JPH0145694B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体面に境を接するｎ形領域とｐ
形領域間に形成したｐ−ｎ接合を有する半導体基
体を含み、かつ、該ｐ−ｎ接合に逆方向電圧を供
給して、電子なだれ増倍（アバランシエ マル
チプリケーシヨン）を生ぜしめることにより、該
半導体基体内に電子を発生させ、該基体より電子
を放出させるよう形成した陰極を具備する電子ビ
ーム生成用半導体装置に関するものである。

さらに、本発明はこの種半導体装置の製造方法
に関するものである。この種半導体装置は撮像管
および表示装置に有利に使用できる。

上述の形式の半導体装置については、英国特許
明細書第1303659号に記載されている。この種装
置は、特に陰極線管において、熱により電子放射
を生じさせる形式の一般の熱陰極の代りに使用さ
れる。熱陰極は、加熱による高エネルギー消費の
ほか、電子放射を生ずる前に充分加熱をしなけれ
ばならず、したがつて、直ちに作動させることが
できないという欠点を有する。さらに、この種熱
陰極の場合は、長時間作動中蒸発により陰極材料
が損耗を受けるので、その寿命がある程度限定さ
れるという難点がある。

したがつて、実用上煩わしい熱源を回避し、か
つ他の欠点を回避するため、冷陰極に関し、種々
研究が行われた。

その解決法の１つとして、強力な外部電界を使
用し、点状（パンクテイフオーム）非加熱陰極か
ら電子を引出するよう形成した、いわゆるフイー
ルドエミツシヨン陰極が考えられたが、この形式
の陰極は、きわめて強力な外部電界を必要とする
こと、放射スペースにおける放電により陰極が損
耗を受けること、安定な電子放出に超高真空（10
ないし100ナノパスカル）を必要とすることなど
により、その利用はきわめて限定されるものとな
る。

また、他の解決法として、ｎ形半導体基体をき
わめて薄いｐ形表面領域で被覆し、かくして得ら
れるｐ−ｎ接合に順方向バイアスを与えるよう形
成した、いわゆる“親負電子性（ネガテイブエレ
クトロンアフイニテイ）”陰極が考えられる。こ
の場合には、ｐ形表面領域はｐ形領域内の電子の
拡散再結合長より小さい厚みを有するので、該ｐ
形領域内のｐ−ｎ接合により放出される電子は、
それらに充分なエネルギーを与えた場合にはｐ形
領域の面における半導体面から発生しうるように
なる。この電子の放出を制御するため、半導体面
は、通常、例えば、セシウム含有材料のような電
子仕事函数低下材料により被覆するようにしてい
る。

この種形式の親負電子性陰極における問題の１
つは、ｐ形薄層内に再結合が起り、それにより注
入電流が制限を受けることである。このほか、使
用中に電子仕事函数低下材料の被覆層が徐々に損
耗を受け、陰極の寿命に制限を与えるという難点
を有する。

前述のこれら陰極のほかに、ｐ−ｎ接合を逆方
向に作動させて、電子なざれ増倍（アバランシエ
マルチプリケーシヨン）を生ぜしめた際、半導体
から電子が放出するという事実をもとにした陰極
がある。この場合には、ある数の電子は、電子仕
事函数電位を超えるに必要な大きさの運動エネル
ギーを得ることができるので、これらの電子が半
導体面で解放され、電子流を生ずるようになる。
この種陰極については、前述の英国特許第
1303659号に記載されており、また本出願の主要
事項でもある。前記特許明細書の実施例において
は、半導体材料としてシリコン炭化物を使用した
陰極について記載してある。実際に、この種装置
においては、シリコン炭化物を使用した場合にの
み、実用上有利な効率、すなわち、生成される電
子流とｐ−ｎ接合間に必要とする電子なだれ電流
（アバランシエ電流）の比が得られる。

上述形式の陰極を、例えば撮像管または小形表
示管に使用した場合は、解放された電子は制御格
子により加速され、かくして得られた電子ビーム
は、しばしば電子光学的手法により一点に集束さ
れる。いわゆる“交さ点（クロスオーバ）”と呼
ばれるこの点は、実際の電子ビーム用の実の発生
源として機能し、電子ビームはその後において、
例えば、偏向コイルのような電磁手段により偏向
され、撮像管内において、画像情報を含む光導電
層を走査する。

ところが、上述の“交さ点”の領域において
は、解放された電子間に相互作用が起り、電子エ
ネルギーの分布は、関連の電子温度を増加させる
ように作用し、大きいエネルギー分布の拡がりを
有するようになる。これは、電子ビームのいわゆ
るアクセプタンス曲線に有害な影響を与え、撮像
管内において残像効果を生ずることになる。

英国特許明細書第1303659号に記載の装置にお
いては、半導体面と交叉するｐ−ｎ接合が示され
ている。このような半導体装置を陰極線管または
他の放電管に組込んだ場合、陰極は通常それより
大きいアセンブリの一部を形成するので、例え
ば、陽極または制御格子のような他の電極の影響
により、半導体装置の作動状態において、電子は
半導体装置の主要面に垂直な方向に引張られるこ
とになる。かくして、広い関係で考えた場合、電
子は該主要面に直角な成分を有する電界に左右さ
れる。ここで、前記主要面は溝部または凹部を含
む半導体を意味するものとする。

アバランシエ降伏の結果電子を放出するｐ−ｎ
接合の電界は、該ｐ−ｎ接合に垂直な方向に指向
する。したがつて、放出される電子は所望の方向
以外の方向の直度成分を有することになり、特に
狭い電子ビームを必要とするとき不都合な結果を
与える。

また、実験によれば、ｐ−ｎ接合に関連する空
乏ゾーンが半導体面に隣接するよう形成した前記
英国特許に記載の半導体装置の場合、この種冷陰
極により生成される電子のエネルギー分布は、特
に撮像管用として不適当であることが判明した。
実際問題として、解放された電子は、急峻な電子
温度を有することなく、放出電子のエネルギー分
布は、ｐ−ｎ接合の電流と加速電極の電圧に左右
される急峻なピーク値のほか第２の広域なエネル
ギー値の分布を示す。このような尖鋭でないエネ
ルギー分布は前述したビームのアクセプダンス曲
線に有害な影響を与える。

エネルギー分布の形状は２つの分布からなるも
のということができる。すなわち、広域分布は、
空乏ゾーンにおいて、既に電子仕事函数電位を超
えるに充分なエネルギーを得、半導体面の種々の
点において異なる電位で発出される電子の放出に
より起り、これに反して、急峻なピーク値は、主
として、全空乏ゾーンを横切つて、その面上でほ
ぼ一定の電位を有するｎ形ゾーンの導電部分から
発出される電子の放出により起る。

本発明の目的は、陰極材料としてシリコンを使
用し、しかも前述の英国特許明細書に記載された
装置に比し大幅に効率を改善した半導体装置を提
供しようとするものである。また、本発明は、生
成される電子のエネルギー分布が僅かな拡がりを
示すに過ぎないような特性を有する半導体装置を
提供することを他の目的とする。

本発明は、ｐ−ｎ接合の直ぐ近接において電界
の影響を与えることにより、上記目的を達成する
ことができ、かつ適当な方法でｐ−ｎ接合を与え
ることにより、電子のエネルギー分布に影響を与
えることができるという事実の認識にもとづきな
されたものである。

これがため、本発明半導体装置は、半導体面に
少なくとも１つの開口部を具えた電気絶縁層を設
け、該開口部の縁部において該絶縁層上に少なく
とも１つの加速電極を配置し、かつ少なくとも該
開口部内において、該ｐ−ｎ接合を半導体面にほ
ぼ平行に伸長せしめることにより、開口部内にお
けるｐ−ｎ接合部が、ｐ−ｎ接合の残りの部分よ
り局部的に低い降伏電圧を示すようにし、さら
に、該低降伏電圧を有する部分をｎ形導電層によ
り該半導体面から隔離し、該ｎ形導電層に、降伏
電圧時において該ｐ−ｎ接合の空乏ゾーンが半導
体面まで伸長することなく、生成される電子を通
過させるに充分な薄さをもつた表面層により半導
体面から隔離されるような厚みとドーピングを与
えるようにしたことを特徴とする。

このように形成した半導体装置においては、そ
の効率が大幅に改善され、また、例えば、シリコ
ンのようなシリコン炭化物以外の材料を使用した
場合でも、実用目的に適した効率が得られること
が判明している。また、これにより、シリコン内
に集積回路を製造する既知の技術を用いて陰極構
造を製造することができ、かつ、技術的問題を提
起することなしに、該陰極構造を集積回路内に組
込むことができるという利点が生ずる。さらにま
た、加速電極に与える電圧により電子放出を制御
できるという他の利点を与えることができる。ま
た加速電極を２またはそれ以上の部分により形成
し、それぞれに異なる電位を与えることにより、
電子の放射方向を制御することもできる。特に、
環状開口部より生成される放射パターンを、例え
ば、換像管の光導電層の点のような一点に表示さ
せ、存在する画像情報を読み得るようにすること
も可能である。

特に、あたかも、それが仮の電子発生源から発
生したかのように電子を発生させ、しかる後、既
知の電子光学手法を用いてターゲツト上の一点に
表示するようにすることも可能である。この利点
は、簡単な方法で自動集束を行いうるということ
である。この場合は、一般の偏向手段を用いて光
導電層の面にわたり集束点を偏移させることがで
き、かくして画像情報を走査することができる。

本発明によるときは、電子ビームは“交さ点”
を形成することなく陽極から直接光導電層に表示
されるので、より短かい長さの撮像管を製造する
ことが可能となる。さらに、このように“交さ
点”を除去することにより、ビーム内の電子温度
の不必要な増加を防止することが可能となる。ま
た、熱陰極を有する管の“交さ点”に匹敵する機
能を有する仮の電子発生源がターゲツトと陰極の
間にあるのでなく、仮の発生源とターゲツトの間
に陰極があるような状態とすることにより、熱陰
極を有する管に比し、さらに管の長さを短縮する
ことができる。

本発明による効率の改善状況は次のとおりであ
る。すなわち、まず最初に、加速電極を介して生
成される半導体面近くの強電界の結果として、仕
事函数の減少（シヨツトキー効果）が得られ、さ
らに、空間電荷の形成が防止できることである。

最後に、電子通路が既存の装置の場合よりさら
に良く限定され、さらに電子のエネルギー分布の
拡がりが小さくなることである。すなわち、加速
電極に充分高い電位を与えることにより、電子
（放出時において余裕のある運動エネルギを有す
る。）は加速電極の方向に加速され、また、ｐ−
ｎ接合を半導体面に交叉させるよう形成した前述
の既知装置の場合に比し、所定方向以外の方向の
速度成分が大幅に減少される。

さらに、ｐ−ｎ接合を半導体面にほぼ平行に伸
長させるようにしたことは、放出電子のエネルギ
ー分布に好ましい影響を与える。

また、本発明半導体装置の場合は、空乏ゾーン
を半導体面に終端させないようにしているため、
この種装置より放出される電子のエネルギー分布
における前述の“広域ピーク値”を回避すること
ができる。

1961年５月１日付“フイジカルレビユー”、
Vol130.No.3.972〜985頁に発表されているデイ
ー・ジエー・バーテリング（D.J.Barteling）、ジ
エー・エル・モール（J.L.Mall）およびエヌ・ア
イ・メイヤー（N.I.Meyer）による論文“シリコ
ン内の浅いｐ−ｎ接合よりの熱電子放出（hot
electron emi−ssion from shallow ｐ−ｎ
junctions in silicon）”には、アバランシエマル
チプリケーシヨンにより半導体面に平行な逆ｐ−
ｎ接合より生成され、シリコン基体から放出され
る電子のエネルギー分布に関する測定結果が示さ
れている。前記論文に記載されてきる測定結果に
よれば、本発明半導体装置の測定値（エネルギー
分布は0.5eVおよび0.2eVの電子温度に対応して
それぞれ約1.4eVおよび約0.5eVの半減期幅を有
する。）より相当広範囲にわたり伸長したエネル
ギーが示されている。前記論文では、空乏ゾーン
から発出する電子の寄与についてはその記載がな
く、また設定例には加速電極に関する記述もな
く、さらにｐ−ｎ接合の局部的降伏電圧の低下に
ついても触れられていない。

降伏電圧は種々の方法で局部的にこれを減少さ
せることができ、例えば、プロトンのような加速
分子で衝突させることにより、所望の位置におい
てグリツドに損傷をあたえるようにすることがで
きる。また、開口部の領域において、半導体基体
にＶ字形溝部または凹部を設け、フイールドレン
ズの集束、したがつて降伏電圧の減少を招来させ
ることもできる。

しかしながら、前記降伏電圧の減少は、余分の
ドーピング工程により与えるようにすることが望
ましい。この目的のため、本発明半導体装置の一
実施例においては、ｐ形領域に局部的に高濃度ド
ーピングを施したゾーンを設け、少なくとも作動
状態において該ゾーンを空乏ゾーン内に伸長させ
ることにより、局部的に降伏電圧を低下させるよ
うにしたことを特徴とする。

かくすれば、前記高濃度ドープｐ形領域の場所
において空乏ゾーンの狭隘化が生じ、これにより
降伏電圧の低下をもたらすことができる。

また、本発明装置の他の実施例においては、該
高濃度ドープｐ形領域の幅を多くとも5μｍとし
たことを特徴としており、これにより電流の密集
が起ることを防止している。

特に、前述したような撮像管用として使用する
場合には、その開口部をほぼ環状スロツト状に形
成し、さらに、加速電極を２またはそれ以上の副
電極に分割して、１つの副電極を該環状スロツト
の内側に配置し、他の副電極を該環状スロツトの
外側に配置するような方法で該陰極を構成するを
可とする。

環状スロツトは必ずしも円形である必要はな
く、例えば楕円形でもよく、また、ある環境のも
とでは正方形または長方形としてもよい。

また、開口部は必ずしもスロツト状に構成する
必要はなく、特に、表示用として使用する場合に
は円形および正方形もしくは長方形開口部とする
ことも適当である。

さらに、本発明は上述のような半導体装置の製
造方法にも関する。本発明製造方法においては、
半導体面に境を接するｎ形領域とこれに隣接する
ｐ形領域との間にｐ−ｎ接合を形成せしめた半導
体基体を製造開始時の原材料として、まず始め
に、該半導体面を絶縁層で被覆し、さらに該絶縁
層を導電層で被覆した後、該導電層をマスク層で
被覆するようにしたこと、次に、該マスク層に開
口部を設けた後、該開口部を通して、エツチング
により該導電層および絶縁層を連続的に取除き、
少なくとも該導電層内のエツチング開口部を、該
ｐ形領域が半導体面と接する表面層部分より大き
くなるようにしたこと、次いで、マスクとして該
マスク層、もしくは該マスク層と該絶縁層を使用
して、該表面層部分にアクセプタ原子を注入する
ことにより、該ｐ形領域より高いドーピング濃度
を有し、かつ該表面層部分内に位置するｐ形ゾー
ンを形成させた後、該マスク層を取除き、さらに
該導電層をマスクとして使用し、該ｐ形ゾーンの
深さより浅い深さで該表面層部分にドナー原子を
注入した後、加速電極として働らく導電層、ｎ形
領域およびｐ形領域に接続導体を設けるようにし
たことを特徴とする。このような製造方法の利点
はいくつかの工程で、絶縁層または導電層がマス
クとして機能するということで、その結果部分的
に自己位置決めが行われる。

また、全般的に自己位置決めが行われるように
した本発明製造方法によるときは、始めに、エツ
チング開口部の領域において該ｎ形領域を伸長さ
せ、該絶縁層をエツチングした後、該導電層をエ
ツチングマスクとして該表面層部分におけるｎ形
領域をエツチングによりその深さにわたつて取除
き、その後該絶縁層をマスクとして使用し、該ｐ
形ゾーンを注入するようにしたことを特徴とす
る。

また、ドナーイオンは最大ドナー濃度が半導体
基体の面とほび一致するようなエネルギーで酸化
物層を介して該表面層部分に注入するようにする
ことが望ましく、かくすることにより、ｎ形領域
内の直列抵抗を可能な限り小とすることができ
る。

前述したように、本発明に係る陰極は撮像管用
として使用する場合きわめて有利である。また、
本発明半導体陰極を具える表示装置についても
種々の利用方法があり、その１つとして、例え
ば、半導体装置から生成される電子流により活性
化されるよう形成した螢光スクリーンを含む表示
管が考えられる。

以下図面により本発明を詳細に説明する。

ここで、各図においては、図示を明瞭にするた
め断面図における厚みの方向の寸法を特に拡大し
て表示してあり、同じ導電形式の半導体ゾーンに
関しては同じ方向の陰影を付してある。また、同
一構成素子については同一符号数字で表示してあ
る。

第１図は電子ビームを発生するよう設計された
半導体装置の平面図、また、第２図は第１図示装
置の線−による断面図である。図示装置は、
本実施例の場合シリコンにより形成した半導体基
体１を有する陰極を含む。本実施例における半導
体基体は、基体の面２と隣接し、かつ、ｐ形領域
４とともにｐ−ｎ接合５を形成するｎ形領域３を
含む。前記ｐ−ｎ接合の両端に逆方向に電圧を供
給することにより、アバランシエマルチプリケー
シヨン（電子なだれ増倍）により電子が生成さ
れ、半導体基体から放出される。これを第２図に
矢印６で示す。

実際には、この種形式の装置の効率は、特に半
導体材料としてシリコンを使用した場合、低いも
のとなり、有用な陰極とはいいがたい。これは、
シリコン炭化物を使用することにより軽減するこ
とが可能であるが、集積回路の製造に使用する技
術は、この目的には適していないので、技術的に
この方法は不利である。

本発明によるときは、例えば、シリコン酸化物
により形成した少なくとも１つの開口部８を有す
る電気絶縁層７を面２に設けるようにし、前記開
口部８の内部で、ｐ−ｎ接合５を面２にほぼ平行
に伸長させるようにしている。さらに、開口部８
の緑部における絶縁層７上には、本実施例の場
合、単結晶シリコンにより形成した加速電極を設
けている。

また、本発明の場合、開口部８内のｐ−ｎ接合
５の部分では、局部的に、ｐ−ｎ接合の残りの部
分より低い降伏電圧（ブレークダウン電圧）を呈
するようにしている。本実施例の場合は、開口部
８内の空乏ゾーン１０をｐ−ｎ接合５の他の点に
おける空乏ゾーンより狭くすることにより、降伏
電圧の局部的減少を得るようにしている。この低
い降伏電圧を有するｐ−ｎ接合５の部分はｎ形層
３により面２から隔離される。このｎ形層３は、
降伏電圧において、ｐ−ｎ接合５の空乏ゾーン１
０が面２まで伸長しないような厚みおよびドーピ
ングを有する。かくすれば、表面層１１はその存
在を保持し、アバランシエ電流の非放出部分の導
電が確保される。表面層１１はアバランシエマル
チプリケーシヨンにより半導体基体１から放出さ
れ、ビーム６を形成する電子の一部を通過させる
に充分な薄さを有する。

空乏ゾーン１０の面積の減少、したがつてｐ−
ｎ接合５の降伏電圧の局部的減少は、本実施例の
場合、ｎ形領域３とともにｐ−ｎ接合を形成する
高濃度ドープｐ形領域１２を開口部８内に設ける
ことによりこれを得るようにしている。

さらに、図示半導体装置は接続電極１３を含
み、接触ホールを通してこれをｎ形接触ゾーン１
４に接続するとともに、前記接触ゾーン１４をｎ
形ゾーン３に接続する。また、本実施例において
は、ｐ形ゾーンをその下側部において金属層１６
により接触させるようにしている。この接触は高
濃度ドープｐ形接触ゾーン１６を介して行うよう
にすることが望ましい。

第１図および第２図示実施例において、表面に
おけるｎ形領域３のドナー濃度は例えば５・10⁸
アトム／cm²、ｐ形領域４のアクセプタ濃度は相当
低く、例えば、10¹⁵アトム／cm³とする。また、ｐ
−ｎ接合の領域における開口部８内の高濃度ドー
プｐ形領域１２は、例えば、３・10¹⁷アトム／cm³
のアクセプタ濃度とする。かくすれば、前記ｐ形
領域１２の領域におけるｐ−ｎ接合５の空乏ゾー
ン１０は積的に制限され、降伏電圧の減少をもた
なすことになるので、アバランシエマルチプリケ
ーシヨンはまずこの位置に発生する。

また、本実施例の場合は、ｎ形領域３の厚みを
0.02μｍとしている。かくすれば、前述のドナー
濃度で、充分なドナーが電離され、アバランシエ
マルチプリケーシヨンが起り始めるような電界強
度（約６・10⁵V／cm）に到達することが可能と
なり、それにも拘らず表面層１１その存在を保持
するので、一方においては、ｐ−ｎ接合５への導
電が可能となり、他方では、この層が生成された
電子の一部を通過させるに充分な薄さを有するこ
とになる。厚みが0.2μｍの場合は、ｎ形導電層
は、生成される電子に対して通常抑止作用を及ぼ
し、陰極の効率を大幅に減少させる。

第１図および第２図示装置のｐ−ｎ接合５の両
端に逆方向に電圧を供給する場合には、該接合の
いずれかの例、すなわち移動電荷キヤリアがほと
んど現われない領域に空乏ゾーンが形成される。
前記空乏ゾーンの外側では、容易に導電が可能で
あるので、該空乏ゾーンにはほぼすべての電圧が
かかり、関連の電界が高くなり、アバランシエマ
ルチプリケーシヨンが生ずる。かくして、電子は
解放されて、現存する電界により加速され、シリ
コン電子との衝突により電子ホール対を形成する
ようになる。また、前記電子は電界によつて再び
加速され、電子ホール対を再度形成することがで
きる。したがつて、電子のエネルギーは高くな
り、電子が半導体材料から発出するに充分なエネ
ルギーを有することに至り、その結果として、第
２図に矢印６で示すような電子流が生ずる。

本発明によるときは、開口部８の縁部において
絶縁層７上に加速電極９を設けているため、該電
極９に正電位を与えることにより、面２にほぼ直
角な方向に解放電子を加速させることができる。
このことは、このような半導体構造（陰極）が、
実際には、ある間隔をおいて、正の陽極または、
例えば制御格子のような他の電極を既に有する
か、あるいは有しないような装置の一部を形成す
るということから、通常上記の方向における余分
な加速に関連することを意味する。

また、本実施例の場合、電子は、ほぼ環状のス
ロツトにより放射される。図においては、その図
的表示特性により、あまり明らかにされていない
が、加速電極の部分９ｂに関するスロツト妨害は
周辺のすべてに比しきわめて小であり、実用上問
題となることはない。この場合には、加速電極は
２つの部分９ａおよび９ｂにより形成し、これら
の部分に異なる電位を与えることにより、例え
ば、撮像管の感知部分に放射ビームを発散または
収斂させ、かつ、表示させることができる。

本実施例の場合、開口部８は、絶縁層７の厚み
と同程度の大きさの幅をもつた小スロツト状に形
成しており、例えば、スロツトの幅を4μｍ、酸
化物層の厚みを1μｍに選定している。このよう
な寸法を選択し、該開口部８の周辺を可としその
直ぐ近傍に加速電極９を配置することにより、ス
ロツト上には電子の加速にに好都合な等電位面が
形成される。

電気的絶縁層７は、本実施例の場合、シリコン
酸化物により形成し、加速電極９は電極１３とと
もに、単結晶シリコンによりこれを形成している
が、絶縁層に対しては、例えば、シリコン窒化シ
リコン酸化物（シリコンニトライド−シリコンオ
キサイド）のような他の適当な材料を選定しても
よく、また、電極に対しては、例えば、アルミニ
ウムのような従来から半導体技術に使用されてい
る他の適当な材料を選定してもよい。

また、ｐ形領域１２の幅は、本実施例の場合、
3μｍに選定している。この幅は5μｍより小とす
るを可とする。それは、これ以上になると、該領
域１２の縁部に沿つて電流の密集が生ずることに
よる。

また、加速電極に印加される電圧により、電子
仕事電位の減少が生じ（シヨツトキー効果）、こ
れにより前述の電子放出の増加が起る。さらに、
開口部８内の半導体表面２を、例えば、バリウム
またはセシウムを含む材料よりなる層３１のよう
な仕事函数低下材料で被覆することにより、電子
放出をさらに増大させることもできる。

第３図は第１図に示すような陰極に関し測定し
たエネルギー分布図である。

図は所定エネルギーで半導体基体を離れる電子
の数を該エネルギーの函数としてプロツトしたも
ので、水平軸に沿つてはエネルギーＥをeVで、
また垂直軸には放射電子数Ｎ(E)を任意の単位でプ
ロツトしてある。また、Ｎ(E)の絶対値はアバラン
シエ電流および加速電極の電圧によつても左右さ
れる。

本発明によるときは、ｐ−ｎ接合を面２にほぼ
平行に伸長させるようにし、かつ空乏ゾーン１０
を面２内に浸透させないようにしているため、全
空乏ゾーンを横切る電子のみが解放されることに
なる。図の狭いピーク値１８はこれに関連するエ
ネルギー分布を示す。このようなエネルギー分布
は、特に、撮像管の陰極用としてきわめて有利で
ある。

第４図は、例えば、熱陰極５４を有する一般形
式のテレビジヨン撮像管のような撮像管５１を示
す。図示撮像管は、さらに密閉形真空管３３、例
えば三硫化アンチモンにより形成し、電子ビーム
で走査されるようにした光導電ターゲツト３４、
および遮蔽格子３９を含む。

また、前記撮像管は電子を加速し、かつ電子ビ
ームを集束する働きをする一般形式の電極３５，
３６を含むほか、ターゲツト３４を走査しうるよ
うにするための電子ビーム偏向手段を有する。こ
れらの偏向手段は、例えばコイル系３７により形
成する。撮像すべき被写体はレンズ３８によりタ
ーゲツト３４上に投影されるようにし、端壁部５
２は放射に対し透過万能な構造とする。

他の端壁部５３は電気的接続のための導線引出
し部（リードスルー）４０を具える。

かくすれば、陰極５４から放出された電子は、
まず電極３５，３６により点４１において集束さ
れた後、コイル系３７により光導電層３４に表示
されるが、点４１（交さ点）における電子の集束
の際、相互作用が生ずるため、電子ビームはより
広がつたエネルギースペクトラムを得ることにな
り、それによつていわゆる後作用が発生する。

第５図は本発明半導体陰極１を有する撮像管５
１を示す。図示撮像管は、さらに、密閉形真空管
３３、電子ビーム６により走査されるよう形成し
た光導電ターゲツト３４を含むほか、電子ビーム
偏向用コイル系３７および遮蔽格子３９を具え
る。また、撮像すべき被写体はレンズ３８により
ターゲツト３４上に投影されるようにし、端壁部
５２は放射に対し透過可能に形成するとともに、
端壁部５３には電気的接続用の導線引出し部４０
を設ける。本実施例においては、第１図および第
２図に示すような半導体陰極を撮像管５１の端壁
部５３に装着するようにしている。

このような半導体陰極の場合は、エネルギーの
拡がりがきわめて小さい電子が陰極から放出され
るので、例えば、放出ｐ−ｎ接合の空乏ゾーンが
表面に露出し、エネルギーの拡がりの大きい電子
を放射するような半導体陰極と対比した場合、前
述のような撮像管（または奥行の短かい表示管）
用としてきわめて好適である。また、この場合、
電子はいわゆる“交さ点（クロスオーバ）”に当
初集中しないので、エネルギー分布は狭い拡がり
を保持し続けることになる。

また、本実施例の場合には、副電極９ａに副電
極９ｂより高い正電圧を供給することにより、電
子６は截頭円錐面に沿つて陰極を離れ、あたかも
仮の発生源３２から電子が発出しているような状
態にしている。したがつて、より短かい長さの撮
像管５１が実現可能となり、また、他方におい
て、走査すべきターゲツト３４上の位置により左
右される仮の発生源３２の位置を副電極９ａ，９
ｂの電圧により変化させることにより自動集束
（ダイナミツクフオーカシング）が可能となる。

さらに、電子がたかも截頭円錐面に沿つて陰極
を離れ、ビームの面に沿つて動くという事実は、
ビームの帯断面にわたつて電子が動く第４図に示
すような一般の撮像管に比し種々の電子光学的利
点を与える。実際問題として、コイル系３７は、
ビームの面に沿つて動く電子に対してよりも、既
知のようなビームの軸に沿つて動く電子に対して
影響を与える。

また、陰極を直接制御することにより光導電タ
ーゲツト３４上に集束させることも可能であり、
この場合には集束電極はこれを必要としない。こ
のことは、一方では集束点（交さ点）においてエ
ネルギースペクトラムの拡がりが起らず、他方で
は補助電極数のより少ない陰極線管や寸法の短か
い陰極線管が得られることを意味する。

第６図は、例えば英国特許明細書第1303659号
の場合のように、空乏ゾーンを面２まで伸長させ
るよう形成した陰極を有する半導体装置１を示
す。この場合には、ｎ形基板３とｐ形領域４との
間にｐ−ｎ接合を形成し、図の外部に、ｐ−ｎ接
合５を逆方向にバイアスするための接触を与える
ようにしている。かくすれば、ｐ−ｎ接合５には
アバランシエマルチプリケーシヨンが発生し、半
導体基板からは矢印６で示すような電子が放出さ
れる。この種装置における放出電子も、絶縁層７
内の面２に露出した開口部８の縁部上に比較測定
のため設けた加速電極９により加速される。ま
た、必要に応じて仕事函数数低下材料よりなる層
３１で被覆するを可とする面２には、本実施例の
場合、ｐ−ｎ接合５おび空乏ゾーン１０が境を接
するよう形成している。

この場合には、半導体基体から放射される電子
のエネルギーＥの函数としてのエネルギー分布は
狭帯域の尖鋭特性とはならず、空乏ゾーン１０が
面２まで伸長した第６図示陰極について測定した
エネルギー分布は第７図の曲線１７に示すような
ものとなる。すなわち、図示のエネルギーの分布
は、ｐ−ｎ接合を流れる電流と加速電極の電圧に
左右される尖鋭なピーク値２０を除き、広帯域特
性１９を呈する。これは、電子が空乏ゾーンを完
全に横切る以前に、既に多数の電子が充分な放射
エネルギーを得ており、その結果、空乏ゾーン１
０内で面２の種々の位置でこれらの電子が解放さ
れることによる。かくして、該空乏ゾーンの両端
には、ほぼすべての逆電圧があらわれるので、面
２に沿つたこの部分には電圧こう配が生じ、した
がつて、放射電子は種々の異なる始動電位で面２
を離れ、種々のエネルギーを得ることになる。ま
た、狭帯域のピーク値20は、空乏ゾーンのすべて
またはほぼすべてを横切つた電子により形成さ
れ、始動電位としてｎ領域の電位をもち続ける。

以下、第１図および第２図示装置の製造方法に
つき説明する（第８図ないし第１０図参照）。

製造開始時の原材料は、面２と境を接し、か
つ、ｐ形領域４とともにｐ−ｎ接合５を形成する
ｎ形領域１４，２６を具えたシリコンよりなる半
導体基体１とする。この半導体基体は、例えば次
のようにして得られる。すなわち、まず、本実施
例の場合、0.001Ω・cmの固有抵抗を有するｐ形
シリコン基板１６上に、10μｍの厚みと10Ω・cm
の固有抵抗を有するエピタキシヤル層４をエピタ
キシヤル成長法により生成し、次に、例えば、隣
を約2μｍの深さまで半導体基体内に拡散させる
ことにより、ｎ形接触ゾーン１４を形成させる。
この場合、ゾーン１４の表面濃度は、例えば10¹⁹
アトム／cm³となるようにする。次に、例えば、砒
素注入法により、前記接触ゾーンの深さより僅か
に浅い深度を有するｎ形表面ゾーン２６を形成さ
せる。この場合、砒素イオンは、約50KVのエネ
ルギー、約10¹⁴イオン／cm²の線量により、例えば
0.2μｍの深さまで注入するようにする。

次いで、例えば熱酸化を用いて、シリコン酸化
物のような絶縁層７により既知のように面２を被
覆する。次に、例えば、1μｍの厚みを有する前
記層７上に、例えば、多結晶シリコン層のような
導電層９を設け、次いで、例えば、シリコン窒化
物よりなるマスク層２１で前記導電層を被覆す
る。

次に、写真石版エツチング法を用いて該マスク
層内に開口部２２の形状を確定した後、まず最初
に該開口部を通して、例えば、プラズマエツチン
グにより多結晶シリコンの導電層９内に開口部を
エツチングし、次いで、例えば、弗化水素酸およ
び弗化アンモニウムの水溶液を用いて絶縁層７内
に開口部をエツチングする。かくして、第８図示
構造が得られる。

次に、くり抜き法（アンダーカツテイング）を
用いて、単結晶シリコン９の開口部を絶縁部２３
の所まで拡張させ、縁部２３により境界の形成さ
れた開口部が絶縁層７のエツチングにより露出さ
れた面２の部分より大きくなるようにする。アン
ダーカツテイング用として使用するエツチング剤
（例えば、弗化水素酸、硝酸および酢酸の混合液）
は、同時にｎ形表面ゾーン２６をも侵蝕する。前
記エツチング操作は、表面ゾーン２６が開口部２
２の領域でその厚さのすべてにわたつて取除かれ
るまでこれを続ける。この場合、使用するエツチ
ング剤は、単結晶シリコンより早く横方向に多結
晶シリコンをも浸蝕するので、多結晶シリコン層
９の開口部は単結晶シリコン内の開口部２７より
大きくなる（第９図参照）。次に、例えば、
20KVのエネルギー、８・10¹²イオン／cm²の線量
で、ポロンイオンを注入する。この場合、マスク
層２１は絶縁層７とあいまつて注入マスクとして
働らく、この注入の後、必要に応じて、さらに、
ポロンを拡散させ、エピタキシヤル層４に比し、
高濃度ドーピング（10¹⁷〜10¹⁸アトム／cm³の表面
ドーピング濃度）を有するｐ形領域２４を形成さ
せる。かくして、第９図に示す半導体装置が得ら
れる。

次に、マスク層２１を取除いた後、多結晶シリ
コンの層９をエツチングマスクとして、弗化水素
酸および弗化アンモニウムの水溶液により酸化物
層７をエツチングする。次いで、露出した単結晶
シリコン面および多結晶シリコンに、例えば、熱
酸化により、約0.02μｍ厚みを有する酸化物皮膜
２５を被覆する。前記酸化物被膜２５は、後続の
ドナー注入の間における保護機能のほか、注入お
よび後続の焼きなまし工程後、注入されたドナー
の最大濃度が半導体基体の表面濃度とほぼ等しく
なるよう注入に影響を与えるという機能を有し、
これは面に沿つての良好な導電性を与える。

ドナーは、例えば40KVのエネルギーおよび
３・10¹³イオン／cm²の線量で、例えば0.02μｍの
ようなｐ形領域２４の深さより浅い深さまで砒素
を注入することによりこれを行うようにし、この
注入によりｎ形領域３を形成させる。また、これ
により、ｐ形領域２４の表面ゾーンのドーピング
は反転され、残部により第２図に示すようなｐ形
領域１２が形成される。かくして、第１０図示装
置が得られる。

次に、前述の焼なまし工程の後、例えば、エツ
チング法により酸化物皮膜２５を取除き、例えば
導電層９を与える前に、絶縁層の断面図に図示し
ていない場所に、ｎ形ゾーン１４を接触させるめ
の接触ホールを設ける。また、前述の多結晶シリ
コンのエツチング工程中に、導電層９にパターン
状エツチングを施こし、加速電極９ａ，９ｂなら
びに接続電極１３を形成させる。

その後、半導体装置の下側部に金属層１５を設
けることにより第１図および第２図示装置が得ら
れる。最後に、電極９，１３および１５上に接続
導線を装着する。また、この場合、面２上に例え
ば、バリウムまたはセシウムを含む材料のような
仕事電位低下材料の層３１を設けることもでき
る。

第１１図は第１図と同じ正面図を有する本発明
装置の他の実施例の断面図を示すもので、この場
合の断面も線−によるものである。図示装置
も、例えば、シリコンにより形成した半導体基体
１を有する陰極を有す。前記半導体１は、基体の
面２に境を接するｎ形領域３とｐ形領域４との間
にｐ−ｎ接合５を有し、前記ｐ−ｎ接合の両側に
逆方向に電圧を供給することにより、半導体基体
から矢印６で示すような電子が放出される。

本実施例の場合、面２上には、例えば、シリコ
ン酸化物により形成した電気絶縁層７を配置し、
前記層７内に少なくとも１つの開口部８を設け、
前記開口部８の内部において、面２にほぼ平行に
ｐ−ｎ接合５を伸長させるようにしている。さら
に、開口部８の縁部における絶縁層７上には、本
実施例の場合、多結晶シリコンにより形成した加
速電極９を配置している。

本発明によるときは、開口部８の内部にあるｐ
−ｎ接５の部分に、残りのｐ−ｎ接合の部分より
低い降伏電圧を与えるようにしており、本実施例
の場合は、開口部８の内部において、降伏電圧に
おける空乏ゾーン１０の厚みをｐ−ｎ接合５の他
の位置におけるそれより狭くすることにより、局
部的降伏電圧の減少を与えるようにしている。ま
た、この減少降伏電圧を有するｐ−ｎ接合５の部
分はｎ形層３によりこれを面２から隔離させ、か
つ、層３に、降伏電圧において、ｐ−ｎ接合５の
空乏ゾーン１０が面２まで伸長しないような厚み
とドーピングをもたせるようにし、かくして、表
面層１１の存在を保持し、アバランシエ電流の導
電を確保している。また、前記表面層１１は、ア
バランシエマルチプリケーシヨンにより生成さ
れ、半導体１から放出されて、ビーム６を形成す
る電子の一部を通過させるに充分な薄さとする。
また、この場合にも、開口部８内に、ｎ形領域３
とともにｐ−ｎ接合を形成する高濃度ドープｐ形
領域１２を設けることにより、空乏ゾーン１０の
面積の減少、したがつて、ｐ−ｎ接合５の降伏電
圧の局部的減少を得るようにしている。

さらに、図示装置には接続電極１３を設け、接
触ホールを通して、前記接続電極をｎ形ゾーン３
に接続したＮ形接触ゾーン１４に接触する。また
ｐ形ゾーンは本実施例の場合、その下側部におい
て金属層１５と接触させるようにする。この場
合、高濃度ドープｐ形接触ゾーン１６を介して前
記接触が行われるようにすることが望ましい。

第１１図示実施例においては、ｎ形領域３のド
ナー濃度は、例えば５・10¹⁸アトム／cm³であり、
またｐ形領域４のアクセプタ濃度はこれより相当
低く、例えば10¹⁵アトム／cm³とした。

また、開口部８内のｐ−ｎ接合に近い高濃度ド
ープｐ形領域１２のアクセプタ濃度は、例えば
２・10¹⁷アトム／cm³とした。この結果この高濃度
ドープｐ形層１２の領域においてｐ−ｎ接合の空
乏ゾーン１０の面積の減少、ひいては降伏電圧の
減少が得られ、かくしてアバランシエ マルチプ
リケーシヨンを最初にこの位置で発生させること
ができた。

またｎ形領域３の厚みは、本実施例の場合も
0.02μｍとした。これにより前記ドナー濃度でア
バランシエ マルチプリケーシヨンが生じ始める
ような電界強度（約6.10⁵V／cm）に到達させるの
に充分なドナーを電離させることができ、しかも
表面層１１の存在を保持しうるので、一方ではｐ
−ｎ接合５に対する導電を確保するとともに、他
方では前記表面層１１に発生電子を通過させるに
充分な薄さを保持させることが可能となる。

第１１図示装置は次のようにして製造すること
ができる（第１２図ないし第１４図参照）。

製造開始時の原材料は、面２と境を接し、かつ
ｐ形領域４とともにｐ−ｎ接合５を形成するｎ形
領域１４を有する半導体基体１である。この半導
体基体は例えば本実施例の場合、0.001Ω・cmの
固有抵抗を有するｐ形シリコン基板１６上に厚さ
10μｍ、固有抵抗10Ω・cmのｐ形エピタキシヤル
層を成長させることによりこれを得ることができ
る。またＮ形領域１４は例えば燐の拡散を用いて
約2μｍの深さまで半導体基体内に拡散させるこ
とによりこれを形成する。前記ｎ形領域１４の表
面におけるドーピング濃度は例えば２・10¹⁹アト
ム／cm³とする。

次に、例えば熱酸化により例えばシリコン酸化
物により形成した絶縁層７で面２を既知のように
被覆し、次いで例えば1μｍの厚みを有する前記
絶縁層７上に例えば多結晶シリコン層よりなる導
電層９を設け、さらに例えばシリコン窒化物によ
り形成したマスク層で前記導電層９を被覆する。

次いで写真石版エツチング法を用いて、該マス
ク層２１内に以降のエツチング工程用に必要な窓
部２２の範囲を定める。この場合前記窓部２２は
投影した際、これがｎ形領域１４の部分の間にあ
るような配置とする。次に例えばプラズマエツチ
ング法により窓部２２を通して多結晶シリコンの
層９にエツチングを施すことにより第１２図に示
すような構造が得られる。

多結晶シリコンのエツチングは、ｎ形領域１４
の部分が境を接する面２に隣接したｐ形領域４の
部分より前記開口部が大となるまで継続して行
う。換言すれば、投影した場合、多結晶シリコン
内の開口部の縁部２３がｎ形領域１４の上に位置
するようになるまでエツチングを継続する。

次に例えば弗化水素酸とアンモニア弗化物の水
溶液により、開口部２２を通して酸化物層７を腐
蝕させる。このエツチング工程中、多結晶シリコ
ンの層９はマスクとして機能し、したがつて究極
的には第１３図に示すような開口部８が得られ
る。

次いでポロン注入法を使用し、ｐ形領域４より
多いアクセプタドーピングを有する領域２４を開
口部内に析出させる。この場合の注入エネルギー
は窒化物がマスクとし機能しうるような低い値
（例えば、10¹³イオン／cm³の線量のとき10KV）に
これを選定する。またこの析出の後、必要に応じ
てさらにポロンを拡散させ、10¹⁷ないし10¹⁸アト
ム／cm³の表面濃度を得るようにする（第１３図参
照）。

次に軽度の酸化工程を用いて半導体表面と多結
晶シリコン層９の開口部の縁部２３の双方を酸化
物皮膜２５で被覆する。酸化物皮膜の厚みは、こ
の場合にも約0.02μｍとする（第１４図参照）。

次いでマスク層２１を取除いた後、層９をマス
クとして機能させながら、例えば0.02μｍの深さ
までの浅い砒素注入のようなドナー注入を行う。
この場合の注入は例えば40KVのエネルギーおよ
び３・10¹³アトム／cm³の線量でこれを行う。かく
すれば注入はｐ形領域２４のそれより浅い深さに
行われるので、ドーピングは部分的に反転され、
残りの部分により第１１図に示すようなｐ形ゾー
ン１２が形成される。次に酸化物皮膜２５を取除
いた後、必要に応じて電子仕事函数低下材料の層
３１を設け、かくして第１１図示半導体装置を得
る。

また、空乏ゾーンの面積の局部的減少、したが
つて降伏電圧の減少はこれらと全く異なる方法で
与えることもできる。その一例として、第１５図
は本発明半導体装置の別な実施例に関するもの
で、高濃度ドープｎ形領域３とｐ形領域４との間
にｐ−ｎ接合の放出部分を形成し、かつ前記ｐ形
領域４はｐ−ｎ接合の領域においてｐ形領域４ａ
を含み、それより低いアクセプタ濃度を有するｐ
形領域４ｂにより前記領域４ａを包囲するように
した半導体装置の断面図を示すものである。この
ように形成した半導体装置では、ｐ形領域４ａと
ｎ形領域３との間の接合はより低い降伏電圧を有
し、かつそのすべてが絶縁層７の開口部８内に位
置する。また、この場合にも前記絶縁層上には加
速電極９を配置する。さらに開口部８の領域にお
いて、ｐ−ｎ接合５を面２にほぼ平行に伸長させ
るとともに、ｎ形領域３に降伏電圧時においても
導電層１１が存在するような厚さとドーピング濃
度を与えるようにする。また開口部内の面２に
は、必要に応じて電子仕事電位低下材料よりなる
層３１を設ける。さらにｎ形領域４をｎ形ゾーン
１４を介して接続電極に接続するとともにｐ形領
域４をその下側部において金属層１５を介して接
触可能とする。

同じく、第１６図は本発明半導体装置の更に別
な実施例に関するもので、ｐ形領域４とｎ形領域
３，２８との間にｐ−ｎ接合５を伸長させ、前記
ｎ形領域を高濃度ドープ表面ゾーンとするととも
に、前記領域２８にきわめて低いドーピング濃度
を与えるようにした半導体装置の断面図を示す。
前記ｐ−ｎ接合５はｐ形領域４と高濃度ドープｎ
形表面ゾーン３との間に形成されるｐ−ｎ接合の
領域内においてのみ面２と平行に伸長せしめる。
またこの場合にも、ｎ形表面ゾーンには、層１１
内における面に沿つての導電を可能とするような
厚みとドーピング濃度を与えるようにする。かく
すれば、ｎ形領域３のドナー濃度はｎ形領域２８
のそれよりきわめて大となるので領域３と４との
間の接合の近傍におおいて空乏ゾーンの面積の減
少、したがつて降伏電圧の減少が起る。また、こ
の領域も加速電極９で被覆した絶縁層７の開口部
８内に位置するようにする。

第１７図は一製造工程中における第１５図示装
置の断面図である。図示装置は例えば10¹⁷ないし
10¹⁸アトム／cm³のアクセプタ濃度を有するｐ形半
導体基体１を原材料として製造を開始する。次い
で面２上には設けようとする開口部の領域にわた
り、例えばシリコン酸化物よりなるマスク２９を
配置する。次に、例えば燐原子のようなドナーを
用いて領域４ｂにおけるドナー原子の絶対濃度が
アクセプタ原子のそれより僅かに低くなるような
濃度で拡散を行い、高濃度ドープｐ形領域４ａ以
外に低濃度ドープｐ形領域４ｂが形成されるよう
にする。次いで、例えば燐原子のドナーを用いて
上述の拡散工程より浅い深度により再度拡散を行
うことにより、例えば10¹³アトム／cm³の表面濃度
を有するｎ形領域１４を形成させ、かくして第１
７図に示すような構造を得る。

次に酸化物マスク２９を取除いた後、面２上に
それぞれ絶縁層７および導電層９を設け、エツチ
ングによりその部分に開口部８を形成させ、さら
に前記導電層９および絶縁層７をマスクとしてイ
オン注入法によりｎ形導電層３を形成させる。前
記注入は必要に応じて酸化物薄層を介してこれを
行うようにする。

次いで開口部８内の面２上に電子仕事電位低下
材料の層３１を設け、さらに装置に接続電極およ
び金属層１５を設けた後、第１５図示装置を得る
ようにする。

また拡散後における燐原子の絶対温度がアクセ
プタ濃度より僅かに高くなるような方法で上記の
第１燐拡散を行つた場合は、高抵抗ｐ形ゾーン４
ｂの代りに高抵抗ｎ形ゾーン２８を有する第１６
図示装置を得ることができる。

第１８図は、やはり本発明半導体装置のもう一
つ別な実施例に関するもので、面２にＶ字凹部を
設けることによりｐ−ｎ接合５の降伏電圧の局部
的減少を与えるようにした本発明半導体装置の断
面図である。このような形状としたときは、Ｖ字
形凹部の点３０において電界線の集中が生ずるた
め半導体基体のどの部分よりも早くこの点３０に
降伏が起ることになる。

第５図示撮像管において、導電層３４の代りに
螢光スクリーンを設けた場合はこの管を表示目的
に使用することが可能となる。

このような応用分野においては半導体装置の絶
縁層内の開口部として、円形、長方形、楕円形ま
たは正方形の開口部を使用することが好都合で、
この場合には例えばビジコン管の螢光スクリーン
上に既知の方法で円形、長方形、楕円形または正
方形の放射パターンが表示される。

第１９図はこのような応用分野に使用するに適
した半導体装置の正面図、第２０図および第２１
図は前記半導体装置の線−およびXI−
XIによる断面図である。

第１９図は図にＡ，Ｂ，Ｃで示すような３つの
陰極わ配置したシリコンスライス４２の正面図を
示す。

図示装置においては、高濃度ドープｎ形領域３
ａ，３ｂ，３ｃと共通のｐ形領域４との間の３つ
の異なるｐ−ｎ接合５ａ，５ｂ，５ｃにおいてア
バランシエ マルチプリケーシヨンが起る。前記
ｐ形領域４には降伏電圧を低下させるため、カソ
ードＡ，ＢおよびＣの領域にそれぞれ関連のｐ−
ｎ接合に隣接して高濃度ドープｐ形領域１２ａ，
１２ｂ，１２ｃを設ける。また、面２を絶縁層７
で被覆し、長方形開口部８ａ，８ｂ，８ｃの周辺
において該絶縁層７上に加速電極９ａおよび９ｂ
を配置する。共通のｐ形領域はその下側部におい
て低抵抗ｐ形接触ゾーン１６を介して金属層１５
に接触させるようこれを形成し、ｎ形接触ゾーン
を接触ホールを通して接続電極１３ａ，１３ｂ，
１３ｃに接続する。また前記加速電極は櫛形形状
とし、２つの歯の間に長方形状開口部が交互に位
置するよう櫛の歯を指状に交差させる。開口部８
ａ，８ｂ，８ｃ内における面２は、必要に応じて
電子仕事電位低下材料の層３１により被覆する。

この種装置は接続電極１３ａ，１３ｂおよび１
３ｃにそれぞれ赤、緑、青の情報に対応する信号
を供給するようにしたカラー表示管用としてきわ
めて好適である。すなわちこの場合、電極９ａお
よび９ｂに異なる電位を与えることにより螢光ス
クリーンの３つの隣接するスポツトに３つの信号
が表示される。

また例えば加速電極で包囲するように形成した
円形開口部を有する多数の本発明陰極を、例えば
Ｘ−ラインによりｎ形領域を駆動し、Ｙ−ライン
によりｐ形領域を駆動するよう形成したＸ−Ｙマ
トリツクス状に集積化することも可能である。こ
の場合には、例えばシフトレジスタのような制御
電子装置を用い、前記レジスタの内容によりそれ
ぞれＸ−ラインおよびＹ−ラインのどちらを駆動
するかを決定して陰極の所定パターンを放射しう
るようにし、さらに、例えばデジタル・アナログ
変換器と組合せた他のレジスタを用いて加速電極
の電位を調整することができる。また、これによ
り真空スペース内において螢光スクリーンを半導
体装置から数mm離隔して配置し、該半導体装置か
ら生成される電子流により活性化されるようにし
た平板形表示装置を実現することができる。

第２２図はこの種平板形表示装置の透視図を示
す。図示装置は半導体装置４２のほか、半導体装
置から生成される電子流により活性化されるよう
にした螢光スクリーン４３を含み、前記螢光スク
リーンと半導体装置間の間隔を例えば５mmとし、
かつ、それらの存在するスペースを真空状態にし
ている。また半導体装置４２と螢光スクリーン４
３との間には、電圧源４４を介して5KVないし
10KVオーダーの電圧を供給し、スクリーンと半
導体装置間に陰極の像を該陰極と同程度の大きさ
とするような高電界強度を生ずるようにしてい
る。

第２３図は真空スペース４５内に該スペースの
端壁部４６の一部を形成する螢光スクリーン４３
から約５ml離隔して半導体装置４２を配置するよ
うにしたこの種装置を示す透視図である。この場
合には、半導体装置４２をホールダ３９′上に装
着し、その上に必要に応じて制御電子装置に代わ
る他の集積回路を配置し、さらに、スペース４５
に外部接続用の引出し導線４０を設けるようにし
ている。

第２４図はこの種気密スペース４５を示す。前
記スペース内には電子レンズ系５０を配置し、端
壁部４６には例えばフオトレジスト層４９で被覆
したシリコンスライス４８を配置する。かくすれ
ば半導体装置４２内に生成されるパターンはレン
ズ系５０を介してフオトレジスト層上に要すれば
小さめに表示される。

この種装置はフオトレジスト層上にパターンを
表示することが可能であり、これにより通常必要
とするフオトマスクを省略することができるほ
か、簡単な方法で所望のパターンを生成でき、か
つ必要に応じて制御電子装置により補正を行うこ
とができるのできわめて多くの利点を有する。

本発明は上述の実施例に限定されるものでない
こと当然である。例えば、特に陰極を集積回路に
組入れる場合には、ｐ形領域４を半導体基体の下
側部において金属層を介して接続導体に接続する
のでなく、拡散ｐ形ゾーンを介して接続するよう
にすればよく、また前記ｐ形領域は、必ずしも均
一なドーピングを有する層（エピタキシヤル層）
とする必要はなく、拡散ゾーンであつてもよい。

前述のように、特に表示装置用の場合には開口
部の形状としては例えば円形または方形のような
種々の形状をとることが可能である。また加速電
極を例えば４つの副電極に分割してこれらに異な
る電圧を設定し、放出電子ビームを種々の方向に
偏向させることも可能である。

また、第１９図に示すような形状を有する装置
においては、その利用上の必要性に応じ、他の金
属化パターンを用いて放出ビームを相互に平行的
でない方向に偏向させることができるが、他の手
段を用いてビームを一点に一致させ偏向させるこ
とも可能である。

また装置の製造方法にも種々の変形が可能であ
り、前述の実施例のようなイオン注入の代りに面
に垂直な析出により領域１２および３を形成し拡
散させないようにすることもできる。この場合に
は析出前に酸化物皮膜２５を取除くか、あるいは
この酸化物皮膜を設けないようにする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明半導体装置の平面図、第２図は
第１図示装置の線−による断面図、第３図は
本発明半導体装置より発生する電子のエネルギー
分布図、第４図は従来の陰極線管を示す図、第５
図は本発明半導体装置を使用した陰極線管を示す
図、第６図は比較測定用加速電極を具える一般の
半導体装置の断面図、第７図は第６図示半導体装
置より発生する電子のエネルギー分布図、第８図
ないし第１０図は本発明製造方法の各工程におけ
る第２図示半導体装置の断面図、第１１図は本発
明半導体装置の他の実施例の断面図、第１２図な
いし第１４図は本発明製造方法の各工程における
第１１図示半導体装置の断面図、第１５図は本発
明半導体装置の他の実施例の断面図、第１６図は
本発明半導体装置の他の実施例の断面図、第１７
図は一製造工程における第１５図示半導体装置の
断面図、第１８図は本発明半導体装置の他の実施
例の断面図、第１９図は表示装置に使用する本発
明半導体装置の平面図、第２０図は第１９図示半
導体装置の線−による断面図、第２１図
は第１９図示半導体装置の線XI−XIによる断
面図、第２２図は本発明半導体装置を使用した表
示装置の一部の透視図、第２３図は本発明半導体
装置を使用した表示装置を示す図、第２４図は電
子石版用表示装置を示す図である。 １……半導体基体、２……面、３，３ａ，３
ｂ，３ｃ……ｎ形領域、４，４ａ，４ｂ，４ｃ…
…ｐ形領域、５，５ａ，５ｂ，５ｃ……ｐ−ｎ接
合、６……電子ビーム、７……電気絶縁層、８，
８ａ，８ｂ，８ｃ……開口部、９，９ａ，９ｂ…
…加速電極、１０……空乏ゾーン、１１……表面
層、１２，２４……高濃度ドープｐ形領域、１
３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ……接続電極、１
４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ……接触ゾーン、１
５……金属層、１６……ｐ形接触ゾーン、２１…
…マスク層、２２，２７……開口部、２３……縁
部、２５……酸化物皮膜、２６……ｎ形表面ゾー
ン、２８……高抵抗ｎ形ゾーン、２９……酸化物
マスク、３０……Ｖ字形凹部の点、３１……電子
仕事函数低下材料の層、３２……仮の電子発生
源、３３……密閉形真空管、３４……光導電ター
ゲツト、３５，３６……電極、３７……コイル
系、３８……レンズ、３９……遮蔽格子、３９′
……ホールダ、４０……導線引出部、４１……交
さ点（クロスオーバ）、４２……半導体装置、４
３……螢光スクリーン、４４……電圧源、４５…
…真空スペース、４６……端壁部、４７……集積
回路、４８……シリコンスライス、４９……フオ
トレジスト層、５０……レンズ系、５１……撮像
管、５２，５３……端壁部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基体を含む陰極を具備する電子ビーム
   生成用半導体装置であつて、該半導体装置は、 半導体面に境を接するｎ形領域とｐ形領域との
   間に形成したｐ−ｎ接合を有し、 該ｐ−ｎ接合に逆方向電圧を供給して、電子な
   だれ増倍（アバランシエマルチプリケーシヨン）
   が生じることにより、該半導体基体内に電子を発
   生させ、 よつて該基体より電子が発生するものであり、 この半導体基体面には少なくとも１つの開口部
   を具えた電気絶縁層を設け、 該開口部の縁部において該絶縁層上に少なくと
   も１つの加速電極を設け、 前述のｐ−ｎ接合は少なくともこの開口部内に
   おいては半導体基体面にほぼ平行に広がつてお
   り、 開口部内におけるｐ−ｎ接合部は、ｐ−ｎ接合
   のその他の部分より局部的に低い降伏電圧をも
   ち、 この低い降伏電圧をもつ部分はｎ形導電層によ
   り半導体基体面から隔離され、 このｎ形導電層により導電層は、該ｐ−ｎ接合
   の空乏ゾーンが降伏電圧時においても半導体基体
   面まで広がることはなく、表面層により半導体基
   体面から隔離されるような厚みとドーピングをも
   ち、 この表面層は生成される電子を通過させるに充
   分な薄さをもつ ことを特徴とする半導体装置。 ２ 該ｐ形領域に、局部的に高濃度ドーピングを
   施したゾーンを設け、少なくとも作動状態におい
   て該ゾーンを空乏ゾーン内に伸長させることによ
   り、局部的に降伏電圧を低下させるようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導
   体装置。 ３ 該高濃度ドープｐ形ゾーンを該ｐ−ｎ接合に
   隣接させるようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の半導体装置。 ４ 該高濃度ドープｐ形ゾーンの幅を多くとも
   5μｍとしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項または第３項記載の半導体装置。 ５ 該ｎ形導電層の厚みを0.01μｍないし0.2μｍ
   としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第４項のいずれか１項に記載の半導体装置。 ６ 該開口部の形状を該絶縁層の厚みと同程度の
   大きさの幅を有する狭いスロツト状としたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項の
   いずれか１項に記載の半導体装置。 ７ 該加速電極を２またはそれ以上の副電極によ
   り構成するようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項に記載
   の半導体装置。 ８ 該開口部の形状をほぼ環状のスロツト形状と
   し、該環状スロツトの内側に１つの副電極を配置
   し、他の副電極を該環状スロツトの外側に配置す
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ７項記載の半導体装置。 ９ 該環状スロツトの中心線をして円を形成させ
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ８項記載の半導体装置。 １０ 少なくとも該開口部の領域において該半導
   体基体の面を電子仕事函数低下材料で被覆するよ
   うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第９項のいずれか１項に記載の半導体装
   置。 １１ 該仕事函数低下材料はセシウムおよびバリ
   ウムの群よりなる材料の１つを含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第１０項記載の半導体装置。 １２ 該半導体基体をシリコンにより形成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１
   １項のいずれか１項に記載の半導体装置。 １３ 該加速電極を多結晶シリコンにより形成し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第１２項のいずれか１項に記載の半導体装置。 １４ 半導体基体を含む陰極を具備する電子ビー
   ム生成用半導体装置であつて、該半導体装置は、 半導体面に境を接するｎ形領域とｐ形領域との
   間に形成したｐ−ｎ接合を有し、 該ｐ−ｎ接合に逆方向電圧を供給して、電子な
   だれ増倍（アバランシエマルチプリケーシヨン）
   が生じることにより、該半導体基体内に電子を発
   生させ、 よつて該基体より電子が発出するものであり、 この半導体基体面には少なくとも１つの開口部
   を具えた電気絶縁層を設け、 該開口部の縁部において該絶縁層上に少なくと
   も１つの加速電極を設け、 前述のｐ−ｎ接合は少なくともこの開口部内に
   おいては半導体基体面にほぼ平行に広がつてお
   り、 開口部内におけるｐ−ｎ接合部は、ｐ−ｎ接合
   のその他の部分より局部的に低い降伏電圧をも
   ち、 この低い降伏電圧をもつ部分はｎ形導電層によ
   り半導体基体面から隔離され、 このｎ形導電層により導電層は、該ｐ−ｎ接合
   の空乏ゾーンが降伏電圧時においても半導体基体
   面まで広がることはなく、表面層により半導体基
   体面から隔離されるような厚みとドーピングをも
   ち、 この表面層は生成される電子を通過させるに充
   分な薄さをもつ ことを特徴とする半導体装置の製造方法におい
   て、 半導体面に境を接するｎ形領域とこれに隣接す
   るｐ形領域との間にｐ−ｎ接合を形成せしめた半
   導体基体を製造開始時の原材料として、 まず始めに、該半導体面を絶縁層で被覆し、さ
   らに該絶縁層を導電層で被覆した後、該導電層を
   マスク層で被覆するようにしたこと、 次に、該マスク層に開口部を設けた後、該開口
   部を通して、エツチングにより該導電層および絶
   縁層を連続的に取除き、少なくとも該導電層内の
   エツチング開口部を、該ｐ形領域が半導体面と接
   する表面層部分より大きくなるようにしたこと、 次いで、マスクとして該マスク層、もしくは該
   マスク層と該絶縁層を使用して、該表面層部分に
   アクセプタ原子を注入することにより、該ｐ形領
   域より高いドーピング濃度を有し、かつ該表面層
   部分内に位置するｐ形ゾーンを形成させた後、該
   マスク層を取除き、 さらに、該導電層をマスクとして使用し、該ｐ
   形ゾーンの深さより浅い深さで該表面層部分にド
   ナー原子を注入した後、加速電極として働く導電
   層、ｎ形領域およびｐ形領域に接続導体を設ける
   ようにしたこと を特徴とする半導体装置の製造方法。 １５ イオン注入法によりドナー原子およびアク
   セプタ原子を注入するようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１４項記載の製造方法。 １６ ドナーイオンを注入する前に、該表面層部
   分を酸化物層で被覆し、注入後これを取除くよう
   にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１５項
   記載の製造方法。 １７ 最大ドナー濃度が該半導体面とほぼ一致す
   るようなエネルギーで該酸化物層を介してドナー
   イオンを注入するようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１６項記載の製造方法。 １８ はじめに、エツチング開口部の領域におい
   て該ｎ形領域を伸長させ、該絶縁層をエツチング
   した後、該導電層をエツチングマスクとして該表
   面層部分におけるｎ形領域をエツチングによりそ
   の深さにわたつて取除き、その後該絶縁層をマス
   クとして使用し、該ｐ形ゾーンを注入するように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１５項な
   いし第１７項のいずれか１項に記載の製造方法。 １９ 該ｐ形ゾーン形成後、ドナーイオン注入前
   に、該絶縁層の開口部が該導電層の開口部より大
   となり、該導電層の縁部の下側に伸長するように
   なるまで該絶縁層の開口部を拡張させるようにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１８項記載
   の製造方法。 ２０ 該ｎ形領域、ｐ形領域および導電層をシリ
   コンにより形成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１４項ないし第１９項のうちの１項に記載
   の製造方法。 ２１ 該電気絶縁層をシリコン酸化物により形成
   し、該マスク層をシリコン窒化物により形成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１４項ないし
   第２０項のいずれか１項に記載の製造方法。