JP3537515B2 - 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 emits electrons generated by the incidence of light by accelerating 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 U.S. Pat. No. 3,958,143 discloses a photocathode which forms an electric field inside a semiconductor by an external bias voltage, transfers photoelectrons to an emission surface, and emits the electrons into a vacuum.
T. shown in the E. FIG. There is a photocathode. T. E. FIG. The operating mechanism of the photocathode is as described in several documents, and if briefly described, a III-V semiconductor (p.
^- ) By forming a Schottky electrode over the entire surface and applying a positive potential, an inclined electric field is formed inside the photocathode to form photoelectrons, accelerate the photoelectrons, and transition to the upper conduction band to cross the surface barrier. Release into vacuum. Regarding the optical 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 the semiconductor photocathode, the efficiency of the Schottky electrode is 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 Application Laid-Open No. 4-269419 disclose techniques for manufacturing a semiconductor photocathode stably and 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 ordinary photodetectors. Improvement in efficiency is desired. It is considered that this low quantum efficiency is caused by the capture of the photoelectrons on the Schottky electrode formed on the surface.

【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 further 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、第２半導体層よりも広いエネルギーバン
ドギャップを有し、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。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor photocathode and a semiconductor photocathode device (photodetector tube, photodetector, etc.) for emitting electrons generated in response to incident light by accelerating and emitting electrons by applying a voltage from outside. Image tubes, photomultiplier tubes, streak cameras, image intensifiers, etc.). And this semiconductor photocathode
a p-type first semiconductor layer (light-absorbing layer), a p-type second semiconductor layer (electron transport layer) formed on the first semiconductor layer, an opening, and a Schottky contact with the second semiconductor layer. And a third semiconductor layer having a work function smaller than the work function of the second semiconductor layer and formed in the opening of the Schottky electrode. An active layer) and a semiconductor portion (channel grating) having an energy band gap wider than that of the second semiconductor layer and extending on a line extending through the Schottky electrode in the thickness direction thereof and arranged inside the second semiconductor layer. Comprising the semiconductor part
The shape corresponds to the shape of the Schottky electrode with an opening
I decided to do it.

【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半導体層よりも広
いエネルギーバンドギャップを有し、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
してもよい。Further, as another configuration 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 p-type second semiconductor layer are formed. A semiconductor portion having a wide energy band gap, formed on the second semiconductor layer, and a Schottky electrode having an opening and formed so as to make a Schottky contact with the semiconductor portion and cover the surface of the semiconductor portion; has a smaller work function than the work function of the second semiconductor layer, a on an extension passing through the openings of the Schottky electrode in the axial direction, and a third semiconductor layer formed on the second semiconductor layer, said semiconductor The shape of the part
May correspond to the shape of the Schottky electrode .

【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、第２半導体層よりも広いエネルギーバンド
ギャップを有し、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３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 an airtight container that provides an environment having a pressure lower than the atmospheric pressure therein. 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. And a third Schottky electrode having a work function smaller than the work function of the second semiconductor layer and formed in the opening of the Schottky electrode.
A semiconductor layer having an energy band gap wider than that of the second semiconductor layer and extending on a line extending through the Schottky electrode in the thickness direction thereof, and a semiconductor portion disposed inside the second semiconductor layer; A first connection pin that is electrically connected to and penetrates the sealed container; and a second connection pin that is electrically connected to the semiconductor substrate or the first semiconductor layer and penetrates the sealed container. The anode is electrically connected to the anode. It is connected, a third connecting pin penetrating the sealed container, the semiconductor
The shape of the body part is the shape of the Schottky electrode having an opening.
It is decided that it corresponds to .

【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。This semiconductor photocathode device may include an electron multiplier disposed between the semiconductor photocathode and the anode, and the anode may be formed of a member containing a fluorescent substance. The electron multiplier includes a dynode or the like, and multiplies electrons output from the semiconductor photocathode and inputs the multiplied electrons to the anode. When the anode includes a member containing a fluorescent substance, the light input to the semiconductor photocathode is irradiated on the fluorescent substance to convert the incident light into fluorescent light and output from the semiconductor photocathode device. be able to.

【００１０】[0010]

【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
りもその濃度が低い場合には、第２半導体層内には、第
１半導体層よりも広い範囲に空間電荷領域が発生する。
この空間電荷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, a hole or electron pair is generated in the first semiconductor layer when light or an electromagnetic wave is incident on the p-type first semiconductor layer. At this time, the electrons are excited to the lower limit energy level (first energy level) of the gamma valley of the conduction band. Since a higher potential is applied to the Schottky electrode than to the first semiconductor layer, electrons generated by receiving a force from the electric field generated thereby travel toward the Schottky electrode. When the concentration of the second semiconductor layer is lower than that of the first semiconductor layer, a space charge region is generated in the second semiconductor layer in a wider range than the first semiconductor layer.
An electric field is generated in this space charge region, and the traveling electrons receive energy and receive a satellite valley (L or X) that is higher than the lower energy level of the gamma valley in the conduction band.
Valley) or a higher energy level of the gamma valley (second energy level) and travels toward the Schottky electrode.

【００１１】一方、第２半導体層の内部または表面に
は、ショットキ電極をその厚み方向に貫く延長線上に第
２半導体層よりも広いエネルギーバンドギャップを有す
る半導体部が配置されているので、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、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。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、Ｃ
ｓ−Ｉ、Ｃｓ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｃｓ、Ｓｂ−Ｒｂ−Ｃｓ，
Ｓｂ−Ｋ−Ｃｓ、Ｓｂ−Ｎａ−Ｋ、Ｓｂ−Ｎａ−Ｋ−Ｃ
ｓ、Ａｇ−Ｏ−Ｃｓなどの組み合わせが列挙される。On the other hand, a semiconductor portion having an energy band gap wider than that of the second semiconductor layer is disposed inside or on the surface of the second semiconductor layer on an extension extending through the Schottky electrode in the thickness direction. The trajectory of the traveling electron is bent by the potential barrier generated due to the existence of the portion, and the electron travels in the opening direction of the Schottky electrode. Since the third semiconductor layer is formed in the opening of the Schottky electrode or on an extension of the axis passing through the opening, electrons are introduced into the third semiconductor layer. The third semiconductor layer has a work function smaller than the work function of the second semiconductor layer, and electrons are easily emitted from the third semiconductor layer into a vacuum. The third semiconductor layer is made of, for example, a compound semiconductor mainly composed of an alkali metal having a low work function.
That is, as the material of the third semiconductor layer, Cs-O, C
s-I, Cs-Te, Sb-Cs, Sb-Rb-Cs,
Sb-K-Cs, Sb-Na-K, Sb-Na-K-C
Combinations such as s and Ag-O-Cs are listed.

【００１２】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. If the area in the annular portion is smaller than the area in the opening of the Schottky electrode, electrons are efficiently opened by the semiconductor portion. Focused in the direction. Furthermore, if such a ring-shaped portion is combined to form a mesh shape, electrons can be emitted from the surface of the third semiconductor layer with high uniformity.

【００１３】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３接続ピンとの
間に第３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３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 disposing the semiconductor photocathode and the anode in an airtight container, the potential of the first connection pin is set 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 third connection pin so that the potential of the third connection pin is higher than the potential of the first connection pin. To use. In this state, the electrons emitted from the semiconductor photocathode are collected at the anode. Therefore, it is possible to extract a current corresponding to the light or electromagnetic wave incident from the third connection pin connected to the anode. A dynode or microchannel plate (MCP) for multiplying electrons emitted from the semiconductor photocathode is provided between the semiconductor photocathode and the anode.
May be further arranged.

【００１４】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 near the interface between the first semiconductor layer and the semiconductor substrate in a region on the second semiconductor layer side in the first semiconductor layer. By providing the second graded layer having an energy band gap of an intermediate width between the gap and the energy band gap of the semiconductor substrate, the crystallinity at 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 current.

【００１５】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。Further, the second semiconductor layer is provided near the interface between the second semiconductor layer and the first semiconductor layer, in the third semiconductor layer in the second semiconductor layer.
The second semiconductor layer and the first semiconductor layer may have a first graded layer having an energy band gap intermediate between the energy band gap of the semiconductor layer side region and the energy band gap of the first semiconductor layer. , The crystallinity of the interface can be maintained well, and the leakage current and the recombination current can be reduced. Further, the semiconductor portion may include a semiconductor portion arranged in a stripe shape.
These semiconductor portions may include a first semiconductor portion (60a) and a second semiconductor portion (60d) crossing each other.

【００１６】[0016]

【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 a 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.

【００１７】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.

【００１８】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 the present embodiment firstly
A p-type first semiconductor layer 20 (light absorbing layer) that generates electrons in response to the incidence of light is formed on a semiconductor substrate 10. The first semiconductor layer 20 has a first impurity concentration, and a second impurity concentration p-type second impurity having an impurity concentration lower than the first impurity concentration is formed on the first semiconductor layer 20.
A semiconductor layer 30 (electron transport layer) is formed. Further, a Schottky electrode 50 having a mesh shape or a lattice shape having an opening is formed so as to cover the surface of the second semiconductor layer 30. The Schottky electrode 50 is connected to the second
The Schottky contact is made with the semiconductor layer 30.

【００１９】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
度もしくはこれ以下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。The surface of the second semiconductor layer 30 is
The 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 the work function of the second semiconductor layer 30. In the second semiconductor layer 30, a semiconductor portion 60 (channel lattice) having a third impurity concentration having an impurity concentration of about the second impurity concentration or less is buried.
The semiconductor unit 60 is provided on an extension extending through the Schottky electrode 50 in the thickness direction.

【００２０】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。The semiconductor portion 60 has a mesh shape or a lattice shape, and an area in an annular portion defined by one lattice of the lattice shape is:
It is smaller than the area inside the opening of the Shotoki electrode 50. In addition,
The shape of the semiconductor portion 60 corresponds to the shape of the Schottky electrode. Thereby, the electrons are efficiently bent in the opening direction by the semiconductor portion 60, and the electrons are
Since 0 is a lattice shape, it is emitted from the surface of the third semiconductor layer with high uniformity. Note that an ohmic electrode 70 is provided on the p-type first semiconductor layer 20.

【００２１】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.

【００２２】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 のｐ型Ｉｎ
Ｐ半導体であり、半導体部６０は不純物濃度１×１０¹⁶
／ｃｍ³ 以下のｐ^- のＡｌＡｓＳｂ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 on the semiconductor substrate 10 by epitaxial growth.
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, p-type In with an impurity concentration of about 1 × 10 ¹⁷ / cm ³
The semiconductor portion 60 is a P semiconductor and has an impurity concentration of 1 × 10 ¹⁶
/ Cm ³ or less of p ^- is a AlAsSb semiconductor. Third
The semiconductor layer 40 is a (Cs · O) semiconductor having a work function smaller than the work function of the p-type second semiconductor layer 30.

【００２３】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の範囲は以
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 of -K-Cs, Ag-O-Cs, and the like are listed. Note that the following substances can be selected as materials for these semiconductor layers. That is, [semiconductor substrate 10, p-type first
The combination of constituent materials of the semiconductor layer 20 (light absorbing layer), the p-type second semiconductor layer 30 (electron transport layer), and the semiconductor portion 60 (channel lattice)] is a combination of materials that can achieve lattice matching between the layers. It is appropriate, and it is desirable that the difference between the lattice constants of the respective layers is within ± 0.3%. Therefore, the range of such a combination of constituent materials is as shown in the following table.

【００２４】[0024]

【表１】 [Table 1]

【００２５】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。Next, the operation of the semiconductor photocathode CT will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor photocathode CT of FIG. 1 taken along a line AA. Note that FIG. 3 shows an anode 90 provided to face 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. Note that the semiconductor photocathode CT and the anode 90 are arranged in an environment of 10 ^-10 torr or less. The pressure of the environment in which the semiconductor photocathode CT and the anode 90 are arranged is at least a pressure equal to or lower than the atmospheric pressure from the viewpoint of electron emission and is 10 ⁻⁵ torr.
It is desirably not more than r.

【００２６】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３
０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 first semiconductor layer 20 has a hole electron. A pair occurs. At this time, the electrons are excited to the lower limit energy level (first energy level) of the gamma valley of the conduction band. Since a higher potential is applied to the Schottky electrode 50 than the first semiconductor layer, the generated electrons travel toward the Schottky electrode 50 under the force of the electric field generated thereby. p-type second semiconductor layer 3
Since 0 has a lower concentration than the first semiconductor layer 20, an electric field stronger than the first semiconductor layer 20 is generated in the second semiconductor layer 30. The traveling electron receives energy due to this strong electric field, and receives energy from a satellite valley (L or X valley) higher than the lower energy level of the gamma valley in the conduction band or an energy level higher than the gamma valley (second energy). ) And travels in the direction of the Schottky electrode 50.

【００２７】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 line extends through the Schottky electrode 50 in the thickness direction thereof.
Since the semiconductor portion 60 having the impurity concentration is buried, the trajectory of the traveling electron is bent by the potential barrier generated due to the presence of the semiconductor portion 60, and the electron travels in the opening direction of the Schottky electrode 50. I do. Since the third semiconductor layer 40 is formed in the opening of the Schottky electrode 50, electrons are introduced into the third semiconductor layer 40. The third semiconductor layer 40 has a work function smaller than the work function of the second semiconductor layer 30, and electrons are easily emitted from the third semiconductor layer 40 into a vacuum. The emitted electrons receive a force in the direction of the anode 90 and travel in the direction of the anode 90.

【００２８】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 the semiconductor photocathode CT will be described with reference to an energy band diagram.

【００２９】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.
FIG. 3 is a plan view of a portion including a line segment AA and a line segment BB. Also, FIGS.
3A and 3B are energy band diagrams of the semiconductor photocathode CT taken along the line AA cross section and the line BB cross section in FIG. FIGS. 7B and 7C are energy band diagrams when no bias is applied to the semiconductor photocathode CT.

【００３０】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ＣＴ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。As is apparent from FIG.
Has a wider energy band gap than the second semiconductor layer 30, so that the energy level at the lower end of the conduction band Ec of the semiconductor portion 60 shifts more positively than the p-type second semiconductor layer. As a result, a potential barrier is formed inside the semiconductor photocathode CT, in which excited electrons do not easily travel toward the Schottky electrode 50.

【００３１】次にこの半導体光電陰極ＣＴ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 semiconductor photocathode CT will be described with reference to FIG.

【００３２】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.
FIG. 3 is a plan view of a portion including a line segment AA and a line segment BB. Also, FIGS.
3A and 3B are energy band diagrams of the semiconductor photocathode CT taken along the line AA cross section and the line BB cross section in FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram for more easily explaining the behavior of the electrons shown in FIG.

【００３３】図４（ｃ）から明らかなように、バイアス
を印加した場合においても半導体部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, even when a bias is applied, the semiconductor portion 60 has an energy band gap wider than that of the second semiconductor layer 30, so that the excited electrons E1 are generated. It functions as a potential barrier that does not easily travel in the direction of the Schottky electrode 50. Due to such a potential barrier, the electron E1 traveling in the second semiconductor layer 30 has its trajectory changed and travels in the direction of the third semiconductor layer 40 avoiding the semiconductor portion 60.

【００３４】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 is bent in the direction of the third semiconductor layer 40 formed in a region of the second semiconductor layer 30 where the Schottky electrode 50 is not formed. Can be That is, since the electron E1 passes through the region R between the semiconductor unit 60 and the semiconductor unit 60 adjacent to the semiconductor unit 60, the line segment AA
The density of the electron flow passing on the cross section will increase (see FIG. 5). When passing through the region R sandwiched between the semiconductor layers 60, as shown in FIG.
The electron E1 traveling in the second semiconductor layer 30 while being excited to the lower limit energy level of the gamma valley is accelerated by an electric field generated in the second semiconductor layer 30 to obtain energy. It is excited to a higher energy level in a satellite valley (L or X valley) or a gamma valley with a higher energy level than the level. After the electrons pass through the region R sandwiched between the semiconductor layers 60, the third semiconductor layer 40
Until it enters, the force in the direction of divergence acts on the electrons, but the distance between them is, for example, 0.5 to 2.0 μm,
Further, if the width between the semiconductor layer 60 and the Schottky electrode 50 is set so that the width of the semiconductor layer 60 ≧ the width of the Schottky electrode 50, the semiconductor substrate 10 and the first semiconductor
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 a vacuum as shown in FIG. 4B and FIG.

【００３５】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.
Is a perspective view showing a partially cutaway semiconductor photocathode device housed in a closed container.

【００３６】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３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３接続ピン９０ａは密閉容器１００を貫通している。
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１
１０は、容器１００に接着することとしてもよい。The semiconductor photocathode device of the present invention has a pressure lower than the atmospheric pressure (10 ⁻⁵ torr or less, preferably 10 ⁻⁵ torr or less).
⁽ A pressure of ^-10 torr or less). The semiconductor photocathode CT has a first connection pin 1 and a second connection pin 2 electrically connected thereto, and the anode 90 has a third connection pin 90a electrically connected thereto.
have. The first connection pin 1, the second connection pin 2, and the third connection pin 90a penetrate the closed container 100.
An incident window 110 into which light or an electromagnetic wave is incident is arranged on the anode 90 side of the semiconductor photocathode CT. Entrance window 1
10 may be adhered to the container 100.

【００３７】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３接続ピン９０ａとの間に第３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 a semiconductor photocathode CT and anode 90
The semiconductor photocathode device formed by arranging the first connection pin 1 and the second connection pin 2 in the closed container 100 has the potential of the first connection pin 1 between the first connection pin 1 and the second connection pin 2 that is higher than the potential of the second connection pin 2. A voltage is applied so as to be higher, and a voltage is applied between the second connection pin 2 and the third connection pin 90a such that the potential of the third 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 respectively formed of a metal 50a such as gold and a metal 7a.
The anode 90 has a third connection pin 90a connected to the first connection pin 1 and the second connection pin 2 via the first connection pin 0a.

【００３８】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.

【００３９】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. 6 is an explanatory diagram for describing the manufacturing method for the semiconductor photocathode CT using a cross-sectional configuration of the semiconductor photocathode CT.

【００４０】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, a semiconductor substrate 10 is prepared. Then, the first semiconductor layer 20 and the second semiconductor layer 20 are formed on the semiconductor substrate 10.
Semiconductor 30a, semiconductor layer 60a and resist layer 200
a were sequentially laminated (FIG. 7A). Each semiconductor layer is laminated by MBE (molecular beam epitaxial growth) method, MOCVD
An epitaxial growth method such as (organic metal vapor phase epitaxy) is used.

【００４１】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。Thereafter, the resist layer 200a was etched until it reached the semiconductor layer 60a from the surface 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). Thereafter, a material constituting the second semiconductor 30a is deposited on the second semiconductor 30a and the semiconductor unit 60 so as to cover the surfaces of the second semiconductor 30a and the semiconductor unit 60, thereby forming the second semiconductor layer 30 ( FIG.
(D)). Further, a Schottky electrode 50 was formed on the second semiconductor layer 30 so as to have the arrangement shown in FIG.
(E)). Next, the second semiconductor layer 30 is cleaned by heating it in an environment at a lower pressure than the atmosphere, and then 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.

【００４２】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, the semiconductor substrate 10, the first semiconductor layer 20, and the second semiconductor layer 30 are made of InP, InGaAs, and InP, respectively, and have a thickness of 200.
nm resist film was used.

【００４３】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
^--（１×１０¹⁷〜１×１０¹⁴／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 thickness of the second semiconductor layer 30 is suitably from 1.0 to 10 μm. The impurity concentration (carrier concentration) of the semiconductor unit 60 is p
^- (1 × 10 ¹⁷ to 1 × 10 ¹⁴ / cm ³ ). The thickness of the semiconductor portion 60 is suitably 0.5 to 2.0 μm.
The Schottky electrode 50 can be deposited on the second semiconductor layer 30 by a vacuum deposition method using a metal such as Al. In the present manufacturing method, the third semiconductor layer 40 is
s ₂ O, where Cs ₂ O is Cs (cesium) and O (oxygen)
, Or by alternately supplying a source gas containing these materials.

【００４４】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。Incidentally, the p-type first semiconductor layer 20 of the semiconductor photocathode CT shown in FIG.
Near the interface between the first semiconductor layer 20 and the semiconductor substrate 10,
a second graded energy band gap having an intermediate width 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 at the interface between the semiconductor substrate 10 and the p-type first semiconductor layer 20 can be kept good, and the leak current and the recombination current can be reduced. The second semiconductor layer 3 is efficiently rebounded by the potential barrier.
It is led to 0.

【００４５】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 is provided near the interface between the p-type second semiconductor layer 30 and the p-type first semiconductor layer 20 in the third semiconductor layer 40 in the p-type second semiconductor layer 30. First graded layer 3 having an energy band gap of an intermediate width between the energy band gap of second region 30a on the side and the energy band gap of first semiconductor layer 20
Even if it has 0b, the crystallinity at the interface between the p-type second semiconductor layer 30 and the p-type first semiconductor layer 20 can be maintained well, and the leakage current and the recombination current can be reduced.

【００４６】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, the 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 an intermediate lattice constant between the lattice constant of the second region 30a and the lattice constant of the first region 20a.

【００４７】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１０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１０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１０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。Although the ohmic electrode 70 is provided on the first semiconductor layer in the semiconductor photocathode CT shown in FIG. 1, it may be provided on the back surface of the semiconductor substrate 10 as shown in FIG. Good. Thus, the ohmic electrode 7
0 is set on the semiconductor substrate 10, the ohmic electrode 7 is compared with the semiconductor photocathode CT shown in FIG.
0 can be easily installed on the semiconductor substrate 10. Note that the present semiconductor photocathode CT2 may be provided with the second graded layer 20b and the first graded layer 30b similarly to the semiconductor photocathode CT1 shown in FIG.

【００４８】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 CT1) described with reference to FIGS.
2) can be installed in the closed container 100 shown in FIG.

【００４９】次に、半導体光電陰極の第２実施例につい
て図１０〜図１１を用いて説明する。なお、各半導体層
を構成する材料および不純物濃度は、図１を用いて説明
した半導体光電陰極ＣＴと同様である。Next, a second embodiment of the semiconductor photocathode will be described with reference to FIGS. The material and impurity concentration of each semiconductor layer are the same as those of the semiconductor photocathode CT described with reference to FIG.

【００５０】図１０に示す半導体光電陰極ＣＴ３は、図
３に示した半導体光電陰極ＣＴと第２半導体層３０内の
半導体部６０の位置が異なっている。すなわちこの半導
体光電陰極ＣＴ３は、半導体基板１０上にｐ型第１半導
体層２０、ｐ型第２半導体層３０および第３半導体層４
０が順次積層して形成されており、ｐ型第２半導体層３
０内には格子状の半導体部が埋め込まれている。そし
て、この埋め込まれた半導体部６０上の第３半導体層４
０の形成されていない面には、ショットキ電極５０が形
成されている。また、第１半導体層２０には、オーミッ
ク電極７０が設けられている。これらの電極５０および
電極７０は、それぞれ金などの金属５０ａおよび金属７
０ａを介して図示しない接続ピンに接続されている。陽
極９０は、第３半導体層４０に対向して配置されてお
り、図示しない接続ピンに接続されている。この半導体
光電陰極ＣＴ３および陽極９０は、図１に示した半導体
光電陰極ＣＴと同様に図６に示したような密閉容器１０
０内に設置される。The semiconductor photocathode CT3 shown in FIG. 10 differs from the semiconductor photocathode CT shown in FIG. 3 in the position of the semiconductor portion 60 in the second semiconductor layer 30. That is, the semiconductor photocathode CT3 is formed by forming the p-type first semiconductor layer 20, the p-type second semiconductor layer 30, and the third semiconductor layer 4 on the semiconductor substrate 10.
0 are sequentially laminated, and the p-type second semiconductor layer 3 is formed.
A lattice-shaped semiconductor portion is embedded in 0. Then, the third semiconductor layer 4 on the buried semiconductor portion 60
The Schottky electrode 50 is formed on the surface where no 0 is formed. An ohmic electrode 70 is provided on the first semiconductor layer 20. These electrodes 50 and 70 are made of metal 50a such as gold and metal 7a, respectively.
0a is connected to a connection pin (not shown). The anode 90 is arranged to face the third semiconductor layer 40 and is connected to a connection pin (not shown). The semiconductor photocathode CT3 and the anode 90 are the same as those of the semiconductor photocathode CT shown in FIG.
It is set in 0.

【００５１】図１１は、図１０に示した半導体光電陰極
ＣＴ３の製造方法を断面を用いて説明するための説明図
である。FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a method of manufacturing the semiconductor photocathode CT3 shown in FIG. 10 using a cross section.

【００５２】まず、半導体基板１０を用意する。そし
て、この半導体基板上に、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２００ａを
順次積層した（図１１（ａ））。各半導体層の積層はＭ
ＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法を用いた。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２０
０を形成した（図１１（ｂ））。次に、このレジスト２
００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１１（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１１（ｄ））。次に、第
２半導体層３０をその表面から半導体部６０が露出する
まで研磨した（図１１（ｅ））。そして、半導体部６０
の露出した面上に電極を形成した（図１１（ｆ））。最
後に、これらショットキ電極５０および第２半導体層３
０を覆うように第３半導体層４０を堆積して、図１０に
示した半導体光電陰極ＣＴ３を得た（図１１（ｇ））。First, a semiconductor substrate 10 is prepared. Then, the first semiconductor layer 20, the second semiconductor 30a, the semiconductor layer 60a, and the resist layer 200a were sequentially stacked on the semiconductor substrate (FIG. 11A). The lamination of each semiconductor layer is M
The BE (molecular beam epitaxial growth) method was used. Then, the resist layer 200a is etched until it reaches the semiconductor layer 60a from the surface, and the mesh-shaped resist 20 is formed.
0 was formed (FIG. 11B). Next, this resist 2
The semiconductor layer 60a was etched by using 00 as a mask to form a mesh-shaped semiconductor portion 60 (FIG. 11C).
Thereafter, a material constituting the second semiconductor 30a is deposited on the second semiconductor 30a and the semiconductor unit 60 so as to cover the surfaces of the second semiconductor 30a and the semiconductor unit 60, thereby forming the second semiconductor layer 30 ( FIG. 11D). Next, the second semiconductor layer 30 was polished until the semiconductor portion 60 was exposed from its surface (FIG. 11E). Then, the semiconductor unit 60
An electrode was formed on the exposed surface of (2) (FIG. 11 (f)). Finally, the Schottky electrode 50 and the second semiconductor layer 3
The semiconductor photocathode CT3 shown in FIG. 10 was obtained by depositing the third semiconductor layer 40 so as to cover 0 (FIG. 11 (g)).

【００５３】次に、半導体光電陰極の第３実施例につい
て図１２を用いて説明する。なお、各半導体層を構成す
る材料および不純物濃度は、図１を用いて説明した半導
体光電陰極ＣＴと同様である。Next, a third embodiment of the semiconductor photocathode will be described with reference to FIG. The material and impurity concentration of each semiconductor layer are the same as those of the semiconductor photocathode CT described with reference to FIG.

【００５４】図１２は、本実施例の半導体光電陰極ＣＴ
４を厚み方向に切った断面図である。この半導体光電陰
極ＣＴ４は、図３に示した半導体光電陰極ＣＴにおいて
第２半導体層３０内に設置されていた半導体部６０が、
第２半導体層３０と一面のみで接触されることとした構
造を有している。すなわち、本半導体光電陰極ＣＴ４
は、半導体基板１０上にｐ型の第１半導体層２０、ｐ型
の第２半導体層３０、第３半導体層４０および格子状の
半導体部６０が順次積層して形成されている。そして、
第２半導体層３０の表面、半導体部６０およびショット
キ電極を覆うように第３半導体層４０が形成されてい
る。また、第１半導体層２０には、オーミック電極７０
が設けられている。これらの電極５０および電極７０
は、それぞれ金などの金属５０ａおよび金属７０ａを介
して図示しない接続ピンに接続されている。陽極９０
は、第３半導体層４０に対向して配置されており、図示
しない接続ピンに接続されている。この半導体光電陰極
ＣＴ３および陽極９０は、図１に示した半導体光電陰極
ＣＴと同様に図６に示したような密閉容器１００内に設
置される。FIG. 12 shows a semiconductor photocathode CT of this embodiment.
FIG. 4 is a sectional view taken along the thickness direction of FIG. In the semiconductor photocathode CT4, the semiconductor portion 60 provided in the second semiconductor layer 30 in the semiconductor photocathode CT shown in FIG.
It has a structure that makes contact with the second semiconductor layer 30 only on one surface. That is, the present semiconductor photocathode CT4
Is formed by sequentially stacking a p-type first semiconductor layer 20, a p-type second semiconductor layer 30, a third semiconductor layer 40, and a lattice-like semiconductor portion 60 on a semiconductor substrate 10. And
The third semiconductor layer 40 is formed so as to cover the surface of the second semiconductor layer 30, the semiconductor section 60, and the Schottky electrode. The first semiconductor layer 20 includes an ohmic electrode 70
Is provided. These electrode 50 and electrode 70
Are connected to connection pins (not shown) via a metal 50a such as gold and a metal 70a, respectively. Anode 90
Are arranged to face the third semiconductor layer 40, and are connected to connection pins (not shown). The semiconductor photocathode CT3 and the anode 90 are installed in a closed container 100 as shown in FIG. 6, similarly to the semiconductor photocathode CT shown in FIG.

【００５５】本実施例の半導体光電陰極は、その構造
上、第２半導体層３０をエッチングしないでも半導体部
６０を形成できるので、図１〜図１１に示した半導体光
電陰極と比較して簡易に製造できるばかりでなく、エッ
チングによる第２半導体層３０の結晶性の劣化を防止す
ることができる。In the semiconductor photocathode of the present embodiment, the semiconductor portion 60 can be formed without etching the second semiconductor layer 30 due to its structure. Therefore, the semiconductor photocathode is simpler than the semiconductor photocathode shown in FIGS. Not only can it be manufactured, but also deterioration of the crystallinity of the second semiconductor layer 30 due to etching can be prevented.

【００５６】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.

【００５７】図１３（ａ）は、本実施例に係る半導体光
電陰極の平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（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１３（ｃ）は、図１３（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. 13A is a plan view of a semiconductor photocathode according to this embodiment, and FIG. 13B is a plan view of FIG.
13C is a cross-sectional view of the semiconductor photocathode taken along the line AA ′, and FIG. 13C is a cross-section of the semiconductor photocathode taken along the line BB ′ in FIG. FIG.

【００５８】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。The semiconductor photocathode is connected to the 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 section 360 embedded in the second semiconductor layer 330, and a Schottky electrode 350 formed on the second semiconductor layer 330. Have. More specifically, a p-type first semiconductor layer 320 (light absorbing layer) that generates electrons in response to light incidence is formed on the semiconductor substrate 310. This first semiconductor layer 320 has a first impurity concentration. On this first semiconductor layer 320, a p-type second semiconductor layer 330 (electron transport layer) having a second impurity concentration having an impurity concentration lower than the first impurity concentration is formed. 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.

【００５９】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以下の不純物
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３２
０から活性層３４０方向に走行する。第２半導体層３３
０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。On the surface of the second semiconductor layer 330, there is a third gap between the stripe-shaped Schottky electrodes 350.
A semiconductor layer 340 (active layer) is formed. This third
The semiconductor layer 340 has a work function smaller than the work function of the second semiconductor layer 330. In the second semiconductor layer 330, a semiconductor portion 360 (channel lattice) having a third impurity concentration having an impurity concentration of about the second impurity concentration or lower is buried. The semiconductor section 360 is provided on an extension extending through the Schottky electrode 350 in the thickness direction. The semiconductor section 360 according to the present embodiment has a stripe shape. When light is incident on the semiconductor photocathode, electrons generated in the semiconductor photocathode are converted into the first semiconductor layer 32 by an electric field in the semiconductor photocathode.
It runs from 0 to the active layer 340. Second semiconductor layer 33
Since the comb-shaped semiconductor portion 360 is embedded in 0, the electrons are efficiently bent in the gap direction of the stripe 350 by the semiconductor portion 360. 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. The semiconductor substrate 310 includes the substrate 3
Ohmic electrode 370 for applying a bias to
Is installed.

【００６０】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図１４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）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. 14 is a perspective view showing the semiconductor photocathode according to the example, partially cut away. This semiconductor photocathode is different from the Schottky electrode 50 shown in FIG.
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. Note that other elements (10, 2)
0, 30, 40, 60, and 70) are the same as the elements shown in FIG.

【００６１】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図１５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１６（ａ）は、図１５
に示した半導体光電陰極の平面図であり、図１６（ｂ）
は、図１６（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
６（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１６（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１４
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）の構成材料および不純物濃度は、図１４に
示した要素と同じである。Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is a perspective view showing the semiconductor photocathode according to the present embodiment in a partially broken manner. FIG. 16A shows the state of FIG.
FIG. 16B is a plan view of the semiconductor photocathode shown in FIG.
FIG. 17B is a cross-sectional view of the semiconductor photocathode of FIG. 16A taken along a line AA ′. FIG.
In FIG. 6A, the active layer 40 shown in FIG. 16B is omitted for easy understanding of the structure of the semiconductor photocathode. This semiconductor photocathode is shown in FIG.
The 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,
The terminating end of ′ constitutes a terminal for applying a potential to the Schottky electrode 50b. Electrode 50a and electrode 50
b and the electrode 50c and the electrode 50d are provided with a lead electrode, and the lead electrode 50a 'or 50b
Does not hinder the passage of the electrons emitted from the active layer 40. In addition, other elements (10, 20, 30, 40,
The constituent materials and impurity concentrations of (60, 70) are the same as the elements shown in FIG.

【００６２】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図１７（ａ）は、この半導体光電陰極の平面図であ
り、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の半導体光電陰極を
線分Ｂ−Ｂ´に沿って切った半導体光電陰極の断面図で
ある。なお、図１７（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１７（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１５および図１６に示された半導体光電陰
極の半導体部６０の位置およびショットキ電極５０ａ，
５０ｂの位置を変化させたものである。第２半導体層３
０内には、半導体部６０が埋設されている。半導体部６
０の表面には直接ショットキ電極５０ａ〜５０ｄが形成
されている。それぞれのショットキ電極５０ａ〜５０ｄ
のの開口内であって、第２半導体層上には、活性層４０
が形成されている。この構造の半導体光電陰極は、各ピ
クセル５０ａ〜５０ｄから独立に電子を放出することが
できるとともに、図１０を用いて説明したように、その
製造方法が簡単であるという利点がある。なお、要素
（１０，２０，３０，４０，５０ａ，５０ｂ，６０，７
０）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. 17A is a plan view of the semiconductor photocathode, and FIG. 17B is a cross-section of the semiconductor photocathode taken along the line BB ′ of FIG. FIG. In FIG. 17A, the active layer 40 shown in FIG. 17B is omitted for easy understanding of the structure of the semiconductor photocathode. This semiconductor photocathode includes the position of the semiconductor portion 60 of the semiconductor photocathode shown in FIGS.
The position of 50b is changed. Second semiconductor layer 3
The semiconductor portion 60 is buried in 0. Semiconductor section 6
The Schottky electrodes 50a to 50d are formed directly on the surface of the zero. Each Schottky electrode 50a-50d
Of the active layer 40 on the second semiconductor layer
Is formed. The semiconductor photocathode having this structure has the advantages that electrons can be independently emitted from each of the pixels 50a to 50d, and the manufacturing method is simple as described with reference to FIG. The elements (10, 20, 30, 40, 50a, 50b, 60, 7
The constituent material and impurity concentration of 0) are the same as the elements shown in FIG.

【００６３】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図１８（ａ）は、この半導体光電陰極の平面図であ
り、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の半導体光電陰極を
線分Ｃ−Ｃ´に沿って切った半導体光電陰極の断面図で
ある。なお、図１８（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１８（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１５および図１６に示された半導体光電陰
極の半導体部６０の位置およびショットキ電極５０ａ，
５０ｂの位置を変化させたものである。第２半導体層３
０内には、半導体部６０が埋設されている。半導体部６
０の表面には直接ショットキ電極５０ａ〜５０ｄが形成
されている。それぞれのショットキ電極５０ａ〜５０ｄ
の開口内であって、第２半導体層上には、活性層４０が
形成されている。この構造の半導体光電陰極は、各電極
５０ａ〜５０ｄに電位を与えることによって、各ピクセ
ル５０ａ〜５０ｄから独立に電子を放出することができ
るとともに、図１２を用いて説明したように、その製造
方法が簡単であるという利点がある。なお、要素（１
０，２０，３０，４０，６０，７０）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. 18A is a plan view of the semiconductor photocathode, and FIG. 18B is a cross-section of the semiconductor photocathode of FIG. 18A taken along a line CC ′. FIG. In FIG. 18A, the active layer 40 shown in FIG. 18B is omitted for easy understanding of the structure of the semiconductor photocathode. This semiconductor photocathode includes the position of the semiconductor portion 60 of the semiconductor photocathode shown in FIGS.
The position of 50b is changed. Second semiconductor layer 3
The semiconductor portion 60 is buried in 0. Semiconductor section 6
The Schottky electrodes 50a to 50d are formed directly on the surface of the zero. Each Schottky electrode 50a-50d
The active layer 40 is formed within the opening and on the second semiconductor layer. The semiconductor photocathode of this structure can emit electrons independently from each of the pixels 50a to 50d by applying a potential to each of the electrodes 50a to 50d, and as described with reference to FIG. Has the advantage of being simple. Note that the element (1
0, 20, 30, 40, 60, 70) are the same as the elements shown in FIG.

【００６４】次に、図１５および図１６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」について説明する。Next, control of electron emission in the semiconductor photocathode shown in FIGS. 15 and 16 will be described. Hereinafter, the “accumulation mode” in which electrons enter the semiconductor photocathode when light enters the semiconductor photocathode and the “emission mode” in which electrons are emitted will be described.

【００６５】（蓄積モード）図１９（ａ）は、図１５お
よび図１６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１０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Ｖ
₁ が接続されており、電極７０の電位よりもアノード９
０の電位はＶ₁ （ボルト）高い。電極７０とショットキ
電極５０ｃ、５０ｄとの間には電源Ｖ₂ 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、５０
ｄの電位の方がＶ₂ （ボルト）高い。電位Ｖ₂ は電位Ｖ
₁ よりも低く、この電圧源Ｖ₂ 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
共通の電位が与えられることとする。(Accumulation Mode) FIG. 19A is a sectional view of a semiconductor photocathode device in which an anode 90 is connected to the semiconductor photocathode shown in FIGS. In the figure, the electrode 70 is attached to the semiconductor substrate 10, and reference numerals 901, 902, and 501 represent ohmic electrodes. A power supply V is provided between the electrode 70 and the anode 90.
₁ is connected, and the potential of the anode 9 is higher than the potential of the electrode 70.
The zero potential is V ₁ (volts) higher. Electrode 70 and the Schottky electrode 50c, 50d is connected to the power supply V ₂ between the Schottky electrode 50c than the potential of the electrode 70, 50
The potential of d is higher by V ₂ (volt). The potential V ₂ is the potential V
Lower than _1, the voltage source V ₂ is variable. Here, the Schottky electrode 50c and the Schottky electrode 50d
Are connected to each other, and a common potential is applied to these electrodes 50c and 50d.

【００６６】図１９（ｂ）は、図１９（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 ＝０〜１ボルト）。第１半導体層２０に光ｈν
が入射されることにより、この第１半導体層２０内にお
いて発生した電子ｅは、第１半導体層２０内部の電界に
力を受けて第２半導体層３０内にはいる。図１９（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。したがって、第１半導体層２０から活性層４
０方向への電子の通り道は、この空房領域によりカット
される（ピンチオフ状態）。FIG. 19B is a sectional view taken along line XX ′ of FIG.
It is an energy band diagram of a semiconductor photocathode line connecting (V ₂ = 0 to 1 volts). Light hν is applied to the first semiconductor layer 20.
Is incident, the electrons e generated in the first semiconductor layer 20 enter the second semiconductor layer 30 by receiving a force from the electric field inside the first semiconductor layer 20. FIG. 19 (a)
The region above the one-dot chain line (on the drawing) is the semiconductor portion 60
This is a depletion region formed by a concentration difference between the second semiconductor layer 30 and the second semiconductor layer 30. Therefore, the first semiconductor layer 20 to the active layer 4
The path of electrons in the zero direction is cut by this air space area (pinch-off state).

【００６７】図１９（ｃ）は、図１９（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１９（ｂ）および図１９
（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。FIG. 19C is a sectional view taken along the line YY ′ of FIG.
It is an energy band diagram of a semiconductor photocathode line connecting (V ₂ = 0 to 1 volts). FIG. 19 (b) and FIG.
As shown in (c), the electrons e generated in the first semiconductor layer 10 are accumulated in the second semiconductor layer 30.

【００６８】（放出モード）図１９（ｄ）は、図１９
（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 ＝２〜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２〜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。(Emission Mode) FIG.
It is an energy band diagram of a semiconductor photocathode line connecting the X-X'of (a) (V ₂ = 2~ 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 2 to several tens of volts between the Schottky electrode 50c and the electrode 70.

【００６９】図２０は、図１６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を配置
することとしてもよい。FIG. 20 is a sectional view of a semiconductor photocathode device using the semiconductor photocathode shown in FIG. A sealed container (inner case) CA2 made of a transparent material is fitted on the inner wall of the cylindrical outer case CA1 made of a light shielding material. A lens L1 is fixed near the opening of the outer case CA1. Light input into the semiconductor photocathode device from outside 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. Voltage source V ₂ is connected between the electrode 70 and the lead electrode 50c of the semiconductor photocathode CT. In the closed container CA2, a two-dimensional image sensor IM responsive to incident electrons is arranged. The two-dimensional image sensor IM is a device that extracts electrons input from the surface of the image sensor IM from the lead wire RE4. The image sensor IM includes a layer IM2 sensitive to incident electrons and a back contact IM1 provided on the back surface of the layer IM2, and a lead RE2 is connected to the back contact IM1. Lead R
Between the E2 and leads RE1, it is connected to the voltage source V _1, the lead RE1 since the electrode 70 is connected, electrons emitted from the semiconductor photocathode CT5 proceeds to anode IM direction. The pressure in the closed container is lower than the atmospheric pressure, is 10 ^-5 torr or less, and desirably 10 ^-10 torr or less. Therefore, 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. Note that a microchannel plate may be disposed between the cathode CT5 and the anode IM.

【００７０】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 or 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 electron trajectory is provided on the anode. And a cathode. Further, a fluorescent member coated with a fluorescent paint may be used for the anode,
A fluorescent plate containing a fluorescent material may be used.

【００７１】[0071]

【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、さら
に、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 direction of the opening of the Schottky electrode. Since the third semiconductor layer is formed in the opening of the Schottky electrode or on an extension of the axis passing through the opening, the electrons are transferred to the third semiconductor layer.
Introduced into the semiconductor layer. As described above, since the electrons are emitted from the third semiconductor layer into the vacuum avoiding the Schottky electrode, the ratio of absorption of the electrons 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%, the pixel separation in the structure becomes unnecessary, and the signal can be modulated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the 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。FIG. 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 sectional view taken along line AA of FIG. Energy band diagram of semiconductor photocathode CT (b) and line segment B−
It is an energy band figure (c) of the semiconductor photocathode CT in B section. FIGS. 7B and 7C are energy band diagrams when no bias is 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, and a sectional view taken along line AA in FIG. Band diagram (b) and line segment B of the semiconductor photocathode CT in FIG.
It is an energy band figure (c) of the semiconductor photocathode CT on the -B cross section. It is to be noted that FIGS.
3 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 more easily explaining the behavior of the electrons shown in FIG. 4;

【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。FIG. 6 is a perspective view showing a partially cutaway 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 describing a method of manufacturing the semiconductor photocathode CT shown in FIG. 1 using a cross-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 configuration of the semiconductor photocathode according to the first embodiment, using a cross section cut in a 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 configuration of the semiconductor photocathode according to the first example, using a cross section cut in a thickness direction.

【図１０】第２実施例の半導体光電陰極ＣＴ３を厚み方
向に切った断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a semiconductor photocathode CT3 of a second embodiment cut in a thickness direction.

【図１１】図１０に示した半導体光電陰極ＣＴ３の製造
方法を断面を用いて説明するための説明図である。11 is an explanatory diagram for describing a method of manufacturing the semiconductor photocathode CT3 illustrated in FIG. 10 using a cross section.

【図１２】第３実施例の半導体光電陰極ＣＴ４を厚み方
向に切った断面図である。FIG. 12 is a sectional view of a semiconductor photocathode CT4 of a third embodiment cut in a thickness direction.

【図１３】第４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。13A is a plan view of a semiconductor photocathode according to a fourth embodiment, FIG. 13B is a cross-sectional view taken along a line AA ′ in FIG. 13A, and FIG. It is sectional drawing cut | disconnected along line BB '.

【図１４】第５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. 14 is a perspective view showing a semiconductor photocathode according to a fifth embodiment with a part thereof broken away.

【図１５】第６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. 15 is a perspective view showing the semiconductor photocathode of the sixth embodiment with a part cut away.

【図１６】図１５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。16A is a plan view of the semiconductor photocathode shown in FIG. 15, and FIG. 16B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.

【図１７】第７実施例の半導体光電陰極をの平面図
（ａ）、同図（ａ）の線分Ｂ−Ｂ´に沿って切った断面
図（ｂ）である。17A is a plan view of a semiconductor photocathode according to a seventh embodiment, and FIG. 17B is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG.

【図１８】第８実施例の半導体光電陰極をの平面図
（ａ）、同図（ａ）の線分Ｃ−Ｃ´に沿って切った断面
図（ｂ）である。18A is a plan view of the semiconductor photocathode of the eighth embodiment, and FIG. 18B is a cross-sectional view taken along line CC ′ of FIG.

【図１９】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. 19 is a sectional view (a) of a semiconductor photocathode and an anode,
The energy band diagram (b) along the line XX 'in FIG. 5A, the energy band diagram along the line YY' (electron accumulation) in FIG. , An energy band diagram along the line YY ′ in FIG.
(D).

【図２０】半導体光電陰極ＣＴ５を実装した半導体光電
陰極装置の断面図である。FIG. 20 is a sectional view of a semiconductor photocathode device on which the semiconductor photocathode CT5 is mounted.

【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,
Reference numeral 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 1/308 H01J 1/35 H01J 1/78 H01J 29/38 H01J 40/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. ⁷ , DB name) H01J 1/34 H01J 1/308 H01J 1/35 H01J 1/78 H01J 29/38 H01J 40/06

Claims (11)

(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、前記ショッ
トキ電極の開口内に形成された第３半導体層と、前記第
２半導体層よりも広いエネルギーバンドギャップを有
し、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、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 which accelerates and emits electrons generated in response to incident light by applying a voltage from the outside, comprising: a first p-type semiconductor layer; A Schottky electrode having an opening, forming an Schottky contact with the second semiconductor layer so as to cover the surface of the second semiconductor layer, A second semiconductor layer having a work function smaller than the work function of the second semiconductor layer, a third semiconductor layer formed in the opening of the Schottky electrode, and a wider energy band gap than the second semiconductor layer; A semiconductor portion disposed on an extension line penetrating in a thickness direction and disposed inside the second semiconductor layer, wherein the semiconductor portion has an opening.
A semiconductor photocathode characterized by having a shape corresponding to a pole . 【請求項２】 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、前記第２半導体層よりも広い
エネルギーバンドギャップを有し、前記第２半導体層上
に形成された半導体部と、開口を有し、前記半導体部と
ショットキ接触を成して前記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、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
の開口をその軸方向に貫く延長線上であって、前記第２
半導体層上に形成された第３半導体層と、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。2. A semiconductor photocathode which accelerates and emits electrons generated in response to incident light by applying a voltage from the outside, comprising: a p-type first semiconductor layer; A second p-type semiconductor layer formed on the second semiconductor layer, a semiconductor portion having an energy bandgap wider than the second semiconductor layer, a semiconductor portion formed on the second semiconductor layer, and an opening, A Schottky electrode formed to cover the surface of the semiconductor portion by making Schottky contact with the second semiconductor layer, and having a work function smaller than the work function of the second semiconductor layer, and penetrating the opening of the Schottky electrode in the axial direction. On an extension of the second
A third semiconductor layer formed on the semiconductor layer, wherein the semiconductor portion has an opening.
A semiconductor photocathode characterized by having a shape corresponding to a pole . 【請求項３】 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
または請求項２に記載の半導体光電陰極。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor portion has an annular portion, and an area in the annular portion is smaller than an area in the opening of the Schottky electrode.
Or the semiconductor photocathode according to claim 2. 【請求項４】 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３に記載の半導体光電陰極。4. The semiconductor photocathode according to claim 3, wherein said semiconductor portion has a mesh shape. 【請求項５】 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。5. The semiconductor device according to claim 5, wherein the second semiconductor layer has an energy band gap near an interface between the second semiconductor layer and the first semiconductor layer in a region on the third semiconductor layer side in the second semiconductor layer. A first semiconductor layer having an energy band gap intermediately wide from the energy band gap of the first semiconductor layer;
The semiconductor photocathode according to claim 1, further comprising a graded layer. 【請求項６】 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または
請求項２に記載の半導体光電陰極。6. The semiconductor photocathode according to claim 1, wherein the semiconductor portion includes a semiconductor portion arranged in a stripe shape. 【請求項７】 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、前記第２半導体層よりも広いエネルギーバン
ドギャップを有し、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、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３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。7. A semiconductor photocathode device comprising: a semiconductor photocathode and an anode disposed in an airtight container that provides an environment having a pressure lower than the atmospheric pressure therein, wherein the semiconductor photocathode includes: 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, and an opening;
A Schottky electrode formed to cover the surface of the second semiconductor layer by making Schottky contact with the second semiconductor layer; and a work function smaller than the work function of the second semiconductor layer; A third semiconductor layer formed in the opening, having an energy band gap wider than the second semiconductor layer, and extending on a line extending through the Schottky electrode in a thickness direction thereof, inside the second semiconductor layer; A semiconductor portion disposed, a first connection pin electrically connected to the Schottky electrode and penetrating the sealed container; and a first connection pin electrically connected to the semiconductor substrate or the first semiconductor layer and penetrating the sealed container. comprising a second connecting pin, and the anode is electrically connected to the anode, and a third connecting pin penetrating the closed vessel, the shape of the semiconductor unit, before having an opening Schottky power
A semiconductor photocathode device, which corresponds to the shape of a pole . 【請求項８】 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７に記載の
半導体光電陰極装置。8. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the first semiconductor layer has an energy band gap near an interface between the first semiconductor layer and the semiconductor substrate in an area on the second semiconductor layer side in the first semiconductor layer. 8. The semiconductor photocathode device according to claim 7, further comprising a second graded layer having an energy band gap that is intermediate between the energy band gap and the second graded layer. 【請求項９】 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７に記載の半導体光電陰極装
置。9. The semiconductor photocathode device according to claim 7, wherein the semiconductor photocathode device includes an electron multiplier disposed between the semiconductor photocathode and the anode. 【請求項１０】 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７に記載の半導体光電陰極装
置。10. The semiconductor photocathode device according to claim 7, wherein the anode includes a member containing a fluorescent substance. 【請求項１１】 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、 前記第２半導体層と前記陽極との間に配置されたショッ
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、前記第２半導体層と前記陽極との間に配置された第
３半導体層と、 前記第２半導体層よりも広いエネルギーバンドギャップ
を有し、前記ショットキ電極をその厚み方向に貫く延長
線上に配置され、前記第２半導体層上に形成された半導
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、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３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。11. A semiconductor photocathode device comprising: a semiconductor photocathode and an anode disposed in a sealed container providing an environment having a pressure lower than the atmospheric pressure therein, wherein the semiconductor photocathode comprises: a semiconductor substrate; A p-type first semiconductor layer formed on a semiconductor substrate; a p-type second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer; and a p-type second semiconductor layer disposed between the second semiconductor layer and the anode. A Schottky electrode, a third semiconductor layer having a work function smaller than the work function of the second semiconductor layer, and disposed between the second semiconductor layer and the anode, and a wider energy than the second semiconductor layer. A semiconductor portion having a band gap, disposed on an extension extending through the Schottky electrode in the thickness direction thereof, and electrically connected to the Schottky electrode; and a semiconductor portion formed on the second semiconductor layer. , The closed container A first connection pin penetrating therethrough, and a second connection pin electrically connected to the semiconductor substrate or the first semiconductor layer and penetrating the sealed container, wherein the anode is electrically connected to the anode, A third connection pin penetrating the airtight container, wherein the shape of the semiconductor portion is the Schottky electrode having an opening;
A semiconductor photocathode device, which corresponds to the shape of a pole .