JPH0574331A - Semiconductor electron emitter - Google Patents

Semiconductor electron emitter

Info

Publication number
JPH0574331A
JPH0574331A JP23445791A JP23445791A JPH0574331A JP H0574331 A JPH0574331 A JP H0574331A JP 23445791 A JP23445791 A JP 23445791A JP 23445791 A JP23445791 A JP 23445791A JP H0574331 A JPH0574331 A JP H0574331A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type semiconductor
electron
semiconductor region
emitting device
emitting
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.)
Pending
Application number
JP23445791A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Watanabe
信男 渡邊
Takeo Tsukamoto
健夫 塚本
Norio Kaneko
典夫 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP23445791A priority Critical patent/JPH0574331A/en
Priority to EP92102746A priority patent/EP0504603B1/en
Priority to AT92102746T priority patent/ATE155610T1/en
Priority to DE69220823T priority patent/DE69220823T2/en
Publication of JPH0574331A publication Critical patent/JPH0574331A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 素子構造および製造工程の簡略化とともに、
素子動作の高速化を可能にする。 【構成】 高濃度P型半導体基板101上に、高濃度P
型半導体領域105と該高濃度P型半導体領域105に
キャリアを供給するP型半導体領域104とを接触して
配置し、さらに、高濃度P型半導体領域105およびP
型半導体領域104の周囲に外側に向って、P型半導体
領域103と、低濃度P型半導体領域102とを配置す
るとともに、素子表面に、高濃度P型半導体領域105
とのショットキ障壁接合を形成する金属膜であるショッ
トキ電極108を配する。それぞれの半導体領域のキャ
リア濃度の大小関係は、高濃度P型半導体領域105>
P型半導体領域104>P型半導体領域103>低濃度
P型半導体領域102とする。
(57) [Summary] [Purpose] With the simplification of the device structure and manufacturing process,
Enables high-speed device operation. [Structure] A high concentration P-type semiconductor substrate 101 is provided with a high concentration P
The type semiconductor region 105 and the P-type semiconductor region 104 which supplies carriers to the high-concentration P-type semiconductor region 105 are arranged in contact with each other, and the high-concentration P-type semiconductor regions 105 and P
The P-type semiconductor region 103 and the low-concentration P-type semiconductor region 102 are arranged outwardly around the type semiconductor region 104, and the high-concentration P-type semiconductor region 105 is formed on the element surface.
A Schottky electrode 108 which is a metal film forming a Schottky barrier junction with is arranged. The relationship between the carrier concentrations of the respective semiconductor regions is high-concentration P-type semiconductor region 105>
P-type semiconductor region 104> P-type semiconductor region 103> low-concentration P-type semiconductor region 102.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体電子放出素子に係
わり、特にアバランシェ降伏を起こさせホット化した電
子を放出させる半導体電子放出素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor electron-emitting device, and more particularly to a semiconductor electron-emitting device which causes avalanche breakdown to emit hot electrons.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体電子放出素子のうち、アバ
ランシェ降伏機構を用いたものとしては、例えば米国特
許第4259678号および米国特許第4303930
号に記載されているものが知られている。これらの半導
体電子放出素子は、半導体基板上にP型半導体層とN型
半導体層とを形成し、そのN型半導体層の表面にセシウ
ム等を付着させて表面の仕事関数を低下させることによ
り電子放出部を形成したものである。そして前記P型半
導体層と前記N型半導体層とにより形成されたPN接合
の両端に逆バイアス電圧を印加してアバランシェ降伏を
起こすことにより電子をホット化し、電子放出部から半
導体基板表面に垂直な方向に電子放出を行なうものであ
る。
2. Description of the Related Art Among conventional semiconductor electron-emitting devices, devices using an avalanche breakdown mechanism include, for example, US Pat. No. 4,259,678 and US Pat. No. 4,303,930.
What is described in the issue is known. In these semiconductor electron-emitting devices, a P-type semiconductor layer and an N-type semiconductor layer are formed on a semiconductor substrate, and cesium or the like is attached to the surface of the N-type semiconductor layer to lower the work function of the surface, thereby reducing electrons. The discharge part is formed. Then, a reverse bias voltage is applied to both ends of the PN junction formed by the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer to cause avalanche breakdown, so that electrons are hotened and the electrons are emitted from the electron emission portion and are perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. The electron is emitted in the direction.

【0003】また別に、特開平01−220328号に
示されているように、P型半導体と金属材料、あるいは
P型半導体と金属化合物とによりショットキ障壁接合を
形成し、そのショットキ障壁接合の両端に逆バイアス電
圧を印加してアバランシェ降伏を起こすことにより電子
をホット化し、電子放出部から半導体基板表面に垂直な
方向に電子放出を行なうものがある。
Separately, as disclosed in JP-A-01-220328, a P-type semiconductor and a metal material, or a P-type semiconductor and a metal compound form a Schottky barrier junction, and both ends of the Schottky barrier junction are formed. There is a method in which a reverse bias voltage is applied to cause avalanche breakdown, so that electrons are hotened and electrons are emitted from an electron emission portion in a direction perpendicular to the semiconductor substrate surface.

【0004】上述した従来の半導体電子放出素子は、P
N接合あるいはショットキ障壁接合の両端に逆バイアス
電圧を印加した時に、空乏層幅が最も薄く形成される高
濃度P型半導体領域においてアバランシェ降伏を起こ
し、そこで生成されるエネルギーの高い電子を固体表面
より外部へ放出させるものである。しかしながら、PN
接合あるいは前記ショットキ障壁接合の周囲での空乏層
の形状は、その半導体のキャリア濃度および印加電圧に
よって決定される曲率半径を有するために、空乏層の他
の部分よりも電界が集中してしまう。したがって、本来
必要とする高濃度P型半導体領域でアバランシェ降伏が
生じるよりも低い印加電圧において、その空乏層周囲で
降伏あるいは電流のリークが起こってしまい、素子特性
を悪化させてしまう。
The conventional semiconductor electron-emitting device described above has a P
When a reverse bias voltage is applied across the N-junction or the Schottky barrier junction, avalanche breakdown occurs in the high-concentration P-type semiconductor region where the depletion layer width is thinnest, and electrons with high energy generated there are generated from the solid surface. It is to be released to the outside. However, PN
Since the shape of the depletion layer around the junction or the Schottky barrier junction has a radius of curvature determined by the carrier concentration of the semiconductor and the applied voltage, the electric field concentrates more than other portions of the depletion layer. Therefore, at an applied voltage lower than the avalanche breakdown that is originally required in the high-concentration P-type semiconductor region, breakdown or current leakage occurs around the depletion layer, deteriorating the device characteristics.

【0005】また、このPN接合あるいはショットキ障
壁接合の電子放出素子において、アバランシェ降伏を生
じる高濃度P型半導体領域の周囲のP型半導体のキャリ
ア濃度を低下させることにより空乏層周囲の曲率半径を
大きくし、そこでの低電圧での降伏を防ぐことが可能で
あるが、キャリアを供給するための電極とアバランシェ
降伏を起こす高濃度P型半導体領域との間の電気抵抗値
が高くなり、素子の動作電圧が上昇するばかりでなく、
ジュール熱の発生等による素子特性の悪化の問題が発生
する。
In the electron-emitting device having the PN junction or the Schottky barrier junction, the carrier concentration of the P-type semiconductor around the high-concentration P-type semiconductor region that causes avalanche breakdown is reduced to increase the radius of curvature around the depletion layer. Although it is possible to prevent breakdown at a low voltage there, the electric resistance value between the electrode for supplying carriers and the high-concentration P-type semiconductor region causing avalanche breakdown is increased, and the operation of the device is increased. Not only the voltage rises,
The problem of deterioration of element characteristics due to generation of Joule heat occurs.

【0006】そこで従来の素子においては、高濃度P型
半導体領域の周囲のP型半導体領域のキャリア濃度を極
端に低下することが不都合なので、そのP型半導体領域
内部に、前記高濃度P型半導体領域と同心円になるよう
に高濃度N型半導体のガードリング構造体を形成してい
た。これにより、前記高濃度P型半導体領域から外部へ
P型半導体領域、高濃度N型半導体領域と連続して空乏
層を形成しその最も外側の曲率半径を大きく形成するこ
とにより、空乏層周囲での降伏や電流のリークを防止し
ていた。
Therefore, in the conventional device, it is inconvenient to extremely reduce the carrier concentration in the P-type semiconductor region around the high-concentration P-type semiconductor region. The high-concentration N-type semiconductor guard ring structure is formed so as to be concentric with the region. As a result, a depletion layer is formed continuously from the high-concentration P-type semiconductor region to the outside with the P-type semiconductor region and the high-concentration N-type semiconductor region, and the outermost radius of curvature is formed to be large, so that the depletion layer is surrounded. The breakdown and current leakage were prevented.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
電子放出素子の素子構造では、リング状のN型半導体領
域(ガードリング構造体)を高濃度に形成するためのイ
オン注入あるいは熱拡散等の製造工程や、その高濃度N
型半導体のガードリングに電圧を印加するためのオーム
性接合電極を形成する工程が必要となり、製造工程が繁
雑になるという問題点がある。
In the device structure of the conventional semiconductor electron-emitting device described above, ion implantation or thermal diffusion for forming the ring-shaped N-type semiconductor region (guard ring structure) at a high concentration is performed. Manufacturing process and its high concentration N
A step of forming an ohmic junction electrode for applying a voltage to the guard ring of the type semiconductor is required, and there is a problem that the manufacturing process becomes complicated.

【0008】また、ガードリングやそのオーム性接合電
極を形成するための広い領域を必要とし、素子の小型化
が困難であった。
Further, a large area is required for forming the guard ring and its ohmic contact electrode, and it has been difficult to miniaturize the element.

【0009】本発明は、上記従来の技術が有する問題点
に鑑みてなされたもので、素子構造および製造工程の簡
略化とともに、素子動作の高速化を可能にする小型の半
導体電子放出素子を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the problems of the above-mentioned conventional technique, and provides a small-sized semiconductor electron-emitting device which enables the device structure and manufacturing process to be simplified and the device operation to be speeded up. The purpose is to do.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体電子放出
素子は、金属材料あるいは金属化合物材料と半導体との
ショットキ障壁接合からなる電子放出部を有して固体表
面から電子を放出する半導体電子放出素子において、前
記電子放出部が、前記ショットキ障壁接合を形成してア
バランシェ降伏を生じる第1のP型半導体領域を備え、
さらに、前記第1のP型半導体領域の周囲に位置する第
2のP型半導体領域と、該第2のP型半導体領域の周囲
に位置する第3のP型半導体領域と、前記第1のP型半
導体領域へキャリアを供給する第4のP型半導体領域と
を有し、前記第1ないし第4のP型半導体領域のキャリ
ア濃度の大小関係が、 (第1のP型半導体領域)>(第4のP型半導体領域)
>(第2のP型半導体領域)>(第3のP型半導体領
域) あるいは、 (第4のP型半導体領域)≧(第1のP型半導体領域)
>(第2のP型半導体領域)>(第3のP型半導体領
域) であることを特徴とする。
The semiconductor electron-emitting device of the present invention has a semiconductor electron-emitting device that has an electron-emitting portion composed of a Schottky barrier junction of a metal material or a metal compound material and a semiconductor and emits electrons from a solid surface. In the device, the electron emission portion includes a first P-type semiconductor region that forms the Schottky barrier junction and causes avalanche breakdown.
Furthermore, a second P-type semiconductor region located around the first P-type semiconductor region, a third P-type semiconductor region located around the second P-type semiconductor region, and the first P-type semiconductor region located around the second P-type semiconductor region. A fourth P-type semiconductor region for supplying carriers to the P-type semiconductor region, and the carrier concentration relationship between the first to fourth P-type semiconductor regions is (first P-type semiconductor region)> (Fourth P-type semiconductor region)
> (Second P-type semiconductor region)> (third P-type semiconductor region) or (fourth P-type semiconductor region) ≧ (first P-type semiconductor region)
> (Second P-type semiconductor region)> (third P-type semiconductor region)

【0011】また、本発明の半導体電子放出素子は、N
型半導体とP型半導体とのPN接合からなる電子放出部
を有して固体表面から電子を放出するする半導体電子放
出素子において、前記電子放出部が、前記固体表面に位
置するN型半導体領域と、該N型半導体領域とPN接合
を形成してアバランシェ降伏を生じる第1のP型半導体
領域とを備え、さらに、前記第1のP型半導体領域の周
囲に位置する第2のP型半導体領域と、該第2のP型半
導体領域の周囲に位置する第3のP型半導体領域と、前
記第1のP型半導体領域へキャリアを供給するための第
4のP型半導体領域とを有し、前記第1ないし第4のP
型半導体領域およびN型半導体領域のキャリア濃度の大
小関係が、 (N型半導体領域)>(第1のP型半導体領域)>(第
4のP型半導体領域)>(第2のP型半導体領域)>
(第3のP型半導体領域) あるいは、 (N型半導体領域)>(第4のP型半導体領域)≧(第
1のP型半導体領域)>(第2のP型半導体領域)>
(第3のP型半導体領域) であることを特徴とする。
Further, the semiconductor electron-emitting device of the present invention is N
In a semiconductor electron-emitting device that has an electron-emitting portion formed of a PN junction between a p-type semiconductor and a p-type semiconductor and emits electrons from a solid surface, the electron-emitting portion includes an n-type semiconductor region located on the solid surface. A first P-type semiconductor region that forms a PN junction with the N-type semiconductor region to cause avalanche breakdown, and further, a second P-type semiconductor region located around the first P-type semiconductor region. A third P-type semiconductor region located around the second P-type semiconductor region, and a fourth P-type semiconductor region for supplying carriers to the first P-type semiconductor region. , The first to fourth P
The relationship between the carrier concentrations of the n-type semiconductor region and the n-type semiconductor region is (N-type semiconductor region)> (first P-type semiconductor region)> (fourth P-type semiconductor region)> (second P-type semiconductor) Area)>
(Third P-type semiconductor region) or (N-type semiconductor region)> (Fourth P-type semiconductor region) ≧ (First P-type semiconductor region)> (Second P-type semiconductor region)>
(Third P-type semiconductor region).

【0012】[0012]

【作用】本発明は前記課題を解決するために、以下の手
段を講ずるものである。
The present invention takes the following means in order to solve the above problems.

【0013】半導体電子放出素子において、アバランシ
ェ降伏を生じる高濃度の第1のP型半導体領域の周囲
に、キャリア濃度が低い第2のP型半導体領域とさらに
キャリア濃度が低い第3のP型半導体領域とを形成す
る。これにより、空乏層の形状を、前記第1のP型半導
体領域において最も薄く、電界が集中しやすい形状とす
ることが可能となる。したがって、前記第1のP型半導
体領域でのみ効率良くアバランシェ降伏を生じさせるこ
とが可能となる。また、第1のP型半導体領域へキャリ
アを供給する経路を、第2のP型半導体領域よりもキャ
リア濃度の高い第4のP型半導体領域とすることによ
り、半導体電子放出素子の直列抵抗値が低下する。
In a semiconductor electron-emitting device, a second P-type semiconductor region having a low carrier concentration and a third P-type semiconductor having a lower carrier concentration are provided around a high-concentration first P-type semiconductor region which causes avalanche breakdown. And a region. As a result, the depletion layer can be formed to have the thinnest shape in the first P-type semiconductor region where the electric field can be easily concentrated. Therefore, it becomes possible to efficiently cause the avalanche breakdown only in the first P-type semiconductor region. Further, the series resistance value of the semiconductor electron-emitting device is set by setting the path for supplying carriers to the first P-type semiconductor region to the fourth P-type semiconductor region having a carrier concentration higher than that of the second P-type semiconductor region. Is reduced.

【0014】[0014]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.

【0015】(実施例1)図1は本発明の第1実施例で
あるショットキ障壁接合型の半導体放出素子を示す断面
図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing a Schottky barrier junction type semiconductor emitting device according to a first embodiment of the present invention.

【0016】本実施例の半導体電子放出素子は、高濃度
P型半導体基板101上の略中央部に、円筒状の、第1
のP型半導体領域である高濃度P型半導体領域105と
該高濃度P型半導体領域105にキャリアを供給する第
4のP型半導体領域であるP型半導体領域104とを接
触して配置し、さらに、前記高濃度P型半導体領域10
5およびP型半導体領域104の周囲に外側に向って同
心円状に、第2のP型半導体領域であるP型半導体領域
103と、第3のP型半導体領域である低濃度P型半導
体領域102とを配置するとともに、素子表面に、前記
高濃度P型半導体領域105とのショットキ障壁接合を
形成する金属膜であるショットキ電極108とを配して
なるショットキ障壁接合型の素子である。
The semiconductor electron-emitting device of this embodiment has a cylindrical first, substantially central portion on a high-concentration P-type semiconductor substrate 101.
The high-concentration P-type semiconductor region 105, which is the P-type semiconductor region, and the P-type semiconductor region 104, which is the fourth P-type semiconductor region that supplies carriers to the high-concentration P-type semiconductor region 105, are arranged in contact with each other, Furthermore, the high-concentration P-type semiconductor region 10
5 and the P-type semiconductor region 104, the P-type semiconductor region 103 that is the second P-type semiconductor region and the low-concentration P-type semiconductor region 102 that is the third P-type semiconductor region are formed concentrically toward the outside. And a Schottky electrode 108, which is a metal film that forms a Schottky barrier junction with the high-concentration P-type semiconductor region 105, on the element surface.

【0017】さらに、本実施例の半導体電子放出素子
は、前記ショットキ障壁接合に逆電圧を印加するため
の、高濃度P型半導体基板101に対するオーム性接合
電極106と前記ショットキ電極108に対する電極配
線109とが設けられており、前記逆方向電圧は電源1
10から印加される。
Further, in the semiconductor electron-emitting device of this embodiment, the ohmic junction electrode 106 for the high-concentration P-type semiconductor substrate 101 and the electrode wiring 109 for the Schottky electrode 108 for applying a reverse voltage to the Schottky barrier junction. And the reverse voltage is applied to the power source 1
It is applied from 10.

【0018】なお、前記電極配線109は、前述したP
型の各半導体領域との短絡を防ぐために前記低濃度P型
半導体領域102上に形成した絶縁膜107上にてショ
ットキ電極108と接触している。また、図中111
は、前記逆方向電圧を印加した状態での空乏層端の形状
を示しており、112は前記逆方向電圧を印加すること
でアバランシェ降伏が起こる領域を示している。
The electrode wiring 109 has the above-mentioned P
In order to prevent a short circuit with each semiconductor region of the mold, the Schottky electrode 108 is in contact with the insulating film 107 formed on the low concentration P-type semiconductor region 102. In addition, 111 in the figure
Shows the shape of the edge of the depletion layer when the reverse voltage is applied, and 112 shows the region where avalanche breakdown occurs when the reverse voltage is applied.

【0019】ここで、図2を参照してショットキ障壁接
合を用いた半導体電子放出素子における電子放出過程に
ついて説明する。
The electron emission process in the semiconductor electron emission device using the Schottky barrier junction will be described with reference to FIG.

【0020】P型半導体とショットキ障壁接合を形成し
てなるショットキダイオードに逆バイアス電圧を印加す
ることにより、P型半導体の伝導帯の底EC はショット
キ障壁を形成する金属電極の真空準位EVAC よりも高い
エネルギー準位となり、アバランシェ降伏が発生する。
アバランシェ降伏によって生成された電子は、半導体−
金属電極界面に生ずる空乏層内の電界によって格子温度
よりも高いエネルギーを得て、P型半導体からショット
キ障壁接合を形成する金属電極へと注入される。ショッ
トキ障壁接合を形成する金属電極表面の仕事関数よりも
大きなエネルギーを持った電子は、真空中へ放出され
る。したがって前述のように、金属電極表面を低仕事関
数処理することは電子放出量の増加につながる。
By applying a reverse bias voltage to the Schottky diode formed by forming a Schottky barrier junction with the P-type semiconductor, the bottom E C of the conduction band of the P-type semiconductor has a vacuum level E of the metal electrode forming the Schottky barrier. The energy level becomes higher than VAC and avalanche breakdown occurs.
The electrons generated by the avalanche breakdown are semiconductor-
Energy higher than the lattice temperature is obtained by the electric field in the depletion layer generated at the metal electrode interface, and the energy is injected from the P-type semiconductor to the metal electrode forming the Schottky barrier junction. Electrons having an energy larger than the work function of the surface of the metal electrode forming the Schottky barrier junction are emitted into the vacuum. Therefore, as described above, treating the metal electrode surface with a low work function leads to an increase in electron emission amount.

【0021】以下、図1に示した半導体電子放出素子の
具体的な製造工程の一例について説明する。
An example of a specific manufacturing process of the semiconductor electron-emitting device shown in FIG. 1 will be described below.

【0022】(1)キャリア濃度が5×1018cmー3
亜鉛(Zn)ドープの高濃度P型半導体基板101(G
aAs)上に分子線エピタキシャル成長(MBE)法に
より、ベリリウム(Be)濃度が1×1015cmー3以下
の低濃度P型GaAs半導体層を厚さ0.6μm成長し
た。この低濃度P型GaAs半導体層が後に低濃度P型
半導体領域102となる。
(1) Zinc (Zn) -doped high-concentration P-type semiconductor substrate 101 (G) having a carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3
A low-concentration P-type GaAs semiconductor layer having a beryllium (Be) concentration of 1 × 10 15 cm −3 or less was grown to a thickness of 0.6 μm on aAs) by the molecular beam epitaxial growth (MBE) method. This low-concentration P-type GaAs semiconductor layer will later become the low-concentration P-type semiconductor region 102.

【0023】(2)P型半導体領域103に相当する領
域には、前記低濃度P型GaAs半導体層表面から前記
高濃度P型半導体基板101までほぼ均一にBe濃度が
2×1017cmー3となるように、集束イオンビーム(F
IB)注入法により160keVおよび40keVに加
速したBeイオンを順次注入した。また、P型半導体領
域104および高濃度P型半導体領域105に相当する
領域にも、FIB注入法により、Be濃度がそれぞれ1
×1018cmー3および2×1018cmー3となるようにB
eイオンを注入した。
(2) In the region corresponding to the P-type semiconductor region 103, the Be concentration is approximately 2 × 10 17 cm −3 from the surface of the low-concentration P-type GaAs semiconductor layer to the high-concentration P-type semiconductor substrate 101. Focused ion beam (F
Be ions accelerated to 160 keV and 40 keV by the IB) implantation method were sequentially implanted. Further, in the regions corresponding to the P-type semiconductor region 104 and the high-concentration P-type semiconductor region 105, the Be concentration is 1 by the FIB implantation method.
B so as to be × 10 18 cm -3 and 2 × 10 18 cm -3
e ions were implanted.

【0024】(3)前述のようにBeイオンを注入した
低濃度P型GaAs半導体層の表面に、キャップ材とし
てSiO2 をスパッタリング法により厚さ約0.1μm
堆積後、850℃、10秒間の熱処理により注入部を活
性化した。
(3) On the surface of the low-concentration P-type GaAs semiconductor layer implanted with Be ions as described above, SiO 2 as a cap material is sputtered to a thickness of about 0.1 μm.
After the deposition, the injection part was activated by heat treatment at 850 ° C. for 10 seconds.

【0025】以上の注入工程(2)および1回の熱処理
工程(3)により、第1ないし第4のP型半導体領域で
ある高濃度P型半導体領域105、P型半導体領域10
3、104および低濃度P型半導体領域102を形成す
ることが可能であり、高濃度N型ガードリングとそのオ
ーム性接合電極を有する従来素子と比較して、製造工程
の簡略化が可能となった。
By the above implantation step (2) and one heat treatment step (3), the high-concentration P-type semiconductor region 105 and the P-type semiconductor region 10 which are the first to fourth P-type semiconductor regions are formed.
3, 104 and the low-concentration P-type semiconductor region 102 can be formed, and the manufacturing process can be simplified as compared with a conventional element having a high-concentration N-type guard ring and its ohmic junction electrode. It was

【0026】前記高濃度P型半導体領域105、P型半
導体領域103、104および低濃度P型半導体領域1
02のキャリア濃度の大小関係は、 高濃度P型半導体領域105(第1のP型半導体領域)
>P型半導体領域104(第4のP型半導体領域)>P
型半導体領域103(第2のP型半導体領域)>低濃度
P型半導体領域102(第3のP型半導体領域) となっている。
The high-concentration P-type semiconductor region 105, the P-type semiconductor regions 103 and 104, and the low-concentration P-type semiconductor region 1
The carrier concentration relationship of 02 is high-concentration P-type semiconductor region 105 (first P-type semiconductor region).
> P-type semiconductor region 104 (fourth P-type semiconductor region)> P
Type semiconductor region 103 (second P-type semiconductor region)> low-concentration P-type semiconductor region 102 (third P-type semiconductor region).

【0027】(4)次に、前述の熱処理用のSiO2
を除去した後、絶縁膜107としてSiO2 を厚さ0.
5μm成膜する。また、前記高濃度P型半導体基板10
1の裏面に金(Au)/クロム(Cr)を真空蒸着して
350℃、5分の熱処理によりオーム性接合電極106
を形成した。
[0027] (4) Next, after removing the SiO 2 film for the heat treatment described above, the thickness of SiO 2 as the insulating film 107 is 0.
A film having a thickness of 5 μm is formed. In addition, the high-concentration P-type semiconductor substrate 10
Gold (Au) / chromium (Cr) is vacuum-deposited on the back surface of No. 1 and heat-treated at 350 ° C. for 5 minutes to form the ohmic bonding electrode 106.
Formed.

【0028】(5)通常のフォトリソグラフィーによ
り、前記ショットキ障壁接合を形成するため前記電極配
線107の開口を形成した後、P型GaAs半導体から
なるP型半導体領域103および高濃度P型半導体領域
105に対してショットキ障壁接合を形成する材料とし
てタングステン(W)を選択し、前記開口内に、電子ビ
ーム蒸着と通常のフォトリソグラフィーにより厚さ8n
mのショットキ電極108を形成した。
(5) After forming the opening of the electrode wiring 107 to form the Schottky barrier junction by ordinary photolithography, the P-type semiconductor region 103 and the high-concentration P-type semiconductor region 105 made of a P-type GaAs semiconductor are formed. And tungsten (W) is selected as a material for forming a Schottky barrier junction, and a thickness of 8 n is formed in the opening by electron beam evaporation and ordinary photolithography.
m Schottky electrode 108 was formed.

【0029】(6)前記絶縁膜107とショットキ電極
108との接合部分に、アルミニウムを真空蒸着し、通
常のフォトリソグラフィー法により、電極配線109を
形成した。
(6) Aluminum was vacuum-deposited on the junction between the insulating film 107 and the Schottky electrode 108, and the electrode wiring 109 was formed by the usual photolithography method.

【0030】このようにして作製した半導体電子放出素
子を真空度が約1×10ー7Torrに保たれた真空チャ
ンバ内に設置し、電源110によりオーム性接合電極1
06と電極配線109との間に7Vを印加したところ、
高濃度P型半導体領域105の上部のショットキ電極1
08表面より約15pAの電子放出が観測された。ま
た、印加電圧(素子電圧)を10Vまで順次増大したと
ころ、図3に示すように、電子放出量(エミッション電
流)も約100pAまで順次増大した。この素子電圧印
加時の空乏層111は、高濃度P型半導体領域105に
おいて、ショットキ電極108とのショットキ障壁界面
より約0.04μm広がっていると考えられる。電界が
最も集中するのは高濃度P型半導体領域105のアバラ
ンシェ領域112の部分であり、この領域において効率
良くアバランシェ降伏が起こる。
[0030] Such a semiconductor electron emitting device manufactured by the established degree of vacuum of about 1 × vacuum chamber was maintained at 10 over 7 Torr, ohmic junction electrode 1 by the power source 110
When 7V was applied between 06 and the electrode wiring 109,
Schottky electrode 1 above the high-concentration P-type semiconductor region 105
An electron emission of about 15 pA was observed from the 08 surface. When the applied voltage (device voltage) was sequentially increased to 10 V, the electron emission amount (emission current) was also gradually increased to about 100 pA as shown in FIG. It is considered that the depletion layer 111 at the time of applying the device voltage is expanded by about 0.04 μm from the Schottky barrier interface with the Schottky electrode 108 in the high concentration P-type semiconductor region 105. The electric field is most concentrated in the avalanche region 112 of the high concentration P-type semiconductor region 105, and avalanche breakdown occurs efficiently in this region.

【0031】また、上記作製条件において、第1のP型
半導体領域である高濃度P型半導体領域105にキャリ
アを供給する第4のP型半導体領域であるP型半導体領
域104のBe濃度のみを3×1018cmー3となるよう
に変えて作製した半導体電子放出素子を同様の真空チャ
ンバ内に設置したときの電気特性を図4に示した。その
半導体電子放出素子に対し電源110により素子電圧5
Vを印加したところ、高濃度P型半導体領域105の上
部のショットキ電極108表面より約20pA(エミッ
ション電流)の電子放出が観測された。また、素子電圧
を7Vまで順次増大したところ、エミッション電流も約
100pAまで順次増大した。
Under the above manufacturing conditions, only the Be concentration of the P-type semiconductor region 104, which is the fourth P-type semiconductor region for supplying carriers to the high-concentration P-type semiconductor region 105, which is the first P-type semiconductor region, is changed. FIG. 4 shows the electric characteristics when a semiconductor electron-emitting device manufactured by changing the size to 3 × 10 18 cm −3 was installed in the same vacuum chamber. A device voltage 5 is applied to the semiconductor electron-emitting device by the power supply 110.
When V was applied, about 20 pA (emission current) of electron emission was observed from the surface of the Schottky electrode 108 above the high-concentration P-type semiconductor region 105. Further, when the device voltage was sequentially increased to 7 V, the emission current was also sequentially increased to about 100 pA.

【0032】また、本実施例において、電極配線109
上に、絶縁膜を介して別の電極を設け、該電極と前記電
極配線109の間に電位差を設定することにより、電子
放出部から放出した電子の飛行方向および運動エネルギ
ーを規制することが可能となる。
Further, in the present embodiment, the electrode wiring 109
It is possible to regulate the flight direction and kinetic energy of the electrons emitted from the electron emission portion by providing another electrode on the top with an insulating film and setting a potential difference between the electrode and the electrode wiring 109. Becomes

【0033】このように、前記P型半導体領域104の
キャリア濃度を変えることにより、半導体放出素子の電
流電圧特性を規定することが可能である。また、P型半
導体領域104の抵抗値を低下させることにより、素子
の直列抵抗値が減少でき、動作速度を速くすることが可
能となった。
As described above, by changing the carrier concentration of the P-type semiconductor region 104, it is possible to define the current-voltage characteristics of the semiconductor emitting device. Further, by decreasing the resistance value of the P-type semiconductor region 104, the series resistance value of the element can be decreased and the operation speed can be increased.

【0034】上述した実施例では、半導体としてGaA
sを用いた例を示したが、他の半導体材料として、原理
的には例えばSi,Ge,GaP,AlAs,GaAs
P,AlGaAs,SiC,BP,AlN,ダイヤモン
ド等が適用可能であり、特に間接遷移型でバンドギャッ
プの大きい材料が適している。また、半絶縁性領域を形
成するには、結晶内部の各種の内因性欠陥や残留不純物
および意図的に加えた補償用不純物によって形成可能で
ある。この半絶縁性領域を形成する場合、ドーパントを
含まないアンドープ結晶も半絶縁性を有するので適用可
能である。
In the above-mentioned embodiment, GaA is used as the semiconductor.
Although an example using s is shown, in principle, other semiconductor materials such as Si, Ge, GaP, AlAs, and GaAs can be used.
P, AlGaAs, SiC, BP, AlN, diamond, etc. are applicable, and in particular, indirect transition type material having a large band gap is suitable. Further, in order to form the semi-insulating region, various intrinsic defects and residual impurities inside the crystal and intentionally added compensation impurities can be used. When forming this semi-insulating region, an undoped crystal containing no dopant is also applicable because it has semi-insulating properties.

【0035】オーム性接合電極106の材料としては、
タングステン(W)の他にAl,Au,LaB6 等一般
に知られている、前記P型半導体に対してショットキ障
壁接合を形成するものであれば良い。ただし、前述した
ように、この電極表面の仕事関数は小さいほど電子放出
効率が増大するので、その材料の仕事関数が大きい場合
は表面にCs等の低仕事関数材料を薄く被覆することに
より電子放出効率が向上する。
As a material of the ohmic bonding electrode 106,
Other than tungsten (W), Al, Au, LaB 6 or any other material that is commonly known and that forms a Schottky barrier junction with the P-type semiconductor may be used. However, as described above, the smaller the work function of the electrode surface, the higher the electron emission efficiency. Therefore, when the work function of the material is large, the surface of the electrode is thinly coated with a low work function material such as Cs to emit electrons. Efficiency is improved.

【0036】(実施例2)図5は本発明の第2実施例で
あるPN接合型の半導体電子放出素子を示す断面図であ
る。
(Embodiment 2) FIG. 5 is a sectional view showing a PN junction type semiconductor electron-emitting device which is a second embodiment of the present invention.

【0037】本実施例の半導体電子放出素子は、高濃度
P型半導体基板501上の略中央部に、円筒状の、第1
のP型半導体領域である高濃度P型半導体領域505と
該高濃度P型半導体領域505にキャリアを供給する第
4のP型半導体領域であるP型半導体領域504とを接
触して配置し、さらに、前記高濃度P型半導体領域50
5およびP型半導体領域504の周囲に外側に向って同
心円状に、第2のP型半導体領域であるP型半導体領域
503と、第3のP型半導体領域である低濃度P型半導
体領域502とを配置するとともに、前記高濃度P型半
導体領域505とのPN接合を形成するN型半導体領域
である高濃度N型半導体領域506とからなる電子放出
部を備えたPN接合型の素子である。
The semiconductor electron-emitting device according to the present embodiment has a cylindrical first, substantially central portion on a high-concentration P-type semiconductor substrate 501.
A high-concentration P-type semiconductor region 505 which is a P-type semiconductor region and a P-type semiconductor region 504 which is a fourth P-type semiconductor region supplying carriers to the high-concentration P-type semiconductor region 505 are arranged in contact with each other, Further, the high-concentration P-type semiconductor region 50
5 and the P-type semiconductor region 504, the P-type semiconductor region 503, which is the second P-type semiconductor region, and the low-concentration P-type semiconductor region 502, which is the third P-type semiconductor region, are formed concentrically toward the outside. And a high-concentration N-type semiconductor region 506, which is an N-type semiconductor region forming a PN junction with the high-concentration P-type semiconductor region 505, and a PN junction type element. ..

【0038】さらに、本実施例の半導体電子放出素子
は、前記PN接合部に逆方向電圧を印加するための、高
濃度P型半導体基板501に対するオーム性接合電極5
07と、高濃度N型半導体領域506に対するオーム性
接合電極509と、前記高濃度N型半導体領域506表
面に形成した低仕事関数被覆510とが設けられてお
り、前記逆方向電圧は電源511から印加される。
Further, in the semiconductor electron-emitting device of this embodiment, the ohmic junction electrode 5 for the high-concentration P-type semiconductor substrate 501 for applying a reverse voltage to the PN junction portion.
07, an ohmic contact electrode 509 for the high-concentration N-type semiconductor region 506, and a low work function coating 510 formed on the surface of the high-concentration N-type semiconductor region 506, the reverse voltage from the power supply 511. Is applied.

【0039】なお、前記オーム性接合電極509は、低
濃度P型半導体領域502との短絡を防ぐため、該低濃
度P型半導体領域502の表面縁部に沿って形成された
絶縁膜508を介して前記高濃度N型半導体領域506
に接触されている。また、図中512は、前記逆方向電
圧を印加した状態での空乏層端の形状を示しており、5
13は前記逆方向電圧を印加することでアバランシェ降
伏が起こる領域を示している。
The ohmic junction electrode 509 has an insulating film 508 formed along the surface edge of the low concentration P-type semiconductor region 502 in order to prevent a short circuit with the low concentration P-type semiconductor region 502. The high concentration N-type semiconductor region 506
Have been touched. In addition, reference numeral 512 in the figure denotes the shape of the depletion layer end in the state where the reverse voltage is applied.
Reference numeral 13 indicates a region where avalanche breakdown occurs by applying the reverse voltage.

【0040】以下、本実施例の、PN接合型の半導体電
子放出素子の具体的な製造工程の一例について説明す
る。
An example of a specific manufacturing process of the PN junction type semiconductor electron-emitting device of this embodiment will be described below.

【0041】(1)キャリア濃度が5×1018cmー3
Znドープの高濃度P型半導体基板501(GaAs)
上にMBE法により、Si濃度が5×1016cmー3以下
の低濃度P型GaAs半導体層を厚さ0.6μm成長し
た。この低濃度P型GaAs半導体層が後に低濃度P型
半導体領域502となる。
(1) Zn-doped high-concentration P-type semiconductor substrate 501 (GaAs) having a carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3
A low-concentration P-type GaAs semiconductor layer having a Si concentration of 5 × 10 16 cm −3 or less was grown to a thickness of 0.6 μm by the MBE method. This low-concentration P-type GaAs semiconductor layer will later become the low-concentration P-type semiconductor region 502.

【0042】(2)P型半導体領域503に相当する領
域には、前記低濃度P型GaAs半導体層表面から前記
高濃度P型半導体基板501までほぼ均一にBe濃度が
2×1017cmー3となるように、FIB注入法により1
60keVおよび40keVに加速したBeイオンを順
次注入した。また、P型半導体領域504および高濃度
P型半導体領域505に相当する領域にも、Be濃度が
それぞれ1×1018cmー3および2×1018cmー3とな
るようにFIB注入した。
(2) In the region corresponding to the P-type semiconductor region 503, the Be concentration is approximately 2 × 10 17 cm −3 from the surface of the low-concentration P-type GaAs semiconductor layer to the high-concentration P-type semiconductor substrate 501. 1 by the FIB injection method so that
Be ions accelerated to 60 keV and 40 keV were sequentially implanted. Further, FIB implantation was performed also in regions corresponding to the P-type semiconductor region 504 and the high-concentration P-type semiconductor region 505 so that the Be concentrations were 1 × 10 18 cm −3 and 2 × 10 18 cm −3 , respectively.

【0043】(3)高濃度N型半導体領域506に相当
する領域には、Si濃度が約1×1019cmー3となるよ
うにイオン注入を行なった。この高濃度N型半導体領域
506を厚く形成すると、アバランシェ降伏により生成
された電子は散乱してエネルギーを失い、電子放出効率
が悪化する。そこで、このイオン注入を低加速電圧で行
なうか、あるいは表面をエッチングするなどして、厚さ
を20nm以下に形成するのが望ましい。この高濃度N
型半導体領域506を形成することにより、前記高濃度
P型半導体領域とのPN接合からなる電子放出部が形成
されたことになる。
(3) A region corresponding to the high-concentration N-type semiconductor region 506 was ion-implanted so that the Si concentration was about 1 × 10 19 cm −3 . If the high-concentration N-type semiconductor region 506 is formed thick, the electrons generated by the avalanche breakdown are scattered and lose energy, which deteriorates the electron emission efficiency. Therefore, it is desirable that the ion implantation is performed at a low acceleration voltage or the surface is etched to form a thickness of 20 nm or less. This high concentration N
By forming the type semiconductor region 506, an electron emitting portion including a PN junction with the high concentration P-type semiconductor region is formed.

【0044】(4)前述のようにイオン注入がなされた
低濃度P型GaAs半導体層の表面に、キャップ材とし
てSiO2 をスパッタリング法により厚さ約0.1μm
堆積後、850℃、10秒間の熱処理により注入部を活
性化した。
(4) On the surface of the low-concentration P-type GaAs semiconductor layer that has been ion-implanted as described above, SiO 2 is sputtered as a cap material to a thickness of about 0.1 μm.
After the deposition, the injection part was activated by heat treatment at 850 ° C. for 10 seconds.

【0045】以上の注入工程(2)、(3)および1回
の熱処理工程(4)により、第1ないし第4のP型半導
体領域である高濃度P型半導体領域505、P型半導体
領域503、504および低濃度P型半導体領域502
とN型半導体領域である高濃度N型半導体領域506と
を形成することが可能であり、高濃度N型ガードリング
を有する従来素子と比較して、製造工程の簡略化が可能
となった。
By the above implantation steps (2) and (3) and one heat treatment step (4), the high-concentration P-type semiconductor region 505 and the P-type semiconductor region 503 which are the first to fourth P-type semiconductor regions are formed. , 504 and lightly doped P-type semiconductor region 502
And the high-concentration N-type semiconductor region 506 which is the N-type semiconductor region can be formed, and the manufacturing process can be simplified as compared with the conventional element having the high-concentration N-type guard ring.

【0046】前記高濃度P型半導体領域505、P型半
導体領域503、504、低濃度P型半導体領域502
および高濃度N型半導体領域506のキャリア濃度の大
小関係は、 高濃度N型半導体領域506(N型半導体領域)>高濃
度P型半導体領域505(第1のP型半導体領域)>P
型半導体領域504(第4のP型半導体領域)>P型半
導体領域503(第2のP型半導体領域)>低濃度P型
半導体領域502(第3のP型半導体領域) となっている。
The high-concentration P-type semiconductor region 505, the P-type semiconductor regions 503 and 504, and the low-concentration P-type semiconductor region 502.
And the relationship between the carrier concentrations of the high-concentration N-type semiconductor region 506 and the high-concentration N-type semiconductor region 506 (N-type semiconductor region)> high-concentration P-type semiconductor region 505 (first P-type semiconductor region)> P
Type semiconductor region 504 (fourth P-type semiconductor region)> P-type semiconductor region 503 (second P-type semiconductor region)> low concentration P-type semiconductor region 502 (third P-type semiconductor region).

【0047】(5)つづいて、前述の熱処理用のSiO
2 膜を除去した後、絶縁膜508としてSiO2 を厚さ
0.5μm成膜し、その絶縁膜508に対して、通常の
フォトリソグラフィー法により前記高濃度N型半導体領
域506に対応する範囲の開口を形成して該高濃度N型
半導体領域506を露出させた。そして、高濃度P型半
導体基板501に対するオーム性接合電極507として
Au/Crを、また、N型半導体である高濃度N型半導
体領域506に対するオーム性接合電極509としてA
u/Geをそれぞれ真空蒸着したのち、350℃、5分
の合金化熱処理を行なった。
(5) Next, SiO for heat treatment described above.
After removing the two films, a SiO 2 film having a thickness of 0.5 μm is formed as an insulating film 508, and the insulating film 508 is formed in a range corresponding to the high-concentration N-type semiconductor region 506 by a normal photolithography method. An opening was formed to expose the high concentration N-type semiconductor region 506. Then, Au / Cr is used as the ohmic contact electrode 507 for the high-concentration P-type semiconductor substrate 501, and A is used as the ohmic contact electrode 509 for the high-concentration N-type semiconductor region 506 which is an N-type semiconductor.
After vacuum-depositing u / Ge, alloying heat treatment was performed at 350 ° C. for 5 minutes.

【0048】(6)次に、前記高濃度N型半導体領域5
06が露出している部分に、低仕事関数材料であるセシ
ウム(Cs)を超高真空中で単原子層程度蒸着して低仕
事関数被膜510とした。
(6) Next, the high-concentration N-type semiconductor region 5
Cesium (Cs), which is a low work function material, was vapor-deposited in an ultra-high vacuum in the region where 06 was exposed to form a low work function film 510 by vapor deposition of about a monoatomic layer.

【0049】このようにして作製した半導体電子放出素
子を約1×10-11 Torr以下に保たれた真空チャン
バ内に設置し、電源511によりオーム性接合電極50
7、509間に6Vの素子電圧を印加したところ、高濃
度P型半導体領域505の上部の低仕事関数被膜510
(Cs)表面より約0.1μAの電子放出が観測され
た。このように本実施例により、従来の半導体電子放出
素子と同等の電子放出特性を有する、製造工程の簡略な
PN接合型半導体電子放出素子が形成可能となった。
The semiconductor electron-emitting device thus manufactured is placed in a vacuum chamber maintained at about 1 × 10 -11 Torr or less, and the ohmic bonding electrode 50 is supplied by the power supply 511.
When a device voltage of 6 V was applied between Nos. 7 and 509, the low work function film 510 on the high concentration P-type semiconductor region 505 was obtained.
An electron emission of about 0.1 μA was observed from the (Cs) surface. As described above, according to this example, it is possible to form a PN junction type semiconductor electron-emitting device having electron emission characteristics equivalent to those of the conventional semiconductor electron-emitting device and having a simple manufacturing process.

【0050】また、本実施例の場合も、前述の第1実施
例の場合と同様に、オーム性接合電極509と別の電極
との間に電位差を設定することにより、電子の飛行方向
および運動エネルギーを規制することが可能である。
Also in the case of the present embodiment, as in the case of the above-mentioned first embodiment, by setting a potential difference between the ohmic junction electrode 509 and another electrode, the flight direction and movement of the electrons are controlled. It is possible to regulate energy.

【0051】(実施例3)図6は本発明の第3実施例で
ある、複数の電子放出部が設けられた、ショットキ障壁
型のマルチ半導体電子放出素子を示す図であり、(a)
はその平面図、(b)は(a)のA−A’線断面図であ
る。
(Embodiment 3) FIG. 6 is a view showing a Schottky barrier type multi-semiconductor electron-emitting device provided with a plurality of electron-emitting portions, which is a third embodiment of the present invention.
Is a plan view thereof, and (b) is a sectional view taken along line AA ′ of (a).

【0052】本実施例のマルチ半導体電子放出素子は、
半導体基板601に形成した高濃度P型半導体領域60
2上に、4個の電子放出部600A,600B,600
C,600Dをマトリクス状に設けたものである。
The multi-semiconductor electron-emitting device of this embodiment is
High-concentration P-type semiconductor region 60 formed on semiconductor substrate 601
Two electron emitting parts 600A, 600B, 600
C and 600D are provided in a matrix.

【0053】前記電子放出部600A,600B,60
0C,600Dは何れも同じ構成であるので、電子放出
部600Aを例にして説明する。
The electron emitting portions 600A, 600B, 60
Since 0C and 600D have the same configuration, the electron emitting portion 600A will be described as an example.

【0054】電子放出部600Aは、第1のP型半導体
領域である高濃度P型半導体領域606Aと、該高濃度
P型半導体領域606Aに接触して配置されて該高濃度
P型半導体領域606Aにキャリアを供給する第4のP
型半導体領域であるP型半導体領域605Aと、前記高
濃度P型半導体領域606AおよびP型半導体領域60
5Aの周囲に位置した第2のP型半導体領域であるP型
半導体領域604Aと、該P型半導体領域604Aの周
囲に位置した第3のP型半導体領域である低濃度P型半
導体領域603と、前記高濃度P型半導体領域606A
とのショットキ障壁接合を形成するショットキ電極61
1Aとからなる、前述した第1実施例と同様な構成のも
のである。
The electron-emitting portion 600A is disposed in contact with the high-concentration P-type semiconductor region 606A which is the first P-type semiconductor region and the high-concentration P-type semiconductor region 606A, and the high-concentration P-type semiconductor region 606A. Fourth P to supply carriers to
Type semiconductor region 605A which is a type semiconductor region, and the high-concentration P type semiconductor region 606A and P type semiconductor region 60.
A P-type semiconductor region 604A which is a second P-type semiconductor region located around 5A, and a low concentration P-type semiconductor region 603 which is a third P-type semiconductor region located around the P-type semiconductor region 604A. The high-concentration P-type semiconductor region 606A
Schottky electrode 61 forming a Schottky barrier junction with
1A and has the same configuration as that of the first embodiment described above.

【0055】さらに、前記ショットキ障壁接合に逆方向
電圧を印加するための、前記高濃度P型半導体領域60
2に対するオーム性接合電極609とショットキ電極6
11Aに対する電極配線610Aとが設けられている。
前記電極配線610Aは、前述したP型の各半導体領域
との短絡を防ぐために低濃度P型半導体領域603上に
形成した絶縁膜608上にて前記ショットキ電極611
Aと接触している。
Further, the high-concentration P-type semiconductor region 60 for applying a reverse voltage to the Schottky barrier junction.
Ohmic junction electrode 609 and Schottky electrode 6 for 2
Electrode wiring 610A for 11A is provided.
The electrode wiring 610A has the Schottky electrode 611 formed on the insulating film 608 formed on the low-concentration P-type semiconductor region 603 in order to prevent a short circuit with the P-type semiconductor regions.
It is in contact with A.

【0056】前記オーム性接合電極609は、高濃度P
型半導体領域607を介して前記高濃度P型半導体領域
602に接続されており、本実施例の場合、図6の
(a)に示すように、2箇所に設けられている。このオ
ーム性接合電極609は、前記4個の電子放出部600
A、600B、600C、600Dについて共通の電極
である。
The ohmic contact electrode 609 has a high concentration of P
It is connected to the high-concentration P-type semiconductor region 602 through the type semiconductor region 607, and in the case of the present embodiment, it is provided at two places as shown in FIG. The ohmic junction electrode 609 is formed by using the four electron emitting portions 600.
It is a common electrode for A, 600B, 600C and 600D.

【0057】また、前記ショットキ電極611Aは、他
の電子放出部600B、600C、600Dのショット
キ電極611B、611C、611D(611C、61
1Dは不図示)と共通に接続してもよいが、その場合、
前記オーム性接合電極609が共通であるため、4個の
電子放出部600A、600B、600C、600Dは
同時に電子放出動作がコントロールされることになる。
一方、各電子放出部600A、600B、600C、6
00Dのショットキ電極611A、611B、611
C、611Dを独立とした場合は、各電子放出部600
A、600B、600C、600D毎のコントロールが
可能となる。
Further, the Schottky electrode 611A is the Schottky electrode 611B, 611C, 611D (611C, 61) of the other electron emitting portions 600B, 600C, 600D.
1D may be connected in common with (not shown), but in that case,
Since the ohmic junction electrode 609 is common, the four electron emitting portions 600A, 600B, 600C, and 600D simultaneously control the electron emitting operation.
On the other hand, each of the electron emitting portions 600A, 600B, 600C, 6
00D Schottky electrodes 611A, 611B, 611
When C and 611D are independent, each electron emission unit 600
It is possible to control each of A, 600B, 600C, and 600D.

【0058】さらに、前述したような構成の4個の電子
放出部600A、600B、600C、600Dが形成
された素子表面は、前記絶縁膜608上に設けられた、
絶縁材料からなる支持体612を介して金属膜からなる
ゲート613で、前記オーム性接合電極609以外の部
分が覆われている。このゲート613には、前記電子放
出部600A、600B、600C、600Dの上方に
対応する位置に、それぞれ開口部614A、614B、
614C、614Dが形成されており、各電子放出部6
00A、600B、600C、600Dからの放出電子
は前記開口部614A、614B、614C、614D
を通って外部へ飛び出すことになる。
Further, the element surface on which the four electron-emitting portions 600A, 600B, 600C and 600D having the above-mentioned structure are formed is provided on the insulating film 608.
A portion other than the ohmic contact electrode 609 is covered with a gate 613 made of a metal film through a support 612 made of an insulating material. In the gate 613, openings 614A, 614B, and 614B, 614B, and 614B are provided at positions corresponding to above the electron emission portions 600A, 600B, 600C, 600D, respectively.
614C and 614D are formed, and each electron emission portion 6 is formed.
Electrons emitted from 00A, 600B, 600C and 600D are emitted from the openings 614A, 614B, 614C and 614D.
It will jump out through.

【0059】以下、本実施例のマルチ半導体電子放出素
子の具体的な製造工程の一例について説明する。
An example of a specific manufacturing process of the multi-semiconductor electron-emitting device of this embodiment will be described below.

【0060】(1)不純物濃度を1×1014cmー3以下
としたアンドープの半絶縁性の半導体基板601(Ga
As)に、通常のフォトリソグラフィー法により反転パ
ターンを形成した後、Be濃度が3×1018cmー3とな
るように通常のイオン注入を行なった。
(1) An undoped semi-insulating semiconductor substrate 601 (Ga) with an impurity concentration of 1 × 10 14 cm −3 or less
A reverse pattern was formed on As) by a normal photolithography method, and then a normal ion implantation was performed so that the Be concentration became 3 × 10 18 cm −3 .

【0061】そして、850℃、10秒間の熱処理によ
り、X方向に長いストライプ状の高濃度P型半導体領域
602を形成した。
Then, by heat treatment at 850 ° C. for 10 seconds, a stripe-shaped high concentration P-type semiconductor region 602 long in the X direction was formed.

【0062】(2)MBE法によりBe濃度が5×10
15cmー3の低濃度P型半導体領域603としてGaAs
を厚さ0.6μmだけ成長した。
(2) Be concentration of 5 × 10 by MBE method
GaAs as a low concentration P-type semiconductor region 603 of 15 cm -3
Was grown to a thickness of 0.6 μm.

【0063】(3)P型半導体領域604A、604
B、604C、604Dに相当する領域にはBe濃度が
2×1017cmー3となるように、また、P型半導体領域
605A、605B、605C、605Dに相当する領
域にはBe濃度が3×1018cmー3となるように、さら
に、高濃度P型半導体領域606A、606B、606
C、606Dに相当する領域にはBe濃度が2×1018
cmー3となるように、それぞれFIB注入法によりBe
イオンを注入した。また、高濃度P型半導体領域607
に相当する領域にはBe濃度が3×1018cmー3となる
ように、FIB注入法によりBeイオンを注入した。
(3) P-type semiconductor regions 604A and 604
B, 604C, so that Be concentration and 2 × 10 17 cm -3 in a region corresponding to 604D, also, P-type semiconductor regions 605A, 605B, 605C, 3 × the Be concentration in a region corresponding to 605D such that the 10 18 cm -3, further high-concentration P-type semiconductor regions 606A, 606B, 606
In the region corresponding to C and 606D, the Be concentration is 2 × 10 18.
Be -3 by FIB injection method so that it becomes cm -3.
Ions were implanted. In addition, the high concentration P-type semiconductor region 607
Be ions were implanted into the region corresponding to 1 by the FIB implantation method so that the Be concentration was 3 × 10 18 cm −3 .

【0064】以上(1)から(3)のMBE成長工程と
FIB注入工程とは、それぞれの装置が真空トンネルで
接続されているので、大気にさらされることなく行なわ
れた。
The MBE growth step and the FIB injection step in (1) to (3) above were carried out without being exposed to the atmosphere because the respective devices were connected by a vacuum tunnel.

【0065】(4)さらに、850℃、10秒間の熱処
理により、P型半導体領域604A、604B、604
C、604D、605A、605B、605C、605
Dと高濃度P型半導体領域606A、606B、606
C、606D、607を活性化した。
(4) Further, by heat treatment at 850 ° C. for 10 seconds, P-type semiconductor regions 604A, 604B, 604.
C, 604D, 605A, 605B, 605C, 605
D and high-concentration P-type semiconductor regions 606A, 606B, 606
C, 606D, 607 were activated.

【0066】(5)前述のようにイオン注入が施された
低濃度P型半導体領域603上に、絶縁膜608とし
て、通常のスパッタリング法によりSiO2を厚さ0.
2μm堆積した後、前記ショットキ障壁接合を形成する
ため、通常のフォトリソエッチング法によりそれぞれの
開口を形成して前記高濃度P型半導体領域607と、P
型半導体領域604A、604B、604C、604D
および高濃度P型半導体領域606A、606B、60
6C、606Dとの部分を露出した。高濃度P型半導体
領域607上にはAu/Crを真空蒸着し、350℃、
5分の熱処理によりオーム性接合電極609を形成し
た。
(5) On the low-concentration P-type semiconductor region 603 which has been ion-implanted as described above, as the insulating film 608, SiO 2 having a thickness of 0.
After depositing 2 μm, in order to form the Schottky barrier junction, each opening is formed by a normal photolithography etching method to form the high concentration P-type semiconductor region 607 and P
Type semiconductor regions 604A, 604B, 604C, 604D
And high-concentration P-type semiconductor regions 606A, 606B, 60
6C and 606D were exposed. Au / Cr is vacuum-deposited on the high-concentration P-type semiconductor region 607 at 350 ° C.
The ohmic bonding electrode 609 was formed by heat treatment for 5 minutes.

【0067】(6)電極配線610としてアルミニウム
(Al)を、また、高濃度P型半導体領域606A、6
06B、606C、606Dに対してショットキ障壁接
合を形成する材料としてタングステン(W)を、電子ビ
ーム蒸着によりそれぞれ厚さ0.5μmおよび8nm蒸
着し、通常のフォトリソエッチング法により電極配線6
10A、610B、610C、610Dおよびショット
キ電極611A、611B、611C、611Dを形成
した。
(6) Aluminum (Al) is used as the electrode wiring 610, and the high-concentration P-type semiconductor regions 606A and 606 are used.
Tungsten (W) as a material for forming a Schottky barrier junction with respect to 06B, 606C, and 606D is evaporated by electron beam evaporation to a thickness of 0.5 μm and 8 nm, respectively, and the electrode wiring 6 is formed by a normal photolithographic etching method.
10A, 610B, 610C, 610D and Schottky electrodes 611A, 611B, 611C, 611D were formed.

【0068】(7)絶縁材料による支持体612および
ゲート613としては、SiO2 およびタングステン
(W)をそれぞれ真空蒸着法により順次堆積し、通常の
フォトリソエッチング法により開口部614A、614
B、614C、614Dを形成した。
(7) As the support 612 and the gate 613 made of an insulating material, SiO 2 and tungsten (W) are sequentially deposited by a vacuum vapor deposition method, and openings 614A and 614 are formed by a normal photolithographic etching method.
B, 614C and 614D were formed.

【0069】以上の工程(1)〜(7)により4個の電
子放出部600A、600B、600C、600Dを有
するマルチ半導体電子放出素子が完成した。
Through the above steps (1) to (7), a multi-semiconductor electron-emitting device having four electron-emitting portions 600A, 600B, 600C and 600D is completed.

【0070】同様にして電子放出部をX方向に20個、
Y方向に10個マトリクス状に並べたマルチ半導体電子
放出素子を作製し、真空度が約1×10ー7Torrの真
空チャンバ内に設置し、電子放出部全部に逆方向電圧7
Vを印加したところ、合計約20nAの電子放出が確認
された。また、任意のオーム性接合電極609と任意の
電極配線610との間のみに逆方向電圧を印加すること
により、その交点の素子のみが電子放出することが確認
された。このように本実施例によれば、従来のマルチ半
導体電子放出素子と同等の電子放出特性を有する、製造
の簡単な電子放出素子が形成可能となった。
Similarly, 20 electron-emitting portions are provided in the X direction,
To prepare a multi-semiconductor electron-emitting devices arranged in ten matrix in the Y direction, the degree of vacuum is established in about 1 × 10 over 7 Torr in the vacuum chamber, the reverse voltage to all the electron-emitting portion 7
When V was applied, a total electron emission of about 20 nA was confirmed. It was also confirmed that by applying a reverse voltage only between the arbitrary ohmic junction electrode 609 and the arbitrary electrode wiring 610, only the element at the intersection emits electrons. As described above, according to this embodiment, it is possible to form an electron-emitting device which has the same electron-emitting characteristics as those of the conventional multi-semiconductor electron-emitting device and which is easy to manufacture.

【0071】[0071]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、下記のような効果を奏する。
Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects.

【0072】(1)キャリア濃度の高い第1のP型半導
体領域の外側に、低濃度の第2のP型半導体領域とさら
に低濃度の第3のP型半導体領域とを形成することで、
空乏層の形状を、前記第1のP型半導体領域において最
も電界が集中しやすい形状にすることができる。それに
よって、前記第1のP型半導体領域でのみ効率良くアバ
ランシェ降伏が生じることになるので、前述した従来の
技術で設けられていたガードリング構造とそのオーム性
接合電極が不要となり、素子構造とともに製造工程が簡
略化される。
(1) By forming a low-concentration second P-type semiconductor region and a further low-concentration third P-type semiconductor region outside the first P-type semiconductor region having a high carrier concentration,
The depletion layer can be shaped so that the electric field is most likely to be concentrated in the first P-type semiconductor region. As a result, avalanche breakdown occurs efficiently only in the first P-type semiconductor region, so that the guard ring structure and its ohmic contact electrode provided in the above-described conventional technique are unnecessary, and the avalanche breakdown electrode is not necessary. The manufacturing process is simplified.

【0073】(2)前記第1のP型半導体領域にキャリ
アを供給するための第4のP型半導体領域のキャリア濃
度を、前記第1のP型半導体領域の周囲に位置する第2
のP型半導体領域のキャリア濃度より大きくすること
で、素子の直列抵抗値が低下するので、動作速度の速い
半導体電子放出素子を提供することができる。
(2) The carrier concentration of the fourth P-type semiconductor region for supplying carriers to the first P-type semiconductor region is set to the second carrier concentration around the first P-type semiconductor region.
By increasing the carrier concentration in the P-type semiconductor region, the series resistance value of the device is lowered, so that a semiconductor electron-emitting device having a high operating speed can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の半導体電子放出素子の第1実施例を示
す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a semiconductor electron-emitting device of the present invention.

【図2】ショットキ障壁接合の半導体電子放出素子のエ
ネルギーバンドの一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of an energy band of a semiconductor electron-emitting device having a Schottky barrier junction.

【図3】本発明の半導体電子放出素子の電流−電圧特性
の一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of current-voltage characteristics of the semiconductor electron-emitting device of the present invention.

【図4】本発明の半導体電子放出素子の電流−電圧特性
の他の例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing another example of current-voltage characteristics of the semiconductor electron-emitting device of the present invention.

【図5】本発明の半導体電子放出素子の第2実施例を示
す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the semiconductor electron-emitting device of the present invention.

【図6】本発明の半導体電子放出素子の第3実施例を示
す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a third embodiment of the semiconductor electron-emitting device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、501 高濃度P型半導体基板 102、502、603 低濃度P型半導体領域 103、104、503、504、604、605
P型半導体領域 105、505、602、606、607 高濃度P
型半導体領域 106、507、509、609 オーム性接合電極 107、508、608 絶縁膜 108、611 ショットキ電極 109、610 電極配線 110、511 電源 111、512 空乏層 112、513 アバランシェ領域 506 高濃度N型半導体領域 510 低仕事関数被膜 600 電子放出部 601 半導体基板 612 支持体 613 ゲート 614 開口部
101, 501 High-concentration P-type semiconductor substrate 102, 502, 603 Low-concentration P-type semiconductor region 103, 104, 503, 504, 604, 605
P-type semiconductor region 105, 505, 602, 606, 607 High concentration P
Type semiconductor region 106, 507, 509, 609 ohmic junction electrode 107, 508, 608 insulating film 108, 611 Schottky electrode 109, 610 electrode wiring 110, 511 power supply 111, 512 depletion layer 112, 513 avalanche region 506 high concentration N type Semiconductor region 510 Low work function film 600 Electron emission part 601 Semiconductor substrate 612 Support 613 Gate 614 Opening

Claims (40)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属材料あるいは金属化合物材料と半導
体とのショットキ障壁接合からなる電子放出部を有して
固体表面から電子を放出する半導体電子放出素子におい
て、 前記電子放出部が、前記ショットキ障壁接合を形成して
アバランシェ降伏を生じる第1のP型半導体領域を備
え、 さらに、前記第1のP型半導体領域の周囲に位置する第
2のP型半導体領域と、 該第2のP型半導体領域の周囲に位置する第3のP型半
導体領域と、 前記第1のP型半導体領域へキャリアを供給する第4の
P型半導体領域とを有し、 前記第1ないし第4のP型半導体領域のキャリア濃度の
大小関係が、 (第1のP型半導体領域)>(第4のP型半導体領域)
>(第2のP型半導体領域)>(第3のP型半導体領
域) であることを特徴とする半導体電子放出素子。
1. A semiconductor electron-emitting device which has an electron-emitting portion formed of a Schottky barrier junction of a metal material or a metal compound material and a semiconductor and emits electrons from a solid surface, wherein the electron-emitting portion has the Schottky barrier junction. And a second P-type semiconductor region located around the first P-type semiconductor region, and a second P-type semiconductor region that forms avalanche breakdown. A third P-type semiconductor region located around the periphery of the first P-type semiconductor region, and a fourth P-type semiconductor region supplying carriers to the first P-type semiconductor region, and the first to fourth P-type semiconductor regions. Of the carrier concentration of (first P-type semiconductor region)> (fourth P-type semiconductor region)
> (Second P-type semiconductor region)> (Third P-type semiconductor region)
【請求項2】 電子放出部の第1のP型半導体領域と第
4のP型半導体領域とが接した構造を有することを特徴
とする請求項1記載の半導体電子放出素子。
2. The semiconductor electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting portion has a structure in which the first P-type semiconductor region and the fourth P-type semiconductor region are in contact with each other.
【請求項3】 電子放出部から放出する電子の飛行方向
を規定するための電極を固体表面近傍に設けたことを特
徴とする請求項1あるいは2記載の半導体電子放出素
子。
3. The semiconductor electron-emitting device according to claim 1, wherein an electrode for defining a flight direction of electrons emitted from the electron-emitting portion is provided in the vicinity of the solid surface.
【請求項4】 電子放出部から放出した電子の運動エネ
ルギーを規定するための電極を固体表面近傍に設けたこ
とを特徴とする請求項1、2あるいは3記載の半導体電
子放出素子。
4. The semiconductor electron-emitting device according to claim 1, wherein an electrode for defining kinetic energy of electrons emitted from the electron-emitting portion is provided near the surface of the solid.
【請求項5】 電子放出部の、ショットキ障壁接合を形
成する金属材料あるいは金属化合物材料の表面に、該金
属材料あるいは金属化合物材料とは仕事関数の異なる材
料を堆積したことを特徴とする請求項1、2、3あるい
は4記載の半導体電子放出素子。
5. A material having a work function different from that of the metal material or the metal compound material is deposited on the surface of the metal material or the metal compound material forming the Schottky barrier junction of the electron emitting portion. The semiconductor electron-emitting device according to 1, 2, 3 or 4.
【請求項6】 電子放出部が半導体基板上に形成された
ことを特徴とする請求項1、2、3、4あるいは5記載
の半導体電子放出素子。
6. The semiconductor electron emitting device according to claim 1, wherein the electron emitting portion is formed on a semiconductor substrate.
【請求項7】 電子放出部が同一基板上に複数個設けら
れていることを特徴とする請求項1、2、3、4あるい
は5記載の半導体電子放出素子。
7. The semiconductor electron emitting device according to claim 1, wherein a plurality of electron emitting portions are provided on the same substrate.
【請求項8】 基板が半導体基板であることを特徴とす
る請求項7記載の半導体電子放出素子。
8. The semiconductor electron-emitting device according to claim 7, wherein the substrate is a semiconductor substrate.
【請求項9】 複数の電子放出部が、それぞれ電気的に
独立し、個々に電子放出可能なことを特徴とする請求項
7あるいは8記載の半導体電子放出素子。
9. The semiconductor electron-emitting device according to claim 7, wherein the plurality of electron-emitting portions are electrically independent of each other and can emit electrons individually.
【請求項10】 電子放出部の第1ないし第4のP型半
導体領域をイオン注入法により形成したことを特徴とす
る請求項1、2、3、4、5、6、7、8あるいは9記
載の半導体電子放出素子。
10. The first to fourth P-type semiconductor regions of the electron-emitting portion are formed by an ion implantation method, which is one of the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth and ninth aspects. The semiconductor electron-emitting device described.
【請求項11】 金属材料あるいは金属化合物材料と半
導体とのショットキ障壁接合からなる電子放出部を有し
て固体表面から電子を放出する半導体電子放出素子にお
いて、 前記電子放出部が、前記ショットキ障壁接合を形成して
アバランシェ降伏を生じる第1のP型半導体領域を備
え、 さらに、前記第1のP型半導体領域の周囲に位置する第
2のP型半導体領域と、 該第2のP型半導体領域の周囲に位置する第3のP型半
導体領域と、 前記第1のP型半導体領域へキャリアを供給するための
第4のP型半導体領域とを有し、 前記第1ないし第4のP型半導体領域のキャリア濃度の
大小関係が、 (第4のP型半導体領域)≧(第1のP型半導体領域)
>(第2のP型半導体領域)>(第3のP型半導体領
域) であることを特徴とする半導体電子放出素子。
11. A semiconductor electron-emitting device that has an electron-emitting portion formed of a Schottky barrier junction of a metal material or a metal compound material and a semiconductor and emits electrons from a solid surface, wherein the electron-emitting portion has the Schottky barrier junction. And a second P-type semiconductor region located around the first P-type semiconductor region, and a second P-type semiconductor region that forms avalanche breakdown. And a fourth P-type semiconductor region for supplying carriers to the first P-type semiconductor region, the first to fourth P-type semiconductor regions being provided around the first P-type semiconductor region. The magnitude relation of the carrier concentration in the semiconductor region is (the fourth P-type semiconductor region) ≧ (the first P-type semiconductor region)
> (Second P-type semiconductor region)> (Third P-type semiconductor region)
【請求項12】 電子放出部の、第1のP型半導体領域
と第4のP型半導体領域とが接した構造を有することを
特徴とする請求項11記載の半導体電子放出素子。
12. The semiconductor electron-emitting device according to claim 11, wherein the electron-emitting portion has a structure in which the first P-type semiconductor region and the fourth P-type semiconductor region are in contact with each other.
【請求項13】 電子放出部から放出する電子の飛行方
向を規定するための電極を素子表面近傍に設けたことを
特徴とする請求項11あるいは12記載の半導体電子放
出素子。
13. The semiconductor electron-emitting device according to claim 11, wherein an electrode for defining a flight direction of electrons emitted from the electron-emitting portion is provided near the device surface.
【請求項14】 電子放出部から放出した電子の運動エ
ネルギーを規定するための電極を素子表面近傍に設けた
ことを特徴とする請求項11、12あるいは13記載の
半導体電子放出素子。
14. The semiconductor electron-emitting device according to claim 11, wherein an electrode for defining kinetic energy of electrons emitted from the electron-emitting portion is provided near the device surface.
【請求項15】 電子放出部の、ショットキ障壁接合を
形成する金属材料あるいは金属化合物材料の表面に、該
金属材料あるいは金属化合物材料とは仕事関数の異なる
材料を堆積したことを特徴とする請求項11、12、1
3あるいは14記載の半導体電子放出素子。
15. A material having a work function different from that of the metal material or the metal compound material is deposited on the surface of the metal material or the metal compound material forming the Schottky barrier junction of the electron emitting portion. 11, 12, 1
The semiconductor electron-emitting device according to 3 or 14.
【請求項16】 電子放出部が半導体基板上に形成され
たことを特徴とする請求項11、12、13、14ある
いは15記載の半導体電子放出素子。
16. The semiconductor electron emitting device according to claim 11, 12, 13, 14 or 15, wherein the electron emitting portion is formed on a semiconductor substrate.
【請求項17】 電子放出部が同一基板上に複数個設け
られていることを特徴とする請求項、11、12、1
3、14あるいは15記載の半導体電子放出素子。
17. A plurality of electron emission parts are provided on the same substrate, 11, 12, 1 and 1.
The semiconductor electron-emitting device according to 3, 14, or 15.
【請求項18】 基板が半導体基板であることを特徴と
する請求項17記載の半導体電子放出素子。
18. The semiconductor electron-emitting device according to claim 17, wherein the substrate is a semiconductor substrate.
【請求項19】 複数の電子放出部が、それぞれ電気的
に独立し、個々に電子放出可能なことを特徴とする請求
項17あるいは18記載の半導体電子放出素子。
19. The semiconductor electron-emitting device according to claim 17, wherein the plurality of electron-emitting portions are electrically independent of each other and can emit electrons individually.
【請求項20】 電子放出部の第1ないし第4のP型半
導体領域を、イオン注入法により形成したことを特徴と
する請求項11、12、13、14、15、16、1
7、18あるいは19記載の半導体電子放出素子。
20. The first to fourth P-type semiconductor regions of the electron emitting portion are formed by an ion implantation method.
A semiconductor electron-emitting device according to item 7, 18 or 19.
【請求項21】 N型半導体とP型半導体とのPN接合
からなる電子放出部を有して固体表面から電子を放出す
る半導体電子放出素子において、 前記電子放出部が、前記固体表面に位置するN型半導体
領域と、該N型半導体領域とPN接合を形成してアバラ
ンシェ降伏を生じる第1のP型半導体領域とを備え、 さらに、前記第1のP型半導体領域の周囲に位置する第
2のP型半導体領域と、 該第2のP型半導体領域の周囲に位置する第3のP型半
導体領域と、 前記第1のP型半導体領域へキャリアを供給するための
第4のP型半導体領域とを有し、 前記第1ないし第4のP型半導体領域およびN型半導体
領域のキャリア濃度の大小関係が、 (N型半導体領域)>(第1のP型半導体領域)>(第
4のP型半導体領域)>(第2のP型半導体領域)>
(第3のP型半導体領域) であることを特徴とする半導体電子放出素子。
21. A semiconductor electron-emitting device which has an electron-emitting portion composed of a PN junction of an N-type semiconductor and a P-type semiconductor and emits electrons from a solid surface, wherein the electron-emitting portion is located on the solid surface. An N-type semiconductor region and a first P-type semiconductor region that forms a PN junction with the N-type semiconductor region to cause avalanche breakdown, and further includes a second P-type semiconductor region located around the first P-type semiconductor region. P-type semiconductor region, a third P-type semiconductor region located around the second P-type semiconductor region, and a fourth P-type semiconductor for supplying carriers to the first P-type semiconductor region. The first to fourth P-type semiconductor regions and the N-type semiconductor region have a carrier concentration relationship of (N-type semiconductor region)> (first P-type semiconductor region)> (fourth region). P-type semiconductor region)> (second P-type semiconductor Area)>
(Third P-type semiconductor region).
【請求項22】 電子放出部の、第1のP型半導体領域
と第4のP型半導体領域とが接した構造を有することを
特徴とする請求項21記載の半導体電子放出素子。
22. The semiconductor electron-emitting device according to claim 21, wherein the electron-emitting portion has a structure in which the first P-type semiconductor region and the fourth P-type semiconductor region are in contact with each other.
【請求項23】 電子放出部から放出する電子の飛行方
向を規定するための電極を固体表面近傍に設けたことを
特徴とする請求項21あるいは22記載の半導体電子放
出素子。
23. The semiconductor electron-emitting device according to claim 21, wherein an electrode for defining a flight direction of electrons emitted from the electron-emitting portion is provided near a solid surface.
【請求項24】 電子放出部から放出した電子の運動エ
ネルギーを規定するための電極を固体表面近傍に設けた
ことを特徴とする請求項21、22あるいは23記載の
半導体電子放出素子。
24. The semiconductor electron-emitting device according to claim 21, 22 or 23, wherein an electrode for defining kinetic energy of electrons emitted from the electron-emitting portion is provided in the vicinity of the solid surface.
【請求項25】 電子放出部のN型半導体領域の表面
に、仕事関数の異なる材料を堆積したことを特徴とする
請求項21、22、23あるいは24記載の半導体電子
放出素子。
25. The semiconductor electron-emitting device according to claim 21, 22, 23 or 24, wherein materials having different work functions are deposited on the surface of the N-type semiconductor region of the electron-emitting portion.
【請求項26】 電子放出部が半導体基板上に形成され
たことを特徴とする請求項21、22、23、24ある
いは25記載の半導体電子放出素子。
26. The semiconductor electron-emitting device according to claim 21, 22, 23, 24 or 25, wherein the electron-emitting portion is formed on a semiconductor substrate.
【請求項27】 電子放出部が同一基板上に複数個設け
られていることを特徴とする請求項、21、22、2
3、24あるいは25記載の半導体電子放出素子。
27. A plurality of electron-emitting portions are provided on the same substrate, 21, 22, 22.
The semiconductor electron-emitting device according to 3, 24 or 25.
【請求項28】 基板が半導体基板であることを特徴と
する請求項27記載の半導体電子放出素子。
28. The semiconductor electron-emitting device according to claim 27, wherein the substrate is a semiconductor substrate.
【請求項29】 複数の電子放出部が、それぞれ電気的
に独立し、それぞれ個々に電子放出可能なことを特徴と
する請求項27あるいは28記載の半導体電子放出素
子。
29. The semiconductor electron-emitting device according to claim 27 or 28, wherein the plurality of electron-emitting portions are electrically independent of each other and can emit electrons individually.
【請求項30】 第1ないし第4のP型半導体領域およ
びN型半導体領域をイオン注入法により形成したことを
特徴とする請求項21、22、23、24、25、2
6、27、28あるいは29記載の半導体電子放出素
子。
30. The first to fourth P-type semiconductor regions and N-type semiconductor regions are formed by an ion implantation method, 21, 22, 23, 24, 25 and 2.
The semiconductor electron-emitting device according to 6, 27, 28 or 29.
【請求項31】 N型半導体とP型半導体とのPN接合
からなる電子放出部を有して固体表面から電子を放出す
る半導体電子放出素子において、 前記電子放出部が、前記固体表面に位置して前記PN接
合を形成するN型半導体領域と、該N型半導体領域とP
N接合を形成してアバランシェ降伏を生じる第1のP型
半導体領域とを備え、 さらに、前記第1のP型半導体領域の周囲に位置する第
2のP型半導体領域と、 該第2のP型半導体領域の周囲に位置する第3のP型半
導体領域と、 前記第1のP型半導体領域へキャリアを供給するための
第4のP型半導体領域とを有し、 前記第1ないし第4のP型半導体領域およびN型半導体
領域のキャリア濃度の大小関係が、 (N型半導体領域)>(第4のP型半導体領域)≧(第
1のP型半導体領域)>(第2のP型半導体領域)>
(第3のP型半導体領域) であることを特徴とする半導体電子放出素子。
31. A semiconductor electron-emitting device which has an electron-emitting portion composed of a PN junction of an N-type semiconductor and a P-type semiconductor and emits electrons from a solid surface, wherein the electron-emitting portion is located on the solid surface. And an N-type semiconductor region forming the PN junction, and the N-type semiconductor region and P
A first P-type semiconductor region that forms an N-junction to cause avalanche breakdown, and further includes a second P-type semiconductor region located around the first P-type semiconductor region and the second P-type semiconductor region. A third P-type semiconductor region located around the P-type semiconductor region, and a fourth P-type semiconductor region for supplying carriers to the first P-type semiconductor region. The relationship between the carrier concentrations of the P-type semiconductor region and the N-type semiconductor region is (N-type semiconductor region)> (fourth P-type semiconductor region) ≧ (first P-type semiconductor region)> (second P-type semiconductor region) Type semiconductor region)>
(Third P-type semiconductor region).
【請求項32】 電子放出部の、第1のP型半導体領域
と第4のP型半導体領域とが接した構造を有することを
特徴とする請求項31記載の半導体電子放出素子。
32. The semiconductor electron-emitting device according to claim 31, wherein the electron-emitting portion has a structure in which the first P-type semiconductor region and the fourth P-type semiconductor region are in contact with each other.
【請求項33】 電子放出部から放出した電子の飛行方
向を規定するための電極を固体表面近傍に設けたことを
特徴とする請求項31あるいは32記載の半導体電子放
出素子。
33. The semiconductor electron-emitting device according to claim 31, wherein an electrode for defining a flight direction of electrons emitted from the electron-emitting portion is provided near the surface of the solid.
【請求項34】 電子放出部から放出した電子の運動エ
ネルギーを規定するための電極を固体表面近傍に設けた
ことを特徴とする請求項31、32あるいは33記載の
半導体電子放出素子。
34. The semiconductor electron-emitting device according to claim 31, 32 or 33, wherein an electrode for defining kinetic energy of electrons emitted from the electron-emitting portion is provided near the surface of the solid.
【請求項35】 電子放出部のN型半導体領域の表面
に、仕事関数の異なる材料を堆積したことを特徴とする
請求項31、32、33あるいは34記載の半導体電子
放出素子。
35. The semiconductor electron-emitting device according to claim 31, 32, 33 or 34, wherein materials having different work functions are deposited on the surface of the N-type semiconductor region of the electron-emitting portion.
【請求項36】 電子放出部が半導体基板上に形成され
たことを特徴とする請求項31、32、33、34ある
いは35記載の半導体電子放出素子。
36. The semiconductor electron emitting device according to claim 31, 32, 33, 34 or 35, wherein the electron emitting portion is formed on a semiconductor substrate.
【請求項37】 電子放出部が複数設けられていること
を特徴とする請求項、31、32、33、34、35あ
るいは36記載の半導体電子放出素子。
37. The semiconductor electron-emitting device according to claim 31, 32, 33, 34, 35 or 36, wherein a plurality of electron-emitting portions are provided.
【請求項38】 基板が半導体基板であることを特徴と
する請求項37記載の半導体電子放出素子。
38. The semiconductor electron-emitting device according to claim 37, wherein the substrate is a semiconductor substrate.
【請求項39】 複数の電子放出部が、それぞれ電気的
に独立し、それぞれ個々に電子放出可能なことを特徴と
する請求項37あるいは38記載の半導体電子放出素
子。
39. The semiconductor electron-emitting device according to claim 37 or 38, wherein the plurality of electron-emitting portions are electrically independent of each other and can emit electrons individually.
【請求項40】 第1ないし第4のP型半導体領域およ
びN型半導体領域を、イオン注入法により形成したこと
を特徴とする請求項31、32、33、34、35、3
6、37、38あるいは39記載の半導体電子放出素
子。
40. The first to fourth P-type semiconductor regions and the N-type semiconductor regions are formed by an ion implantation method, 31, 32, 33, 34, 35 and 3.
The semiconductor electron-emitting device according to 6, 37, 38 or 39.
JP23445791A 1991-02-20 1991-09-13 Semiconductor electron emitter Pending JPH0574331A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23445791A JPH0574331A (en) 1991-09-13 1991-09-13 Semiconductor electron emitter
EP92102746A EP0504603B1 (en) 1991-02-20 1992-02-19 Semiconductor electron emission device
AT92102746T ATE155610T1 (en) 1991-02-20 1992-02-19 SEMICONDUCTOR ELECTRON EMISSION DEVICE
DE69220823T DE69220823T2 (en) 1991-02-20 1992-02-19 Semiconductor electron emission device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23445791A JPH0574331A (en) 1991-09-13 1991-09-13 Semiconductor electron emitter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0574331A true JPH0574331A (en) 1993-03-26

Family

ID=16971304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23445791A Pending JPH0574331A (en) 1991-02-20 1991-09-13 Semiconductor electron emitter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0574331A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6025615A (en) Microwave heterojunction bipolar transistors with emitters designed for high power applications and method for fabricating same
US5760417A (en) Semiconductor electron emission device
US5138402A (en) Semiconductor electron emitting device
US5550391A (en) Light-emitting diode and light-emitting diode array
US5414272A (en) Semiconductor electron emission element
US6554673B2 (en) Method of making electron emitters
NL8004470A (en) HOT LOAD CARRIER TRANSISTOR.
EP0411612B1 (en) Semiconductor light-emitting device
US6350999B1 (en) Electron-emitting device
US20030071554A1 (en) Injection cold emitter with negative electron affinity based on wide-gap semiconductor structure with controlling base
JPH07201272A (en) Field emission cold cathode and its manufacture
JPH0574331A (en) Semiconductor electron emitter
JPH0574328A (en) Semiconductor electron-emitting device
EP0504603B1 (en) Semiconductor electron emission device
JPH0574330A (en) Semiconductor electron emitter
JPH0574329A (en) Semiconductor electron-emitting device
JP3403165B2 (en) Method for manufacturing electron-emitting device
JP3135070B2 (en) Semiconductor electron-emitting device
JPH0574332A (en) Semiconductor electron-emitting device
JPH06162918A (en) Semiconductor electron-emitting device and manufacturing method thereof
JP3260502B2 (en) Electron-emitting device
JP3137267B2 (en) Semiconductor electron-emitting device
JP3005023B2 (en) Semiconductor electron-emitting device and driving method thereof
JP2675867B2 (en) Semiconductor light emitting device
JPH0689657A (en) Method for manufacturing semiconductor electron-emitting device