JPH06139920A - 偏極電子線源 - Google Patents
偏極電子線源Info
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- JPH06139920A JPH06139920A JP30826092A JP30826092A JPH06139920A JP H06139920 A JPH06139920 A JP H06139920A JP 30826092 A JP30826092 A JP 30826092A JP 30826092 A JP30826092 A JP 30826092A JP H06139920 A JPH06139920 A JP H06139920A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 励起される偏極電子線の密度を調整できるよ
うにする。 【構成】 レーザ光Ｌが入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第２半導体（ス
トレインドＧａＡｓ）４４を有する偏極電子線発生素子
１６の裏側に、ＤＢＲ面発光レーザと同様に構成された
ダブルヘテロ構造の光増幅器１４を配設し、その光増幅
器１４の注入電流を変更することにより、偏極電子線発
生素子１６に入射されるレーザ光Ｌの光強度を変調す
る。
うにする。 【構成】 レーザ光Ｌが入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第２半導体（ス
トレインドＧａＡｓ）４４を有する偏極電子線発生素子
１６の裏側に、ＤＢＲ面発光レーザと同様に構成された
ダブルヘテロ構造の光増幅器１４を配設し、その光増幅
器１４の注入電流を変更することにより、偏極電子線発
生素子１６に入射されるレーザ光Ｌの光強度を変調す
る。
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源の改良に関する
ものである。
いる偏極電子線を発生する偏極電子線源の改良に関する
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
線は、価電子帯にバンドスプリッティングを有する半導
体光電層を備えた偏極電子線発生素子を用い、その半導
体光電層に励起レーザを入射させることによって取り出
すことが可能であり、偏極電子線発生素子としては、例
えばＧａＡｓ1-x Ｐx （混晶比ｘ＞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ストレインド
ＧａＡｓ半導体がある。すなわち、ＧａＡｓ1-x Ｐx 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Ｇａ
Ａｓ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。偏極電子線発生素子と
しては、上記ストレインドＧａＡｓ半導体の他、本出願
人が先に出願した特願平４−１９６２４５号において提
案したストレインドＧａＡｓ1-yＰy （混晶比ｙ＞０）
半導体や他のストレインド化合物半導体、或いは価電子
帯に元々バンドスプリッティングを有するカルコパイラ
イト型半導体等が用いられ得る。
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
線は、価電子帯にバンドスプリッティングを有する半導
体光電層を備えた偏極電子線発生素子を用い、その半導
体光電層に励起レーザを入射させることによって取り出
すことが可能であり、偏極電子線発生素子としては、例
えばＧａＡｓ1-x Ｐx （混晶比ｘ＞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ストレインド
ＧａＡｓ半導体がある。すなわち、ＧａＡｓ1-x Ｐx 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Ｇａ
Ａｓ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。偏極電子線発生素子と
しては、上記ストレインドＧａＡｓ半導体の他、本出願
人が先に出願した特願平４−１９６２４５号において提
案したストレインドＧａＡｓ1-yＰy （混晶比ｙ＞０）
半導体や他のストレインド化合物半導体、或いは価電子
帯に元々バンドスプリッティングを有するカルコパイラ
イト型半導体等が用いられ得る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の偏極電子線発生素子においては、励起される偏極
電子線の密度を調整することができないため、例えば磁
性体表面の磁区観察等において、照射する偏極電子線の
強度と得られる像との関係など、照射偏極電子線の強度
をパラメータとして磁区観察等を行うことが難しかっ
た。
従来の偏極電子線発生素子においては、励起される偏極
電子線の密度を調整することができないため、例えば磁
性体表面の磁区観察等において、照射する偏極電子線の
強度と得られる像との関係など、照射偏極電子線の強度
をパラメータとして磁区観察等を行うことが難しかっ
た。
【０００４】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、励起される偏極電子
線の密度を容易に調整できるようにすることにある。
もので、その目的とするところは、励起される偏極電子
線の密度を容易に調整できるようにすることにある。
【０００５】
【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、本発明の偏極電子線源は、（ａ）価電子帯にバン
ドスプリッティングを有する半導体光電層を備え、その
半導体光電層に励起レーザが入射されることによりその
半導体光電層の表面から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と、（ｂ）その偏
極電子線発生素子の前記半導体光電層と反対側に設けら
れて、その半導体光電層に入射される前記励起レーザの
光強度を変調する半導体光変調素子とを有することを特
徴とする。
めに、本発明の偏極電子線源は、（ａ）価電子帯にバン
ドスプリッティングを有する半導体光電層を備え、その
半導体光電層に励起レーザが入射されることによりその
半導体光電層の表面から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と、（ｂ）その偏
極電子線発生素子の前記半導体光電層と反対側に設けら
れて、その半導体光電層に入射される前記励起レーザの
光強度を変調する半導体光変調素子とを有することを特
徴とする。
【０００６】
【作用および発明の効果】このような偏極電子線源にお
いては、半導体光電層を備えた偏極電子線発生素子の裏
側、すなわち半導体光電層と反対側に半導体光変調素子
が設けられ、その半導体光電層に入射される励起レーザ
の光強度を変調するようになっているため、その変調の
程度によって励起される偏極電子線の密度を調整するこ
とができる。これにより、例えば磁性体表面の磁区観察
等において、照射する偏極電子線の強度と得られる像と
の関係など、照射偏極電子線の強度をパラメータとした
磁区観察等を容易に行い得るようになる。
いては、半導体光電層を備えた偏極電子線発生素子の裏
側、すなわち半導体光電層と反対側に半導体光変調素子
が設けられ、その半導体光電層に入射される励起レーザ
の光強度を変調するようになっているため、その変調の
程度によって励起される偏極電子線の密度を調整するこ
とができる。これにより、例えば磁性体表面の磁区観察
等において、照射する偏極電子線の強度と得られる像と
の関係など、照射偏極電子線の強度をパラメータとした
磁区観察等を容易に行い得るようになる。
【０００７】
【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。
【０００８】図１は、偏極電子線発生装置の基本構成を
示す図で、レーザ光源１０，１／４波長板１２，半導体
光変調素子としての光増幅器１４，および偏極電子線発
生素子１６を備えており、光増幅器１４および偏極電子
線発生素子１６により偏極電子線源が構成されている。
これ等のレーザ光源１０，１／４波長板１２，光増幅器
１４，および偏極電子線発生素子１６は、図２に示され
ているようにハウジング８に位置固定に配設されてお
り、磁区観察装置等において磁性体試料に偏極電子線を
照射する真空チャンバ６に着脱可能に取り付けられるよ
うになっている。レーザ光源１０は、波長が例えば８５
０ｎｍ程度の直線偏光レーザ光Ｌを出射するもので、半
導体レーザ等にて構成されている。レーザ光Ｌは１／４
波長板１２によって円偏光に変換されたのち光増幅器１
４に入射させられ、その光増幅器１４によって光強度が
増幅されたレーザ光Ｌが励起レーザとして偏極電子線発
生素子１６の裏面に入射させられることにより、その偏
極電子線発生素子１６の表面１８から、スピン方向が偏
在している偏極電子線が発生させられる。
示す図で、レーザ光源１０，１／４波長板１２，半導体
光変調素子としての光増幅器１４，および偏極電子線発
生素子１６を備えており、光増幅器１４および偏極電子
線発生素子１６により偏極電子線源が構成されている。
これ等のレーザ光源１０，１／４波長板１２，光増幅器
１４，および偏極電子線発生素子１６は、図２に示され
ているようにハウジング８に位置固定に配設されてお
り、磁区観察装置等において磁性体試料に偏極電子線を
照射する真空チャンバ６に着脱可能に取り付けられるよ
うになっている。レーザ光源１０は、波長が例えば８５
０ｎｍ程度の直線偏光レーザ光Ｌを出射するもので、半
導体レーザ等にて構成されている。レーザ光Ｌは１／４
波長板１２によって円偏光に変換されたのち光増幅器１
４に入射させられ、その光増幅器１４によって光強度が
増幅されたレーザ光Ｌが励起レーザとして偏極電子線発
生素子１６の裏面に入射させられることにより、その偏
極電子線発生素子１６の表面１８から、スピン方向が偏
在している偏極電子線が発生させられる。
【０００９】上記光増幅器１４はダブルヘテロ構造のＤ
ＢＲ（分布反射型）面発光レーザと同様に構成されてお
り、ｐ−ＧａＡｓ半導体基板２０上にＭＯＣＶＤ（有機
金属化学気相成長）法等のエピタキシャル成長技術によ
り順次積層された半導体多層膜反射鏡２２，ｎ−ＧａＡ
ｓ半導体から成る電流ブロック層２４，ｐ−Ａｌ0.4Ｇ
ａ0.6 Ａｓ半導体から成るクラッド層２６，ｐ−Ａｌ
0.03Ｇａ0.97Ａｓ半導体から成る活性層２８，ｎ−Ａｌ
0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ半導体から成るクラッド層３０，半導
体多層膜反射鏡３２を備えている。半導体多層膜反射鏡
２２は、ｐ−Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓ半導体とｐ−Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ半導体とを交互に４０ペア積層したも
ので、半導体多層膜反射鏡３２は、ｎ−Ａｌ0.6 Ｇａ
0.4 Ａｓ半導体とｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ半導体とを
交互に１５ペア積層したものである。これ等の半導体の
膜厚は、その屈折率と前記レーザ光Ｌの波長に応じて定
められる。また、上記電流ブロック層２４，クラッド層
２６，活性層２８，クラッド層３０の膜厚は、それぞれ
２μｍ，２μｍ，０．１μｍ，２μｍである。そして、
上記基板２０の下面および半導体多層膜反射鏡３２の上
面には電極３４，３６が取り付けられ、それ等の電極間
に順方向電流を流すと、活性層２８における誘導放出に
よりレーザ光Ｌの光強度が増幅される。注入する電流の
大きさにより光強度の増幅率は異なり、前記偏極電子線
発生素子１６に入射されるレーザ光Ｌの光強度を変調す
ることができる。なお、ブロック層２４および基板２０
は、エッチングにより中央部が除去されている。また、
図１における光増幅器１４，偏極電子線発生素子１６
や、以下の実施例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。
ＢＲ（分布反射型）面発光レーザと同様に構成されてお
り、ｐ−ＧａＡｓ半導体基板２０上にＭＯＣＶＤ（有機
金属化学気相成長）法等のエピタキシャル成長技術によ
り順次積層された半導体多層膜反射鏡２２，ｎ−ＧａＡ
ｓ半導体から成る電流ブロック層２４，ｐ−Ａｌ0.4Ｇ
ａ0.6 Ａｓ半導体から成るクラッド層２６，ｐ−Ａｌ
0.03Ｇａ0.97Ａｓ半導体から成る活性層２８，ｎ−Ａｌ
0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ半導体から成るクラッド層３０，半導
体多層膜反射鏡３２を備えている。半導体多層膜反射鏡
２２は、ｐ−Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓ半導体とｐ−Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ半導体とを交互に４０ペア積層したも
ので、半導体多層膜反射鏡３２は、ｎ−Ａｌ0.6 Ｇａ
0.4 Ａｓ半導体とｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ半導体とを
交互に１５ペア積層したものである。これ等の半導体の
膜厚は、その屈折率と前記レーザ光Ｌの波長に応じて定
められる。また、上記電流ブロック層２４，クラッド層
２６，活性層２８，クラッド層３０の膜厚は、それぞれ
２μｍ，２μｍ，０．１μｍ，２μｍである。そして、
上記基板２０の下面および半導体多層膜反射鏡３２の上
面には電極３４，３６が取り付けられ、それ等の電極間
に順方向電流を流すと、活性層２８における誘導放出に
よりレーザ光Ｌの光強度が増幅される。注入する電流の
大きさにより光強度の増幅率は異なり、前記偏極電子線
発生素子１６に入射されるレーザ光Ｌの光強度を変調す
ることができる。なお、ブロック層２４および基板２０
は、エッチングにより中央部が除去されている。また、
図１における光増幅器１４，偏極電子線発生素子１６
や、以下の実施例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。
【００１０】偏極電子線発生素子１６は、半導体基板４
０上にＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル成長技術により
第１半導体４２および第２半導体４４を積層した後、基
板４０の中央部をエッチングにより除去したものであ
る。基板４０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
×１０18（ｃｍ-3）程度とされたｐ−ＧａＡｓであり、
表面は（１００）面である。第１半導体４２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−ＧａＡｓ0.83Ｐ0.17であり、第２半導体４
４は０．０８５μｍ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である。ｐ−Ｇ
ａＡｓのバンドギャップはｐ−ＧａＡｓ0.83Ｐ0.17より
小さく、また、両者の格子定数の相違によりｐ−ＧａＡ
ｓすなわち第２半導体４４は格子歪を有する状態で第１
半導体４２上にヘテロ結合させられる。この格子歪によ
り、第２半導体４４の価電子帯にバンドスプリッティン
グが発生し、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、
この場合に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を有するレーザ光Ｌが第２半導体４
４に注入されると、一方のスピン方向に偏在した電子群
が専ら励起されて表面１８から放出される。この実施例
では、上記第２半導体４４が半導体光電層に相当し、レ
ーザ光Ｌの波長は第２半導体４４に応じて設定される。
０上にＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル成長技術により
第１半導体４２および第２半導体４４を積層した後、基
板４０の中央部をエッチングにより除去したものであ
る。基板４０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
×１０18（ｃｍ-3）程度とされたｐ−ＧａＡｓであり、
表面は（１００）面である。第１半導体４２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−ＧａＡｓ0.83Ｐ0.17であり、第２半導体４
４は０．０８５μｍ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である。ｐ−Ｇ
ａＡｓのバンドギャップはｐ−ＧａＡｓ0.83Ｐ0.17より
小さく、また、両者の格子定数の相違によりｐ−ＧａＡ
ｓすなわち第２半導体４４は格子歪を有する状態で第１
半導体４２上にヘテロ結合させられる。この格子歪によ
り、第２半導体４４の価電子帯にバンドスプリッティン
グが発生し、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、
この場合に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を有するレーザ光Ｌが第２半導体４
４に注入されると、一方のスピン方向に偏在した電子群
が専ら励起されて表面１８から放出される。この実施例
では、上記第２半導体４４が半導体光電層に相当し、レ
ーザ光Ｌの波長は第２半導体４４に応じて設定される。
【００１１】以上のように構成された偏極電子線発生装
置においては、１／４波長板１２によって円偏光に変換
されたレーザ光Ｌが光増幅器１４を経て偏極電子線発生
素子１６に入射させられるため、その光増幅器１４に通
電する注入電流の大きさを変えてレーザ光Ｌの光強度を
変調することにより、例えば図３に示されているよう
に、そのレーザ光Ｌによって励起される偏極電子線の密
度を調整することが可能となる。これにより、その偏極
電子線を用いた磁性体表面の磁区観察などにおいて、照
射する偏極電子線の強度と得られる像との関係など、照
射偏極電子線の強度をパラメータとした磁区観察等を容
易に行い得るようになる。また、例えば発生する偏極電
子線をパルス幅１０μｓｅｃ，デューティ比１／１０等
のパルスとして試料に照射することもできる。
置においては、１／４波長板１２によって円偏光に変換
されたレーザ光Ｌが光増幅器１４を経て偏極電子線発生
素子１６に入射させられるため、その光増幅器１４に通
電する注入電流の大きさを変えてレーザ光Ｌの光強度を
変調することにより、例えば図３に示されているよう
に、そのレーザ光Ｌによって励起される偏極電子線の密
度を調整することが可能となる。これにより、その偏極
電子線を用いた磁性体表面の磁区観察などにおいて、照
射する偏極電子線の強度と得られる像との関係など、照
射偏極電子線の強度をパラメータとした磁区観察等を容
易に行い得るようになる。また、例えば発生する偏極電
子線をパルス幅１０μｓｅｃ，デューティ比１／１０等
のパルスとして試料に照射することもできる。
【００１２】次に、本発明の他の実施例を説明する。図
４は、前記光増幅器１４の反射鏡３２上に第１半導体４
２および第２半導体４４を連続して積層した後、それ等
の周縁部をエッチングで除去して電極３６を取り付けた
もので、前記光増幅器１４と偏極電子線発生素子１６と
を単一の半導体素子として構成したものである。このよ
うな偏極電子線源４８においては、前記実施例と同様の
効果が得られるのに加えて、単一の半導体素子にて構成
されているため取扱いが容易となる。この実施例では、
電極３４が取り付けられた基板２０から電極３６が取り
付けられた半導体多層膜反射鏡３２までが半導体光変調
素子として機能し、第１半導体４２および第２半導体４
４が偏極電子線発生素子として機能している。
４は、前記光増幅器１４の反射鏡３２上に第１半導体４
２および第２半導体４４を連続して積層した後、それ等
の周縁部をエッチングで除去して電極３６を取り付けた
もので、前記光増幅器１４と偏極電子線発生素子１６と
を単一の半導体素子として構成したものである。このよ
うな偏極電子線源４８においては、前記実施例と同様の
効果が得られるのに加えて、単一の半導体素子にて構成
されているため取扱いが容易となる。この実施例では、
電極３４が取り付けられた基板２０から電極３６が取り
付けられた半導体多層膜反射鏡３２までが半導体光変調
素子として機能し、第１半導体４２および第２半導体４
４が偏極電子線発生素子として機能している。
【００１３】また、図５は、前記光増幅器１４の代わり
にＭＱＷ（多重量子井戸）を備えた光変調器５０を半導
体光変調素子として用いたものである。この光変調器５
０は、ｎ−ＧａＡｓ半導体基板５２上にＭＯＣＶＤ法等
のエピタキシャル成長技術によりｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7
Ａｓ半導体から成るクラッド層５４，ＭＱＷ５６，ｐ−
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ半導体から成るクラッド層５８を
順次積層し、基板５２の中央部をエッチングで除去した
後、その基板５２の下面およびクラッド層５８の上面に
電極６０，６２をそれぞれ取り付けたものである。上記
ＭＱＷ５６は、厚さ１０ｎｍのＧａＡｓ半導体と厚さ５
０ｎｍのＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ半導体とを交互に積層し
たもので、井戸数は１０である。また、クラッド層５４
および５８の膜厚は何れも２μｍである。かかる光変調
器５０においては、上記一対の電極６０，６２間に順方
向電流を流すと、ＭＱＷ５６における誘導放出によりレ
ーザ光Ｌの光強度が変調されるとともに、その光強度は
注入電流の大きさによって異なるため、これにより、前
記実施例と同様に偏極電子線発生素子１６から発生する
偏極電子線の密度を調整できる。
にＭＱＷ（多重量子井戸）を備えた光変調器５０を半導
体光変調素子として用いたものである。この光変調器５
０は、ｎ−ＧａＡｓ半導体基板５２上にＭＯＣＶＤ法等
のエピタキシャル成長技術によりｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7
Ａｓ半導体から成るクラッド層５４，ＭＱＷ５６，ｐ−
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ半導体から成るクラッド層５８を
順次積層し、基板５２の中央部をエッチングで除去した
後、その基板５２の下面およびクラッド層５８の上面に
電極６０，６２をそれぞれ取り付けたものである。上記
ＭＱＷ５６は、厚さ１０ｎｍのＧａＡｓ半導体と厚さ５
０ｎｍのＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ半導体とを交互に積層し
たもので、井戸数は１０である。また、クラッド層５４
および５８の膜厚は何れも２μｍである。かかる光変調
器５０においては、上記一対の電極６０，６２間に順方
向電流を流すと、ＭＱＷ５６における誘導放出によりレ
ーザ光Ｌの光強度が変調されるとともに、その光強度は
注入電流の大きさによって異なるため、これにより、前
記実施例と同様に偏極電子線発生素子１６から発生する
偏極電子線の密度を調整できる。
【００１４】なお、この実施例でも、前記図４と同様に
光変調器５０上に第１半導体４２，第２半導体４４を一
体に積層することにより、光変調器５０および偏極電子
線発生素子１６を単一の半導体素子として構成すること
ができる。また、クラッド層５４の下面およびクラッド
層５８の上面に、半導体多層膜反射鏡，誘電体多層膜反
射鏡等の反射鏡を設け、それ等の間でレーザ光Ｌを共振
させるようにしても良いし、レーザ光Ｌが通過する中央
部のみを電流が流れるように電流ブロック層を設けるこ
とも可能である。
光変調器５０上に第１半導体４２，第２半導体４４を一
体に積層することにより、光変調器５０および偏極電子
線発生素子１６を単一の半導体素子として構成すること
ができる。また、クラッド層５４の下面およびクラッド
層５８の上面に、半導体多層膜反射鏡，誘電体多層膜反
射鏡等の反射鏡を設け、それ等の間でレーザ光Ｌを共振
させるようにしても良いし、レーザ光Ｌが通過する中央
部のみを電流が流れるように電流ブロック層を設けるこ
とも可能である。
【００１５】図６の偏極電子線源６６は、前記図４の偏
極電子線源４８における半導体多層膜反射鏡３２を省略
し、クラッド層３０上に電極３６を取り付けたものであ
る。この場合には、活性層２８で強度変調されたレーザ
光Ｌはそのまま第２半導体４４に入射するが、そのレー
ザ光Ｌは表面１８で３０％程度の反射率で反射されるた
め、その表面１８と反射鏡２２との間でレーザ光Ｌが多
重反射され、活性層２８によるレーザ光Ｌの強度変調が
増大させられるとともに、第２半導体４４におけるレー
ザ光Ｌの吸収量が増加して量子効率（ＱＥ）が向上し、
励起される偏極電子線量が一層増大する。この量子効率
の向上効果は、図７に示されているように表面１８と反
射鏡２２との間の距離ｄによって異なり、レーザ光Ｌの
共振条件を満足する距離ｄn ，ｄn+1 ，ｄn+2 ，・・・
において高い量子効率が得られるため、その距離ｄn ，
ｄn+1 ，ｄn+2 ，・・・或いはその近傍の寸法となるよ
うに、レーザ光Ｌの波長や半導体の屈折率，反射鏡２２
に対するレーザ光Ｌのしみ込み深さ等に基づいて距離
ｄ、すなわち各半導体層の膜厚を設定することが望まし
い。この実施例では、電極３４が取り付けられた基板２
０から電極３６が取り付けられたクラッド層３０までが
半導体光変調素子として機能し、第１半導体４２および
第２半導体４４が偏極電子線発生素子として機能してい
る。
極電子線源４８における半導体多層膜反射鏡３２を省略
し、クラッド層３０上に電極３６を取り付けたものであ
る。この場合には、活性層２８で強度変調されたレーザ
光Ｌはそのまま第２半導体４４に入射するが、そのレー
ザ光Ｌは表面１８で３０％程度の反射率で反射されるた
め、その表面１８と反射鏡２２との間でレーザ光Ｌが多
重反射され、活性層２８によるレーザ光Ｌの強度変調が
増大させられるとともに、第２半導体４４におけるレー
ザ光Ｌの吸収量が増加して量子効率（ＱＥ）が向上し、
励起される偏極電子線量が一層増大する。この量子効率
の向上効果は、図７に示されているように表面１８と反
射鏡２２との間の距離ｄによって異なり、レーザ光Ｌの
共振条件を満足する距離ｄn ，ｄn+1 ，ｄn+2 ，・・・
において高い量子効率が得られるため、その距離ｄn ，
ｄn+1 ，ｄn+2 ，・・・或いはその近傍の寸法となるよ
うに、レーザ光Ｌの波長や半導体の屈折率，反射鏡２２
に対するレーザ光Ｌのしみ込み深さ等に基づいて距離
ｄ、すなわち各半導体層の膜厚を設定することが望まし
い。この実施例では、電極３４が取り付けられた基板２
０から電極３６が取り付けられたクラッド層３０までが
半導体光変調素子として機能し、第１半導体４２および
第２半導体４４が偏極電子線発生素子として機能してい
る。
【００１６】図８の実施例は、前記図１の光増幅器１４
の代わりに、その光増幅器１４から半導体多層膜反射鏡
３２を省略した光増幅器７０を用いた場合であり、活性
層２８で強度変調されたレーザ光Ｌはそのまま偏極電子
線発生素子１６の第２半導体４４に入射させられる。こ
の場合に、光増幅器７０の反射鏡２２を省略することも
可能であるが、光増幅器７０の表面７２および第１半導
体４２の裏面７４に無反射コーティングを施すことによ
り、上記図６の実施例と同様に、偏極電子線発生素子１
６の表面１８と光増幅器７０の反射鏡２２との間でレー
ザ光Ｌを共振させ、レーザ光Ｌの強度変調を増大させな
がら量子効率を向上させることができる。なお、前記図
５の実施例においても、光変調器５０のクラッド層５４
の裏面に反射鏡を設けて、図８の実施例や図６の実施例
と同様に構成することが可能である。
の代わりに、その光増幅器１４から半導体多層膜反射鏡
３２を省略した光増幅器７０を用いた場合であり、活性
層２８で強度変調されたレーザ光Ｌはそのまま偏極電子
線発生素子１６の第２半導体４４に入射させられる。こ
の場合に、光増幅器７０の反射鏡２２を省略することも
可能であるが、光増幅器７０の表面７２および第１半導
体４２の裏面７４に無反射コーティングを施すことによ
り、上記図６の実施例と同様に、偏極電子線発生素子１
６の表面１８と光増幅器７０の反射鏡２２との間でレー
ザ光Ｌを共振させ、レーザ光Ｌの強度変調を増大させな
がら量子効率を向上させることができる。なお、前記図
５の実施例においても、光変調器５０のクラッド層５４
の裏面に反射鏡を設けて、図８の実施例や図６の実施例
と同様に構成することが可能である。
【００１７】以上、本発明の幾つかの実施例を図面に基
づいて詳細に説明したが、本発明は更に別の態様で実施
することもできる。
づいて詳細に説明したが、本発明は更に別の態様で実施
することもできる。
【００１８】例えば、前記実施例では半導体光電層とし
ての第２半導体４４がストレインドＧａＡｓ半導体にて
構成されていたが、他のストレインド化合物半導体、或
いは価電子帯に元々バンドスプリッティングを有するカ
ルコパイライト型半導体等が用いられても良い。最大偏
極率が得られる励起レーザの波長は、半導体光電層の種
類によって異なる。
ての第２半導体４４がストレインドＧａＡｓ半導体にて
構成されていたが、他のストレインド化合物半導体、或
いは価電子帯に元々バンドスプリッティングを有するカ
ルコパイライト型半導体等が用いられても良い。最大偏
極率が得られる励起レーザの波長は、半導体光電層の種
類によって異なる。
【００１９】また、前記実施例の偏極電子線発生素子１
６はＧａＡｓ基板４０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。Ａ
ｌＧａＡｓ等の透明基板を用いた場合には、レーザ光Ｌ
を通過させるためにエッチング等により中央部を除去す
る必要がない。このことは、光増幅器１４，７０や光変
調器５０、偏極電子線源４８，６６についても同様であ
る。
６はＧａＡｓ基板４０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。Ａ
ｌＧａＡｓ等の透明基板を用いた場合には、レーザ光Ｌ
を通過させるためにエッチング等により中央部を除去す
る必要がない。このことは、光増幅器１４，７０や光変
調器５０、偏極電子線源４８，６６についても同様であ
る。
【００２０】また、前記実施例における偏極電子線発生
素子１６等の第１半導体４２の厚さは２μｍ程度、第２
半導体４４の厚さは０．０８５μｍ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。
素子１６等の第１半導体４２の厚さは２μｍ程度、第２
半導体４４の厚さは０．０８５μｍ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。
【００２１】また、前記実施例の光増幅器１４，７０や
光変調器５０はあくまでも一例であり、その組成や各半
導体の膜厚などを適宜変更できることは勿論、シングル
ヘテロ構造等の他の半導体光変調素子を採用することも
可能である。
光変調器５０はあくまでも一例であり、その組成や各半
導体の膜厚などを適宜変更できることは勿論、シングル
ヘテロ構造等の他の半導体光変調素子を採用することも
可能である。
【００２２】また、前記実施例では光増幅器１４等の半
導体光変調素子の裏側からレーザ光Ｌが入射されるよう
になっていたが、反射鏡２２を有する実施例においては
表面１８側からレーザ光Ｌを入射させるとともに、必要
に応じて無反射コーテング等を施すことにより反射鏡２
２と表面１８との間でレーザ光Ｌを多重反射させるよう
にすることが可能である。反射鏡２２を備えていない図
５の実施例においても、クラッド層５４の裏面に反射鏡
を設けることにより、上記と同様に構成することができ
る。
導体光変調素子の裏側からレーザ光Ｌが入射されるよう
になっていたが、反射鏡２２を有する実施例においては
表面１８側からレーザ光Ｌを入射させるとともに、必要
に応じて無反射コーテング等を施すことにより反射鏡２
２と表面１８との間でレーザ光Ｌを多重反射させるよう
にすることが可能である。反射鏡２２を備えていない図
５の実施例においても、クラッド層５４の裏面に反射鏡
を設けることにより、上記と同様に構成することができ
る。
【００２３】また、前記実施例における反射鏡２２，３
２は半導体多層膜にて構成されていたが、誘電体多層膜
反射鏡や金属薄膜反射鏡、誘電体薄膜と金属膜とを組み
合わせた反射鏡など、素子構造に応じて種々の反射鏡を
採用できる。
２は半導体多層膜にて構成されていたが、誘電体多層膜
反射鏡や金属薄膜反射鏡、誘電体薄膜と金属膜とを組み
合わせた反射鏡など、素子構造に応じて種々の反射鏡を
採用できる。
【００２４】また、前記実施例では偏極電子線源がレー
ザ光源１０および１／４波長板１２と共にハウジング８
に配設され、真空チャンバ６に着脱可能に取り付けられ
るようになっていたが、レーザ光源１０および１／４波
長板１２を備えた偏極電子線発生装置の真空チャンバに
偏極電子線源が別体に取り付けられるものなど、偏極電
子線発生装置の全体構成は適宜変更され得る。
ザ光源１０および１／４波長板１２と共にハウジング８
に配設され、真空チャンバ６に着脱可能に取り付けられ
るようになっていたが、レーザ光源１０および１／４波
長板１２を備えた偏極電子線発生装置の真空チャンバに
偏極電子線源が別体に取り付けられるものなど、偏極電
子線発生装置の全体構成は適宜変更され得る。
【００２５】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源を備えた
偏極電子線発生装置の基本構造を示す図である。
偏極電子線発生装置の基本構造を示す図である。
【図２】図１の偏極電子線発生装置のハウジング形状の
一例を示す図である。
一例を示す図である。
【図３】励起レーザの強度と偏極電子線電流との関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図４】本発明の他の実施例を示す図である。
【図５】本発明の更に別の実施例を示す図で、図１に対
応する図である。
応する図である。
【図６】本発明の更に別の実施例を示す図である。
【図７】図６の実施例において表面と反射鏡との間の距
離と量子効率との関係を示すグラフである。
離と量子効率との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の更に別の実施例を示す図である。
１４，７０：光増幅器（半導体光変調素子） １６：偏極電子線発生素子 １８：表面 ４４：第２半導体（半導体光電層） ４８，６６：偏極電子線源 ５０：光変調器（半導体光変調素子） Ｌ：レーザ光（励起レーザ）
Claims (1)
- 【請求項１】 価電子帯にバンドスプリッティングを有
する半導体光電層を備え、該半導体光電層に励起レーザ
が入射されることにより該半導体光電層の表面からスピ
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
発生素子と、 該偏極電子線発生素子の前記半導体光電層と反対側に設
けられて、該半導体光電層に入射される前記励起レーザ
の光強度を変調する半導体光変調素子とを有することを
特徴とする偏極電子線源。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30826092A JPH06139920A (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | 偏極電子線源 |
| US08/124,624 US5747862A (en) | 1992-09-25 | 1993-09-22 | Spin-polarized electron emitter having semiconductor opto-electronic layer with split valence band and reflecting mirror |
| EP93115446A EP0589475B1 (en) | 1992-09-25 | 1993-09-24 | Spin-polarized electron emitter having semiconductor opto-electronic layer with split valence band |
| CA002106943A CA2106943C (en) | 1992-09-25 | 1993-09-24 | Spin-polarized electron emitter having semiconductor opto-electronic layer with split valence band |
| DE69308976T DE69308976T2 (de) | 1992-09-25 | 1993-09-24 | Spinpolarisierte Elektronenquelle mit optoelektronischer Halbleiterschicht mit geteiltem Valenzband |
| US09/208,861 US6040587A (en) | 1992-09-25 | 1998-12-10 | Spin-polarized electron emitter having semiconductor opto-electronic layer with split valence band |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30826092A JPH06139920A (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | 偏極電子線源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06139920A true JPH06139920A (ja) | 1994-05-20 |
Family
ID=17978872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30826092A Pending JPH06139920A (ja) | 1992-09-25 | 1992-10-22 | 偏極電子線源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06139920A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011181416A (ja) * | 2010-03-02 | 2011-09-15 | Tohoku Univ | 光スイッチング電子源及びそれを用いた電子線描画装置 |
-
1992
- 1992-10-22 JP JP30826092A patent/JPH06139920A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011181416A (ja) * | 2010-03-02 | 2011-09-15 | Tohoku Univ | 光スイッチング電子源及びそれを用いた電子線描画装置 |
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