JPH0821313B2 - 固体電子ビ−ム発生装置 - Google Patents
固体電子ビ−ム発生装置Info
- Publication number
- JPH0821313B2 JPH0821313B2 JP18939586A JP18939586A JPH0821313B2 JP H0821313 B2 JPH0821313 B2 JP H0821313B2 JP 18939586 A JP18939586 A JP 18939586A JP 18939586 A JP18939586 A JP 18939586A JP H0821313 B2 JPH0821313 B2 JP H0821313B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- layer
- electron beam
- solid
- type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
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し、前記ヘテ
ロ接合構成が前記第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し、前
記第１領域から前記第二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ようにし
たことを特徴とする。
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し、前記ヘテ
ロ接合構成が前記第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し、前
記第１領域から前記第二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ようにし
たことを特徴とする。
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てもよい。
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てもよい。
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
領域としてもよい。
(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）とを積層して構成されていてもよ
い。
で、０＜ｘ≦１）により形成され、前記第２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）とを積層して構成されていてもよ
い。
あるいは、上述のいずれかの固体電子ビーム発生装置
で、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。
で、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］ 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。
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。
る。
本実施例では、Si基板１上にMOCVD（Metalorganic 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の電子ビーム発生領域以外は、不活性層
を形成するために、酸素をイオン注入する。
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の電子ビーム発生領域以外は、不活性層
を形成するために、酸素をイオン注入する。
Ｎ型AlxGa(1-x)As層８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。
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。
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Ｎ型AlxGa(1-x)As層である。ここで、ｘは混晶の
組成を表す定数であり、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。
組成を表す定数であり、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、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。
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。
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,P,Te,Si,Oの中の少なくとも１つ
を含む材料を付着させることも可能である。
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１つ
を含む材料を付着させ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、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GaAs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。あるいはまた、ｐ型Ga
As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、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GaAs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。あるいはまた、ｐ型Ga
As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
GaAs−AlxGa(1-x)As系によるNp形のエピタキシャル膜を
成長させてある。
GaAs−AlxGa(1-x)As系によるNp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。
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８は、先に述べたとおり、層10へ
の電流注入効率を上げるために、ワイドバンドギャップ
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、ワイドバンドギャップ
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８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。
19cm-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、上記層８の膜厚は、第２図ではMBE装置もしく
はMOCVD装置により1500Åとしたが、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。
はMOCVD装置により1500Åとしたが、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。
電極13はn+型GaAs層７上に設けられているため、この
n+形GaAs層７を高ドープとして電圧降下を減らすように
してある。
n+形GaAs層７を高ドープとして電圧降下を減らすように
してある。
次に層10について説明する。先に述べたとおり、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10の膜厚を300
Å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層を用いている。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10の膜厚を300
Åにする。
また、層８のバンドギャップと層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、層８としてAl0.3Ga0.7Asを用
い、層10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８としてAl0.3Ga0.7Asを用
い、層10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。
層10の表面には酸化セシウム（Cs−Ｏ）が拡散されて
いるため、ベース層表面の仕事関数は、1.4eVと低くな
っている。
いるため、ベース層表面の仕事関数は、1.4eVと低くな
っている。
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、層８と層10間に順方向バ
イアス電圧としてVEBを、外部加速用電極15と層10との
間に電圧Va（外部電極側がプラス）を印加したときのエ
ネルギーバンド図である。いま、層８と層10間に電圧V
EBとして1.45Vを印加すると、層８における擬似フェル
ミ準位EFが層10の伝導帯に近づく。
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、層８と層10間に順方向バ
イアス電圧としてVEBを、外部加速用電極15と層10との
間に電圧Va（外部電極側がプラス）を印加したときのエ
ネルギーバンド図である。いま、層８と層10間に電圧V
EBとして1.45Vを印加すると、層８における擬似フェル
ミ準位EFが層10の伝導帯に近づく。
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。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。
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。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10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10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10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15と層10との間の印加電圧Vaより、第３図に
示す如く下の方に曲がり、放出された電子はこの電界に
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10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10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15と層10との間の印加電圧Vaより、第３図に
示す如く下の方に曲がり、放出された電子はこの電界に
より加速される。
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。
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。
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10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、ウ
ェル層の膜厚を20Åとすると、第１共鳴準位は、層10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、層８と層10の間に電圧VEBを順方
向に印加し、層８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10を通過する。
ェル層の膜厚を20Åとすると、第１共鳴準位は、層10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、層８と層10の間に電圧VEBを順方
向に印加し、層８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10を通過する。
また、層８のドープ量を１×1018cm-3程度にすると、
層８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10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８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10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10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10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２実施例では、層８領域と層10領域とのヘテ
ル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８領域と層10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。
ル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８領域と層10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系材料等を用いることも可
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系材料等を用いることも可
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は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。
直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装置や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。
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。
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。
動作部である膜構成が単純なため、作製が容易であ
る。
る。
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。
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、 ９……Ｎ型AlxGa(1-x)As酸素注入不活性層、 10……ｐ型GaAs層、 11……ｎ型GaAs層、 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、 ９……Ｎ型AlxGa(1-x)As酸素注入不活性層、 10……ｐ型GaAs層、 11……ｎ型GaAs層、 12……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し、前記ヘテ
ロ接合構成が前記第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】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】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）と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 |
|---|---|---|---|
| JP18939586A JPH0821313B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP18939586A JPH0821313B2 (ja) | 1986-08-12 | 1986-08-12 | 固体電子ビ−ム発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6345733A JPS6345733A (ja) | 1988-02-26 |
| JPH0821313B2 true JPH0821313B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=16240580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18939586A Expired - Fee Related JPH0821313B2 (ja) | 1986-08-12 | 1986-08-12 | 固体電子ビ−ム発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821313B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150094566A (ko) * | 2015-07-29 | 2015-08-19 | 은덕기 | 딸기 증식용기를 이용한 딸기 증식방법 |
Family Cites Families (2)
| 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 |
| NL184549C (nl) * | 1978-01-27 | 1989-08-16 | Philips Nv | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van een elektronenstroom en weergeefinrichting voorzien van een dergelijke halfgeleiderinrichting. |
-
1986
- 1986-08-12 JP JP18939586A patent/JPH0821313B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150094566A (ko) * | 2015-07-29 | 2015-08-19 | 은덕기 | 딸기 증식용기를 이용한 딸기 증식방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6345733A (ja) | 1988-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6525335B1 (en) | Light emitting semiconductor devices including wafer bonded heterostructures | |
| JP2788243B2 (ja) | 半導体電子放出素子及び半導体電子放出装置 | |
| JPH0758774B2 (ja) | 半導体装置 | |
| EP0257460B1 (en) | Solid-state electron beam generator | |
| EP0273363A2 (en) | Heterojunction bipolar transistor with ballistic operation | |
| JP2612572B2 (ja) | 電子放出素子 | |
| US4040080A (en) | Semiconductor cold electron emission device | |
| US3972060A (en) | Semiconductor cold electron emission device | |
| JPH0821313B2 (ja) | 固体電子ビ−ム発生装置 | |
| CA1237538A (en) | Lateral bipolar transistor | |
| JPH0821312B2 (ja) | 固体電子ビ−ム発生装置 | |
| JPH07111863B2 (ja) | 固体電子ビ−ム発生装置 | |
| JPH07111865B2 (ja) | 固体電子ビ−ム発生装置 | |
| JPH07111862B2 (ja) | 固体電子ビ−ム発生装置 | |
| Sahai et al. | Double-heterojunction photocathode devices | |
| JPH07111866B2 (ja) | 固体電子ビ−ム発生装置 | |
| US4040074A (en) | Semiconductor cold electron emission device | |
| JPH07111867B2 (ja) | 固体電子ビ−ム発生装置 | |
| JP3638413B2 (ja) | 半導体発光装置とその製造方法 | |
| JPH07111864B2 (ja) | 固体電子ビ−ム発生装置 | |
| JP3723314B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JPH0656853B2 (ja) | ヘテロ接合バイポ−ラトランジスタ | |
| JP2774155B2 (ja) | 電子放出素子 | |
| JP2771214B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP2780819B2 (ja) | 半導体電子放出素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |