JPH03203143A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、電子を放出させるための半導体装置に関し
、特に、その放出電子のエネルギを所望の大きさにでき
る半導体装置に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］従来、
固体から電子を放出させるためには、加熱して熱電子を
放出させることが一般的である。

このような方法は、現在量も普及しているブラウン管に
採用されている。

しかしながら、この方法は原理的に大型のものにしか採
用することができないという欠点がある。

更に、この方法では放出電子の制御ができず、ブラウン
管等では放出電子に電場を印加して加速し、所望のエネ
ルギにしている。従って、小型の表示素子やマイクロデ
イバイスへの応用には不向きである。

この発明は、このような実状に鑑みてなされたものであ
って、微細な領域に電子放出デイバイスを形成すること
ができ、更にこの電子のエネルギを制御することができ
る半導体装置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］ この発明に係る半導体装置は、稀薄磁性半導体薄膜及び
半導体又は絶縁体薄膜が、稀薄磁性半導体薄膜が量子井
戸となり、半導体又は絶縁体薄膜が量子バリヤとなるよ
うに積層されて構成された多層膜と、この多層膜の膜面
に垂直に電圧を印加するための電極と、前記多層膜に磁
場を印加するための磁場印加手段とを具備することを特
徴とする。この場合に、前記多層膜を超格子構造にする
ことができる。

［作用］ 稀薄磁性半導体（半融性半導体ともいう）では巨大ゼー
マン分裂が生じることが知られている。

巨大ゼーマン分裂とは、稀薄磁性半導体のエネルギレベ
ルが磁場の存在により上向きスピンレベルと下向きスピ
ンレベルとに分裂することをいう。

この発明のように稀薄磁性半導体薄膜を量子井戸層とし
、半導体又は絶縁体薄膜を量子バリヤ層とした多層膜で
は、印加される磁場の大きさに比例して量子井戸準位、
すなわち共鳴トンネルエネルギを変化させることができ
る。従って、多層膜の膜面に垂直に印加される電圧と、
磁場とにより、放出される電子のエネルギを制御するこ
とができる。

［実施例コ 以下、添付図面を参照して、この発明の実施例について
詳細に説明する。第１図はこの発明の実施例に係る半導
体装置を示す断面図である。基板１は、例えばガラスの
ような経時変化の少ない絶縁体で形成されており、この
基板１上に、第１の電極２、量子井戸構造を有する多層
膜３、及び第２の電極４がこの順に形成されている。

多層膜３は、量子井戸層３ａと量子バリヤ層３ｂとが交
互に積層して構成されており、量子井戸層３ａは稀薄磁
性半導体で、量子バリヤ層３ｂは半導体又は絶縁体で夫
々形成されている。なお、多層膜３は第１図に示すよう
な超格子構造に限らず、量子井戸が一つの重量子井戸構
造、すなわち、量子井戸層３ａを量子バリヤ層３ｂで挟
んだだけの３層の膜からなる構造であってもよい。

量子井戸層３ａを構成する稀薄磁性半導体と；。

では、例えばＣｄ　＋　−ｘ　Ｍ　ｎ　ｘ　Ｔ　ｅがあ
り、量子バリヤ層３ｂを構成する半導体又は絶縁体とし
ては、例えばＺｎ５ＳＳｉＣがある。

この場合に、上述の稀薄磁性半導体の組成比Ｘ１又は井
戸層３ａの膜厚を適宜調節することにより、量子井戸層
のエネルギ準位を目的とする値にすることができる。

この多層膜３には、図示しない磁場印加装置により所望
の大きさの磁場が印加されるようになっている。

電極２．４には電源５が接続されており、電源５をオン
状態にすることにより電極２．４を介して多層膜３の膜
面に垂直に電圧を印加するようになっている。

次に、このように構成された半導体装置の動作について
説明する。第２図は、稀薄磁性半導体で構成される量子
井戸層のエネルギ準位を模式的に示したものである。磁
場がゼロの場合の量子井戸準位Ｅは、第２図（ａ）に示
すようになっている。

このエネルギ準位は、前述したように稀薄磁性半導体の
組成又は膜厚を調節することにより、所望の値にするこ
とができる。なお、ここでは簡単のため、準位は一つだ
け示している。このような状態で多層膜３に磁場を印加
すると、第２図（ｂ）に示すように、巨大ゼーマン分裂
が生じて、エネルギ準位は巨大ゼーマンエネルギ（ΔＥ
）だけ分裂し、磁場の大きさに比例してエネルギ準位が
変化する。従って、磁場印加装置により多層膜に磁場を
印加し、この印加磁場の値を変化させることによって、
磁場の印加により井戸層のエネルギ準位、すなわち共鳴
トンネルエネルギを変化させることができる。

所定の磁場が印加された状態で、電極２．４間に所定の
電圧を印加すると、陰極側（第１図では第２の電極４）
から電子が放出される。この場合に、前述したように、
磁場の値により共鳴トンネルエネルギを調節することが
できるので、放出される電子のエネルギを制御すること
ができる。すなわち、磁場及び電場により放出電子のエ
ネルギを制御できる電子放出デイバイスを得ることがで
きる。

［発明の効果］ この発明によれば、通常の半導体の微細加工技術により
製造でき、しかも稀薄磁性半導体の巨大ゼーマン分裂を
利用して放出電子のエネルギを制御できる電子放出体と
しての全く新規な半導体装置を得ることができる。また
、この発明に係る半導体装置は、微細領域の磁場を検出
することができ、各種の磁気メモリの読み出しにも有効
であり、さらに表示素子分野でも有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る半導体装置を示す断面
図、第２図は多層膜のエネルギバンド図である。 １；基板、２，４；電極、３；多層膜、３ａ；量子井戸
層（稀薄磁性半導体薄膜）、３ｂ；量子バリヤ層（半導
体又は絶縁体薄膜）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）稀薄磁性半導体薄膜及び半導体又は絶縁体薄膜が
   、稀薄磁性半導体薄膜が量子井戸となり、半導体又は絶
   縁体薄膜が量子バリヤとなるように積層されて構成され
   た多層膜と、この多層膜の膜面に垂直に電圧を印加する
   ための電極と、前記多層膜に磁場を印加するための磁場
   印加手段とを具備することを特徴とする半導体装置。
2. （２）前記多層膜は超格子構造を有していることを特徴
   とする請求項１に記載の半導体装置。