(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と光電膜とを有するフォトカソードと、
励起光を前記フォトカソードに向けて集光する集光レンズと、
前記フォトカソードに対向して配置され、前記励起光が前記集光レンズにより集光され、前記フォトカソードの基板を透過して入射されることにより、前記フォトカソードの光電膜から発生する電子ビームを加速させる引き出し電極と、
前記引き出し電極により加速された前記電子ビームが導かれる電子光学系とを有し、
前記フォトカソードと前記集光レンズとの間に、前記励起光の波長において、前記フォトカソードの基板の屈折率と等しい屈折率を有する光球面収差補正板が配置された電子線応用装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記光球面収差補正板の材料は、前記フォトカソードの基板の材料と同じである電子線応用装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記集光レンズにより前記励起光を前記フォトカソードの基板の材料に集光させたときに球面収差量を最小とする厚みをＬとすると、
前記光球面収差補正板の厚みと前記フォトカソードの基板の厚みの和がＬ以下である電子線応用装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記光球面収差補正板と前記フォトカソードの基板とが接するように、前記光球面収差補正板と前記フォトカソードとをホルダに収納したカソードパックと、
前記カソードパックを載置するカソードステージとを有する電子線応用装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記集光レンズ、前記引き出し電極及び前記カソードステージが配置される真空容器と、
前記真空容器に接続され、前記フォトカソードの光電膜を再活性化するための活性化室を有し、
前記カソードパックは、前記真空容器と前記活性化室との間を搬送機構により搬送される電子線応用装置。
【請求項６】
請求項１において、
平行光源と、
前記平行光源からの平行光が入射され、前記平行光を発散または収束させる光球面収差補正器とを有し、
前記光球面収差補正器を透過した前記平行光が、前記励起光として前記集光レンズに照射される電子線応用装置。
【請求項７】
平行光源と、
前記平行光源からの平行光が入射され、前記平行光を発散または収束させる光球面収差補正器と、
基板と光電膜とを有するフォトカソードと、
前記光球面収差補正器を透過した前記平行光が、励起光として照射され、前記励起光を前記フォトカソードに向けて集光する集光レンズと、
前記フォトカソードに対向して配置され、前記励起光が前記集光レンズにより集光され、前記フォトカソードの基板を透過して入射されることにより、前記フォトカソードの光電膜から発生する電子ビームを加速させる引き出し電極と、
前記引き出し電極により加速された前記電子ビームが導かれる電子光学系とを有する電子線応用装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記光球面収差補正器は、
前記平行光が入射される第１のレンズと、
前記第１のレンズを透過した前記平行光が入射される第２のレンズと、
前記第１のレンズと前記第２のレンズとの距離を調整するレンズ位置調整機構とを有し、
前記第１のレンズと前記第２のレンズは、少なくともその一方が凸レンズである電子線応用装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記フォトカソードと前記集光レンズとの間に、前記励起光の波長において、前記フォトカソードの基板の屈折率と等しい屈折率を有する光球面収差補正板が配置された電子線応用装置。
【請求項１０】
請求項１または請求項７において、
前記フォトカソードは、前記光電膜の材料をＧａＡｓとし、前記光電膜表面の面方位が（１１０）面である電子線応用装置。
【請求項１１】
請求項１または請求項７において、
前記フォトカソードは、前記光電膜の材料をＧａＡｓとＩｎＡｓとの混晶とし、前記混晶の伝導帯の有効質量は、ＧａＡｓの伝導帯の有効質量よりも小さくされる電子線応用装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記光電膜表面の面方位が（１１０）面である電子線応用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子顕微鏡などの電子線応用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分解能の電子顕微鏡においては、従来、高輝度電子源として冷陰極電界放出電子源やショットキー電子源が使用されている。これらは、先端が小さな針形状で、仮想光源サイズは数ｎｍから数十ｎｍである。これに対して、負の電子親和力を利用した光励起電子源は平面状の電子源であり、光源サイズとなる励起光の焦点サイズは１μｍ程度と大きい。光励起電子源からの放出電子の直進性が良いために、電流密度を大きくすることで高輝度化が期待される。【０００３】
特許文献１には光励起電子源が開示されている。フォトカソードとして透明基板、具体的にはガラス上にフォトカソード膜（光電膜）を貼り付けたものを用い、透明基板に近接して置いた集光レンズで励起光を光電膜上に収束することで小さな電子光源とし、ここから真空中に放出する電子線を利用する電子銃構造が示されている。高輝度化に適したフォトカソードとして、近年、特許文献２に示されるように、半導体の結晶成長技術を用いて半導体基板上にフォトカソード層を形成した半導体フォトカソードの開発が進められている。非特許文献１に示されるように、半導体フォトカソードにはショットキー電子源と同程度の特性を示すものも現れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４３６４８号公報
【特許文献２】特開２００９−２６６８０９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Kuwahara他、「Coherence of a spin-polarized electron beam emitted from a semiconductor photocathode in a transmission electron microscope」Applied Physics Letters、Vol. 105、p.193101、2014年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光励起電子源を利用する場合、集光レンズにより、フォトカソードの光電膜上に励起光の焦点を結ばせる必要がある。このとき、励起光はフォトカソードの透明基板を透過して光電膜上に焦点を結ぶことになる。光電膜をガラス基板に貼り付けるフォトカソードでは、所定の厚さ、屈折率を有するガラス基板を透過させることを前提として最適に設計された集光レンズを用いて電子銃を実現することができる。一方、近年の半導体フォトカソードでは結晶成長技術を用いることで、より高輝度なフォトカソードを実現している。半導体フォトカソードで用いられる、ＧａＰ等の化合物半導体単結晶基板の場合、その材料により屈折率が変わるため、特定の厚さと屈折率を有する透明基板を透過させることを前提として最適に設計された集光レンズでは、透明基板が異なると光電膜上にうまく励起光の焦点を結ばせることができない。【０００７】
例えば、フォトカソードの透明基板として、厚さ1.2ｍｍ、屈折率ｎ＝1.5のガラスを用いることを前提とすれば、集光レンズとして、安価で性能の良い光磁気ディスク用の非球面レンズを使用することができる。しかし、透明基板が異なるフォトカソードに入れ替えてしまうと、この集光レンズでは適切に光電膜上に焦点を結ぶことができなくなる。加えて、フォトカソードごとに集光レンズを設計し直すとなると、工数が増え、それに伴ってコストも増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施の形態である電子線応用装置は、基板と光電膜とを有するフォトカソードと、励起光をフォトカソードに向けて集光する集光レンズと、フォトカソードに対向して配置され、励起光が集光レンズにより集光され、フォトカソードの基板を透過して入射されることにより、フォトカソードの光電膜から発生する電子ビームを加速させる引き出し電極と、引き出し電極により加速された電子ビームが導かれる電子光学系とを有し、フォトカソードと集光レンズとの間に、励起光の波長において、フォトカソードの基板の屈折率と等しい屈折率を有する光球面収差補正板が配置される。【０００９】
または、平行光源と、平行光源からの平行光が入射され、平行光を発散または収束させる光球面収差補正器と、基板と光電膜とを有するフォトカソードと、光球面収差補正器を透過した平行光が、励起光として照射され、励起光をフォトカソードに向けて集光する集光レンズと、フォトカソードに対向して配置され、励起光が集光レンズにより集光され、フォトカソードの基板を透過して入射されることにより、フォトカソードの光電膜から発生する電子ビームを加速させる引き出し電極と、引き出し電極により加速された電子ビームが導かれる電子光学系とを有する。【００１０】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１１】
電子ビームのフレアを抑えつつ高輝度化を可能とすることで、電子顕微鏡などの電子線応用装置の高分解能化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】光励起電子銃を有する電子線応用装置の概略図である。
【図２Ａ】透明基板内における、集光レンズの焦点面での光強度分布を表す図である。
【図２Ｂ】透明基板内における、集光レンズの焦点面での光強度分布を表す図である。
【図３】集光レンズの焦点での球面収差量と透明基板の厚さとの関係を表す図である。
【図４Ａ】光球面収差補正器の構成例を示す図である。
【図４Ｂ】光球面収差補正器の制御機構を示す図である。
【図５Ａ】活性化室を設けた電子銃の概略図である。
【図５Ｂ】カソードパックの例である。
【図６】フォトカソードの例である。
【図７】図６のフォトカソードの効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１に光励起電子銃を有する電子線応用装置の概略図を示す。電子線応用装置が電子顕微鏡であるとすると、光励起電子銃２２から発生した高輝度電子ビーム１３は、接続された電子光学系筐体２３に導かれ、電子レンズ２４などの構成部品により顕微鏡として作用する。
【００１５】
電子銃２２は真空容器９の外に置かれた平行光源７より発生した励起光１２を窓６より真空容器９内に導入し、集光レンズ２によりフォトカソード１上に光を集束させる。集光レンズは特に限定されないが、例えば、光ディスク用途等のレンズを転用することにより低コスト化を図ることができる。この例では、集光レンズ２として、光磁気ディスク用途にガラスモールド法で形成され、焦点距離ｆ＝4.2ｍｍ、ＮＡ（Numerical Aperture）＝0.5の非球面レンズを用いている。この非球面レンズの屈折面は、厚さ1.2ｍｍ、屈折率ｎ＝1.5のガラスを透過させたとき、励起光を波長による限界程度まで集光できるよう最適化されている。
【００１６】
フォトカソード１は、主として透明基板１１と光電膜１０からなり、透明基板１１側から励起光を入射し、光電膜１０の表面から電子ビームを発生する。電子ビーム１３は、フォトカソード１と対向する引き出し電極３との間の電界により加速されて、開口部１４を通過して電子光学系筐体２３に入射される。フォトカソード１はカソードホルダ４に収められ、加速電源５と電気的に接続され、発生する電子ビームの加速エネルギーを規定する。フォトカソード１は負の電子親和力による電子源として知られている現象を利用するもので、光電膜１０はｐ型の半導体であり、代表的なものとしてＧａＡｓが用いられ、表面には仕事関数を低くするためのＣｓ吸着などが施されている。透明基板１１には光電膜１０の結晶をエピタキシャル成長させるために、厚さ0.4〜0.5ｍｍのＧａＰ（１００）単結晶が使われている。
【００１７】
図２Ａに、集光レンズ２により、透明基板１１を透過して光電膜１０に集光される光強度分布を示す。実線２０１は、透明基板１１が厚さ0.5ｍｍのＧａＰ基板の場合の光強度分布である。比較例として、透明基板１１が厚さ1.2ｍｍ、屈折率ｎ＝1.5のガラス基板である場合の光強度分布を、破線２０２として示す。ここで、横軸は焦点位置（光強度が最大となる位置）からのずれ、縦軸は光の相対強度、具体的にはガラス基板での最大光強度を１としたときの相対強度を示している。集光レンズ２は厚さ1.2ｍｍ、屈折率ｎ＝1.5のガラス基板を透過したときのスポット径が最小となるように設計されているため、厚さ0.5ｍｍのＧａＰ基板を透過させた場合には、集光レンズ２の設計通りの性能は発揮できない。図２Ｂは実線２０１を拡大して示したものである。ＧａＰ透明基板に照射する光の波長は７８０ｎｍとする。光の波長は、ＧａＰに対して高い透過率を有する波長から選択すればよい。このとき、中心ビーム２１１の半値幅は、０．６μｍ程度ときわめて狭いが、中心ビーム２１１を中心とする直径１０μｍ程度の領域にわたってフレア２１２が現われていることが認められる。この結果、光電膜１０から発生する電子ビーム１３にもフレアが重畳する。この電子ビーム１３を走査して２次元像を形成させると、高分解能観察時には２次元像にボケが生じる。
【００１８】
この原因は、ＧａＰの屈折率ｎ＝3.2と、ガラスの屈折率ｎ＝1.5より大きいために、球面収差が大きくなるためである。励起光の焦点面に球面収差によるフレアが増加することにより、発生する電子ビームに径の大きなフレアが重畳するものである。
【００１９】
このため、本実施例では、励起光の光路内に光球面収差補正手段８を設ける。具体的には２種類あり、平行光源７から集光レンズ２の間に入れる光球面収差補正器２０、または、集光レンズ２とフォトカソード１との間に入れる光球面収差補正板２１の少なくともいずれか一方、または双方を用いることができる。球面収差が全部補正されると、図２Ａ中の破線２０２のような、フレアが最小の光強度分布が得られ、電子ビーム１３のフレアも最小となる。一方で、破線２０２の場合、中央ビームの半値幅は０．８μｍと、実線２０１の場合よりも広くなってしまう。中央ビームの半値幅が狭くなると球面収差は大きくなる関係にあるので、実線２０１と破線２０２との中間に観察に最適な条件がある場合には、球面収差量を調整して用いればよい。
【００２０】
光球面収差補正手段８の具体的な構成について説明する。光球面収差補正板２１は、励起光の波長において、フォトカソードの基板の屈折率と等しい屈折率を有する板である。具体的には、透明基板１１と同じ材料の基板を用いるのが都合よく、透明基板１１としてＧａＰ基板を用いる場合には、光球面収差補正板２１にもＧａＰを用いると良い。図３に、集光レンズ２による焦点での球面収差量と透明基板の厚さとの関係を示す。ガラス（ｎ＝1.5）の場合、破線３０２のように厚さ1.2ｍｍで球面収差量が最小点とされている。一方、ＧａＰ基板の場合、実線３０１のようになり、厚さ0.5ｍｍでは大きな球面収差量を生じているが、厚さ1.7ｍｍ付近で球面収差量は最小点を示している。光球面収差補正手段８としてＧａＰ単結晶からなる光球面収差補正板２１を用いる場合、全補正とするには透明基板１１及び光球面収差補正板２１の厚みの和が1.7ｍｍとなればよいので、フォトカソード１の透明基板１１の厚みが0.5ｍｍの場合、光球面収差補正板２１の厚みを1.2ｍｍとすればよい。全補正ではなく、中間の補正量とするには、光球面収差補正板２１の厚さを1.2ｍｍ未満から選ぶようにすればよい。
【００２１】
なお、フォトカソード１の透明基板１１としてここではＧａＰ基板を用いる例を説明したが、他の透明基板を用いたフォトカソードであっても、屈折率に応じて補正可能である。たとえば、フォトカソード１の透明基板１１として、ＡｌＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＺｎＳｅ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ等の結晶を用いた場合、同様に同じ材質の光球面収差補正板２１を用い、その厚さを所望の補正量となるよう最適化することで、集光レンズを変更することなく、適切な補正量を選んで高分解能の観察が可能となる。
【００２２】
なお、フォトカソード１が光電膜１０と透明基板１１とを有する旨説明したが、半導体フォトカソードの場合、透明基板上にフォトカソード層を形成する場合に所望の結晶構造を得るため、両者の間に中間層、バッファ層が形成されている場合がある。このようなフォトカソード１においても同様の効果を得ることができる。なお、この中間層等は透明基板１１側から励起光を照射するため、透明基板１１より十分薄く、励起光を透過させるものである必要がある。
【００２３】
一方、光球面収差補正器２０は、図４Ａに示すように、励起光１２が入射される互いに対向する第１の凸レンズ３０及び第２の凸レンズ３１と、第２の凸レンズ３１を励起光１２の光軸方向に微動させるレンズ位置調整機構３２とを有する。両凸レンズの主面間の距離が両者の焦点距離の和と同じ場合は、入射する励起光１２はそのまま平行光（実線１２ａ）として通過する。この距離を調整することで、通過光はわずかに発散ビーム（点線１２ｂ）あるいは収束ビーム（破線１２ｃ）となり、これにより集光レンズ２の焦点の球面収差を補正することができる。図４Ａでは第２の凸レンズ３１を微動させているが、第１の凸レンズ３０と第２の凸レンズ３１との間の距離が変わればよいので、第１の凸レンズ３０を微動させても、あるいは両者を微動させても同様の効果が得られる。
【００２４】
光球面収差補正器２０の制御機構を図４Ｂに示す。光源４３はレーザーダイオードであり、光源４３からの発散光はコリメータレンズ４２で平行な励起光１２にされる。図１の平行光源７は、光源４３及びコリメータレンズ４２に相当する構成である。励起光１２はビームスプリッタ４０を通過して窓６から電子銃の真空室内に入り、集光レンズ２によりフォトカソード１に集光される。光電膜から反射された反射光４６は集光レンズ２により平行光となり、ビームスプリッタ４０により横に曲げられ、結像レンズ４４により撮像素子４１上に拡大投影される。反射光４６の強度が撮像素子４１にとって高すぎる場合は、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ４５により適宜減衰させて光強度の空間分布を測定する。ここで、集光レンズ２の焦点距離ｆが4.2ｍｍである場合、結像レンズ４４に焦点距離ｆ＝1000ｍｍのレンズを用いると、撮像素子４１上に光電膜上の23.8倍の像が投影されるため、この出力をＰＣなどでモニターすることで、焦点に重畳したフレアを観察できる。このフレア像が電子光学系に最適となるように焦点の拡大像を見ながら、ビームスプリッタ４０と集光レンズ２との間に設けられた光球面収差補正器２０を調整することで、電子ビームの最適化が行える。目標とする焦点やフレア形状は、電子ビームによる観察結果が最良となる条件となるように決められる。
【００２５】
本実施例では、光球面収差補正器２０を構成する例として、第１のレンズと第２のレンズともに凸レンズで、両者の焦点距離が同一の例について説明したが、光の直径を変えたい場合は焦点距離の異なるレンズで構成しても同様の効果がある。さらに、一方のレンズを凹レンズで構成してもよい。この場合、光球面収差補正器２０の中には集光点が無く、両レンズ間隔を狭く取ることができるために、よりコンパクトにできる利点がある。また、より多数のレンズで構成してもよく、平行光をわずかに発散もしくは集光する機能があれば同様の作用が得られる。
【００２６】
なお、上述のように、集光レンズ２とフォトカソード１との間に光球面収差補正板２１を入れておき、さらに図４Ｂに示した機構により、光球面収差補正器２０を調整するようにしてもよい。また、光球面収差補正器２０は大気中に置く例を示しているが、真空内に置いても同様の効果を得られる。
【００２７】
さらに、図４Ｂの例では光源としてレーザーダイオードを使用する旨説明したが、パルス光や高強度光を使いる場合、あるいは波長を変えたい場合等は、光学台などに光学部品類を配置して光の発生源となる光源光学系を形成し、光源光学系から光ファイバーで励起光を導入する。この場合、固定した光ファイバー端が光源４３に相当する。
【００２８】
さらに、光源４３にレーザーダイオードを用い、励起光１２が偏光している場合、ビームスプリッタ４０として偏光ビームスプリッタを用いることにより、励起光１２の透過率を大きくすることができる。このとき、偏光ビームスプリッタ４０直下に１／４波長板を入れることにより、反射光４６の偏光面を回転させて光源４３に戻らないようにすることで、レーザーダイオード４３への戻り光を最小にでき、動作を安定化させることができる。
【００２９】
図５Ａ，Ｂに光球面収差補正板２１の実装例を示す。フォトカソード１の電子放出面は表面敏感であり、残留ガスの影響により性能が低下する。このため、図５Ａに示すように、電子銃２２に隣接して活性化室５３を設ける。活性化室５３には、図示しない表面清浄化や、Ｃｓ蒸着、酸素導入などの機構を常備して、劣化した光電膜１０の表面を再活性化することにより、フォトカソード１の性能を長期間維持することができる。このとき、フォトカソード１は搬送機構５２により、電子銃２２（真空容器９）と活性化室５３との間を行き来する。この行き来を容易にするため、フォトカソード１をカソードパック５０として、ホルダ５１に収納する。図５Ｂにカソードパック５０の構成例を示す。フォトカソード１の基板に光球面収差補正板２１が接するようにホルダ５１に収納することにより、ＧａＰ基板／真空界面での反射によるロスが小さくなる効果がある。電子銃２２内にはカソードステージ５４を設け、ここにカソードパック５０を置き、電子源として用いる。また、活性化室５３と電子銃２２（真空容器９）の間にゲートバルブを設けると、電子銃内を真空に保持したままで、活性化室５３を大気開放してフォトカソード１や光球面収差補正板２１を交換できるという利点がある。本例においても、他の材質の透明基板を用いたフォトカソードであれば、透明基板と同じ材質の光球面収差補正板２１とともに、カソードパック５０とすることができる。
【００３０】
図６に本実施例の電子線応用装置に使用可能なフォトカソード１を示す。半導体フォトカソードでは通常、結晶成長の容易さから、光電膜表面の面方位が（１００）面となるように結晶成長させているが、図６のフォトカソードでは光電膜表面の面方位を（１１０）面とする。なお、面方位は結晶成長条件などにもよるが、±４度以内の面方位のずれがあっても差し支えない。透明基板１１としてはＧａＰ単結晶を用いるものとし、この上にＡｌＧａＡｓのバッファ層６０を１μｍ程度エピタキシャル成長させる。バッファ層６０の材料はこれに限られず、光電膜１０材料であるＧａＡｓになるべくひずみを与えないように格子定数が整合し、かつバンドギャップがＧａＡｓよりも広く、励起光に対して透明な材料から選択すればよい。バッファ層６０の上に、光電膜１０としてｐ型ＧａＡｓを成長させる。光電膜１０の厚みは励起光のスポット径より十分小さいことが重要であり、０．１μｍ以下とする。図６に示したフォトカソード１の特徴として、従来の（１００）面を用いたフォトカソードに比べて電流密度の上限が高くなり、この結果、より高輝度が達成されるという利点がある。
【００３１】
図７を用いて効果を説明する。グラフの横軸は光電膜表面層の不純物濃度、縦軸はフォトカソードの輝度の上限である。ＧａＡｓ光電膜表面の面方位が（１００）面であるフォトカソードの示す特性が特性７１（破線）であり、ＧａＡｓ光電膜表面の面方位が（１１０）面であるフォトカソードの示す特性が特性７２（実線）である。ＧａＡｓ（１００）面上に結晶成長させた光電膜１０の場合、電子放出開始直後から表面準位にトラップされる電子が表面の電子ポテンシャルを上昇させることにより、電流密度がすぐに下がってしまい、光電膜１０から定常的に放出できる電流密度は大きく制限される。これを防ぐためには、表面付近のｐ型不純物濃度を濃くして、表面層にたまる電荷を価電子帯のホールと再結合させて除去することが有効である。したがって、特性７１（破線）に示されるように、表面層の不純物濃度を高くすることで得られる輝度の最大値は上昇するが、不純物原子が増えすぎると、格子欠陥や活性化しない不純物が増えることにより輝度の最大値は減少する。このために、高輝度化のために最適な不純物濃度がある。これに対して、高輝度化の障害となる表面準位は、面方位を選ぶことで低減することができる。ＧａＡｓ（１１０）面はバンドギャップ中の表面準位が少ないため、特性７２（実線）に示されるように、輝度の上限をより大きくすることができる。なお、透明基板１１は、励起光に対して透明な単結晶であればＧａＰ単結晶基板に限られず、ＡｌＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＺｎＳｅ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ等の単結晶基板を用いることもできる。
【００３２】
ところで、光電膜１０の材料としてＧａＡｓを使用したフォトカソードの輝度が高い原因の一つが、真空中に放出される電子ビームが狭い角度に集中する（放出角が狭い）ことにある。有効質量の異なる領域の界面では波長が変わることにより波が屈折する。これにより、小さい有効質量の領域から真空への放出では電子の放出角は狭くなる。ＧａＡｓの伝導帯の有効質量は、真空中の質量ｍ0の0.067倍である。上記の関係より、ＧａＡｓよりもさらに有効質量の小さい材料で光電膜１０を形成することにより、高輝度化が可能になる。一例として、ＩｎＡｓをＧａＡｓに混合した結晶（混晶）とすることが有効であり、ＧａXＩｎ(1-X)Ａｓとして、Ｘ＝0.7付近の場合の有効質量は0.05ｍ0となり、ＧａＡｓの有効質量の74％となる。この場合、ＧａXＩｎ(1-X)Ａｓ光電膜の放出角は、ＧａＡｓ光電膜の放出角の86％となる。この結果、輝度は1.34倍となる。この場合も、光電膜表面の面方位を（１１０）面とすると、表面準位が少なくなり、より高い電流密度が得られるので、さらなる高輝度化が達成される。
【符号の説明】
【００３３】
１：フォトカソード、２：集光レンズ、３：引き出し電極、４：カソードホルダ、５：加速電源、６：窓、７：平行光源、８：光球面収差補正手段、９：真空容器、１０：光電膜、１１：透明基板、１２：励起光、１３：電子ビーム、１４：開口部、２０：光球面収差補正器、２１：光球面収差補正板、２２：光励起電子銃、２３：電子光学系筐体、２４：電子レンズ、３０：第１の凸レンズ、３１：第２の凸レンズ、３２：レンズ位置調整機構、４０：ビームスプリッタ、４１：撮像素子、４２：コリメータレンズ、４３：光源、４４：結像レンズ、４５：ＮＤフィルタ、４６：反射光、５０：カソードパック、５１：ホルダ、５２：搬送機構、５３：活性化室、５４：カソードステージ、６０：バッファ層。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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