JPH07111866B2 - Solid-state electron beam generator - Google Patents
Solid-state electron beam generatorInfo
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- JPH07111866B2 JPH07111866B2 JP18939886A JP18939886A JPH07111866B2 JP H07111866 B2 JPH07111866 B2 JP H07111866B2 JP 18939886 A JP18939886 A JP 18939886A JP 18939886 A JP18939886 A JP 18939886A JP H07111866 B2 JPH07111866 B2 JP H07111866B2
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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成る
ヘテロバイポーラ半導体を、Si基板上に設けたGaAsエピ
タキシャル膜の上に形成する際に、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 heterobipolar semiconductor consisting of a collector region having an electron emission surface are formed on the GaAs epitaxial film provided on the Si substrate, the mixed crystal ratio of the predetermined material gradually changes in the thickness direction. An inclined layer is inserted between the emitter region and the base region, electrons are injected from the emitter region to the base region, and a reverse bias voltage is applied between the base region and the collector region. The electrons are emitted from the electron emission surface.
[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。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 the emitter region having a wide bandgap to the base region having a narrow bandgap through the graded layer, and further generated in the collector region. The electrons are accelerated to give sufficiently large kinetic energy to the electrons, and the electrons are emitted from the end face of the collector region. 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 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の電子ビーム発生部以外は、酸素をイオ
ン注入装置で打ち込み、不活性層9を形成する。In this embodiment, MOCVD (Metalorganic Chromium) is formed on the Si substrate 1.
and the AlP layer 2 and
The AlGaP layer 3 is grown, and then the GaP and GaAsP superlattice layers 4, G
A superlattice layer 5 of aAsP and GaAs is provided, and a GaAs layer 6 is grown on it. 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
Except for the electron beam generating portion of the Ga (1-x) As layer 8, oxygen is implanted by an ion implantation device 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まで連続的に変化させた傾斜(grad
ed)層20を形成する。更に、この傾斜層20の上には、p
型GaAs層10およびn型GaAs層11を設ける。また、このn
型GaAs層11の表面には仕事関数低下材(例えば、酸化セ
シウム(Cs−O))12を拡散もしくは付着する。On the N-type Al x Ga (1-x) As layer 8, the mixed crystal ratio x of Al is gradually decreased and the gradient (gradient) is continuously changed to GaAs.
ed) forming layer 20. Furthermore, on the gradient layer 20, p
A type GaAs layer 10 and an n type GaAs layer 11 are provided. Also, this n
A work function lowering material (for example, cesium oxide (Cs-O)) 12 is diffused or attached to the surface of the type GaAs layer 11.
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 N-type Al x Ga (1-x) As layer which acts as an emitter. 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、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。10 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.
11は、コレクタとして作用するn型GaAs層である。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層の替わりに、n型AltGa(1-t)As層(0≦t≦1)
を用いることも可能である。Reference numeral 11 is an n-type GaAs layer 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
N-type Al t Ga (1-t) As layer (0 ≦ t ≦ 1) instead of GaAs layer
It is also possible to use.
また、12はコレクタ層11の表面に付着もしくは拡散させ
た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,S
b,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。Further, 12 is a Cs-O layer adhered to or diffused on the surface of the collector layer 11, and acts as an electron emission surface. This Cs
-In place of the O layer, an alkali metal such as Cs and Cu, Ag, Au, S
It is also possible to attach or diffuse a material containing at least one of b, Bi, Se, As, P, Te, Si and O.
13はエミッタ用電極、14はベース用電極、15はコレクタ
用電極である。Reference numeral 13 is an emitter electrode, 14 is a base electrode, and 15 is a collector electrode.
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,A
u−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、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。Au-Ge, Au-Ge-Ni, etc. are used as electrodes for n-type and N-type semiconductors, and Au-Sn, Ag-Zn, Au-Be, A are used as electrodes for p-type semiconductors.
u-Zn or the like may be used. Although the p-type GaAs electrode is formed directly on the p-type GaAs surface in FIG. 1, the electrode may be formed after the Be + ions are doped under the electrode formation portion to form the p + -type region. Alternatively, p + type on the p-type GaAs surface
It is also possible to grow a GaAs layer and form an electrode 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Npn形のエピタキシャル層を
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 Npn type epitaxial layer 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]、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8には、ベースへのキャリア注
入効率を上げるために、広いバンドギャップ材であるAl
xGa(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に
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 8 is made of a wide bandgap material, Al, in order to increase carrier injection efficiency into the base.
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8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10
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 8 is high (5 × 10 17
~ 1 × 10 19 cm -3 ), as many carriers as the base layer 10
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8とベース層10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
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、エミッタ層8とベース層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、
ベース層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 4 is inserted between the emitter layer 8 and the base layer 10, the mixed crystal ratio x of Al gradually decreases,
At the boundary with 10, x = 0. By inserting such a graded layer 20, spikes or the like do not occur at the hetero interface between the emitter layer 8 and the base layer 10, as shown in FIG. In this way, there are no spikes or other barriers,
Many carriers are injected into the base layer 10, and the injection efficiency is improved.
ベース層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。このベース層10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。As the base layer 10, a p-type which is a narrow band gap material
A GaAs layer is used. The doping amount of the base layer 10 is 5 × 10 18 cm -3 to reduce the resistance, and the thickness of the base layer is 300 Å to reduce scattering in the base region.
p型GaAsベース層10の上にはn型GaAsコレクタ層11を成
長させる。このn型GaAsコレクタ層11の表面にはCs−O1
2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。An n-type GaAs collector layer 11 is grown on the p-type GaAs base layer 10. The surface of the n-type GaAs collector layer 11 has Cs-O1
Since 2 is diffused (or adhered), the work function of the collector layer surface is as low as 1.4 eV. As described above, a material containing {alkali metal such as Cs + (Sb, Bi, Se, As, P, Te, Cu, Ag, Au, Si, O)} is also used for this surface layer. be able to.
コレクタ層11へのドープ量はコレクタ用電極15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。本実施例ではコレクタ層11
の膜厚を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、コレクタ用電極15とのオーミック
接触が良好に行われれば、コレクタ層11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M
OCVD装置等を用いて成長させることにより、良質で且つ
均一な膜が形成される。The amount of doping into the collector layer 11 is set to be highly doped (1 × 10 18 / cm −3 ) so that the contact with the collector electrode 15 becomes ohmic and the resistance becomes low. In this embodiment, the collector layer 11
Although the film thickness of was set to 1000Å, it is not limited to this value. That is, if the ohmic contact with the collector electrode 15 is favorably performed, it is desirable that the collector layer 11 be thinner. Each of these layers is an MBE device or M
A good quality and uniform film is formed by growing using an OCVD device or the like.
次にバイアス印加時の説明を行う(第2図の破線参
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、さら
に外部加速用電極(図示せず)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等が拡散もしくは付着された表面か
ら放出される。放出もしくは付着された電子は、図示し
ない外部加速用電極により形成された外部電界により、
さらに運動エネルギーを得る。Next, description will be given when the bias is applied (see the broken 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 accelerating electrode (not shown), the emitter to the base is applied. The carriers (electrons) injected into are accelerated by the electric field between the base and collector, and are emitted from the surface where Cs-O or the like is diffused or adhered. The emitted or attached electrons are generated by an external electric field formed by an external acceleration electrode (not shown),
Gain more kinetic energy.
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、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 the 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層と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.
Reference numeral 36 is a layer of GaP and GaAsP, 38 is a layer of GaAsP and GaAs, and 40 is a GaAs layer. The layer structure of each of these layers is
The layer structure is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
また、42はエミッタ用電極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)エミッタ層、48はエミッタ層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ベ
ース層、52はn型GaAsコレクタ層、54はコレクタ用電極
56とのオーミック接触を得るためのn+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。66はベース用電極、62は外部加
速用電極である。Further, 42 is an n + type GaAs layer for obtaining ohmic contact with the emitter electrode 44, and 46 is N type Al x Ga (1-x) As (0 <x ≦
1) As the emitter layer, 48 is separated from the emitter layer 46,
Gradient layer with gradually decreasing Al mixed crystal ratio, 50 p-type GaAs base layer, 52 n-type GaAs collector layer, 54 collector electrode
An n + type GaAs layer for obtaining ohmic contact with 56, and 58 is a layer obtained by diffusing (or adhering) Cs-O or the like in order to lower the work function. Reference numeral 66 is a base electrode, and 62 is an external acceleration electrode.
n+型GaAs層54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+型領域64,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68を形成する。さらに、SiO2保護層60を形成し、コ
レクタ用電極56およびベース用電極66を作製する。エミ
ッタ用電極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。After the n + -type GaAs layer 54 is formed, a p + -type region 64 in which Be is ion-implanted in the p-type GaAs (base) electrode formation region, and a region in which B is ion-implanted for insulation between the base-emitter and element isolation Forming 68. Further, a SiO 2 protective layer 60 is formed and a collector electrode 56 and a base electrode 66 are produced. Regarding the emitter electrode 44, a hole is dug until it reaches 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、p型GaAsベース層
10(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, Cs-O is diffused (or attached) to form the layer 58, and the fabrication of this example is completed. Unlike the first embodiment described above, the second embodiment has a p-type GaAs base layer.
Not only does a difficult process such as etching up to 10 (see FIG. 1) become unnecessary, but it has the advantage that the device 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.
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、ベースに注入される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。Furthermore, 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.
基板として熱抵抗と小さい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 heat resistance and low Si 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.
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.
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、 5……GaAsP/GaAs超格子、 6……GaAs層、 7……n+型GaAs層、 8……N型AlxGa(1-x)As層(エミッタ)、 9……N型AlxGa(1-x)As酸素注入不活性層、 10……p型GaAs層(ベース)、 11……n型GaAs(コレクタ)、 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, 5 ... GaAsP / GaAs superlattice, 6 ... GaAs layer, 7 ... n + type GaAs layer , 8 ... N-type Al x Ga (1-x) As layer (emitter), 9 ... N-type Al x Ga (1-x) As oxygen injection inactive layer, 10 ... p-type GaAs layer (base) , 11 n-type GaAs (collector), 12 Cs-O diffusion layer, 20 graded layer.
Claims (5)
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成るヘテロバイポーラ半導体を、Si
基板上に設けたGaAsエピタキシャル膜の上に形成する際
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 semiconductor 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, Si
When forming on the GaAs epitaxial film provided on the substrate, insert a gradient layer in which the mixed crystal ratio of the predetermined material is gradually changing in the thickness direction, between the emitter region and the base region, Electrons are injected from the emitter region to the base region, and a reverse bias voltage is applied between the base region and the collector region to emit the electrons from the electron emission surface. Solid-state electron beam generator.
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 Al x Ga.sub. (1-x) As layer (where 0 <x ≦ 1) having a first bandgap is formed on a Si substrate to form the emitter region, and A p-type Al z Ga (1-z) As layer (where 0 ≦ z <x) having a band gap is formed as the base region, and an n-type Al t Ga (1-t) As layer (here, , 0 ≦ t ≦ 1) is set as the collector region. The solid-state electron beam generator according to claim 1, wherein
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.
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-state electron according to claim 2, wherein a layer in which the mixed crystal ratio x of the Al x Ga (1-x) As layer is gradually changed is used as the gradient layer. Beam generator.
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 solid state electron beam according to claim 2, wherein oxygen is injected into a predetermined region of the N-type Al x Ga (1-x) As layer to form an inactive region. Generator.
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP18939886A JPH07111866B2 (en) | 1986-08-12 | 1986-08-12 | Solid-state electron beam generator |
| DE3751781T DE3751781T2 (en) | 1986-08-12 | 1987-08-12 | Solid state electron gun |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP18939886A JPH07111866B2 (en) | 1986-08-12 | 1986-08-12 | Solid-state electron beam generator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6345736A JPS6345736A (en) | 1988-02-26 |
| JPH07111866B2 true JPH07111866B2 (en) | 1995-11-29 |
Family
ID=16240625
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|---|---|
| JP (1) | JPH07111866B2 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5430274B2 (en) | 2009-07-31 | 2014-02-26 | 矢崎総業株式会社 | Chain terminal |
-
1986
- 1986-08-12 JP JP18939886A patent/JPH07111866B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5430274B2 (en) | 2009-07-31 | 2014-02-26 | 矢崎総業株式会社 | Chain terminal |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6345736A (en) | 1988-02-26 |
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