DE69009357T2

DE69009357T2 - Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung.

Info

Publication number: DE69009357T2
Application number: DE1990609357
Authority: DE
Inventors: Masahiko Okunuki; Toshihiko Takeda; Takeo Tsukamoto; Nobuo Watanabe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-09-07
Filing date: 1990-09-06
Publication date: 1994-10-06
Anticipated expiration: 2010-09-07
Also published as: DE69009357D1; EP0416626B1; EP0416626A3; EP0416626A2

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronenemittierende Halbleitervorrichtung

Zum Stand der Technik

Unter den herkömmlichen elektronenemittierenden Halbleitervorrichtungen sind jene, die mit Lawinenverstärkung arbeiten, beispielsweise in den US-Patenten mit den Nummern 4,259,678 und 4 303,930 offenbart.
In solchen elektronenemittierenden Halbleitervorrichtungen ist ein elektronenemittierendes Bauteil durch Bildung einer P- Halbleiterschicht und einer N-Halbleiterschicht auf einem Halbleitersubstrat aufgebaut, wobei die Austrittsarbeit aus dem Oberfläche der N-Halbieiterschicht durch Ablagern von Cäsium oder dgl. reduziert wird, und eine entgegengesetzte Vorspannung wird an die Diode angelegt, die aus den P- und N- Halbleiterschichten zusammengesetzt ist, um die Lawinenverstärkung anzuregen, wobei Elektronen unter Spannung gehalten und in eine Richtung senkreht zur Oberfläche des Halbleitersubstrat aus dem eiektronenemittierenden Bauteil emittiert werden.
Derartigen herkömmlichen elektronenemittierenden Halbleitervorrichtungen haften jedoch die folgenden Nachteile an, weil das verwendete Cäsium in dem elektronenemittierenden Bauteil chemisch sehr aktiv ist:
(1) es wird ein extrem hohes Vakuum (1 x 10&supmin;¹&sup0; Torr oder weniger) zur stabilen Arbeitsweise benötigt;
(2) die Lebensdauer sind der Wirkungsgrad hängen sehr stark (3) die Vorrichtung kann nicht der Luft ausgesetzt werden.
Da die Elektronen in derartigen herkömmlichen elektronenemittierenden Halbleitervorrichtungen durch die Lawinenverstärkung auch eine hohe Energie aufgenommen haben, die die Oberfläche des elektronenemittierenden Bauteils durch die N- Halbleiterschicht erreichen, ist ein beträchtlicher Teil der Energie unwiederbringbar verloren, beispielsweise durch Gitterstreuung in der N-Halbleiterschicht. Um den Energieverlust zu reduzieren, muß die N-Halbleiterschicht äußert dünn (200 Å oder weniger) gestaltet werden; jedoch ist die Bldung einer derart dünnen N-Halbleiterschicht mit ausreichender Gleichförmigkeit und geringer Ausfallrate schwierig, so daß diesetwegen die stabile Vorbereitung der Vorrichtung schwierig ist.
Das Dokument EP-A-331 373 offenbart eine elektronenemittierende Halbleitervorrichtung, bei der eine Schottkyelektrode mit einem Halbleiter vom P-Typ verbunden ist; ein Anlegen einer Umkehrvorrspannung an eine Verbindung zwischen der Schottkyelektrode und dem Halbleiter vom P-Typ veranlaßt die Emission von Elektronen aus der Schottkyelektrode.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronenemittierende Halbleitervorrichtung zu schaffen, die nicht mit den Nachteilen der Technologie nach dem Stand der Technik behaftet ist, und die in der Lage ist, Elektronenemissionen über einen weiten Bereich beliebiger Gestalt einheitlich zu emittieren.
Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektronenemittierende Halbleitervorrichtung mit einer P- Halbleiterschicht, die aus einem halbleitenden Substrat gebildet ist, einer Schottky-Barrieren-Elektrode, die aus der P- Halbleiterschicht gebildet ist, mit mehreren P&spplus;- Bereichseinheiten, die unter und gegenüber der Schottky- Barrieren-Elektrode positioniert sind, und mit einem N&spplus;-Bereich in der Nähe der P&spplus;-Bereichseinheiten.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine Ansicht, mit der die Arbeitsweise der elektranenemittierenden Halbleitervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht wird;
Fig. 2 ist eine Tafel, die die Energiebänder in der Nähe der Oberfläche der elektronenemittierenden Halbleitervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figuren 3A und 3B sind schematische Ansichten einer elektronenemittierenden GaAs-Halbleitervorrichtung, die ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Figuren 4A und 4B sind schematische Ansichten einer elektronenemittierenden GaAs-Halbleitervorrichtung, die ein zweites Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung bilden;
Fig. 5 ist eine schematische Aufsicht auf eine elektronenemittierende Halbleitervorrichtung, die ein drittes Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung bildet;
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B in Fig. 5;
Fig. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils einer elektronenemittierenden Halbleitervorrichtung, die eine viertes Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung bildet, und
Fig. 8 ist ein schematischer Grundriß des in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiels.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach dem vorliegenden Erfindung, in der eine Schottkyelektrode für eine P- Halbleiterschicht aus einem Bereich zusammengesetzt ist, der mit einem Material zur Herabsetzung der Austrittsarbeit aus der Oberfläche des elektronenemittierenden Teils (das Material wird hiernach als die Austrittsarbeit reduzierendes Material bezeichnet) dotiert ist, und den elektronenemittierenden Teil in Richtung des Querschnitts des Substrats bilden kann, und der auch mehrfach elektronenemittierende Teile beliebiger Form in einer einzigen Vorrichtung haben kann.
Da das die Austrittsarbeit reduzierende Material, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein Element ist, das auch der Luft gegenüber äußert stabil ist, wobei die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung weder ein ultrahohes Vakuum zur stabilen Arbeitsweise benötigt, noch eine Abhängigkeit der Lebensdauer und Effizienz gegenüber dem Vakuumpegel zeigt, kann es sogar der Luft ausgesetzt werden. Herkömmliche elektronenemittierende Halbleitervorrichtungen sind mit einem großen Energierverlust in der N-Halbleiterschicbt behaftet, weil diese von einer PN-Verbindung Gebrauch machen, so daß ein Material mit extrem niedriger Austrittsarbeit verwendet werden muß. Folglich ist in der Praxis Cäsium als alleiniges Material zu diesem Zwecke verwendet worden. Andererseits zeigt die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wegen der Verwendung einer Schottky-Verbindung einen geringeren Energieverlust als konventionelle Vorrichtungen aufweisen, so daß die verwendeten, die Austrittsarbeit reduzierenden Materialien Metalle aus den Gruppen IA, IIB und IIIA des Systems der periodischen Elemente und der Lanthanoide und Silicide, Boride und Carbide solcher Metalle enthalten. Genauer spezifizierte Beispiele dieser Materialien enthalten TiC, ZrC, HfC, LaB&sub6;, SmB&sub6;, GdB&sub6;, WSi&sub2;, TiSi&sub2;, ZrSi&sub2; und GdSi&sub2;.
Abweichend von herkömmlichen elektronenemittierenden Halbieitervorrichtungen brauchen darüberhinaus die Elektronen, die eine hohe Energie durch Lawinenverstärkung aufgenommen haben, nicht durch die N-Halbleiterschicht hindurch, um die Oberfläche des elektronenemittierenden Teils zu erreichen. Folglich ist die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung nicht mit der Schwierigkeit behaftet, daß bei der Herstellung extrem dünne N- Halbleiterschichten hergestellt werden müssen, beispielsweise mit einer Stärke von 200 Å oder weniger, und können daher in stabiler Weise hergestellt werden.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung detaillierter anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels der elektronenemittierenden Halbleitervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, das deren Arbeitsweise veranschaulicht.
In Fig. 1 ist ein halbleitendes Substrat 11 dargestellt, ein Sperrschichtbereich 12, ein n&spplus;-Bereich 13, ein p- Halbleiterschicht 14, ein p&spplus;-Bereichseinheit 15, eine Schottkyelektrode 16, eine n-ohmige Elektrode 18 und eine p- ohmige Elektrode.
Das in der elektronenemittierenden Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zu verwendende Halbleitermaterial kann beispielsweise Si, Ge, GaAs, GaP, AlAs, GaAsP, AlGaAs, SiC oder BP sein, aber ein beliebiges Material, das einen p-Halbleiter bilden kann, kann ebenfalls für diesen Zweck verwendet werden, und insbesondere bevorzugt ist ein Material vom indirekten Übergangstyp mit einem großen Energiebandabstand.
Fig. 2 zeigt die Energiebandabstände in der Nähe der Oberfläche der elektronenemittierenden Halbleitervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
Im Folgenden wird der Vorgang der Elektronenemission bei der elektronenemittierenden Halbleitervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung erläutert.
Durch Anlegen einer Umkehr-Vorspannung an eine Schottky- Diode, die aus dem p-Halbleitermaterial und dem die Austrittsarbeit reduzierenden Material besteht, nimmt das Grund- Ec des Leitfähigkeitsbandes des P-Halbleiters ein Energieniveau an, das höher als das Vakuumniveau Evac der Schottkyelektrode ist. Durch Lawinenverstärkung erzeugte Elektronen erfordern eine Energie, die größer als die Gittertemperatur eines elektrischen Feldes in der Sperrschicht ist, die an dem Übergang des Halbleiters und der Metallelektrode erzeugt wird, und diese Elektronen werden in die Schottkyelektrode injiziert, die aus dem die Austrittsarbeit reduzierenden Material besteht. Auf diese Weise werden die Elektronen, deren Energie nicht verloren ist, beispielsweise durch Gitterstreuung, und daher größer als die Austrittsarbeit aus der Oberfläche der Schottky-Diode ist, in dem äußeren Vakuumraum aus der Oberfläche der Schottkyelektrode emittiert, die den elektronenemittierenden Teil bildet.
In der elektronenemittierenden Halbleitervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird wegen der Anwesenheit eines N&spplus;Bereichs in der Nähe des Übergangs des die Austrittsarbeit reduzierenden Materials in dem P-Halbleiter-Substrat eine Sperrschicht an dem P-N&spplus;-Übergang gebildet. Folglich werden die von der P&spplus;-Schicht in die P-Schicht injizierten Elektroden auf ihrem Bewegungspfad durch die Sperrschicht an dem P-N&spplus;-Übergang eingeschränkt und werden in einer p&spplus;-Bereichseinheit konzentriert, die in dem elektronenemittierenden Teil vorgesehen ist, wodurch die Stromdichte leicht angehoben werden kann.
Da in der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung auch die p&spplus;-Bereichseinheit und der N&spplus;-Bereich, die zusammen das elektronenemittierende Teil bilden, die beispielsweise durch Ionenimplantation aus der Oberfläche des Halbleitersubstrats bei Herstellprozessen der Vorrichtung gebildet werden, können dort mehrere elektronenemittierende Teile beliebiger Form zu beliebigen Positionen auf ein und demselben Substrat gebildet werden.
Gewünschte Halbleiterschichten können auch in Aufeinanderfolge aufgetragen werden, zum Beispiel durch MBE (Molekular-Strahl-Epitaxie) auf einem Halbleitersubstrat, wobei der elektronenemittierende Teil mit einer derart aufeinanderfolgend aufgebrachten Schicht aufgebaut werden kann. Es ist daher möglich, elektronenemittierende Mehrfachteile in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats zu bilden.
Des weiteren können nach der vorliegenden Erfindung die mehrfachen P&spplus;-Bereichseinheiten willkürlich in der P- Halbleiterschicht positioniert werden, so daß ein Elektronenstrahl beliebiger Form erzeugt werden kann.

[Erstes Ausführungsbeispiel]

Fig. 3A ist eine Aufsicht und Fig. 3B eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in Fig. 3A, die beide eine elektronenemittierende GaAs-Halbleitervorrichtung darstellen, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind, wobei dargestellt sind: ein P&spplus;-Si-Substrat 101; eine P&supmin;-Schicht 102; eine kreisförmige N&spplus;-Schicht 103; eine punktförmiger P&spplus;-Bereichseinheit 104; ein Isolationsfilm 105; Ohmsche Elektroden 106, 107 und eine Schottkyelektrode 108.
Nachfolgend wird das Herstellverfahren der elektronenemittierenden Halbleitervorrichtung, wie in den Figuren 3A und 3B dargestellt, erläutert.
(1) Auf einem P&spplus;-Si-Substrat 101, das mit As in einer Konzentration von 1 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ dotiert war, einer P&supmin;-Schicht 102 mit einer As Konzentration von 3 x 10¹&sup8; dotiert, wurde durch CVD (chemische Aufdampfung) oder LPE (Flüssigphasen-Epitaxie) gebildet.
(2) Dann wurden die Bereiche 103, 104 durch einen gewöhnlichen photolithografischen Prozess gebildet, und Ionenimplantationen wurden mit B&spplus;-Ionen für den kreisförmigen N&spplus;Bereich 103 durchgeführt, um eine Verunreinigungskonzentration von 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³ zu schaffen, und mit As&spplus;-Ionen für die punktförmigen P&spplus;-Bereichseinheiten 104, um eine Verunreinigungskonzentration von 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³ zu erhalten, und die Aktivierung wurde durch Tempern vollzogen.
(3) Dann wurde ein SiO&sub2;-Isolationsfilm 105 durch Vakuumaufdampfung gebildet, und eine Öffnung wurde durch einen photolithografischen Prozess eingebracht.
(4) Auf den kreisförmigen N&spplus;-Bereich 103 wurde Aluminium vakuum-aufgedampft und ebenso auf die rückseitige Oberfläche des Substrats, um ohmsche Elektroden 106, 107 zu bilden.
(5) Als Material zur Bildung der Schottkyelektrode 108 wurde ein die Austrittsarbeit reduzierendes Material Ga (φwk = 3,1 eV) wurde durch Vakuumaufdampfung in einer Stärke von 100 Å aufgebracht. Dann folgte eine zehnminütige Wärmebehandlung bei 150ºC, um GaSi&sub2; zu bilden, wodurch befriedijende Schottkyverbindungen mit den punktförmigen P&spplus;-Bereichseinheiten 105 geformt wurden.
In der so wie oben erläutert vorbereiteten elektronenemittierenden Halbleitervorrichtung verursachte das Anlegen einer Umkehrspanung an die Schottky-Barrieren-Diode 108 Verstärkung an dem Übergang zwischen der Schottkyelektrode 108 und dem punktförmigen P&spplus;-Bereich 104, wodurch Elektronen hoher Energie aus der GaSi-Oberfläche emittiert wurden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel begrenzt die Anwesenheit der P&spplus;-Bereichseinheit zur Konzentration des elektrischen Feldes und zur Begrenzung des elektronenemittierenden Teils im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie vorher beschrieben, den Punkt der Elektronenemission, so daß die Elektronenemissionsverteilung in einer Vorrichtung beliebig durch die Anordnung des punktförmigen P-Bereichs und der Größe der P&spplus;- Bereichseinheit gestaltet werden kann.
Außerdem gestattet die elektronenemittierende Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung die Miniaturisierung oder Integration von Vielfachvorrichtungen, weil der herkömmliche Halbleiterprozess bei der Vorbereitung angewandt werden kann.

[Zweites Ausführungsbeispiel]

Fig. 4A ist eine Aufsicht und Fig. 4B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in Fig. 4A, wobei beide eine elektronenemittierende GaAs-Halbleitervorrichtung darstellen, die ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bilden, wobei dargestellt sind: ein P&spplus;-Si-Substrat 401; eine P&supmin;-Schicht 402; eine kreisförmige N&spplus;-Bereich 403; eine punktförmige P&spplus;-Bereichseinheit 404; ein Isolationsfilm 405; Ohmsche Elektroden 406, 407 und eine Schottkyelektrode 408.
Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung der elektronenemittierenden Halbleitervorrichtung, die in Fig. 4 dargestellt ist, erläutert.
(1) Auf einem P&spplus;-GaAs-Substrat 401 mit einer Verunreinigungskonzentration von 5 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ ließ man eine P&supmin;- GaAs-Schicht 402 epitaxial mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ durch MEB (Molekularstrahlepitaxie) oder MO-CVD (metall-organisch-chemischer Aufdampfungsvorgang) wachsen, wobei Be zur P-Verunreinigung verwandt wurde.
(2) Mit FIB (fokussierter Ionenstrahl) wurde eine maskenlose Ionenimplantation durchgeführt unter Verwendung von Si2&spplus; für den kreisförmigen N&spplus;-Bereich 403 mit einer Beschleunigungsspannung von 160 keV und Be&spplus; für die punktförmige P&spplus;-Bereichseinheit 404 mit einer Beschleunigungsspannung von 40 keV.
(3) Nachfolgend wurde SiO&sub2; durch Vakuumaufdampfung auf beide Oberflächen des Substrates 401 aufgetragen, und die implantierten Verunreinigungen wurden durch Tempern über drei Minuten bei 850ºC aktiviert.
(4) Dann wurde das SiO&sub2; vollständig von der rückwärtigen Oberfläche des Substrates entfernt, und allein das Innere des kreisförmigen N&spplus;-Bereichs auf der Vorderseite wurde geätzt, um den Isolationsfilm 405 herzustellen.
(5) Dann wurden eine Au-Zn-Verbindung und eine Au-Ge- Verbindung durch Vakuumaufdampfung auf die Rückseite des P&spplus;- Substrats 401 bzw. auf den n&spplus;-Bereich der P&supmin;-GaAs-Schicht 402 aufgetragen. Nachdem der Au-Ge-Verbindungs-Film auf der Vorderseite gemustert worden war, wurde eine Wärmebehandlung über drei Minuten bei 400ºC durchgeführt, um die Ohmschen Elektroden 406, 407 zu schaffen.
(6) Letztlich wurde LaB&sub6; durch Elektronenstrahlaufdampfung aufgetragen, welches ein die Austrittsarbeit reduzierendes Material (φWT = 2,6 eV) ist, das in der Lage ist, eine befriedigende Schottky-Verbindung zu den positiven Löchern des GaAs herzustellen, um dadurch die Schottkyelektrode zu bilden.
Die elektronenemittierende Halbleitervorrichtung, die auf diese Weise präpariert war, wurde in eine Vakuumkammer bei 2 x 10&supmin;&sup7; Torr plaziert, und erhielt eine Umkehrspannung von 7V, woraufhin eine Elektronenemission von etwa 1 nA beobachtet wurde.

[Drittes Ausführungsbeispiel]

Fig. 5 ist eine Aufsicht und Fig. 6 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B in Fig. 5, die beide eine elektronenemittierende Halbleitervorrichtung darstellen, die ein drittes Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung bildet.
Im folgenden wird das Herstellverfahren der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Vorrichtung erläutert.
(1) Auf einem Isolations-Si-Substrat 511 ließ man eine P&spplus;- Schicht 513 mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ und eine P-Halbleiterschicht 504 mit einer Verunreinigungskonzentration von 3 x 10¹&sup6; cm&supmin;³ durch CVD (chemische Dampfauftragung) oder LPD (Flüssigphasen-Epitaxie) wachsen.
(2) Die Öffnungen für die Bereiche 503, 505, 512 wurden durch einen gewöhnlichen photolithographischen Vorgang gebildet, und As&spplus;-Ionen wurden mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³ in die P&spplus;-Bereichseinheiten 505, 512 implantiert und durch Tempern aktiviert.
(3) Nachfolgend wurde ein die Austrittsarbeit reduzierendes Material, das die Schottkyelektrode 506 bildet, zum Beispiel Gd (φWK = 3,1 eV) in einer Stärke von 100 Å durch Vakuumaufdampfung aufgetragen, und eine befriedigende Schottky-Verbindung wurde durch Wärmebehandlung über zehn Minuten bei 350ºC gebildet.
(4) Dann wurde die Elektrode 508 und die Ohmsche Elektrode 509 durch Aluminiumaufdampfung auf eine Isolationsschicht oder auf die Schottkyelektrode geformt.
In der in der beschriebenen Weise vorbereiteten elektronenemittierenden Halbleitervorrichtung bewirkte das Anlegen einer Umkehrvorspannung an die Schottky-Diode Lawinenverstärkung an einem Übergang zwischen der Schottkyelektrode 506 und der P&spplus;-Bereichseinheit 505, wodurch Elektronen hoher Energie aus der GdSi&sub2;-Oberfläche emittiert wurden.
Wie vorstehend erläutert, hat die vorliegende Erfindung eine zeilenförmige P&spplus;-Bereichseinheit 505 zur Konzentration des elektrischen Feldes und zur Begrenzung des elektronenemittierenden Teils, wie in Fig. 5 dargestellt, so daß die Elektronenemission über einen großen Bereich kontinuierlich erfolgen kann. Folglich kann es als eine Elektronenquelle für Flachanzeigen oder andere Anzeigevorrichtungen verwendet werden, in denen eine lineare Kathode verwendet wird.
Auch die elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann zu einer großen Vorrichtung oder zu einem großen Bereich gestaltet werden, weil es sich um eine Siliziumvorrichtung handelt, die den herkömmlichen Halbleiterprozess anwendet.

[Viertes Ausführungsbeispiel]

Im folgenden wird ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert, in der die elektronenemittierende Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung in einer Sieben-Segment-Ziffernanzeigevorrichtung angewandt wird, wie in den Figuren 7, und 8 dargestellt.
Fig. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils der elektronenemittierenden Halbleitervorrichtung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, und Fig. 8 ist eine schematische Aufsicht desselben.
Im folgenden wird das in den Figuren 7 und 8 dargestellte Herstellverfahren der Vorrichtung erläutert.
(1) Auf einem P&spplus;-GaAs-Substrat 701 mit einer Verunreinigungskonzentration von 5 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ ließ man eine P- GaAs-Schicht 704 mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;³ durch MBD (Molekularstrahl-Epitaxie) unter Verwendung von Be als P-Verunreinigung wachsen lassen.
(2) Dann wurde eine N&spplus;-Schicht 703 durch maskenlose Ionenimplantation mit einem FIB (fokussierter Ionenstrahl) von Si&spplus; in die P-GaAs-Schicht 704 mit einer Beschleunigungsgeschwindigkeit von 80 keV und einer Dosis 5 x 10¹³ cm&supmin;² gebildet.
(3) Dann wurden P&spplus;-Bereichseinheiten 705 geformt, die einen elektronenemittierenden Bereich durch Implantation mit einem FIB und einer Beschleunigungsspannung von 50 kV und einer Dosis von etwa 1 x 10¹³ cm&supmin;³ bilden.
Diese P&spplus;-Bereichseinheiten 705 bilden sieben elektronenemittierende Bereiche zur Anzeige des Sieben-Segment- Anzeige.
(4) Dann wurde die SiO&sub2; Schicht durch Schleuderaufdampfung auf das Substrat 701 gebildet, mit dem N&spplus;-Bereich 703 und darauf den P&spplus;-Bereichseinheiten 705, und während drei Minuten wurde eine Wärmebehandlung bei 800ºC in einem Gasgemisch von Arsen, N&sub2; und H&sub2; angewandt, um die implantierten Verunreinigungen zu aktivieren.
(5) Dann wurde das SiO&sub2; auf den P&spplus;-Bereichseinheiten 705 beseitigt, um die Bereichseinheiten freizulegen, und LaB&sub6; (φWT = 2,6 eV) wurde als ein die Austrittsarbeit reduzierendes Material in einer Stärke von 200 Å durch Elektronenstrahlaufdampfung aufgetragen, das in der Lage ist, eine befriedigende Schottky- Verbindung zu den positiven Löchern des GaAs zu bilden.
(6) Letztlich wurde eine Ohmsche Elektrode auf der Rückseite des P&spplus;-Substrats mit einer Au-Zn-Verbindung aufgebracht, wodurch die elektronenemittierende Vorrichtung vervollständigt war.
Die elektronenemittierende Halbleitervorrichtung, die auf diese Weise vervollständigt war, wurde in einen Vakuumbehälter plaziert, in dem ein Druck von 1 x 10&supmin;&sup6; Torr herrschte, und eine floureszierende Platte wurde in einem Abstand von 2 mm plaziert. Durch die Elektronenemission aus dieser Vorrichtung wurden leuchtende Punkte gemäß den sieben Segmenten der Vorrichtung beobachtet. Die Elektronenemission wurde lediglich aus Segmenten, in denen die Schottkyelektrode eine positive Spannung hatte, erzielt, so daß die Anzeige von Ziffern durch Kombinationen der sieben Segmente möglich wurde.
Wie vorstehend erläutert, ist die elektronenemittierende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in der Lage, den elektronenemittierenden Teil willkürlich zu begrenzen und gleichzeitig elektronenemittierende Mehrfachteile auf ein und demselben Substrat zu bilden.
Des weiteren ist die elektronenemittierende Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in der Lage, Elektronenemissionen in einer Richtung senkrecht zum Querschnitt des Substrat zu vollführen, und ist ebenso in der Lage, Elektronen in eine Vielzahl von Richtungen zu emittieren, indem elektronenemittierende Querschnitte in einer Vielzahl von Richtungen gebildet werden.
Auch kann die Vorrichtung in einfacher Weise beispielsweise als eine Anzeige verwendet werden, da die Form des elektronenemittierenden Teils durch die P&spplus;-Schicht, die in die P- Schicht eingebettet ist, gesteuert werden kann.
Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung mit einer P- Halbleiterschicht, die aus einem halbleitenden Substrat gebildet ist; einer Schottky-Barrieren-Elektrode, die aus der P- Halbleiterschicht gebildet ist, mit mehreren P&spplus;- Bereichseinheiten, die unter und gegenüber der Schottky- Barrieren-Elektrode positioniert sind, und mit einem N&spplus;-Bereich in der Nähe der P&spplus;-Bereichseinheiten.

Claims

1. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung mit einer P- Halbleiterschicht, die aus einem halbleitenden Substrat gebildet ist; einer Schottky-Barrieren-Elektrode, die aus der P- Halbleiterschicht gebildet ist, mit mehreren P&spplus;-Bereichseinheiten, die unter und gegenüber der Schottky- Barrieren-Elektrode positioniert sind, und mit einem N&spplus;-Bereich in der Nähe der P&spplus;- Bereichseinheiten.

2. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dessen Schottky-Barrieren-Elektrode aus wenigstens einem der ausgesuchten Materialien Gd, LaB&sub6;, TiC, ZrC, HfC, SmB&sub6;, GdB&sub6;, WSi&sub2;, TiSi&sub2;, ZrSi&sub2; und GdSi&sub2; zusammengesetzt ist

3. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dessen P-Halbleiter aus wenigstens einem der Materialien Si, Ge, Ga, As, GaP, AlAs, GaAsP, AlGaAs, SiC und BP zusammengesetzt ist.

4. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dessen Schottky-Barrieren-Elektrode eine Dicke aufweist, die 20 nm nicht übersteigt.

5. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dessen Schottky-Barrieren-Elektrode eine Dicke im Bereich von 5 nm bis 15 nm aufweist.

6. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dessen P&spplus;-Bereichseinheit eine Fläche aufweist, die 8000 um² nicht übersteigt.

7. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, dessen P&spplus;-Bereichseinheit eine Fläche in einem Bereich von 1000 bis 6000 um² aufweist.

8. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dessen N&spplus;-Bereich aus einer Kreisringform gebildet ist, die den P&spplus;-Bereich umrundet.

9. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung mit einer P- Halbleiterschicht, die aus einem Halbleitersubstrat gebildet ist, aus einer Schottky-Barrieren-Elektrode auf dem P-Halbleiter und aus einer P&spplus;-Bereichseinheit unter der Schottky-Barrieren- Elektrode, wobei die P&spplus;-Bereichseinheit Streifenform hat.

10. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, mit Mehrfach-N&spplus;-Flächen, die durch die P&spplus;-Flächeneinheit gezogen sind, um so keinen Kontakt mit der P&spplus;-Bereichseinheit zu haben.

11. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, dessen Schottky-Barrieren-Elektrode aus wenigstens einem unter Gd, LaB&sub6;, TiC, ZrC, HfC, SmB&sub6;, GdB&sub6;, WSi&sub2;, TiSi&sub2;, ZrSi&sub2; und GdSi&sub2; ausgewählten Material zusammengesetzt ist.

12. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, dessen P-Halbleiter aus wenigstens einem unter Si, Ge, GaAs, GaP, AlAs, GaAsP, AlGaAs, SiC und BP ausgewählten Material zusammengesetzt ist.

13. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, dessen Schottky-Barrieren-Elektrode eine Dicke aufweist, die 20 nm nicht übersteigt.

14. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13, dessen Schottky-Barrieren-Elektrode eine Dicke innerhalb eines Bereichs von 5 nm bis 15 nm aufweist.

15. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, dessen P&spplus;-Bereichseinheit eine 8000 um² nicht berschreitende Fläche aufweist.

16. Elektronenemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 15, dessen P&spplus;-Bereichseinheit eine Fläche innerhalb eines Bereichs von 1000 bis 6000 um² aufweist.