JPH07111862B2 - 固体電子ビ−ム発生装置 - Google Patents
固体電子ビ−ム発生装置Info
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- JPH07111862B2 JPH07111862B2 JP18939286A JP18939286A JPH07111862B2 JP H07111862 B2 JPH07111862 B2 JP H07111862B2 JP 18939286 A JP18939286 A JP 18939286A JP 18939286 A JP18939286 A JP 18939286A JP H07111862 B2 JPH07111862 B2 JP H07111862B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、固体電子ビーム発生装置に関するものであ
る。
る。
［従来の技術］ 従来から知られている固体電子ビーム発生装置のひとつ
として、例えば米国特許4,259,678号に開示された装置
がある。この米国特許に開示された装置は、Si半導体基
板上にpn接合を形成し、当該pn接合に逆電圧を印加し、
アバランシェ効果により熱平衡状態よりも高いエネルギ
ーをもった電子（以後、ホットエレクトロンを呼ぶ）を
生成し、ホットエレクトロンの有する運動エネルギーを
利用して真空中に電子ビームを取り出すものである。
として、例えば米国特許4,259,678号に開示された装置
がある。この米国特許に開示された装置は、Si半導体基
板上にpn接合を形成し、当該pn接合に逆電圧を印加し、
アバランシェ効果により熱平衡状態よりも高いエネルギ
ーをもった電子（以後、ホットエレクトロンを呼ぶ）を
生成し、ホットエレクトロンの有する運動エネルギーを
利用して真空中に電子ビームを取り出すものである。
しかしながら、かかる装置にあっては、アバランシェ効
果により生じるホットエレクトロンのうち、真空準位よ
りも高いエネルギーをもつ割合が少ないため、取り出さ
れる電流量が小さいという問題点があった。
果により生じるホットエレクトロンのうち、真空準位よ
りも高いエネルギーをもつ割合が少ないため、取り出さ
れる電流量が小さいという問題点があった。
従来から知られている第２の固体電子ビーム発生装置
は、特公昭54−30274号公報に開示されているように、G
aP半導体基板上にAlxGa(1-x)P（０≦ｘ≦１）からなるp
n接合領域を設け、そのpn接合領域に順方向電圧を印加
し、ｎ領域からｐ領域に注入された電子を外部に取り出
すものである。
は、特公昭54−30274号公報に開示されているように、G
aP半導体基板上にAlxGa(1-x)P（０≦ｘ≦１）からなるp
n接合領域を設け、そのpn接合領域に順方向電圧を印加
し、ｎ領域からｐ領域に注入された電子を外部に取り出
すものである。
ところが、かかる装置にあっては先に述べた米国特許の
場合に比べてキャリア量を大きくすることができるとい
う利点を有する反面、ホットエレクトロンを形成する領
域がないため、真空中への電子の放出効率が低く、且つ
GaP基板には結晶欠陥が多く良好なpn接合領域が形成で
きないという欠点がみられる。
場合に比べてキャリア量を大きくすることができるとい
う利点を有する反面、ホットエレクトロンを形成する領
域がないため、真空中への電子の放出効率が低く、且つ
GaP基板には結晶欠陥が多く良好なpn接合領域が形成で
きないという欠点がみられる。
また、上述した２つの従来技術より先に知られている米
国特許3,119,947号には、Si半導体基板上にnpn領域を形
成し、両者のｎ型領域間に電圧を印加させて電子を放出
させる装置が提案されている。かかるnpn型の装置によ
れば、第１の従来技術として述べた装置（pn接合を利用
した装置）の放出効率が10-6程度であるのに対し、放出
効率を10-4程度まで向上させることが考えられる。
国特許3,119,947号には、Si半導体基板上にnpn領域を形
成し、両者のｎ型領域間に電圧を印加させて電子を放出
させる装置が提案されている。かかるnpn型の装置によ
れば、第１の従来技術として述べた装置（pn接合を利用
した装置）の放出効率が10-6程度であるのに対し、放出
効率を10-4程度まで向上させることが考えられる。
しかしながら、上記ｐ型領域と電子放出面側のｎ型領域
は100Åと薄く、かつ、均一に設ける必要があるため、
その作製が難しく現実的でないという問題点をもってい
た。
は100Åと薄く、かつ、均一に設ける必要があるため、
その作製が難しく現実的でないという問題点をもってい
た。
［発明が解決しようとする問題点］ よって本発明の目的は、上述の点に鑑み、簡易な構成に
より製作工程を容易にすると共に、電子放出効率を十分
に高めた固体電子ビーム発生装置を提供することにあ
る。
より製作工程を容易にすると共に、電子放出効率を十分
に高めた固体電子ビーム発生装置を提供することにあ
る。
［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明では、第１のバン
ドギャップを有するエミッタ領域と、前記第１のバンド
ギャップより狭い第２のバンドギャップを有するベース
領域と、電子放出面を有するコレクタ領域とによりヘテ
ロバイポーラ構成をなし、前記エミッタ領域から前記ベ
ース領域に対して電子を注入すると共に、前記ベース領
域および前記コレクタ領域間に逆バイアス電圧を印加し
て当該電子を前記電子放出面から放出するものである。
ドギャップを有するエミッタ領域と、前記第１のバンド
ギャップより狭い第２のバンドギャップを有するベース
領域と、電子放出面を有するコレクタ領域とによりヘテ
ロバイポーラ構成をなし、前記エミッタ領域から前記ベ
ース領域に対して電子を注入すると共に、前記ベース領
域および前記コレクタ領域間に逆バイアス電圧を印加し
て当該電子を前記電子放出面から放出するものである。
［作 用］ 広いバンドギャップを有するエミッタ領域から狭いバン
ドギャップを有するベース領域に電子を注入し、さらに
コレクタ領域に生じている電界で加速して十分大なる運
動エネルギーを電子に与え、その電子をコレクタ領域の
端面から放出させる。
ドギャップを有するベース領域に電子を注入し、さらに
コレクタ領域に生じている電界で加速して十分大なる運
動エネルギーを電子に与え、その電子をコレクタ領域の
端面から放出させる。
［実施例］ 以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
第１図は、ｎ型（もしくはn+型）GaAs基板を用いた本発
明の一実施例を示す断面構成図である。本図中、２はエ
ミッタとして作用するＮ型AlxGa(1-x）As層である。こ
こで、ｘは混晶の組成を表し、０＜ｘ≦１の値を有す
る。また、大文字の“N"は、バンドギャップが広いＮ型
領域であることを表す。４は、このＮ型AlxGa(1-x)As層
に酸素を注入して形成した不活性層である。
明の一実施例を示す断面構成図である。本図中、２はエ
ミッタとして作用するＮ型AlxGa(1-x）As層である。こ
こで、ｘは混晶の組成を表し、０＜ｘ≦１の値を有す
る。また、大文字の“N"は、バンドギャップが広いＮ型
領域であることを表す。４は、このＮ型AlxGa(1-x)As層
に酸素を注入して形成した不活性層である。
６は、ベースとして作用するｐ型GaAs層である。ここ
で、小文字の“p"は、バンドギャップが狭いｐ型領域で
あることを表す。なお、ｐ型GaAs層の代わりに、Alを加
えてｐ型AlzGa(1-z)As層（０≦ｚ＜ｘ）とすることによ
り、バンドギャップの大きさを制御することも可能であ
る。
で、小文字の“p"は、バンドギャップが狭いｐ型領域で
あることを表す。なお、ｐ型GaAs層の代わりに、Alを加
えてｐ型AlzGa(1-z)As層（０≦ｚ＜ｘ）とすることによ
り、バンドギャップの大きさを制御することも可能であ
る。
８は、コレクタとして作用するｎ型GaAsである。ここ
で、小文字の“n"は、先に述べた“p"と同じく、バンド
ギャップが狭いｎ型領域であることを表す。なお、ｎ型
GaAs層の替わりに、ｎ型AltGa(1-t)As層（０≦ｔ≦１）
を用いることも可能である。
で、小文字の“n"は、先に述べた“p"と同じく、バンド
ギャップが狭いｎ型領域であることを表す。なお、ｎ型
GaAs層の替わりに、ｎ型AltGa(1-t)As層（０≦ｔ≦１）
を用いることも可能である。
これまでの説明から明らかなとおり、本発明に係る固体
電子ビーム発生装置はヘテロバイポーラ型トランジスタ
と類似の層構成を有するものである。
電子ビーム発生装置はヘテロバイポーラ型トランジスタ
と類似の層構成を有するものである。
また、10はコレクタ層８の表面に付着（または拡散させ
た）酸化セシウム（Cs−Ｏ）層であり、電子放出面とし
て作用する。このCs−Ｏ層の替わりに、Cs等のアルカリ
金属と、Cu,Ag,Au,Sb,Bi,Se,As,P,Te,Si,Oの中の少なく
とも１つを含む材料を付着もしくは拡散させることも可
能である。
た）酸化セシウム（Cs−Ｏ）層であり、電子放出面とし
て作用する。このCs−Ｏ層の替わりに、Cs等のアルカリ
金属と、Cu,Ag,Au,Sb,Bi,Se,As,P,Te,Si,Oの中の少なく
とも１つを含む材料を付着もしくは拡散させることも可
能である。
12はSiO2絶縁層、14はエミッタ用電極、16はベース用電
極、18はコレクタ用電極、20は加速用電極、22はｎ型
（もしくはn+）GaAs基板である。ｎ型,N型半導体用電極
としてはAu−Ge,Au−Ge−Ni等を、ｐ型半導体用電極と
してはAu−Sn,Ag−Zn,Au−Be,Au−Zn等を使用すれば良
い。第１図においてｐ型GaAsの電極は直接ｐ型GaAs表面
に形成されているが、電極形成部の下にBeイオンをドー
プしp+型領域を形成した後に電極を形成しても、また
は、ｐ型GaAs表面にp+型GaAs層を成長させその上に電極
を形成しても良い。
極、18はコレクタ用電極、20は加速用電極、22はｎ型
（もしくはn+）GaAs基板である。ｎ型,N型半導体用電極
としてはAu−Ge,Au−Ge−Ni等を、ｐ型半導体用電極と
してはAu−Sn,Ag−Zn,Au−Be,Au−Zn等を使用すれば良
い。第１図においてｐ型GaAsの電極は直接ｐ型GaAs表面
に形成されているが、電極形成部の下にBeイオンをドー
プしp+型領域を形成した後に電極を形成しても、また
は、ｐ型GaAs表面にp+型GaAs層を成長させその上に電極
を形成しても良い。
次に、第２図および第３図を参照して本実施例の動作を
説明する。
説明する。
第２図は熱平衡時のエネルギーバンド図、第３図はバイ
アス電圧印加時のエネルギーバンド図である。
アス電圧印加時のエネルギーバンド図である。
上述した実施例のエミッタ層２は、先に述べたとおり、
ベース層６への電流注入効率を上げるために、広いバン
ドギャップ材であるAlxGa(1-x)As層を用いている。ここ
でAlの混晶比ｘについては、良質なヘテロ接合を可能に
すると共に、Ｌ−バンド,X−バンドの影響を考慮して、
Ｘ＝0.3に設定した場合を示しているが、この値に限定
されるものではない。
ベース層６への電流注入効率を上げるために、広いバン
ドギャップ材であるAlxGa(1-x)As層を用いている。ここ
でAlの混晶比ｘについては、良質なヘテロ接合を可能に
すると共に、Ｌ−バンド,X−バンドの影響を考慮して、
Ｘ＝0.3に設定した場合を示しているが、この値に限定
されるものではない。
また、エミッタ層２のドープ量は高ドープ（５×1017〜
１×1019cm-3）とし、多くのキャリアがベース領域に注
入されるようにしてある。ただし、電子ビーム発生領域
以外は酸素イオンインプラ等により不活性化してある。
このような程度のドープ量になると、縮退状態となり、
フェルミ準位が伝導帯の上に位置する。
１×1019cm-3）とし、多くのキャリアがベース領域に注
入されるようにしてある。ただし、電子ビーム発生領域
以外は酸素イオンインプラ等により不活性化してある。
このような程度のドープ量になると、縮退状態となり、
フェルミ準位が伝導帯の上に位置する。
なお、上記エミッタ層２の膜厚は、第２図では1500Åと
したが、ベース層６に注入するキャリア量が多くとれる
ものであれは如何なる膜厚でもよい。
したが、ベース層６に注入するキャリア量が多くとれる
ものであれは如何なる膜厚でもよい。
次にベース層について説明する。先に述べたとおり、ベ
ース層６への電流注入効率を向上するために、狭いバン
ドギャップ材であるｐ型GaAs層を用いている。このｐ型
GaAs層へのドープ量は抵抗抗化のために５×1018cm-3と
し、かつベース領域での散乱を少なくするためにベース
層６の膜厚を300Åにする。
ース層６への電流注入効率を向上するために、狭いバン
ドギャップ材であるｐ型GaAs層を用いている。このｐ型
GaAs層へのドープ量は抵抗抗化のために５×1018cm-3と
し、かつベース領域での散乱を少なくするためにベース
層６の膜厚を300Åにする。
また、エミッタ層２のバンドギャップとベース層６のバ
ンドギャップは異なるため、その境界面では第２図に示
す如く、スパイクが形成される。いま、エミッタ層とし
てAl0.3Ga0.7Asを用い、ベース層としてGaAsを用いる
と、そのスパイクの高さ△Ecは0.318eVとなる。
ンドギャップは異なるため、その境界面では第２図に示
す如く、スパイクが形成される。いま、エミッタ層とし
てAl0.3Ga0.7Asを用い、ベース層としてGaAsを用いる
と、そのスパイクの高さ△Ecは0.318eVとなる。
コレクタ層８の表面にはCs−Ｏが拡散されているため、
コレクタ層表面の仕事関数は、1.4eVと低くなってい
る。また、コレクタ層８のドープ量は、コレクタ用電極
18との接触をオーミックとし、且つ低抵抗にするため
に、高ドープ（１×1018cm-3）にする。本実施例ではコ
レクタ層８の膜厚を1000Åとしたが、何らこの値に限定
されるものではない。すなわち、コレクタ用電極18との
オーミック接触が良好に行なわれれば、コレクタ層８の
膜厚はさらに薄いものが望ましい。コレクタ層８は、MB
E（Moleculer Beam Epitaxy）装置もしくはMOCVD（Meta
lorganic Chemical Vapour Depostion）装置を用いて成
長させられるので、良質で均一な膜が形成される。
コレクタ層表面の仕事関数は、1.4eVと低くなってい
る。また、コレクタ層８のドープ量は、コレクタ用電極
18との接触をオーミックとし、且つ低抵抗にするため
に、高ドープ（１×1018cm-3）にする。本実施例ではコ
レクタ層８の膜厚を1000Åとしたが、何らこの値に限定
されるものではない。すなわち、コレクタ用電極18との
オーミック接触が良好に行なわれれば、コレクタ層８の
膜厚はさらに薄いものが望ましい。コレクタ層８は、MB
E（Moleculer Beam Epitaxy）装置もしくはMOCVD（Meta
lorganic Chemical Vapour Depostion）装置を用いて成
長させられるので、良質で均一な膜が形成される。
次に、第３図を参照して、本実施例にバイアス電圧を印
加した時の状態を説明する。この第３図は、第１図示の
素子が熱平衡状態にある時エミッタベース間に順方向バ
イアス電圧としてVEBを、ベースコレクタ間に逆方向バ
イアス電圧としてVBCを印加したときのエネルギーバン
ド図である。いま、エミッタベース間電圧VEBとして1.4
5Vを印加すると、エミッタ層２における擬似フェルミ準
位EFがベース層６の伝導帯に近づく。
加した時の状態を説明する。この第３図は、第１図示の
素子が熱平衡状態にある時エミッタベース間に順方向バ
イアス電圧としてVEBを、ベースコレクタ間に逆方向バ
イアス電圧としてVBCを印加したときのエネルギーバン
ド図である。いま、エミッタベース間電圧VEBとして1.4
5Vを印加すると、エミッタ層２における擬似フェルミ準
位EFがベース層６の伝導帯に近づく。
ベース層６に注入されたキャリアは第３図に示すスパイ
クにより（すなわち、熱的に越えるか、トンネル効果に
より）ホットエレクトロンになる。その後、上記ホット
エレクトロンはベースコレクタ間のバイアス電圧VBCに
よって生じる電界により、さらに加速されて運動エネル
ギーが十分に大となる。
クにより（すなわち、熱的に越えるか、トンネル効果に
より）ホットエレクトロンになる。その後、上記ホット
エレクトロンはベースコレクタ間のバイアス電圧VBCに
よって生じる電界により、さらに加速されて運動エネル
ギーが十分に大となる。
なお、ベース層６を通過する電子のもつエネルギーは真
空準位に比べて約0.7eV高い所に位置しているため、コ
レクタ層８で、散乱を受けてエネルギーを失うにも拘ら
ず、多くの割合の電子が真空中に放出される。しかも本
実施例では、Cs−Ｏを拡散させたコレクタ層表面の電子
放出部10以外の領域にSiO2絶縁層12および外部加速用電
極20を設けてあるため、外部電界を印加することによ
り、第３図中に破線で示す如く、真空準位は△φＢだけ
低下し、電子放出効率がより向上する。
空準位に比べて約0.7eV高い所に位置しているため、コ
レクタ層８で、散乱を受けてエネルギーを失うにも拘ら
ず、多くの割合の電子が真空中に放出される。しかも本
実施例では、Cs−Ｏを拡散させたコレクタ層表面の電子
放出部10以外の領域にSiO2絶縁層12および外部加速用電
極20を設けてあるため、外部電界を印加することによ
り、第３図中に破線で示す如く、真空準位は△φＢだけ
低下し、電子放出効率がより向上する。
第４図は、半絶縁性GaAs基板を用いた本発明の第２実施
例を示す断面構成図である。本実施例では、半絶縁性Ga
As基板26を用いているため、エミッタ用電極14をｎ型も
しくはn+型GaAs層24上に設けている。その他の構成は第
１図と全く同様であるので、同一の構成要素には同一の
番号を付してある。すなわち、ヘテロ接合をなしている
各化合物半導体の層構成も第１図に示した実施例と同じ
であるので、その動作原理も第２図および第３図に関し
て説明したものと同様である。
例を示す断面構成図である。本実施例では、半絶縁性Ga
As基板26を用いているため、エミッタ用電極14をｎ型も
しくはn+型GaAs層24上に設けている。その他の構成は第
１図と全く同様であるので、同一の構成要素には同一の
番号を付してある。すなわち、ヘテロ接合をなしている
各化合物半導体の層構成も第１図に示した実施例と同じ
であるので、その動作原理も第２図および第３図に関し
て説明したものと同様である。
第５図は本発明を適用した第３実施例を示す断面図、第
６図は本実施例が熱平衡状態にある時のエネルギーバン
ド図、第７図は本実施例にバイアス電圧を印加した時の
エネルギーバンド図である。
６図は本実施例が熱平衡状態にある時のエネルギーバン
ド図、第７図は本実施例にバイアス電圧を印加した時の
エネルギーバンド図である。
第５図に示した第３実施例が第１図に示した第１実施例
と異なる点は、ｐ型GaAs層６によって形成されるベース
領域に、非ドープAl0.3Ga0.7Asによるバリア層と、非ド
ープAlsGa(1-s)As（０≦ｓ＜0.3）によるウェル（wel
l）層と、非ドープAl0.3Ga0.7Asによるバリア層とから
なる共鳴トンネル部30を設け、共鳴トンネル準位を形成
したことにある。一般的には、バリア層は非ドープAlyG
a(1-y)Asであり、ウェル層は非ドープAlsGa(1-s)As（０
≦ｓ＜ｙ≦１）である。その他の構成は、第１図と同じ
である。従って、本実施例の基本的な動作は第１図〜第
３図に関して説明した第１実施例と同様であるので、一
般的な動作説明は省略する。
と異なる点は、ｐ型GaAs層６によって形成されるベース
領域に、非ドープAl0.3Ga0.7Asによるバリア層と、非ド
ープAlsGa(1-s)As（０≦ｓ＜0.3）によるウェル（wel
l）層と、非ドープAl0.3Ga0.7Asによるバリア層とから
なる共鳴トンネル部30を設け、共鳴トンネル準位を形成
したことにある。一般的には、バリア層は非ドープAlyG
a(1-y)Asであり、ウェル層は非ドープAlsGa(1-s)As（０
≦ｓ＜ｙ≦１）である。その他の構成は、第１図と同じ
である。従って、本実施例の基本的な動作は第１図〜第
３図に関して説明した第１実施例と同様であるので、一
般的な動作説明は省略する。
共鳴トンネル部30としてバリア層の膜厚を30Å、ウェル
層の膜厚を20Åとすると、第１共鳴準位は、ベース領域
における伝導帯の上0.11eVの所に形成される。そこで第
７図に示すように、エミッタベース間電圧VEBを順方向
に印加し、エミッタ領域の擬似フェルミ準位と上述の共
鳴トンネル準位とを一致させると、共鳴トンネル準位を
経由してホットエレクトロンがベース層６を通過する。
層の膜厚を20Åとすると、第１共鳴準位は、ベース領域
における伝導帯の上0.11eVの所に形成される。そこで第
７図に示すように、エミッタベース間電圧VEBを順方向
に印加し、エミッタ領域の擬似フェルミ準位と上述の共
鳴トンネル準位とを一致させると、共鳴トンネル準位を
経由してホットエレクトロンがベース層６を通過する。
また、エミッタ層２のドープ量を１×1018cm-3程度にす
ると、エミッタ層の擬似フェルミ準位EFと伝導帯のエネ
ルギーECとの差は △Ｅ＝EF−EC0.01［eV］ となり、共鳴トンネル準位のエネルギーの幅△Ｅと一致
する。さらに、ｐ型GaAs層（ベース層）６を高ドープ状
態（１×1019cm-3）としてあるため、バリア層およびウ
ェル層のエネルギーバンドが平らになり、対称型の２重
バリア構造が形成される。よって、共鳴トンネル部30を
透過する電子の割合は大きくなる。
ると、エミッタ層の擬似フェルミ準位EFと伝導帯のエネ
ルギーECとの差は △Ｅ＝EF−EC0.01［eV］ となり、共鳴トンネル準位のエネルギーの幅△Ｅと一致
する。さらに、ｐ型GaAs層（ベース層）６を高ドープ状
態（１×1019cm-3）としてあるため、バリア層およびウ
ェル層のエネルギーバンドが平らになり、対称型の２重
バリア構造が形成される。よって、共鳴トンネル部30を
透過する電子の割合は大きくなる。
本実施例では、共鳴トンネル準位のエネルギー幅△Ｅに
よりホットエレクトロンのエネルギー幅が制限されるた
め、低いエネルギーを持ったキャリアがベース層および
コレクタ層に流れ込まなくなる。よって、コレクタ領域
表面の準位に落ち込んでいくキャリア（すなわち、低い
エネルギーの電子）が少なくなり、デバイスの劣化が少
なくなるという利点も得られる。
よりホットエレクトロンのエネルギー幅が制限されるた
め、低いエネルギーを持ったキャリアがベース層および
コレクタ層に流れ込まなくなる。よって、コレクタ領域
表面の準位に落ち込んでいくキャリア（すなわち、低い
エネルギーの電子）が少なくなり、デバイスの劣化が少
なくなるという利点も得られる。
なお、第５図ないし第７図に関して述べた第３実施例で
は、エミッタ領域とベース領域とのヘテロ界面接合を急
峻にしてスパイクを形成させてあるが、共鳴トンネル準
位を形成する２重バリア構造部でもホットエレクトロン
が生じるので、必ずしもこのスパイクは必要でない。こ
の場合には、エミッタ領域とベース領域との界面の組成
を連続的に変化させた傾斜（graded）層を設ければ良
い。
は、エミッタ領域とベース領域とのヘテロ界面接合を急
峻にしてスパイクを形成させてあるが、共鳴トンネル準
位を形成する２重バリア構造部でもホットエレクトロン
が生じるので、必ずしもこのスパイクは必要でない。こ
の場合には、エミッタ領域とベース領域との界面の組成
を連続的に変化させた傾斜（graded）層を設ければ良
い。
第８図は、本発明を適用した第４実施例を示す断面構成
図である。本実施例では半絶縁性GaAs基板26を用いてい
る点が、第５図に示した第３実施例と異るところであ
る。従って、エミッタ用電極14をｎ型GaAs層24上に設け
てあるが、その他の構成は第５図と全く同様である。本
実施例の動作についても第３実施例と同じであるので説
明を省略する。
図である。本実施例では半絶縁性GaAs基板26を用いてい
る点が、第５図に示した第３実施例と異るところであ
る。従って、エミッタ用電極14をｎ型GaAs層24上に設け
てあるが、その他の構成は第５図と全く同様である。本
実施例の動作についても第３実施例と同じであるので説
明を省略する。
第９図は、本発明の第５実施例を示す断面構成図であ
る。本実施例は、これまで述べてきた実施例と異なり、
プレーナ型のデバイスである。本図中に示す40はエミッ
タ電極、52および63はn+型GaAs層（＋は高濃度のドーピ
ングを表す）、60および64はｎ型GaAs層、32は広いバン
ドギャップを有するＮ型AlxGa(1-x)As層（０＜ｘ≦
１）、35はｐ型GaAs層、53はBeをドープしたp+層、38は
仕事関数低下剤（Cs−Ｏ）をドープした表面層である。
また、39は、各領域間の分離を行うＢ注入層である。
る。本実施例は、これまで述べてきた実施例と異なり、
プレーナ型のデバイスである。本図中に示す40はエミッ
タ電極、52および63はn+型GaAs層（＋は高濃度のドーピ
ングを表す）、60および64はｎ型GaAs層、32は広いバン
ドギャップを有するＮ型AlxGa(1-x)As層（０＜ｘ≦
１）、35はｐ型GaAs層、53はBeをドープしたp+層、38は
仕事関数低下剤（Cs−Ｏ）をドープした表面層である。
また、39は、各領域間の分離を行うＢ注入層である。
このように、プレーナ型のデバイス構成とすることによ
り、複数のデバイスを同一平面上に配列する所謂マルチ
化に際しても、適切に対応することができる。
り、複数のデバイスを同一平面上に配列する所謂マルチ
化に際しても、適切に対応することができる。
なお、これまで述べてきた第１実施例ないし第５実施例
ではIII−Ｖ属化合物半導体のひとつであるGaAsを用い
て構成したが、かかる材料に限定されることなく、例え
ばInGaAsP/InP系やSiC/Si系材料を用いることも可能で
ある。これら材料を用いた場合の実施例を、次の第１表
にまとめて示す。
ではIII−Ｖ属化合物半導体のひとつであるGaAsを用い
て構成したが、かかる材料に限定されることなく、例え
ばInGaAsP/InP系やSiC/Si系材料を用いることも可能で
ある。これら材料を用いた場合の実施例を、次の第１表
にまとめて示す。
［発明の効果］ 以上詳述したとおり、本発明によれば、次に列挙する効
果を得ることができる。
果を得ることができる。
エミッタ・ベース間のバンドギャップが異なる構成
（Npn構成）としてあるので、バンドギャップが均一な
ものに比べて注入されるキャリア量が増大する。
（Npn構成）としてあるので、バンドギャップが均一な
ものに比べて注入されるキャリア量が増大する。
さらに、ベースに注入されたキャリアは電界により加速
されるので、運動エネルギーを増大させることができ
る。
されるので、運動エネルギーを増大させることができ
る。
その結果、電子放出効率が格段に向上する。
MBE装置やMOCVD装置などを用いて、エミッタ領域お
よびベース領域を数10Å程度のエピキタシャル膜とする
ことができるので、良質かつ均一な層構成を容易になす
ことができる。
よびベース領域を数10Å程度のエピキタシャル膜とする
ことができるので、良質かつ均一な層構成を容易になす
ことができる。
また、各層の膜厚を薄くできることから、駆動電圧を小
さくすることができる。
さくすることができる。
半導体材料を用いて電子ビーム発生装置（デバイ
ス）を製作することができるので、同一基板上に複数の
電子ビーム発生装置を配列したり、他の機能を有するデ
バイスと結合することが容易に行われる。その結果とし
て、半導体素子の集積度を上げることが可能となる。
ス）を製作することができるので、同一基板上に複数の
電子ビーム発生装置を配列したり、他の機能を有するデ
バイスと結合することが容易に行われる。その結果とし
て、半導体素子の集積度を上げることが可能となる。
また、本発明の実施例によれば、上記発明の効果に加え
て、次の効果を得ることができる。
て、次の効果を得ることができる。
エミッタ領域とベース領域とのヘテロ界面に起因して生
じるスパイク、あるいはベース領域内に設けた共鳴トン
ネル部により、電子をホット化して電子放出効率を更に
向上させることができる。
じるスパイク、あるいはベース領域内に設けた共鳴トン
ネル部により、電子をホット化して電子放出効率を更に
向上させることができる。
第１図は、本発明の第１実施例を示す断面構成図、 第２図は第１実施例が熱平衡状態にあるときのエネルギ
ーバンド図、 第３図は第１実施例にバイアス電圧を印加したときのエ
ネルギーバンド図、 第４図は本発明の第２実施例を示す断面構成図、 第５図は本発明の第３実施例を示す断面構成図、 第６図は第３実施例が熱平衡状態にあるときのエネルギ
ーバンド図、 第７図は第３実施例にバイアス電圧を印加したときのエ
ネルギーバンド図、 第８図は本発明の第４実施例を示す断面構成図、 第９図は本発明の第５実施例を示す断面構成図である。 ２……Ｎ型AlxGa(1-x)As層（エミッタ）、 ４……Ｎ型AlxGa(1-x)As酸素注入不活性層、 ６……ｐ型GaAs層（ベース）、 ８……ｎ型GaAs（コレクタ）、 10……Cs−Ｏ拡散層、 12……SiO2絶縁層、 14……エミッタ用電極、 16……ベース用電極、 18……コレクタ用電極、 20……外部加速用電極、 22……ｎ型GaAs基板。
ーバンド図、 第３図は第１実施例にバイアス電圧を印加したときのエ
ネルギーバンド図、 第４図は本発明の第２実施例を示す断面構成図、 第５図は本発明の第３実施例を示す断面構成図、 第６図は第３実施例が熱平衡状態にあるときのエネルギ
ーバンド図、 第７図は第３実施例にバイアス電圧を印加したときのエ
ネルギーバンド図、 第８図は本発明の第４実施例を示す断面構成図、 第９図は本発明の第５実施例を示す断面構成図である。 ２……Ｎ型AlxGa(1-x)As層（エミッタ）、 ４……Ｎ型AlxGa(1-x)As酸素注入不活性層、 ６……ｐ型GaAs層（ベース）、 ８……ｎ型GaAs（コレクタ）、 10……Cs−Ｏ拡散層、 12……SiO2絶縁層、 14……エミッタ用電極、 16……ベース用電極、 18……コレクタ用電極、 20……外部加速用電極、 22……ｎ型GaAs基板。
Claims (5)
- 【請求項１】第１のバンドギャップを有するエミッタ領
域と、 前記第１のバンドギャップより狭い第２のバンドギャッ
プを有するベース領域と、 電子放出面を有するコレクタ領域とによりヘテロバイポ
ーラ構成をなし、 前記エミッタ領域から前記ベース領域に対して電子を注
入すると共に、前記ベース領域および前記コレクタ領域
間に逆バイアス電圧を印加して当該電子を前記電子放出
面から放出するようにしたことを特徴とする固体電子ビ
ーム発生装置。 - 【請求項２】ｎ型もしくはn+型GaAs基板もしくは半絶縁
性GaAs基板上に第１のバンドギャップを有するＮ型AlxG
a(1-x)As層（ここで、０＜ｘ≦１）を形成して前記エミ
ッタ領域とし、 第２のバンドギャップを有するｐ型AlzGa(1-z)As層（こ
こで、０≦ｚ＜ｘ）を形成して前記ベース領域とし、 ｎ型AltGa(1-t)As層（ここで、０≦ｔ≦１）を前記コレ
クタ領域としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の固体電子ビーム発生装置。 - 【請求項３】前記コレクタ領域の電子放出面にアルカリ
金属成分を有する材料を拡散もしくは付着させたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体電子ビーム
発生装置。 - 【請求項４】前記ベース領域を構成するｐ型AlzGa(1-z)
As層（ここで、０≦ｚ＜ｘ）に、非ドープAlyGa(1-y）A
s層と非ドープAlsGa1-sAs層と非ドープAlyGa(1-y)As層
（ここで、０≦ｓ＜ｙ≦１）とから成る共鳴トンネル部
を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
固体電子ビーム発生装置。 - 【請求項５】前記Ｎ型AlxGa(1-x)AS層（ここで、０＜ｘ
≦１）の所定領域に酸素を注入して不活性領域を形成し
たことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の固体電
子ビーム発生装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18939286A JPH07111862B2 (ja) | 1986-08-12 | 1986-08-12 | 固体電子ビ−ム発生装置 |
| EP87111709A EP0257460B1 (en) | 1986-08-12 | 1987-08-12 | Solid-state electron beam generator |
| DE3751781T DE3751781T2 (de) | 1986-08-12 | 1987-08-12 | Festkörper-Elektronenstrahlerzeuger |
| US07/563,852 US5031015A (en) | 1986-08-12 | 1990-08-07 | Solid-state heterojunction electron beam generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18939286A JPH07111862B2 (ja) | 1986-08-12 | 1986-08-12 | 固体電子ビ−ム発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6345730A JPS6345730A (ja) | 1988-02-26 |
| JPH07111862B2 true JPH07111862B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=16240536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18939286A Expired - Lifetime JPH07111862B2 (ja) | 1986-08-12 | 1986-08-12 | 固体電子ビ−ム発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07111862B2 (ja) |
-
1986
- 1986-08-12 JP JP18939286A patent/JPH07111862B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6345730A (ja) | 1988-02-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |