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JP3537515B2 - Semiconductor photocathode and semiconductor photocathode device using the same - Google Patents

Semiconductor photocathode and semiconductor photocathode device using the same

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Publication number
JP3537515B2
JP3537515B2 JP29303894A JP29303894A JP3537515B2 JP 3537515 B2 JP3537515 B2 JP 3537515B2 JP 29303894 A JP29303894 A JP 29303894A JP 29303894 A JP29303894 A JP 29303894A JP 3537515 B2 JP3537515 B2 JP 3537515B2
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JP
Japan
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semiconductor
semiconductor layer
photocathode
layer
schottky electrode
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得明 二橋
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Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details 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
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/34Photo-emissive cathodes

Landscapes

  • Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)

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
2 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 .
JP29303894A 1994-11-28 1994-11-28 Semiconductor photocathode and semiconductor photocathode device using the same Expired - Fee Related JP3537515B2 (en)

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