JPH07111864B2 - Solid-state electron beam generator - Google Patents

Solid-state electron beam generator

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JPH07111864B2
JPH07111864B2 JP18939686A JP18939686A JPH07111864B2 JP H07111864 B2 JPH07111864 B2 JP H07111864B2 JP 18939686 A JP18939686 A JP 18939686A JP 18939686 A JP18939686 A JP 18939686A JP H07111864 B2 JPH07111864 B2 JP H07111864B2
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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。
The present invention relates to a solid-state electron beam generator.

[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。
[Prior Art] One of the conventionally known solid-state electron beam generators is, for example, the device disclosed in US Pat. No. 4,259,678. The device disclosed in this US patent forms a pn junction on a Si semiconductor substrate and applies a reverse voltage to the pn junction.
The avalanche effect produces electrons with higher energy than the thermal equilibrium state (hereinafter referred to as hot electrons), and the kinetic energy of hot electrons is used to extract an electron beam into a vacuum.

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。
However, in such a device, there is a problem that the amount of current taken out is small because the proportion of hot electrons generated by the avalanche effect that has energy higher than the vacuum level is small.

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。
A second solid-state electron beam generator known in the prior art, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 54-30274, has
p consisting of Al x Ga (1-x) P (0 ≦ x ≦ 1) on aP semiconductor substrate
An n-junction region is provided, and a forward voltage is applied to the pn-junction region to take out the electrons injected from the n-region to the p-region.

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。
However, such a device has an advantage that the amount of carriers can be increased as compared with the case of the above-mentioned US patent, but on the other hand, since there is no region for forming hot electrons, electron emission into a vacuum is performed. Low efficiency, and
The GaP substrate has the defect that it has many crystal defects and cannot form a good pn junction region.

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。
Further, US Pat. No. 3,119,947, which is known prior to the above-mentioned two prior arts, discloses a device in which an npn region is formed on a Si semiconductor substrate and a voltage is applied between both n-type regions to emit electrons. Is proposed. According to such an npn type device, the emission efficiency of the device described as the first prior art (device utilizing pn junction) is about 10 -6 , whereas the emission efficiency is improved to about 10 -4 . It is possible.

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。
However, the p-type region and the n-type region on the electron emission surface side need to be as thin as 100Å and be evenly provided.
There was a problem that its fabrication was difficult and not realistic.

[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。
[Problems to be Solved by the Invention] Therefore, in view of the above points, an object of the present invention is to provide a solid-state electron beam generator which facilitates a manufacturing process with a simple structure and sufficiently enhances electron emission efficiency. To do.

[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す際に、所定材料の混晶比が厚さ
方向に徐々に変化している傾斜層を前記エミッタ領域と
前記ベース領域との間に挿入し、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。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve such an object, in the present invention, an emitter region having a first band gap and a base region having a second band gap narrower than the first band gap are provided. And a collector region having an electron emission surface, when forming a hetero-bipolar structure, an inclined layer in which a mixed crystal ratio of a predetermined material is gradually changed in a thickness direction is provided between the emitter region and the base region. Inserting and injecting electrons from the emitter region to the base region, a reverse bias voltage is applied between the base region and the collector region to emit the electrons from the electron emission surface.

[作 用] 広いバンドギャップを有するエミッタ領域から傾斜層を
介して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。
[Operation] Electrons are injected from an emitter region having a wide bandgap into a base region having a narrow bandgap through an inclined layer, and further accelerated by an electric field generated in the collector region to generate a sufficiently large kinetic energy into electrons. The electrons are given and emitted from the end face of the collector region.

[実施例] 以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。[Examples] Hereinafter, the present invention will be described in detail based on Examples.

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、1はn
型(もしくはn+型)GaAs基板、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Alの混合
比を表し、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。3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。
FIG. 1 is a sectional configuration diagram showing an embodiment of the present invention using an n-type (or n + -type) GaAs substrate. In the figure, 1 is n
A type (or n + type) GaAs substrate 2 is an N type Al x Ga (1-x) As layer which acts as an emitter. Here, x represents a mixing ratio of Al, and has a value of 0 <x ≦ 1. Moreover, capital “N” represents an N-type region having a wide band gap. Reference numeral 3 is an inactive layer formed by injecting oxygen into the N-type Al x Ga (1-x) As layer.

4は、エミッタ層2であるAlxGa(1-x)Asに含まれるAlの
混晶比xを徐々に少なくしていきGaAsまで連続的に変化
させた傾斜(graded)層である。
Reference numeral 4 is a graded layer in which the mixed crystal ratio x of Al contained in the emitter layer 2, Al x Ga (1-x) As, is gradually decreased to continuously change to GaAs.

5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。
Reference numeral 5 is a p-type GaAs layer which acts as a base. Here, the lower case "p" represents a p-type region having a narrow band gap. It is also possible to control the size of the band gap by adding Al instead of the p-type GaAs layer to form a p-type Al z Ga (1-z) As layer (0 ≦ z <x). is there.

6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。
6 is n-type GaAs which acts as a collector. Here, the lower case "n" represents an n-type region having a narrow bandgap, like "p" described above. Note that n-type
It is also possible to use an n-type Al t Ga (1-t) As layer (0 ≦ t ≦ 1) instead of GaAs.

7はコレクタ用電極とのオーミック接触を得るためのn+
型GaAs層である。
7 is n + for obtaining ohmic contact with the collector electrode
Type GaAs layer.

8はコレクタ層6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の中の少なくともひと
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。
Reference numeral 8 denotes a cesium oxide (Cs-O) layer adhered to or diffused on the surface of the collector layer 6, which acts as an electron emission surface. Instead of this Cs-O layer, an alkali metal such as Cs,
It is also possible to attach or diffuse a material containing at least one of Cu, Ag, Au, Sb, Bi, Se, As, P, Te, Si and O.

9はSiO2等により形成された保護層(絶縁層)、10はエ
ミッタ用電極、11はベース用電極、12はコレクタ用電
極、13はコレクタ層表面から放出された電子を加速する
ための外部加速用電極である。
Reference numeral 9 is a protective layer (insulating layer) formed of SiO 2 or the like, 10 is an emitter electrode, 11 is a base electrode, 12 is a collector electrode, and 13 is an outside for accelerating electrons emitted from the collector layer surface. It is an acceleration electrode.

本実施例はn型(もしくはn+)GaAs基板上にMBE(Molec
uler Beam Fpitaxy)装置もしくはMOCVD(Metalorganic
Chemical Vapour Deposition)装置等によりN型AlGaA
s層2を形成した後、イオン注入装置により酸素イオン
注入不活性部3を作製し、再び傾斜層4,p型GaAs層5,n型
GaAs層6,n+型GaAs層7のエピタキシャル成長を順次行
い、次いでエッチングによりベース電極11を付着させる
ための領域を形成する。その後、SiO2層(保護層)およ
び各電極10〜12の形成、ならびにCs−Oの拡散層8を形
成し、本実施例の作製を完了する。
In this embodiment, MBE (Molec) is formed on an n-type (or n + ) GaAs substrate.
uler Beam Fpitaxy) device or MOCVD (Metalorganic
Chemical Vapor Deposition) equipment, etc. for N-type AlGaA
After forming the s-layer 2, the oxygen ion-implanted inactive portion 3 is formed by the ion-implantation apparatus, and the inclined layer 4, the p-type GaAs layer 5, and the n-type
Epitaxial growth of the GaAs layer 6 and the n + -type GaAs layer 7 is sequentially performed, and then a region for attaching the base electrode 11 is formed by etching. After that, the SiO 2 layer (protective layer) and the electrodes 10 to 12 are formed, and the Cs—O diffusion layer 8 is formed, and the fabrication of this example is completed.

n型GaAs用電極10,12としては、Au−Ge,Au−Ge−Ni等
を、またp型のGaAs用電極11としては、Au−Sn,Ag−Zn,
Au−Be,Au−Zn等を用いるのが好適である。
Au-Ge, Au-Ge-Ni, etc. are used as the n-type GaAs electrodes 10 and 12, and Au-Sn, Ag-Zn, and so on are used as the p-type GaAs electrode 11.
It is preferable to use Au-Be, Au-Zn or the like.

次に、第2図に示すエネルギーバンド図を用いて、本実
施例の動作原理を説明する。
Next, the operating principle of this embodiment will be described with reference to the energy band diagram shown in FIG.

第2図において、実線は熱平衡時のエネルギーレベル
[eV]、点線はバイアス印加時のエネルギーレベル[e
V]を示す。エミッタ層には、ベースへの電流注入効率
を上げるために、広いバンドギャップ材である。AlxGa
(1-x)Asを用いる。本実施例において、Alの混晶比x
は、良質なヘテロ接合が得られるようにすると共に、L
−バンドおよびX−バンドの影響も考慮してX=0.3と
設定したが、この値に限定されるものではない。
In Fig. 2, the solid line is the energy level [eV] during thermal equilibrium, and the dotted line is the energy level [eV] during bias application.
V] is shown. The emitter layer is a wide bandgap material in order to increase the efficiency of current injection into the base. Al x Ga
(1-x) As is used. In this embodiment, the mixed crystal ratio of Al x
Makes it possible to obtain a good heterojunction and
Although X = 0.3 was set in consideration of the influences of −band and X-band, the value is not limited to this value.

さらに、エミッタ層2のドープ量は高ドープ(5×1017
〜1×1019cm-3)として、多くのキャリアがベース層5
に注入されるようにしてある。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。
Furthermore, the doping amount of the emitter layer 2 is high (5 × 10 17
~ 1 × 10 19 cm -3 ), many carriers are base layer 5
To be injected into. With such a doping amount, a degenerate state occurs, and the Fermi level is located above the conduction band.

エミッタ層の電極10はn型GaAs基板1の裏面に設けてあ
るので、高ドープとして、基板での電圧降下を極力低下
させるようにするのが好適である。
Since the electrode 10 of the emitter layer is provided on the back surface of the n-type GaAs substrate 1, it is preferable that it is highly doped so as to reduce the voltage drop in the substrate as much as possible.

エミッタ層2とベース層5の間には傾斜層4が挿入され
ているので、Alの混晶比xが徐々に減少し、ベース層5
との境界ではx=0となる。このような傾斜層4を挿入
することにより、エミッタ層2とベース層5とのヘテロ
界面には、第2図に示す如く、スパイク等が発生しな
い。このように、スパイクなどの障壁が生じないため、
ベース層5へ数多くのキャリアが注入され、注入効率が
向上する。
Since the graded layer 4 is inserted between the emitter layer 2 and the base layer 5, the Al mixed crystal ratio x gradually decreases, and the base layer 5
At the boundary between and, x = 0. By inserting such a graded layer 4, spikes or the like do not occur at the hetero interface between the emitter layer 2 and the base layer 5, as shown in FIG. In this way, there are no spikes or other barriers,
Many carriers are injected into the base layer 5, and the injection efficiency is improved.

ベース層5としては、狭いバンドギャップ材であるp型
GaAs層を用いる。このベース層5へのドープ量は低抵抗
化のため5×1018cm-3とし、且つ、ベース領域での散乱
を少なくするためにベース層の膜厚を300Åにする。
The base layer 5 is a p-type which is a narrow band gap material.
A GaAs layer is used. The doping amount of the base layer 5 is 5 × 10 18 cm −3 to reduce the resistance, and the thickness of the base layer is 300 Å to reduce the scattering in the base region.

p型GaAsベース層5の上にはn型GaAsコレクタ層6およ
びn+型GaAs層7を成長させる。このn+型GaAs層7の表面
にはCs−Oが拡散(もしくは付着)されているため、コ
レクタ層表面の仕事関数は、1.4eV程度と低くなってい
る。先に述べたとおり、この表面層としては、{Cs以外
のアルカリ金属+(Sb,Bi,Se,As,P,Te,Cu,Ag,Au)+
O)}等を含む材料も使用することができる。
An n-type GaAs collector layer 6 and an n + -type GaAs layer 7 are grown on the p-type GaAs base layer 5. Since Cs-O is diffused (or adhered) to the surface of the n + type GaAs layer 7, the work function of the collector layer surface is as low as about 1.4 eV. As mentioned above, this surface layer includes {alkali metals other than Cs + (Sb, Bi, Se, As, P, Te, Cu, Ag, Au) +
O)} etc. can also be used.

コレクタ層6へのドープ量はコレクタ電極との接触がオ
ーミックとなり、かつ低抵抗になるように高ドープ(1
×1018/cm-3)とする。また、n+型GaAs層7のドープ量
は1×1019/cm-3程度とする。
The collector layer 6 is highly doped (1) so that the contact with the collector electrode becomes ohmic and the resistance becomes low.
× 10 18 / cm -3 ). Further, the doping amount of the n + type GaAs layer 7 is about 1 × 10 19 / cm -3 .

n型GaAs層6とn+型GaAs層7の合計膜厚は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、
電極とのオーミック接触が良好であれば、この層の膜厚
はさらに薄いものが望ましい。これら各層は、MBE装置
もしくはMOCVD装置等を用いて成長ささせることによ
り、良質で且つ均一な膜が形成される。
Although the total film thickness of the n-type GaAs layer 6 and the n + -type GaAs layer 7 is 1000 Å, it is not limited to this value. That is,
If the ohmic contact with the electrode is good, it is desirable that the thickness of this layer be thinner. A high-quality and uniform film is formed on each of these layers by growing it using an MBE apparatus or a MOCVD apparatus.

次にバイアス印加時の説明を行う(第2図の点線参
照)。エミッタベース間には順方向バイアス電圧を印加
し、ベースコレクタ間には逆方向バイアス電圧し、外部
加速用電極にはコレクタに対して正のバイアスを印加す
ると、エミッタからベースへ注入されたキャリア(電
子)は、ベースコレクタ間の電界により加速され、Cs−
O等が拡散された表面から放出される。放出された電子
は加速用電極15により形成された外部電界よりさらに運
動エネルギーを得る。
Next, the bias application will be described (see the dotted line in FIG. 2). When a forward bias voltage is applied between the emitter and the base, a reverse bias voltage is applied between the base and the collector, and a positive bias is applied to the collector for the external acceleration electrode, carriers injected from the emitter to the base ( Electron) is accelerated by the electric field between the base and collector, and Cs−
O and the like are released from the diffused surface. The emitted electrons gain more kinetic energy from the external electric field formed by the acceleration electrode 15.

本実施例においては、エミッタ層とベース層の間に傾斜
層が設けられているため、両層の間にはスパイク等の障
壁が生じない。したがって、エミッタ層からベース層へ
のキャリア注入量は大きくなり、ベースコレクタ間の逆
バイアスにより加速されるキャリア数も増大し、電子の
放出効率は向上する。
In this embodiment, since the graded layer is provided between the emitter layer and the base layer, a barrier such as a spike does not occur between the two layers. Therefore, the amount of carriers injected from the emitter layer to the base layer increases, the number of carriers accelerated by the reverse bias between the base and collector also increases, and the electron emission efficiency improves.

第3図は、半絶縁性基板を用いて第2実施例を示す断面
構成図である。この第2実施例は、第1図に示して第1
実施例と同様の素子をイオン注入技術により作製したも
のである。
FIG. 3 is a sectional configuration diagram showing a second embodiment using a semi-insulating substrate. This second embodiment is shown in FIG.
An element similar to that of the example is manufactured by an ion implantation technique.

第3図において、21は半絶縁性GaAs基板、22はエミッタ
用電極10とのオーミック接触を得るためのn+GaAs層、2
はN型AlxGa(1-x)As(0<x≦1)エミッタ層、4は
エミッタ層2から離れるに従ってAlの混晶比を徐々に減
少させた傾斜層、5はp型GaAsベース層、6はn型GaAs
コレクタ層、7はコレクタ用電極12とのオーミック接触
を得るためのn+型GaAs層、8は仕事関数を低下させるた
めにCs−O等を拡散(もしくは付着)処理した層であ
る。
In FIG. 3, 21 is a semi-insulating GaAs substrate, 22 is an n + GaAs layer for obtaining ohmic contact with the emitter electrode 10, and 2
Is an N-type Al x Ga (1-x ) As (0 <x ≦ 1) emitter layer, 4 is a graded layer in which the mixed crystal ratio of Al is gradually decreased as the distance from the emitter layer 2 increases, and 5 is a p-type GaAs base Layer, 6 is n-type GaAs
A collector layer, 7 is an n + type GaAs layer for obtaining ohmic contact with the collector electrode 12, and 8 is a layer obtained by diffusing (or adhering) Cs-O or the like in order to lower the work function.

本実施例では、半絶縁性GaAs基板21上に、n+GaAs層22,N
型AlxGa(1-x)As層2,傾斜層4,p型GaAs層5,n型GaAs層6,n+
型GaAs層7を形成した後、p型GaAsベース電極形成部に
Beをイオン注入したp+領域23,ベースエミッタ間の絶縁
および素子間分離のためにBをイオン注入した領域24を
形成する。さらに、SiO2保護層9を形成し、コレクタ用
電極12およびベース用電極11を作製する。エミッタ用電
極10については、n+型GaAs層22に到達するまで穴を掘
り、そこにAu−Ge/Au等の電極を形成する。
In this embodiment, the n + GaAs layer 22, N is formed on the semi-insulating GaAs substrate 21.
Type Al x Ga (1-x) As layer 2, graded layer 4, p-type GaAs layer 5, n-type GaAs layer 6, n +
After forming the p-type GaAs layer 7, the p-type GaAs base electrode is formed.
A p + region 23 in which Be is ion-implanted and a region 24 in which B is ion-implanted are formed for insulation between base-emitters and element isolation. Further, a SiO 2 protective layer 9 is formed, and a collector electrode 12 and a base electrode 11 are produced. For the emitter electrode 10, a hole is dug to reach the n + type GaAs layer 22, and an electrode of Au-Ge / Au or the like is formed there.

最後に外部加速用電極13の付設と、Cs−Oの拡散を行
い、本実施例の作製を完了する。かかる第2実施例は、
先に述べた第1実施例と異なり、p型GaAsベース層5
(第1図参照)までのエッチングなど難しいプロセスが
不要となるばかりでなく、素子表面が平坦になる等の利
点を有する。
Finally, the external accelerating electrode 13 is attached and Cs-O is diffused to complete the production of this example. In the second embodiment,
Unlike the first embodiment described above, the p-type GaAs base layer 5
Not only is it difficult to perform difficult processes such as etching (see FIG. 1), but also the device surface is flat.

第2実施例の動作原理等は第1実施例と同様であるの
で、説明は省略する。
The operation principle and the like of the second embodiment are the same as those of the first embodiment, and therefore the description thereof is omitted.

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。
Although the first and second embodiments described so far are configured by using GaAs which is one of the III-V group compound semiconductors, the material is not limited to such a material and, for example, InGaAsP / InP-based materials can be used. It is also possible to use. Examples using these materials are summarized in Table 1 below.

[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。
[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, the effects listed below can be obtained.

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、且つエミッタ・ベース間に傾斜層を
介挿させてあるので、エミッタからベースに注入される
キャリア量が増大する。
Since the band gap between the emitter and the base is different (Npn structure) and the graded layer is inserted between the emitter and the base, the amount of carriers injected from the emitter to the base increases.

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。
Further, the carriers injected into the base are accelerated by the electric field, so that the kinetic energy can be increased.

その結果、電子放出効率が格段に向上する。As a result, the electron emission efficiency is significantly improved.

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。
Since the emitter region and the base region can be formed as an epitaxial film of about several tens of liters using an MBE device or a MOCVD device, a high quality and uniform layer structure can be easily formed.

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。
Moreover, since the thickness of each layer can be reduced, the driving voltage can be reduced.

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。
Since an electron beam generator (device) can be manufactured using a semiconductor material, it is easy to arrange a plurality of electron beam generators on the same substrate or to combine with a device having another function. . As a result, it is possible to increase the degree of integration of semiconductor devices.

また、本発明の一実施例によれば、上記発明の効果に加
えて、次の効果を得ることができる。
According to the embodiment of the present invention, the following effects can be obtained in addition to the effects of the above invention.

イオン注入技術を用いて本発明を実施した場合には、
エッチングなどのプロセスが不要になる,素子の表面
が平坦になる,同一基板上にその他のデバイスを形成
して、集積度を上げることができる。
When the present invention is implemented using the ion implantation technique,
Processes such as etching become unnecessary, the surface of the element becomes flat, and other devices can be formed on the same substrate to increase the degree of integration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

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実施例のエネルギー状態を示すエネルギー
バンド図、 第3図は本発明の第2実施例を示す断面構成図である。 1……n型GaAs基板、 2……N型AlxGa(1-x)As層、 3……N型AlxGa(1-x)As酸素注入不活性層、 4……傾斜層、 5……p型GaAs層(ベース)、 6……n型GaAs層、 8……Cs−O拡散層、 9……SiO2絶縁層、 10……エミッタ用電極、 11……ベース用電極、 12……コレクタ用電極、 13……外部加速用電極。
FIG. 1 is a sectional configuration diagram showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an energy band diagram showing an energy state of the first embodiment, and FIG. 3 is a sectional configuration showing a second embodiment of the present invention. It is a figure. 1 ... n-type GaAs substrate, 2 ... N-type Al x Ga (1-x) As layer, 3 ... N-type Al x Ga (1-x) As oxygen injection inactive layer, 4 ... gradient layer, 5 ... p-type GaAs layer (base), 6 ... n-type GaAs layer, 8 ... Cs-O diffusion layer, 9 ... SiO 2 insulating layer, 10 ... emitter electrode, 11 ... base electrode, 12 …… Collector electrode, 13 …… External acceleration electrode.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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す際に、
所定材料の混晶比が厚さ方向に徐々に変化している傾斜
層を前記エミッタ領域と前記ベース領域との間に挿入
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。
1. A heterobipolar structure comprising an emitter region having a first bandgap, a base region having a second bandgap narrower than the first bandgap, and a collector region having an electron emission surface. To
A gradient layer in which the mixed crystal ratio of the predetermined material is gradually changing in the thickness direction is inserted between the emitter region and the base region, and electrons are injected from the emitter region to the base region, A solid-state electron beam generator characterized in that a reverse bias voltage is applied between the base region and the collector region so that the electrons are emitted from the electron emission surface.
【請求項2】n型もしくはn+型GaAs基板または半絶縁性
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。
2. An n-type or n + -type GaAs substrate or semi-insulating material
N-type Al x Ga having a first band gap on a GaAs substrate
A (1-x ) As layer (where 0 <x ≦ 1) is formed to serve as the emitter region, and a p-type Al z Ga (1-z) As layer having a second band gap (here, 0 <x ≦ 1) is formed. ≦ z <x) is formed as the base region, and an n-type Al t Ga (1-t) As layer (where 0 ≦ t ≦ 1) is used as the collector region. A solid-state electron beam generator according to claim 1.
【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。
3. A solid-state electron beam generator according to claim 1, wherein a material having an alkali metal component is diffused or adhered to the electron emission surface of the collector region.
【請求項4】前記傾斜層として、AlxGa(1-x)Asの混晶比
xを徐々に変化させた層を用いる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。
4. The solid electron beam according to claim 2, wherein a layer in which the mixed crystal ratio x of Al x Ga (1-x) As is gradually changed is used as the gradient layer. Generator.
【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。
5. The N-type Al x Ga.sub. (1-x) As layer (where 0 <x
The solid-state electron beam generator according to claim 2, wherein oxygen is injected into a predetermined region of ≦ 1) to form an inactive region.
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