JPH0821312B2 - 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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- JPH0821312B2 JPH0821312B2 JP18939386A JP18939386A JPH0821312B2 JP H0821312 B2 JPH0821312 B2 JP H0821312B2 JP 18939386 A JP18939386 A JP 18939386A JP 18939386 A JP18939386 A JP 18939386A JP H0821312 B2 JPH0821312 B2 JP H0821312B2
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
しかしながら、上記ｐ型領域と電子放出面側のｎ型領
域は数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。
域は数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。
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。
［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、本発明の固体電子ビー
ム発生装置は、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領域とによりヘテロ接合をなし、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領域の端面から電子を放出する固体電子
ビーム発生装置において、前記ヘテロ接合が前記第１領
域から前記第２領域に低いエネルギーの電子が注入され
るのを阻止する手段を有することを特徴とする。
ム発生装置は、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領域とによりヘテロ接合をなし、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領域の端面から電子を放出する固体電子
ビーム発生装置において、前記ヘテロ接合が前記第１領
域から前記第２領域に低いエネルギーの電子が注入され
るのを阻止する手段を有することを特徴とする。
ここに、前記低いエネルギーの電子が注入されるのを
阻止する手段は、前記第１領域と前記第２領域との界面
に形成された伝導帯のスパイクであっもよい。
阻止する手段は、前記第１領域と前記第２領域との界面
に形成された伝導帯のスパイクであっもよい。
さらに、ｎ型もしくはn+型GaAs基板または半絶縁性Ga
As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）を形成して前記第１
領域とし、第２のバンドッギャップを有するｐ型AlzGa
(1-z)As層（ここで、０≦ｚ＜ｘ）を形成して前記第２
領域としてもよい。
As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）を形成して前記第１
領域とし、第２のバンドッギャップを有するｐ型AlzGa
(1-z)As層（ここで、０≦ｚ＜ｘ）を形成して前記第２
領域としてもよい。
また、前記低いエネルギーの電子が注入されるのを阻
止する手段は、前記第２領域中に設けられた共鳴トンネ
ル部であってもよい。
止する手段は、前記第２領域中に設けられた共鳴トンネ
ル部であってもよい。
さらに、前記第１の領域がｎ型AlxGa(1-x)As層（ここ
で、０＜ｘ≦１）により形成され、前記第２の領域がｐ
型AlzGa(1-z)As層（ここで、０≦ｚ＜ｘ）により形成さ
れ、前記共鳴トンネル部が非ドープ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）を積層して形成されていてもよい。
で、０＜ｘ≦１）により形成され、前記第２の領域がｐ
型AlzGa(1-z)As層（ここで、０≦ｚ＜ｘ）により形成さ
れ、前記共鳴トンネル部が非ドープ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）を積層して形成されていてもよい。
あるいは、上述の固体電子ビーム発生装置のいずれか
において、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てもよい。
において、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てもよい。
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てもよい。
定領域に酸素を注入して不活性領域を形成してもよい。
［作 用］ 広いバンドギャップを有する第１領域から狭いバンド
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。
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。
［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、本発明の第１実施例を示す断面構成図であ
る。本図おいて、１はｎ型もしくはn+型GaAs基板、２は
Ｎ型AlxGa1-xAs（０＜ｘ≦１）層、３は層２において酸
素等のイオン注入等により形成された不活性層、４はｐ
型GaAs層、５はSiO2等の絶縁層、６および７は電極、８
は外部加速用電極、９および10はバイアス電圧印加用電
源である。11は酸化セシウム（Cs−Ｏ）等の拡散もしく
は付着により形成された仕事関数低下表面層である。
る。本図おいて、１はｎ型もしくはn+型GaAs基板、２は
Ｎ型AlxGa1-xAs（０＜ｘ≦１）層、３は層２において酸
素等のイオン注入等により形成された不活性層、４はｐ
型GaAs層、５はSiO2等の絶縁層、６および７は電極、８
は外部加速用電極、９および10はバイアス電圧印加用電
源である。11は酸化セシウム（Cs−Ｏ）等の拡散もしく
は付着により形成された仕事関数低下表面層である。
このCs−Ｏ層の替わりに、Cs等のアルカリ金属と、C
u,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。
u,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。
ここで、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。また、小文字の“p"および“n"
は、バンドギャップが狭いｐ型領域ｎ型領域であること
を表す。
領域であることを表す。また、小文字の“p"および“n"
は、バンドギャップが狭いｐ型領域ｎ型領域であること
を表す。
なお、ｐ型GaAs層の替わりに、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。
(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。
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もよい。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。
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もよい。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。
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。
を説明する。
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。
イアス電圧印加時のエネルギーバンド図である。
上述した実施例の層２は、先に述べたとおり、層４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。
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、層２のドープ量は高ドープ（５×1017〜１×10
19cm-3）とし、多くのキャリアが層４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、縮退状態になり、フェルミ準位が伝
導帯の上に位置する。
19cm-3）とし、多くのキャリアが層４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、縮退状態になり、フェルミ準位が伝
導帯の上に位置する。
なお、上記層２の膜厚は、第２図ではMBE（Moleculer
Beam Epitaxy）装置もしくはMOCVD（Metalorganic Che
mical Vapour Deposition）装置により1500Åとした
が、層４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。
Beam Epitaxy）装置もしくはMOCVD（Metalorganic Che
mical Vapour Deposition）装置により1500Åとした
が、層４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。
層２の電極は、ｎ型もしくはn+型GaAs基板の裏に設け
られているため、高ドープｎ型もしくはn+型GaAs基板を
用い、その基板での電圧降下を極力減らすようにするの
が好適である。
られているため、高ドープｎ型もしくはn+型GaAs基板を
用い、その基板での電圧降下を極力減らすようにするの
が好適である。
次に層４について説明する。先に述べたとおり、層４
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MBE装置もしくはMOCVD装置によ
り層２の上に成長させてある。このｐ型GaAs層へのドー
プ量は低抵抗化のために５×1018cm-3とし、かつ上記領
域での散乱を少なくするために層４の膜厚を300Åにす
る。
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MBE装置もしくはMOCVD装置によ
り層２の上に成長させてある。このｐ型GaAs層へのドー
プ量は低抵抗化のために５×1018cm-3とし、かつ上記領
域での散乱を少なくするために層４の膜厚を300Åにす
る。
また、層２のバンドギャップと層４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、層２としてAl0.3Ga0.7Asを用
い、層４としてｐ型GaAsを用いると、そのスパイクの高
さ△ECは0.318eVとなる。
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、層２としてAl0.3Ga0.7Asを用
い、層４としてｐ型GaAsを用いると、そのスパイクの高
さ△ECは0.318eVとなる。
ベース層の表面には酸化セシウム（Cs−Ｏ）が拡散さ
れており、ベース表面の仕事関数は、1.4eVと低くなっ
ている。この表面層としては、先に述べたとおり、他の
アルカリ金属とSb,Bi,Se,As,Ag,P,Te,Cu,Au,Siの中の少
なくともひとつと酸素から成る材料でも良い。
れており、ベース表面の仕事関数は、1.4eVと低くなっ
ている。この表面層としては、先に述べたとおり、他の
アルカリ金属とSb,Bi,Se,As,Ag,P,Te,Cu,Au,Siの中の少
なくともひとつと酸素から成る材料でも良い。
次に、第３図を参照して、本実施例にバイアス電圧を
印加した時のエネルギーバンド状態を説明する。第１図
示の電源10を用いて、層２と層４の間に順方向バイアス
VEBを、第２の電源９を用いて外部加速用電極８と層４
との間に（外部電極の方が＋になるように）電圧Vaを印
加する。
印加した時のエネルギーバンド状態を説明する。第１図
示の電源10を用いて、層２と層４の間に順方向バイアス
VEBを、第２の電源９を用いて外部加速用電極８と層４
との間に（外部電極の方が＋になるように）電圧Vaを印
加する。
上記VEBとして1.45Vを印加すると、層２における擬似
フェルミ準位EFが層４の伝導帯に近づく。層４に注入さ
れるキャリアは、第３図に示すスパイクを熱的に越えて
くるか、若しくは、トンネル効果により透過してくるも
の故に、ホットエレクトロンとなっている。すなわち、
本発明の固体電子ビーム発生装置では、ヘテロ接合が低
いエネルギーの電子が注入されるのを阻止する手段を有
する構成となっている。
フェルミ準位EFが層４の伝導帯に近づく。層４に注入さ
れるキャリアは、第３図に示すスパイクを熱的に越えて
くるか、若しくは、トンネル効果により透過してくるも
の故に、ホットエレクトロンとなっている。すなわち、
本発明の固体電子ビーム発生装置では、ヘテロ接合が低
いエネルギーの電子が注入されるのを阻止する手段を有
する構成となっている。
Cs−Ｏを拡散したｐ型GaAs層４の仕事関数は1.4eVで
あり、ｐ型GaAsの電子親和力は4.07eVであることから、
ｐ型GaAsのバンドは表面近傍で下の方に曲がる。しか
し、層４に注入されたキャリアはホット化されているた
め、第３図に示す如く、層４の表面近傍の谷に落ちず
に、真空中に放出される。その理由は、ｐ型GaAsのバン
ドギャップは1.42eV,真空準位は1.4eVであるため、真空
準位の方が低くなるからである。また、真空準位は外部
加速用電極８と層４との間の印加電圧Vaにより、第３図
に示すように下の方に曲がり、放出された電子はの電界
により加速される。
あり、ｐ型GaAsの電子親和力は4.07eVであることから、
ｐ型GaAsのバンドは表面近傍で下の方に曲がる。しか
し、層４に注入されたキャリアはホット化されているた
め、第３図に示す如く、層４の表面近傍の谷に落ちず
に、真空中に放出される。その理由は、ｐ型GaAsのバン
ドギャップは1.42eV,真空準位は1.4eVであるため、真空
準位の方が低くなるからである。また、真空準位は外部
加速用電極８と層４との間の印加電圧Vaにより、第３図
に示すように下の方に曲がり、放出された電子はの電界
により加速される。
なお、第１図に示した第１実施例は、基板としてｎ型
もしくはn+型GaAsを使用したが、バイアホール（三井
他，“バイオホール構造GaAs高出力モノリシック増幅
器”昭和58年度電子通信学会半導体・材料部門全国大会
No.122参照）等の技術を用いて層２用電極を表面側に形
成することにより、半絶縁性GaAs基板を使用することも
可能である。次に、その実施例について説明する。
もしくはn+型GaAsを使用したが、バイアホール（三井
他，“バイオホール構造GaAs高出力モノリシック増幅
器”昭和58年度電子通信学会半導体・材料部門全国大会
No.122参照）等の技術を用いて層２用電極を表面側に形
成することにより、半絶縁性GaAs基板を使用することも
可能である。次に、その実施例について説明する。
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
GaAs基板26を用いているため、層２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。
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を用いているため、層２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。
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。
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４によって形成される領域
に、非ドープAl0.3Ga0.7Asによるバリア層と、非ドープ
GaAsによるウェル（well）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。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。
例と異なる点は、ｐ型GaAs層４によって形成される領域
に、非ドープAl0.3Ga0.7Asによるバリア層と、非ドープ
GaAsによるウェル（well）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。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においてバリア層の膜厚を30Åと
し、ウェル層の膜厚を20Åとすると、第１共鳴準位は、
層４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、層２と層４の間の電圧VEBを順
方向に印加し、層２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層４を通過する。
し、ウェル層の膜厚を20Åとすると、第１共鳴準位は、
層４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、層２と層４の間の電圧VEBを順
方向に印加し、層２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層４を通過する。
また、層２のドープ量を１×1018cm-3程度にすると、
層２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４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。
層２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４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層４に流れ込
まなくなる。すなわち、本発明の固体電子ビーム発生装
置では、接合層が低いエネルギーの電子が注入されるの
を阻止する手段を有する構成となっている。よって、層
４の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。
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層４に流れ込
まなくなる。すなわち、本発明の固体電子ビーム発生装
置では、接合層が低いエネルギーの電子が注入されるの
を阻止する手段を有する構成となっている。よって、層
４の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３実施例では、層２領域と層４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、層２領域と層４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。
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、層２領域と層４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、層２用電極14をｎ型もしくは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。
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、層２用電極14をｎ型もしくは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なＮ型Al
GaAs用電極、52はn+型GaAs層（＋は高濃度のドーピング
を表す）、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、60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なＮ型Al
GaAs用電極、52はn+型GaAs層（＋は高濃度のドーピング
を表す）、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、60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。
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。
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。
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。
［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。
効果を得ることができる。
２つの化合物半導体間のバンドギャップが異なる構
成としてあるので、バンドギャップが均一なものに比べ
て一方の半導体から他方の半導体へ注入されるキャリア
量が増大する。
成としてあるので、バンドギャップが均一なものに比べ
て一方の半導体から他方の半導体へ注入されるキャリア
量が増大する。
また、ホット化されたキャリア半導体中を伝播せず直
接外部へ放出されるので、散乱を受けることがない。
接外部へ放出されるので、散乱を受けることがない。
その結果、電子放出効率が格段に向上する。
MBE装置もしくはMOCVD装置などを用いて、各層を数
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。
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。
小さくすることができる。
膜構成が単純なため、作製が容易である。
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、同一基板状に複数の
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、同一基板状に複数の
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。
ヘテロ界面に起因して生じるスパイク、あるいはｐ
型領域内に設けたトンネル部により、低いエネルギーの
電子が注入されるのを阻止する手段として働き、電子を
ホット化して電子放出効率をさらに向上させることがで
きる。
型領域内に設けたトンネル部により、低いエネルギーの
電子が注入されるのを阻止する手段として働き、電子を
ホット化して電子放出効率をさら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。 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……ｐ型GaAs層、 ５……SiO2絶縁層、 6,7……電極、 ８……外部加速用電極、 11……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。 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……ｐ型GaAs層、 ５……SiO2絶縁層、 6,7……電極、 ８……外部加速用電極、 11……Cs−Ｏ拡散層。
Claims (7)
- 【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領域とによりヘテロ接合をなし、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領域の端面から電子を放出する固体電子
ビーム発生装置において、前記ヘテロ接合が前記第１領
域から前記第２領域に低いエネルギーの電子が注入され
るのを阻止する手段を有することを特徴とする固体電子
ビーム発生装置。 - 【請求項２】前記低いエネルギーの電子が注入されるの
を阻止する手段は、前記第１領域と前記第２領域との界
面に形成された伝導帯のスパイクである特許請求の範囲
第１項記載の固体電子ビーム発生装置。 - 【請求項３】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）を形成して前記第１
領域とし、第２のバンドッギャップを有する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４】前記低いエネルギーの電子が注入されるの
を阻止する手段は、前記第２領域中に設けられた共鳴ト
ンネル部であ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５】前記第１の領域がｎ型AlxGa(1-x)As層（こ
こで、０＜ｘ≦１）により形成され、前記第２の領域が
ｐ型AlzGa(1-z)As層（ここで、０≦ｚ＜ｘ）により形成
され、前記共鳴トンネル部が非ドープ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）を積層して構成されている特許請
求の範囲第４項記載の固体電子ビーム発生装置。 - 【請求項６】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特許請求の
範囲第１〜５項のいずれかに記載の固体電子ビーム発生
装置。 - 【請求項７】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
た特許請求の範囲第３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 |
|---|---|---|---|
| JP18939386A JPH0821312B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP18939386A JPH0821312B2 (ja) | 1986-08-12 | 1986-08-12 | 固体電子ビ−ム発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6345731A JPS6345731A (ja) | 1988-02-26 |
| JPH0821312B2 true JPH0821312B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=16240552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18939386A Expired - Fee Related JPH0821312B2 (ja) | 1986-08-12 | 1986-08-12 | 固体電子ビ−ム発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821312B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5430274A (en) * | 1977-08-10 | 1979-03-06 | Koyo Sangyo Co | Gypsum laminating board*and its making method |
-
1986
- 1986-08-12 JP JP18939386A patent/JPH0821312B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6345731A (ja) | 1988-02-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |