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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