(57)【要約】【課題】応答速度が速く、且つ発光強度が高い発光体と、これを用いた電子線検出器、走査型電子顕微鏡及び質量分析装置を提供する。【解決手段】本発明に係る発光体１０においては、基板１２の一方の面１２ａに形成された窒化物半導体層１４が電子の入射により蛍光を発すると、少なくともこの蛍光の一部は基板１２を透過し、基板１２の他方の面１２ｂから蛍光を出射する。この蛍光は、窒化物半導体層１４の量子井戸構造への電子の入射と、これにより生成された電子と正孔の対の再結合に起因するものであり、その応答速度はμｓｅｃオーダー以下である。また、この蛍光の発光強度は、従来のＰ４７蛍光体と同程度の強度が得られている。すなわち、この発光体１０は、走査型電子顕微鏡や質量分析装置への適応に十分な応答速度及び発光強度を有している。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する電子を蛍光に変換する発光体であって、
前記蛍光に対して透明な基板と、
前記基板の一方の面に形成され、前記電子の入射により前記蛍光を発する量子井戸構造を有する窒化物半導体層とを備えることを特徴とする発光体。
【請求項２】
前記量子井戸構造の井戸幅は、４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発光体と、
この発光体が発する前記蛍光に対して感度を有する光検出器とを備えることを特徴とする電子線検出器。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の発光体と、この発光体が発する前記蛍光に対して感度を有する光検出器とを備えた電子線検出器と、
少なくとも前記発光体が内部に設置された真空チャンバとを備え、
前記真空チャンバ内に配置された試料の表面上を電子線で走査することにより、前記試料から発生した二次電子を前記電子線検出器に導き、前記試料の走査位置と前記電子線検出器の出力とを対応づけることにより前記試料の像を撮影することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の発光体と、この発光体が発する前記蛍光に対して感度を有する光検出器とを備えた電子線検出器と、
少なくとも前記発光体が内部に配置される真空チャンバと、
前記真空チャンバ内の試料から発生したイオンをその質量に応じて空間的又は時間的に分離する分離部と、
前期分離部で分離されたイオンが照射されるダイノードとを備え、
前記ダイノードへのイオンの入射に応じて前記ダイノードから発生する二次電子を前記電子線検出器に導き、前記電子線検出器の出力から前記試料の質量分析を行うことを特徴とする質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光体と、これを用いた電子線検出器、走査型電子顕微鏡及び質量分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子線検出器は、強度の高い電子線を計測する場合は、電子線による電流値を計測して電子線の検出をおこなっているが、比較的低い強度の電子線を計測する場合は、電子線による電荷量が少ないのでうまく電子線を検出することができない。そこで、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に用いられる電子線検出器の場合、試料面に電子線を照射し、当該試料面で発生した二次電子を収集して蛍光体に照射し、この蛍光体で発生した蛍光を光電子増倍管（光検出器）で計測している。このような蛍光体としては、図２０に示すような種々の蛍光体が知られている。なお、これらの蛍光体のうち、一例としてＰ４７の電子線照射による発光強度（ＣＬ強度）を図２１に示す。このグラフの横軸は波長（ｎｍ）、縦軸はＣＬ強度（任意単位）であり、Ｐ４７蛍光体のＣＬ強度のピーク波長はおよそ４３０ｎｍである。
【０００３】
近年、走査型電子顕微鏡や質量分析装置の分野において、発光強度が強く、且つ応答速度の速い蛍光体が要求されている。なぜなら、例えば、走査型電子顕微鏡においては、蛍光体の応答速度が速いとそれによって走査速度を速くすることができ、装置の性能を著しく向上させることができるからである。
【０００４】
なお、本願の先行技術として、発明者らは特願２００１−２４４２１号に係る発明を出願しているが、その他、特に記載すべき先行技術情報は見つからなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２０に示す従来の蛍光体では、走査型電子顕微鏡や質量分析装置への適応に十分な応答速度（μｓｅｃオーダー）を得ることが困難であるという問題があった。なお、良好な応答速度が得られる数少ない蛍光体のうち、ＧａＡｓＰ発光体は、発光強度が低いため、走査型電子顕微鏡等への適応には不向きであった。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、応答速度が速く、且つ発光強度が高い発光体と、これを用いた電子線検出器、走査型電子顕微鏡及び質量分析装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る発光体は、入射する電子を蛍光に変換する発光体であって、蛍光に対して透明な基板と、基板の一方の面に形成され、電子の入射により蛍光を発する量子井戸構造を有する窒化物半導体層とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この発光体においては、基板の一方の面に形成された窒化物半導体層が電子の入射により蛍光を発すると、少なくともこの蛍光の一部は基板を透過し、基板の他方の面から蛍光を出射する。この蛍光は、窒化物半導体層の量子井戸構造への電子の入射と、これにより生成された電子と正孔の対の再結合に起因するものであり、その応答速度はμｓｅｃオーダー以下である。また、この蛍光の発光強度は、従来のＰ４７蛍光体と同程度の強度が得られている。すなわち、この発光体は、走査型電子顕微鏡や質量分析装置への適応に十分な応答速度及び発光強度を有している。
【０００９】
また、量子井戸構造の井戸幅は、４ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、所望の発光量以上の蛍光を発する発光体を得ることができる。
【００１０】
本発明に係る電子線検出器は、上記発光体と、この発光体が発する蛍光に対して感度を有する光検出器とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この電子線検出器においては、上述した発光体から発せられる蛍光が光検出器の光入射面に入射することで、電子線の計測がおこなわれる。すなわち、必要十分な応答速度及び発光強度の蛍光によって電子線の計測がおこなわれる。また、この電子線検出器を走査型電子顕微鏡や質量分析装置に用いることで、これら顕微鏡等の性能向上が図られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る発光体と、これを用いた電子線検出器、走査型電子顕微鏡及び質量分析装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
【００１３】
図１に示すように、発光体１０は、基板１２と、基板表面１２ａに形成された窒化物半導体層１４とで構成されている。この基板１２の材料はサファイアであり、およそ１７０ｎｍ以上の波長の光を透過する性質を有している。窒化物半導体層１４は本実施例では３層構造を有しており、基板１２側から、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）バッファ層１４Ａ、ＳｉをドープしたＧａＮ層１４Ｂ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造層１４Ｃの順に積層している。このＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造層１４Ｃとは、ＩｎＧａＮとＧａＮとで構成された量子井戸構造を有する層であり、電子線が照射されると４１５ｎｍ前後の波長の蛍光を発する。すなわち、電子線を量子井戸構造に届くように入射すると電子と正孔の対が形成され、これが量子井戸内で再結合する過程で蛍光が発せられる。
【００１４】
そして、１７０ｎｍより長波長であるこの蛍光の少なくとも一部は、基板１２を透過して、基板表面１２ａの裏面（基板裏面）１２ｂから出射される。なお、本明細書中において、「量子井戸構造」とは、一般的な量子井戸構造の他、量子細線構造、量子ドット構造をも含むものとする。また、本明細書中において、「窒化物半導体」とは、ＩＩＩ族元素としてＧａ、Ｉｎ、Ａｌのうちの少なくとも１つを含み、主たるＶ族元素としてＮを含む化合物である。
【００１５】
次に、窒化物半導体層１４の量子井戸構造層１４Ｃについて説明する。
【００１６】
まず、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造層１４Ｃの応答特性について説明する。図２は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造を有する発光体の応答特性を示したグラフであり、比較のために従来のバルク構造のＧａＮ発光体の応答特性も同グラフに示す。なお、図２のグラフの横軸は時間（μｓｅｃ）であり、縦軸は時間０付近でパルス状の電子線を入射した場合における応答出力の大きさ（任意定数）を示している。このグラフから、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造を有する発光体の応答速度Ｓ１（グラフの傾きの幅）はｎｓｅｃオーダーであり、バルク構造のＧａＮ発光体の応答速度Ｓ２は１０μｓｅｃオーダーであることがわかる。
【００１７】
続いて、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造層１４Ｃの発光特性について説明する。発明者らは、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造の発光特性を調べるため、カソードルミネセンス（ＣＬ）強度及びフォトルミネセンス（ＰＬ）強度を測定した。以下、この測定実験について説明する。
【００１８】
（実施例１）
この測定実験に供される発光体１０の製造方法について説明する。まず、サファイア基板１２を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置の成長室に導入し、水素雰囲気中、１０５０℃で５分間熱処理をおこなって、サファイア基板表面１２ａを清浄化する。そして、基板温度を４７５℃まで降温し、ＩｎＧａＮバッファ層１４Ａを２５ｎｍ堆積した後、基板温度を１０７５℃まで昇温し、ＧａＮ層１４Ｂを２．５μｍ成長させる。その後、基板温度を８００℃まで降温し、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（ｘ＝０．１３）／ＧａＮの量子井戸構造層１４Ｃを形成する。このＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造層１４Ｃの厚さ（井戸幅）は４ｎｍ、障壁層１０ｎｍで井戸数は１１であり、井戸層および障壁層に１．８×１０１８ｃｍ−３のＳｉをドープしている。なお、井戸数は１１に限らず、入射させる電子線の加速電圧により適宜調整してもよい。また、障壁層の厚さは１０ｎｍに限らず、井戸層に電子を十分に閉じ込められる厚さであればよい。
【００１９】
本実施例においては、Ｇａ源にトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３：ＴＭＧａ）、Ｉｎ源にトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３：ＴＭＩｎ）、Ｓｉ源にモノシラン（ＳｉＨ４）を用いたが、他の有機金属原料（例えば、トリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３：ＴＥＧａ）、トリエチルインジウム（Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３：ＴＥＩｎ）等）及び他の水素化物（例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ４）等）を用いてもよい。
【００２０】
そして、このようにして製造した発光体１０の電子線（ＣＬ）強度及びフォトルミネセンス（ＰＬ）強度を測定した。これらの測定結果を図３に示す。ＰＬ強度の測定には、Ｈｅ−Ｃｄ光を励起光として用いた。
【００２１】
なお、本実施例では、有機金属気相成長装置を用いた例を示したが、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）装置や分子線エピタキシ（ＭＢＥ）装置を用いてもよい。また、各成長温度は、試験に用いた装置に依存するため、本実施例の上述の温度に限定されるものではない。さらに、本実施例では、バッファ層１４ＡとしてＩｎＧａＮを用いた例を示したが、バッファ層１４Ａは、ＩＩＩ族元素としてＩｎ、Ａｌ、Ｇａの少なくとも１つ以上を含み、主たるＶ族元素としてＮを含む窒化物半導体材料から適宜選択可能である。
【００２２】
また、各層の膜厚やＳｉドーピング量は、本実施例で示した量に限定されないが、上述した量がより好適である。さらに、本実施例ではバッファ層１４ＡにＧａＮ層１４Ｂを積層した例を示したが、ＧａＮ層以外でも、ＩＩＩ族元素としてＩｎ、Ａｌ、Ｇａの少なくとも１つ以上を含み、主たるＶ族元素としてＮを含む窒化物半導体で、量子井戸構造１４Ｃの発光波長に対して透明となるバンドギャップを有する窒化物半導体から適宜選択可能である。本実施例では、ＧａＮ層１４Ｂ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造層１４ＣにＳｉをドープした例を示したが、これに限定されず、他の不純物（例えばＭｇ）をドープしてもよく、また必要に応じ、ドープしなくてもよい。
【００２３】
（実施例２）
本実施例は、実施例１のＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造層の井戸幅を２ｎｍに変えた例であり、その他は実施例１の発光体と同様である。この実施例の測定結果は図４に示すとおりである。
【００２４】
（実施例３）
本実施例は、実施例１のＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造層の井戸幅を６ｎｍに変えた例であり、その他は実施例１の発光体と同様である。この実施例の測定結果は図５に示すとおりである。
【００２５】
（実施例４）
本実施例は、実施例１のＩｎ混晶比（ｘ）を０．０７に変えた例であり、その他は実施例１の発光体と同様である。この実施例の測定結果は図６に示すとおりである。
【００２６】
（実施例５）
本実施例は、実施例１のＩｎ混晶比（ｘ）を０．１０に変えた例であり、その他は実施例１の発光体と同様である。この実施例の測定結果は図７に示すとおりである。
【００２７】
（実施例６）
本実施例は、実施例１のＩｎ混晶比（ｘ）を０．１４に変えた例であり、その他は実施例１の発光体と同様である。この実施例の測定結果は図８に示すとおりである。
【００２８】
次に、上述した実施例１〜実施例６に対する比較例について説明する。
【００２９】
（比較例１）
比較例１として、実施例１の量子井戸構造層１４Ｃがない発光体であって、ＧａＮ層１４ＢにＳｉをドープしない発光体の例を示す（図９参照）。
【００３０】
（比較例２）
比較例２として、実施例１の量子井戸構造層１４Ｃがない発光体であって、ＧａＮ層１４ＢにＳｉを１．４×１０１７ｃｍ−３ドープした発光体の例を示す（図１０参照）。
【００３１】
（比較例３）
本比較例は、比較例２のＳｉドープ量を２．８×１０１７ｃｍ−３に変えた例であり、その測定結果は図１１に示すとおりである。
【００３２】
（比較例４）
本比較例は、比較例２のＳｉドープ量を１．４×１０１８ｃｍ−３に変えた例であり、その測定結果は図１２に示すとおりである。
【００３３】
（比較例５）
本比較例は、比較例２のＳｉドープ量を２．８×１０１８ｃｍ−３に変えた例であり、その測定結果は図１３に示すとおりである。
【００３４】
（比較例６）
本比較例は、比較例２のＳｉドープ量を６．８×１０１８ｃｍ−３に変えた例であり、その測定結果は図１４に示すとおりである。
【００３５】
なお、図３〜図１４に示したグラフはいずれも、横軸が発光波長（ｎｍ）であり、左縦軸がＣＬ強度（任意単位）、右縦軸がＰＬ強度（任意単位）である。
【００３６】
以上で説明した実施例及び比較例に用いた発光体を表１にまとめて示す。
【表１】
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【００３７】
以上の測定結果から、ＣＬ強度は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造を有する発光体（実施例１〜実施例６）においては、バンド間発光が支配的であることがわかる（図３〜図８参照）。また、従来のＧａＮ発光体（比較例１〜比較例６）においては、Ｓｉのドープ量を大きくするとバンド間の発光が大きくなるが、Ｓｉを６．８×１０１８ｃｍ−３ドープしてもディープレベルの発光（バンドギャップ内の準位を介した発光）が支配的であることがわかる（図９〜１４参照）。
【００３８】
すなわち、上述したようにＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸構造を有する発光体で応答速度が速くなるのは、バンド間の発光が支配的であるためで、従来のバルク構造のＧａＮ発光体ではディープレベルの発光が支配的となるために応答速度が遅いと考えられる。
【００３９】
ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造を有する発光体から出射される蛍光の発光量を測定し、従来の発光体の発光量（任意単位）と比較した（図１５参照）。この図１５のグラフから、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造を有する発光体の発光量（平均で約７．２０×１０１２）は、バルク構造のＧａＮ発光体の発光量（平均で約４．８１×１０１２）に比べてかなり大きく、発光量の大きなＰ４７発光体の発光量と同程度であることがわかる。また、良好な応答特性が得られるＧａＡｓＰ発光体の発光量（９．８×１０１０）と比べると、１００倍近い発光強度であることがわかる。
【００４０】
また測定結果（図３〜図１４）より、ＰＬ強度は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造を有する発光体（実施例１〜実施例６）及び従来のバルク構造のＧａＮ発光体（比較例１〜比較例６）ともにバンド間発光が支配的であることがわかる。このように、従来のバルク構造のＧａＮ発光体においては、ＣＬではディープレベルの発光が支配的となり、ＰＬではバンド間での発光が支配的となる。その理由として、ＰＬの励起密度（単位面積あたりに生成されるキャリア密度）はＣＬの励起密度よりも４〜５桁大きいため、ＰＬにおいてはディープレベルの準位のキャリアが飽和してしまってバンド間での発光が支配的になるためであると考えられる。
【００４１】
なお、量子井戸構造を有する発光体における発光量の、Ｓｉドープ量への依存性は確認できなかった。
【００４２】
以上説明したように、発明者らは鋭意研究の末、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造を有する発光体においては、従来のバルク構造のＧａＮ基板よりも応答速度が速くなることを見出した。また、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造を有する発光体の発光量（発光強度）は、従来のバルク構造のＧａＮ発光体やＰ４７蛍光体の発光量に比べて大きい（もしくは同等である）ことを見出した。そして、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造を有する発光体の応答速度及び発光強度はいずれも、走査型電子顕微鏡や質量分析装置に用いるのに十分な値である。すなわち、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造層１４Ｃを有する窒化物半導体層１４を備えた発光体１０は、走査型電子顕微鏡や質量分析装置に用いる発光体として、従来の蛍光体よりも好適な発光体であるといえる。
【００４３】
なお、窒化物半導体層１４のＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造において、量子井戸の井戸幅は４ｎｍ以下であることが好ましい。ここで、窒化物半導体層１４のＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造の井戸幅とＣＬ発光強度との関係を示すグラフを図１６に示す。図１６のグラフの横軸は井戸幅（ｎｍ）であり、縦軸は所定量の電子線を照射した場合における発光量（任意単位）である。この図から、井戸幅が６ｎｍの場合は発光量が１×１０１２より小さいのに対し、井戸幅が４ｎｍ以下の場合は発光量がいずれも１×１０１２以上となっていることがわかる。すなわち、量子井戸構造の井戸幅を４ｎｍ以下にすることで発光量が１×１０１２以上となり、発光体１０からより実用に好適な蛍光を得ることができる。
【００４４】
また、基板１２と量子井戸構造層１４Ｃの材料の組み合わせは、サファイアとＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造以外にも種々の組み合わせが可能であり、以下その組み合わせについて説明する。表２に、基板１２の材料に適した基板を示す。
【表２】
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【００４５】
表２に示した材料は、比較的透過波長が短い材料であり、可視光領域の全ての光を透過する材料（例えば、ＡｌＮ）もある。
【００４６】
また、量子井戸構造層１４Ｃの材料は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘ≦１、ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）とＩｎａＡｌｂＧａ１−ａ−ｂＮ（ａ≦１、ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）とから構成される、量子井戸構造を有する窒化物半導体から適宜選択可能である。そのため、上述した量子井戸構造層１４Ｃ（ＩｎＧａＮ／ＧａＮの組み合わせ）以外にも、例えば、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮや、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ等の組み合わせが可能である。
【００４７】
以上で説明した基板材料と量子井戸構造層の材料との組み合わせにおいては、量子井戸構造層１４Ｃが発する蛍光の波長が、基板１２の透過波長よりも長くなければならない。すなわち、量子井戸構造層１４Ｃが発する蛍光の波長より短い透過波長の基板材料を選択するか、基板１２の透過波長より長い波長の蛍光を発する量子井戸構造層１４Ｃの材料を選択することで、蛍光を基板裏面１２ｂから出射する。
【００４８】
次に、上述した発光体１０を用いた電子線検出器２０について説明する。
【００４９】
図１７は、電子線検出器２０の縦断面図である。この電子線検出器２０においては、入射した電子を蛍光に変換する発光体１０と光検出器３０の光入射面Ｉとが、光学部材（光ガイド部材）２２を介して光学的に結合されている。また、電子線検出器２０は、発光体１０と光検出器３０とが、光学部材２２を介して物理的に接続され、一体となっている。より具体的には、光入射面Ｉに、蛍光透過性の材料からなる光学部材２２が貼り付けられており、この光学部材２２に発光体１０が取り付けられている。光ガイド部材２２は、光ファイバプレート（ＦＯＰ）等のライトガイドであるが、この他、発光体１０において発生した蛍光を光入射面Ｉ上に集光するレンズであってもよい。
【００５０】
光学部材２２と光検出器３０との間には、蛍光透過性の接着層（接着剤：樹脂）ＡＤ２が介在しており、接着層ＡＤ２によって光学部材２と光検出器１０との間の相対位置が固定されている。
【００５１】
光学部材２２はガラス板であり、発光体１０の基板裏面１２ｂ上にはＳｉＮ層ＡＤａ及びＳｉＯ２層ＡＤｂが形成され、ＳｉＯ２層ＡＤｂと光学部材２２のガラス板とが融着されている。ＳｉＯ２層ＡＤｂもガラス板も共に珪化酸化物であるため、これらは加熱を行うことにより融着する。また、ＳｉＯ２層ＡＤｂは、スパッタリング法等を用いてＳｉＮ層ＡＤａ上に形成しているが、これらの結合力も高い。
【００５２】
ＳｉＮ層ＡＤａは同じくスパッタリング法等によって発光体１０の面上に形成されているが、これらの結合力も高いので、結果的には接着層ＡＤ１が発光体１０を光学部材２２に接着する。また、ＳｉＮ層ＡＤａは、反射防止膜としても機能し、ＳｉＮ層ＡＤａは、電子線の入射に応じて発光体１０内で発生した蛍光が発光体１０方向へ反射されるのを抑制する。なお、接着層ＡＤ１，ＡＤ２全体としてのそれぞれの屈折率は１．５である。
【００５３】
このような構造を有する電子線検出器２０において、電子線の入射に応じて発光体１０内で発生した蛍光は、蛍光透過性の材料からなる接着層ＡＤ１を介して、光学部材２に入射し、光学部材２及び接着層ＡＤ２を順次透過して光検出器３０の光入射面Ｉに至る。
【００５４】
なお、本例に示される光検出器３０は光電子増倍管である。この光検出器３０は、金属製の側管３０ａ、側管３０ａの頂部の開口を閉塞する光入射窓（面板）３０ｂ、側管３０ａの底部の開口を閉塞するステム板３０ｃからなる真空容器を備えている。この真空容器内には、光入射窓３０ｂの内面に形成された光電陰極３０ｄと、電子増倍部３０ｅと、陽極Ａが配置されている。
【００５５】
光入射面Ｉは、光入射窓３０ｂの外面であり、光入射面Ｉに入射した蛍光は、光入射窓３０ｂを透過して光電陰極３０ｄに入射し、光電陰極３０ｄは、蛍光の入射に応じて光電変換を行って（光）電子を前記真空容器内部方向に放出する。この電子は、マイクロチャネルプレートやメッシュ型のダイノードからなる電子増倍部３０ｅによって増倍され、陽極Ａで収集される。
【００５６】
陽極Ａで収集された電子は、ステム板３０ｃを貫通するピン３０ｐを介して光検出器３０の外部に取り出される。なお、ピン３０ｐの数は複数であり、各ピン３０ｐを介して電子増倍部３０ｅに所定の電位が与えられる。なお、金属製の側管３０ａの電位は０Ｖであり、光電陰極３０ｄは側管３０ａに電気的に接続されている。
【００５７】
上記電子線検出器２０は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や質量分析装置に用いることができる。
【００５８】
図１８は、走査型電子顕微鏡の主要部の概略説明図である。この走査型電子顕微鏡は、上記電子線検出器２０を備えている。電子線ｅ１を試料ＳＭ上に照射し、当該電子線ｅ１で試料ＳＭの表面を走査すると、試料ＳＭの表面からは二次電子が放出され、これが電子線ｅ２として電子線検出器２０へと導かれる。電子線ｅ２の入射に応じてピン３０ｐからは電気信号が出力される。
【００５９】
すなわち、この走査型電子線顕微鏡は、電子線検出器２０の少なくとも発光体１０を真空チャンバ（図示せず）内に備えており、この真空チャンバ内に配置された試料ＳＭの表面上を電子線ｅ１で走査することにより試料ＳＭから発生した二次電子を電子線検出器２０に導き、電子線ｅ１の走査位置と電子線検出器２０の出力を同期させて対応づけることにより、試料ＳＭの像を撮影する装置である。そして、電子線顕微鏡２０が採用されたこの走査型電子顕微鏡においては、電子線検出器２０の発光体１０の応答速度がｎｓｅｃオーダーと高速であるため、走査速度を著しく向上させることが可能である。
【００６０】
図１９は、質量分析装置の主要部の概略説明図である。
【００６１】
この質量分析装置は、上記電子線検出器２０を備えている。分離部ＡＺ内に位置する正イオンは、アパーチャ−ＡＰに適当な電位を与えると共に、アパーチャ−ＡＰに対して分離部ＡＺとは逆側に位置する第１ダイノードＤＹ１に負電位を与えると、アパーチャ−ＡＰを通過して第１ダイノードＤＹ１に衝突し、衝突に伴って第１ダイノードＤＹ１の表面からは二次電子が放出され、これが電子線ｅ３として電子線検出器２０へと導かれる。
【００６２】
なお、第２ダイノードＤＹ２には正の電位が与えられており、分離部ＡＺから負イオンを引き出す場合には、この負イオンは第２ダイノードＤＹ２に衝突し、衝突に伴って第２ダイノードＤＹ２の表面からは二次電子が放出され、これが電子線ｅ３として電子線検出器２０へと導かれる。電子線ｅ３の入射に応じてピン３０ｐからは電気信号が出力される。
【００６３】
質量分析装置には様々なタイプがあるが、いずれもイオンを質量に応じて時間的又は空間的に分離するものである。
【００６４】
分離部ＡＺが飛行管であるとすると、イオンは質量に応じて飛行管内部の通過時間が異なるので、結果的にはダイノードＤＹ１又はＤＹ２への到達時間が異なり、したがって、ピン３０ｐから出力される電流値の時間変化をモニタすれば各イオンの質量が判明する。すなわち、この電流値は時間毎に各質量のイオンの量を示していることとなる。
【００６５】
分離部ＡＺが、磁界によって各イオンの飛行軌道を質量に応じて変えるものであるとすると、分離部ＡＺの磁束密度を可変することにより、アパーチャ−ＡＰを通過するイオンが質量毎に異なり、したがって、ピン３０ｐから出力される電流値の時間変化をモニタすれば各イオンの質量が判明する。すなわち、磁束密度を掃引する又はアパーチャ−ＡＰの位置を走査すれば、この電流値は時間毎に各質量のイオンの量を示していることとなる。
【００６６】
以上、説明したように、上記質量分析装置は、電子線検出器２０の少なくとも化合物半導体基板１が配置される真空チャンバ（図示せず）と、この真空チャンバ内の試料（図示せず）から発生したイオンを、その質量に応じて空間的又は時間的に分離する分離部ＡＺと、分離部ＡＺで分離されたイオンが照射されるダイノードＤＹ１，ＤＹ２とを備え、ダイノードＤＹ１，ＤＹ２へのイオンの入射に応じてダイノードＤＹ１，ＤＹ２から発生した二次電子ｅ３を電子線検出器２０に導き、電子線検出器２０の出力から上記試料の質量分析を行っている。このように、電子線顕微鏡２０が採用された質量分析装置においては、電子線検出器２０の発光体１０の応答速度がｎｓｅｃオーダーと高速であるため、質量分解能を著しく向上させることが可能である。
【００６７】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、窒化物半導体層１４は、その一部が量子井戸構造であっても、全体が量子井戸構造であってもよい。また、光検出器３０は、光電子増倍管以外に、例えばアバランシェホトダイオード（ＡＰＤ）であってもよい。さらに、光学部材２０は、直線的な形状に限らず、曲線的な形状であってもよく、またサイズも適宜変更可能である。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、応答速度が速く、且つ発光強度が高い発光体と、これを用いた電子線検出器、走査型電子顕微鏡及び質量分析装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る発光体を示した断面図である。
【図２】ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造を有する発光体の応答特性を示したグラフである。
【図３】表１に示した実施例１における発光体の発光特性を示したグラフである。
【図４】表１に示した実施例２における発光体の発光特性を示したグラフである。
【図５】表１に示した実施例３における発光体の発光特性を示したグラフである。
【図６】表１に示した実施例４における発光体の発光特性を示したグラフである。
【図７】表１に示した実施例５における発光体の発光特性を示したグラフである。
【図８】表１に示した実施例６における発光体の発光特性を示したグラフである。
【図９】表１に示した比較例１における発光体の発光特性を示したグラフである。
【図１０】表１に示した比較例２における発光体の発光特性を示したグラフである。
【図１１】表１に示した比較例３における発光体の発光特性を示したグラフである。
【図１２】表１に示した比較例４における発光体の発光特性を示したグラフである。
【図１３】表１に示した比較例５における発光体の発光特性を示したグラフである。
【図１４】表１に示した比較例６における発光体の発光特性を示したグラフである。
【図１５】ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造を有する発光体と従来の発光体との発光量を比較したグラフである。
【図１６】ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造を有する発光体の井戸幅と発光量との関係を示したグラフである。
【図１７】本発明の実施形態に係る電子線検出器を示した縦断面図である。
【図１８】図１７の電子線検出器を用いた走査型電子顕微鏡を示した概略構成図である。
【図１９】図１７の電子線検出器を用いた質量分析装置を示した概略構成図である。
【図２０】従来の蛍光体の諸特性を示した表である。
【図２１】Ｐ４７蛍光体の発光特性を示したグラフである。
【符号の説明】
１０…発光体、１２…基板、１２ａ…基板表面、１２ｂ…基板裏面、１４…窒化物半導体層、１４Ｃ…量子井戸構造層、２０…電子線検出器、２２…光学部材、３０…光検出器、ＡＺ…分離部、ＤＹ１，ＤＹ２…ダイノード、ｅ１，ｅ２，ｅ３…電子線、Ｉ…光入射面、ＳＭ…試料。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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