JPH07111867B2 - Solid-state electron beam generator - Google Patents

Solid-state electron beam generator

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JPH07111867B2
JPH07111867B2 JP18939986A JP18939986A JPH07111867B2 JP H07111867 B2 JPH07111867 B2 JP H07111867B2 JP 18939986 A JP18939986 A JP 18939986A JP 18939986 A JP18939986 A JP 18939986A JP H07111867 B2 JPH07111867 B2 JP H07111867B2
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solid
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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第1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第2領域と
のヘテロ接合構成を、Si基板上に設けたGaAsエピタキシ
ャル膜の上になす際に、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第1領域と前記第2領
域との間に挿入し、前記第1領域から前記第2領域に対
して電子を注入すると共に、前記第2領域の電子放出面
から電子を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, a first region having a first band gap and a second region having a second band gap narrower than the first band gap are provided. When the heterojunction structure with the two regions is formed on the GaAs epitaxial film provided on the Si substrate, the graded layer in which the mixed crystal ratio of the predetermined material gradually changes in the thickness direction is defined as the first region. It is inserted between the second region and the first region to inject electrons into the second region, and at the same time, emits electrons from the electron emission surface of the second region.

[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第1領域から傾斜層を介して狭い
バンドギャップを有する第2領域に電子を注入し、その
電子を第2領域の端面から直接放出させる。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。
[Operation] By growing an AlGaAs-based film on a Si substrate, electrons are injected from a first region having a wide bandgap into a second region having a narrow bandgap through a graded layer, and the electrons are injected into a second region. Emit directly from the edge of the area. Since the Si substrate has low thermal resistance, an electron beam generator with high current density can be realized. Further, it becomes easy to connect the Si integrated circuit and the electron beam generator.

[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、本発明の一実施例を示す断面構成図である。FIG. 1 is a sectional configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

本実施例では、Si基板1上にMOCVD(Metalorganic Chem
ical Vapour Depositon)法を用いて、AlP層2およびAl
GaP層3を成長させ、続いてGaPとGaAsPの超格子層4,GaA
sP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の電子ビーム発生領域以外には、酸素を
イオン装置で打ち込み、不活性層9を形成する。
In this embodiment, MOCVD (Metalorganic Chem) is formed on the Si substrate 1.
AlP layer 2 and Al by using the ical vapor depositon method.
GaP layer 3 is grown, followed by GaP and GaAsP superlattice layer 4, GaA
A superlattice layer 5 of sP and GaAs is provided, and a GaAs layer 6 is grown thereon. Further, on the GaAs layer 6, an n + type GaAs layer 7, N type Al x Ga
(1-x) As layer 8 (0 <x ≦ 1) is grown. This N type Al x
Oxygen is implanted into the Ga (1-x) As layer 8 other than the electron beam generating region to form an inactive layer 9.

N型AlxGa(1-x)As層8の上には、Alの混晶比xを徐々に
少なくしていきGaAsまで連続的に変化する傾斜(grade
d)層20を形成する。更に、この傾斜層20の上には、p
型GaAs層10を設ける。また、このp型GaAs層10の表面に
は仕事関数低下材12を拡散もしくは付着する。p型GaAs
層10の上にはSiO2絶縁層11を介して外部加速用電極15を
形成する。更に、電極13および14をそれぞれn+型GaAs層
7およびp型GaAs層10の上に形成する。
On the N-type Al x Ga (1-x) As layer 8, the mixed crystal ratio x of Al is gradually reduced and the grade (gradation) is continuously changed up to GaAs.
d) Form layer 20. Furthermore, on the gradient layer 20, p
A type GaAs layer 10 is provided. A work function lowering material 12 is diffused or attached to the surface of the p-type GaAs layer 10. p-type GaAs
An external acceleration electrode 15 is formed on the layer 10 via a SiO 2 insulating layer 11. Further, electrodes 13 and 14 are formed on the n + type GaAs layer 7 and the p type GaAs layer 10, respectively.

上述した構成を更に詳述にすると次のとおりである。The configuration described above will be described in more detail below.

8はキャリア供給源として作用するAlxGa(1-x)As層であ
る。ここで、xはAlの混晶比を表し、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。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。
Reference numeral 8 is an Al x Ga (1-x) As layer which acts as a carrier supply source. Here, x represents a mixed crystal ratio of Al, and has a value of 0 <x ≦ 1. Moreover, capital “N” represents an N-type region having a wide band gap. 9 is this N-type Al x Ga (1-x)
It is an inactive layer formed by implanting oxygen into the As layer.

10は、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。
10 is a p-type GaAs layer. Here, the lower case "p" represents a p-type region having a narrow band gap. In addition,
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).

また、12は層10の表面に付着もしく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,Ag,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。
Further, 12 is a cesium oxide (Cs-O) layer adhered to or diffused on the surface of the layer 10, and 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, Ag, P, Te, Si and O.

N型半導体用電極13としてはAu−Ge,Au−Ge−Ni等を、
p型半導体用電極14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層10
の電極14は直接p型GaAs層の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よい。あるいは、p型GaAs層の
表面にp+型GaAs層を成長させ、その上に電極を形成して
もよい。
As the N-type semiconductor electrode 13, Au-Ge, Au-Ge-Ni, etc.,
As the p-type semiconductor electrode 14, Au-Sn, Ag-Zn, Au-Be, Au
-Zn or the like may be used. In FIG. 1, p-type GaAs layer 10
The electrode 14 of is directly formed on the surface of the p-type GaAs layer,
The electrode may be formed after the Be + ion is doped under the electrode formation portion to form the p + -type region. Alternatively, a p + -type GaAs layer may be grown on the surface of the p-type GaAs layer and an electrode may be formed thereon.

以上のように、本発明の第1実施例では、Si基板上にGa
As−AlxGa(1-x)As系によるのエピタキシャル膜を成長さ
せてある。
As described above, in the first embodiment of the present invention, Ga is formed on the Si substrate.
An epitaxial film of As-Al x Ga (1-x) As system is grown.

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]、破線はバイアス印加時のエネルギーレベル[e
V]を示す。層8には、層10へのキャリア注入効率を上
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 shows the energy level at thermal equilibrium [eV], and the broken line shows the energy level at bias application [eV].
V] is shown. In order to increase the carrier injection efficiency into the layer 10, the layer 8 is made of a wide bandgap material such as Al x Ga (1-x) As.
To use. In the present embodiment, the mixed crystal ratio x of Al is set to x = 0.3 in consideration of the effects of the L-band and the X-band in addition to obtaining a good heterojunction, but is limited to this value. It is not something that will be done.

さらに、層8のドープ量を高ドープ(5×1017〜1×10
19cm-3)として、多くのキャリア層8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 layer 8 is set to be high (5 × 10 17 to 1 × 10 7
19 cm -3 ), so that it is injected into many carrier layers 8. With such a doping amount, a degenerate state occurs, and the Fermi level is located above the conduction band.

層8と層10の間には、傾斜層20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10との境界では
x=0となる。このような傾斜層20を挿入することによ
り、層8と層10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、層10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 20 is inserted between the layers 8 and 10,
The mixed crystal ratio x of Al gradually decreases, and x = 0 at the boundary with the base layer 10. By inserting such a graded layer 20, spikes or the like do not occur at the hetero interface between the layers 8 and 10 as shown in FIG. As described above, since no barrier such as a spike is generated, many carriers are injected into the layer 10, and the injection efficiency is improved.

層10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。この層10へのドープ量は低抵抗化のため5×
1018cm-3とし、且つ、当該領域での散乱を少なくするた
めに層の膜厚を300Å程度にする。
As the layer 10, a p-type GaAs layer which is a narrow band gap material is used. The doping amount of this layer 10 is 5 × to reduce the resistance.
The layer thickness is set to 10 18 cm −3 , and the film thickness of the layer is set to about 300 Å in order to reduce scattering in the region.

n型GaAs層10の表面には酸化セシウムCs−Oが拡散(も
しくは付着)されているため、層10の表面の仕事関数
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等のアルカリ金属+(Sb,Bi,
Se,As,P,Te,Cu,Ag,Au,Si,O)}等を含む材料も使用する
ことができる。
Since the cesium oxide Cs-O is diffused (or adhered) to the surface of the n-type GaAs layer 10, the work function of the surface of the layer 10 is as low as 1.4 eV. As mentioned earlier,
As this surface layer, {alkali metal such as Cs + (Sb, Bi,
Se, As, P, Te, Cu, Ag, Au, Si, O)} and the like can also be used.

これら各層は、MBE装置もしくはMOCVD装置等を用いて成
長させることにより、良質且つ均一な膜が形成される。
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、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(第2図の破線参照)。
Next, the state when a bias voltage is applied to this embodiment will be described (see the broken line in FIG. 2).

電極13と電極14の間には順方向バイアス電圧を印加し、
さらに外部加速用電極15には電極14に対して正のバイア
ス電圧を印加する。すると、Cs−Oを拡散したp型GaAs
の仕事関数は1.4eVであり、p型GaAsの電子親和力は4.0
7eVであるため、第2図に示す如く、p型GaAs層10のバ
ンドは表面近傍で下の方に曲がる。
A forward bias voltage is applied between the electrodes 13 and 14,
Further, a positive bias voltage is applied to the external acceleration electrode 15 with respect to the electrode 14. Then, Cs-O diffused p-type GaAs
Has a work function of 1.4 eV, and p-type GaAs has an electron affinity of 4.0
Since it is 7 eV, the band of the p-type GaAs layer 10 bends downward near the surface as shown in FIG.

このp型GaAs層10は高ドープ状態にあるため、価電子帯
とフェルミ準位はほぼ一致する。しかも、GaAsのバンド
ギャップは1.428eVであって、Cs−Oを拡散した層の仕
事関数1.4eVよりも大きくなっている。従って、N型AlG
aAs層8からp型GaAs層10に注入された低いエネルギー
のキャリア(電子)は、第2図に示す如く表面に形成さ
れた谷Vに落ち込むが、傾斜層を設けたことにより、層
10へ注入されるキャリアの絶対量は大きくなり、放出さ
れる電流量も大となる。
Since the p-type GaAs layer 10 is highly doped, the valence band and the Fermi level are almost the same. Moreover, the band gap of GaAs is 1.428 eV, which is larger than the work function of 1.4 eV of the Cs-O diffused layer. Therefore, N-type AlG
Low-energy carriers (electrons) injected from the aAs layer 8 into the p-type GaAs layer 10 fall into the valley V formed on the surface as shown in FIG.
The absolute amount of carriers injected into 10 becomes large, and the amount of current emitted becomes large.

また、外部加速用電極15によって外部電界が加えられる
と、第2図に示すように真空準位は下の法に曲がり、放
出された電子はこの電界によりさらに加速される。
When an external electric field is applied by the external accelerating electrode 15, the vacuum level bends as shown in FIG. 2, and the emitted electrons are further accelerated by this electric field.

第3図は、Si基板を用いた第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図に示した第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 Si substrate. In this second embodiment, an element similar to that of the first embodiment shown in FIG. 1 is manufactured by the ion implantation technique.

第3図において、30はSi基板、32はAlP層、34はAlGaP
層、36はGaPとGaAsPの超格子層、38はGaAsPとGaAsの超
格子層、40はGaAs層である。これら各層の層構成は、第
1図に示した第1実施例の層構成と同様である。
In FIG. 3, 30 is a Si substrate, 32 is an AlP layer, and 34 is AlGaP.
The layer, 36 is a GaP and GaAsP superlattice layer, 38 is a GaAsP and GaAs superlattice layer, and 40 is a GaAs layer. The layer structure of each of these layers is the same as the layer structure of the first embodiment shown in FIG.

42は電極44とのオーミック接触を得るためのn+型GaAs
層、46はN型AlxGa(1-x)As(0<x≦1)層、48は層46
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、50はp型GaAs層、58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。ま
た、66はバイアス電圧印加用電極、62は外部加速用電極
である。
42 is n + type GaAs for obtaining ohmic contact with the electrode 44
Layer, 46 is an N-type Al x Ga (1-x) As (0 <x ≦ 1) layer, 48 is a layer 46
The gradient layer in which the mixed crystal ratio of Al is gradually decreased with increasing distance from 50, 50 is a p-type GaAs layer, and 58 is for decreasing the work function.
It is a layer obtained by diffusing (or adhering) Cs-O or the like. Further, 66 is a bias voltage applying electrode, and 62 is an external accelerating electrode.

さらに、p型GaAs用電極形成部にBeをイオン注入したp+
型領域64,層46と層50と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68を形成する。次いで、Si
O2保護層60を形成し、外部加速用電極62および電極66を
作製する。電極44については、n+型GaAs層42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。
Furthermore, Be + was ion-implanted into the p-type GaAs electrode formation portion to form p +
A region 68 in which B is ion-implanted is formed for insulation between the mold region 64 and the layers 46 and 50 and isolation between elements. Then Si
The O 2 protective layer 60 is formed, and the external acceleration electrode 62 and the electrode 66 are manufactured. Regarding the electrode 44, a hole is dug to reach the n + type GaAs layer 42, and an electrode of Au-Ge / Au or the like is formed therein.

最後にCs−Oの拡散(もしくは付着)を行って層58を形
成し、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、エッチングなどの
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, Cs-O is diffused (or attached) to form the layer 58, and the fabrication of this example is completed. The second embodiment differs from the first embodiment described above in that it does not require a difficult process such as etching and has the advantage that the element surface becomes 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.

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。
In this way, by adopting the planar type device configuration, it is possible to appropriately deal with so-called multi-processing in which a plurality of devices are arranged on the same plane.

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。
Although the first and second embodiments described above use the buffer layer using the superlattice layer, the ultrathin buffer layer grown at low temperature on the Si substrate is used. (GaAs / GaAs buffer layer (<200Å)
/ Si type).

[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.

2つの化合物半導体間のバンドギャップが異なる構
成とし、且つ両半導体間に傾斜層を介挿させてあるの
で、一方の化合物半導体から他方の化合物半導体に注入
されるキャリア量が増大する。
Since the band gaps between the two compound semiconductors are different from each other and the graded layer is interposed between the two semiconductors, the amount of carriers injected from one compound semiconductor into the other compound semiconductor increases.

その結果、電子放出量が格段に向上する。As a result, the electron emission amount 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.

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すむ。
Since Si having low thermal resistance can be used as the substrate, the problem of heat generation can be reduced.

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

膜構成が単純なため、作製が容易である。 Since the film structure is simple, it is easy to manufacture.

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。
Further, according to the embodiments 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,
It is possible to increase the degree of integration by eliminating processes such as etching, flattening the surface of the device, and forming other devices on the same substrate.

【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……Si基板、 2……AlP層 3……AlGaP層、 4……GaP/GaAsP超格子層、 5……GaAsP/GaAs超格子層、 6……GaAs層、 7……n+型GaAs層、 8……N型AlxGa(1-x)As層、 9……N型AlxGa(1-x)As酸素注入不活性層、 10……p型GaAs層、 12……Cs−O拡散層、 20……傾斜層。
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 ... Si substrate, 2 ... AlP layer 3 ... AlGaP layer, 4 ... GaP / GaAsP superlattice layer, 5 ... GaAsP / GaAs superlattice layer, 6 ... GaAs layer, 7 ... n + type GaAs Layer, 8 ... N-type Al x Ga (1-x) As layer, 9 ... N-type Al x Ga (1-x) As oxygen injection inactive layer, 10 ... p-type GaAs layer, 12 ... Cs -O diffusion layer, 20 ... Gradient layer.

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第1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
ャップを有する第2領域とのヘテロ接合構成を、Si基板
上に設けたGaAsエピタキシャル膜の上になす際に、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
前記第1領域と前記第2領域との間に挿入し、 前記第1領域から前記第2領域に対して電子を注入する
と共に、前記第2領域の電子放出面から電子を放出する
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 GaAs epitaxial having a heterojunction structure of a first region having a first band gap and a second region having a second band gap narrower than the first band gap provided on a Si substrate. When formed on the film, a graded layer in which a mixed crystal ratio of a predetermined material gradually changes in the thickness direction is inserted between the first region and the second region, A solid-state electron beam generator characterized in that electrons are injected into the second region and the electrons are emitted from the electron emission surface of the second region.
【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-z)As層(ここで、0<x≦1)を形成して
前記第1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)を形成して前記第2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 Al x Ga.sub. (1-z) As layer (where 0 <x ≦ 1) having a first band gap is formed on a Si substrate to form the first region, and a second region is formed. The p-type Al z Ga (1-z) As layer (where 0 ≦ z <x) having a bandgap of 2 is formed as the second region. Solid-state electron beam generator.
【請求項3】前記第2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. The solid-state electron beam generator according to claim 1, wherein a material having an alkali metal component is diffused or attached to the electron emission surface of the second 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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