JPH11135003A - 光電面及びそれを用いた電子管 - Google Patents
光電面及びそれを用いた電子管Info
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- JPH11135003A JPH11135003A JP29561697A JP29561697A JPH11135003A JP H11135003 A JPH11135003 A JP H11135003A JP 29561697 A JP29561697 A JP 29561697A JP 29561697 A JP29561697 A JP 29561697A JP H11135003 A JPH11135003 A JP H11135003A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶欠陥の少ない光吸収層を備え、任意の波
長域の可視光及び赤外線に対して高感度な光電面及びそ
れを用いた電子管を提供することを目的とする。 【解決手段】 半絶縁性ＧａＡｓからなる半導体基板１
０上に、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3、厚さ２μｍの
Ｂｅドープｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-yからなる光吸収
層１１、キャリア濃度１×１０19ｃｍ-3、厚さ０．５μ
ｍのＢｅドープｐ型ＧａＡｓからなる電子輸送層１２、
表面の仕事関数を低下させるためのＣｓ2Ｏからなる極
薄い表面層１３が順次形成されている。光吸収層１１を
構成するＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-yの組成は、半導体基板
１０及び電子輸送層１２とそれぞれ格子整合するように
ｘ，ｙの組み合わせを選択し、０．４１ｘ−１．１４ｙ
＝０の格子整合条件を満たすことにより、１％以内の格
子定数のずれに調節することができる。
長域の可視光及び赤外線に対して高感度な光電面及びそ
れを用いた電子管を提供することを目的とする。 【解決手段】 半絶縁性ＧａＡｓからなる半導体基板１
０上に、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3、厚さ２μｍの
Ｂｅドープｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-yからなる光吸収
層１１、キャリア濃度１×１０19ｃｍ-3、厚さ０．５μ
ｍのＢｅドープｐ型ＧａＡｓからなる電子輸送層１２、
表面の仕事関数を低下させるためのＣｓ2Ｏからなる極
薄い表面層１３が順次形成されている。光吸収層１１を
構成するＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-yの組成は、半導体基板
１０及び電子輸送層１２とそれぞれ格子整合するように
ｘ，ｙの組み合わせを選択し、０．４１ｘ−１．１４ｙ
＝０の格子整合条件を満たすことにより、１％以内の格
子定数のずれに調節することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光電面、特に、赤外
線領域の被検出光に対し高い効率で光電子を放出する半
導体光電面、及びそれを用いた電子管に関するものであ
る。
線領域の被検出光に対し高い効率で光電子を放出する半
導体光電面、及びそれを用いた電子管に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から知られているIII−Ｖ族化合物
半導体のうち、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ又はＧａＡｓ
Ｐは負の電子親和力を有しているので、それを備えた光
電面は高い光電変換効率を示す。図１０は、その一例と
していわゆる反射型光電面を示すものであって、ＧａＡ
ｓからなる半導体基板１０上に、Ｐ型ＧａＡｓからなる
光吸収層１１をエピタキシャル成長することによって得
られる。そして、真空容器（図示しない）内で加熱清浄
化された光吸収層１１の表面には、その仕事関数を低下
させるためにＣｓ2Ｏからなる表面層１３が形成され
る。これによって、用いる半導体の禁制帯幅で決まる波
長９００ｎｍまで比較的高い感度を有する光電面が得ら
れており、その光電面を備えた光電子増倍管も既に実用
化されている。
半導体のうち、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ又はＧａＡｓ
Ｐは負の電子親和力を有しているので、それを備えた光
電面は高い光電変換効率を示す。図１０は、その一例と
していわゆる反射型光電面を示すものであって、ＧａＡ
ｓからなる半導体基板１０上に、Ｐ型ＧａＡｓからなる
光吸収層１１をエピタキシャル成長することによって得
られる。そして、真空容器（図示しない）内で加熱清浄
化された光吸収層１１の表面には、その仕事関数を低下
させるためにＣｓ2Ｏからなる表面層１３が形成され
る。これによって、用いる半導体の禁制帯幅で決まる波
長９００ｎｍまで比較的高い感度を有する光電面が得ら
れており、その光電面を備えた光電子増倍管も既に実用
化されている。
【０００３】一方、ＧａＡｓの禁制帯幅で決まる波長９
００ｎｍよりも長い赤外線波長域に感度を有する半導体
光電面の一例を図１１に示す。すなわち、図１１に示す
ように、ＩｎＰからなる半導体基板１０上に、光吸収層
１１としてｐ型Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＰyをエピタキシャ
ル成長し、さらにＣｓ2Ｏからなる表面層１３と、表面
層１３表面の一部にＡｇからなるショットキ電極１４と
を形成した光電面が文献（Ｊ．Ｓ．Ｅｓｃｈｅｒ ａｎ
ｄ Ｒ．Ｓａｎｋａｒａｎ：Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ, Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．２，
ｐ．８７（１９７６））に報告されている。
００ｎｍよりも長い赤外線波長域に感度を有する半導体
光電面の一例を図１１に示す。すなわち、図１１に示す
ように、ＩｎＰからなる半導体基板１０上に、光吸収層
１１としてｐ型Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＰyをエピタキシャ
ル成長し、さらにＣｓ2Ｏからなる表面層１３と、表面
層１３表面の一部にＡｇからなるショットキ電極１４と
を形成した光電面が文献（Ｊ．Ｓ．Ｅｓｃｈｅｒ ａｎ
ｄ Ｒ．Ｓａｎｋａｒａｎ：Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ, Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．２，
ｐ．８７（１９７６））に報告されている。
【０００４】しかしながら、比較的高い光電変換効率を
得るためには、光吸収層１１を構成するＩｎ1-xＧａxＡ
ｓ1-yＰyがＩｎＰからなる半導体基板１０にほぼ格子整
合するように、その組成が０≦ｘ≦０．５の範囲になけ
ればならない。この組成に対応したＩｎ1-xＧａxＡｓ
1-yＰyの禁制帯幅は０．７ｅＶ以上であり、従って、光
電面が応答する波長範囲は１．７μｍ以下に限られてい
た。これ以外の組成範囲では、格子不整合によって光吸
収層１１内に多数の欠陥が発生し、それが電子の再結合
中心として働くため、光電変換効率は急激に悪化する。
得るためには、光吸収層１１を構成するＩｎ1-xＧａxＡ
ｓ1-yＰyがＩｎＰからなる半導体基板１０にほぼ格子整
合するように、その組成が０≦ｘ≦０．５の範囲になけ
ればならない。この組成に対応したＩｎ1-xＧａxＡｓ
1-yＰyの禁制帯幅は０．７ｅＶ以上であり、従って、光
電面が応答する波長範囲は１．７μｍ以下に限られてい
た。これ以外の組成範囲では、格子不整合によって光吸
収層１１内に多数の欠陥が発生し、それが電子の再結合
中心として働くため、光電変換効率は急激に悪化する。
【０００５】さらに、前記の組成範囲においては、Ｉｎ
1-xＧａxＡｓ1-yＰyはＣｓ2Ｏからなる表面層１３を形
成しても電子親和力を負にするのは困難であるため、表
面のＡｇからなるショットキ電極１４に印加した高い電
界によって電子の運動エネルギーを高め、伝導帯におけ
る直接遷移のГ点から間接遷移のＸ点やＬ点といった高
いエネルギー帯に電子を遷移させて、そこから外部に電
子を放出する必要があった。このため、電子放出効率は
負の電子親和力をもつ半導体に比べて低かった。
1-xＧａxＡｓ1-yＰyはＣｓ2Ｏからなる表面層１３を形
成しても電子親和力を負にするのは困難であるため、表
面のＡｇからなるショットキ電極１４に印加した高い電
界によって電子の運動エネルギーを高め、伝導帯におけ
る直接遷移のГ点から間接遷移のＸ点やＬ点といった高
いエネルギー帯に電子を遷移させて、そこから外部に電
子を放出する必要があった。このため、電子放出効率は
負の電子親和力をもつ半導体に比べて低かった。
【０００６】また、任意の長波長領域に感度を有する光
電子放出面として、図１２に示すように、ｐ+型ＧａＡ
ｓからなる半導体基板１０上に、光吸収層１１としてそ
れに格子整合するＡｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ６２とアンドー
プＧａＡｓ６３とからなる多層の半導体量子井戸を設
け、光吸収層１１上にｐ-型ＧａＡｓからなるコンタク
ト層６４とメッシュ状のショットキ電極６５とを形成し
た技術が、特開平５−２３４５０１号公報に開示されて
いる。
電子放出面として、図１２に示すように、ｐ+型ＧａＡ
ｓからなる半導体基板１０上に、光吸収層１１としてそ
れに格子整合するＡｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ６２とアンドー
プＧａＡｓ６３とからなる多層の半導体量子井戸を設
け、光吸収層１１上にｐ-型ＧａＡｓからなるコンタク
ト層６４とメッシュ状のショットキ電極６５とを形成し
た技術が、特開平５−２３４５０１号公報に開示されて
いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ｐ+型
ＧａＡｓからなる半導体基板１０からアンドープの光吸
収層１１に電子を効率よく注入することはできないた
め、一旦光吸収層１１の量子井戸からサブバンド間遷移
によって光電子を放出すると、その後光が入射しても継
続して動作することが難しいという問題点があった。ま
た、ｐ-型ＧａＡｓからなるコンタクト層６４は負の電
子親和力を持たないため、電界によって真空準位よりも
高いエネルギーを得た電子だけが外部に放出されるの
で、光電子放出効率はあまり高くないという問題点もあ
った。
ＧａＡｓからなる半導体基板１０からアンドープの光吸
収層１１に電子を効率よく注入することはできないた
め、一旦光吸収層１１の量子井戸からサブバンド間遷移
によって光電子を放出すると、その後光が入射しても継
続して動作することが難しいという問題点があった。ま
た、ｐ-型ＧａＡｓからなるコンタクト層６４は負の電
子親和力を持たないため、電界によって真空準位よりも
高いエネルギーを得た電子だけが外部に放出されるの
で、光電子放出効率はあまり高くないという問題点もあ
った。
【０００８】そこで本発明は、半導体基板に格子整合す
るｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y又はｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮ
yＰ1-yを光吸収層に用いることで前述した間題点を本質
的に解決し、可視光から赤外線に至る波長領域で高感度
な光電面及びそれを用いた電子管を提供するものであ
る。
るｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y又はｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮ
yＰ1-yを光吸収層に用いることで前述した間題点を本質
的に解決し、可視光から赤外線に至る波長領域で高感度
な光電面及びそれを用いた電子管を提供するものであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、Ｓｉ、ＧａＡｓ又はＧａＰからなる半導体基
板と、半導体基板上に形成され、ｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮy
Ａｓ1-y又はｐ型Ｇａ1- xＩｎxＮyＰ1-yからなり、検出
対象である被検出光を吸収して光電子を発生させる光吸
収層と、光吸収層上に形成され、キャリア濃度が１×１
０17ｃｍ-3以上のｐ型ＧａＡｓ、ｐ型ＧａＰ又はそれら
の混晶からなり、光吸収層から発生した光電子を表面近
傍まで拡散させる電子輸送層と、電子輸送層上に形成さ
れ、アルカリ金属又はその酸化物又はそのフッ化物から
なり、電子輸送層の電子親和力を負に低下させる表面層
とを備えたことを特徴とする光電面である。
の発明は、Ｓｉ、ＧａＡｓ又はＧａＰからなる半導体基
板と、半導体基板上に形成され、ｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮy
Ａｓ1-y又はｐ型Ｇａ1- xＩｎxＮyＰ1-yからなり、検出
対象である被検出光を吸収して光電子を発生させる光吸
収層と、光吸収層上に形成され、キャリア濃度が１×１
０17ｃｍ-3以上のｐ型ＧａＡｓ、ｐ型ＧａＰ又はそれら
の混晶からなり、光吸収層から発生した光電子を表面近
傍まで拡散させる電子輸送層と、電子輸送層上に形成さ
れ、アルカリ金属又はその酸化物又はそのフッ化物から
なり、電子輸送層の電子親和力を負に低下させる表面層
とを備えたことを特徴とする光電面である。
【００１０】請求項２に記載の発明は、Ｓｉ、ＧａＡｓ
又はＧａＰからなる半導体基板と、半導体基板上に形成
され、ｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y又はｐ型Ｇａ1-xＩ
ｎxＮyＰ1-yからなり、検出対象である被検出光を吸収
して光電子を発生させる光吸収層と、光吸収層上に形成
され、キャリア濃度が１×１０15ｃｍ-3以上のｐ型Ｇａ
Ａｓ、ｐ型ＧａＰ又はそれらの混晶からなり、光吸収層
から発生した光電子を表面近傍まで拡散させる電子輸送
層と、電子輸送層上に形成され、アルカリ金属又はその
酸化物又はそのフッ化物からなり、電子輸送層の電子親
和力を負に低下させる表面層と、電子輸送層上に形成さ
れ電子輸送層とショットキ接合をなし、電子輸送層が光
吸収層に対して正になるようにバイアス電圧を印加する
電極とを備えたことを特徴とする。
又はＧａＰからなる半導体基板と、半導体基板上に形成
され、ｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y又はｐ型Ｇａ1-xＩ
ｎxＮyＰ1-yからなり、検出対象である被検出光を吸収
して光電子を発生させる光吸収層と、光吸収層上に形成
され、キャリア濃度が１×１０15ｃｍ-3以上のｐ型Ｇａ
Ａｓ、ｐ型ＧａＰ又はそれらの混晶からなり、光吸収層
から発生した光電子を表面近傍まで拡散させる電子輸送
層と、電子輸送層上に形成され、アルカリ金属又はその
酸化物又はそのフッ化物からなり、電子輸送層の電子親
和力を負に低下させる表面層と、電子輸送層上に形成さ
れ電子輸送層とショットキ接合をなし、電子輸送層が光
吸収層に対して正になるようにバイアス電圧を印加する
電極とを備えたことを特徴とする。
【００１１】請求項３に記載の発明は、Ｓｉ、ＧａＡｓ
又はＧａＰからなる半導体基板と、半導体基板上に形成
され、ｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y又はｐ型Ｇａ1-xＩ
ｎxＮyＰ1-yからなり、検出対象である被検出光を吸収
して光電子を発生させる光吸収層と、光吸収層上に形成
され、キャリア濃度が１×１０15ｃｍ-3以上のｐ型Ｇａ
Ａｓ、ｐ型ＧａＰ又はそれらの混晶からなり、光吸収層
から発生した光電子を表面近傍まで拡散させる電子輸送
層と、電子輸送層上に形成され、アルカリ金属又はその
酸化物又はそのフッ化物からなり、電子輸送層の電子親
和力を負に低下させる表面層と、電子輸送層上の一部に
形成され、ｎ型ＧａＡｓ、ｎ型ＧａＰ又はそれらの混晶
からなり、電子輸送層とｐｎ接合をなすコンタクト層
と、コンタクト層上に形成され、電子輸送層が光吸収層
に対して正になるようにバイアス電圧を印加する電極と
を備えたことを特徴とする。
又はＧａＰからなる半導体基板と、半導体基板上に形成
され、ｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y又はｐ型Ｇａ1-xＩ
ｎxＮyＰ1-yからなり、検出対象である被検出光を吸収
して光電子を発生させる光吸収層と、光吸収層上に形成
され、キャリア濃度が１×１０15ｃｍ-3以上のｐ型Ｇａ
Ａｓ、ｐ型ＧａＰ又はそれらの混晶からなり、光吸収層
から発生した光電子を表面近傍まで拡散させる電子輸送
層と、電子輸送層上に形成され、アルカリ金属又はその
酸化物又はそのフッ化物からなり、電子輸送層の電子親
和力を負に低下させる表面層と、電子輸送層上の一部に
形成され、ｎ型ＧａＡｓ、ｎ型ＧａＰ又はそれらの混晶
からなり、電子輸送層とｐｎ接合をなすコンタクト層
と、コンタクト層上に形成され、電子輸送層が光吸収層
に対して正になるようにバイアス電圧を印加する電極と
を備えたことを特徴とする。
【００１２】請求項４に記載の発明は、半導体基板の格
子定数及び光吸収層の格子定数及び電子輸送層の格子定
数が、それぞれ１％以内のずれの範囲で一致しているこ
とを特徴とする。
子定数及び光吸収層の格子定数及び電子輸送層の格子定
数が、それぞれ１％以内のずれの範囲で一致しているこ
とを特徴とする。
【００１３】請求項５に記載の発明は、光吸収層を形成
するＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y又はＧａ1-xＩｎxＮyＰ1-y
中のＮの組成ｙが、０＜ｙ≦０．２であることを特徴と
する。
するＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y又はＧａ1-xＩｎxＮyＰ1-y
中のＮの組成ｙが、０＜ｙ≦０．２であることを特徴と
する。
【００１４】請求項６に記載の発明は、半導体基板の禁
制帯幅及び電子輸送層の禁制帯幅が、共に光吸収層の禁
制帯幅よりも大きいことを特徴とする。
制帯幅及び電子輸送層の禁制帯幅が、共に光吸収層の禁
制帯幅よりも大きいことを特徴とする。
【００１５】請求項７に記載の発明は、被検出光が入射
する入射窓を有し、内部が真空に保持された真空容器
と、入射窓に臨んで真空容器内に収容され、前述したい
ずれかの光電面と、真空容器内に収容され、光電面に対
して正の電位に保持された陽極部とを備えたことを特徴
とする電子管である。
する入射窓を有し、内部が真空に保持された真空容器
と、入射窓に臨んで真空容器内に収容され、前述したい
ずれかの光電面と、真空容器内に収容され、光電面に対
して正の電位に保持された陽極部とを備えたことを特徴
とする電子管である。
【００１６】請求項８に記載の発明は、真空容器内に収
容され、光電面からの光電子を二次電子増倍する電子増
倍部をさらに備えたことを特徴とする。
容され、光電面からの光電子を二次電子増倍する電子増
倍部をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】本発明によれば、半導体基板及び電子輸送
層とその中間にエピタキシャル成長された光吸収層との
間に格子不整合を生じることはない。また、光吸収層の
禁制帯幅を変えることで可視光から１０μｍ以上の赤外
線領域に渡って効率よく光電子を発生させることがで
き、光電子は価電子帯から伝導帯へのいわゆるバンド間
遷移によって発生しているので、外部から電子を供給し
なくても永続的に動作することができる。
層とその中間にエピタキシャル成長された光吸収層との
間に格子不整合を生じることはない。また、光吸収層の
禁制帯幅を変えることで可視光から１０μｍ以上の赤外
線領域に渡って効率よく光電子を発生させることがで
き、光電子は価電子帯から伝導帯へのいわゆるバンド間
遷移によって発生しているので、外部から電子を供給し
なくても永続的に動作することができる。
【００１８】また、電子輸送層は負の電子親和力を有し
ているので、高いバイアス電圧を印加しなくても光電子
は高い効率で外部に放出される。従って、本発明に係わ
る光電面は、可視光から赤外線に至る波長域の被検出光
に対して高効率で光電子を外部に放出させることができ
る。さらに、本発明に係る前記光電面を用いた電子管
は、光電面からの光電子信号を電気信号に変換すること
ができる。
ているので、高いバイアス電圧を印加しなくても光電子
は高い効率で外部に放出される。従って、本発明に係わ
る光電面は、可視光から赤外線に至る波長域の被検出光
に対して高効率で光電子を外部に放出させることができ
る。さらに、本発明に係る前記光電面を用いた電子管
は、光電面からの光電子信号を電気信号に変換すること
ができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明による光電面及びそれを用
いた電子管の実施形態を、図面を参照して実施形態ごと
に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光
電面を示す概略断面図である。半絶縁性ＧａＡｓからな
る半導体基板１０上に、キャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3、厚さ２μｍのＢｅドープｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＡ
ｓ1-yからなる光吸収層１１、キャリア濃度１×１０19
ｃｍ-3、厚さ０．５μｍのＢｅドープｐ型ＧａＡｓから
なる電子輸送層１２、表面の仕事関数を低下させるため
のＣｓ2Ｏからなる極薄い表面層１３が順次形成されて
いる。ここで、光吸収層１１を構成するＧａ1-xＩｎxＮ
yＡｓ1-yの組成は、半導体基板１０及び電子輸送層１２
のＧａＡｓとそれぞれ格子整合するように、ｘ，ｙの組
み合わせを選び、０．４１ｘ−１．１４ｙ＝０の格子整
合条件を満たすことにより、１％以内の格子定数のずれ
に調節することができる。
いた電子管の実施形態を、図面を参照して実施形態ごと
に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光
電面を示す概略断面図である。半絶縁性ＧａＡｓからな
る半導体基板１０上に、キャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3、厚さ２μｍのＢｅドープｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＡ
ｓ1-yからなる光吸収層１１、キャリア濃度１×１０19
ｃｍ-3、厚さ０．５μｍのＢｅドープｐ型ＧａＡｓから
なる電子輸送層１２、表面の仕事関数を低下させるため
のＣｓ2Ｏからなる極薄い表面層１３が順次形成されて
いる。ここで、光吸収層１１を構成するＧａ1-xＩｎxＮ
yＡｓ1-yの組成は、半導体基板１０及び電子輸送層１２
のＧａＡｓとそれぞれ格子整合するように、ｘ，ｙの組
み合わせを選び、０．４１ｘ−１．１４ｙ＝０の格子整
合条件を満たすことにより、１％以内の格子定数のずれ
に調節することができる。
【００２０】この格子整合条件を満たすことによって、
光吸収層１１にはキャリアの再結合中心となる欠陥がほ
とんど生じないため、光電子の多くは失われることなく
電子輸送層１２に拡散する。また、平坦な光吸収層１１
を形成できるため、均一性の高い光電面が得られる。さ
らに、前記格子整合条件を満たすＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ
1-yの禁制帯幅及びそれに対応する光波長は、Ｎの組成
（Ｎ組成）ｙに対して図２に示すように変化する。すな
わち、禁制帯幅よりもエネルギーの高い光は光吸収層１
１に効率よく吸収されて光電子を発生するので、本実施
形態による光電面はｘ，ｙの組成を適宜選択することに
よって、可視光から波長１０μｍ以上に及ぶ赤外線ま
で、任意の波長領域の被検出光に対して高い感度を有す
る。
光吸収層１１にはキャリアの再結合中心となる欠陥がほ
とんど生じないため、光電子の多くは失われることなく
電子輸送層１２に拡散する。また、平坦な光吸収層１１
を形成できるため、均一性の高い光電面が得られる。さ
らに、前記格子整合条件を満たすＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ
1-yの禁制帯幅及びそれに対応する光波長は、Ｎの組成
（Ｎ組成）ｙに対して図２に示すように変化する。すな
わち、禁制帯幅よりもエネルギーの高い光は光吸収層１
１に効率よく吸収されて光電子を発生するので、本実施
形態による光電面はｘ，ｙの組成を適宜選択することに
よって、可視光から波長１０μｍ以上に及ぶ赤外線ま
で、任意の波長領域の被検出光に対して高い感度を有す
る。
【００２１】また、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y中のＮ組成
ｙは、正の禁制帯幅を実現するために、０＜ｙ≦０．２
とする。さらに、検出したい波長に応じて、それぞれ例
えば０．３μｍ〜２μｍであれば０＜ｙ≦０．１、２μ
ｍ〜５μｍであれば０．１＜ｙ≦０．１６、５μｍ〜１
５μｍであれば０．１６＜ｙ≦０．１９とすることが望
ましい。特に、本実施形態においては外部電界を印加し
ていないので、１．２μｍ以下の波長域で高い感度を有
し、これに対応したＮ組成ｙは０．０４５である。
ｙは、正の禁制帯幅を実現するために、０＜ｙ≦０．２
とする。さらに、検出したい波長に応じて、それぞれ例
えば０．３μｍ〜２μｍであれば０＜ｙ≦０．１、２μ
ｍ〜５μｍであれば０．１＜ｙ≦０．１６、５μｍ〜１
５μｍであれば０．１６＜ｙ≦０．１９とすることが望
ましい。特に、本実施形態においては外部電界を印加し
ていないので、１．２μｍ以下の波長域で高い感度を有
し、これに対応したＮ組成ｙは０．０４５である。
【００２２】光吸収層１１及び電子輸送層１２は、分子
線エピタキシー（ＭＢＥ）法あるいは有機金属気相成長
（ＭＯＶＰＥ）法で形成する。光吸収層１１を形成する
ための窒素供給源としては、ＭＢＥ法では窒素ガスをプ
ラズマ化して用い、ＭＯＶＰＥ法ではＮＨ3又はＮ2Ｈ4
を用いる。
線エピタキシー（ＭＢＥ）法あるいは有機金属気相成長
（ＭＯＶＰＥ）法で形成する。光吸収層１１を形成する
ための窒素供給源としては、ＭＢＥ法では窒素ガスをプ
ラズマ化して用い、ＭＯＶＰＥ法ではＮＨ3又はＮ2Ｈ4
を用いる。
【００２３】ｐ型のドーピング用不純物としては、Ｂｅ
の代わりにＺｎ，ＣやＭｇを用いても良い。光吸収層１
１のキャリア濃度は、１×１０15ｃｍ-3以上であれば、
前述と同等の効果が得られる。光吸収層１１の厚さは、
被検出光を十分吸収できる程度の厚さであれば良く、実
質的には１μｍ以上の厚さであれば良い。また、電子輸
送層１２のキヤリア濃度は、負の電子親和力が得られる
ように１×１０17ｃｍ-3以上であれば良く、その厚さは
電子の拡散長より小さくなるよう実質的に２μｍ以下で
あれば良い。
の代わりにＺｎ，ＣやＭｇを用いても良い。光吸収層１
１のキャリア濃度は、１×１０15ｃｍ-3以上であれば、
前述と同等の効果が得られる。光吸収層１１の厚さは、
被検出光を十分吸収できる程度の厚さであれば良く、実
質的には１μｍ以上の厚さであれば良い。また、電子輸
送層１２のキヤリア濃度は、負の電子親和力が得られる
ように１×１０17ｃｍ-3以上であれば良く、その厚さは
電子の拡散長より小さくなるよう実質的に２μｍ以下で
あれば良い。
【００２４】表面層１３は、半導体基板１０上に光吸収
層１１及び電子輸送層１２を形成した後、真空中で加熱
して電子輸送層１２の表面を清浄化し、次にＣｓとＯ2
を交互に供給することにより形成する。なお、光吸収層
１１として、ｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＰ1-yを用いても良
い。このとき、Ｇａ1-xＩｎxＮyＰ1-yの組成は、ｘ，ｙ
の組み合わせを選び、０．６１ｘ−０．９４ｙ＝０．２
の格子整合条件を満たすことにより、１％以内の格子定
数のずれに調節することができる。
層１１及び電子輸送層１２を形成した後、真空中で加熱
して電子輸送層１２の表面を清浄化し、次にＣｓとＯ2
を交互に供給することにより形成する。なお、光吸収層
１１として、ｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＰ1-yを用いても良
い。このとき、Ｇａ1-xＩｎxＮyＰ1-yの組成は、ｘ，ｙ
の組み合わせを選び、０．６１ｘ−０．９４ｙ＝０．２
の格子整合条件を満たすことにより、１％以内の格子定
数のずれに調節することができる。
【００２５】この格子整合条件を満たすＧａ1-xＩｎxＮ
yＰ1-yの禁制帯幅及びそれに対応する光波長は、Ｎ組成
ｙに対して図３に示すように変化する。Ｇａ1-xＩｎxＮ
yＰ1 -y中のＮ組成ｙは、正の禁制帯幅を実現するため
に、０＜ｙ≦０．１３とする。さらに、検出したい波長
に応じて、それぞれ例えば０．６５μｍ〜２μｍであれ
ば０＜ｙ≦０．０９、２μｍ〜５μｍであれば０．０９
＜ｙ≦０．１１、５μｍ〜１５μｍであれば０．１１＜
ｙ≦０．１３とすることが望ましい。特に、１．２μｍ
以下の波長域で高い感度を得るためには、Ｎ組成ｙを
０．０５６とする。
yＰ1-yの禁制帯幅及びそれに対応する光波長は、Ｎ組成
ｙに対して図３に示すように変化する。Ｇａ1-xＩｎxＮ
yＰ1 -y中のＮ組成ｙは、正の禁制帯幅を実現するため
に、０＜ｙ≦０．１３とする。さらに、検出したい波長
に応じて、それぞれ例えば０．６５μｍ〜２μｍであれ
ば０＜ｙ≦０．０９、２μｍ〜５μｍであれば０．０９
＜ｙ≦０．１１、５μｍ〜１５μｍであれば０．１１＜
ｙ≦０．１３とすることが望ましい。特に、１．２μｍ
以下の波長域で高い感度を得るためには、Ｎ組成ｙを
０．０５６とする。
【００２６】さらに、半導体基板１０として、半絶縁性
又は高抵抗のＧａＰ又はＳｉを用いても良い。この場
合、電子輸送層１２はｐ型ＧａＰとする。半導体基板１
０を半絶縁性又は高抵抗とすることで、光電子を発生し
ない赤外線の自由キャリア吸収を抑制することができ
る。やや光電変換の効率は低くなるが、半導体基板１０
をｐ型とすることもできる。また、Ｓｉ基板は安価、大
面積で機械的強度が高いなどの利点がある。
又は高抵抗のＧａＰ又はＳｉを用いても良い。この場
合、電子輸送層１２はｐ型ＧａＰとする。半導体基板１
０を半絶縁性又は高抵抗とすることで、光電子を発生し
ない赤外線の自由キャリア吸収を抑制することができ
る。やや光電変換の効率は低くなるが、半導体基板１０
をｐ型とすることもできる。また、Ｓｉ基板は安価、大
面積で機械的強度が高いなどの利点がある。
【００２７】半導体基板１０及び光吸収層１１の材料を
種々選択した場合、各格子整合条件は次のようになる。
すなわち、（１）半導体基板１０をＧａＰ、光吸収層１
１をＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-yとしたときの組成は、０．
４１ｘ−１．１４ｙ＝−０．２； （２）半導体基板１０をＳｉ、光吸収層１１をＧａ1-x
ＩｎxＮyＡｓ1-yとしたときの組成は、０．４１ｘ−
１．１４ｙ＝−０．２２； （３）半導体基板１０をＧａＰ、光吸収層１１をＧａ
1-xＩｎxＮyＰ1-yとしたときの組成は、０．４４ｘ−
０．９４ｙ＝０；及び （４）半導体基板１０をＳｉ、光吸収層１１をＧａ1-x
ＩｎxＮyＰ1-yとしたときの組成は、０．４４ｘ−０．
９４ｙ＝−０．０２である。 このような格子整合条件をそれぞれ満たすｘ，ｙの組み
合わせを選び、１％以内の格子定数のずれに調節する。
種々選択した場合、各格子整合条件は次のようになる。
すなわち、（１）半導体基板１０をＧａＰ、光吸収層１
１をＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-yとしたときの組成は、０．
４１ｘ−１．１４ｙ＝−０．２； （２）半導体基板１０をＳｉ、光吸収層１１をＧａ1-x
ＩｎxＮyＡｓ1-yとしたときの組成は、０．４１ｘ−
１．１４ｙ＝−０．２２； （３）半導体基板１０をＧａＰ、光吸収層１１をＧａ
1-xＩｎxＮyＰ1-yとしたときの組成は、０．４４ｘ−
０．９４ｙ＝０；及び （４）半導体基板１０をＳｉ、光吸収層１１をＧａ1-x
ＩｎxＮyＰ1-yとしたときの組成は、０．４４ｘ−０．
９４ｙ＝−０．０２である。 このような格子整合条件をそれぞれ満たすｘ，ｙの組み
合わせを選び、１％以内の格子定数のずれに調節する。
【００２８】なお、図１の実施形態では、被検出光が入
射する面と光電子が放出される面が同一のいわゆる反射
型光電面を例に説明したが、本発明による光電面は反射
型光電面に限られるものではなく、被検出光の入射する
面と光電子が放出される面が異なるいわゆる透過型光電
面にも適用できるのは明らかである。ただし、この場
合、被検出光は半導体基板１０を介して光吸収層１１に
到達する。従って、半導体基板１０に吸収される光の波
長域に応じて光電面が感度を有する波長域は、半導体基
板１０にＧａＡｓを用いた時には０．９μｍ以上、Ｇａ
Ｐを用いた時には０．５５μｍ以上、Ｓｉを用いた時に
は１．１μｍ以上にそれぞれ制限される。
射する面と光電子が放出される面が同一のいわゆる反射
型光電面を例に説明したが、本発明による光電面は反射
型光電面に限られるものではなく、被検出光の入射する
面と光電子が放出される面が異なるいわゆる透過型光電
面にも適用できるのは明らかである。ただし、この場
合、被検出光は半導体基板１０を介して光吸収層１１に
到達する。従って、半導体基板１０に吸収される光の波
長域に応じて光電面が感度を有する波長域は、半導体基
板１０にＧａＡｓを用いた時には０．９μｍ以上、Ｇａ
Ｐを用いた時には０．５５μｍ以上、Ｓｉを用いた時に
は１．１μｍ以上にそれぞれ制限される。
【００２９】図４は本発明の第２の実施形態に係る光電
面を示す概略断面図である。第１の実施形態と同様な方
法により、半絶縁性ＧａＡｓからなる半導体基板１０上
にキャリア濃度１×１０16ｃｍ-3、厚さ２μｍのＢｅド
ープｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-yからなる光吸収層１
１、キャリア濃度１×１０17ｃｍ-3、厚さ０．５μｍの
Ｂｅドープｐ型ＧａＡｓからなる電子輸送層１２を順次
形成する。
面を示す概略断面図である。第１の実施形態と同様な方
法により、半絶縁性ＧａＡｓからなる半導体基板１０上
にキャリア濃度１×１０16ｃｍ-3、厚さ２μｍのＢｅド
ープｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-yからなる光吸収層１
１、キャリア濃度１×１０17ｃｍ-3、厚さ０．５μｍの
Ｂｅドープｐ型ＧａＡｓからなる電子輸送層１２を順次
形成する。
【００３０】さらに、電子輸送層１２上にＡｌのショッ
トキ電極１４を真空蒸着し、フォトリソグラフィー法で
メッシュパターン状に加工して電子輸送層１２の表面を
一部露出させる。また、光吸収層１１の一部をエッチン
グにより露出させ、その部分にＡｕＺｎのオーミック電
極１５を真空蒸着により形成する。次に、表面の仕事関
数を低下させるためにＣｓ2Ｏからなる極薄い表面層１
３を第１の実施形態と同様の方法で形成する。
トキ電極１４を真空蒸着し、フォトリソグラフィー法で
メッシュパターン状に加工して電子輸送層１２の表面を
一部露出させる。また、光吸収層１１の一部をエッチン
グにより露出させ、その部分にＡｕＺｎのオーミック電
極１５を真空蒸着により形成する。次に、表面の仕事関
数を低下させるためにＣｓ2Ｏからなる極薄い表面層１
３を第１の実施形態と同様の方法で形成する。
【００３１】Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-yの組成は、第１の
実施形態と同様に、半導体基板１０及び電子輸送層１２
間で１％以内のずれで格子整合するように選択する。シ
ョットキ電極１４とオーミック電極１５の間には、電子
輸送層１２の側が光吸収層１１に対して正になるように
バイアス電圧が印加される。このように構成された第２
の実施形態による光電面における光電子放出機構を、図
５に示すエネルギーバンド図に基づいて以下に述べる。
実施形態と同様に、半導体基板１０及び電子輸送層１２
間で１％以内のずれで格子整合するように選択する。シ
ョットキ電極１４とオーミック電極１５の間には、電子
輸送層１２の側が光吸収層１１に対して正になるように
バイアス電圧が印加される。このように構成された第２
の実施形態による光電面における光電子放出機構を、図
５に示すエネルギーバンド図に基づいて以下に述べる。
【００３２】被検出光が電子輸送層１２を透過して光吸
収層１１に入射すると、価電子帯から伝導帯へのバンド
間遷移により光電子が発生する。この光電子は、光吸収
層１１中の欠陥が少ないので非発光性の再結合によって
失われることはほとんどない。また、電極間に加えられ
た電界によって光電子は電子輸送層１２の方向に加速さ
れるので、第１の実施形態に比べて光吸収層１１と電子
輸送層１２との境界のバリアを乗り越えるか、あるいは
トンネル効果によって透過して電子輸送層１２に到達す
る割合が増加する。電子輸送層１２に到達した光電子
は、拡散あるいはドリフト電界によって表面側に移動
し、電子輸送層１２表面の伝導帯下端の準位は表面層１
３の効果で真空準位よりも高くなっているので、容易に
外部に放出される。
収層１１に入射すると、価電子帯から伝導帯へのバンド
間遷移により光電子が発生する。この光電子は、光吸収
層１１中の欠陥が少ないので非発光性の再結合によって
失われることはほとんどない。また、電極間に加えられ
た電界によって光電子は電子輸送層１２の方向に加速さ
れるので、第１の実施形態に比べて光吸収層１１と電子
輸送層１２との境界のバリアを乗り越えるか、あるいは
トンネル効果によって透過して電子輸送層１２に到達す
る割合が増加する。電子輸送層１２に到達した光電子
は、拡散あるいはドリフト電界によって表面側に移動
し、電子輸送層１２表面の伝導帯下端の準位は表面層１
３の効果で真空準位よりも高くなっているので、容易に
外部に放出される。
【００３３】本発明の第２の実施形態においては、バイ
アス電圧を印加することによって光吸収層１１の禁制帯
幅によらず光吸収層１１の伝導帯下端のエネルギー位置
を電子輸送層１２のそれよりも高くして、光電子を効率
よく電子輸送層１２に移動できるので、特に１．２μｍ
以上の波長の赤外光を検出するのに有効である。なお、
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、
半導体基板１０はＳｉ又はＧａＰであっても良く、光吸
収層１１はｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＰ1-yであっても良い。
また、電子輸送層１２はｐ型ＧａＰ又はｐ型ＧａＡｓと
ｐ型ＧａＰの混晶であっても良い。さらに、被検出光の
入射する面と光電子が放出される面が異なるいわゆる透
過型光電面であっても良い。
アス電圧を印加することによって光吸収層１１の禁制帯
幅によらず光吸収層１１の伝導帯下端のエネルギー位置
を電子輸送層１２のそれよりも高くして、光電子を効率
よく電子輸送層１２に移動できるので、特に１．２μｍ
以上の波長の赤外光を検出するのに有効である。なお、
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、
半導体基板１０はＳｉ又はＧａＰであっても良く、光吸
収層１１はｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＰ1-yであっても良い。
また、電子輸送層１２はｐ型ＧａＰ又はｐ型ＧａＡｓと
ｐ型ＧａＰの混晶であっても良い。さらに、被検出光の
入射する面と光電子が放出される面が異なるいわゆる透
過型光電面であっても良い。
【００３４】ショットキ電極１４の材料は、Ａｌ以外に
ＡｕやＴｉなどであっても良い。また、オーミック電極
１５の材料は、ＡｕＺｎ以外にＡｕＣｒやＩｎＺｎなど
であっても良い。さらに、光吸収層１１の一部をエッチ
ングにより露出させた部分にオーミック電極１５を形成
する以外に、半導体基板１０としてｐ型のＧａＡｓやＧ
ａＰやＳｉを用いて半導体基板１０の裏面にオーミック
電極１５を形成しても良い。
ＡｕやＴｉなどであっても良い。また、オーミック電極
１５の材料は、ＡｕＺｎ以外にＡｕＣｒやＩｎＺｎなど
であっても良い。さらに、光吸収層１１の一部をエッチ
ングにより露出させた部分にオーミック電極１５を形成
する以外に、半導体基板１０としてｐ型のＧａＡｓやＧ
ａＰやＳｉを用いて半導体基板１０の裏面にオーミック
電極１５を形成しても良い。
【００３５】図６は本発明の第３の実施形態に係る光電
面を示す断面図である。第１の実施形態と同様な方法に
より、半絶縁性ＧａＡｓからなる半導体基板１０上に、
キャリア濃度１×１０16ｃｍ-3、厚さ２μｍのＢｅドー
プｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1 -yからなる光吸収層１１、
キャリア濃度１×ｌ０16ｃｍ-3、厚さ０．５μｍのＢｅ
ドープｐ型ＧａＡｓからなる電子輸送層１２を順次形成
する。
面を示す断面図である。第１の実施形態と同様な方法に
より、半絶縁性ＧａＡｓからなる半導体基板１０上に、
キャリア濃度１×１０16ｃｍ-3、厚さ２μｍのＢｅドー
プｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1 -yからなる光吸収層１１、
キャリア濃度１×ｌ０16ｃｍ-3、厚さ０．５μｍのＢｅ
ドープｐ型ＧａＡｓからなる電子輸送層１２を順次形成
する。
【００３６】さらに、電子輸送層１２とｐｎ接合をなす
ように、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3、厚さ０．５μ
ｍのｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１６を形成す
る。次に、コンタクト層１６上にＡｕＧｅの上部オーミ
ック電極１７を真空蒸着し、フォトリソグラフィー法と
エッチングによりメッシュパターン状に加工して電子輸
送層１２の表面を一部露出させる。
ように、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3、厚さ０．５μ
ｍのｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１６を形成す
る。次に、コンタクト層１６上にＡｕＧｅの上部オーミ
ック電極１７を真空蒸着し、フォトリソグラフィー法と
エッチングによりメッシュパターン状に加工して電子輸
送層１２の表面を一部露出させる。
【００３７】また、光吸収層１１の一部をエッチングに
より露出させ、その部分にＡｕＺｎの下部オーミック電
極１８を真空蒸着により形成する。次に、表面の仕事関
数を低下させるために、Ｃｓ2Ｏからなる極薄い表面層
１３を第１の実施形態と同様の方法で形成する。光吸収
層１１を構成するＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-yの組成は、第
１の実施形態と同様、半導体基板１０及び電子輸送層１
２に１％以内のずれで格子整合するように選択する。上
部オーミック電極１７と下部オーミック電極１８との間
には、電子輸送層１２の側が光吸収層１１に対して正に
なるようバイアス電圧が印加される。
より露出させ、その部分にＡｕＺｎの下部オーミック電
極１８を真空蒸着により形成する。次に、表面の仕事関
数を低下させるために、Ｃｓ2Ｏからなる極薄い表面層
１３を第１の実施形態と同様の方法で形成する。光吸収
層１１を構成するＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-yの組成は、第
１の実施形態と同様、半導体基板１０及び電子輸送層１
２に１％以内のずれで格子整合するように選択する。上
部オーミック電極１７と下部オーミック電極１８との間
には、電子輸送層１２の側が光吸収層１１に対して正に
なるようバイアス電圧が印加される。
【００３８】このように構成された第３の実施形態の光
電面における光電子放出機構は、第２の実施形態と全く
同様である。従って、第３の実施形態は第２の実施形態
と同様の効果を有する。なお、上部オーミック電極１７
の材料は、ＡｕＧｅ以外にＩｎＳｎなどであっても良
い。また、下部オーミック電極１８の材料は、ＡｕＺｎ
以外にＡｕＣｒやＩｎＺｎなどであっても良い。
電面における光電子放出機構は、第２の実施形態と全く
同様である。従って、第３の実施形態は第２の実施形態
と同様の効果を有する。なお、上部オーミック電極１７
の材料は、ＡｕＧｅ以外にＩｎＳｎなどであっても良
い。また、下部オーミック電極１８の材料は、ＡｕＺｎ
以外にＡｕＣｒやＩｎＺｎなどであっても良い。
【００３９】さらに、下部オーミック電極１８を光吸収
層１１の一部をエッチングにより露出させた部分に形成
する以外に、半導体基板１０としてｐ型のＧａＡｓやＧ
ａＰやＳｉを用い、半導体基板１０の裏面に下部オーミ
ック電極１８を形成してもよい。以上のように、半導体
基板１０上に、格子整合により結晶欠陥が抑制された任
意の禁制帯幅を有する光吸収層１１と負の電子親和力を
もつ電子輸送層１２がエピタキシャル成長して形成され
ることから、本発明に係る光電面は、特に波長の長い赤
外線に対して従来よりも多くの光電子を放出することが
できる。
層１１の一部をエッチングにより露出させた部分に形成
する以外に、半導体基板１０としてｐ型のＧａＡｓやＧ
ａＰやＳｉを用い、半導体基板１０の裏面に下部オーミ
ック電極１８を形成してもよい。以上のように、半導体
基板１０上に、格子整合により結晶欠陥が抑制された任
意の禁制帯幅を有する光吸収層１１と負の電子親和力を
もつ電子輸送層１２がエピタキシャル成長して形成され
ることから、本発明に係る光電面は、特に波長の長い赤
外線に対して従来よりも多くの光電子を放出することが
できる。
【００４０】次に、本発明の実施形態４に係る光電面を
用いた電子管について説明する。図７はいわゆるサーキ
ュラーゲージ型の光電子増倍管１００を示す概略平断面
図である。図７において、透光性の真空容器３０を構成
する入射窓３１付きの円筒形のガラスバルブ内には、入
射窓３１から入射される被検出光（ｈν）に対して一定
の角度をもって傾斜配置された光電面２０と、この光電
面２０から放出された光電子を順次増倍するための複数
段のダイノード４０ａ〜４０ｈからなるダイノード部４
０と、出力信号を収集する陽極５０とが配置されてい
る。
用いた電子管について説明する。図７はいわゆるサーキ
ュラーゲージ型の光電子増倍管１００を示す概略平断面
図である。図７において、透光性の真空容器３０を構成
する入射窓３１付きの円筒形のガラスバルブ内には、入
射窓３１から入射される被検出光（ｈν）に対して一定
の角度をもって傾斜配置された光電面２０と、この光電
面２０から放出された光電子を順次増倍するための複数
段のダイノード４０ａ〜４０ｈからなるダイノード部４
０と、出力信号を収集する陽極５０とが配置されてい
る。
【００４１】なお、光電面２０は、前述した実施形態１
〜３による光電面を使用できる。また、図示しないが、
光電面２０、ダイノード部４０、そして陽極５０には、
ブリーダ回路及び電気リードを介して、光電面２０に対
して正のブリーダ電圧が陽極５０に近づくにつれて段ご
とに増加するように分配して印加される。さらに、真空
容器３０は、暗電流を減らすためペルチェ素子や液体窒
素などによって冷却が可能なようになっている。
〜３による光電面を使用できる。また、図示しないが、
光電面２０、ダイノード部４０、そして陽極５０には、
ブリーダ回路及び電気リードを介して、光電面２０に対
して正のブリーダ電圧が陽極５０に近づくにつれて段ご
とに増加するように分配して印加される。さらに、真空
容器３０は、暗電流を減らすためペルチェ素子や液体窒
素などによって冷却が可能なようになっている。
【００４２】光電子増倍管１００の真空容器３０の入射
窓３１を通った被検出光は、光電面２０の光吸収層１１
に吸収され、光電子が発生して真空中に放出される。放
出された光電子が加速されて第１ダイノード４０ａに入
射すると、増倍された二次電子が生成されて真空中に放
出される。第１ダイノード４０ａから放出された二次電
子は再び加速され、第２ダイノード４０ｂへ入射し、さ
らに二次電子を生成・放出する。これを８回繰り返すこ
とにより、光電面２０から放出された光電子は最終的に
第８ダイノード４０ｈにおいて約１００万倍程度に二次
電子増倍されて放出される。そして、第８ダイノード４
０ｈから増倍して放出された二次電子が陽極５０で集め
られ出力信号電流として取り出される。
窓３１を通った被検出光は、光電面２０の光吸収層１１
に吸収され、光電子が発生して真空中に放出される。放
出された光電子が加速されて第１ダイノード４０ａに入
射すると、増倍された二次電子が生成されて真空中に放
出される。第１ダイノード４０ａから放出された二次電
子は再び加速され、第２ダイノード４０ｂへ入射し、さ
らに二次電子を生成・放出する。これを８回繰り返すこ
とにより、光電面２０から放出された光電子は最終的に
第８ダイノード４０ｈにおいて約１００万倍程度に二次
電子増倍されて放出される。そして、第８ダイノード４
０ｈから増倍して放出された二次電子が陽極５０で集め
られ出力信号電流として取り出される。
【００４３】本実施形態においては特に赤外線に対して
光電面２０から放出される光電子が多くなるので、陽極
５０から最終的に出力される信号電流も大きくなって、
従来のサーキュラーゲージ型光電子増倍管と比較して赤
外線をより感度よく検出することができる。
光電面２０から放出される光電子が多くなるので、陽極
５０から最終的に出力される信号電流も大きくなって、
従来のサーキュラーゲージ型光電子増倍管と比較して赤
外線をより感度よく検出することができる。
【００４４】次に、本発明の実施形態５に係る光電面を
用いた電子管について説明する。図８はいわゆるヘッド
オン型の光電子増倍管２００を示す概略断面図である。
図８において、真空容器３０を構成する入射窓３１付き
の円筒形のガラスバルブ内には、入射窓３１から入射さ
れる被検出光（ｈν）に対して垂直に配置された光電面
２０と、この光電面２０から放出された光電子を順次増
倍するための複数段のダイノード４０ａ〜４０ｈからな
るダイノード部４０と、出力信号を収集する陽極５０と
が配置されている。
用いた電子管について説明する。図８はいわゆるヘッド
オン型の光電子増倍管２００を示す概略断面図である。
図８において、真空容器３０を構成する入射窓３１付き
の円筒形のガラスバルブ内には、入射窓３１から入射さ
れる被検出光（ｈν）に対して垂直に配置された光電面
２０と、この光電面２０から放出された光電子を順次増
倍するための複数段のダイノード４０ａ〜４０ｈからな
るダイノード部４０と、出力信号を収集する陽極５０と
が配置されている。
【００４５】なお、光電面２０は、前述した実施形態１
〜３による光電面を使用できる。また、図示しないが、
光電面２０、ダイノード部４０、そして陽極５０には、
ブリーダ回路及び電気リードを介して、光電面２０に対
して正のブリーダ電圧が陽極５０に近づくにつれて段ご
とに増加するように分配して印加される。さらに、真空
容器３０は、暗電流を減らすためペルチェ素子や液体窒
素などによって冷却が可能なようになっている。
〜３による光電面を使用できる。また、図示しないが、
光電面２０、ダイノード部４０、そして陽極５０には、
ブリーダ回路及び電気リードを介して、光電面２０に対
して正のブリーダ電圧が陽極５０に近づくにつれて段ご
とに増加するように分配して印加される。さらに、真空
容器３０は、暗電流を減らすためペルチェ素子や液体窒
素などによって冷却が可能なようになっている。
【００４６】光電子増倍管２００の真空容器３０の入射
窓３１を通った被検出光は、光電面２０の光吸収層１１
に吸収され、光電子が発生して真空中に放出される。放
出された光電子が加速されて第１ダイノード４０ａに入
射すると、増倍された二次電子が生成されて真空中に放
出される。第１ダイノード４０ａから放出された二次電
子は再び加速され、第２ダイノード４０ｂへ入射し、さ
らに二次電子を生成・放出する。これを８回繰り返すこ
とにより、光電面２０から放出された光電子は最終的に
第８ダイノード４０ｈにおいて約１００万倍程度に二次
電子増倍されて放出される。そして、第８ダイノード４
０ｈから増倍して放出された二次電子が陽極５０で集め
られ出力信号電流として取り出される。
窓３１を通った被検出光は、光電面２０の光吸収層１１
に吸収され、光電子が発生して真空中に放出される。放
出された光電子が加速されて第１ダイノード４０ａに入
射すると、増倍された二次電子が生成されて真空中に放
出される。第１ダイノード４０ａから放出された二次電
子は再び加速され、第２ダイノード４０ｂへ入射し、さ
らに二次電子を生成・放出する。これを８回繰り返すこ
とにより、光電面２０から放出された光電子は最終的に
第８ダイノード４０ｈにおいて約１００万倍程度に二次
電子増倍されて放出される。そして、第８ダイノード４
０ｈから増倍して放出された二次電子が陽極５０で集め
られ出力信号電流として取り出される。
【００４７】本実施形態においては、特に赤外線に対し
て光電面２０から放出される光電子が多くなるので、陽
極５０から最終的に出力される信号電流も大きくなっ
て、従来のヘッドオン型光電子増倍管と比較して赤外線
をより感度良く検出することができる。
て光電面２０から放出される光電子が多くなるので、陽
極５０から最終的に出力される信号電流も大きくなっ
て、従来のヘッドオン型光電子増倍管と比較して赤外線
をより感度良く検出することができる。
【００４８】次に、本発明の実施形態６に係る光電面を
用いた電子管について説明する。図９は本発明による画
像増強管３００を示す概略断面図である。図９におい
て、入射窓３１付きの真空容器３０内に、光電面２０、
マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）５１と入力側及
び出力側の電極５２，５３からなる電子増倍部、蛍光面
５４及び電極５５及びファイバープレート５６からなる
陽極部とが配置されている。なお、光電面２０は、前述
した実施形態１〜３による光電面を使用できる。また、
真空容器３０は、暗電流を減らすためペルチエ素子や液
体窒素などによって冷却が可能なようになっている。
用いた電子管について説明する。図９は本発明による画
像増強管３００を示す概略断面図である。図９におい
て、入射窓３１付きの真空容器３０内に、光電面２０、
マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）５１と入力側及
び出力側の電極５２，５３からなる電子増倍部、蛍光面
５４及び電極５５及びファイバープレート５６からなる
陽極部とが配置されている。なお、光電面２０は、前述
した実施形態１〜３による光電面を使用できる。また、
真空容器３０は、暗電流を減らすためペルチエ素子や液
体窒素などによって冷却が可能なようになっている。
【００４９】画像増強管３００において、被検出光が入
射すると、本発明による電子管の第４の実施形態及び第
５の実施形態と同様に、光電子が放出され増倍される。
ＭＣＰ５１の出力面から放出された光電子は、ＭＣＰ５
１に対してより正の電圧を印加された蛍光面５４に加速
されて入射し、発光を生じる。すなわち、画像増強管３
００では、光電面２０の光の入射位置に対応した蛍光面
５４の部位が発光するので、一次元又は二次元の位置検
出や画像化が可能となる。蛍光面５４の発光はファイバ
ープレート５６を通して確認することができ、特に、低
照度下での位置検出又は画像化に適している。
射すると、本発明による電子管の第４の実施形態及び第
５の実施形態と同様に、光電子が放出され増倍される。
ＭＣＰ５１の出力面から放出された光電子は、ＭＣＰ５
１に対してより正の電圧を印加された蛍光面５４に加速
されて入射し、発光を生じる。すなわち、画像増強管３
００では、光電面２０の光の入射位置に対応した蛍光面
５４の部位が発光するので、一次元又は二次元の位置検
出や画像化が可能となる。蛍光面５４の発光はファイバ
ープレート５６を通して確認することができ、特に、低
照度下での位置検出又は画像化に適している。
【００５０】本実施形態においては、特に、赤外線に対
して光電面２０から放出される光電子が多くなるので、
従来の画像増強管と比較して赤外線をより感度よく検出
することができる。なお、本発明による電子管の実施形
態は、実施形態４〜６の３つに限定されるものではな
く、例えば、光電子増倍管の増倍部に半導体ダイオード
を用いた電子打ち込み型の光電子増倍管や、光電子増倍
管の増倍部にマルチチャンネル型の半導体ダイオードを
用いた位置検出型光電子増倍管や、画像増強管のＭＣＰ
と蛍光面の代わりに裏面照射型電荷結合素子（ＣＣＤ）
を用いた画像増強管などにも適用できる。これらの電子
管は従来と比較して、特に赤外線をより感度よく検出す
ることができる。
して光電面２０から放出される光電子が多くなるので、
従来の画像増強管と比較して赤外線をより感度よく検出
することができる。なお、本発明による電子管の実施形
態は、実施形態４〜６の３つに限定されるものではな
く、例えば、光電子増倍管の増倍部に半導体ダイオード
を用いた電子打ち込み型の光電子増倍管や、光電子増倍
管の増倍部にマルチチャンネル型の半導体ダイオードを
用いた位置検出型光電子増倍管や、画像増強管のＭＣＰ
と蛍光面の代わりに裏面照射型電荷結合素子（ＣＣＤ）
を用いた画像増強管などにも適用できる。これらの電子
管は従来と比較して、特に赤外線をより感度よく検出す
ることができる。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
吸収層は任意の禁制帯幅を有すると共に、半導体基板と
の格子整合により結晶欠陥が抑制され、また、電子輸送
層は負の電子親和力をもつので、本発明に係る光電面は
特に波長の長い赤外線に対して非常に高感度の光電面が
得られる。さらに、本発明の光電面を用いた電子管によ
れば、波長の長い微弱な赤外線を従来より感度よく検出
できるという効果を奏する。
吸収層は任意の禁制帯幅を有すると共に、半導体基板と
の格子整合により結晶欠陥が抑制され、また、電子輸送
層は負の電子親和力をもつので、本発明に係る光電面は
特に波長の長い赤外線に対して非常に高感度の光電面が
得られる。さらに、本発明の光電面を用いた電子管によ
れば、波長の長い微弱な赤外線を従来より感度よく検出
できるという効果を奏する。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光電面を示す概
略断面図である。
略断面図である。
【図２】ＧａＡｓに格子整合するＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ
1-yの禁制帯幅（実線）及びそれに対応する光波長（破
線）と組成ｙとの関係を示した線図である。
1-yの禁制帯幅（実線）及びそれに対応する光波長（破
線）と組成ｙとの関係を示した線図である。
【図３】ＧａＡｓに格子整合するＧａ1-xＩｎxＮyＰ1-y
の禁制帯幅（実線）及びそれに対応する光波長（破線）
と組成ｙとの関係を示した線図である。
の禁制帯幅（実線）及びそれに対応する光波長（破線）
と組成ｙとの関係を示した線図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る光電面を示す概
略断面図である。
略断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光電面のエネル
ギーバンド図である。
ギーバンド図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る光電面を示す概
略断面図である。
略断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る電子管を示す概
略平断面図である。
略平断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る電子管を示す概
略断面図である。
略断面図である。
【図９】本発明第６の実施形態に係る電子管を示す概略
断面図である。
断面図である。
【図１０】従来のＧａＡｓ基板上にｐ型ＧａＡｓ光吸収
層がエピタキシャル成長された反射型光電面を示す概略
断面図である。
層がエピタキシャル成長された反射型光電面を示す概略
断面図である。
【図１１】従来のｐ型Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＰyを光吸収
層とする光電面を示す概略断面図である。
層とする光電面を示す概略断面図である。
【図１２】従来の量子井戸を光吸収層とする光電面を示
す概略断面図である。
す概略断面図である。
１０…半導体基板、１１…光吸収層、１２…電子輸送
層、１３…表面層、１４…ショットキ電極、１５…オー
ミック電極、１６…コンタクト層、１７…上部オーミッ
ク電極、１８…下部オーミック電極、２０…光電面、３
０…真空容器、３１…入射窓、４０…ダイノード部、４
０ａ…第１ダイノード、４０ｂ…第２ダイノード、４０
ｃ…第３ダイノード、４０ｄ…第４ダイノード、４０ｅ
…第５ダイノード、４０ｆ…第６ダイノード、４０ｇ…
第７ダイノード、４０ｈ…第８ダイノード、５０…陽
極、５１…マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）、５
２…入力側電極、５３…出力側電極、５４…蛍光面、５
５…電極、５６…ファイバープレート、６１…オーミッ
ク電極、６２…Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ、６３…アンドー
プＧａＡｓ、６４…コンタクト層、６５…ショットキ電
極、１００，２００…光電子増倍管、３００…画像増強
管。
層、１３…表面層、１４…ショットキ電極、１５…オー
ミック電極、１６…コンタクト層、１７…上部オーミッ
ク電極、１８…下部オーミック電極、２０…光電面、３
０…真空容器、３１…入射窓、４０…ダイノード部、４
０ａ…第１ダイノード、４０ｂ…第２ダイノード、４０
ｃ…第３ダイノード、４０ｄ…第４ダイノード、４０ｅ
…第５ダイノード、４０ｆ…第６ダイノード、４０ｇ…
第７ダイノード、４０ｈ…第８ダイノード、５０…陽
極、５１…マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）、５
２…入力側電極、５３…出力側電極、５４…蛍光面、５
５…電極、５６…ファイバープレート、６１…オーミッ
ク電極、６２…Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ、６３…アンドー
プＧａＡｓ、６４…コンタクト層、６５…ショットキ電
極、１００，２００…光電子増倍管、３００…画像増強
管。
Claims (8)
- 【請求項１】 Ｓｉ、ＧａＡｓ又はＧａＰからなる半導
体基板と、前記半導体基板上に形成され、ｐ型Ｇａ1-x
ＩｎxＮyＡｓ1-y又はｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＰ1-yからな
り、検出対象である被検出光を吸収して光電子を発生さ
せる光吸収層と、 前記光吸収層上に形成され、キャリア濃度が１×１０17
ｃｍ-3以上のｐ型ＧａＡｓ、ｐ型ＧａＰ又はそれらの混
晶からなり、前記光吸収層から発生した光電子を表面近
傍まで拡散させる電子輸送層と、 前記電子輸送層上に形成され、アルカリ金属又はその酸
化物又はそのフッ化物からなり、前記電子輸送層の電子
親和力を負に低下させる表面層とを備えたことを特徴と
する光電面。 - 【請求項２】 Ｓｉ、ＧａＡｓ又はＧａＰからなる半導
体基板と、前記半導体基板上に形成され、ｐ型Ｇａ1-x
ＩｎxＮyＡｓ1-y又はｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＰ1-yからな
り、検出対象である被検出光を吸収して光電子を発生さ
せる光吸収層と、 前記光吸収層上に形成され、キャリア濃度が１×１０15
ｃｍ-3以上のｐ型ＧａＡｓ、ｐ型ＧａＰ又はそれらの混
晶からなり、前記光吸収層から発生した光電子を表面近
傍まで拡散させる電子輸送層と、 前記電子輸送層上に形成され、アルカリ金属又はその酸
化物又はそのフッ化物からなり、前記電子輸送層の電子
親和力を負に低下させる表面層と、 前記電子輸送層上に形成され前記電子輸送層とショット
キ接合をなし、前記電子輸送層が前記光吸収層に対して
正になるようにバイアス電圧を印加する電極とを備えた
ことを特徴とする光電面。 - 【請求項３】 Ｓｉ、ＧａＡｓ又はＧａＰからなる半導
体基板と、 前記半導体基板上に形成され、ｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＡ
ｓ1-y又はｐ型Ｇａ1-xＩｎxＮyＰ1-yからなり、検出対
象である被検出光を吸収して光電子を発生させる光吸収
層と、 前記光吸収層上に形成され、キャリア濃度が１×１０15
ｃｍ-3以上のｐ型ＧａＡｓ、ｐ型ＧａＰ又はそれらの混
晶からなり、前記光吸収層から発生した光電子を表面近
傍まで拡散させる電子輸送層と、 前記電子輸送層上に形成され、アルカリ金属又はその酸
化物又はそのフッ化物からなり、前記電子輸送層の電子
親和力を負に低下させる表面層と、 前記電子輸送層上の一部に形成され、ｎ型ＧａＡｓ、ｎ
型ＧａＰ又はそれらの混晶からなり、前記電子輸送層と
ｐｎ接合をなすコンタクト層と、 前記コンタクト層上に形成され、前記電子輸送層が前記
光吸収層に対して正になるようにバイアス電圧を印加す
る電極とを備えたことを特徴とする光電面。 - 【請求項４】 前記半導体基板の格子定数及び前記光吸
収層の格子定数及び前記電子輸送層の格子定数は、それ
ぞれ１％以内のずれの範囲で一致していることを特徴と
する請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電面。 - 【請求項５】 前記光吸収層を形成するＧａ1-xＩｎxＮ
yＡｓ1-y又はＧａ1- xＩｎxＮyＰ1-y中のＮの組成ｙは、
０＜ｙ≦０．２であることを特徴とする請求項１〜４の
いずれか１項に記載の光電面。 - 【請求項６】 前記半導体基板の禁制帯幅及び前記電子
輸送層の禁制帯幅は、共に前記光吸収層の禁制帯幅より
も大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項
に記載の光電面。 - 【請求項７】 被検出光が入射する入射窓を有し、内部
が真空に保持された真空容器と、 前記入射窓に臨んで前記真空容器内に収容された請求項
１〜６のいずれか１項に記載された光電面と、前記真空
容器内に収容され、前記光電面に対して正の電位に保持
された陽極部とを備えたことを特徴とする電子管。 - 【請求項８】 前記真空容器内に収容され、前記光電面
からの光電子を二次電子増倍する電子増倍部をさらに備
えたことを特徴とする請求項７に記載の電子管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29561697A JPH11135003A (ja) | 1997-10-28 | 1997-10-28 | 光電面及びそれを用いた電子管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29561697A JPH11135003A (ja) | 1997-10-28 | 1997-10-28 | 光電面及びそれを用いた電子管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11135003A true JPH11135003A (ja) | 1999-05-21 |
Family
ID=17822944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29561697A Pending JPH11135003A (ja) | 1997-10-28 | 1997-10-28 | 光電面及びそれを用いた電子管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11135003A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003107386A1 (ja) * | 2002-05-21 | 2003-12-24 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体光電面とその製造方法、及びこの半導体光電面を用いた光検出管 |
| JP2006113593A (ja) | 2004-10-18 | 2006-04-27 | Leica Microsystems Cms Gmbh | 走査顕微鏡 |
| JP2007040909A (ja) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | Hitachi High-Technologies Corp | 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 |
| JP2008135350A (ja) * | 2006-11-29 | 2008-06-12 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体光電陰極 |
| JP2008166262A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Hamamatsu Photonics Kk | 光電陰極、電子管及び光電子増倍管 |
| CN100426439C (zh) * | 2003-12-24 | 2008-10-15 | 中国科学院半导体研究所 | 中浓度p型掺杂透射式砷化镓光阴极材料及其制备方法 |
| CN103745899A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-23 | 中国计量学院 | 基于对数掺杂变In组分反射式结构GaAs光电阴极 |
-
1997
- 1997-10-28 JP JP29561697A patent/JPH11135003A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003107386A1 (ja) * | 2002-05-21 | 2003-12-24 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体光電面とその製造方法、及びこの半導体光電面を用いた光検出管 |
| CN100426439C (zh) * | 2003-12-24 | 2008-10-15 | 中国科学院半导体研究所 | 中浓度p型掺杂透射式砷化镓光阴极材料及其制备方法 |
| JP2006113593A (ja) | 2004-10-18 | 2006-04-27 | Leica Microsystems Cms Gmbh | 走査顕微鏡 |
| JP2014052660A (ja) * | 2004-10-18 | 2014-03-20 | Leica Microsystems Cms Gmbh | 走査顕微鏡 |
| JP2007040909A (ja) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | Hitachi High-Technologies Corp | 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 |
| JP4491391B2 (ja) * | 2005-08-05 | 2010-06-30 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 |
| JP2008135350A (ja) * | 2006-11-29 | 2008-06-12 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体光電陰極 |
| JP2008166262A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Hamamatsu Photonics Kk | 光電陰極、電子管及び光電子増倍管 |
| US20100096985A1 (en) * | 2006-12-28 | 2010-04-22 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photocathode, photomultiplier and electron tube |
| US8421354B2 (en) | 2006-12-28 | 2013-04-16 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photocathode, photomultiplier and electron tube |
| EP1939917B1 (en) * | 2006-12-28 | 2015-02-25 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photocathode, photomultiplier and electron tube |
| CN103745899A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-23 | 中国计量学院 | 基于对数掺杂变In组分反射式结构GaAs光电阴极 |
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