orbit changed and travels in the direction of the third semiconductor layer 40 while avoiding the semiconductor portion 60.

【００３７】ショットキ電極５０にバイアスが印加され
ると、電子Ｅ１は、その進行方向が第２半導体層３０上
のショットキ電極５０の形成されていない領域に形成さ
れた第３半導体層４０方向に曲げられる。すなわち、電
子Ｅ１は半導体部６０とこの半導体部６０に隣接した半
導体部６０との間の領域Ｒを通過するので、線分Ａ−Ａ
断面上を通過する電子流の密度は増加することになる
（図５参照）。この半導体層６０によって挟まれた領域
Ｒを通過する際には、図４（ｂ）のように、伝導帯Ｅｃ
のガンマ谷の下限のエネルギー準位に励起された状態で
第２半導体層３０内を進行する電子Ｅ１は、第２半導体
層３０内に発生させられた電界により加速されてエネル
ギーを得、このエネルギー準位よりもさらに高いエネル
ギー準位の衛星谷（ＬまたはＸ谷）またはガンマ谷のよ
り高いエネルギー準位に励起されている。電子が、半導
体層６０で挟まれた領域Ｒを通過後、第３半導体層４０
に進入するまでの間には、発散する方向の力が電子に働
くが、この間の距離を例えば０．５〜２．０μｍとし、
また、半導体層６０とショットキ電極５０の幅を、半導
体層６０の幅≧ショットキ電極５０の幅となるように設
定すれば、現実的に半導体基板１０、第１半導体層２０
および第２半導体層３０において発生した電子Ｅ１のほ
とんどは、ショットキ電極５０に吸収されることなく第
３半導体層４０に進入する。第３半導体層４０の仕事関
数は第２半導体層３０よりも小さく、図４（ｂ）および
図５に示すように電子Ｅ１は効率よく真空中に放出され
る。When a bias is applied to the Schottky electrode 50, the electron E1 bends in the traveling direction toward the third semiconductor layer 40 formed in the region on the second semiconductor layer 30 where the Schottky electrode 50 is not formed. To be That is, since the electron E1 passes through the region R between the semiconductor portion 60 and the semiconductor portion 60 adjacent to the semiconductor portion 60, the line segment A-A
The density of the electron flow passing through the cross section will increase (see FIG. 5). When passing through the region R sandwiched by the semiconductor layers 60, as shown in FIG.
The electron E1 traveling in the second semiconductor layer 30 in the state of being excited to the lower energy level of the gamma valley of is accelerated by the electric field generated in the second semiconductor layer 30 to obtain energy. It is excited to a higher energy level in the satellite valley (L or X valley) or gamma valley with an energy level higher than the level. After the electrons pass through the region R sandwiched between the semiconductor layers 60, the third semiconductor layer 40
A force in the direction of divergence acts on the electrons until it enters the.
Further, if the widths of the semiconductor layer 60 and the Schottky electrode 50 are set such that the width of the semiconductor layer 60 ≧ the width of the Schottky electrode 50, the semiconductor substrate 10 and the first semiconductor layer 20 are realistically formed.
Most of the electrons E1 generated in the second semiconductor layer 30 enter the third semiconductor layer 40 without being absorbed by the Schottky electrode 50. The work function of the third semiconductor layer 40 is smaller than that of the second semiconductor layer 30, and the electrons E1 are efficiently emitted into vacuum as shown in FIGS.

【００３８】図６は、図１に示した半導体光電陰極ＣＴ
が密閉容器内に収納された半導体光電陰極装置を一部破
断して示す斜視図である。FIG. 6 shows the semiconductor photocathode CT shown in FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a partially broken view of a semiconductor photocathode device housed in a closed container.

【００３９】本半導体光電陰極装置は、大気圧よりも低
い圧力（１０^-5ｔｏｒｒ以下であって望ましくは１０
^-10 ｔｏｒｒ以下の圧力）の環境を内部に提供する密閉
容器内に配置された半導体光電陰極と陽極とを備えてい
る。半導体光電陰極ＣＴは、これに電気的に接続された
第１接続ピン１および第２接続ピン２を有しており、陽
極９０はこれに電気的に接続された第４接続ピン９０ａ
を有している。第１接続ピン１、第２接続ピン２および
第４接続ピン９０ａは密閉容器１００を貫通している。
また、半導体部６０に電気的に接続された第３接続ピン
ＲＥ５も密閉容器１００を貫通している。The present semiconductor photocathode device has a pressure lower than the atmospheric pressure (10 ^-5 torr or less, preferably 10 ^-5 torr or less).
^The semiconductor photocathode and the anode are arranged in a closed container that provides an environment of ( ^-10 torr or less) therein. The semiconductor photocathode CT has a first connection pin 1 and a second connection pin 2 electrically connected thereto, and an anode 90 is a fourth connection pin 90a electrically connected thereto.
have. The first connection pin 1, the second connection pin 2, and the fourth connection pin 90a penetrate the sealed container 100.
The third connection pin RE5 electrically connected to the semiconductor portion 60 also penetrates the sealed container 100.

【００４０】なお、半導体光電陰極ＣＴの陽極９０側に
は光や電磁波が入射される入射窓１１０が配置されてい
る。入射窓１１０は、容器１００に接着することとして
もよい。An incident window 110 through which light and electromagnetic waves are incident is arranged on the side of the semiconductor photocathode CT on the anode 90 side. The entrance window 110 may be adhered to the container 100.

【００４１】このような半導体光電陰極ＣＴと陽極９０
とを密閉容器１００内に配置して形成した半導体光電陰
極装置は、第１接続ピン１と第２接続ピン２との間に第
１接続ピン１の電位が第２接続ピン２の電位よりも高く
なるように電圧を印加するとともに、第２接続ピン２と
第４接続ピン９０ａとの間に第４接続ピン９０ａの電位
が第１接続ピン１の電位よりも高くなるように電圧を印
加して使用する。なお、図１に示した半導体光電陰極Ｃ
Ｔを参照すれば、ショットキ電極５０およびオーミック
電極７０は、それぞれ金などの金属５０ａおよび金属７
０ａを介して第１接続ピン１および第２接続ピン２に接
続されており、陽極９０は、これに接続された第３接続
ピン９０ａを備えている。Such semiconductor photocathode CT and anode 90
In the semiconductor photocathode device formed by arranging and in the closed container 100, the potential of the first connection pin 1 is higher than the potential of the second connection pin 2 between the first connection pin 1 and the second connection pin 2. A voltage is applied to increase the voltage, and a voltage is applied between the second connection pin 2 and the fourth connection pin 90a such that the potential of the fourth connection pin 90a is higher than the potential of the first connection pin 1. To use. The semiconductor photocathode C shown in FIG.
Referring to T, the Schottky electrode 50 and the ohmic electrode 70 are composed of the metal 50a and the metal 7 such as gold, respectively.
0a is connected to the first connection pin 1 and the second connection pin 2, and the anode 90 has a third connection pin 90a connected thereto.

【００４２】次に、図１に示した半導体光電陰極ＣＴの
製造方法について説明する。Next, a method of manufacturing the semiconductor photocathode CT shown in FIG. 1 will be described.

【００４３】図７は、図１に示した半導体光電陰極ＣＴ
の製造方法を半導体光電陰極ＣＴの断面構成を用いて説
明するための説明図である。FIG. 7 shows the semiconductor photocathode CT shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the manufacturing method of (1) using the cross-sectional configuration of the semiconductor photocathode CT.

【００４４】まず、半導体基板１０を用意する。そし
て、この半導体基板１０上に、第１半導体層２０、第２
半導体３０ａ、半導体層６０ａおよびレジスト層２００
ａを順次積層した（図７（ａ））。各半導体層の積層は
ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法、ＭＯＣＶＤ
（有機金属気相成長）法などのエピタキシャル成長法を
用いる。First, the semiconductor substrate 10 is prepared. Then, the first semiconductor layer 20 and the second semiconductor layer 20 are formed on the semiconductor substrate 10.
The semiconductor 30a, the semiconductor layer 60a, and the resist layer 200
a was sequentially laminated (FIG. 7A). MBE (Molecular Beam Epitaxial Growth) method, MOCVD
An epitaxial growth method such as a (metal organic chemical vapor deposition) method is used.

【００４５】その後、レジスト層２００ａを表面から半
導体層６０ａに到達するまでエッチンッグしてメッシュ
状のレジスト２００を形成した（図７（ｂ））。次に、
このレジスト２００をマスクとして半導体層６０ａをエ
ッチングしてメッシュ状の半導体部６０を形成した（図
７（ｃ））。しかる後、第２半導体３０ａおよび半導体
部６０の表面を覆うように第２半導体３０ａを構成する
材料をこれらの第２半導体３０ａおよび半導体部６０上
に堆積して第２半導体層３０を形成した（図７
（ｄ））。さらに、第２半導体層３０上に図１のような
配置になるようにショットキ電極５０を形成した（図７
（ｅ））。次に、大気よりも低圧の環境下でこれを加熱
して第２半導体層３０を清浄化した後，これらショット
キ電極５０および第２半導体層３０を覆うように第３半
導体層４０を堆積して図１に示した半導体光電陰極を得
た。Then, the resist layer 200a was etched from the surface to the semiconductor layer 60a to form a mesh-shaped resist 200 (FIG. 7B). next,
The semiconductor layer 60a was etched using the resist 200 as a mask to form a mesh-shaped semiconductor portion 60 (FIG. 7C). Then, the material forming the second semiconductor 30a is deposited on the second semiconductor 30a and the semiconductor section 60 so as to cover the surfaces of the second semiconductor 30a and the semiconductor section 60, thereby forming the second semiconductor layer 30 ( Figure 7
(D)). Further, the Schottky electrode 50 is formed on the second semiconductor layer 30 so as to have the arrangement as shown in FIG. 1 (FIG. 7).
(E)). Next, after heating the second semiconductor layer 30 under an environment of a pressure lower than the atmosphere to clean the second semiconductor layer 30, the third semiconductor layer 40 is deposited so as to cover the Schottky electrode 50 and the second semiconductor layer 30. The semiconductor photocathode shown in FIG. 1 was obtained.

【００４６】なお、本実施例では、半導体基板１０、第
１半導体層２０および第２半導体層３０としてそれぞれ
ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓおよびＩｎＰを用い、厚さ２００
ｎｍのレジスト膜を用いた。In this embodiment, InP, InGaAs and InP are used as the semiconductor substrate 10, the first semiconductor layer 20 and the second semiconductor layer 30, respectively, and the thickness is 200.
nm resist film was used.

【００４７】第１半導体層２０の不純物濃度（キャリア
濃度）はｐ⁺ （１×１０¹⁸〜１×１０¹⁹／ｃｍ³ ）であ
る。この第１半導体層２０の厚さは１．５〜２．５μｍ
が適当である。第２半導体層３０の不純物濃度（キャリ
ア濃度）はｐ^- （１×１０¹⁷／ｃｍ³ 以下）である。こ
の第２半導体層３０の厚さは１．０〜１０μｍが適当で
ある。半導体部６０の不純物濃度（キャリア濃度）はｐ
⁺ （１×１０¹⁸〜１×１０²⁰／ｃｍ³ ）である。この半
導体部６０の厚さは０．５〜２．０μｍが適当である。
また、ショットキ電極５０は、Ａｌなどの金属を用いた
真空蒸着法により第２半導体層３０上に堆積することが
できる。また、本製造方法では、第３半導体層４０をＣ
ｓ₂ Ｏとし、Ｃｓ₂ ＯはＣｓ（セシウム）とＯ（酸素）
の交互蒸着またはこれらの材料を含む原料ガスを交互供
給することにより形成した。The impurity concentration (carrier concentration) of the first semiconductor layer 20 is p ⁺ (1 × 10 ¹⁸ to 1 × 10 ¹⁹ / cm ³ ). The thickness of the first semiconductor layer 20 is 1.5 to 2.5 μm.
Is appropriate. The impurity concentration (carrier concentration) of the second semiconductor layer 30 is p ⁻ (1 × 10 ¹⁷ / cm ³ or less). The suitable thickness of the second semiconductor layer 30 is 1.0 to 10 μm. The impurity concentration (carrier concentration) of the semiconductor portion 60 is p
⁺ (1 × 10 ¹⁸ to 1 × 10 ²⁰ / cm ³ ). The thickness of the semiconductor portion 60 is preferably 0.5 to 2.0 μm.
Further, the Schottky electrode 50 can be deposited on the second semiconductor layer 30 by a vacuum vapor deposition method using a metal such as Al. In addition, in the present manufacturing method, the third semiconductor layer 40 is C
s ₂ O, Cs ₂ O is Cs (cesium) and O (oxygen)
And the alternate supply of raw material gases containing these materials.

【００４８】なお、図１に示した半導体光電陰極ＣＴの
ｐ型の第１半導体層２０は、図８に示すように、このｐ
型第１半導体層２０と半導体基板１０との界面近傍に、
ｐ型第１半導体層２０内のｐ型第２半導体層３０側の第
１領域２０ａのエネルギーバンドギャップと半導体基板
１０のエネルギーバンドギャップとの中間の広さのエネ
ルギーバンドギャップを有する第２グレーデッド層２０
ｂを有することとしても良い。これにより、本半導体光
電陰極ＣＴ１において、半導体基板１０とｐ型第１半導
体層２０との界面の結晶性を良好に保持してリーク電流
や再結合電流を減少させることができ、また、光電子は
ポテンシャル障壁で反跳されて効率よく第２半導体層３
０に導かれる。The p-type first semiconductor layer 20 of the semiconductor photocathode CT shown in FIG. 1 has the p-type first semiconductor layer 20 as shown in FIG.
Near the interface between the mold type first semiconductor layer 20 and the semiconductor substrate 10,
A second graded having an energy band gap intermediate between the energy band gap of the first region 20a on the p-type second semiconductor layer 30 side in the p-type first semiconductor layer 20 and the energy band gap of the semiconductor substrate 10. Layer 20
b may be included. Thereby, in the present semiconductor photocathode CT1, the crystallinity of the interface between the semiconductor substrate 10 and the p-type first semiconductor layer 20 can be favorably maintained to reduce the leak current and the recombination current, and the photoelectrons can be emitted. The second semiconductor layer 3 is efficiently repelled by the potential barrier.
Lead to zero.

【００４９】また、ｐ型第２半導体層３０は、このｐ型
第２半導体層３０とｐ型第１半導体層２０との界面近傍
に、ｐ型第２半導体層３０内の第３半導体層４０側の第
２領域３０ａのエネルギーバンドギャップと第１半導体
層２０のエネルギーバンドギャップとの中間の広さのエ
ネルギーバンドギャップを有する第１グレーデッド層３
０ｂを有することとしてもｐ型第２半導体層３０とｐ型
第１半導体層２０との界面の結晶性を良好に保持してリ
ーク電流や再結合電流を減少させることができる。The p-type second semiconductor layer 30 has a third semiconductor layer 40 in the p-type second semiconductor layer 30 near the interface between the p-type second semiconductor layer 30 and the p-type first semiconductor layer 20. The first graded layer 3 having an energy band gap intermediate between the energy band gap of the second region 30a on the side and the energy band gap of the first semiconductor layer 20.
Even if it has 0b, the crystallinity of the interface between the p-type second semiconductor layer 30 and the p-type first semiconductor layer 20 can be kept good, and the leak current and the recombination current can be reduced.

【００５０】すなわち、この第２グレーデッド層２０ｂ
は、第１領域２０ａの格子定数と半導体基板１０の格子
定数との中間の格子定数を有し、第１グレーデッド層３
０ｂは、第２領域３０ａの格子定数と第１領域２０ａの
格子定数との中間の格子定数を有している。That is, this second graded layer 20b
Has a lattice constant intermediate between the lattice constant of the first region 20a and the lattice constant of the semiconductor substrate 10, and the first graded layer 3
0b has a lattice constant intermediate between the lattice constant of the second region 30a and the lattice constant of the first region 20a.

【００５１】また、図１に示した半導体光電陰極ＣＴで
は、オーミック電極７０を第１半導体層に設けたが、こ
れは、図９に示すように半導体基板７０の裏面に設置さ
れることとしてもよい。このように、オーミック電極７
０が半導体基板７０に設置されることとすれば、図１に
示した半導体光電陰極ＣＴと比較してオーミック電極７
０を容易にこの半導体基板７０に設置することができ
る。なお、本半導体光電陰極ＣＴ２も図８に示した半導
体光電陰極ＣＴ１と同様に第２グレーデッド層２０ｂお
よび第１グレーデッド層３０ｂを設けることとしてもよ
い。Further, in the semiconductor photocathode CT shown in FIG. 1, the ohmic electrode 70 is provided on the first semiconductor layer, but it may be provided on the back surface of the semiconductor substrate 70 as shown in FIG. Good. In this way, ohmic electrode 7
0 is installed on the semiconductor substrate 70, the ohmic electrode 7 is different from the semiconductor photocathode CT shown in FIG.
0 can be easily installed on this semiconductor substrate 70. The semiconductor photocathode CT2 may be provided with the second graded layer 20b and the first graded layer 30b as in the semiconductor photocathode CT1 shown in FIG.

【００５２】なお、以上の図１、図８および図９を用い
て説明された半導体光電陰極（ＣＴ、ＣＴ１およびＣＴ
２）は、図６に示した密閉容器１００内に設置すること
ができる。The semiconductor photocathodes (CT, CT1 and CT) described with reference to FIGS. 1, 8 and 9 above.
2) can be installed in the closed container 100 shown in FIG.

【００５３】次に、半導体光電陰極の他の実施例につい
て説明する。Next, another embodiment of the semiconductor photocathode will be described.

【００５４】図１０（ａ）は、本実施例に係る半導体光
電陰極の平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）
のＡ−Ａ´線分に沿って切った半導体光電陰極の断面図
であり、図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）のＢ−Ｂ´線分
に沿って切った半導体光電陰極の断面図である。FIG. 10A is a plan view of a semiconductor photocathode according to this embodiment, and FIG. 10B is a plan view of FIG.
FIG. 10C is a cross-sectional view of the semiconductor photocathode taken along the line AA ′ of FIG. 10, and FIG. 10C is a cross-section of the semiconductor photocathode taken along the line BB ′ of FIG. 10B. It is a figure.

【００５５】この半導体光電陰極は、半導体基板３１
０、半導体基板３１０上に形成された第１半導体層３２
０、第１半導体層３２０上に形成された第２半導体層３
３０、第２半導体層３３０上に形成された第３半導体層
（活性層）３４０、第２半導体層３３０内に埋設された
半導体部３６０、第２半導体層３３０上に形成されたシ
ョットキ電極３５０を備えている。詳説すれば、半導体
基板３１０上には、光の入射に応答して電子を発生する
ｐ型の第１半導体層３２０（光吸収層）が形成されてい
る。この第１半導体層３２０は、第１不純物濃度を有し
ている。この第１半導体層３２０上には、第１不純物濃
度よりも低い不純物濃度を有する第２不純物濃度のｐ型
の第２半導体層３３０（電子移送層）が形成されてい
る。そして、第２半導体層３３０の表面を覆うようなス
トライプ状（櫛型状）のショットキ電極３５０が形成さ
れている。すなわち、ショットキ電極３５０は、ストラ
イプ状の半導体部分を含んでいる。ショットキ電極３５
０は、第２半導体層３３０とショットキ接触をなしてい
る。This semiconductor photocathode has a semiconductor substrate 31.
0, the first semiconductor layer 32 formed on the semiconductor substrate 310
0, the second semiconductor layer 3 formed on the first semiconductor layer 320
30, a third semiconductor layer (active layer) 340 formed on the second semiconductor layer 330, a semiconductor portion 360 embedded in the second semiconductor layer 330, and a Schottky electrode 350 formed on the second semiconductor layer 330. I have it. More specifically, a p-type first semiconductor layer 320 (light absorption layer) that generates electrons in response to the incidence of light is formed on the semiconductor substrate 310. The first semiconductor layer 320 has a first impurity concentration. A p-type second semiconductor layer 330 (electron transfer layer) having a second impurity concentration lower than the first impurity concentration is formed on the first semiconductor layer 320. Then, a stripe-shaped (comb-shaped) Schottky electrode 350 is formed so as to cover the surface of the second semiconductor layer 330. That is, the Schottky electrode 350 includes a stripe-shaped semiconductor portion. Schottky electrode 35
0 is in Schottky contact with the second semiconductor layer 330.

【００５６】第２半導体層３３０の表面であって、スト
ライプ（縞）状のショットキ電極３５０の隙間には第３
半導体層３４０（活性層）が形成されている。この第３
半導体層３４０は、第２半導体層３３０の仕事関数より
小さな仕事関数を有している。第２半導体層３３０の内
部には、第２不純物濃度程度もしくはこれよりも高い不
純物濃度を有する第３不純物濃度の半導体部３６０（チ
ャネル格子）が埋設されている。半導体部３６０は、シ
ョットキ電極３５０をその厚み方向に貫く延長線上に設
置されている。本実施例の半導体部３６０は、ストライ
プ形状を有している。この半導体光電陰極に光が入射す
ることによって、半導体光電陰極内において発生した電
子は、半導体光電陰極内の電界によって第１半導体層３
２０から活性層３４０方向に走行する。第２半導体層３
３０内には、櫛形の半導体部３６０が埋設されているの
で、この電子は半導体部３６０によって効率よくストラ
イプ３５０の隙間方向へ曲げらる。ストライプ３５０の
隙間には活性層３４０が配置されているので、この電子
が第３半導体層３４０の表面から高い均一性で放出され
ることになる。なお、半導体基板３１０にはこの基板３
１０にバイアスを印加するためのオーミック電極３７０
が設置されている。また、半導体部３６０には、この半
導体部にバイアスを印加するための電極（リード）ＲＥ
５が電気的に接続されている。On the surface of the second semiconductor layer 330, there is a third gap in the gap between the Schottky electrodes 350 in stripes.
A semiconductor layer 340 (active layer) is formed. This third
The semiconductor layer 340 has a work function smaller than that of the second semiconductor layer 330. Inside the second semiconductor layer 330, a semiconductor portion 360 (channel lattice) having a third impurity concentration of about the second impurity concentration or higher than the second impurity concentration is embedded. The semiconductor portion 360 is installed on an extension line that penetrates the Schottky electrode 350 in the thickness direction. The semiconductor portion 360 of this embodiment has a stripe shape. Electrons generated in the semiconductor photocathode when light is incident on the semiconductor photocathode are generated by the electric field in the semiconductor photocathode.
Travel from 20 toward the active layer 340. Second semiconductor layer 3
Since the comb-shaped semiconductor portion 360 is embedded in the semiconductor chip 30, the electrons are efficiently bent by the semiconductor portion 360 in the gap direction of the stripe 350. Since the active layer 340 is disposed in the gap between the stripes 350, the electrons are emitted from the surface of the third semiconductor layer 340 with high uniformity. It should be noted that the semiconductor substrate 310 includes the substrate 3
Ohmic electrode 370 for applying bias to 10
Is installed. Further, the semiconductor portion 360 has an electrode (lead) RE for applying a bias to this semiconductor portion.
5 is electrically connected.

【００５７】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図１１は、実施例に係る半導体光電陰極を一部破断
して示す斜示図である。この半導体光電陰極は、図１に
示したショットキ電極５０をショットキ電極５０ａ，５
０ｂ…に分割したものである。ショットキ電極５０ａと
ショットキ電極５０ｂとは電気的に絶縁されているの
で、電極５０ａにはショットキ電極５０ｂと独立した電
位を印加することができる。なお、他の要素（１０，２
０，３０，４０，６０，７０，ＲＥ５，６０１）の構成
材料および不純物濃度は、図１に示した要素と同じであ
る。Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a perspective view showing a partially broken semiconductor photocathode according to the example. In this semiconductor photocathode, the Schottky electrode 50 shown in FIG.
It is divided into 0b ... Since the Schottky electrode 50a and the Schottky electrode 50b are electrically insulated, a potential independent of the Schottky electrode 50b can be applied to the electrode 50a. Other elements (10, 2
0, 30, 40, 60, 70, RE 5, 601) and the constituent materials and the impurity concentration are the same as those shown in FIG.

【００５８】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図１２は、この実施例にかかる半導体光電陰極を一
部破断して示す斜示図である。図１３（ａ）は、図１２
に示した半導体光電陰極の平面図であり、図１３（ｂ）
は、図１３（ａ）の半導体光電陰極を線分Ａ−Ａ´に沿
って切った半導体光電陰極の断面図である。なお、図１
３（ａ）は、この半導体光電陰極の構造を分かりやすく
説明するため、図１３（ｂ）に示される活性層４０が省
略されて描かれている。この半導体光電陰極は、図１１
に示したショットキ電極５０ａ，５０ｂに夫々リード電
極５０ａ´，５０ｂ´を接続したものである。リード電
極５０ａ´の終端部分は、ショットキ電極５０ａに電位
を与えるための端子を構成しており、リード電極５０ｂ
´の終端部分は、ショットキ電極５０ｂに電位を与える
ための端子を構成している。電極５０ａおよび電極５０
ｂと電極５０ｃおよび電５０極ｄとの間にリード電極が
配置されており、このリード電極５０ａ´または５０ｂ
´が活性層４０から放出された電子の通過を邪魔するこ
とがない。なお、他の要素（１０，２０，３０，４０，
６０，７０，ＲＥ５，６０１）の構成材料および不純物
濃度は、図１１に示した要素と同じである。Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a partial perspective view showing the semiconductor photocathode according to this embodiment. FIG. 13 (a) is the same as FIG.
13B is a plan view of the semiconductor photocathode shown in FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view of the semiconductor photocathode obtained by cutting the semiconductor photocathode of FIG. 13A along a line segment AA ′. Note that FIG.
3 (a) is illustrated with the active layer 40 shown in FIG. 13 (b) omitted in order to explain the structure of this semiconductor photocathode in an easy-to-understand manner. This semiconductor photocathode is shown in FIG.
Lead electrodes 50a 'and 50b' are connected to the Schottky electrodes 50a and 50b shown in FIG. The terminal portion of the lead electrode 50a 'constitutes a terminal for applying a potential to the Schottky electrode 50a, and the lead electrode 50b'
The terminal portion of ′ constitutes a terminal for applying a potential to the Schottky electrode 50b. Electrode 50a and electrode 50
a lead electrode is arranged between the electrode b and the electrode 50c and the electrode 50d, and the lead electrode 50a 'or 50b.
′ Does not hinder the passage of electrons emitted from the active layer 40. In addition, other elements (10, 20, 30, 40,
The constituent materials and the impurity concentrations of 60, 70, RE 5, 601) are the same as the elements shown in FIG.

【００５９】次に、図１２および図１３に示した半導体
光電陰極における電子放出の制御について説明する。以
下では、光が半導体光電陰極に入射することにより電子
を半導体光電陰極内に蓄積する「蓄積モード」、この電
子を放出する「放出モード」、半導体部に外部から電圧
を印加することにより半導体光電陰極内に蓄積された電
子を半導体光電陰極に取り付けられた導体に吸収させる
「吸収モード」について説明する。Next, control of electron emission in the semiconductor photocathode shown in FIGS. 12 and 13 will be described. In the following, "accumulation mode" in which electrons are accumulated in the semiconductor photocathode when light enters the semiconductor photocathode, "emission mode" in which the electrons are emitted, and semiconductor photoelectric conversion is performed by applying a voltage to the semiconductor portion from the outside. The "absorption mode" in which the conductors attached to the semiconductor photocathode absorb the electrons accumulated in the cathode will be described.

【００６０】（蓄積モード） 図１４（ａ）は、図１２および図１３に示した半導体光
電陰極に陽極９０を接続した半導体光電陰極装置の断面
図である。同図内において、電極７０は、半導体基板１
０に取り付けられており、符号９０１、９０２、５０１
は、オーミック電極を表している。電極７０とアノード
９０との間には電源Ｖ₁ が接続されており、電極７０の
電位よりもアノード９０の電位はＶ₁ （ボルト）高い。
電極７０とショットキ電極５０ｃ、５０ｄには各々電源
Ｖ₂ ，Ｖ ₃ が接続されており、電極７０の電位よりもシ
ョットキ電極５０ｃ、５０ｄの電位の方が各々Ｖ₂ ，
Ｖ ₃ （ボルト），高い。電位Ｖ₂ ，Ｖ ₃ は電位Ｖ₁ よりも
低く、この電圧源Ｖ₂ ，Ｖ ₃ は可変である。なお、ここで
は、ショットキ電極５０ｃとショットキ電極５０ｄとは
接続されており、これらの電極５０ｃ、５０ｄには共通
の電位Ｖ₂ が与えられることとする。(Storage Mode) FIG. 14A is a sectional view of the semiconductor photocathode device in which the anode 90 is connected to the semiconductor photocathode shown in FIGS. 12 and 13. In the figure, the electrode 70 is the semiconductor substrate 1
No. 901, 902, 501
Represents an ohmic electrode. A power source V ₁ is connected between the electrode 70 and the anode 90, and the potential of the anode 90 is higher than the potential of the electrode 70 by V ₁ (volt).
Power supplies V ₂ and V ₃ are connected to the electrode 70 and the Schottky electrodes 50c and 50d, respectively , and the potentials of the Schottky electrodes 50c and 50d are higher than the potential of the electrode 70 by V ₂ and V ₂ , respectively .
V ₃ (volts), high. The potentials V ₂ and V ₃ are lower than the potential V ₁ , and the voltage sources V ₂ and V ₃ are variable. Note that, here, the Schottky electrode 50c and the Schottky electrode 50d are connected, and a common potential V ₂ is applied to these electrodes 50c and 50d.

【００６１】また、この半導体光電陰極は、半導体部６
０にオーミック電極６０１，６０２，６０３が取付けら
れており、それぞれのオーミック電極６０１，６０２，
６０３にリード線６０１ａ，６０２ａ、６０３ａが接続
されている。Further, this semiconductor photocathode has the semiconductor section 6
The ohmic electrodes 601, 602, 603 are attached to the respective 0.
Lead wires 601a, 602a, 603a are connected to 603.

【００６２】図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＸ−Ｘ´
を結ぶ線上の半導体光電陰極のエネルギーバンド図であ
る。図１４（ｂ）の実線Ａは、半導体部６０にバイアス
を印加しない場合の伝導帯下端Ｅｃのエネルギー準位を
示している。半導体部６０に正の電圧を印加すると、伝
導帯下端Ｅｃのエネルギー準位は実線Ａで示される位置
から図面の下方向に移動し、２点鎖線Ｂで示される位置
にくる。一方、半導体部６０に負の電圧を印加すると、
伝導帯下端Ｅｃのエネルギー準位は実線Ａで示される位
置から図面の上方向に移動し、１点鎖線Ｃで示される位
置にくる。FIG. 14B shows the line XX 'in FIG.
It is an energy band diagram of the semiconductor photocathode on the line connecting the. A solid line A in FIG. 14B shows the energy level of the conduction band lower end Ec when the semiconductor section 60 is not biased. When a positive voltage is applied to the semiconductor portion 60, the energy level at the lower end Ec of the conduction band moves from the position indicated by the solid line A to the downward direction in the drawing and reaches the position indicated by the chain double-dashed line B. On the other hand, when a negative voltage is applied to the semiconductor section 60,
The energy level at the lower end Ec of the conduction band moves upward from the position indicated by the solid line A to the position indicated by the alternate long and short dash line C.

【００６３】電極７０の電位を０ボルトとすると、アノ
ード９０の電位はＶ₁ ボルトである。Ｖ₁ ボルトは＋９
０ボルトに設定する。ショットキ電極５０ｃの電位はＶ
₂ ボルトである。Ｖ₂ ボルトは０〜＋１ボルトに設定す
る。半導体部６０の電位はＶ₅ ボルトである。When the potential of the electrode 70 is 0 volt, the potential of the anode 90 is V ₁ volt. V ₁ volt is +9
Set to 0 volts. The potential of the Schottky electrode 50c is V
It is ₂ volts. The V ₂ volt is set to 0 to +1 volt. The potential of the semiconductor portion 60 is V ₅ volts.

【００６４】まず、Ｖ₅ ボルトを０〜−０．３ボルトに
設定する。この状態で、第１半導体層２０に光ｈνが入
射すると、この第１半導体層２０内において発生した電
子ｅは、第２半導体層３０内にはいる。図１４（ａ）の
一点鎖線より上（図面の上）の領域は、半導体部６０と
第２半導体層３０との濃度差により形成された空乏領域
であるので、この領域を除いた斜線部の領域（Ａ１，Ｂ
１）に電子が蓄積する。したがって、第１半導体層２０
から活性層４０方向への電子の通り道は、この空乏領域
によりカットされる（ピンチオフ状態）。First, V ₅ volt is set to 0 to -0.3 volt. When light hν enters the first semiconductor layer 20 in this state, the electrons e generated in the first semiconductor layer 20 enter the second semiconductor layer 30. The region above the dashed-dotted line in FIG. 14A (above the drawing) is a depletion region formed by the difference in concentration between the semiconductor portion 60 and the second semiconductor layer 30, and therefore the shaded area excluding this region is shown. Area (A1, B
Electrons accumulate in 1). Therefore, the first semiconductor layer 20
The path of electrons from the direction toward the active layer 40 is cut by this depletion region (pinch-off state).

【００６５】図１４（ｃ）は、図１４（ａ）のＹ−Ｙ´
を結ぶ線上の半導体光電陰極のエネルギーバンド図であ
る（Ｖ₂ ＝０〜１ボルト）。図１４（ｂ）および図１４
（ｃ）に示すように、第１半導体層１０内において発生
した電子ｅは、第２半導体層３０内に蓄積される。すな
わち、この半導体光電陰極は、Ｖ₂ およびＶ₃ が０から
１ボルトの時に同図（ｃ）の実線で示されるエネルギー
状態をとり、さらに、Ｖ₄ およびＶ₅ が０からー０．３
ボルトのときに同図（ｃ）の点線で示されるエネルギー
状態をとる。FIG. 14 (c) shows the line YY 'in FIG. 14 (a).
It is an energy band diagram of the semiconductor photocathode on the line connecting (V ₂ = 0 to 1 volt). 14 (b) and 14
As shown in (c), the electrons e generated in the first semiconductor layer 10 are accumulated in the second semiconductor layer 30. That is, this semiconductor photocathode takes the energy state shown by the solid line in FIG. 7C when V ₂ and V ₃ are 0 to 1 volt, and further, V ₄ and V ₅ are 0 to −0.3.
When the bolt is used, the energy state shown by the dotted line in FIG.

【００６６】（放出モード）図１４（ｄ）は、図１４
（ａ）のＸ−Ｘ´を結ぶ線上の半導体光電陰極のエネル
ギーバンド図である（Ｖ₂ ＝３〜数１０ボルト）。この
ように、第２半導体層３０内に蓄積された電子ｅは、シ
ョットキ電極５０ｃと電極７０との間に数１０ボルトの
電圧を加えることにより、半導体光電陰極から放出され
る。(Discharge mode) FIG.
It is an energy band diagram of a semiconductor photocathode line connecting the X-X'of (a) (V ₂ = 3~ number 10 volts). In this way, the electrons e accumulated in the second semiconductor layer 30 are emitted from the semiconductor photocathode by applying a voltage of several tens of volts between the Schottky electrode 50c and the electrode 70.

【００６７】（吸収モード）ここで、半導体部６０に正
の電圧（例えば、０．６ボルト以上）を印加した場合、
すなわち、Ｖ₅ を＋２，３ボルトに設定した場合、半導
体光電陰極内で発生した電子ｅは、クーロン力により半
導体部６０に引き寄せられて吸収される。この吸収され
た電子ｅは、オーミック電極６０１または６０２を通っ
て電源Ｖ₅ に帰還される。これにより、開口率１００％
であって、構造的に画素分離が不要となり、また、信号
の変調が可能となる。(Absorption mode) Here, when a positive voltage (for example, 0.6 V or more) is applied to the semiconductor section 60,
That is, when V ₅ is set to +2,3 V, the electrons e generated in the semiconductor photocathode are attracted to the semiconductor section 60 by the Coulomb force and absorbed. The absorbed electrons e are returned to the power supply V ₅ through the ohmic electrode 601 or 602. As a result, the aperture ratio is 100%
However, pixel separation is structurally unnecessary, and the signal can be modulated.

【００６８】図１５は、図１３に示した半導体光電陰極
を用いた半導体光電陰極装置の断面図である。遮光材料
から構成される筒状の外側ケースＣＡ１の内壁には、透
明材料から構成される密閉容器（内側ケース）ＣＡ２が
嵌まっている。外側ケースＣＡ１の開口付近には、レン
ズＬ１が固定されている。半導体光電陰極装置の外側か
らこの半導体光電陰極装置内に入力された光は、レンズ
Ｌ１で集光されて、密閉容器ＣＡ２内に配置された半導
体光電陰極ＣＴ５上に像を結ぶ。半導体光電陰極ＣＴの
電極７０とリード電極５０ｃとの間には電圧源Ｖ₂ が接
続されている。また、密閉容器ＣＡ２内には、入射した
電子に感応する２次元イメージセンサＩＭ配置されてい
る。２次元イメージセンサＩＭは、このイメージセンサ
ＩＭの表面から入力された電子をリード線ＲＥ４から取
り出す装置である。イメージセンサＩＭは、入射して電
子に感応する層ＩＭ２と層ＩＭ２の裏面に設けられたバ
ックコンタクトＩＭ１とを備えており、バックコンタク
トＩＭ１にはリードＲＥ２が接続されている。リードＲ
Ｅ２とリードＲＥ１との間には、電圧源Ｖ₁ が接続され
ており、リードＲＥ１には電極７０が接続されているの
で、半導体光電陰極ＣＴ５から出射された電子はアノー
ドＩＭ方向に進行する。なお、密閉容器内の圧力は、大
気圧よりも低い圧力であり、１０^-5ｔｏｒｒ以下の圧力
であって、１０^-10 ｔｏｒｒ以下の圧力であることが望
ましい。したがって、図面の左側から半導体光電陰極装
置（微弱光検出管）に入力された光は、電気信号として
検出することができる。なお、カソードＣＴ５とアノー
ドＩＭとの間には、マイクロチャンネルプレート（ＭＣ
Ｐ）を配置することとしてもよい。この半導体光電陰極
装置（光検出管）たるイメージ管は、半導体部６０に電
気的に接続されたリードピンＲＥ５を有している。リー
ドピンＲＥ５は、密閉容器ＣＡ２を貫通している。半導
体光電陰極ＣＴ５のショットキ電極５０ｃおよび５０ｄ
に同時に電圧を印加することにより半導体光電陰極から
同時に電子を放出させてもよいし、ピクセル５０ｃ，５
０ｄごとに電圧を印加することにより半導体光電陰極Ｃ
Ｔ５から時系列に電子を放出させることとしてもよい。FIG. 15 is a sectional view of a semiconductor photocathode device using the semiconductor photocathode shown in FIG. A closed container (inner case) CA2 made of a transparent material is fitted on the inner wall of a cylindrical outer case CA1 made of a light-shielding material. A lens L1 is fixed near the opening of the outer case CA1. The light input into the semiconductor photocathode device from the outside of the semiconductor photocathode device is condensed by the lens L1 and forms an image on the semiconductor photocathode CT5 arranged in the closed container CA2. A voltage source V ₂ is connected between the electrode 70 of the semiconductor photocathode CT and the lead electrode 50c. In addition, a two-dimensional image sensor IM that is sensitive to incident electrons is arranged in the closed container CA2. The two-dimensional image sensor IM is a device that takes out electrons input from the surface of the image sensor IM from the lead wire RE4. The image sensor IM includes a layer IM2 that is incident and sensitive to electrons, and a back contact IM1 provided on the back surface of the layer IM2, and the lead RE2 is connected to the back contact IM1. Lead R
Since the voltage source V ₁ is connected between E2 and the lead RE1 and the electrode 70 is connected to the lead RE1, the electrons emitted from the semiconductor photocathode CT5 travel in the direction of the anode IM. The pressure in the closed container is lower than atmospheric pressure, preferably 10 ^-5 torr or less, and 10 ^-10 torr or less. Therefore, the light input to the semiconductor photocathode device (weak light detection tube) from the left side of the drawing can be detected as an electric signal. A microchannel plate (MC) is provided between the cathode CT5 and the anode IM.
P) may be arranged. The image tube, which is the semiconductor photocathode device (photodetection tube), has a lead pin RE5 electrically connected to the semiconductor portion 60. The lead pin RE5 penetrates the closed container CA2. Schottky electrodes 50c and 50d of the semiconductor photocathode CT5
Electrons may be simultaneously emitted from the semiconductor photocathode by applying a voltage simultaneously to the pixels 50c, 5
By applying a voltage every 0d, the semiconductor photocathode C
Electrons may be emitted in time series from T5.

【００６９】以上のように、本発明における半導体光電
陰極には、蓄積モード、放出モードおよび吸収モードが
あることが説明された。本願発明者らは、この原理を応
用して半導体光電陰極における電子の放出位置を、半導
体光電陰極の外部から印加される電圧により、ピクセル
ごとに制御するタイプの半導体光電陰極を発明した。以
下の説明においては、説明の便宜上、このタイプの半導
体光電陰極を「アドレス指定型半導体光電陰極」と記載
することとする。As described above, it has been explained that the semiconductor photocathode of the present invention has the accumulation mode, the emission mode and the absorption mode. The present inventors have applied this principle to invent a semiconductor photocathode of a type in which the position of electron emission in the semiconductor photocathode is controlled for each pixel by a voltage applied from the outside of the semiconductor photocathode. In the following description, for convenience of description, this type of semiconductor photocathode will be referred to as “addressable semiconductor photocathode”.

【００７０】図１６および図１７は、アドレス指定型半
導体光電陰極の斜示図である。この半導体光電陰極は、
これまでに説明してきた半導体部６０を複数の半導体部
６０ａ〜６０ｆに代えたものである。図１６では、説明
の便宜上、他の要素は一点鎖線で示すか省略して示して
ある。半導体部６０ａ〜６０ｆは第２半導体層３０に埋
設されている。半導体部６０ａ、６０ｂおよび６０ｃ
は、お互いに平行であり、ストライプ状に並んでいる。
半導体部６０ｃ、６０ｄおよび６０ｅもお互いに平行で
あり、ストライプ状に並んでいる。半導体部６０ａと半
導体部６０ｃとはねじれの位置にあり、これらの半導体
部６０ａと半導体部６０ｃは直交している。また、半導
体部６０ｂと半導体部６０ｅとはねじれの位置にあり、
これらの半導体部６０ｂと半導体部６０ｅは直交してい
る。半導体部６０ｃと半導体部６０ｆとはねじれの位置
にあり、これらの半導体部６０ｃと半導体部６０ｆは直
交している。したがって、これらの半導体部６０ａ〜６
０ｃよりなる列は、半導体部６０ｄ〜６０ｆよりなる行
に直交している。各半導体部６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，
６０ｄ，６０ｅ，６０ｆには、それぞれ、リードピンφ
ｍ₁ ，φｍ₂ ，φｍ₃，φｎ₁ ，φｎ₂ ，φｎ₃ が電気
的に接続されており、各半導体部６０ａ，６０ｂ，６０
ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｆの電位は独立に制御できる
ようにされている。16 and 17 are perspective views of an addressable semiconductor photocathode. This semiconductor photocathode is
The semiconductor section 60 described so far is replaced with a plurality of semiconductor sections 60a to 60f. In FIG. 16, for convenience of explanation, other elements are shown by dashed lines or omitted. The semiconductor parts 60a to 60f are embedded in the second semiconductor layer 30. Semiconductor parts 60a, 60b and 60c
Are parallel to each other and are arranged in stripes.
The semiconductor parts 60c, 60d, and 60e are also parallel to each other and are arranged in stripes. The semiconductor portion 60a and the semiconductor portion 60c are in a twisted position, and the semiconductor portion 60a and the semiconductor portion 60c are orthogonal to each other. Further, the semiconductor portion 60b and the semiconductor portion 60e are in a twisted position,
The semiconductor portion 60b and the semiconductor portion 60e are orthogonal to each other. The semiconductor portion 60c and the semiconductor portion 60f are in a twisted position, and the semiconductor portion 60c and the semiconductor portion 60f are orthogonal to each other. Therefore, these semiconductor parts 60a-6
The column formed by 0c is orthogonal to the row formed by the semiconductor units 60d to 60f. Each semiconductor part 60a, 60b, 60c,
60d, 60e, and 60f have lead pins φ, respectively.
m ₁ , φm ₂ , φm ₃ , φn ₁ , φn ₂ , and φn ₃ are electrically connected to each other, and each semiconductor portion 60a, 60b, 60
The potentials of c, 60d, 60e, and 60f can be controlled independently.

【００７１】半導体光電陰極の厚み方向において、半導
体部６０ａと半導体部６０ｂとに挟まれた領域であっ
て、半導体部６０ｄと半導体部６０ｅとに挟まれた領
域、すなわち、図１６中のＲ_m1n1で示される領域からの
み電子を放出させるためには、以下のようにリードピン
φｍ₁ ，φｍ₂ ，φｍ₃ ，φｎ₁ ，φｎ₂ ，φｎ₃ に電
圧を印加すればよい。In the thickness direction of the semiconductor photocathode, a region sandwiched between the semiconductor portion 60a and the semiconductor portion 60b, a region sandwiched between the semiconductor portion 60d and the semiconductor portion 60e, that is, R _{m1n1 in} FIG. In order to emit electrons only from the region indicated by, a voltage may be applied to the lead pins φm ₁ , φm ₂ , φm ₃ , φn ₁ , φn ₂ and φn ₃ as follows.

【００７２】このためには、まず、表面電極５０に＋
０．３ボルトを印加する。リードピンφｍ₁ 、φｍ₂ 、
φｎ₁ ，φｎ₂ に−０．２ボルトを印加する。リードピ
ンφｍ₃ ，φｎ₃ に＋３ボルトを印加する。したがっ
て、領域Ｒ_m1n1において電子は蓄積されるが、その他の
領域においては、電子は吸収される。つぎに、表面電極
５０に＋３．５ボルトを印加すると、領域Ｒ_m1n1に蓄積
された電子は放出される。なお、図示しないアノードに
は９０ボルトを印加しておく。For this purpose, first, the surface electrode 50 is +
Apply 0.3 volts. Lead pin φm ₁ , φm ₂ ,
Apply -0.2 V to φn ₁ and φn ₂ . + 3V is applied to the lead pins φm ₃ and φn ₃ . Therefore, the electrons are accumulated in the region R _m1n1 , but the electrons are absorbed in the other regions. Next, when +3.5 V is applied to the surface electrode 50, the electrons accumulated in the region R _m1n1 are emitted. Note that 90 V is applied to the anode (not shown).

【００７３】図１８は、図１７に示したショットキ電極
５０を分割した構造の半導体光電陰極を一部破断して示
す斜示図である。他の要素は、図１８および図１９に示
した半導体光電陰極と同一である。各リード電極５０ａ
´〜５０ｄ´には、互いに独立に電圧を印加することが
できる。もちろん、各々の半導体部６０ａ〜６０ｆにも
リードピンφｍ₁ 、φｍ₂ 、φｍ₃ ，φｎ₁ ，φｎ₂ ，
φｎ₃ を介して独立に電圧を印加することができる。こ
の構造を用いることにより、ピクセル５０ａ〜５０ｄご
とに、入射した光に感応して発生した電子を蓄積する
か、放出するか、または吸収するかの制御をおこなうこ
とができる。FIG. 18 is a perspective view showing a partially broken semiconductor photocathode having a structure in which the Schottky electrode 50 shown in FIG. 17 is divided. The other elements are the same as those of the semiconductor photocathode shown in FIGS. 18 and 19. Each lead electrode 50a
Voltages can be applied to 'to 50d' independently of each other. Of course, the lead pins φm ₁ , φm ₂ , φm ₃ , φn ₁ , φn ₂ , and the semiconductor pins 60a to 60f are also provided.
Voltages can be applied independently via φn ₃ . By using this structure, it is possible to control, for each of the pixels 50a to 50d, whether to accumulate, emit, or absorb electrons generated in response to incident light.

【００７４】図１９は、図１８に示した半導体光電陰極
ＣＴ７を用いたイメージ管を一部断面を用いて示す斜示
図である。このイメージ管は、真空容器ＣＡ２内に配置
された半導体光電陰極ＣＴ７と、この半導体光電陰極Ｃ
Ｔ７の電子放出面に対して対向配置され、入射した電子
に感応するイメージセンサＣＣＤとを備えている。真空
容器ＣＡ２の外周面は、容器ＣＡ２内に配置されてい
る。容器ＣＡ２内に配置されたレンズＬ１は、これと半
導体光電陰極ＣＴ７との間の距離がレンズＬ１の焦点距
離に等しくなるように容器ＣＡ２に固定されている。容
器ＣＡ２は、遮光部材からできており、不要な光がレン
ズＬ１を介さずに真空容器ＣＡ２内に入射されないよう
にしてある。図１８に示した半導体光電陰極ＣＴ７の半
導体部６０ａ〜６０ｆには、リードピンφｍ₁ 、φ
ｍ₂ 、φｍ₃ ，φｎ₁ ，φｎ₂ ，φｎ₃が接続されてお
り、これらのリードピンφｍ₁ 、φｍ₂ 、φｍ₃ ，φｎ
₁ ，φｎ₂ ，φｎ₃ は、真空容器（大気よりも低い圧力
であって、好ましくは１０^-10 ｔｏｒｒ以下の圧力を内
部に有する密閉容器）ＣＡ２を貫通している。図１８に
示した半導体光電陰極ＣＴ７のリード電極５０ａ´，５
０ｂ´には、リードピン５００ａ´，５００ｂ´が接続
されており、これらのリードピン５００ａ´，５００ｂ
´も真空容器ＣＡ２を貫通している。イメージセンサＣ
ＣＤの裏面にはバックコンタクトＢＫ１が取り付けられ
ており、このバックコンタクトＢＫ１には、リードピン
ＢＫ１´が接続されている。リードピンＢＫ１´も真空
容器ＣＡ２を貫通している。FIG. 19 is an oblique view showing an image tube using the semiconductor photocathode CT7 shown in FIG. 18 with a partial cross section. This image tube includes a semiconductor photocathode CT7 arranged in a vacuum container CA2 and a semiconductor photocathode C.
The image sensor CCD is arranged to face the electron emission surface of T7 and is sensitive to the incident electrons. The outer peripheral surface of the vacuum container CA2 is arranged in the container CA2. The lens L1 arranged in the container CA2 is fixed to the container CA2 such that the distance between the lens L1 and the semiconductor photocathode CT7 is equal to the focal length of the lens L1. The container CA2 is made of a light shielding member so that unnecessary light does not enter the vacuum container CA2 without passing through the lens L1. The semiconductor portion 60a~60f semiconductor photocathode CT7 shown in FIG. 18, the lead pin [phi] m _1, phi
m ₂ , φm ₃ , φn ₁ , φn ₂ and φn ₃ are connected, and these lead pins φm ₁ , φm ₂ , φm ₃ and φn are connected.
₁ , φn ₂ and φn ₃ pass through a vacuum container (closed container having a pressure lower than atmospheric pressure and preferably 10 ⁻¹⁰ torr or less) CA2. Lead electrodes 50a ', 5 of the semiconductor photocathode CT7 shown in FIG.
Lead pins 500a 'and 500b' are connected to 0b ', and these lead pins 500a' and 500b are connected.
′ Also penetrates the vacuum container CA2. Image sensor C
A back contact BK1 is attached to the back surface of the CD, and a lead pin BK1 'is connected to the back contact BK1. The lead pin BK1 'also penetrates the vacuum container CA2.

【００７５】以上、説明したように、本発明に係る半導
体光電陰極は、光を検出する機器に適用することができ
る。上記では半導体光電陰極を用いたイメージ管につい
て説明したが、これは、電子増倍管やストリークカメラ
にも適用することが可能である。すなわち、半導体光電
陰極を利用した装置は、マイクロチャンネルプレート
（ＭＣＰ）やダイノードあるいは二次電子増倍部をアノ
ードとカソードとの間に設けることとしてもよく、電子
の軌道を偏向する偏向電極をアノードとカソードとの間
に設けることとしてもよい。さらには、アノードには蛍
光塗料を塗布した蛍光部材を用いることとしてもよく、
蛍光材料を含んだ蛍光板を用いることとしてもよい。As described above, the semiconductor photocathode according to the present invention can be applied to a device for detecting light. Although the image tube using the semiconductor photocathode has been described above, it can be applied to an electron multiplier and a streak camera. That is, in a device using a semiconductor photocathode, a microchannel plate (MCP), a dynode, or a secondary electron multiplier may be provided between the anode and the cathode, and a deflection electrode for deflecting the trajectory of electrons is used as the anode. It may be provided between the cathode and the cathode. Furthermore, a fluorescent member coated with fluorescent paint may be used for the anode,
A fluorescent plate containing a fluorescent material may be used.

【００７６】[0076]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、第２半導
体層の内部または表面には、半導体部が配置されている
ので、電子はショットキ電極の開口方向へ走行する。シ
ョットキ電極の開口内または開口を貫く軸の延長線上に
は第３半導体層が形成されているので、電子はこの第３
半導体層内に導入される。このように電子はショットキ
電極をさけて第３半導体層から真空中へ放出されるので
ショットキ電極でこの電子が吸収される割合が減少す
る。したがって、入射した光のエネルギーに対して陽極
で収集される電子の量が増加し、このような半導体光電
陰極を用いた半導体光電陰極は高い検出感度を保持する
ことができる。また、半導体部を配置することで、開口
率１００％で、構造上の画素分離が不要となり、また、
信号の変調も可能となる。As described above, according to the present invention, since the semiconductor portion is disposed inside or on the surface of the second semiconductor layer, electrons travel in the opening direction of the Schottky electrode. Since the third semiconductor layer is formed in the opening of the Schottky electrode or on the extension line of the axis penetrating the opening, electrons are emitted from the third semiconductor layer.
Introduced into the semiconductor layer. In this way, the electrons are emitted from the third semiconductor layer into the vacuum by avoiding the Schottky electrode, so that the proportion of the electrons absorbed by the Schottky electrode is reduced. Therefore, the amount of electrons collected at the anode increases with respect to the energy of the incident light, and the semiconductor photocathode using such a semiconductor photocathode can maintain high detection sensitivity. Further, by arranging the semiconductor portion, the aperture ratio is 100%, structural pixel separation is unnecessary, and
It is also possible to modulate the signal.

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

【図１】第１実施例に係る半導体光電陰極の斜視図であ
る。FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor photocathode according to a first embodiment.

【図２】図２は、図１の半導体光電陰極ＣＴを線分Ａ−
Ａに沿って切った断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the semiconductor photocathode CT of FIG.
It is sectional drawing cut | disconnected along A.

【図３】図１の半導体光電陰極ＣＴの線分Ａ−Ａおよび
線分Ｂ−Ｂを含む部分を抜き出して示した平面図
（ａ）、同図（ａ）の線分Ａ−Ａ断面における半導体光
電陰極ＣＴのエネルギーバンド図（ｂ）および線分Ｂ−
Ｂ断面における半導体光電陰極ＣＴのエネルギーバンド
図（ｃ）である。なお、同図（ｂ）および（ｃ）は、半
導体光電陰極ＣＴにバイアスを印加しない場合のエネル
ギーバンド図である。3 is a plan view (a) showing a portion including a line segment AA and a line segment BB of the semiconductor photocathode CT shown in FIG. 1 and a cross section taken along line AA of FIG. 3 (a). Energy band diagram (b) and line segment B- of the semiconductor photocathode CT
It is an energy band figure (c) of the semiconductor photocathode CT in the B cross section. It should be noted that FIGS. 7B and 7C are energy band diagrams when a bias is not applied to the semiconductor photocathode CT.

【図４】図１の半導体光電陰極ＣＴの線分Ａ−Ａおよび
線分Ｂ−Ｂを含む部分を抜き出して示した平面図
（ａ）、同図（ａ）の線分Ａ−Ａ断面上における半導体
光電陰極ＣＴのエネルギーバンド図（ｂ）および線分Ｂ
−Ｂ断面上における半導体光電陰極ＣＴのエネルギーバ
ンド図（ｃ）である。なお、同図（ｂ）および（ｃ）
は、半導体光電陰極ＣＴにバイアスを印加した場合のエ
ネルギーバンド図である。FIG. 4 is a plan view (a) showing a portion including a line segment AA and a line segment BB of the semiconductor photocathode CT shown in FIG. 1, showing a cross section taken along the line AA line in FIG. 4 (a). Band diagram (b) and line segment B of the semiconductor photocathode CT in FIG.
It is an energy band diagram (c) of the semiconductor photocathode CT on the -B cross section. In addition, the same figure (b) and (c)
[Fig. 4] is an energy band diagram when a bias is applied to the semiconductor photocathode CT.

【図５】図５は、図４に示した電子の挙動をさらに分か
りやすく説明するための説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the behavior of the electrons shown in FIG. 4 in a more understandable manner.

【図６】図１に示した半導体光電陰極ＣＴが密閉容器内
に収納された半導体光電陰極装置を一部破断して示す斜
視図である。6 is a partially cutaway perspective view showing a semiconductor photocathode device in which the semiconductor photocathode CT shown in FIG. 1 is housed in a closed container.

【図７】図１に示した半導体光電陰極ＣＴの製造方法を
半導体光電陰極ＣＴの断面構成を用いて説明するための
説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor photocathode CT shown in FIG. 1 by using the sectional configuration of the semiconductor photocathode CT.

【図８】第１実施例に係る半導体光電陰極の他の構成を
厚み方向に切った断面を用いて示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing another structure of the semiconductor photocathode according to the first embodiment using a cross section cut in the thickness direction.

【図９】第１実施例に係る半導体光電陰極の他の構成を
厚み方向に切った断面を用いて示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing another structure of the semiconductor photocathode according to the first embodiment by using a cross section cut in the thickness direction.

【図１０】一実施例の半導体光電陰極の平面図（ａ）、
同図（ａ）中の線分Ａ−Ａ´に沿って切った断面図
（ｂ）、同図（ｂ）中の線分Ｂ−Ｂ´に沿って切った断
面図である。FIG. 10 is a plan view (a) of a semiconductor photocathode of one embodiment,
It is sectional drawing cut | disconnected along the line segment AA 'in the same figure (a), and sectional drawing cut | disconnected along the line segment BB' in the same figure (b).

【図１１】一実施例の半導体光電陰極を一部破断して示
す斜示図である。FIG. 11 is a perspective view showing a partially broken semiconductor photocathode of an example.

【図１２】一実施例の半導体光電陰極を一部破断して示
す斜示図である。FIG. 12 is a perspective view showing a partially broken semiconductor photocathode of an example.

【図１３】図１２に示した半導体光電陰極の平面図
（ａ）、同図（ａ）の線分Ａ−Ａ´に沿って切った断面
図（ｂ）である。13 is a plan view (a) of the semiconductor photocathode shown in FIG. 12, and a sectional view (b) taken along line AA ′ in FIG. 12 (a).

【図１４】半導体光電陰極および陽極の断面図（ａ）、
同図（ａ）中の線分Ｘ−Ｘ´に沿ったエネルギーバンド
図（ｂ）、同図（ａ）中の線分Ｙ−Ｙ´に沿ったエネル
ギーバンド図（電子蓄積時）（ｃ）、同図（ａ）中の線
分Ｙ−Ｙ´に沿ったエネルギーバンド図（電子放出時）
（ｄ）である。FIG. 14 is a sectional view of a semiconductor photocathode and an anode (a),
An energy band diagram (b) along the line segment XX 'in the same figure (a), an energy band diagram along a line segment YY' in the same figure (a) (at the time of electron accumulation) (c) , An energy band diagram along line Y-Y 'in FIG.
It is (d).

【図１５】半導体光電陰極ＣＴ６を実装した半導体光電
陰極装置の断面図である。FIG. 15 is a sectional view of a semiconductor photocathode device mounted with a semiconductor photocathode CT6.

【図１６】半導体光電陰極中の半導体部を透視して示す
斜示図である。FIG. 16 is a perspective view showing a semiconductor portion in a semiconductor photocathode as seen through.

【図１７】図１６に示した半導体光電陰極を一部破断し
て示す斜示図である。FIG. 17 is an oblique view showing the semiconductor photocathode shown in FIG. 16 with a part thereof cut away.

【図１８】図１７に示した半導体光電陰極におけるショ
ットキ電極の形状を変えた半導体光電陰極を一部破断し
て示す斜示図である。18 is a perspective view showing a partially broken semiconductor photocathode in which the shape of the Schottky electrode in the semiconductor photocathode shown in FIG. 17 is changed.

【図１９】図１８に示した半導体光電陰極を実装したイ
メージ管を一部破断して示す斜示図である。FIG. 19 is an oblique view of the image tube having the semiconductor photocathode shown in FIG. 18 partially cut away.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０…半導体基板、２０…第１半導体層、３０…第２半
導体層、４０…第３半導体層、５０…ショットキ電極、
６０…半導体部、７０…オーミック電極、９０…陽極。10 ... Semiconductor substrate, 20 ... First semiconductor layer, 30 ... Second semiconductor layer, 40 ... Third semiconductor layer, 50 ... Schottky electrode,
60 ... Semiconductor part, 70 ... Ohmic electrode, 90 ... Anode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 1/34 H01J 1/35 H01J 1/308 H01J 1/78 H01J 29/38 H01J 40/06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. ⁷ , DB name) H01J 1/34 H01J 1/35 H01J 1/308 H01J 1/78 H01J 29/38 H01J 40/06

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 入射される光に感応して発生した電子を
外部から電圧を印加することにより加速して放出する半
導体光電陰極において、ｐ型の第１半導体層と、前記第
１半導体層上に形成されたｐ型の第２半導体層と、開口
を有し、前記第２半導体層とショットキ接触を成して前
記第２半導体層の表面を覆うように形成されたショット
キ電極と、前記第２半導体層の仕事関数より小さな仕事
関数を有し、前記ショトキ電極の開口内に形成された第
３半導体層と、前記ショットキ電極をその厚み方向に貫
く延長線上であって、前記第２半導体層の内部に配置さ
れた半導体部と、前記半導体部に電圧を印加するために
設けられた導電体と、を備え、前記半導体部の形状は、
開口を有する前記ショットキ電極の形状に対応している
ことを特徴とする半導体光電陰極。1. A semiconductor photocathode that accelerates and emits electrons generated in response to incident light by applying a voltage from the outside, wherein a p-type first semiconductor layer and the first semiconductor layer are provided. A p-type second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, a Schottky electrode having an opening and being in Schottky contact with the second semiconductor layer to cover the surface of the second semiconductor layer, A third semiconductor layer having a work function smaller than that of the second semiconductor layer, the third semiconductor layer being formed in the opening of the Schottky electrode, and an extension line penetrating the Schottky electrode in the thickness direction thereof; And a conductor provided to apply a voltage to the semiconductor portion , wherein the shape of the semiconductor portion is
A semiconductor photocathode having a shape corresponding to the shape of the Schottky electrode having an opening . 【請求項２】 前記半導体部は環状の部分を有してお
り、この環状の部分内の面積は、前記ショトキ電極の前
記開口内の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１
に記載の半導体光電陰極。2. The semiconductor portion has an annular portion, and an area inside the annular portion is smaller than an area inside the opening of the Schottky electrode.
The semiconductor photocathode according to 1. 【請求項３】 前記半導体部はメッシュ形状を有してい
ることを特徴とする請求項２に記載の半導体光電陰極。3. The semiconductor photocathode according to claim 2, wherein the semiconductor portion has a mesh shape. 【請求項４】 前記第２半導体層は、この第２半導体層
と前記第１半導体層との界面近傍に、前記第２半導体層
内の前記第３半導体層側の領域のエネルギーバンドギャ
ップと前記第１半導体層のエネルギーバンドギャップと
の中間の広さのエネルギーバンドギャップを有する第１
グレーデッド層を有することを特徴とする請求項１に記
載の半導体光電陰極。4. The energy band gap of the second semiconductor layer in the vicinity of the interface between the second semiconductor layer and the first semiconductor layer and the energy band gap of a region on the side of the third semiconductor layer in the second semiconductor layer. A first semiconductor layer having an energy bandgap having a width intermediate to that of the first semiconductor layer;
The semiconductor photocathode according to claim 1, having a graded layer. 【請求項５】 前記半導体部は、ストライプ状に配置さ
れた半導体部分を含むことを特徴とする請求項１に記載
の半導体光電陰極。5. The semiconductor photocathode according to claim 1, wherein the semiconductor portion includes semiconductor portions arranged in a stripe shape. 【請求項６】 大気圧よりも低い圧力の環境を内部に提
供する密閉容器内に配置された半導体光電陰極と陽極と
を備える半導体光電陰極装置において、前記半導体光電
陰極は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された
ｐ型の第１半導体層と、前記第１半導体層上に形成され
たｐ型の第２半導体層と、開口を有し、前記第２半導体
層とショットキ接触を成して前記第２半導体層の表面を
覆うように形成されたショットキ電極と、前記第２半導
体層の仕事関数より小さな仕事関数を有し、前記ショッ
トキ電極の開口内に形成された第３半導体層と、前記シ
ョットキ電極をその厚み方向に貫く延長線上であって、
前記第２半導体層の内部に配置された半導体部と、前記
ショットキ電極に電気的に接続され、前記密閉容器を貫
通する第１接続ピンと、前記半導体基板または前記第１
半導体層に電気的に接続され、前記密閉容器を貫通する
第２接続ピンと、前記半導体部に電気的に接続され、前
記密閉容器を貫通する第３接続ピンと、を備え、前記陽
極は、この陽極に電気的に接続され、前記密閉容器を貫
通する第４接続ピンを備え、前記半導体部の形状は、開
口を有する前記ショットキ電極の形状に対応しているこ
とを特徴とする半導体光電陰極装置。6. A semiconductor photocathode device comprising a semiconductor photocathode and an anode, which are arranged in a closed container for providing an environment of a pressure lower than atmospheric pressure therein, wherein the semiconductor photocathode comprises a semiconductor substrate, and A p-type first semiconductor layer formed on a semiconductor substrate, a p-type second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, an opening, and a Schottky contact with the second semiconductor layer. And a Schottky electrode formed to cover the surface of the second semiconductor layer, and a third semiconductor layer having a work function smaller than that of the second semiconductor layer and formed in the opening of the Schottky electrode. And on an extension line that penetrates the Schottky electrode in its thickness direction,
A semiconductor portion disposed inside the second semiconductor layer, a first connection pin electrically connected to the Schottky electrode and penetrating the sealed container, the semiconductor substrate or the first
A second connection pin electrically connected to the semiconductor layer and penetrating the hermetically sealed container; and a third connection pin electrically connected to the semiconductor portion and penetrating the hermetically sealed container, wherein the anode is the anode It is electrically connected to, a fourth connecting pin penetrating the closed vessel, the shape of the semiconductor unit, open
A semiconductor photocathode device having a shape corresponding to the shape of the Schottky electrode having a mouth . 【請求項７】 前記第１半導体層は、この第１半導体層
と前記半導体基板との界面近傍に、前記第１半導体層内
の前記第２半導体層側の領域のエネルギーバンドギャッ
プと前記半導体基板のエネルギーバンドギャップとの中
間の広さのエネルギーバンドギャップを有する第２グレ
ーデッド層を有することを特徴とする請求項６に記載の
半導体光電陰極装置。7. The first semiconductor layer has, in the vicinity of an interface between the first semiconductor layer and the semiconductor substrate, an energy bandgap in a region on the second semiconductor layer side in the first semiconductor layer and the semiconductor substrate. The semiconductor photocathode device according to claim 6, further comprising a second graded layer having an energy bandgap having a width intermediate to that of the energy bandgap. 【請求項８】 前記半導体光電陰極装置は、前記半導体
光電陰極と前記陽極との間に配置された電子増倍器を含
むことを特徴とする請求項６に記載の半導体光電陰極装
置。8. The semiconductor photocathode device according to claim 6, wherein the semiconductor photocathode device includes an electron multiplier arranged between the semiconductor photocathode and the anode. 【請求項９】 前記陽極は、蛍光物質を含む部材を含む
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体光電陰極装
置。9. The semiconductor photocathode device according to claim 6, wherein the anode includes a member containing a fluorescent material.