JP3189444B2 - 偏極電子線発生素子 - Google Patents
偏極電子線発生素子Info
- Publication number
- JP3189444B2 JP3189444B2 JP33798392A JP33798392A JP3189444B2 JP 3189444 B2 JP3189444 B2 JP 3189444B2 JP 33798392 A JP33798392 A JP 33798392A JP 33798392 A JP33798392 A JP 33798392A JP 3189444 B2 JP3189444 B2 JP 3189444B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- electron beam
- polarized electron
- gaas
- polarized
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 title claims description 67
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 94
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 43
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 21
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 16
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 30
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 6
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 5
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004347 surface barrier Methods 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 3
- 108010083687 Ion Pumps Proteins 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000005492 condensed matter physics Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スピン方向が偏在して
いる偏極電子線を発生する偏極電子線発生素子の改良に
関するものである。
いる偏極電子線を発生する偏極電子線発生素子の改良に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】スピン方向が２種類のうちの一方に偏在
している電子群から成る偏極電子線は、高エネルギー素
粒子実験分野においては原子核内部の磁気構造を、物性
物理実験分野においては物質表面の磁気構造を調査する
上で有効な手段として利用されている。かかる偏極電子
線を取り出す方法として、本出願人は、先に出願した特
願平３−１３０６１１号において、ＧａＡｓ1-z Ｐ
z （混晶比ｚ＞０）半導体の上に、それよりもバンドギ
ャップが小さく且つ格子定数が僅かに異なるＧａＡｓ半
導体を結晶成長させたＧａＡｓ偏極電子線発生素子を用
い、そのＧａＡｓ半導体にレーザ光を照射することによ
り、高い偏極率の偏極電子線を発生させることを提案し
た。すなわち、ＧａＡｓ1-z Ｐz 半導体に対して格子定
数が異なるＧａＡｓ半導体がヘテロ結合させられること
により、そのＧａＡｓ半導体には格子歪が付与されるた
め、その価電子帯にバンドスプリッティングが発生して
ヘビーホールのサブバンドとライトホールのサブバンド
にエネルギー準位差が生じる一方、両サブバンドの励起
によって取り出される電子のスピン方向は互いに反対向
きであるため、エネルギー準位が高い方すなわち伝導帯
とのエネルギーギャップが小さい方のサブバンドのみを
励起するような光エネルギーをＧａＡｓ半導体に注入す
れば、一方のスピン方向に偏在した電子群が専ら励起さ
れて放出され、高い偏極率を備えた偏極電子線が得られ
るのである。また、バンドギャップが小さい半導体を用
いるのは、励起された電子線が内部へ流れ込むことを防
止し、取出効率を高めるためである。なお、上記ヘビー
ホールおよびライトホールのエネルギー準位差が小さい
と、熱雑音により両方のサブバンドが励起されて必ずし
も十分な偏極率向上効果が得られないため、ヘビーホー
ルのサブバンドとライトホールのサブバンドとのエネル
ギー準位差が熱雑音によるエネルギーよりも大きくなる
ように、両半導体の格子定数差、言い換えればＧａＡｓ
1-z Ｐz 半導体の混晶比ｚを設定することが望ましい。
している電子群から成る偏極電子線は、高エネルギー素
粒子実験分野においては原子核内部の磁気構造を、物性
物理実験分野においては物質表面の磁気構造を調査する
上で有効な手段として利用されている。かかる偏極電子
線を取り出す方法として、本出願人は、先に出願した特
願平３−１３０６１１号において、ＧａＡｓ1-z Ｐ
z （混晶比ｚ＞０）半導体の上に、それよりもバンドギ
ャップが小さく且つ格子定数が僅かに異なるＧａＡｓ半
導体を結晶成長させたＧａＡｓ偏極電子線発生素子を用
い、そのＧａＡｓ半導体にレーザ光を照射することによ
り、高い偏極率の偏極電子線を発生させることを提案し
た。すなわち、ＧａＡｓ1-z Ｐz 半導体に対して格子定
数が異なるＧａＡｓ半導体がヘテロ結合させられること
により、そのＧａＡｓ半導体には格子歪が付与されるた
め、その価電子帯にバンドスプリッティングが発生して
ヘビーホールのサブバンドとライトホールのサブバンド
にエネルギー準位差が生じる一方、両サブバンドの励起
によって取り出される電子のスピン方向は互いに反対向
きであるため、エネルギー準位が高い方すなわち伝導帯
とのエネルギーギャップが小さい方のサブバンドのみを
励起するような光エネルギーをＧａＡｓ半導体に注入す
れば、一方のスピン方向に偏在した電子群が専ら励起さ
れて放出され、高い偏極率を備えた偏極電子線が得られ
るのである。また、バンドギャップが小さい半導体を用
いるのは、励起された電子線が内部へ流れ込むことを防
止し、取出効率を高めるためである。なお、上記ヘビー
ホールおよびライトホールのエネルギー準位差が小さい
と、熱雑音により両方のサブバンドが励起されて必ずし
も十分な偏極率向上効果が得られないため、ヘビーホー
ルのサブバンドとライトホールのサブバンドとのエネル
ギー準位差が熱雑音によるエネルギーよりも大きくなる
ように、両半導体の格子定数差、言い換えればＧａＡｓ
1-z Ｐz 半導体の混晶比ｚを設定することが望ましい。
【０００３】例えば、図４の一点鎖線は、Ｚｎドープに
よりキャリア濃度が５×１０18（ｃｍ-3）程度とされた
ｐ−ＧａＡｓ0.82Ｐ0.18半導体の上に、同じくＺｎドー
プによりキャリア濃度が５×１０18（ｃｍ-3）程度とさ
れたｐ−ＧａＡｓ半導体を８５０Å程度結晶成長させた
偏極電子線発生素子を用いて、ｐ−ＧａＡｓ半導体に照
射する励起レーザの波長を変更しながら偏極電子線の偏
極率を調べたグラフであり、波長が８６０ｎｍ付近の励
起レーザを用いることにより、８６％程度の高い偏極率
が得られる。
よりキャリア濃度が５×１０18（ｃｍ-3）程度とされた
ｐ−ＧａＡｓ0.82Ｐ0.18半導体の上に、同じくＺｎドー
プによりキャリア濃度が５×１０18（ｃｍ-3）程度とさ
れたｐ−ＧａＡｓ半導体を８５０Å程度結晶成長させた
偏極電子線発生素子を用いて、ｐ−ＧａＡｓ半導体に照
射する励起レーザの波長を変更しながら偏極電子線の偏
極率を調べたグラフであり、波長が８６０ｎｍ付近の励
起レーザを用いることにより、８６％程度の高い偏極率
が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、波長が
８６０ｎｍ程度の高出力レーザは適当なものがなく、例
えば「チタン；サファイア」レーザを用いていたが、レ
ーザ発生装置が大掛かりで高価になるという不都合があ
った。すなわち、例えば８１０〜８３０ｎｍ程度等の短
い波長で高い偏極率が得られるようになれば、小型で且
つ安価な半導体レーザ等の使用が可能となり、その実用
的価値が大きく向上するのである。
８６０ｎｍ程度の高出力レーザは適当なものがなく、例
えば「チタン；サファイア」レーザを用いていたが、レ
ーザ発生装置が大掛かりで高価になるという不都合があ
った。すなわち、例えば８１０〜８３０ｎｍ程度等の短
い波長で高い偏極率が得られるようになれば、小型で且
つ安価な半導体レーザ等の使用が可能となり、その実用
的価値が大きく向上するのである。
【０００５】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、半導体レーザ等の使
用が可能な短い波長で高い偏極率が得られる偏極電子線
発生素子を提供することにある。
もので、その目的とするところは、半導体レーザ等の使
用が可能な短い波長で高い偏極率が得られる偏極電子線
発生素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、（ａ）第１半導体と、（ｂ）その第１
半導体の上に結晶成長させられた第１半導体とは格子定
数が僅かに異なる第２半導体とを備え、その第２半導体
にレーザ光が照射されることによりスピン方向が偏在し
ている偏極電子線を発生する偏極電子線発生素子におい
て、（ｃ）前記第２半導体をＧａＡｓ1-x Ｐx （混晶比
ｘ＞０）にて構成したことを特徴とする。
めに、本発明は、（ａ）第１半導体と、（ｂ）その第１
半導体の上に結晶成長させられた第１半導体とは格子定
数が僅かに異なる第２半導体とを備え、その第２半導体
にレーザ光が照射されることによりスピン方向が偏在し
ている偏極電子線を発生する偏極電子線発生素子におい
て、（ｃ）前記第２半導体をＧａＡｓ1-x Ｐx （混晶比
ｘ＞０）にて構成したことを特徴とする。
【０００７】
【作用および発明の効果】すなわち、ＧａＡｓ1-x Ｐx
（混晶比ｘ＞０）はＧａＡｓよりもバンドギャップが大
きいため、最大偏極率が得られる波長が短波長側へシフ
トし、例えば８１０〜８３０ｎｍ程度の波長で高い偏極
率の偏極電子線を取り出すこともできるようになり、励
起レーザとして小型で安価な半導体レーザ等の使用が可
能となるのである。なお、最大偏極率が得られる波長は
ＧａＡｓ1-x Ｐx の混晶比ｘによって変化し、上記８１
０〜８３０ｎｍ程度より更に短くすることもできる。
（混晶比ｘ＞０）はＧａＡｓよりもバンドギャップが大
きいため、最大偏極率が得られる波長が短波長側へシフ
トし、例えば８１０〜８３０ｎｍ程度の波長で高い偏極
率の偏極電子線を取り出すこともできるようになり、励
起レーザとして小型で安価な半導体レーザ等の使用が可
能となるのである。なお、最大偏極率が得られる波長は
ＧａＡｓ1-x Ｐx の混晶比ｘによって変化し、上記８１
０〜８３０ｎｍ程度より更に短くすることもできる。
【０００８】ここで、ＧａＡｓ基板の上に第１半導体を
結晶成長させるとともに、その第１半導体の上に第２半
導体としてＧａＡｓ1-x Ｐx を結晶させる場合に、第１
半導体としてＧａＡｓ1-z Ｐz を用いると、電子線の取
出効率を高める上で第２半導体のバンドギャップを第１
半導体よりも小さくすることが望ましく、そのためには
混晶比をｘ＜ｚとする必要があるが、ＧａＡｓ基板と第
１半導体との格子不整合が大きくなり、量子効率や寿命
が低下する恐れがある。このため、ＧａＡｓ基板を用い
る場合には、ＧａＡｓとの格子不整合が小さいＡｌy Ｇ
ａ1-y Ａｓ（混晶比ｙ＞０）を第１半導体として用いる
ことが望ましい。混晶比ｘおよびｙは、ＧａＡｓ1-x Ｐ
x におけるサブバンドのエネルギー準位差が十分に得ら
れる格子定数差となるように定められ、更にはＧａＡｓ
1-x Ｐx のバンドギャップよりもＡｌy Ｇａ1-y Ａｓの
バンドギャップの方が大きくなるようにすることが望ま
しい。
結晶成長させるとともに、その第１半導体の上に第２半
導体としてＧａＡｓ1-x Ｐx を結晶させる場合に、第１
半導体としてＧａＡｓ1-z Ｐz を用いると、電子線の取
出効率を高める上で第２半導体のバンドギャップを第１
半導体よりも小さくすることが望ましく、そのためには
混晶比をｘ＜ｚとする必要があるが、ＧａＡｓ基板と第
１半導体との格子不整合が大きくなり、量子効率や寿命
が低下する恐れがある。このため、ＧａＡｓ基板を用い
る場合には、ＧａＡｓとの格子不整合が小さいＡｌy Ｇ
ａ1-y Ａｓ（混晶比ｙ＞０）を第１半導体として用いる
ことが望ましい。混晶比ｘおよびｙは、ＧａＡｓ1-x Ｐ
x におけるサブバンドのエネルギー準位差が十分に得ら
れる格子定数差となるように定められ、更にはＧａＡｓ
1-x Ｐx のバンドギャップよりもＡｌy Ｇａ1-y Ａｓの
バンドギャップの方が大きくなるようにすることが望ま
しい。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１０】図１において、偏極電子線発生素子１０
は、基板１２の上によく知られたＭＯＣＶＤ（有機金属
化学気相成長）装置により順次結晶成長させられた第１
半導体１４および第２半導体１６を備えている。基板１
２は３５０μｍ程度の厚みであって、Ｚｎが不純物とし
てドープされることによりキャリア濃度が５×１０
18（ｃｍ-3）程度とされたｐ−ＧａＡｓであり、表面は
（１００）面である。また、第１半導体１４は２．０μ
ｍ程度の厚みであって、Ｚｎが不純物としてドープされ
ることによりキャリア濃度が５×１０18（ｃｍ-3）程度
とされたｐ−ＧａＡｓ0.74Ｐ0.26であり、第２半導体１
６は１８００Å程度の厚みであって、Ｚｎが不純物とし
てドープされることによりキャリア濃度が５×１０
18（ｃｍ-3）程度とされたｐ−ＧａＡｓ0.87Ｐ0.13であ
る。図１における各半導体の厚さは必ずしも正確な割合
で示したものではない。なお、上記第２半導体１６の表
面には、酸化処理膜などは何等設けられていない。
は、基板１２の上によく知られたＭＯＣＶＤ（有機金属
化学気相成長）装置により順次結晶成長させられた第１
半導体１４および第２半導体１６を備えている。基板１
２は３５０μｍ程度の厚みであって、Ｚｎが不純物とし
てドープされることによりキャリア濃度が５×１０
18（ｃｍ-3）程度とされたｐ−ＧａＡｓであり、表面は
（１００）面である。また、第１半導体１４は２．０μ
ｍ程度の厚みであって、Ｚｎが不純物としてドープされ
ることによりキャリア濃度が５×１０18（ｃｍ-3）程度
とされたｐ−ＧａＡｓ0.74Ｐ0.26であり、第２半導体１
６は１８００Å程度の厚みであって、Ｚｎが不純物とし
てドープされることによりキャリア濃度が５×１０
18（ｃｍ-3）程度とされたｐ−ＧａＡｓ0.87Ｐ0.13であ
る。図１における各半導体の厚さは必ずしも正確な割合
で示したものではない。なお、上記第２半導体１６の表
面には、酸化処理膜などは何等設けられていない。
【００１１】上記第１半導体１４および第２半導体１６
のバンドギャップＥｇは、図８から明らかなように、Ｐ
の混晶比が大きい第１半導体１４の方が大きい。また、
第１半導体１４および第２半導体１６の格子定数は、Ｐ
の混晶比の相違に対応して相違しているため、第２半導
体１６は格子歪を有する状態で第１半導体１４上にヘテ
ロ結合させられる。本実施例では、第１半導体１４より
も第２半導体１６の方が格子定数が大きいため、第２半
導体１６には偏極電子線の取出し方向すなわち膜厚方向
において引張応力が作用させられ、かかる引張応力に基
づく格子歪により、第２半導体１６の価電子帯における
ヘビーホールおよびライトホールのサブバンドのエネル
ギー準位に差が生じる。このエネルギー準位差が、偏極
電子線発生素子１０を使用する際に生じる熱雑音よりも
大きくなるように、両半導体１４および１６の格子定数
差、すなわちＰの混晶比は定められている。
のバンドギャップＥｇは、図８から明らかなように、Ｐ
の混晶比が大きい第１半導体１４の方が大きい。また、
第１半導体１４および第２半導体１６の格子定数は、Ｐ
の混晶比の相違に対応して相違しているため、第２半導
体１６は格子歪を有する状態で第１半導体１４上にヘテ
ロ結合させられる。本実施例では、第１半導体１４より
も第２半導体１６の方が格子定数が大きいため、第２半
導体１６には偏極電子線の取出し方向すなわち膜厚方向
において引張応力が作用させられ、かかる引張応力に基
づく格子歪により、第２半導体１６の価電子帯における
ヘビーホールおよびライトホールのサブバンドのエネル
ギー準位に差が生じる。このエネルギー準位差が、偏極
電子線発生素子１０を使用する際に生じる熱雑音よりも
大きくなるように、両半導体１４および１６の格子定数
差、すなわちＰの混晶比は定められている。
【００１２】図２は、以上のように構成された偏極電子
線発生素子１０から偏極電子線を発生させるとともに、
その偏極電子線の偏極率を測定するための装置で、偏極
電子線発生装置（電子銃）２０，偏極率測定装置２２，
偏極電子線発生装置２０において発生させられた偏極電
子線を偏極率測定装置２２まで移送する偏極電子移送装
置２４を備えている。
線発生素子１０から偏極電子線を発生させるとともに、
その偏極電子線の偏極率を測定するための装置で、偏極
電子線発生装置（電子銃）２０，偏極率測定装置２２，
偏極電子線発生装置２０において発生させられた偏極電
子線を偏極率測定装置２２まで移送する偏極電子移送装
置２４を備えている。
【００１３】偏極電子線発生装置２０は、高真空室を形
成するための真空ハウジング３０と、真空ハウジング３
０を１０-9torr程度の高真空とするためのターボ分子ポ
ンプ３２およびイオンポンプ３４と、偏極電子線発生素
子１０を真空ハウジング３０内に保持し且つ液体窒素に
より冷却するための容器状ホルダ３６およびその容器状
ホルダ３６を取り囲んで残留ガスを吸着させるための液
体窒素容器３８と、偏極電子線発生素子１０の表面から
電子を引き出すための複数の電極４０と、偏極電子線発
生素子１０の表面に向かってセシウムおよび酸素を放出
するセシウム放出器４２および酸素放出器４４と、上記
偏極電子線発生素子１０の表面にレーザ光を照射するた
めのレーザ光照射装置４６とを備えている。レーザ光照
射装置４６は、７００〜９００ｎｍの波長のレーザ光を
選択的に出力するチューナブルレーザ光源５０と、直線
偏光だけを通過させる偏光子５２と、直線偏光を円偏光
に変換する１／４波長素子５４と、円偏光のレーザ光を
前記偏極電子線発生素子１０の表面に向かって照射する
ミラー５６とを備えている。
成するための真空ハウジング３０と、真空ハウジング３
０を１０-9torr程度の高真空とするためのターボ分子ポ
ンプ３２およびイオンポンプ３４と、偏極電子線発生素
子１０を真空ハウジング３０内に保持し且つ液体窒素に
より冷却するための容器状ホルダ３６およびその容器状
ホルダ３６を取り囲んで残留ガスを吸着させるための液
体窒素容器３８と、偏極電子線発生素子１０の表面から
電子を引き出すための複数の電極４０と、偏極電子線発
生素子１０の表面に向かってセシウムおよび酸素を放出
するセシウム放出器４２および酸素放出器４４と、上記
偏極電子線発生素子１０の表面にレーザ光を照射するた
めのレーザ光照射装置４６とを備えている。レーザ光照
射装置４６は、７００〜９００ｎｍの波長のレーザ光を
選択的に出力するチューナブルレーザ光源５０と、直線
偏光だけを通過させる偏光子５２と、直線偏光を円偏光
に変換する１／４波長素子５４と、円偏光のレーザ光を
前記偏極電子線発生素子１０の表面に向かって照射する
ミラー５６とを備えている。
【００１４】偏極率測定装置２２は、フロンガスが充填
されたタンク６０内に配置され且つ高圧碍子６２により
支持されるとともにアノード６３から１００ｋＶが印加
される高圧槽（Ｍｏｔｔ散乱槽）６４と、高圧槽６４に
接続されてその中を１０-6torr程度の高真空とするため
のターボ分子ポンプ６６と、偏極電子線を加速する加速
電極６８と、図示しない円板により支持され且つ偏極電
子線が衝突させられる金箔７０と、金箔７０内の金原子
核に衝突することによりθ＝１２０゜に散乱された電子
を検出する一対の表面障壁型検出器７２と、図示しない
プリアンプにより信号増幅された表面障壁型検出器７２
からの信号を光に変換するＬＥＤ７４と、ＬＥＤ７４の
光出力を受けて電気信号に変換する受光器７６とを備え
ている。
されたタンク６０内に配置され且つ高圧碍子６２により
支持されるとともにアノード６３から１００ｋＶが印加
される高圧槽（Ｍｏｔｔ散乱槽）６４と、高圧槽６４に
接続されてその中を１０-6torr程度の高真空とするため
のターボ分子ポンプ６６と、偏極電子線を加速する加速
電極６８と、図示しない円板により支持され且つ偏極電
子線が衝突させられる金箔７０と、金箔７０内の金原子
核に衝突することによりθ＝１２０゜に散乱された電子
を検出する一対の表面障壁型検出器７２と、図示しない
プリアンプにより信号増幅された表面障壁型検出器７２
からの信号を光に変換するＬＥＤ７４と、ＬＥＤ７４の
光出力を受けて電気信号に変換する受光器７６とを備え
ている。
【００１５】図３は、上記表面障壁型検出器７２からの
２チャンネルの信号に基づいて偏極率を算出する回路例
を示している。図において、表面障壁型検出器７２から
の信号は、プリアンプ８４により増幅された後、ＬＥＤ
７４により光信号にそれぞれ変換される。受光器７６は
上記光信号を受けて電気信号に変換し、インターフェイ
ス７８を介して演算制御回路８０へ供給する。演算制御
回路８０では、予め記憶された演算式から入力信号に基
づいて偏極電子線に含まれる電子群の偏極率を演算し、
表示器８２に表示させる。
２チャンネルの信号に基づいて偏極率を算出する回路例
を示している。図において、表面障壁型検出器７２から
の信号は、プリアンプ８４により増幅された後、ＬＥＤ
７４により光信号にそれぞれ変換される。受光器７６は
上記光信号を受けて電気信号に変換し、インターフェイ
ス７８を介して演算制御回路８０へ供給する。演算制御
回路８０では、予め記憶された演算式から入力信号に基
づいて偏極電子線に含まれる電子群の偏極率を演算し、
表示器８２に表示させる。
【００１６】図２に戻って、前記偏極電子移送装置２４
は、前記真空ハウジング３０と高圧槽６４とを接続する
管路に設けられたコンダクタンスの低い一対の細管９０
と、その一対の細管９０に挟まれた位置に設けられたイ
オンポンプ９２と、偏極電子線発生素子１０から引き出
された偏極電子線を静電的に直角に曲げるための球形コ
ンデンサ装置９４と、その偏極電子線を高圧槽６４に向
かって磁気的に直角に曲げるためのヘルムホルツコイル
９６とを備えている。なお、真空ハウジング３０と高圧
槽６４とが偏極電子線を曲げる必要のない相対位置関係
にあれば、それら球形コンデンサ装置９４およびヘルム
ホルツコイル９６は不要となる。
は、前記真空ハウジング３０と高圧槽６４とを接続する
管路に設けられたコンダクタンスの低い一対の細管９０
と、その一対の細管９０に挟まれた位置に設けられたイ
オンポンプ９２と、偏極電子線発生素子１０から引き出
された偏極電子線を静電的に直角に曲げるための球形コ
ンデンサ装置９４と、その偏極電子線を高圧槽６４に向
かって磁気的に直角に曲げるためのヘルムホルツコイル
９６とを備えている。なお、真空ハウジング３０と高圧
槽６４とが偏極電子線を曲げる必要のない相対位置関係
にあれば、それら球形コンデンサ装置９４およびヘルム
ホルツコイル９６は不要となる。
【００１７】以上の装置において偏極電子線を発生させ
る場合には、偏極電子線発生素子１０の第２半導体１６
の表面には何等酸化処理膜が設けられていないため、成
長直後から真空デシケータに保管した偏極電子線発生素
子１０を用いる。先ずその偏極電子線発生素子１０を容
器状ホルダ３６の下端に固定した後に真空ハウジング３
０内を１０-9torr程度の高真空とし、図示しないヒータ
により４２０℃程度の温度に１５分程度加熱することに
より、偏極電子線発生素子１０の表面を清浄化する。次
いで、セシウム放出器４２および酸素放出器４４から偏
極電子線発生素子１０の表面に向かってセシウムおよび
酸素を交互に放出してセシウムおよび酸素を微量だけ吸
着させる。これにより、偏極電子線発生素子１０の表面
において、エレクトロンアフィニティ（伝導帯の底にあ
る電子のエネルギーレベルと真空レベルの差に相当する
エネルギーギャップ）を負とする。そして、液体窒素に
よる偏極電子線発生素子１０の冷却を行うことなく、常
温においてレーザ光照射装置４６から円偏光レーザ光を
照射した。この円偏光レーザ光のエネルギーが注入され
ると、偏極電子線発生素子１０の表面からスピン方向が
一方に偏在している電子群が発生され、この電子群が偏
極電子線として電極４０により引き出されるのである。
この偏極電子線は、偏極電子移送装置２４により前記高
圧槽６４内の金箔７０に照射されて、図３に示す回路に
より偏極率が測定されるのである。図４の「○」印は、
このように本実施例の偏極電子線発生素子１０を用い
て、照射レーザ光の波長を変更しながら偏極電子線の偏
極率を測定した測定結果である。
る場合には、偏極電子線発生素子１０の第２半導体１６
の表面には何等酸化処理膜が設けられていないため、成
長直後から真空デシケータに保管した偏極電子線発生素
子１０を用いる。先ずその偏極電子線発生素子１０を容
器状ホルダ３６の下端に固定した後に真空ハウジング３
０内を１０-9torr程度の高真空とし、図示しないヒータ
により４２０℃程度の温度に１５分程度加熱することに
より、偏極電子線発生素子１０の表面を清浄化する。次
いで、セシウム放出器４２および酸素放出器４４から偏
極電子線発生素子１０の表面に向かってセシウムおよび
酸素を交互に放出してセシウムおよび酸素を微量だけ吸
着させる。これにより、偏極電子線発生素子１０の表面
において、エレクトロンアフィニティ（伝導帯の底にあ
る電子のエネルギーレベルと真空レベルの差に相当する
エネルギーギャップ）を負とする。そして、液体窒素に
よる偏極電子線発生素子１０の冷却を行うことなく、常
温においてレーザ光照射装置４６から円偏光レーザ光を
照射した。この円偏光レーザ光のエネルギーが注入され
ると、偏極電子線発生素子１０の表面からスピン方向が
一方に偏在している電子群が発生され、この電子群が偏
極電子線として電極４０により引き出されるのである。
この偏極電子線は、偏極電子移送装置２４により前記高
圧槽６４内の金箔７０に照射されて、図３に示す回路に
より偏極率が測定されるのである。図４の「○」印は、
このように本実施例の偏極電子線発生素子１０を用い
て、照射レーザ光の波長を変更しながら偏極電子線の偏
極率を測定した測定結果である。
【００１８】本実施例の偏極電子線発生素子１０におい
ては、第１半導体１４に対して格子定数が異なる第２半
導体１６がヘテロ結合させられ、その第２半導体１６に
格子歪が付与されて、価電子帯のヘビーホールおよびラ
イトホールのサブバンドのエネルギー準位に差が生じさ
せられているため、エネルギー準位が高い方のサブバン
ド、この実施例ではヘビーホールのサブバンドのみを励
起するような光エネルギー、すなわち図４から明らかな
ように波長が８１０〜８３０ｎｍ程度の励起レーザを第
２半導体１６に注入することにより、一方のスピン方向
に偏在した電子群が専ら励起されて放出され、７５％程
度の高い偏極率が得られる。
ては、第１半導体１４に対して格子定数が異なる第２半
導体１６がヘテロ結合させられ、その第２半導体１６に
格子歪が付与されて、価電子帯のヘビーホールおよびラ
イトホールのサブバンドのエネルギー準位に差が生じさ
せられているため、エネルギー準位が高い方のサブバン
ド、この実施例ではヘビーホールのサブバンドのみを励
起するような光エネルギー、すなわち図４から明らかな
ように波長が８１０〜８３０ｎｍ程度の励起レーザを第
２半導体１６に注入することにより、一方のスピン方向
に偏在した電子群が専ら励起されて放出され、７５％程
度の高い偏極率が得られる。
【００１９】ここで、本実施例の偏極電子線発生素子１
０は、レーザ光を照射して偏極電子線を取り出す第２半
導体１６として、ＧａＡｓよりもバンドギャップＥｇが
大きいＧａＡｓ0.87Ｐ0.13が用いられているため、最大
偏極率が得られる波長が図４において一点鎖線で示され
ているＧａＡｓの場合よりも短波長側へシフトし、上記
のように８１０〜８３０ｎｍ程度の波長で最大偏極率が
得られるようになるのである。このため、励起レーザと
して小型で安価な半導体レーザ等の使用が可能となり、
偏極電子線を用いて実験等を行う際の実用的価値が大幅
に向上する。
０は、レーザ光を照射して偏極電子線を取り出す第２半
導体１６として、ＧａＡｓよりもバンドギャップＥｇが
大きいＧａＡｓ0.87Ｐ0.13が用いられているため、最大
偏極率が得られる波長が図４において一点鎖線で示され
ているＧａＡｓの場合よりも短波長側へシフトし、上記
のように８１０〜８３０ｎｍ程度の波長で最大偏極率が
得られるようになるのである。このため、励起レーザと
して小型で安価な半導体レーザ等の使用が可能となり、
偏極電子線を用いて実験等を行う際の実用的価値が大幅
に向上する。
【００２０】なお、上記実施例では第１半導体１４とし
てｐ−ＧａＡｓ0.74Ｐ0.26が用いられているため、ｐ−
ＧａＡｓから成る基板１２との間で約０．９％の格子不
整合が存在し、量子効率や寿命が低下する恐れがある。
このような基板１２との格子不整合を緩和する上で、例
えば図５の偏極電子線発生素子１００のように、ＧａＡ
ｓと格子定数が近いＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓを第１半導体
１０２として用いることが効果的である。すなわち、図
８から明らかなように、ＧａＡｓとＡｌＡｓとの格子定
数差は非常に小さいとともに、ＡｌＡｓのバンドギャッ
プＥｇはＧａＡｓよりも大きいため、上記Ａｌ0.35Ｇａ
0.65Ａｓを第１半導体１０２として用いることにより、
ｐ−ＧａＡｓから成る基板１２との間の格子不整合を緩
和できるとともに、ｐ−ＧａＡｓ0.87Ｐ0.13から成る第
２半導体１６に格子歪を与えてその第２半導体１６から
偏極率の高い偏極電子線を発生させることができるので
ある。この場合には、第１半導体１０２よりも第２半導
体１６の方が格子定数が小さいため、第２半導体１６に
は偏極電子線の取出し方向すなわち膜厚方向において圧
縮応力が作用させられ、かかる圧縮応力に基づいて第２
半導体１６に格子歪が生じさせられる。第１半導体１０
２および第２半導体１６の厚さは、それぞれ前記実施例
と同様である。
てｐ−ＧａＡｓ0.74Ｐ0.26が用いられているため、ｐ−
ＧａＡｓから成る基板１２との間で約０．９％の格子不
整合が存在し、量子効率や寿命が低下する恐れがある。
このような基板１２との格子不整合を緩和する上で、例
えば図５の偏極電子線発生素子１００のように、ＧａＡ
ｓと格子定数が近いＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓを第１半導体
１０２として用いることが効果的である。すなわち、図
８から明らかなように、ＧａＡｓとＡｌＡｓとの格子定
数差は非常に小さいとともに、ＡｌＡｓのバンドギャッ
プＥｇはＧａＡｓよりも大きいため、上記Ａｌ0.35Ｇａ
0.65Ａｓを第１半導体１０２として用いることにより、
ｐ−ＧａＡｓから成る基板１２との間の格子不整合を緩
和できるとともに、ｐ−ＧａＡｓ0.87Ｐ0.13から成る第
２半導体１６に格子歪を与えてその第２半導体１６から
偏極率の高い偏極電子線を発生させることができるので
ある。この場合には、第１半導体１０２よりも第２半導
体１６の方が格子定数が小さいため、第２半導体１６に
は偏極電子線の取出し方向すなわち膜厚方向において圧
縮応力が作用させられ、かかる圧縮応力に基づいて第２
半導体１６に格子歪が生じさせられる。第１半導体１０
２および第２半導体１６の厚さは、それぞれ前記実施例
と同様である。
【００２１】また、図６に示す偏極電子線発生素子１０
４は、前記ｐ−ＧａＡｓ基板１２上に直接ｐ−ＧａＡｓ
0.87Ｐ0.13から成る第２半導体１６を設けたもので、図
７に示す偏極電子線発生素子１０６は、前記第１半導体
１０２と同じｐ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓから成る基板１
０８を用いて、その基板１０８上に直接第２半導体１６
を設けたものである。これ等の場合には、基板１２，１
０８が第１半導体に相当する。
４は、前記ｐ−ＧａＡｓ基板１２上に直接ｐ−ＧａＡｓ
0.87Ｐ0.13から成る第２半導体１６を設けたもので、図
７に示す偏極電子線発生素子１０６は、前記第１半導体
１０２と同じｐ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓから成る基板１
０８を用いて、その基板１０８上に直接第２半導体１６
を設けたものである。これ等の場合には、基板１２，１
０８が第１半導体に相当する。
【００２２】以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明したが、本発明は他の態様で実施することもで
きる。
細に説明したが、本発明は他の態様で実施することもで
きる。
【００２３】例えば、前記実施例の第１半導体１４，第
２半導体１６におけるＰの混晶比や第１半導体１０２，
基板１０８におけるＡｌの混晶比は適宜変更することが
できる。第１半導体として他の化合物半導体を用いるこ
とも可能である。
２半導体１６におけるＰの混晶比や第１半導体１０２，
基板１０８におけるＡｌの混晶比は適宜変更することが
できる。第１半導体として他の化合物半導体を用いるこ
とも可能である。
【００２４】また、前記実施例では第１半導体１４，１
０２の厚さが２μｍ程度、第２半導体１６の厚さが１８
００Å程度であったが、これらの厚さは適宜変更され得
る。各半導体のキャリア濃度、すなわち不純物のドーピ
ング量や、ドーピングする不純物の種類についても適宜
変更できる。
０２の厚さが２μｍ程度、第２半導体１６の厚さが１８
００Å程度であったが、これらの厚さは適宜変更され得
る。各半導体のキャリア濃度、すなわち不純物のドーピ
ング量や、ドーピングする不純物の種類についても適宜
変更できる。
【００２５】また、前記実施例ではｐ−ＧａＡｓ基板１
２やｐ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ基板１０８が用いられて
いたが、他の化合物半導体基板やＳｉ基板等を用いるこ
とも可能である。
２やｐ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ基板１０８が用いられて
いたが、他の化合物半導体基板やＳｉ基板等を用いるこ
とも可能である。
【００２６】また、前記第１実施例では最大偏極率が得
られる波長が８１０〜８３０ｎｍ程度であったが、第２
半導体１６のＰの混晶比を変更することにより更に短波
長側へシフトさせることも可能で、例えば６３０〜６４
０ｎｍ程度で最大偏極率が得られるようになれば、Ｈｅ
−Ｎｅレーザ等の使用も可能となる。
られる波長が８１０〜８３０ｎｍ程度であったが、第２
半導体１６のＰの混晶比を変更することにより更に短波
長側へシフトさせることも可能で、例えば６３０〜６４
０ｎｍ程度で最大偏極率が得られるようになれば、Ｈｅ
−Ｎｅレーザ等の使用も可能となる。
【００２７】その他一々例示はしないが、本発明は当業
者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実
施することができる。
者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実
施することができる。
【図１】本発明の一実施例である偏極電子線発生素子の
構成を説明する図である。
構成を説明する図である。
【図２】偏極電子線発生素子から偏極電子線を発生させ
て偏極率を測定する装置の構成図である。
て偏極率を測定する装置の構成図である。
【図３】図２の偏極率測定装置の測定回路を示すブロッ
ク線図である。
ク線図である。
【図４】図２の偏極率測定装置を用いて図１の偏極電子
線発生素子の偏極率を測定した結果を、ＧａＡｓ偏極電
子線発生素子の場合と比較して示す図である。
線発生素子の偏極率を測定した結果を、ＧａＡｓ偏極電
子線発生素子の場合と比較して示す図である。
【図５】本発明の他の実施例の構成を説明する図であ
る。
る。
【図６】本発明の更に別の実施例の構成を説明する図で
ある。
ある。
【図７】本発明の更に別の実施例の構成を説明する図で
ある。
ある。
【図８】図１，図５，図６，図７の実施例で用いられて
いる半導体のバンドギャップおよび格子定数を示す図で
ある。
いる半導体のバンドギャップおよび格子定数を示す図で
ある。
１０，１００，１０４，１０６：偏極電子線発生素子 １２：基板 １４，１０２：第１半導体 １６：第２半導体 １０８：基板（第１半導体）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青柳 秀樹 愛知県名古屋市千種区朝岡町３−34 桂 荘201号室 (56)参考文献 特開 平４−329235（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−185145（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 1/34 H01J 37/075
Claims (2)
- 【請求項１】第１半導体と、該第１半導体の上に結晶成
長させられた該第１半導体とは格子定数が僅かに異なる
第２半導体とを備え、該第２半導体にレーザ光が照射さ
れることによりスピン方向が偏在している偏極電子線を
発生する偏極電子線発生素子において、 前記第２半導体をＧａＡｓ1-x Ｐx （混晶比ｘ＞０）に
て構成したことを特徴とする偏極電子線発生素子。 - 【請求項２】前記第１半導体は、ＧａＡｓ基板上に結晶
成長させられたＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ（混晶比ｙ＞０）で
ある請求項１に記載の偏極電子線発生素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33798392A JP3189444B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-11-25 | 偏極電子線発生素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-196245 | 1992-06-30 | ||
| JP19624592 | 1992-06-30 | ||
| JP33798392A JP3189444B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-11-25 | 偏極電子線発生素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0676733A JPH0676733A (ja) | 1994-03-18 |
| JP3189444B2 true JP3189444B2 (ja) | 2001-07-16 |
Family
ID=26509636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33798392A Expired - Fee Related JP3189444B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-11-25 | 偏極電子線発生素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3189444B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8344354B2 (en) | 2008-03-25 | 2013-01-01 | National University Corporation Nagoya University | Spin-polarized electron source |
| KR101771419B1 (ko) * | 2015-11-04 | 2017-08-25 | 김인구 | 자전거형 승마운동기구 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04360963A (ja) * | 1991-06-07 | 1992-12-14 | Onoda Cement Co Ltd | 気泡コンクリートの現場打設方法 |
| US5877510A (en) * | 1994-05-27 | 1999-03-02 | Nec Corporation | Spin polarized electron semiconductor source and apparatus utilizing the same |
| JP2606131B2 (ja) * | 1994-05-27 | 1997-04-30 | 日本電気株式会社 | 半導体スピン偏極電子源 |
-
1992
- 1992-11-25 JP JP33798392A patent/JP3189444B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8344354B2 (en) | 2008-03-25 | 2013-01-01 | National University Corporation Nagoya University | Spin-polarized electron source |
| KR101771419B1 (ko) * | 2015-11-04 | 2017-08-25 | 김인구 | 자전거형 승마운동기구 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0676733A (ja) | 1994-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2270832B1 (en) | Spin polarized electron source | |
| JPS60500112A (ja) | 半導体レ−ザｃｒｔタ−ゲツト | |
| US5747862A (en) | Spin-polarized electron emitter having semiconductor opto-electronic layer with split valence band and reflecting mirror | |
| JP2007258119A (ja) | スピン偏極電子発生装置 | |
| JP3189444B2 (ja) | 偏極電子線発生素子 | |
| Jin et al. | Analysis of quantum efficiency improvement in spin-polarized photocathode | |
| US5877510A (en) | Spin polarized electron semiconductor source and apparatus utilizing the same | |
| US5315127A (en) | Semiconductor device for emitting highly spin-polarized electron beam | |
| Ciccacci et al. | Low energy Mott polarimetry of electrons from negative electron affinity photocathodes | |
| JP3125328B2 (ja) | 偏極電子線発生素子 | |
| KR20060014019A (ko) | 기판의 표면처리방법 | |
| US5723871A (en) | Process of emitting highly spin-polarized electron beam and semiconductor device therefor | |
| JP3154569B2 (ja) | 偏極電子線発生素子 | |
| JP3070070B2 (ja) | 偏極電子線発生素子 | |
| Pierce | Spin-polarized electron sources | |
| US5523572A (en) | Process of emitting highly spin-polarized electron beam and semiconductor device therefor | |
| JPH0628970A (ja) | 偏極電子線発生素子 | |
| Cultrera | Spin polarized electron beams production beyond III-V semiconductors | |
| JP4033626B2 (ja) | 半導体レーザ装置の製造方法 | |
| Dunning et al. | Atomic, molecular, and optical physics: charged particles | |
| EP0684624B1 (en) | Spin polarized electron semiconductor source and apparatus utilizing the same | |
| JPH04361144A (ja) | 表面磁性観察方法および装置 | |
| JP3364970B2 (ja) | 偏極電子線発生素子 | |
| JPH07320634A (ja) | 偏極電子線発生装置 | |
| JP4630596B2 (ja) | 半導体レーザ装置の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |