[发明专利]光电阴极以及具备该光电阴极的电子管

说明书

技术领域

本发明涉及光电阴极以及具备该光电阴极的电子管。

背景技术

近年来，特别是作为对紫外线具有感光灵敏度的光电阴极，使用AlGaN的光电阴极正在不断被开发。作为公开有关使用AlGaN的光电阴极的技术的文献，已知有专利文献1(美国专利4,616,248号)、专利文献2(日本专利申请公开平10-188770号公报)以及专利文献3(日本专利申请公开平10-188780号公报)。

在专利文献1中公开了具备蓝宝石基板和被设置于蓝宝石基板上且由AlGaN构成的光吸收层的光电阴极。此外，在专利文献2以及专利文献3中各自公开了具备与AlGaN的晶格常数接近的LGO(LiGaO₂)基板以及LAO(LiAlO₂)基板、被设置于各个基板上且由AlGaN构成的光吸收层的光电阴极。

发明内容

在专利文献1的光电阴极中，为了缓和蓝宝石基板和AlGaN光吸收层的较大的晶格失配而导入了厚缓冲层。然而，在使用蓝宝石基板并在其上面形成AlGaN的光吸收层的情况下，在蓝宝石基板和光吸收层之间存在着较大的晶格失配，即使用任何方法缓和较大的晶格失配也无法消除由于较大的晶格失配而引起的错位和层叠缺陷，即使是将缓冲层导入到蓝宝石基板和AlGaN光吸收层之间的专利文献1的光电阴极也不例外。因此，即使由专利文献1也不能得到高质量的氮化物光电阴极，难以实现高性能的光电阴极。特别是在专利文献1的光电阴极作为透过型光电阴极而被利用的情况下，由其厚缓冲层将入射光完全吸收，因此，要得到高性能的光电阴极会更加困难。

此外，在专利文献2以及专利文献3的光电阴极中，由于分别使用了LGO基板以及LAO基板作为基板，所以虽然基板和AlGaN光吸收层之间的较大的晶格失配被缓和，但是这些基板在光吸收层形成时的高温处理工艺中容易热分解，即使形成例如保护层也难以充分保护基板，此外，由于热分解，从而不能得到高性能的光电阴极。

本发明就是鉴于这样的问题所作的研究结果，其目的是在于提供一种高性能的光电阴极以及具备该光电阴极的电子管。

为了解决上述问题，本发明所涉及的光电阴极的特征在于：具备由单结晶的化合物半导体构成的支撑基板、被设置于支撑基板上并且具有比该支撑基板的能带隙(energy band gap)更小的能带隙、吸收透过支撑基板的入射光而产生光电子的光吸收层、被设置在光吸收层上并且使光吸收层的工作函数降低的表面层；支撑基板是由Al_(1-X)Ga_XN(0≤X＜1)形成的，光吸收层是由选自Al、Ga以及In的至少一种成分以及N构成的化合物半导体形成的。

在本发明所涉及的光电阴极中，支撑基板由Al_(1-X)Ga_XN形成，其组分在0≤X＜1的范围内。通过使用由Al_(1-X)Ga_XN构成的支撑基板能够得到由上述化合物半导体构成的光吸收层和支撑基板的晶格匹配，不必为了缓和晶格失配而导入像以往那样的厚缓冲层。支撑基板是板状部件而不是膜。此外，Al_(1-X)Ga_XN半导体材料即使是在光吸收层形成时的高温工艺处理中也十分稳定。再有，通过将其组分的X调节在0以上1以下的范围内，能够使支撑基板对于大约200nm～大约360nm范围的紫外线区域的被检测光具有透过性。

此外，吸收入射光而产生光电子的光吸收层是由选自Al、Ga以及In的至少一种成分以及N构成的化合物半导体形成的。由此，可以使光电阴极对于紫外线具有感光灵敏度。此外，因为可以获得支撑基板和光吸收层的晶格匹配，所以抑制了转移等的结晶缺陷的形成和晶格的变形。其结果，可以获得高质量的光吸收层并且能够提高量子效率，其中量子效率表示相对于入射到光电阴极的光子数的释放至光电阴极外部的光电子数的比例。

此外，在光吸收层上具备使光吸收层的工作函数降低的表面层。由此可以降低光吸收层表面的真空能级，从而进一步提高光电子释放的效率。为此，利用本发明的光电阴极可以获得高性能的光电阴极。

此外，表面层优选含有一种以上的碱金属或者碱金属化合物。此外，形成支撑基板的Al_(1-X)Ga_XN的组分优选X在0≤X＜0.7的范围内。由此，可以使支撑基板对于大约200nm～大约280nm范围的紫外线区域的被检测光具有透过性。