JPH07111863B2 - 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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- JPH07111863B2 JPH07111863B2 JP18939486A JP18939486A JPH07111863B2 JP H07111863 B2 JPH07111863 B2 JP H07111863B2 JP 18939486 A JP18939486 A JP 18939486A JP 18939486 A JP18939486 A JP 18939486A JP H07111863 B2 JPH07111863 B2 JP H07111863B2
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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接合領域が形誓で
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接合領域が形誓で
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成る
ヘテロバイポーラ半導体を、Si基板上に設けたGaAsエピ
タキシャル膜の上に形成し、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成る
ヘテロバイポーラ半導体を、Si基板上に設けたGaAsエピ
タキシャル膜の上に形成し、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］ Si基板上にAlGaAs系膜を成長させることにより、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。Si基板は熱抵抗が小さいため、電流密度
の高い電子ビーム発生装置が実現できる。また、Siの集
積回路と電子ビーム発生装置との結合も容易になる。
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。Si基板は熱抵抗が小さいため、電流密度
の高い電子ビーム発生装置が実現できる。また、Siの集
積回路と電子ビーム発生装置との結合も容易になる。
［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、本発明の一実施例を示す断面構成図である。
本実施例では、Si基板１上にMOCVD（Metal−organic Ch
emical Vapour Depositon）法を用いて、AlP層２および
AlGaP層３を成長させ、続いてGaPとGaAsPの超格子層4,G
aAsPとGaAsの超格子層５を設け、その上にGaAs層６を成
長させる。更に、GaAs層６の上にn+型GaAs層7,N型AlxGa
(1-x)As層８（０＜ｘ≦１）を成長させる。このＮ型Alx
Ga(1-x)As層８の電子ビーム発生部以外は、不活性層を
形成するために、酸素をイオン注入装置で打ち込む。
emical Vapour Depositon）法を用いて、AlP層２および
AlGaP層３を成長させ、続いてGaPとGaAsPの超格子層4,G
aAsPとGaAsの超格子層５を設け、その上にGaAs層６を成
長させる。更に、GaAs層６の上にn+型GaAs層7,N型AlxGa
(1-x)As層８（０＜ｘ≦１）を成長させる。このＮ型Alx
Ga(1-x)As層８の電子ビーム発生部以外は、不活性層を
形成するために、酸素をイオン注入装置で打ち込む。
Ｎ型AlxGa(1-x)As層８の上には、ｐ型GaAs層10,n型GaAs
層11を設ける。また、このｎ型GaAs層11の表面には仕事
関数低下材（例えば酸化セシウム（Cs−Ｏ）12を拡散も
しくは付着する。
層11を設ける。また、このｎ型GaAs層11の表面には仕事
関数低下材（例えば酸化セシウム（Cs−Ｏ）12を拡散も
しくは付着する。
上述した構成を更に詳述にすると次のとおりである。
８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。９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。
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。９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。
10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)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)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。
11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、12はコレクタ層11の表面に付着又は拡散させた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,B
i,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。
−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,B
i,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。
13はエミッタ用電極、14はベース用電極、15はコレクタ
用電極である。
用電極である。
ｎ型,N型半導体用電極としては、Au−Ge,Au−Ge−Ni等
を、また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G
aAs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イオンをドープしてp+型領域を形成し
た後に電極を形成してよい。あるいは、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。
を、また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G
aAs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イオンをドープしてp+型領域を形成し
た後に電極を形成してよい。あるいは、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。
以上のように、本発明の第１実施例では、Si基板上にGa
As−AlxGa1-xAs系によるNpn形のエピタキシャル膜を成
長させてある。
As−AlxGa1-xAs系によるNpn形のエピタキシャル膜を成
長させてある。
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８は、先に述べたとおり、
ベース層10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10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８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
以外は酸素イオン注入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
以外は酸素イオン注入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８の膜厚は、第２図では1500Åと
したが、上記エミッタ層とn+型GaAs層７の領域に設ける
電極13との接触が良好なオーミック形となり、かつベー
ス層10に注入するキャリア量が多くとれるものであれば
如何なる膜厚でもよい。
したが、上記エミッタ層とn+型GaAs層７の領域に設ける
電極13との接触が良好なオーミック形となり、かつベー
ス層10に注入するキャリア量が多くとれるものであれば
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10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10の膜厚を300Åにする。
ース層10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10の膜厚を300Åにする。
また、エミッタ層８のバンドギャップとベース層10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11の表面には酸化セシウム（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11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11の膜厚はさらに薄いものが望ましい。コレク
タ層11は、MBE（Moleculer Beam Epitaxy）装置もしく
はMOCVD（Metal Organic Chemical Vapour Depositio
n）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。
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11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11の膜厚はさらに薄いものが望ましい。コレク
タ層11は、MBE（Moleculer Beam Epitaxy）装置もしく
はMOCVD（Metal Organic Chemical Vapour Depositio
n）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８における擬似フェルミ準
位EFがベース層10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８における擬似フェルミ準
位EFがベース層10の伝導帯に近づく。
ベース層10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10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11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。また、Cs
−Ｏを拡散させたコレクタ層表面の電子放出部以外の領
域にSiO2絶縁層および外部加速用電極（いずれも図示せ
ず）を設けて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ΔφＢ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11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。また、Cs
−Ｏを拡散させたコレクタ層表面の電子放出部以外の領
域にSiO2絶縁層および外部加速用電極（いずれも図示せ
ず）を設けて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ΔφＢだけ低下し、電子
放出効率がより向上する。
第４図は本発明を適用した第２実施例を示す断面図、第
５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６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。
５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６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４図に示した第２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10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10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
６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10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
６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10を通過する。
また、エミッタ層８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）10を高ドープ状態（１×10
19cm-3）としてあるため、バイ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）10を高ドープ状態（１×10
19cm-3）としてあるため、バイ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４図ないし第６図に関して述べた第２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。
なお、これまで述べてきた第１実施例および第２実施例
では超格子層を用いたバッファ層を利用するものについ
て説明したが、Si基板上に低温成長させた超薄膜バッフ
ァ層を利用するもの（GaAs/GaAsバッファ層（＜200Å）
/Si系）であっても良い。さらに、III−Ｖ属化合物半導
体のひとつであるGaAsを用いたが、かかる材料に限定さ
れることなく、例えばSiC/Si系材料などを用いることも
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。
では超格子層を用いたバッファ層を利用するものについ
て説明したが、Si基板上に低温成長させた超薄膜バッフ
ァ層を利用するもの（GaAs/GaAsバッファ層（＜200Å）
/Si系）であっても良い。さらに、III−Ｖ属化合物半導
体のひとつであるGaAsを用いたが、かかる材料に限定さ
れることなく、例えばSiC/Si系材料などを用いることも
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することができ
る。
されるので、運動エネルギーを増大させすることができ
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程度のエピタキ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。
領域を数10Å程度のエピタキ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。
基板として熱抵抗の小さいSiを用いることができる
ので、発熱の問題が少なくて済む。
ので、発熱の問題が少なくて済む。
Si基板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。
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図は第２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６図は第２実施例にバイアス電圧を印加したときのエ
ネルギーバンド図である。 １……Si基板、 ２……AlP層、 ３……AlGaP層、 ４……GaP/GaAsP超格子、 ５……GaAsP/GaAs超格子、 ６……GaAs層、 ７……n+型GaAs層、 ８……Ｎ型AlxGa(1-x)As層（エミッタ）、 ９……Ｎ型AlxGa(1-x)As酸素注入不活性層、 10……ｐ型GaAs層（ベース）、 11……ｎ型GaAs（コレクタ）、 12……Cs−Ｏ拡散層。
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図は第２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６図は第２実施例にバイアス電圧を印加したときのエ
ネルギーバンド図である。 １……Si基板、 ２……AlP層、 ３……AlGaP層、 ４……GaP/GaAsP超格子、 ５……GaAsP/GaAs超格子、 ６……GaAs層、 ７……n+型GaAs層、 ８……Ｎ型AlxGa(1-x)As層（エミッタ）、 ９……Ｎ型AlxGa(1-x)As酸素注入不活性層、 10……ｐ型GaAs層（ベース）、 11……ｎ型GaAs（コレクタ）、 12……Cs−Ｏ拡散層。
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成るヘテロバイポーラ半導体を、Si
基板上に設けたGaAsエピタキシャル膜の上に形成し、 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】Si基板上に第１のバンドギャップを有する
Ｎ型AlxGa(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)As
層と非ドープAlsGa(1-s)As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 |
|---|---|---|---|
| JP18939486A JPH07111863B2 (ja) | 1986-08-12 | 1986-08-12 | 固体電子ビ−ム発生装置 |
| DE3751781T DE3751781T2 (de) | 1986-08-12 | 1987-08-12 | Festkörper-Elektronenstrahlerzeuger |
| EP87111709A EP0257460B1 (en) | 1986-08-12 | 1987-08-12 | Solid-state electron beam generator |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP18939486A JPH07111863B2 (ja) | 1986-08-12 | 1986-08-12 | 固体電子ビ−ム発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6345732A JPS6345732A (ja) | 1988-02-26 |
| JPH07111863B2 true JPH07111863B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=16240566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18939486A Expired - Fee Related JPH07111863B2 (ja) | 1986-08-12 | 1986-08-12 | 固体電子ビ−ム発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07111863B2 (ja) |
-
1986
- 1986-08-12 JP JP18939486A patent/JPH07111863B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6345732A (ja) | 1988-02-26 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |