JPS62219424A - 電子放射半導体装置 - Google Patents
電子放射半導体装置Info
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- JPS62219424A JPS62219424A JP61063180A JP6318086A JPS62219424A JP S62219424 A JPS62219424 A JP S62219424A JP 61063180 A JP61063180 A JP 61063180A JP 6318086 A JP6318086 A JP 6318086A JP S62219424 A JPS62219424 A JP S62219424A
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- semiconductor
- layer
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Landscapes
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- Recrystallisation Techniques (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野〕
本発明は陰極線管における電子放射源、或いはリソグラ
フィー装置における電子ビーム照射源等に用いることの
できる、いわばコールドエミッタなる電子放射半導体装
置に関わる。
フィー装置における電子ビーム照射源等に用いることの
できる、いわばコールドエミッタなる電子放射半導体装
置に関わる。
本発明は、特定の超格子構造半導体層によって電子走行
の散乱要因を抑制して高エネルギーの電子を半導体中に
存在させ、超格子構造半導体層にほぼ垂直方向の電界を
与えることにより、この方向から電子放射を行うように
する。
の散乱要因を抑制して高エネルギーの電子を半導体中に
存在させ、超格子構造半導体層にほぼ垂直方向の電界を
与えることにより、この方向から電子放射を行うように
する。
一般に、テレビジョン受像管を始めとする各種陰極線管
等の電子放射源は、通電加熱によってカソード材から熱
電子を放出させる熱電子放射源が用いられる。
等の電子放射源は、通電加熱によってカソード材から熱
電子を放出させる熱電子放射源が用いられる。
ところが、このような熱電子機構による電子放射源は、
カソード部の熱容量の存在によって通電を開始してから
実際に熱電子放射が開始されるまでに成る程度時間を要
することから、例えば陰極線管において電源スィッチを
オンしてから実際に画像が映出する迄に時間が掛かる。
カソード部の熱容量の存在によって通電を開始してから
実際に熱電子放射が開始されるまでに成る程度時間を要
することから、例えば陰極線管において電源スィッチを
オンしてから実際に画像が映出する迄に時間が掛かる。
この時間の短縮化をはかるために例えば陰極線管におい
ては、その不使用時に熱電子放射源に予備加熱のための
微弱電流の通電を予め行って置くなどの方法が採られる
が、この場合は、電力の無駄が生じる。
ては、その不使用時に熱電子放射源に予備加熱のための
微弱電流の通電を予め行って置くなどの方法が採られる
が、この場合は、電力の無駄が生じる。
また、熱電子による場合、エネルギー的にも、多様な電
子群を形成するので、発射された熱電子には可成り幅広
い速度の差があり、これがためこの熱電子ビームに対す
るフォーカシングなどの電界による制御性は良好ではな
く、電子ビームの照射面、例えば陰極線管における螢光
面でのスポットを充分に小さくして解像度の向上をはか
るに自ずと制限がある。
子群を形成するので、発射された熱電子には可成り幅広
い速度の差があり、これがためこの熱電子ビームに対す
るフォーカシングなどの電界による制御性は良好ではな
く、電子ビームの照射面、例えば陰極線管における螢光
面でのスポットを充分に小さくして解像度の向上をはか
るに自ずと制限がある。
上述したように熱電子放射源には、即応性の問題、電力
消費の問題、解像度の問題等が存在する。
消費の問題、解像度の問題等が存在する。
本発明においては、熱電子放射によらないいわゆるコー
ルドエミッタ構成により、上述した諸問題の解消をはか
ることのできるようにした新規な構成による電子放射半
導体装置を提供するものである。
ルドエミッタ構成により、上述した諸問題の解消をはか
ることのできるようにした新規な構成による電子放射半
導体装置を提供するものである。
本発明は、第１図に示すように、例えばＧａＡｓ化合物
半導体基板（１）上に超格子構造半導体層（２）を設け
る。
半導体基板（１）上に超格子構造半導体層（２）を設け
る。
この超格子構造半導体層（２）は、夫々分数を含む８原
子以下の互いに異る複数種の半導体薄膜層、例えば第１
及び第２の化合物半導体薄膜層（２ａ）及び（２ｂ）を
交互にエピタキシャル成長して構成する。また、この超
格子構造半導体層（２）を構成する一各半導体ＷＩｌｌ
Ｉ層、例えば第１及び第２の化合物半導体薄膜層（２ａ
）及び（２ｂ）は、夫々これら層（２ａ）及び（２ｂ）
に、ＬＯ（縦型光学的）フォノンを局在させるように、
第２図にその運動量−振動数分散図を示すように、各Ｌ
Ｏブランチ（２１ａ）及び（２１ｂ）が重ならない化合
物半導体によって構成する。すなわち、例えば各半導体
薄膜層（２ａ）及び（２ｂ）が、夫々ＡとＢ、ＣとＤの
各元素による化合物（ＡＢ）及び（ＣＤ）から成る場合
、各化合物の各構成元素のうち、夫々その原子量の小さ
い方の元素同士の原子量に大きな差がある材料を選定す
るものであり、例えば（ＡＢ）どしてＧａ、Ａｓ或いは
ｊｎＡｓを、（ＣＤ）としてＡｌＩｎ５或いは＾ｊＰを
用いることができる。
子以下の互いに異る複数種の半導体薄膜層、例えば第１
及び第２の化合物半導体薄膜層（２ａ）及び（２ｂ）を
交互にエピタキシャル成長して構成する。また、この超
格子構造半導体層（２）を構成する一各半導体ＷＩｌｌ
Ｉ層、例えば第１及び第２の化合物半導体薄膜層（２ａ
）及び（２ｂ）は、夫々これら層（２ａ）及び（２ｂ）
に、ＬＯ（縦型光学的）フォノンを局在させるように、
第２図にその運動量−振動数分散図を示すように、各Ｌ
Ｏブランチ（２１ａ）及び（２１ｂ）が重ならない化合
物半導体によって構成する。すなわち、例えば各半導体
薄膜層（２ａ）及び（２ｂ）が、夫々ＡとＢ、ＣとＤの
各元素による化合物（ＡＢ）及び（ＣＤ）から成る場合
、各化合物の各構成元素のうち、夫々その原子量の小さ
い方の元素同士の原子量に大きな差がある材料を選定す
るものであり、例えば（ＡＢ）どしてＧａ、Ａｓ或いは
ｊｎＡｓを、（ＣＤ）としてＡｌＩｎ５或いは＾ｊＰを
用いることができる。
一方、この超格子構造半導体層（２）に対しほぼ垂直方
向、すなわちこの半導体層（２）中のへテロ接合面にほ
ぼ直交する方向の電界印加手段（３）を設ける。
向、すなわちこの半導体層（２）中のへテロ接合面にほ
ぼ直交する方向の電界印加手段（３）を設ける。
この電界印加手段（３）は、超格子構造半導体Ｍ（２）
上に一方の電極（４）を、基板（１）の裏面に他方の電
極（５）を被着し、両電極（４）及び（５）間に直流電
源（６）により、電極（４）を正極とする電圧全印加す
る構成となし得る。この場合、電極（４）は、例えば半
導体！（２１の周縁部に被着し、この電極（４）が被着
形成されていない半導体層（２）の中央部から矢印をも
って示すように電子ｅの放出をなさしめる。
上に一方の電極（４）を、基板（１）の裏面に他方の電
極（５）を被着し、両電極（４）及び（５）間に直流電
源（６）により、電極（４）を正極とする電圧全印加す
る構成となし得る。この場合、電極（４）は、例えば半
導体！（２１の周縁部に被着し、この電極（４）が被着
形成されていない半導体層（２）の中央部から矢印をも
って示すように電子ｅの放出をなさしめる。
先ず、超格子構造半導体層（２）について考察するに、
これについては、本出願人の出願に係る特願昭６０−５
２９７３号出願「半導体装置」で詳細記述したところで
あるが、今、超格子構造半導体層（２）を第１及び第２
の化合物半導体薄膜層（２ａ）及び（２ｂ）が、ＧａＡ
ｓと、Ａｎ！Ａｓの夫々ｎ原子層及びｍ原子層の（八Ｉ
Ａｓ）ｍ 、 （ＧａＡｓ）１１による場合において
、ｍ＝ｎとして、ｎを変化させたときの各エネルギーギ
ャップを測定した。この測定結果を、第３図中に黒丸を
もってプロシトした。第３図において、破線曲線は、ク
ローニッヒーペニーの理論に基づく計算によって得たエ
ネルギーギャップを示したもので、これと比較して明ら
かなように、ｎ≦８でクローニッヒーペニーのモデルに
一致しない、これは、ｎ （＝ｍ）≦８では、電子はも
はや局在せず、電子は半導体薄膜層の積層方向にトンネ
ル効果によらず伝導できることに因る。
これについては、本出願人の出願に係る特願昭６０−５
２９７３号出願「半導体装置」で詳細記述したところで
あるが、今、超格子構造半導体層（２）を第１及び第２
の化合物半導体薄膜層（２ａ）及び（２ｂ）が、ＧａＡ
ｓと、Ａｎ！Ａｓの夫々ｎ原子層及びｍ原子層の（八Ｉ
Ａｓ）ｍ 、 （ＧａＡｓ）１１による場合において
、ｍ＝ｎとして、ｎを変化させたときの各エネルギーギ
ャップを測定した。この測定結果を、第３図中に黒丸を
もってプロシトした。第３図において、破線曲線は、ク
ローニッヒーペニーの理論に基づく計算によって得たエ
ネルギーギャップを示したもので、これと比較して明ら
かなように、ｎ≦８でクローニッヒーペニーのモデルに
一致しない、これは、ｎ （＝ｍ）≦８では、電子はも
はや局在せず、電子は半導体薄膜層の積層方向にトンネ
ル効果によらず伝導できることに因る。
一方、ラマン散乱測定により、この
（ＡＩＩＡｓ）＋ｓ （ＧａＡｓ）ｎ （ｎ、 ｍ≦８
）におけるＧａＡｓ的ＬＯフ、オノン及び＾７Ａｓ的Ｌ
Ｏフォノンについて原子層数ｍ及びｎを夫々変化させて
、これらｍ及びｎの値の依存性を測定したところ、Ｇａ
Ａｓ的フォノンのエネルギーは、Ａｊ’Ａｓの原子層数
ｍに依存せず、ＧａＡｓの原子層数ｎによって決まり、
ＡｌＡｓ的フォオンのエネルギーはＧａＡｓ原子層数ｎ
には依存せず、ＡｌＡｓの原子層数ｍによって決まるも
のであることが確認された。つまり、ＬＯフオオンはＧ
ａＡｓ層及びＡｌＡｓ層に夫々局在していて、ＧａＡｓ
的ＬＯフォノン及びＡｎｉＡｓ的し０フオノンの各波動
関数は、夫々ＧａＡｓ層、ＡＩ！Ａｓ層に局在する定在
波であるということになる。
）におけるＧａＡｓ的ＬＯフ、オノン及び＾７Ａｓ的Ｌ
Ｏフォノンについて原子層数ｍ及びｎを夫々変化させて
、これらｍ及びｎの値の依存性を測定したところ、Ｇａ
Ａｓ的フォノンのエネルギーは、Ａｊ’Ａｓの原子層数
ｍに依存せず、ＧａＡｓの原子層数ｎによって決まり、
ＡｌＡｓ的フォオンのエネルギーはＧａＡｓ原子層数ｎ
には依存せず、ＡｌＡｓの原子層数ｍによって決まるも
のであることが確認された。つまり、ＬＯフオオンはＧ
ａＡｓ層及びＡｌＡｓ層に夫々局在していて、ＧａＡｓ
的ＬＯフォノン及びＡｎｉＡｓ的し０フオノンの各波動
関数は、夫々ＧａＡｓ層、ＡＩ！Ａｓ層に局在する定在
波であるということになる。
次に、ＬＯフォノン−電子散乱確率Ｗについてみると、
Ｗ＝（２π／不）ρ（ｆｌ ｌ ＭＬＯ−６ｌ ’
（Ｅｆ −Ｅｉ ）・・・・・・（１） （名＝ｈ／２π、ｈはブランク定数） のようにＬＯフォノン−電子散乱マトリクスニレメン）
； ＭＬｏ−ｅ、終状態密度ρ（「）を用いて書くこ
とができるものであり、このＭＬｏ−、はフォノンの運
動量の逆数に比例する。ところが上述したようにフォノ
ン波動関数が定在波であることから終状態でとりうるフ
ォノンの運動量ｑが著しく制限されるためにｑ〜０が禁
制となりＭＬｏ−ｅは上述の超格子中でバルクの時に比
べ極めて小さくなる。したがって電子のＬＯフォノンに
よる散乱確率は極めて小さくなり、極めて高い電子移動
度と速度を得ることができ、電界印加によって電子は高
エネルギーをもって電界の印加方向に走行し、電子放出
を生じることになる。
（Ｅｆ −Ｅｉ ）・・・・・・（１） （名＝ｈ／２π、ｈはブランク定数） のようにＬＯフォノン−電子散乱マトリクスニレメン）
； ＭＬｏ−ｅ、終状態密度ρ（「）を用いて書くこ
とができるものであり、このＭＬｏ−、はフォノンの運
動量の逆数に比例する。ところが上述したようにフォノ
ン波動関数が定在波であることから終状態でとりうるフ
ォノンの運動量ｑが著しく制限されるためにｑ〜０が禁
制となりＭＬｏ−ｅは上述の超格子中でバルクの時に比
べ極めて小さくなる。したがって電子のＬＯフォノンに
よる散乱確率は極めて小さくなり、極めて高い電子移動
度と速度を得ることができ、電界印加によって電子は高
エネルギーをもって電界の印加方向に走行し、電子放出
を生じることになる。
更に第１図を参照して本発明による電子放射半導体装置
の一例の構造を説明する。
の一例の構造を説明する。
例えばＣｒがドープされた半絶縁性のＧａＡｓ半導体基
板（１１上に、第１及び第２の化合物半導体薄膜層（２
ａ）及び（２ｂ）として、夫々ＧａＡｓ及びＡｌＡｓを
夫々１〜２原子層をもって有機金属気相成長法（ＭＯＣ
ＶＤ法）或いは分子線エピタキシー法（ＭＢＩＥ法）に
よって形成する。そして、この第１及び第２の化合物半
導体薄膜７１１１（２ａ）及び（２ｂ）による超格子構
造半導体層（２）上に電極（４）をアロイする。
板（１１上に、第１及び第２の化合物半導体薄膜層（２
ａ）及び（２ｂ）として、夫々ＧａＡｓ及びＡｌＡｓを
夫々１〜２原子層をもって有機金属気相成長法（ＭＯＣ
ＶＤ法）或いは分子線エピタキシー法（ＭＢＩＥ法）に
よって形成する。そして、この第１及び第２の化合物半
導体薄膜７１１１（２ａ）及び（２ｂ）による超格子構
造半導体層（２）上に電極（４）をアロイする。
この電極（４）は、例えばリング状に形成し、その中心
部から電子を放出させるようにする。この電子放出部と
なる超格子構造半導体層（２）の表面にはこれを保護す
るための例えばＧａＡｓのエピタキシャル層から成るキ
ャップＪｉｊｉ （７）を被着形成しておくこともでき
る。
部から電子を放出させるようにする。この電子放出部と
なる超格子構造半導体層（２）の表面にはこれを保護す
るための例えばＧａＡｓのエピタキシャル層から成るキ
ャップＪｉｊｉ （７）を被着形成しておくこともでき
る。
一方、基板（１）の裏面に他方の電極（５）をオーＥ
”／りに被着し、電極（４）及び（５）間に電源（６）
を投入する。
”／りに被着し、電極（４）及び（５）間に電源（６）
を投入する。
このようにすると、キャップＨ（？）から電子ｅの放出
を行わしめることができる。
を行わしめることができる。
尚、上述した例では、ＡｌＡｓとの組合せによる超格子
構造とした場合であるが、そのほかＡｌＡｓとＩｎＡｓ
＋ ＧａＡｓとＩｎＡｓなど種々の変更をとり得る。
構造とした場合であるが、そのほかＡｌＡｓとＩｎＡｓ
＋ ＧａＡｓとＩｎＡｓなど種々の変更をとり得る。
上述したように本発明によれば、ＬＯフォノンによる電
子の散乱を効果的に回避したことにより印加電界により
電子が効果的に加速され、かつそのエネルギーが失われ
ることなく高速をもって半導体から飛び出させることが
できるものであり、更に、この電子放出機構は熱電子放
出によるものではないことから、この電子放出は電源投
入後直ちに開始され即応性にすぐれ、電力消費の問題の
解消がはかられる。また放出される電子のエネルギー速
度は一様性が高いことから、電界による制御性の向上が
はかられ、陰極線管、或いは感光剤の硬化処理の電子ビ
ーム源として用いて解像度の高いビームスポットを得る
ことができるなど、実用上大きな利益をもたらす。
子の散乱を効果的に回避したことにより印加電界により
電子が効果的に加速され、かつそのエネルギーが失われ
ることなく高速をもって半導体から飛び出させることが
できるものであり、更に、この電子放出機構は熱電子放
出によるものではないことから、この電子放出は電源投
入後直ちに開始され即応性にすぐれ、電力消費の問題の
解消がはかられる。また放出される電子のエネルギー速
度は一様性が高いことから、電界による制御性の向上が
はかられ、陰極線管、或いは感光剤の硬化処理の電子ビ
ーム源として用いて解像度の高いビームスポットを得る
ことができるなど、実用上大きな利益をもたらす。
第１図は本発明による電子放射半導体装置の一例の拡大
路線的断面図、第２図は運動量−振動数分散図、第３図
は超格子構造の原子層数とエネルギーギヤツブの関係の
測定結果を示す図である。 （］）は半導体基板、（２）は超格子構造半導体層、（
３）は電界印加手段、（４）及び（５）はその電極であ
る。
路線的断面図、第２図は運動量−振動数分散図、第３図
は超格子構造の原子層数とエネルギーギヤツブの関係の
測定結果を示す図である。 （］）は半導体基板、（２）は超格子構造半導体層、（
３）は電界印加手段、（４）及び（５）はその電極であ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半導体基板と、 この半導体基板上に形成された超格子構造半導体層と、 この超格子構造半導体層に対しほぼ垂直方向に電界を印
加する電界印加手段と を具備して成り、 上記超格子構造半導体層は、夫々分数を含む８原子層以
下の互いに異なる複数種の半導体薄膜層が交互にエピタ
キシャル成長されて成り、 上記超格子構造半導体層の垂直方向から電子放射を行う
ようにした ことを特徴とする電子放射半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61063180A JPS62219424A (ja) | 1986-03-20 | 1986-03-20 | 電子放射半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61063180A JPS62219424A (ja) | 1986-03-20 | 1986-03-20 | 電子放射半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62219424A true JPS62219424A (ja) | 1987-09-26 |
Family
ID=13221784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61063180A Pending JPS62219424A (ja) | 1986-03-20 | 1986-03-20 | 電子放射半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62219424A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0287067A2 (en) * | 1987-04-14 | 1988-10-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron emission device |
-
1986
- 1986-03-20 JP JP61063180A patent/JPS62219424A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0287067A2 (en) * | 1987-04-14 | 1988-10-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron emission device |
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