(57)【要約】【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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、この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するマスク層と、前記開口部内に形成された、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とを具えることを特徴とする、半導体素子構造。
【請求項２】
前記開口部は円形状を呈し、その直径が２０ｎｍ〜０．１ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子構造。
【請求項３】
前記開口部は矩形状を呈し、その一辺の長さが２０ｎｍ〜０．１ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子構造。
【請求項４】
前記第１の窒化物系半導体は、Ａｌｘ１Ｇａｙ１Ｎ（ｘ１＋ｙ１＝１、０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）なる組成を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の半導体素子構造。
【請求項５】
前記第１の窒化物系半導体は、ＧａＮであることを特徴とする、請求項４に記載の半導体素子構造。
【請求項６】
前記開口部に露出した前記シリコン基板の前記主面と前記島状構造部との間に第２の窒化物系半導体からなる緩衝層を具えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の半導体素子構造。
【請求項７】
前記第２の窒化物系半導体は、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｎ（ｘ２＋ｙ２＝１、０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）なる組成を有することを特徴とする、請求項６に記載の半導体素子構造。
【請求項８】
前記第２の窒化物系半導体中におけるＡｌ含有量が１０原子％〜５０原子％（０．１≦ｘ２≦０．５）であることを特徴とする、請求項７に記載の半導体素子構造。
【請求項９】
前記緩衝層の厚さが５０ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一に記載の半導体素子構造。
【請求項１０】
前記緩衝層の厚さが５０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一に記載の半導体素子構造。
【請求項１１】
前記島状構造部を構成する前記第１の窒化物系半導体は、所定のドーパントを含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一に記載の半導体素子構造。
【請求項１２】
前記ドーパントは、Ｓｉであることを特徴とする、請求項１１に記載の半導体素子構造。
【請求項１３】
前記島状構造部を覆うようにして、第３の窒化物系半導体からなる被覆層を具えることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一に記載の半導体素子構造。
【請求項１４】
前記第３の窒化物系半導体は、Ａｌｘ３Ｇａｙ３Ｎ（ｘ３＋ｙ３＝１、０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１）なる組成を有することを特徴とする、請求項１３に記載の半導体素子構造。
【請求項１５】
前記第３の窒化物系半導体は、ＡｌＮであることを特徴とする、請求項１４に記載の半導体素子構造。
【請求項１６】
前記被覆層の厚さが１０ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか一に記載の半導体素子構造。
【請求項１７】
前記島状構造部の先端部の曲率半径が２００ｎｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一に記載の半導体素子構造。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一に記載の半導体素子構造を含むことを特徴とする、電子エミッタ。
【請求項１９】
閾値電圧が４５Ｖ以下であることを特徴とする、請求項１８に記載の電子エミッタ。
【請求項２０】
シリコン基板を準備する工程と、
前記シリコン基板の主面上に、前記主面が露出するようにして形成された開口部を有するマスク層を形成する工程と、
前記開口部内において、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２１】
前記開口部は円形状を呈し、その直径が２０ｎｍ〜０．１ｍｍであることを特徴とする、請求項２０に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項２２】
前記開口部は矩形状を呈し、その一辺の長さが２０ｎｍ〜０．１ｍｍであることを特徴とする、請求項２０に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項２３】
前記第１の窒化物系半導体は、Ａｌｘ１Ｇａｙ１Ｎ（ｘ１＋ｙ１＝１、０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）なる組成を有することを特徴とする、請求項２０〜２２のいずれか一に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項２４】
前記第１の窒化物系半導体は、ＧａＮであることを特徴とする、請求項２３に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項２５】
前記島状構造部は、前記シリコン基板を８００℃〜１２００℃に加熱し、ＩＩＩ族元素供給ガス及び窒素源供給ガスを前記シリコン基板上に供給してＣＶＤ法により作製することを特徴とする、請求項２０〜２４のいずれか一に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項２６】
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、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を前記シリコン基板上に供給して、前記島状構造部を作製することを特徴とする、請求項２５に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項２７】
前記マスク層と前記島状構造部との間に第２の窒化物系半導体からなる緩衝層を形成する工程を具えることを特徴とする、請求項２０〜２６のいずれか一に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項２８】
前記第２の窒化物系半導体は、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｎ（ｘ２＋ｙ２＝１、０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）なる組成を有することを特徴とする、請求項２７に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項２９】
前記第２の窒化物系半導体中におけるＡｌ含有量が１０原子％〜５０原子％（０．１≦ｘ２≦０．５）であることを特徴とする、請求項２８に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項３０】
前記緩衝層の厚さが５０ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする、請求項２７〜２９のいずれか一に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項３１】
前記緩衝層の厚さが５０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項２７〜２９のいずれか一に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項３２】
前記島状構造部を構成する前記第１の窒化物系半導体は、所定のドーパントを含むことを特徴とする、請求項２０〜３１のいずれか一に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項３３】
前記ドーパントは、Ｓｉであることを特徴とする、請求項３２に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項３４】
前記島状構造部を覆うようにして、第３の窒化物系半導体からなる被覆層を形成する工程を具えることを特徴とする、請求項２０〜３３のいずれか一に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項３５】
前記第３の窒化物系半導体は、Ａｌｘ３Ｇａｙ３Ｎ（ｘ３＋ｙ３＝１、０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１）なる組成を有することを特徴とする、請求項３４に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項３６】
前記第３の窒化物系半導体は、ＡｌＮであることを特徴とする、請求項３５に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項３７】
前記被覆層の厚さが１０ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする、請求項３４〜３６のいずれか一に記載の半導体素子構造の製造方法。
【請求項３８】
前記島状構造部の先端部の曲率半径が２００ｎｍ以上であることを特徴とする、請求項２０〜３７のいずれか一に記載の半導体素子構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、並びに前記半導体素子構造を含む電子エミッタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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プ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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような観点より、長寿命で高輝度な電子源を得るためには新しい材料の開発が望まれてきた。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、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ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、シリコン基板と、この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するマスク層と、前記開口部内に形成された、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とを具えることを特徴とする、半導体素子構造に関する。
【０００９】
また、本発明は、シリコン基板を準備する工程と、
前記シリコン基板の主面上に、前記主面が露出するようにして形成された開口部を有するマスク層を形成する工程と、
前記開口部内において、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に関する。
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、以下の事実を発見するに至った。
一般式ＡｌｘＧａｙＮ（ただし、ｘ＋ｙ＝１，０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される窒化物系半導体をサファイア基板やシリコン基板上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などで堆積させると、成長条件を制御することによって単結晶を得ることができる。但し、一般的には前記窒化物系半導体と前記基板との間の格子定数差や熱膨張係数差に起因して、前記窒化物系半導体中には転位やクラックが生成され、その結晶品質を十分に向上させることができない。
【００１１】
しかしながら、本発明に従って、シリコン基板を用いるとともに、このシリコン基板の主面上において、前記主面が露出するように貫通した開口部を有するマスク層を形成し、前記開口部内に例えばＣＶＤ法によって窒化物系半導体を選択的に成長させる。すると、前記開口部内において前記窒化物系半導体が、前記開口部の形状とは無関係に、六角錐形状に自己形成的にエピタキシャル成長することを見出した。さらに、前記窒化物系半導体の結晶方位は、前記シリコン基板の結晶方位によって決定され、前記エピタキシャル成長がヘテロエピタキシャル成長として実行され、異種材料である前記シリコン基板上に窒化物系半導体を高結晶品質の下に形成できることを見出した。
【００１２】
また、本発明の半導体素子構造はシリコン基板を含んでいる。シリコン基板は導電性を有するため、電子エミッタなどの電子源の基板として好適である。特に、現状技術で上記窒化物系半導体を作製した場合、基板界面付近では欠陥の導入などによりｎ型伝導を示すようになる。この場合、ｎ型シリコン基板を用いれば、このｎ型シリコン基板の裏面に設けた電極を通して容易に電流を流すことができるようになる。
【００１３】
さらに、前記窒化物系半導体からなる六角錐形状の島状構造部を有しており、これが電子エミッタのティップとして機能する。エミッタとしての寿命はティップ先端の形状ならびに構造変化に起因する要素により決まる。窒化物系半導体は一般に物理的に堅牢で化学的耐性に優れている。すなわち、タングステンなどの金属材料が酸素雰囲気中で高い電界を印加すると表面が変性しやすく不安定であるのに対して、窒化物系半導体ではそのようなことが認められない。この結果、窒化物系半導体からなる前記島状構造部は安定なティップとなり、長寿命を保証する。
【００１４】
従来のように、電子エミッタのティップをシリコンから構成する場合、低駆動電圧で動作させるためには、シリコンの大きな電子親和力に起因して、ティップ先端の電界強度を確保すべく、ティップ先端を先鋭にする必要がある。たとえば、駆動電圧５０Ｖを得るためにはティップ先端の曲率半径は４ｎｍ程度が必要である。
【００１５】
これに対して、本発明の半導体素子構造においては、ティップを構成する島状構造部が窒化物系半導体から形成されており、その電子親和力が比較的小さいために、曲率半径が２００ｎｍでも、駆動電圧を４５Ｖ程度に低減することができる。この結果、ティップ先端にかかる負荷が小さく、ティップ寿命を増大させることができる。
【００１６】
結果として、本発明によれば、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ことができる。また、前記半導体素子構造から電子エミッタを構成することにより、低電圧駆動、長寿命、大電流密度で加工プロセスの簡便な電子エミッタを実現できる。
【００１７】
なお、本発明においては、前記開口部の大きさを１μｍとし、前記開口部を２μｍの周期で配列したとすると、１平方センチメートル当たり２５００万個の電子エミッタを作製することができることになる。
【００１８】
本発明の好ましい態様においては、前記マスク層と前記島状構造部との間に第２の窒化物系半導体からなる緩衝層を設ける。例えば、前記縞状構造部をＣＶＤ法を用いて形成する場合において、前記島状構造部を前記マスク層の開口部内において前記シリコン基板上に直接的に形成しようとすると、ＣＶＤ法に用いる原料ガスと前記シリコン基板とが化学的に反応して、前記シリコン基板の主面が荒れてしまう場合がある。このような状態でＣＶＤプロセスを実行して前記島状構造部を形成すると、その結晶品質が劣化してしまい、電子エミッタなどとして用いた場合に十分な特性を発揮しなくなる場合がある。
【００１９】
このような場合において、上述したような緩衝層を設けることにより、ＣＶＤプロセスなどによる前記シリコン基板の前記主面の荒れを抑制し、結晶品質に優れた島状構造部を形成することができるようになる。
【００２０】
また、本発明の他の好ましい態様においては、前記島状構造部を構成する第１の窒化物系半導体に対してドーパントを含有させる。本発明の半導体素子構造における前記島状構造部は結晶品質が良好であるために、その電気抵抗値が比較的大きくなってしまい、電子エミッタなどの電子線源として適用するに際し、適さなくなる場合がある。
【００２１】
このような場合において、前記島状構造部をドーパントを含んだ窒化物系半導体から構成すると、前記ドーパントの影響によって前記島状構造部全体の電気抵抗を低減することができるようになる。したがって、前記島状構造部が良好な結晶品質を有する場合においても、その電気抵抗値を所定の値以下にすることができ、電子エミッタなどの電子線源として好適に用いることができる。
【００２２】
さらに、本発明のその他の好ましい態様においては、前記島状構造部を覆うようにして第３の窒化物系半導体からなる被覆層を形成する。上述したように、電子エミッタのティップの駆動電圧を低減させるためには、その電子親和力を低下させることが要求される。したがって、本発明の半導体素子構造において、前記ティップを構成する前記島状構造部は、例えばＡｌを比較的多量に含む窒化物系半導体から構成することが要求される。しかしながら、このような窒化物系半導体は電気抵抗値が増大してしまい、電子エミッタなどの電子線源として使用することができなくなる場合がある。
【００２３】
このような場合において、前記島状構造部を例えばＡｌ含有量が比較的大きい第３の窒化物系半導体から構成され、電気抵抗値が低減された被覆層で覆うようにすることにより、前記島状構造部の電気抵抗値を実質的に低減することができ、前記島状構造部の低電子親和力を利用した低駆動電圧の電子線源を提供することができる。
本発明のその他の特徴及び利点については、以下において詳述する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に則して詳細に説明する。
図１〜図５は、本発明の半導体素子構造を製造工程を示す図である。最初に、シリコン基板１を準備する。このシリコン基板１は、前述したように、（１１１）面のｎ型シリコン基板などから構成することができる。次いで、図１に示すように、シリコン基板１の主面１Ａ上にスパッタリング法やＣＶＤ法などの公知の成膜手法を用いて、後にマスク層を形成する下地層２２を、例えば１０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに均一に形成する。
【００２５】
次いで、下地層２２に対してフォトリソグラフィ及び電子線リソグラフィなどの技術を施すことにより、図２に示すように下地層２２中に開口部３を形成し、マスク層２を形成する。
【００２６】
なお、開口部３の形状は特に限定されず、任意の形状に形成することができる。例えば、開口部３を円形状としたり、矩形状としたりすることができる。前者の場合、その直径が２０ｎｍ〜０．１ｍｍであることが好ましい。また、後者の場合、その一辺の長さが２０ｎｍ〜０．１ｍｍであることが好ましい。このような場合においては、後に形成する島状構造部の形状に対して開口部３の形態がほとんど影響を及ぼさなくなり、マスク層２中に形成された複数の開口部の形態がそれぞれ大きくずれているような場合においても、最終的な島状構造部の形態はほぼ一定となる。
【００２７】
次いで、図３に示すように、マスク層２の開口部３内に露出したシリコン基板１の主面１Ａを覆うようにして緩衝層４を公知の成膜手法を用いて形成する。これによって、後に示すように、ＣＶＤプロセスなどによって島状構造部をシリコン基板１上に形成するに際し、シリコン基板１の主面１Ａの荒れを抑制し、結晶品質に優れた島状構造部を形成することができるようになる。但し、緩衝層４は本発明の必須の構成要素ではない。なお、緩衝層４の厚さは、５０ｎｍ〜２００ｎｍに形成することが好ましい。
【００２８】
また、前記成膜操作は開口部３を含めたマスク層４の全体に対して行なうが、緩衝層４はマスク層２上には形成されず、開口部３内のシリコン基板１の主面１Ａ上のみに選択的に形成されるようになる。
【００２９】
また、緩衝層４は後に形成すべき島状構造部に対しての下地層としても機能することから、島状構造部と同様に窒化物系半導体から構成する。具体的には、島状構造部を構成する窒化物系半導体と合致させて、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｎ（ｘ２＋ｙ２＝１、０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）なる組成を有する窒化物系半導体から構成する。
【００３０】
この場合、Ａｌ含有量ｘ２は０．１≦ｘ２≦０．５、すなわちＡｌ含有量を１０原子％〜５０原子％に設定することが好ましい。上述した組成の窒化物系半導体においては、Ａｌ含有量が増大するに従って、その電気抵抗値が増大するようになる。したがって、前述した組成の窒化物系半導体から緩衝層４を構成した場合、前記窒化物系半導体中におけるＡｌ含有量が大きくなると、緩衝層４の電気抵抗値が増大して、最終的に得た半導体素子構造を電子エミッタなどの電子線源として使用することができなくなる場合がある。
【００３１】
かかる場合において、緩衝層４を構成するＡｌｘ２Ｇａｙ２Ｎ（ｘ２＋ｙ２＝１、０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）なる組成の窒化物系半導体中のＡｌ含有量を上記範囲に設定することにより、電気抵抗値の大きさと緩衝層としての機能とがバランスし、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を提供することができるようになる。
【００３２】
なお、緩衝層４の厚さを５０ｎｍ以下とすれば、緩衝層４を構成する窒化物系半導体中のＡｌ含有量が上記範囲を超えて増大した場合においても、緩衝層４全体としての電気抵抗値を低減することができる。
【００３３】
次いで、図４に示すように、マスク層２の開口部３内に窒化物系半導体からなる六角錐状の島状構造部５を形成する。島状構造部５を構成する前記窒化物系半導体としては、Ａｌｘ１Ｇａｙ１Ｎ（ｘ１＋ｙ１＝１、０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）なる組成を有することが好ましい。
【００３４】
上述したような組成の窒化物系半導体から島状構造部５を構成すると、その電子親和力は前記窒化物系半導体の組成制御によって簡易に変化させることができ、具体的にはＡｌ含有量の増大に伴って電子親和力が低下し、電気抵抗値が増大する。したがって、電子親和力を低下させるという観点からは、前記窒化物系半導体のＡｌ含有量を増大し、電気抵抗値を増大させるという観点からは、前記窒化物系半導体のＡｌ含有量を減少させる。
【００３５】
なお、島状構造部５は、シリコン基板１上においてヘテロエピタキシャル成長により形成され、良好な結晶品質を有するようになる。この場合、島状構造部５の電気抵抗が増大して、電子エミッタなどの電子線源に対して適用できなくなる場合がある。したがって、島状構造部５を構成する前記窒化物系半導体内にドーパントを含有させ、その電気抵抗値を所定の値以下とすることが好ましい。前記ドーパントとしてはＳｉなどを例示することができる。
【００３６】
島状構造部５は、シリコン基板１を８００℃〜１２００℃に加熱し、ＩＩＩ族元素供給ガス及び窒素源供給ガスをシリコン基板１の主面１Ａ上に供給してＣＶＤ法により作製することができる。前記ＩＩＩ族元素供給ガスとしては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びトリメチルガリウム（ＴＭＧ）などを例示することができる。前記窒素源供給ガスとしてはアンモニアなどを例示することができる。
このとき、（１１１）面のｎ型シリコン基板１の主面１Ａ上には、（１−１０１）ファセット面を側面とする六角錐状の島状構造部５が形成される。
【００３７】
なお、特に緩衝層４を設けない場合においては、島状構造部５をＣＶＤ法を用いて作製する際、窒素源供給ガスであるアンモニアガスがシリコン基板１の主面１Ａと接触して、主面１Ａを窒化してしまう場合がある。このような場合においては、ＣＶＤプロセスを実行しても良好な結晶品質の島状構造部５を形成することができない。
【００３８】
したがって、かかる場合においては、アンモニアガスなどをシリコン基板１の主面１Ａ上に供給する以前に、トリメチルアルミニウムなどのＩＩＩ族元素供給ガスを主面１Ａ上に供給する。これによって、主面１Ａがアルミニウムなどで覆われるようになるので、アンモニアガスなどの窒化の影響を受けることなく、良好な結晶品質を有する島状構造部５をＣＶＤ法などによって簡易に形成することができるようになる。
【００３９】
次いで、図５に示すように、公知の成膜手法を用いることにより、島状構造部５を覆うようにして窒化物系半導体からなる被覆層６を形成し、目的とする半導体素子構造を作製する。被覆層６は、具体的にはＡｌｘ３Ｇａｙ３Ｎ（ｘ３＋ｙ３＝１、０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１）なる組成を有する窒化物系半導体から構成することが好ましい。但し、被覆層６は本発明の必須の構成要素ではない。
【００４０】
前述したように、窒化物系半導体中のＡｌ含有量が増大するにつれて、その電子親和力は低下し、電気抵抗値は増大する。したがって、島状構造部５をＧａＮから構成してその電気抵抗値を低減し、被覆層６をＡｌＮから構成してその電子親和力を低下させるようにすることにより、十分に低い電子親和力を有し、電子放出効率に優れた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を提供することができるようになる。
【００４１】
なお、被覆層６が上述したような作用効果を効果的に発揮できるためには、その厚さが１０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましい。また、被覆層６の厚さが２００ｎｍを超えると縞状構造部５との格子不整合に起因して、被覆層６内部にクラックなどが形成されてしまう場合がある。さらには、被覆層６の電気抵抗値が増大して上述した作用効果を奏することができなくなる場合がある。
【００４２】
以上の工程を経て得た半導体素子構造は、島状構造部５の先端部が２００ｎｍ以上の曲率半径を有する場合においても、電子エミッタなどの電子線源として用いた場合に、駆動電圧を十分に低減させることができ、例えば４５Ｖまで低減することができる。
【００４３】
以上、具体例を示しながら発明の実施の形態に則して本発明を説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲において、あらゆる変形や変更が可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、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ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体素子構造の一製造工程を示す斜視図である。
【図２】図１に示す工程の次の工程を示す斜視図である。
【図３】図２に示す工程の次の工程を示す斜視図である。
【図４】図３に示す工程の次の工程を示す斜視図である。
【図５】図４に示す工程の次の工程を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　シリコン基板
２　マスク層
３　開口部
４　緩衝層
５　島状構造部
６　被覆層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004119168.tif 000007