(57)【要約】【課題】光の検出感度に優れた光電陰極を提供すること。【解決手段】光電陰極Ｅ１の支持基板２側から被検出光が入射すると、光吸収層３がこの検出光を吸収して光電子を発生する。しかしながら、光吸収層３の厚さ等に因っては、被検出光は光吸収層３で十分に吸収されることなく、かかる光吸収層３を透過してしまうことがある。この場合、光吸収層３を透過した被検出光は、電子放出層４に達することとなる。電子放出層４に達した検出光の一部は、表面電極５の貫通孔５ａに向かって進む。表面電極５において、貫通孔５ａの幅ｄ１は被検出光の波長よりも短く、更に貫通孔５ａは周期性を有さずに配されている。そのため、被検出光が貫通孔５ａから外部放出されてしまうことを確実に防げる。外部放出が抑制された被検出光は、電子放出層４の露出表面で反射し、光吸収層３に再び入射して吸収される。【選択図】図１
2009032620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出光の入射に応じて光電子を放出する光電陰極であって、
支持基板と、
前記支持基板上に形成された光吸収層と、
前記光吸収層上に形成された電子放出層と、
前記電子放出層とショットキー接合され、複数の貫通孔を有する表面電極と、
前記表面電極の貫通孔から露出した前記電子放出層の表面を覆うように形成され、前記電子放出層の仕事関数を低下させる活性層と、
前記支持基板に設けられた裏面電極と、
を備え、
前記被検出光の偏光方向における前記貫通孔の幅は前記被検出光の波長よりも短く、
前記貫通孔は周期性を有さずに配されていることを特徴とする光電陰極。
【請求項２】
被検出光の入射に応じて光電子を放出する光電陰極であって、
支持基板と、
前記支持基板上に形成された光吸収層と、
前記光吸収層上に形成された電子放出層と、
前記電子放出層とショットキー接合され、複数の貫通孔を有する表面電極と、
前記表面電極の貫通孔から露出した前記電子放出層の表面を覆うように形成され、前記電子放出層の仕事関数を低下させる活性層と、
前記支持基板に設けられた裏面電極と、
を備え、
前記被検出光の偏光方向における前記貫通孔の幅は前記被検出光の波長よりも短く、
前記貫通孔は所定の間隔で周期的に配されており、当該貫通孔の中心間距離Λが下記式（１）を満たしていないことを特徴とする光電陰極。
【数１】
2009032620.tif 000010
［式（１）中、ｍは１以上の整数を示し、λは前記被検出光の波長を示し、εｓは前記電子放出層の比誘電率を示し、εｍは前記表面電極の比誘電率を示す。］
【請求項３】
前記貫通孔の中心間距離Λが更に下記式（２）を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光電陰極。
【数２】
2009032620.tif 000011
【請求項４】
前記貫通孔の中心間距離Λが更に下記式（３）を満たすことを特徴とする請求項２又は３に記載の光電陰極。
【数３】
2009032620.tif 000012
【請求項５】
前記貫通孔の最長幅が、前記被検出光の波長よりも短いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光電陰極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電陰極に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光電陰極として、例えば特許文献１に記載されているように、基板と、基板上に形成されたフォトン吸収層（光吸収層）と、フォトン吸収層上に形成された電子放出層と、電子放出層上に形成された網目状のグリッドと、を備えるものが知られている。電子放出層表面のうち、グリッドで覆われているのはごく僅かな部分となっている。
【特許文献１】特許第２６６８２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１記載の光電陰極に基板側から被検出光を入射させると、被検出光は基板を透過してフォトン吸収層に到達し、当該フォトン吸収層で吸収される。しかしながら、時間分解能を向上すべくフォトン吸収層の厚さを薄くした場合には、被検出光は、フォトン吸収層にて十分に吸収されず、フォトン吸収層を透過してしまうことがある。十分に吸収されることなくフォトン吸収層を透過した被検出光は、電子放出層に到達する。特許文献１記載の光電陰極においては、電子放出層表面の殆どがグリッド間から露出している。そのため、電子放出層に到達した被検出光の多くは、グリッド間から外部に放出されてしまう。
【０００４】
このように、特許文献１記載の光電陰極では、被検出光がフォトン吸収層にて十分に吸収されることなく外部に放出されてしまうおそれがあり、そのため光の検出感度が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、光の検出感度に優れた光電陰極を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光電陰極は、被検出光の入射に応じて光電子を放出する光電陰極であって、支持基板と、支持基板上に形成された光吸収層と、光吸収層上に形成された電子放出層と、電子放出層とショットキー接合され、複数の貫通孔を有する表面電極と、表面電極の貫通孔から露出した電子放出層の表面を覆うように形成され、電子放出層の仕事関数を低下させる活性層と、支持基板に設けられた裏面電極と、を備え、被検出光の偏光方向における貫通孔の幅は被検出光の波長よりも短く、貫通孔は周期性を有さずに配されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の光電陰極は、ショットキー接合型の光電陰極であり、表面電極の貫通孔から露出した電子放出層の表面には、活性層が形成されている。そのため、光吸収層にて発生した光電子を、貫通孔から容易に外部放出することができる。
【０００８】
光吸収層で吸収されなかった被検出光は、光吸収層を透過して電子放出層に到達する。電子放出層上に形成された表面電極は複数の貫通孔を有しているが、かかる貫通孔の幅は被検出光の偏光方向において被検出光の波長よりも短くなっている。そのため、電子放出層に到達した被検出光が表面電極の貫通孔を通り抜けて外部に放出されてしまうことを抑制できる。外部放出が抑制された被検出光は、露出した電子放射層の表面で反射され、光吸収層に再び入射して吸収される。
【０００９】
本発明の光電陰極では、貫通孔が周期性を有さずに配されている。貫通孔が所定の周期で配されている場合には、表面電極にプラズモン共鳴が発生し、貫通孔の幅を上述のように短くしたにもかかわらず多量の被検出光が貫通孔から外部放出されてしまうことがあるが、貫通孔の配置に周期性がない本発明の光電陰極ではこのような現象を未然に防ぐことができる。
【００１０】
以上のように本発明では、貫通孔からの被検出光の放出をより確実に抑制することができる。また、光吸収層における被検出光の吸収効率を向上させることができ、発生した光電子を貫通孔から外部に放出することもできる。よって、光電陰極を光の検出感度に優れたものとすることができる。
【００１１】
本発明に係る光電陰極は、被検出光の入射に応じて光電子を放出する光電陰極であって、支持基板と、支持基板上に形成された光吸収層と、光吸収層上に形成された電子放出層と、電子放出層とショットキー接合され、複数の貫通孔を有する表面電極と、表面電極の貫通孔から露出した電子放出層の表面を覆うように形成され、電子放出層の仕事関数を低下させる活性層と、支持基板に設けられた裏面電極と、を備え、被検出光の偏光方向における貫通孔の幅は被検出光の波長よりも短く、貫通孔は所定の間隔で周期的に配されており、当該貫通孔の中心間距離Λが下記式（１）を満たしていないことを特徴とする。
【数１】
2009032620.tif 000003
ただし、式（１）中、ｍは１以上の整数を示し、λは被検出光の波長を示し、εｓは電子放出層の比誘電率を示し、εｍは表面電極の比誘電率を示す。
【００１２】
本発明の光電陰極はショットキー接合型の光電陰極であり、光吸収層にて発生した光電子を、電子放出層および活性層を介して、表面電極の貫通孔から容易に外部放出することができる。光吸収層で吸収されなかった被検出光は、光吸収層を透過して電子放出層に到達する。電子放出層上に形成された表面電極は複数の貫通孔を有しているが、かかる貫通孔の幅は被検出光の偏光方向において被検出光の波長よりも短くなっている。そのため、電子放出層に到達した被検出光が表面電極の貫通孔を通り抜けて外部放出されてしまうことを抑制できる。外部放出が抑制された被検出光は、電子放出層開口部の表面で反射され、光吸収層に再び入射して吸収される。
【００１３】
複数の貫通孔は、所定の間隔で周期的に配されている。貫通孔の中心間距離が上述した式（１）を満たすときには、被検出光の入射に応じて、表面電極にプラズモン共鳴が発生することがある。表面電極にプラズモン共鳴が発生すると、貫通孔の幅を上述のように短くした場合であっても、貫通孔から多量の被検出光が放出されてしまうことがある。この点、本発明の光電陰極では、貫通孔の中心間距離は上述した式（１）を満たしていないため、プラズモン共鳴の発生を未然に防ぐことができる。よって、貫通孔から多量の被検出光が外部放出されることを抑止できる。
【００１４】
このように本発明では、貫通孔からの被検出光の放出をより確実に抑制することができる。また、光吸収層における被検出光の吸収効率を向上させることができ、発生した光電子を貫通孔から外部に放出することもできる。よって、光電陰極を光の検出感度に優れたものとすることができる。
【００１５】
また、本発明に係る光電陰極では、貫通孔の中心間距離Λが更に下記式（２）を満たすことが好ましい。この場合、貫通孔からの被検出光の放出をいっそう確実に抑制することができる。
【数２】
2009032620.tif 000004
【００１６】
また、本発明に係る光電陰極では、貫通孔の中心間距離Λが更に下記式（３）を満たすことが好ましい。この場合、貫通孔からの被検出光の放出をいっそう確実に抑制することができる。
【数３】
2009032620.tif 000005
【００１７】
また、本発明に係る光電陰極では、貫通孔の最長幅が、被検出光の波長よりも短いことが好ましい。この場合、被検出光の偏光方向に因らず、被検出光が貫通孔を通り抜けてしまうことを確実に抑制できる。そのため、光の検出感度に優れた光電陰極をより確実に得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光の検出感度に優れた光電陰極を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る光電陰極の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光電陰極を示す図である。図１（ａ）は本実施形態に係る光電陰極の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示される光電陰極のＩ−Ｉ線断面図である。
【００２１】
図１に示されるように、本実施形態に係る光電陰極Ｅ１は、支持基板２と、光吸収層３と、電子放出層４と、表面電極５と、裏面電極６と、活性層７とを備えている。
【００２２】
支持基板２は、III−Ｖ族化合物半導体から構成される基板であって、より具体的にはｐ−型ＩｎＰ半導体基板である。この支持基板２の吸収端波長は、光電陰極Ｅ１に入射される被照射光の波長よりも短くなっている。
【００２３】
支持基板２の一方の主面上には、光吸収層３が形成されている。光吸収層３は、光を吸収して光電子を発生する層である。光吸収層３はｐ−型ＩｎＧａＡｓ半導体からなっており、光吸収層３の吸収端波長は被照射光の波長よりも長くなっている。光吸収層３は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等の薄膜成長技術を用いて、支持基板２上にｐ−型ＩｎＧａＡｓ半導体をエピタキシャル成長させることにより形成される。
【００２４】
光吸収層３の上には、電子放出層４が形成されている。電子放出層４は、光吸収層３にて発生した光電子を加速する層である。電子放出層４はｐ−型ＩｎＰ半導体からなっており、光吸収層３の吸収端波長は被照射光の波長よりも短くなっている。電子放出層４は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等の薄膜成長技術を用いて、光吸収層３上にｐ−型ＩｎＰ半導体をエピタキシャル成長させることにより形成される。
【００２５】
電子放出層４の上には、Ａｌからなる表面電極５がショットキー接合されている。表面電極５は、周期性を有さずに配された複数の貫通孔５ａを有している。より具体的には、各貫通孔５ａは直線および曲線で構成される不定形状を呈しており、貫通孔５ａの配置は無秩序なものとなっている。また、貫通孔５ａの最長幅ｄ１は、被検出光の波長よりも短くなっている。なお、全ての貫通孔５ａにおいて最長幅ｄ１が被検出光の波長よりも短くなっていることが好ましい。表面電極５は、電子放出層４上にＡｌを真空蒸着したのち、当該Ａｌにフォトリソグラフィー技術を用いて周期性の無い貫通孔５ａを複数設けることにより形成される。
【００２６】
支持基板２の裏面、すなわち光吸収層３とは反対側の面には、ＡｕＺｎからなる裏面電極６が形成されている。裏面電極６は、支持基板２の裏面にメタルマスクを用いてＡｕＺｎをスパッタ蒸着することにより形成される。表面電極５および裏面電極６は、それぞれコンタクト用のワイヤからなる配線８を介して電源９に接続されている。この電源９によって、表面電極５と裏面電極６との間にはバイアス電圧が印加されている。
【００２７】
表面電極５の各貫通孔５ａからは、電子放出層４の表面が露出している。この電子放出層４の露出表面を覆うように、酸化セシウム（Ｃｓ２Ｏ）からなる活性層７が形成されている。活性層７は、電子放出層４の仕事関数を低下させる層である。活性層７を設けることにより、電子放出層４で加速された光電子を、複数の貫通孔５ａを介して外部へ放出することが容易となる。活性層７は、支持基板２、光吸収層３、電子放出層４、表面電極５、および裏面電極６を備えるチップを真空容器の中にマウントしたのち、当該チップを真空下でＣｓ蒸気と酸素とにさらすことによって形成される。
【００２８】
上述した構成を有する光電陰極Ｅ１では、被検出光が支持基板２の裏面側から入射される。支持基板２の吸収端波長は被検出光の波長よりも短いため、被検出光は支持基板２を透過する。支持基板２を透過した被検出光は、光吸収層３に到達する。光吸収層３の吸収端波長は被検出光の波長よりも長いため、被検出光は光吸収層３にて吸収されることとなる。被検出光を吸収した光吸収層３は、光電子を発生する。電子放出層４と表面電極５との間には、ショットキー接合が形成されているため、表面電極５と裏面電極６との間に印加されたバイアス電圧により発生した電界の作用で、光吸収層３にて発生した光電子は、活性層７によって仕事関数が低下した電子放出層４の表面から真空中に放出される。
【００２９】
ところで、光吸収層３の厚さ等に因っては、被検出光は光吸収層３で十分に吸収されることなく、光吸収層３を透過してしまうことがある。この場合、光吸収層３を透過した被検出光は電子放出層４に達するが、電子放出層４の吸収端波長は被検出光の波長よりも短く設定されているため、かかる被検出光は電子放出層４をも透過することとなる。
【００３０】
電子放出層４を透過する被検出光のうち、表面電極５で覆われた領域、すなわち貫通孔５ａが形成されていない領域に向かって進む被検出光は、電子放出層４開口部の表面で反射される。反射された被検出光は、電子放出層４を介して光吸収層３に再び入射し、吸収される。
【００３１】
電子放出層４を透過する被検出光の一部は、貫通孔５ａに向かって進む。従来、貫通孔の長さをｄとし、光の波長をλとすると、貫通孔における光の透過率Ｔは以下の式（４）で表せることが知られている。
【数４】
2009032620.tif 000006
【００３２】
各貫通孔５ａの最長幅ｄ１は上述した式（４）のｄに相当し、被検出光の波長は上述した式（４）のλに相当する。本実施形態に係る光電陰極Ｅ１では、各貫通孔５ａの最長幅ｄ１は被検出光の波長よりも短くなっている。したがって、式（４）によれば、貫通孔５ａにおける被検出光の透過率が１未満となるため、貫通孔５ａからの被検出光の放出を抑制することができる。例えば、被検出光の波長が約１０００ｎｍであるとき、各貫通孔５ａの最長幅ｄ１を５００ｎｍとすれば、貫通孔５ａにおける被検出光の透過率は１０％未満となり、貫通孔５ａから放出される被検出光の量を極めて少ないものとすることができる。
【００３３】
ここで、貫通孔５ａが表面電極５において周期的に配されている場合を考える。このような表面電極５に被検出光が入射すると、表面電極５の表面プラズモンと被検出光とが結合して、表面電極５にプラズモン共鳴が発生することがある。プラズモン共鳴が発生すると、表面電極５の貫通孔５ａから被検出光が漏れ出すおそれがある。このとき貫通孔５ａから漏れ出す被検出光の量は、被検出光の強度に比例し、且つこれよりも大きい。すなわち、プラズモン共鳴が発生した場合、貫通孔５ａにおける被検出光の透過率は、上述の式（４）で算出される値よりも格段に大きくなってしまうことがある。
【００３４】
この点、本実施形態の光電陰極Ｅ１における貫通孔５ａは、周期性を有さず無秩序に配されている。そのため、表面電極５で表面プラズモンが発生することはない。したがって、貫通孔５ａからの被検出光の放出を確実に抑制することができる。
【００３５】
放出が抑制された被検出光は、電子放出層４の露出面で反射されることとなる。反射された被検出光は、電子放出層４を介して光吸収層３に再び入射し、吸収される。
【００３６】
以上説明したように、貫通孔５ａの最長幅ｄ１を被検出光の波長よりも短くし、且つ貫通孔５ａを周期性を有さずに配することで、貫通孔５ａから被検出光が漏れ出すことを確実に抑制できるうえに、被検出光を電子放射層４の露出表面で反射させて光吸収層３にもう一度入射させることが可能となる。よって、光電子の外部放出を妨げることなく、光吸収層３における被検出光の吸収効率を向上させることができる。その結果、光電陰極Ｅ１を光の検出感度に優れたものとすることができる。
【００３７】
ここで、貫通孔５ａの最長幅ｄ１を被検出光の波長よりも短くする理由について、より詳細に説明する。
【００３８】
上述した式（４）のｄは、より正確にいうと、被検出光の電場ベクトルの方向における貫通孔の長さを示している。そのため、貫通孔における被検出光の透過率Ｔを低くするためには、被検出光の電場ベクトルの方向における貫通孔の長さを、被検出光の波長よりも短くする必要がある。
【００３９】
例えば、貫通孔５ａが被検出光の波長よりも短い辺と、被検出光の波長よりも長い辺とを有する場合を考える。説明の便宜上、被検出光の波長よりも短い辺を短辺と呼び、被検出光の波長よりも長い辺を長辺と呼ぶ。この場合、被検出光の偏光方向（電場ベクトルの方向）が貫通孔５ａの短辺の方向と一致するのであれば、式（４）のｄは貫通孔５ａの短辺の長さを表すことになる。貫通孔５ａの短辺は被検出光の波長よりも短いため、（ｄ／λ）は１未満となり、貫通孔５ａにおける被検出光の透過率を低く抑えることができる。しかしながら、被検出光の偏光方向が貫通孔５ａの長辺方向と一致するのであれば、式（４）のｄは貫通孔５ａの長辺の長さを表すことになる。貫通孔５ａの長辺は被検出光の波長よりも長いため、（ｄ／λ）が１以上となってしまい、貫通孔５ａにおける被検出光の透過率が高くなってしまう。
【００４０】
被検出光は、直線偏光の光であるとは限らず、円偏光の光の場合もある。また、直線偏光の光であっても、偏光方向の制御が困難な場合がある。貫通孔５ａの最も長い寸法を被検出光の波長よりも短くすれば、被検出光の電場ベクトルがどの方向を向いていようとも、被検出光の偏光方向における貫通孔５ａの長さを常に被検出光の波長よりも短いものとすることができる。このような理由から、本実施形態では、貫通孔５ａの最長幅ｄ１を被検出光の波長よりも短く設定している。
【００４１】
ただし、被検出光の偏光方向が不変である場合には、貫通孔５ａの最長幅ｄ１を被検出光の波長よりも短く設定する必要はなく、被検出光の偏光方向における貫通孔５ａの幅が被検出光の波長よりも短くなっていればよい。
【００４２】
なお、本実施形態に係る光電陰極Ｅ１では、表面電極５の貫通孔５ａは直線および曲線で構成される不定形であるとしたが、貫通孔の形状はこれに限られない。図２に、その変形例を示す。図２（ａ）に示される光電陰極Ｅ２の表面電極１５は、直線からなる不定形の貫通孔１５ａを複数有している。図２（ｂ）に示される光電陰極Ｅ３の表面電極２５は、矩形の貫通孔２５ａを複数有している。貫通孔２５ａは全て矩形ではあるが、その大きさは様々であり、また周期性を有さずに配されている。
【００４３】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る光電陰極を示す図である。図３（ａ）は本実施形態に係る光電陰極の上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示される光電陰極のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００４４】
本実施形態に係る光電陰極Ｅ４では、表面電極３５における貫通孔３５ａの形状および配列が、先の実施形態に係る光電陰極Ｅ１の表面電極５における貫通孔５ａの形状および配列と異なっている。支持基板３２、光吸収層３３、電子放出層３４、活性層３７、および裏面電極３６については、光電陰極Ｅ１における支持基板２、光吸収層３、電子放出層４、活性層７、および裏面電極６と同様である。
【００４５】
電子放出層３４上に形成された表面電極３５は、複数の貫通孔３５ａを有している。貫通孔３５ａは所定の間隔で配されている。より具体的には、貫通孔３５ａは二次元配列されており、一方向すなわち図３（ａ）の矢印ｘ方向において貫通孔３５ａは等間隔に並んでいる。隣り合う貫通孔３５ａの中心間距離はΛとなっている。各貫通孔３５ａは矩形を呈している。貫通孔３５ａの大きさは様々であるが、矢印ｘ方向においては大きさが同一となっている。また、貫通孔３５ａの対角線の長さ（最長幅）ｄ４は、光電陰極Ｅ２に入射される被検出光の波長よりも短くなっている。なお、全ての貫通孔３５ａにおいて、対角線の長さ（最長幅）ｄ４が電陰極Ｅ２に入射される被検出光の波長よりも短くなっていることが好ましい。
【００４６】
このような構成を有する光電陰極Ｅ４に対して、支持基板３２の裏面側から被検出光を入射した場合、光電陰極Ｅ１と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
すなわち、光吸収層３３において十分に吸収されなかった被検出光は、光吸収層３３を透過して、電子放出層３４に到達する。電子放出層４に到達した被検出光のうち、表面電極３５で覆われた領域、すなわち貫通孔３５ａが形成されていない領域に向かって進む被検出光は、表面電極３５により反射される。表面電極３５で反射された被検出光は、光吸収層３３に再び入射して吸収される。光吸収層３３を透過し電子放出層３４に達した被検出光の一部は、貫通孔３５ａに向かって進む。貫通孔３５ａの最長幅ｄ４は被検出光の波長よりも短い。そのため、貫通孔３５ａを介しての被検出光の外部放出は抑制されることとなる。
【００４８】
ここで、矢印ｘ方向における貫通孔３５ａの中心間距離について説明する。貫通孔３５ａがある特定の中心間距離で周期的に並んでいる場合、被検出光の入射に応じて表面電極３５にプラズモン共鳴が発生することがある。プラズモン共鳴は、貫通孔３５ａの中心間距離Λが以下の式（５）を満たす場合に発生しやすいことが知られている。
【数５】
2009032620.tif 000007
上記式（５）中、ｍは１以上の整数を示し、λは被検出光の波長を示し、εｓは電子放出層３４の比誘電率を示し、εｍは表面電極３５の比誘電率を示す。貫通孔３５ａが上述した式（５）を満たす中心間距離Λで周期的に配されている場合、被検出光の入射に応じて表面電極３５にプラズモン共鳴が発生する可能性が高くなる。表面電極３５にプラズモン共鳴が発生すると、表面電極３５の貫通孔３５ａから被検出光が漏れ出すおそれがある。このとき貫通孔３５ａから漏れ出す被検出光の量は、被検出光の強度に比例し、且つこれよりも大きい。すなわち、プラズモン共鳴が発生した場合、貫通孔３５ａの最長幅ｄ４を上述のように短くしたとしても、貫通孔３５ａから多量の被検出光が放出されてしまうことがある。
【００４９】
実際の貫通孔３５ａは、矢印ｘ方向における並びは等間隔すなわち周期的であるものの、隣り合う貫通孔３５ａの中心間距離Λは、上述した式（５）を満たしていない。上述した式（５）を満たさないように貫通孔３５ａを配することにより、表面電極３５でプラズモン共鳴が発生することを未然に防げる。その結果、貫通孔３５ａからの被検出光の放出を抑止できる。放出が抑制された被検出光は、電子放出層３４の露出表面で反射されることとなる。反射された被検出光は、電子放出層３４を介して光吸収層３３に再び入射し、吸収される。
【００５０】
上述した式（５）を満たさないように貫通孔３５ａを配することで、貫通孔３５ａから漏れ出す被検出光の量は著しく減少する。しかしながら、式（５）を満たす場合と比して少なくはあるものの、中心間距離Λが上記式（５）よりもやや長い場合あるいはやや短い場合においても、貫通孔３５ａから被検出光が漏れ出すことがある。そこで、被検出光の放出をより確実に抑止するためには、貫通孔３５ａの中心間距離Λが以下の式（６）及び（７）の少なくともいずれか一方を満たすようにすることが、より好ましいといえる。
【数６】
2009032620.tif 000008
【数７】
2009032620.tif 000009
【００５１】
上記式（５）〜（７）に基づき貫通孔３５ａを配することで、貫通孔３５ａからの被検出光の放出をいっそう確実に無くすことが可能となる。
【００５２】
以上説明したように、貫通孔３５ａの最長幅ｄ４を被検出光の波長よりも短くし、且つ、貫通孔３５ａを上述した式（５）、好ましくは（５）〜（７）に基づく中心間距離で配することによって、貫通孔３５ａから被検出光が漏れ出すことを確実に抑制できるうえに、被検出光を電子放射層３４の露出表面で反射させて光吸収層３３にもう一度入射させることが可能となる。よって、光電子の外部放出を妨げることなく、光吸収層３３における被検出光の吸収効率を向上させることができる。その結果、光電陰極Ｅ４を光の検出感度に優れたものとすることができる。
【００５３】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００５４】
例えば、上述の実施形態では、支持基板２，３２および電子放出層４，３４はｐ−型ＩｎＰ半導体からなっており、光吸収層３，３３はｐ−型ＩｎＧａＡｓ半導体からなっているとしたが、それぞれ他の半導体材料からなっていてもよい。ただし、光吸収層の吸収端波長は被検出光の波長よりも長く、支持基板および電子放出層の吸収端波長は被検出光の波長よりも短くなければならない。
【００５５】
上述の実施形態において、表面電極５，３５はＡｌからなっているとしたが、材料はこれに限られず、電子放出層４，３４との間にショットキー接合を形成できるものであればよい。表面電極５，３５の他の材料としては、電子放出層４，３４がｐ−型ＩｎＰ半導体からなっている場合には、ＴｉやＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどが挙げられる。また、裏面電極６，３６はＡｕＺｎからなっているとしたが、材料はこれに限られず、支持基板２，３２と良好な電気的接続が得られる材料であればよい。
【００５６】
また、上述の実施形態において、活性層７，３７は、Ｃｓ２Ｏからなっているとしたが、仕事関数を下げるといわれている電子材料からなっていればよく、例えばＮａ、Ｋ、Ｒｂやこれらの複合物からなっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光電陰極を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る光電陰極の表面電極が有する貫通孔の変形例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る光電陰極を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
２，３２…支持基板、３，３３…光吸収層、４，３４…電子放出層、５ａ，１５ａ，２５ａ，３５ａ…貫通孔、５，３５…表面電極、６，３６…裏面電極、７，３７…活性層、…貫通孔、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４…光電陰極、Λ…中心間距離。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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