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半導体素子構造、電子エミッタ及び半導体素子構造の製造方法 コモンズ 外国出願あり

国内特許コード P04A004262
整理番号 U2002P103
掲載日 2004年6月18日
出願番号 特願2002-280182
公開番号 特開2004-119168
登録番号 特許第3864222号
出願日 平成14年9月26日(2002.9.26)
公開日 平成16年4月15日(2004.4.15)
登録日 平成18年10月13日(2006.10.13)
発明者
  • 澤木 宣彦
  • 本田 善央
出願人
  • 国立大学法人名古屋大学
発明の名称 半導体素子構造、電子エミッタ及び半導体素子構造の製造方法 コモンズ 外国出願あり
発明の概要

【課題】電子エミッタなどの電子線源として好適に用いることのできる半導体素子構造及び半導体素子構造の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板1の主面1A上に、この主面1Aが露出するようにして形成された開口部3を有するマスク層2を形成し、開口部3内において、第1の窒化物系半導体からなる六角錐形状の島状構造部を形成して、半導体素子構造を製造する。
【選択図】    図4

従来技術、競合技術の概要
電子線はX線発生装置などの測定機器、電子線露光装置などの半導体微細加工装置などに用いられているほか、家庭用表示装置としてのブラウン管における蛍光体励起用線源として用いられている。従来、このような電子源としては、タングステンやモリブデンなどの高融点金属材料ならびにその化合物が用いられてきた。高融点材料からの電子放射は熱電子放出の原理に基づいており、前記材料を高い温度に保つ必要があるため、省エネルギーの観点からも改善への要望が高かった。
【0003】
一方、情報化社会への加速が進み、文字・画像情報の表示装置としてのフラットパネルディスプレイへの需要が高まりブラウン管にかわる液晶表示装置、プラズマ表示装置などが開発されている。冷陰極フラットパネルディスプレイはブラウン管と同じ電子線励起で画像を得ることができ、従来技術の継承が可能であるばかりか消費電力の低減と薄型化、小型化が可能であり、その開発が望まれている。この開発が遅れているのは適当な冷陰極材料ならびにその作製技術が無かったからである。
【0004】
冷陰極電子線源としては電子親和力の低い材料を用いる必要があり、ダイヤモンド、シリコンなどが試みられ、一部試験的に実用化されている。ダイヤモンドは電子親和力が低いものの作製加工が困難で制御性に難がある。シリコンは加工技術に優れ、高度な微細加工により駆動電圧の低い素子が得られるものの、電子親和力が高いため寿命に難がある。
【0005】
一方で、近年、カーボンナノチューブなる素子が開発され、このカーボンナノチューブを用いることにより、極めて細いエミッタが得られ、その結果、駆動電圧の低減が可能となるとともに、輝度の向上を実現できるようになった。しかしながら、作製方法が確立しておらず制御性に難がある。
産業上の利用分野
本発明は、電子エミッタにおいて好適に用いられる半導体素子構造、かかる半導体素子構造を含む電子エミッタ及び半導体素子構造の製造方法に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 電子エミッタにおいて用いる半導体素子構造であって、
前記電子エミッタの導電性基板としての(111)面n型シリコン基板と、
前記シリコン基板の主面上に形成され、前記主面が露出するようにして形成された開口部を有し、この開口部内に露出した前記シリコン基板の前記主面からヘテロエピタキシャル成長を選択的に可能とするマスク層と、
前記開口部内に、前記へテロエピタキシャル成長を通じて自己形成的に形成され、前記(111)面n型シリコン基板の結晶方位によって決定された(1-101)のファセット面を側面とする第1の窒化物系半導体からなる六角錐形状の島状構造部であり、前記第1の窒化物系半導体がAlx1Gay1N(x1+y1=10x110y11)なる組成を有する島状構造部
前記シリコン基板の前記主面と前記島状構造部との間の前記開口部における第2の窒化物系半導体からなる緩衝層であり、前記第2の窒化物系半導体がAlx2Gay2N(x2+y2=10.1x20.50.5y20.9)なる組成を有する緩衝層とを具え、
前記島状構造部前記電子エミッタのティップを構成することを特徴とする、半導体素子構造。
【請求項2】 前記第1の窒化物系半導体がGaNである、請求項1の半導体素子構造。
【請求項3】 前記緩衝層の厚さが50nm以下である、請求項1又は2の半導体素子構造。
【請求項4】 前記島状構造部を構成する前記第1の窒化物系半導体がドーパントを含む、請求項13のいずれか一項の半導体素子構造。
【請求項5】 前記ドーパントがSiである、請求項4の半導体素子構造。
【請求項6】 前記島状構造部を覆う第3の窒化物系半導体からなる被覆層を具える、請求項15のいずれか一項の半導体素子構造。
【請求項7】 前記第3の窒化物系半導体がAlNである、請求項6の半導体素子構造。
【請求項8】 前記被覆層の厚さが10200nmである、請求項6又は7の半導体素子構造。
【請求項9】 前記島状構造部の先端部の曲率半径が200nm以上である、請求項18のいずれか一項の半導体素子構造。
【請求項10】 電子エミッタであって、請求項19のいずれか一項の半導体素子構造を含み、その島状構造部がティップを構成する、電子エミッタ
【請求項11】 閾値電圧が45V以下である、請求項10の電子エミッタ
【請求項12】 電子エミッタにおいて用いる半導体素子構造を得るにあたり、
(a)(111)n型シリコン基板を準備する工程と、
(b)前記シリコン基板の主面上に形成され、前記主面が露出するようにして形成された開口部を有し、この開口部内に露出した前記シリコン基板の前記主面からヘテロエピタキシャル成長を選択的に可能とするマスク層を形成する工程と、
(c)前記開口部内に、前記へテロエピタキシャル成長を通じて自己形成的に形成され、前記(111)n型シリコン基板の結晶方位によって決定された(1-101)のファセット面を側面とする第1の窒化物系半導体からなり、電子エミッタのティップを構成する六角錐形状の島状構造部であり、前記第1の窒化物系半導体がAlx1Gay1N(x1+y1=10x110y11)なる組成を有する島状構造部を形成する工程と、
(d)前記(c)工程に先立って、前記シリコン基板の前記主面と前記島状構造部との間の前記開口部における第2の窒化物系半導体からなる緩衝層であり、前記第2の窒化物系半導体がAlx2Gay2N(x2+y2=10.1x20.50.5y20.9)なる組成を有する緩衝層を形成する工程と
を具えることを特徴とする、半導体素子構造の製造方法
【請求項13】 前記シリコン基板を8001200℃に加熱し、III族元素供給ガスを前記シリコン基板上に供給して、前記シリコン基板の前記主面を前記III族元素供給ガスの構成元素を含む膜で覆うようにした後、前記窒素源供給ガス及び前記III族元素供給ガスを前記シリコン基板上に供給して、CVD法により前記島状構造部を作製する、請求項12の半導体素子構造の製造方法
【請求項14】 3の窒化物系半導体からなる被覆層を、前記島状構造部を覆うように形成する工程を具える、請求項12又は13の半導体素子構造の製造方法
産業区分
  • 電子管
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2002280182thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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