JPH0395826A - Semiconductor electron emitting element - Google Patents

Semiconductor electron emitting element

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JPH0395826A
JPH0395826A JP1233944A JP23394489A JPH0395826A JP H0395826 A JPH0395826 A JP H0395826A JP 1233944 A JP1233944 A JP 1233944A JP 23394489 A JP23394489 A JP 23394489A JP H0395826 A JPH0395826 A JP H0395826A
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信男 渡辺
Takeo Tsukamoto
健夫 塚本
Masahiko Okunuki
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Abstract

PURPOSE:To easily attain stable electron emission characteristics by providing a P<+> region and a plurality of N<+> regions formed with the P<+> region to prevent them from contacting the P<+> region in a P-type semiconductor layer and forming a Schottky barrier electrode on the P<+> region. CONSTITUTION:A P<+> region 5 and a plurality of N<+> regions 3 formed with the P<+> region interposed to prevent them from contacting the P<+> region 5 are provided in a P-type semiconductor layer 4, while a Schottky barrier electrode b is formed on the P<+> region 5. Electrons generated by avalanche amplification obtain energy higher than lattice temperature by an electric field in a depletion layer 2 and are injected into a Schottky electrode 6 made of a low work function material. The electrons which do not lose energy due to lattice scattering and have energy larger than the work function of the Schottky electrode 6 surface are emitted into vacuum from the surface of the Schottky electrode.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体電子放出素子に関するものである。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a semiconductor electron-emitting device.

[従来の技術] 従来の半導体電子放出素子のうち、アバランシエ増幅を
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号に記載ざれている
ものが知られている。
[Prior Art] Among conventional semiconductor electron-emitting devices, one that uses avalanche amplification is disclosed in, for example, U.S. Pat. No. 4,259,678.
and US Pat. No. 4,303,930.

こ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、該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威したものであり、P型半導体
層とN型半導体層とにより形成されたダイオードの両端
に逆バイアス電圧をかけてアバランシェ増幅を起すこと
により電子をホット化し、電子放出部より半導体基板表
面に垂直な方向に電子を放出するものである。
This semiconductor electron-emitting device emits electrons by forming a P-type semiconductor layer and an N-type semiconductor layer on a semiconductor substrate, and depositing cesium or the like on the surface of the N-type semiconductor layer to lower the work function of the surface. A reverse bias voltage is applied to both ends of a diode formed by a P-type semiconductor layer and an N-type semiconductor layer to cause avalanche amplification, thereby making the electrons hotter and causing them to flow from the electron-emitting region to the semiconductor substrate. It emits electrons in a direction perpendicular to the surface.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記従来の半導体電子放出素子は、電子
放出部を形戊するために用いていたセシウムが化学的に
極めて活性な元素であるため、以下のような欠点があっ
た。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the conventional semiconductor electron-emitting device described above has the following drawbacks because cesium, which is used to form the electron-emitting portion, is a chemically extremely active element. was there.

■安定動作を得るために超高真空(I X 1 0−1
0Torr以上)を必要とすること。
■Ultra-high vacuum (IX 1 0-1
0 Torr or higher).

■寿命、効率等が真空度に強く依存すること。■Life span, efficiency, etc. strongly depend on the degree of vacuum.

■素子を大気中にさらすことができないこと。■The device cannot be exposed to the atmosphere.

また、従来の半導体電子放出素子では、アバランシェ増
幅により高いエネルギーを得た電子がN型半導体層内を
通過して電子放出部表面に達する構造となっていたため
、電子のエネルギーの多くはN型半導体層内での格子散
乱等によって失われてしまうという欠点もあった。この
エネルギー損失を抑えるためにはN型半導体層を極めて
薄く(200入以下)形成する必要があるが、このよう
な極めて薄いN型半導体層を均一かつ高濃度、低欠陥で
作製することは困難であり、従って素子を安定に作製す
ることが困難であるという課題を有していた. 更にその構造及び製造プロセス上の問題から電子放出部
を半導体基板断面(すなわち基板側面方向)に形成する
ことは困難であった. 本発明は、上記従来の問題点を解決し、安定した電子放
出特性を容易に達成できる基板断面出射型の電子放出素
子を提供することを目的とする。
Furthermore, in conventional semiconductor electron-emitting devices, the structure is such that electrons that have gained high energy through avalanche amplification pass through the N-type semiconductor layer and reach the surface of the electron-emitting region. There was also the drawback that it was lost due to lattice scattering within the layer. In order to suppress this energy loss, it is necessary to form an extremely thin N-type semiconductor layer (less than 200 layers), but it is difficult to manufacture such an extremely thin N-type semiconductor layer with uniformity, high concentration, and low defects. Therefore, the problem was that it was difficult to stably fabricate the device. Furthermore, due to structural and manufacturing process problems, it has been difficult to form the electron-emitting region in the cross section of the semiconductor substrate (that is, in the direction of the side surface of the substrate). SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and provide a substrate cross-sectional emission type electron-emitting device that can easily achieve stable electron-emitting characteristics.

[課題を解決するための手段コ 本発明の要旨は、半導体基板上に形成されたP型半導体
層を有し、該P型半導体層内にP+領域と該P+領域を
挟んで形成された複数個のN3領域とを有し、前記P1
領域上にショットキー障壁電極が形成されていることを
特徴とする半導体電子放出素子に存在する。
[Means for Solving the Problems] The gist of the present invention is to have a P-type semiconductor layer formed on a semiconductor substrate, a P+ region and a plurality of P+ regions formed in the P-type semiconductor layer with the P+ region sandwiched therebetween. N3 regions, and the P1
A semiconductor electron-emitting device is characterized in that a Schottky barrier electrode is formed on a region.

[作 用] 本発明の半導体電子放出素子は、電子放出部表面の仕事
関数を低下させるための材料(以下、低仕事関数材料)
をドーブされた領域をP型半導体に対するショットキー
電極としたので、半導体基板の断面方向にも電子放出部
を形成することができ、また同一素子に複数個の電子放
出部を形成することができる。
[Function] The semiconductor electron-emitting device of the present invention uses a material for lowering the work function of the surface of the electron-emitting part (hereinafter referred to as a low-work function material).
Since the doped region is used as a Schottky electrode for the P-type semiconductor, an electron emitting region can also be formed in the cross-sectional direction of the semiconductor substrate, and multiple electron emitting regions can be formed in the same device. .

また、低仕事関数材料として大気中でも極めて安定な元
素を用いたので、安定動作を得るために超高真空を必要
とせず、寿命、効率等が真空度に強く依存することがな
く、さらには素子を大気中にさらすことも可能である。
In addition, since we used an element that is extremely stable even in the atmosphere as a low work function material, we do not need an ultra-high vacuum to achieve stable operation, and the lifespan and efficiency do not strongly depend on the degree of vacuum. It is also possible to expose it to the atmosphere.

従来発明されてきた半導体電子放出素子は、PN接合を
用いているため、N形層内でのエネルギー損失が多く、
きわめて低仕事関数の材料を用いなければならなかった
。そのため、実際には、セシウム等のみが使用されてき
た。これに対して本発明では、ショットキー接合を用い
ているため、上記従来例よりもエネルギー損失が小さい
のでTiC,ZrC,H f C,La B6,SmB
s ,Gd Ba1//Si2,7i3i2,ZrSi
2,GfSi2等が利用可能である。本発明に使用可能
な低仕事関数材料としては、IA,2A,3A族および
ランタノイド系の金属や、1A,2A,3A族およびラ
ンタノイド系のシリサイドやホウ化物、炭化物等がある
。具体的には、TfC,ZrC,H f C,La B
6  SmBs   Gd BsWSL2 , TiS
i2,ZrSi2 , GfSi2等が使用可能である
Conventionally invented semiconductor electron-emitting devices use a PN junction, so there is a lot of energy loss within the N-type layer.
Materials with extremely low work functions had to be used. Therefore, in practice, only cesium and the like have been used. On the other hand, in the present invention, since a Schottky junction is used, the energy loss is smaller than in the conventional example.
s,GdBa1//Si2,7i3i2,ZrSi
2, GfSi2, etc. can be used. Examples of low work function materials that can be used in the present invention include metals of groups IA, 2A, 3A and lanthanoids, silicides, borides, carbides and the like of groups 1A, 2A, 3A and lanthanides. Specifically, TfC, ZrC, H f C, La B
6 SmBs Gd BsWSL2, TiS
i2, ZrSi2, GfSi2, etc. can be used.

さらに、従来の半導体電子放出素子と異なり、アバラン
シェ増幅により高いエネルギーを得た電子がN型半導体
層内を通過して電子放出部表面に達する構造となってい
ないため、N型半導体層を極めて薄< (200人以下
)する必要があるといった製造上の難点がなく、従って
、半導体電子放出素子を安定に作成することができる。
Furthermore, unlike conventional semiconductor electron-emitting devices, the structure is not such that electrons that have gained high energy through avalanche amplification pass through the N-type semiconductor layer and reach the surface of the electron-emitting region, so the N-type semiconductor layer is extremely thin. < (200 people or less) There are no manufacturing difficulties such as the need to conduct a production process, and therefore, semiconductor electron-emitting devices can be stably produced.

以下、本発明について、第1図および第2図を用いて詳
細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail using FIG. 1 and FIG. 2.

第1図は本発明の半導体電子放出素子の動作原理を説明
するための図であり、本発明半導体電子放出素子の一構
成例を示す概念図である。図において、1は半導体基板
、2は空乏層領域、3はn+領域、4はP型半導体層、
5はP“領域、6はショットキー電極、8はn型オーミ
ック電極、9はP型オーミック電極である。
FIG. 1 is a diagram for explaining the operating principle of the semiconductor electron-emitting device of the present invention, and is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the semiconductor electron-emitting device of the present invention. In the figure, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a depletion layer region, 3 is an n+ region, 4 is a P-type semiconductor layer,
5 is a P'' region, 6 is a Schottky electrode, 8 is an n-type ohmic electrode, and 9 is a P-type ohmic electrode.

なお、本発明の電子放出素子に用いる半導体材料として
は、例えば、S i,Ge,GaAs,GaP,AJZ
As%GaAsP%AJ2GaAs,SiC,BP等が
あるが、P型半導体を形成できるものであればどのよう
な材料でも良く、間接遷移型でバンドギャップの大きい
材料が特に適している。
In addition, examples of semiconductor materials used in the electron-emitting device of the present invention include Si, Ge, GaAs, GaP, and AJZ.
As%GaAsP%AJ2GaAs, SiC, BP, etc. may be used, but any material may be used as long as it can form a P-type semiconductor, and indirect transition type materials with a large band gap are particularly suitable.

また、第2図は本発明の半導体電子放出素子の表面近傍
におけるエネルギーバンドを示す概念図である。
Furthermore, FIG. 2 is a conceptual diagram showing energy bands near the surface of the semiconductor electron-emitting device of the present invention.

まず、第2図を用い“て、本発明の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。
First, the electron emission process in the semiconductor electron-emitting device of the present invention will be explained with reference to FIG.

P型半導体と低仕事関数材料からなるショットキーダイ
オードに逆バイアスを印加することによって、P型半導
体の伝導帯の底ECはショットキー電極の真空準位E 
VACよりも高いエネルギー準位となる.アバランシェ
増幅によって生成された電子は、半導・体一金属電極界
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、低仕事関数材料からなるショットキ
ー電極へ注入される.格子散乱等によってエネルギーを
失わず、ショットキー電極表面の仕事関数より大きなエ
ネルギーを持った電子は、ショットキー電極表面(すな
わち電子放出部)より、真空中に放出される。
By applying a reverse bias to a Schottky diode made of a P-type semiconductor and a low work function material, the bottom EC of the conduction band of the P-type semiconductor is brought to the vacuum level E of the Schottky electrode.
The energy level is higher than VAC. Electrons generated by avalanche amplification gain energy higher than the lattice temperature due to the electric field in the depletion layer generated at the semiconductor/body-metal electrode interface, and are injected into the Schottky electrode made of a low work function material. Electrons that do not lose energy due to lattice scattering or the like and have energy greater than the work function of the Schottky electrode surface are emitted into vacuum from the Schottky electrode surface (ie, the electron emitting portion).

本発明の半導体放電素子では、第1図に示したように、
P型半導体基板中の低仕事関数材料との界面付近にN+
領域を設けたので、PN”界面に空乏層が生じる.従っ
て、P1層からP層に注入された電子はPN”界面に生
じた空乏層によって移動経路が限定され、電子放出部に
設けられたP+領域に集中するために、電流密度を上げ
ることが容易となる。
In the semiconductor discharge device of the present invention, as shown in FIG.
N+ near the interface with the low work function material in the P-type semiconductor substrate
Since the region is provided, a depletion layer is created at the PN" interface. Therefore, the movement path of electrons injected from the P1 layer to the P layer is limited by the depletion layer created at the PN" interface, and the electrons are formed in the electron emitting region. Since the current is concentrated in the P+ region, it is easy to increase the current density.

また、本発明の半導体放電素子では、素子作製プロセス
において、電子放出部となるP0領域およびN+領域、
半導体表面からイオン打込み等仁より形成できるため、
同一基板の同一平面上に複数個の電子放出部を任意の位
置に作製できる。
In addition, in the semiconductor discharge device of the present invention, in the device fabrication process, the P0 region and the N+ region, which become electron emitting regions,
It can be formed from the semiconductor surface by ion implantation, etc.
A plurality of electron emitting parts can be formed at arbitrary positions on the same plane of the same substrate.

さらに本発明では電子放出部となる低仕事関数材料表面
およびその直下のPゝ領域を、母体となる半導体基板の
断面に形成することができるため、電子放出方向を該断
面に垂直方向とすることができる。また、基板断面を使
用するために、例えば1素子からそれぞれ水平方向に9
0゜づつずれた4方向へそれぞれ別々に放出する電子線
を得ることが可能となる。
Furthermore, in the present invention, since the surface of the low work function material that will become the electron-emitting region and the P area immediately below it can be formed in the cross section of the semiconductor substrate that is the base material, the electron emission direction can be made perpendicular to the cross section. I can do it. In addition, in order to use the cross section of the substrate, for example, from one element to each horizontal direction, 9
It becomes possible to obtain electron beams that are emitted separately in four directions shifted by 0°.

また、半導体基板表面上にさらに所望の半導体層を例え
ばMBE (分子線エビタキシャル)法等により順次堆
積させることができるので、電子放出部を積層化した素
子の作製が容易であり、このため、電子放出部を基板表
面と垂直な方向に複数個形成することができる. [実施例] (実施例1) 第3図は本発明の一実施例に係る半導体電子放出素子を
示す概略図であり、第3図(a)は本素子の一部分を模
式的に示した斜視図、第3図(b)は電子放出部を通り
基板表面と並行に切断した時の断面図、第3図(C)は
電子放出部を通り基板表面と垂直に切断した時の断面図
である.各図において、101はnゝGaAs基板、1
02はP−GaAs層、103はP0領域、104はオ
ーミック電極用P0領域、105はn0領域、106は
nゝ層、107はショットキー電極、108はn型オー
ミックiiE極、109はP型オーよツク電極である。
Furthermore, since desired semiconductor layers can be sequentially deposited on the surface of the semiconductor substrate by, for example, the MBE (molecular beam epitaxial) method, it is easy to fabricate a device in which electron-emitting parts are stacked. Multiple electron-emitting regions can be formed in a direction perpendicular to the substrate surface. [Example] (Example 1) FIG. 3 is a schematic diagram showing a semiconductor electron-emitting device according to an example of the present invention, and FIG. 3(a) is a perspective view schematically showing a part of the device. Figure 3(b) is a cross-sectional view taken through the electron-emitting part and parallel to the substrate surface, and Figure 3(C) is a cross-sectional view taken through the electron-emitting part and perpendicular to the substrate surface. be. In each figure, 101 is an nGaAs substrate, 1
02 is a P-GaAs layer, 103 is a P0 region, 104 is a P0 region for ohmic electrode, 105 is an n0 region, 106 is an n layer, 107 is a Schottky electrode, 108 is an n-type ohmic IIE electrode, and 109 is a P-type ohmic electrode. It is a good electrode.

・以下、第3図に示した半導体放電素子の製造工程につ
いて、第4図を用いて説明する。
-Hereinafter, the manufacturing process of the semiconductor discharge device shown in FIG. 3 will be explained using FIG. 4.

■不純物濃度が5X10”cm−’のSiドーブのN”
−GaAs基板401上に、MBE (分子線エビタキ
シャル)法あるいはMo−CVD(有機金属化学的気相
堆積)(去によって、不純物濃度が1 x 1 0”a
m−’となるようにBeをドーブしたP−−GaAS層
402をエビタキシャル成長させた。
■Si-doped N” with impurity concentration of 5X10”cm-’
- On the GaAs substrate 401, the impurity concentration is reduced to 1 x 10"a by MBE (molecular beam epitaxial) method or Mo-CVD (organic metal chemical vapor deposition).
A P--GaAS layer 402 doped with Be was epitaxially grown so that the p--GaAS layer 402 was doped with Be.

■次に、アバランシエ増幅を規定するためのP′領域4
03を形成するために、P− −GaAs層表面から直
径0.1μm以下に集束した90keVでBe”イオン
ビームを所定位置に照射し、Be”を2xlO”cm−
’注入した。また、オーミック電極用P“領域404を
形成するために、同様に集束した40keVでBe+イ
オンビームを照射し、Be”を3xlO”am””だけ
注入した。
■Next, P' region 4 for defining avalanche amplification
In order to form 03, a Be" ion beam of 90 keV focused to a diameter of 0.1 μm or less is irradiated onto a predetermined position from the surface of the P--GaAs layer, and the Be" is 2xlO"cm-
'Injected. Further, in order to form a P" region 404 for an ohmic electrode, a focused Be+ ion beam of 40 keV was irradiated in the same manner, and Be" was implanted by 3xlO"am".

■次に、N+基板401まで届くようなN1領域405
を形戊するために、直径0.1μm以下に集束した40
0keVのSi”イオンビームを所定位置に照射し、I
 X 1 0”Cm−”だけ注入した。
■Next, the N1 area 405 that can reach the N+ board 401
40 µm or less in diameter to form
A 0 keV Si” ion beam is irradiated to a predetermined position, and the I
Only X 10"Cm-" was injected.

■その後、RTA (高速熱アニーリング)法により、
900℃、3秒間の注入部の活性化を行った(第4図(
a))。
■Then, by RTA (Rapid Thermal Annealing) method,
The injection part was activated at 900°C for 3 seconds (see Figure 4).
a)).

■不純物濃度が5X10l6cm−’のSt ドーブの
N” −GaAs層406をMBE法あるいはMO−C
VD法によりエビタキシャル成長させた。
■ St-doped N''-GaAs layer 406 with impurity concentration of 5X10l6cm-' is formed by MBE method or MO-C
Evitaxial growth was performed using the VD method.

■電極配線のためにオーミックt極用P+領域404の
上部を通常のフ才トリソ・エッチングにより除去し、露
出させた。
(2) For electrode wiring, the upper part of the P+ region 404 for the ohmic t-electrode was removed and exposed by ordinary tritho-etching.

■ショットキー電極を形成するための試料断面の加工を
行なった。加工は、通常のフォトリソグラフィーにより
レジストをバターニングした後、RIBE(反応性イオ
ンビームエッチング)法により、Ce−イオンで、試料
表面から垂直に、かつN0基板401にまで十分届くよ
うにエッチングした(第4図(b))。なお、本実施例
では試料断面の形成法としてRI BE法を用いたが、
形成された断面が平滑で試料側にダメージ、コンタミネ
ーション等を生じない方法であれば、他のエッチング方
法あるいは、スクライブ法を用いてもかまわない。
■Processed the cross section of the sample to form a Schottky electrode. For processing, the resist was buttered by normal photolithography, and then etched by RIBE (reactive ion beam etching) using Ce- ions perpendicular to the sample surface and sufficiently reaching the N0 substrate 401 ( Figure 4(b)). Note that in this example, the RI BE method was used as the method for forming the sample cross section, but
Other etching methods or scribing methods may be used as long as the formed cross section is smooth and does not cause damage or contamination to the sample side.

■先に形成した試料断面に垂直方向からP型GaAsに
対してショットキー障壁を形威し、かつ、低仕事関数材
料(本実施例ではLaB.を用いた)を厚さが100人
となるように電子ビーム蒸着することによりショットキ
ー電極407を形成した。
■ Form a Schottky barrier against the P-type GaAs from a direction perpendicular to the previously formed sample cross section, and use a low work function material (LaB. was used in this example) to a thickness of 100 mm. A Schottky electrode 407 was formed by electron beam evaporation as described above.

[相]最後に、N型才一ミック%EVi408としてA
u−Ge合金を、またP型オーミック電極409として
Au−Zn合金を、それぞれ真空蒸着およびフオトリソ
・エッチングにより形成し、400℃で3分間のアロイ
化処理を行った。
[Phase] Finally, A as N type talented Mick%EVi408
A u-Ge alloy and an Au-Zn alloy as the P-type ohmic electrode 409 were formed by vacuum evaporation and photolithography etching, respectively, and alloying treatment was performed at 400° C. for 3 minutes.

以上の製造工程により作戊した半導体電子放出素子につ
いて、動作試験を行なった。
An operation test was conducted on the semiconductor electron-emitting device manufactured by the above manufacturing process.

まず、この半導体電子放出素子をIXIO’−’Tor
rに排気した真空チャンバー内に設置し、つぎに素子の
ショットキー電極に対向して蛍光体基板を設置し、真空
チャンバー内を排気して1xlO−’Torrとた.,
続いて、素子に対する加速電圧が+3KVとなるように
蛍光体基板に電圧を印加し、逆バイアスとなるようにオ
ーミツク電掻4 0 8および409に対して電圧を印
加したところ、7■程度で蛍光体基板の発光が観測され
た。この時の放出電流量は、約1nAであった。
First, this semiconductor electron-emitting device is
The device was placed in a vacuum chamber that was evacuated to a temperature of 1×10 Torr, and then a phosphor substrate was placed opposite the Schottky electrode of the device, and the vacuum chamber was evacuated to 1×lO−′ Torr. ,
Next, a voltage was applied to the phosphor substrate so that the accelerating voltage for the element was +3KV, and a voltage was applied to the Ohmic electrodes 408 and 409 so as to create a reverse bias. Luminescence from the body substrate was observed. The amount of emitted current at this time was about 1 nA.

(実施例2) 第5図は本発明の第2の実施例を示す概略斜視図である
。本実施例は、半導体電子放出素子に、電子放出を行う
試料断面を2面形成し、ざらに、アバランシェ増幅を規
定するPゝ領域を各試料断面に複数個形威したものであ
る。なお、第5図では、ショットキー電極を省略した。
(Embodiment 2) FIG. 5 is a schematic perspective view showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, two sample cross sections for emitting electrons are formed on a semiconductor electron-emitting device, and a plurality of P regions for roughly defining avalanche amplification are formed on each sample cross section. Note that in FIG. 5, the Schottky electrode is omitted.

作製方法は第4図を用いて示した場合と同様とした。The manufacturing method was the same as that shown using FIG.

本素子の動作試験を行なったところ、各試料断面のP0
領域503の形成された個所から、それぞれ電子放出が
確認された。
When we conducted an operation test of this device, we found that P0 of each sample cross section
Electron emission was confirmed from each location where region 503 was formed.

なお、本実施例では2つの試料断面を形成した場合を示
したが、試料断面の数を3面以上とすることも可能であ
り、さらには、試料断面の位置あるいは角度を任意に設
定することも可能である。
Although this example shows the case where two sample cross sections are formed, it is also possible to have three or more sample cross sections, and furthermore, the position or angle of the sample cross sections can be set arbitrarily. is also possible.

また、本実施例では、基板表面に対して水平方向にのみ
マルチ化した場合を示したが、半導体層のfl層、イオ
ン注入を繰返すことにより、基板面に対して垂直方向に
も同時にマルチ化することも可能である。
In addition, although this example shows the case where multiplication is performed only in the horizontal direction to the substrate surface, by repeating ion implantation into the FL layer of the semiconductor layer, multiplication is simultaneously performed in the vertical direction to the substrate surface. It is also possible to do so.

[発明の効果コ 以上、詳細に説明したように、本発明の電子放出素子に
よれば、電子放出部を任意に限定することができ、さら
には、電子放出部を同一基板上に複数個同時に形成する
ことが出来る。
[Effects of the Invention] As explained above in detail, according to the electron-emitting device of the present invention, the electron-emitting portion can be arbitrarily limited, and furthermore, a plurality of electron-emitting portions can be formed on the same substrate at the same time. can be formed.

また、本発明の電子放出素子によれば、試料断面に垂直
な方向に電子放出を行なうことが可能であり、さらには
、その電子放出断面を複数の異なる方向に設けることに
より、それらの方向にそれぞれ独立した電子放出を行う
ことが可能である。
Further, according to the electron-emitting device of the present invention, it is possible to emit electrons in a direction perpendicular to the cross section of the sample, and furthermore, by providing the electron-emitting cross section in a plurality of different directions, it is possible to emit electrons in a direction perpendicular to the cross section of the sample. It is possible to emit electrons independently.

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

第1図は本発明の半導体電子放出素子の動作原理を説明
するための図、第2図は本発明の半導体電子放出素子の
表面近傍におけるエネルギーバンドを示す概念図、第3
図(a)は本素子の一部分を模式的に示した斜視図、第
3図(b)は電子放出部を通り基板表面と並行に切断し
た時の断面図、第3図(C)は電子放出部を通り基板表
面と垂直に切断した時の断面図、第4図は第3図に示し
た半導体放電素子の製造工程を説明するための図、第5
図は本発明の第2の実施例を示す概略斜視図である。 1・・・半導体基板、2・・・空乏層領域、3・・・n
ゝ領域、4・・・P型半導体層、5・・・P3領域、6
・・・ショットキー電極、8・・・n型オーミック電極
、9・・・P型オーミック電極、101・・・n” G
aAs基板、10:l・・P−GaAs層、1 0 3
−P+領域、104・・・オーミック電極用P1領域、
105・・・n3領域、106・・・n3層、107・
・・ショットキー電極、108・・・n型オーミック電
極、109・・・P型オーミック電極、401・・・N
ゝ−GaAs基板、402−P−−GaAs層、4 0
 3 ・P ”領域、404・・・才一ミック電極用P
”領域、4 0 5 ・N ”領域、406・・・N”
 −GaAs層、407・・・ショットキー電極、40
8・・・N型オーミック電極、409・・・P型オーミ
ック電極、501・・−N”−GaAs基板、502−
P− −GaAs層、503・・・P+領域、504・
・・オーミック電極用P+領域、505・・・N+領域
、506・・・N3−GaAs層、508・・・N型オ
ーミック電極、509・・・P型オーミック電極。 第1図 第2図 第 3 図 (b) (C) 第 5 図
FIG. 1 is a diagram for explaining the operating principle of the semiconductor electron-emitting device of the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram showing the energy band near the surface of the semiconductor electron-emitting device of the present invention, and FIG.
Figure (a) is a perspective view schematically showing a part of this device, Figure 3 (b) is a cross-sectional view taken parallel to the substrate surface through the electron emission region, and Figure 3 (C) is a perspective view schematically showing a part of the device. FIG. 4 is a cross-sectional view taken perpendicularly to the substrate surface through the emission part, and FIG. 4 is a diagram for explaining the manufacturing process of the semiconductor discharge device shown in FIG. 3.
The figure is a schematic perspective view showing a second embodiment of the invention. 1... Semiconductor substrate, 2... Depletion layer region, 3... n
ゝRegion, 4... P-type semiconductor layer, 5... P3 region, 6
...Schottky electrode, 8...n-type ohmic electrode, 9...P-type ohmic electrode, 101...n"G
aAs substrate, 10:l...P-GaAs layer, 1 0 3
-P+ region, 104... P1 region for ohmic electrode,
105...n3 region, 106...n3 layer, 107.
...Schottky electrode, 108...n type ohmic electrode, 109...p type ohmic electrode, 401...N
-GaAs substrate, 402-P--GaAs layer, 40
3・P” area, 404...P for Saiichi Mic electrode
"Area, 4 0 5 ・N""Area,406...N"
-GaAs layer, 407... Schottky electrode, 40
8...N-type ohmic electrode, 409...P-type ohmic electrode, 501...-N''-GaAs substrate, 502-
P--GaAs layer, 503...P+ region, 504.
...P+ region for ohmic electrode, 505...N+ region, 506...N3-GaAs layer, 508...N type ohmic electrode, 509...P type ohmic electrode. Figure 1 Figure 2 Figure 3 (b) (C) Figure 5

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基体上に形成されたP型半導体層を有し、
該P型半導体層内にP^+領域と該P^+領域とせっし
ないように該をP^+領域を挟んで形成された複数個の
N^+領域とを有し、前記P^+領域上にショットキー
障壁電極が形成されていることを特徴とする半導体電子
放出素子。
(1) having a P-type semiconductor layer formed on a semiconductor substrate,
The P-type semiconductor layer has a P^+ region and a plurality of N^+ regions formed sandwiching the P^+ region so as not to be crowded with the P^+ region, and the P^+ A semiconductor electron-emitting device characterized in that a Schottky barrier electrode is formed on a region.
(2)前記P^+領域、前記N^+領域および前記ショ
ットキー障壁電極が前記P型半導体層の側面に形成され
たことを特徴とする請求項1に記載の半導体電子放出素
子。
(2) The semiconductor electron-emitting device according to claim 1, wherein the P^+ region, the N^+ region, and the Schottky barrier electrode are formed on a side surface of the P-type semiconductor layer.
(3)前記P^+領域を複数個有し、それぞれの該P^
+領域について該P^+領域を挟んで形成された複数個
のN^+領域を有することを特徴とする請求項1または
2に記載の半導体電子放出素子。
(3) Having a plurality of the above P^+ areas, each of the P^
3. The semiconductor electron-emitting device according to claim 1, wherein the + region has a plurality of N^+ regions sandwiching the P^+ region.
(4)複数のP型半導体層を有し、該複数のP型半導体
層により形成される積層の側面に少なくとも1のショッ
トキー障壁電極を有し、かつ、それぞれの前記P型半導
体層の側面に前記P^+領域および前記N^+領域が形
成されたことを特徴とする請求項1乃至3に記載の半導
体電子放出素子。
(4) having a plurality of P-type semiconductor layers, having at least one Schottky barrier electrode on a side surface of a stack formed by the plurality of P-type semiconductor layers, and having a side surface of each of the P-type semiconductor layers; 4. The semiconductor electron-emitting device according to claim 1, wherein the P^+ region and the N^+ region are formed.
(5)前記P^+領域、前記N^+領域および前記ショ
ットキー障壁電極が前記P型半導体層の側面に形成され
たことを特徴とする請求項1乃至4に記載の半導体電子
放出素子。
(5) The semiconductor electron-emitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the P^+ region, the N^+ region, and the Schottky barrier electrode are formed on a side surface of the P-type semiconductor layer.
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