JPH05234501A - 光電子放出面及びそれを用いた電子管 - Google Patents
光電子放出面及びそれを用いた電子管Info
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- JPH05234501A JPH05234501A JP3782392A JP3782392A JPH05234501A JP H05234501 A JPH05234501 A JP H05234501A JP 3782392 A JP3782392 A JP 3782392A JP 3782392 A JP3782392 A JP 3782392A JP H05234501 A JPH05234501 A JP H05234501A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/34—Photo-emissive cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
- H01J2201/34—Photoemissive electrodes
- H01J2201/342—Cathodes
- H01J2201/3421—Composition of the emitting surface
- H01J2201/3423—Semiconductors, e.g. GaAs, NEA emitters
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- Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)
- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来の半導体を用いた光電子放出面に比較し
て著しく高い感度を有し、また、その限界波長をはるか
に長波長まですることが可能な光電子放出面及びそれを
用いた電子管を提供することを目的とする。 【構成】 光吸収層２２となる異種接合半導体多層膜の
ＧａＡｓ層２２ａは、電子のドブロイ波長よりも短い３
００オングストローム以下の膜厚であるため、隣接する
エネルギギャップの大きなＡｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２
ｂによって挟まれてポテンシャル井戸となり、ＧａＡｓ
層２２ａ内にその量子準位に応じたサブバンドが形成さ
れる。この時に、Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２ｂはトン
ネル効果によって電子が通り抜けられない４５オングス
トローム以上の膜厚を有しているので、このサブバンド
は束縛電子により常に満たされた状態にある。
て著しく高い感度を有し、また、その限界波長をはるか
に長波長まですることが可能な光電子放出面及びそれを
用いた電子管を提供することを目的とする。 【構成】 光吸収層２２となる異種接合半導体多層膜の
ＧａＡｓ層２２ａは、電子のドブロイ波長よりも短い３
００オングストローム以下の膜厚であるため、隣接する
エネルギギャップの大きなＡｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２
ｂによって挟まれてポテンシャル井戸となり、ＧａＡｓ
層２２ａ内にその量子準位に応じたサブバンドが形成さ
れる。この時に、Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２ｂはトン
ネル効果によって電子が通り抜けられない４５オングス
トローム以上の膜厚を有しているので、このサブバンド
は束縛電子により常に満たされた状態にある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光子の入射によって光電
子を放出する光電子放出面およびこれを用いて構成され
た電子管に関するものである。
子を放出する光電子放出面およびこれを用いて構成され
た電子管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、効率の高い光電子放出面を得るこ
とを目的として、光吸収層に半導体多層膜を用いた技術
が特開昭６２−１３３６３４号公報および特開昭６２−
１３３６３３号公報に開示されている。この第１の従来
の光電子放出面は図４に示されるエネルギバンド構造を
有している。つまり、エネルギギャップの小さな層６
は、入射光子を吸収し、光電子を励起させるために十分
な厚さ（３００オングストローム以下）を有している。
また、エネルギギャップの大きな層７は、光電子をトン
ネル効果により通過させるために十分な薄さ（４５オン
グストローム以下）を有している。そして、これら各層
６，７が交互に積層されて光電子放出面が形成されてい
る。この光電子放出面は、２種類の層を交互に積層する
ことにより、入射光子に対する光吸収係数が、均質半導
体材料からなる従来の光吸収層に比べて増大することを
利用したものである。入射光子により励起された光電子
を効率良く放出面へ到達させるためには、障壁となるエ
ネルギギャップの大きな層７の膜厚は十分に薄くなけれ
ばならず、実用的にはこの厚さは４５オングストローム
以下と非常に薄くしなければならない。エネルギギャッ
プの大きな層７をトンネル効果により通過できた光電子
のみが放出面へ到達し、放出面上に形成されたＣｓx Ｏ
y 層８を通って真空中へ放出される。この光電子放出面
においては、入射光子の吸収および電子−正孔対の発生
を、エネルギギャップの小さな層６の価電子帯と伝導帯
との間で生じさせることにより、光電子放出の効率化を
図っている。 また、図５に示されるエネルギバンド構
造を持つ従来の第２の光電子放出面もある。この光電子
放出面は、エネルギギャップの小さな層９の膜厚が上記
従来の光電子放出面の層６よりも薄い場合のバンド構造
を持っている。この光電子放出面においても、入射光子
の吸収および電子−正孔対の発生を、エネルギギャップ
の小さな層９の価電子帯と伝導帯との間で生じさせ、Ｃ
ｓx Ｏy 層１１から光電子を放出させることにより、光
電子放出の効率化が図られている。
とを目的として、光吸収層に半導体多層膜を用いた技術
が特開昭６２−１３３６３４号公報および特開昭６２−
１３３６３３号公報に開示されている。この第１の従来
の光電子放出面は図４に示されるエネルギバンド構造を
有している。つまり、エネルギギャップの小さな層６
は、入射光子を吸収し、光電子を励起させるために十分
な厚さ（３００オングストローム以下）を有している。
また、エネルギギャップの大きな層７は、光電子をトン
ネル効果により通過させるために十分な薄さ（４５オン
グストローム以下）を有している。そして、これら各層
６，７が交互に積層されて光電子放出面が形成されてい
る。この光電子放出面は、２種類の層を交互に積層する
ことにより、入射光子に対する光吸収係数が、均質半導
体材料からなる従来の光吸収層に比べて増大することを
利用したものである。入射光子により励起された光電子
を効率良く放出面へ到達させるためには、障壁となるエ
ネルギギャップの大きな層７の膜厚は十分に薄くなけれ
ばならず、実用的にはこの厚さは４５オングストローム
以下と非常に薄くしなければならない。エネルギギャッ
プの大きな層７をトンネル効果により通過できた光電子
のみが放出面へ到達し、放出面上に形成されたＣｓx Ｏ
y 層８を通って真空中へ放出される。この光電子放出面
においては、入射光子の吸収および電子−正孔対の発生
を、エネルギギャップの小さな層６の価電子帯と伝導帯
との間で生じさせることにより、光電子放出の効率化を
図っている。 また、図５に示されるエネルギバンド構
造を持つ従来の第２の光電子放出面もある。この光電子
放出面は、エネルギギャップの小さな層９の膜厚が上記
従来の光電子放出面の層６よりも薄い場合のバンド構造
を持っている。この光電子放出面においても、入射光子
の吸収および電子−正孔対の発生を、エネルギギャップ
の小さな層９の価電子帯と伝導帯との間で生じさせ、Ｃ
ｓx Ｏy 層１１から光電子を放出させることにより、光
電子放出の効率化が図られている。
【０００３】また、B.F.Levineらにより、量子井戸構造
を利用した長波長受光素子が文献（Appl.Phys.Lett.58
(14)1991 ）に報告されている。この受光素子（従来の
第３の光電子放出面）の価電子帯のバンド構造は図６に
示される。入射光子の吸収はポテンシャル井戸となるエ
ネルギギャップの小さな層１２に形成される価電子帯の
サブバンド間で行なわれ、この入射光子の吸収によって
光電子が励起される。励起された光電子は、ポテンシャ
ル障壁となるエネルギギャップの大きな層１３の価電子
帯のＸ谷をこの場合は移動する。このような受光素子で
は、光電子は表面に形成された電極へ到達すれば信号と
して検出されるので、一般に半導体内部に形成される電
界は小さく、雑音を極力低く抑えるため、可能な限り低
バイアス電圧で動作させるのが一般的である。
を利用した長波長受光素子が文献（Appl.Phys.Lett.58
(14)1991 ）に報告されている。この受光素子（従来の
第３の光電子放出面）の価電子帯のバンド構造は図６に
示される。入射光子の吸収はポテンシャル井戸となるエ
ネルギギャップの小さな層１２に形成される価電子帯の
サブバンド間で行なわれ、この入射光子の吸収によって
光電子が励起される。励起された光電子は、ポテンシャ
ル障壁となるエネルギギャップの大きな層１３の価電子
帯のＸ谷をこの場合は移動する。このような受光素子で
は、光電子は表面に形成された電極へ到達すれば信号と
して検出されるので、一般に半導体内部に形成される電
界は小さく、雑音を極力低く抑えるため、可能な限り低
バイアス電圧で動作させるのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の第１の光電子放出面においては、エネルギギャップ
の小さな層６の膜厚を薄くしていくと、量子効果によっ
て価電子帯・伝導帯ともにサブバンドが形成され、入射
光子の吸収閾値が高くなり、波長の長い入射光子が吸収
できなくなるという本質的な欠点があった。
来の第１の光電子放出面においては、エネルギギャップ
の小さな層６の膜厚を薄くしていくと、量子効果によっ
て価電子帯・伝導帯ともにサブバンドが形成され、入射
光子の吸収閾値が高くなり、波長の長い入射光子が吸収
できなくなるという本質的な欠点があった。
【０００５】また、上記従来の第２の光電子放出面にお
いては、エネルギギャップの小さな層９が薄いため、価
電子帯のサブバンドと伝導帯のサブバンドとの間のエネ
ルギ差ＥsgはバンドギャップＥg よりも大きくなり、入
射光子の吸収閾値波長は短くなってしまう。
いては、エネルギギャップの小さな層９が薄いため、価
電子帯のサブバンドと伝導帯のサブバンドとの間のエネ
ルギ差ＥsgはバンドギャップＥg よりも大きくなり、入
射光子の吸収閾値波長は短くなってしまう。
【０００６】また、上記従来の第３の光電子放出面（受
光素子）においては、高い暗電流を生じるため、液体窒
素等でかなりの低温まで冷却して使用する必要があり、
この点が一般の装置に組み込んで使用する場合の欠点に
なっていた。
光素子）においては、高い暗電流を生じるため、液体窒
素等でかなりの低温まで冷却して使用する必要があり、
この点が一般の装置に組み込んで使用する場合の欠点に
なっていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解消するためになされたもので、光吸収層はエネルギ
ギャップの異なる半導体の異種接合が多層になった異種
接合半導体多層膜によって形成され、エネルギギャップ
の小さな半導体の膜厚は３００オングストローム以下で
あり、エネルギギャップの大きな半導体の膜厚は４５オ
ングストローム以上であることを特徴とするものであ
る。
を解消するためになされたもので、光吸収層はエネルギ
ギャップの異なる半導体の異種接合が多層になった異種
接合半導体多層膜によって形成され、エネルギギャップ
の小さな半導体の膜厚は３００オングストローム以下で
あり、エネルギギャップの大きな半導体の膜厚は４５オ
ングストローム以上であることを特徴とするものであ
る。
【０００８】また、光吸収層は導電型の異なる半導体の
同種接合が多層になった同種接合半導体多層膜によって
形成され、ポテンシャル井戸になる一方の導電型の半導
体の膜厚は３００オングストローム以下であり、ポテン
シャル障壁になる他方の半導体の膜厚は４５オングスト
ローム以上であることを特徴とするものである。
同種接合が多層になった同種接合半導体多層膜によって
形成され、ポテンシャル井戸になる一方の導電型の半導
体の膜厚は３００オングストローム以下であり、ポテン
シャル障壁になる他方の半導体の膜厚は４５オングスト
ローム以上であることを特徴とするものである。
【０００９】また、入射光子により励起された光電子は
内部電界により加速され、より高いエネルギバンドへ遷
移することを特徴とするものである。
内部電界により加速され、より高いエネルギバンドへ遷
移することを特徴とするものである。
【００１０】
【作用】半導体多層膜に形成される伝導帯のサブバンド
間あるいはサブバンドと伝導帯の底の間で入射光子の吸
収、光電子の励起が行われ、用いる半導体のエネルギギ
ャップに対応する波長よりも長波長の入射光に対して感
度を有する。また、励起された光電子が内部電界によっ
て加速されることにより、光電子は容易に真空中へ放出
される。
間あるいはサブバンドと伝導帯の底の間で入射光子の吸
収、光電子の励起が行われ、用いる半導体のエネルギギ
ャップに対応する波長よりも長波長の入射光に対して感
度を有する。また、励起された光電子が内部電界によっ
て加速されることにより、光電子は容易に真空中へ放出
される。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の一実施例による光電子放出面
の構造を示す断面図である。
の構造を示す断面図である。
【００１２】Ｐ+ −ＧａＡｓ基板２１上には光吸収層２
２が形成されている。この光吸収層２２は、３０オング
ストロームの厚さのアンドープＧａＡｓ層２２ａおよび
５００オングストロームの厚さのＡｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ
層２２ｂ、各々４０層の異種接合半導体多層膜によって
形成されている。なお、図においては、一部の異種接合
は省略されている。光吸収層２２上にはＰ- −ＧａＡｓ
コンタクト層２３が３０００オングストロームの厚さに
形成されている。さらに、このＰ- −ＧａＡｓコンタク
ト層２３の表面にはメッシュ状にパターニングされたＡ
ｌショットキ電極２４が形成されている。これらの表面
にＣｓ，Ｏ2 により活性化処理が施されてごく薄いＣｓ
x Ｏy 膜２５が形成されており、仕事関数の低減化が図
られている。一方、Ｐ+ −ＧａＡｓ基板２１の裏面には
オーミック電極２６が形成されており、電源２７によっ
てショットキ電極２４およびオーミック電極２６間にバ
イアスが加えられる。
２が形成されている。この光吸収層２２は、３０オング
ストロームの厚さのアンドープＧａＡｓ層２２ａおよび
５００オングストロームの厚さのＡｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ
層２２ｂ、各々４０層の異種接合半導体多層膜によって
形成されている。なお、図においては、一部の異種接合
は省略されている。光吸収層２２上にはＰ- −ＧａＡｓ
コンタクト層２３が３０００オングストロームの厚さに
形成されている。さらに、このＰ- −ＧａＡｓコンタク
ト層２３の表面にはメッシュ状にパターニングされたＡ
ｌショットキ電極２４が形成されている。これらの表面
にＣｓ，Ｏ2 により活性化処理が施されてごく薄いＣｓ
x Ｏy 膜２５が形成されており、仕事関数の低減化が図
られている。一方、Ｐ+ −ＧａＡｓ基板２１の裏面には
オーミック電極２６が形成されており、電源２７によっ
てショットキ電極２４およびオーミック電極２６間にバ
イアスが加えられる。
【００１３】図２は本実施例による光電子放出面にバイ
アス電圧を印加していない場合のバンド構造を示してい
る。図１の各層に対応するエネルギバンドには各層と同
じ符号が付されている。
アス電圧を印加していない場合のバンド構造を示してい
る。図１の各層に対応するエネルギバンドには各層と同
じ符号が付されている。
【００１４】このバンド構造にいては、光吸収層２２と
なる異種接合半導体多層膜のそれぞれの伝導帯のエネル
ギ差は、用いる半導体の最小のエネルギギャップよりも
小さくなっている。異種接合半導体多層膜のＧａＡｓ層
２２ａは、電子のドブロイ波長よりも短い３００オング
ストローム以下の膜厚であるため、隣接するエネルギギ
ャップの大きなＡｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２ｂによって
挟まれてポテンシャル井戸となり、ＧａＡｓ層２２ａ内
にその量子準位に応じたサブバンドが形成される。この
時に、Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２ｂはトンネル効果に
よって電子が通り抜けられない４５オングストローム以
上の膜厚を有しているので、このサブバンドは束縛電子
により常に満たされた状態にある。
なる異種接合半導体多層膜のそれぞれの伝導帯のエネル
ギ差は、用いる半導体の最小のエネルギギャップよりも
小さくなっている。異種接合半導体多層膜のＧａＡｓ層
２２ａは、電子のドブロイ波長よりも短い３００オング
ストローム以下の膜厚であるため、隣接するエネルギギ
ャップの大きなＡｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２ｂによって
挟まれてポテンシャル井戸となり、ＧａＡｓ層２２ａ内
にその量子準位に応じたサブバンドが形成される。この
時に、Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２ｂはトンネル効果に
よって電子が通り抜けられない４５オングストローム以
上の膜厚を有しているので、このサブバンドは束縛電子
により常に満たされた状態にある。
【００１５】本実施例による光電子放出面は、入射光子
の吸収によってこの束縛電子をさらに他の量子準位のサ
ブバンドへ励起しようというものであり、従来の均質半
導体光電子放出面あるいは前述した従来の特開昭６２−
１３３６３４号公報等に開示されている光電子放出面の
ように、入射光子の吸収、光電子の励起を半導体の価電
子帯と伝導帯との間で行なわせるものとは本質的に異な
ることは明らかである。従って、従来の光電子放出面で
は、用いる半導体のエネルギギャップに対応する波長λ
＝１．２４／Ｅg よりも長波長の入射光子に対しては全
く感度を有するものではないが、本実施例による光電子
放出面では、用いる半導体のエネルギギャップよりも長
波長の入射光子に対しても感度を有する。また、その波
長も光吸収層２２の異種接合半導体多層膜を適宜設計す
ることにより、任意に変化させることが可能になる。
の吸収によってこの束縛電子をさらに他の量子準位のサ
ブバンドへ励起しようというものであり、従来の均質半
導体光電子放出面あるいは前述した従来の特開昭６２−
１３３６３４号公報等に開示されている光電子放出面の
ように、入射光子の吸収、光電子の励起を半導体の価電
子帯と伝導帯との間で行なわせるものとは本質的に異な
ることは明らかである。従って、従来の光電子放出面で
は、用いる半導体のエネルギギャップに対応する波長λ
＝１．２４／Ｅg よりも長波長の入射光子に対しては全
く感度を有するものではないが、本実施例による光電子
放出面では、用いる半導体のエネルギギャップよりも長
波長の入射光子に対しても感度を有する。また、その波
長も光吸収層２２の異種接合半導体多層膜を適宜設計す
ることにより、任意に変化させることが可能になる。
【００１６】図３は本実施例による光電子放出面のバイ
アス電圧印加時におけるエネルギバンド構造を示してい
る。本図においても、図１の各層に対応するエネルギバ
ンドには各層と同じ符号が付されている。
アス電圧印加時におけるエネルギバンド構造を示してい
る。本図においても、図１の各層に対応するエネルギバ
ンドには各層と同じ符号が付されている。
【００１７】光吸収層２２内のＧａＡｓ層２２ａのサブ
バンド間で入射光子ｈνにより励起された光電子は、Ａ
ｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２ｂの伝導帯のＸ谷へ移動す
る。しかしながら、バイアス電圧が印加されて半導体内
部には高電界（≧１０3 Ｖ／ｃｍ以上）が形成されてい
るので、光電子は加速され、すぐにより高いエネルギバ
ンドのΓ谷へと遷移する。本実施例ではＡｌ0.65Ｇａ
0.35Ａｓ層２２ｂが間接遷移半導体であるためにＸ−Γ
遷移となるが、直接遷移半導体を用いた場合にはΓ−Ｘ
あるいはΓ−Ｌ遷移となることは当然のことである。こ
のように内部電界により加速され、より高いエネルギ帯
を移動する光電子は、異種接合半導体多層膜を横切る際
に光電子のポテンシャルエネルギが十分に高く保たれて
いるため、ＧａＡｓ層２２ａのポテンシャル井戸へ落ち
ることはなく、放出面まで到達することができる。放出
面に到達した光電子はごく一部がショットキ電極２４に
吸い込まれるが、ほとんどは電極パターンの間を通り、
Ｃｓx Ｏy 膜２５を通って真空中へ放出される。この時
も光電子のポテンシャルエネルギは十分高く保たれてい
るので、光電子は非常に効率良く真空中へ放出される。
バンド間で入射光子ｈνにより励起された光電子は、Ａ
ｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２ｂの伝導帯のＸ谷へ移動す
る。しかしながら、バイアス電圧が印加されて半導体内
部には高電界（≧１０3 Ｖ／ｃｍ以上）が形成されてい
るので、光電子は加速され、すぐにより高いエネルギバ
ンドのΓ谷へと遷移する。本実施例ではＡｌ0.65Ｇａ
0.35Ａｓ層２２ｂが間接遷移半導体であるためにＸ−Γ
遷移となるが、直接遷移半導体を用いた場合にはΓ−Ｘ
あるいはΓ−Ｌ遷移となることは当然のことである。こ
のように内部電界により加速され、より高いエネルギ帯
を移動する光電子は、異種接合半導体多層膜を横切る際
に光電子のポテンシャルエネルギが十分に高く保たれて
いるため、ＧａＡｓ層２２ａのポテンシャル井戸へ落ち
ることはなく、放出面まで到達することができる。放出
面に到達した光電子はごく一部がショットキ電極２４に
吸い込まれるが、ほとんどは電極パターンの間を通り、
Ｃｓx Ｏy 膜２５を通って真空中へ放出される。この時
も光電子のポテンシャルエネルギは十分高く保たれてい
るので、光電子は非常に効率良く真空中へ放出される。
【００１８】以上説明したように本実施例による光電子
放出面は、入射光子により伝導帯のサブバンド間で励起
された光電子を内部電界により加速し、より高いエネル
ギ帯へ遷移させた後に真空中へ放出するものであり、例
えば、B.F.Levineらによって報告されている前述の従来
の量子井戸構造を用いた受光素子とは本質的に異なる機
構を持つものである。つまり、光電子放出面は、従来の
ように価電子帯と伝導帯との間のいわゆるバンド間での
光励起ではなく、伝導帯のサブバンド間で入射光子を吸
収して光電子を励起するので、エネルギギャップの小さ
な半導体を用いなくても長波長に光感度を有する。さら
に、励起された光電子は内部電界により加速され、より
高いエネルギ帯へ遷移した後に真空中へ放出されるの
で、上記のように光電子のポテンシャルエネルギは従来
のものより高く、非常に効率良く真空中へ放出させるこ
とができる。従って、従来の半導体を用いた光電子放出
面に比較して著しく高い感度を有し、また、その限界波
長ははるかに長波長までとることが可能となる。さら
に、本発明による光電子放出面は、光吸収層２２となる
異種接合半導体多層膜の種類と構造を適当に設計するこ
とにより、任意の波長にピークを有する光電子放出面を
形成することができる。また、異種接合半導体多層膜の
種類、層厚、層数の自由度は高いので、感度の波長域は
狭いものから広いものまで任意に調整可能である。
放出面は、入射光子により伝導帯のサブバンド間で励起
された光電子を内部電界により加速し、より高いエネル
ギ帯へ遷移させた後に真空中へ放出するものであり、例
えば、B.F.Levineらによって報告されている前述の従来
の量子井戸構造を用いた受光素子とは本質的に異なる機
構を持つものである。つまり、光電子放出面は、従来の
ように価電子帯と伝導帯との間のいわゆるバンド間での
光励起ではなく、伝導帯のサブバンド間で入射光子を吸
収して光電子を励起するので、エネルギギャップの小さ
な半導体を用いなくても長波長に光感度を有する。さら
に、励起された光電子は内部電界により加速され、より
高いエネルギ帯へ遷移した後に真空中へ放出されるの
で、上記のように光電子のポテンシャルエネルギは従来
のものより高く、非常に効率良く真空中へ放出させるこ
とができる。従って、従来の半導体を用いた光電子放出
面に比較して著しく高い感度を有し、また、その限界波
長ははるかに長波長までとることが可能となる。さら
に、本発明による光電子放出面は、光吸収層２２となる
異種接合半導体多層膜の種類と構造を適当に設計するこ
とにより、任意の波長にピークを有する光電子放出面を
形成することができる。また、異種接合半導体多層膜の
種類、層厚、層数の自由度は高いので、感度の波長域は
狭いものから広いものまで任意に調整可能である。
【００１９】また、真空中へ放出された光電子を２次電
子増倍することにより、比較的高い温度でも動作可能な
高感度・低雑音の長波長受光素子を提供することが可能
になる。すなわち、上記実施例による光電子放出面は電
子管に応用すると有用である。光電子増倍管に応用した
場合には、光電変換面に上記実施例による光電子放出面
が適用され、この光電子放出面から放出された光電子は
ダイノードによって２次電子増倍され、アノードでその
電子群が検出される。また、撮像管に応用した場合に
は、画像入力部に上記実施例による光電子放出面が適用
され、この光電子放出面から放出された光電子は電子レ
ンズによって集束され、蛍光面に撮像された像が結像す
る。電子レンズによって集束される光電子をマイクロチ
ャネルプレート（ＭＣＰ）によって増倍するイメージ・
インテンシファイヤ管（Ｉ・Ｉ管）にも同様に適用する
ことが可能である。また、光電管に応用した場合には、
受光面に上記実施例による光電子放出面が適用され、こ
の光電子放出面から放出された光電子はアノードによっ
て検出される。このような上記実施例による光電子放出
面を有する各電子管は、従来の電子管に比べ、特に長波
長域において著しく高い感度を有するようになる。従っ
て、このような電子管を低照度下における測光やイメー
ジング等に用いるとその効果は大である。
子増倍することにより、比較的高い温度でも動作可能な
高感度・低雑音の長波長受光素子を提供することが可能
になる。すなわち、上記実施例による光電子放出面は電
子管に応用すると有用である。光電子増倍管に応用した
場合には、光電変換面に上記実施例による光電子放出面
が適用され、この光電子放出面から放出された光電子は
ダイノードによって２次電子増倍され、アノードでその
電子群が検出される。また、撮像管に応用した場合に
は、画像入力部に上記実施例による光電子放出面が適用
され、この光電子放出面から放出された光電子は電子レ
ンズによって集束され、蛍光面に撮像された像が結像す
る。電子レンズによって集束される光電子をマイクロチ
ャネルプレート（ＭＣＰ）によって増倍するイメージ・
インテンシファイヤ管（Ｉ・Ｉ管）にも同様に適用する
ことが可能である。また、光電管に応用した場合には、
受光面に上記実施例による光電子放出面が適用され、こ
の光電子放出面から放出された光電子はアノードによっ
て検出される。このような上記実施例による光電子放出
面を有する各電子管は、従来の電子管に比べ、特に長波
長域において著しく高い感度を有するようになる。従っ
て、このような電子管を低照度下における測光やイメー
ジング等に用いるとその効果は大である。
【００２０】なお、上記実施例においてはＧａＡｓ層２
２ａとＡｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２ｂからなる２種類の
異種接合を半導体多層膜として光吸収層２２を形成した
が、これに限定される必要はなく、他のIII −Ｖ族化合
物半導体、あるいはＳｉ，Ｇｅおよびその混晶を用いて
も構わなく、また、その種類も２種類に限ることは本質
的なことではない。従って、これらの材料を用いて光吸
収層を形成しても上記実施例と同様な効果が奏される。
さらに、この光吸収層は、ｐ形とｎ形およびｉ形の接合
を有する同種の半導体多層膜で形成しても良く、この場
合においても上記実施例と同様な効果が奏される。
２ａとＡｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ層２２ｂからなる２種類の
異種接合を半導体多層膜として光吸収層２２を形成した
が、これに限定される必要はなく、他のIII −Ｖ族化合
物半導体、あるいはＳｉ，Ｇｅおよびその混晶を用いて
も構わなく、また、その種類も２種類に限ることは本質
的なことではない。従って、これらの材料を用いて光吸
収層を形成しても上記実施例と同様な効果が奏される。
さらに、この光吸収層は、ｐ形とｎ形およびｉ形の接合
を有する同種の半導体多層膜で形成しても良く、この場
合においても上記実施例と同様な効果が奏される。
【００２１】また、ショットキ電極２４については上記
実施例ではＡｌを例に説明したが、用いる半導体と良好
なショットキ接合を形成する金属であればその種類は限
定されるものでなく、また、そのパターン形状も任意に
することができる。このようなショットキ電極を形成し
ても上記実施例と同様な効果が奏される。
実施例ではＡｌを例に説明したが、用いる半導体と良好
なショットキ接合を形成する金属であればその種類は限
定されるものでなく、また、そのパターン形状も任意に
することができる。このようなショットキ電極を形成し
ても上記実施例と同様な効果が奏される。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体多層膜に形成される伝導帯のサブバンド間あるいは
サブバンドと伝導帯の底の間で入射光子の吸収、光電子
の励起が行われ、用いる半導体のエネルギギャップに対
応する波長よりも長波長の入射光に対して感度を有す
る。また、励起された光電子が内部電界によって加速さ
れることにより、光電子は容易に真空中へ放出される。
従って、従来の半導体を用いた光電子放出面に比較して
著しく高い感度を有し、また、その限界波長をはるかに
長波長にまで設定することが可能になる。
導体多層膜に形成される伝導帯のサブバンド間あるいは
サブバンドと伝導帯の底の間で入射光子の吸収、光電子
の励起が行われ、用いる半導体のエネルギギャップに対
応する波長よりも長波長の入射光に対して感度を有す
る。また、励起された光電子が内部電界によって加速さ
れることにより、光電子は容易に真空中へ放出される。
従って、従来の半導体を用いた光電子放出面に比較して
著しく高い感度を有し、また、その限界波長をはるかに
長波長にまで設定することが可能になる。
【００２３】また、このような光電子放出面を有する電
子管は比較的高い温度でも動作し、従来のものに比べて
特に長波長域において著しく高い感度を呈するようにな
る。さらに、本発明による光電子放出面は、光吸収層と
なる半導体多層膜の種類と構造を適当に設計することに
より、感度の波長域は狭いものから広いものまで任意に
調整可能になる。
子管は比較的高い温度でも動作し、従来のものに比べて
特に長波長域において著しく高い感度を呈するようにな
る。さらに、本発明による光電子放出面は、光吸収層と
なる半導体多層膜の種類と構造を適当に設計することに
より、感度の波長域は狭いものから広いものまで任意に
調整可能になる。
【図１】本発明の一実施例による光電子放出面の構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】本実施例による光電子放出面の無バイアス時に
おけるバンド構造図である。
おけるバンド構造図である。
【図３】本実施例による光電子放出面のバイアス時にお
けるバンド構造図である。
けるバンド構造図である。
【図４】従来の第１の光電子放出面のバンド構造図であ
る。
る。
【図５】従来の第２の光電子放出面のバンド構造図であ
る。
る。
【図６】従来の第３の光電子放出面のバンド構造図であ
る。
る。
２１…Ｐ+ −ＧａＡｓ基板、２２…光吸収層、２２ａ…
アンドープＧａＡｓ、２２ｂ…Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ、
２３…コンタクト層、２４…ショットキ電極、２５…Ｃ
ｓx Ｏy 膜、２６…オーミック電極、２７…電源。
アンドープＧａＡｓ、２２ｂ…Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓ、
２３…コンタクト層、２４…ショットキ電極、２５…Ｃ
ｓx Ｏy 膜、２６…オーミック電極、２７…電源。
Claims (8)
- 【請求項１】 光吸収層に光子が入射すると光電子を放
出する光電子放出面において、 前記光吸収層はエネルギギャップの異なる半導体の異種
接合が多層になった異種接合半導体多層膜によって形成
され、エネルギギャップの小さな前記半導体の膜厚は３
００オングストローム以下であり、エネルギギャップの
大きな前記半導体の膜厚は４５オングストローム以上で
あることを特徴とする光電子放出面。 - 【請求項２】 光吸収層に光子が入射すると光電子を放
出する光電子放出面において、 前記光吸収層は導電型の異なる半導体の同種接合が多層
になった同種接合半導体多層膜によって形成され、一方
の導電型の前記半導体の膜厚は３００オングストローム
以下であり、他方の半導体の膜厚は４５オングストロー
ム以上であることを特徴とする光電子放出面。 - 【請求項３】 入射光子により励起された光電子は内部
電界により加速され、より高いエネルギバンドへ遷移す
ることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光電
子放出面。 - 【請求項４】 光吸収層を形成する半導体多層膜のそれ
ぞれの伝導帯のエネルギ差は、半導体の最小のエネルギ
ギャップ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または請求項３記載の光電子放出面。 - 【請求項５】 半導体多層膜中に形成される伝導帯のサ
ブバンド間あるいはサブバンドと伝導帯の底の間で入射
光子を吸収して光電子を励起することを特徴とする請求
項１または請求項２または請求項３記載の光電子放出
面。 - 【請求項６】 半導体多層膜はIII −Ｖ族化合物半導体
またはその混晶によって形成されていることを特徴とす
る請求項１または請求項２または請求項３記載の光電子
放出面。 - 【請求項７】 半導体多層膜はＳｉまたはＧｅまたはそ
の混晶から形成されていることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２または請求項３記載の光電子放出面。 - 【請求項８】 請求項１または請求項２または請求項３
記載の光電子放出面を備えて構成されていることを特徴
とする電子管。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3782392A JPH05234501A (ja) | 1992-02-25 | 1992-02-25 | 光電子放出面及びそれを用いた電子管 |
| DE1993600145 DE69300145T2 (de) | 1992-02-25 | 1993-02-24 | Fotoelektronen emittierende Struktur und Elektronenröhre und Fotodetektorvorrichtung zur Verwendung der Fotoelektronen emittierenden Struktur. |
| EP19930301385 EP0558308B1 (en) | 1992-02-25 | 1993-02-24 | Photoelectron emitting structure, and electron tube and photodetecting device using the photoelectron emitting structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3782392A JPH05234501A (ja) | 1992-02-25 | 1992-02-25 | 光電子放出面及びそれを用いた電子管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05234501A true JPH05234501A (ja) | 1993-09-10 |
Family
ID=12508245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3782392A Pending JPH05234501A (ja) | 1992-02-25 | 1992-02-25 | 光電子放出面及びそれを用いた電子管 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0558308B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05234501A (ja) |
| DE (1) | DE69300145T2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5680007A (en) * | 1994-12-21 | 1997-10-21 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photomultiplier having a photocathode comprised of a compound semiconductor material |
| US5710435A (en) * | 1994-12-21 | 1998-01-20 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photomultiplier having a photocathode comprised of semiconductor material |
| US6002141A (en) * | 1995-02-27 | 1999-12-14 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method of using photocathode and method of using electron tube |
| US6563264B2 (en) | 2000-07-25 | 2003-05-13 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photocathode and electron tube |
| US6903363B2 (en) | 2002-11-14 | 2005-06-07 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photocathode |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69419371T2 (de) * | 1993-09-02 | 1999-12-16 | Hamamatsu Photonics K.K., Hamamatsu | Photoemitter, Elektronenröhre, und Photodetektor |
| JP3565529B2 (ja) * | 1996-05-28 | 2004-09-15 | 浜松ホトニクス株式会社 | 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 |
| US6054718A (en) * | 1998-03-31 | 2000-04-25 | Lockheed Martin Corporation | Quantum well infrared photocathode having negative electron affinity surface |
| JP2003338260A (ja) * | 2002-05-21 | 2003-11-28 | Hamamatsu Photonics Kk | 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 |
| CN102306600B (zh) * | 2011-07-19 | 2013-09-11 | 东华理工大学 | 一种蓝延伸变带隙AlGaAs/GaAs光电阴极及其制备方法 |
| EP3758041A1 (en) * | 2019-06-26 | 2020-12-30 | Hamamatsu Photonics K.K. | Electron tube and imaging device |
| DK3863038T3 (da) * | 2020-02-07 | 2022-04-11 | Hamamatsu Photonics Kk | Elektronrør, billeddannelsesindretning og elektromagnetisk bølgedetektionsindretning |
| EP4002418A1 (en) * | 2020-11-12 | 2022-05-25 | Hamamatsu Photonics K.K. | Metasurface element, electron tube, and method for producing electron tube |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4015284A (en) * | 1974-03-27 | 1977-03-29 | Hamamatsu Terebi Kabushiki Kaisha | Semiconductor photoelectron emission device |
| FR2591033B1 (fr) * | 1985-11-29 | 1988-01-08 | Thomson Csf | Photocathode a rendement eleve |
| GB2213634B (en) * | 1987-12-08 | 1992-03-18 | Third Generation Technology Li | Photocathode structures |
-
1992
- 1992-02-25 JP JP3782392A patent/JPH05234501A/ja active Pending
-
1993
- 1993-02-24 EP EP19930301385 patent/EP0558308B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-02-24 DE DE1993600145 patent/DE69300145T2/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5680007A (en) * | 1994-12-21 | 1997-10-21 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photomultiplier having a photocathode comprised of a compound semiconductor material |
| US5710435A (en) * | 1994-12-21 | 1998-01-20 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photomultiplier having a photocathode comprised of semiconductor material |
| US6002141A (en) * | 1995-02-27 | 1999-12-14 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method of using photocathode and method of using electron tube |
| US6563264B2 (en) | 2000-07-25 | 2003-05-13 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photocathode and electron tube |
| US6903363B2 (en) | 2002-11-14 | 2005-06-07 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photocathode |
| US7365356B2 (en) | 2002-11-14 | 2008-04-29 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photocathode |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0558308A1 (en) | 1993-09-01 |
| DE69300145D1 (de) | 1995-06-14 |
| EP0558308B1 (en) | 1995-05-10 |
| DE69300145T2 (de) | 1995-10-12 |
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