(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板と、絶縁性基板の一表面上に形成された導電性層と、導電性層上に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印加することにより導電性層から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源であって、上記導電性層は、絶縁性基板上に形成された半導体層の一部に不純物をドーピングすることによりストライプ状に形成されてなり、強電界ドリフト層は、上記導電性層に平行なストライプ状に形成され且つ長さが上記導電性層よりも短く、強電界ドリフト層の周囲にはノンドープの多結晶シリコン層が形成され、表面電極は、強電界ドリフト層上および多結晶シリコン層上に跨り上記導電性層に交差する方向にストライプ状に形成されてなり、強電界ドリフト層の周囲において上記導電性層とノンドープの多結晶シリコン層との間および上記半導体層とノンドープの多結晶シリコン層との間に絶縁層が介在されてなることを特徴とする電界放射型電子源。
【請求項２】
上記多孔質半導体層は、多孔質化した多結晶半導体よりなることを特徴とする請求項１記載の電界放射型電子源。
【請求項３】
上記半導体層は、シリコンよりなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電界放射型電子源。
【請求項４】
請求項１記載の電界放射型電子源の製造方法であって、絶縁性基板の一表面上に半導体層を形成した後、該半導体層の一部に不純物をドーピングすることにより導電性層をストライプ状に形成し、その後、絶縁性基板の上記一表面側の全面に絶縁層を形成し、次に、上記絶縁層のうち強電界ドリフト層の形成予定領域に重複する部分を除去し、その後、絶縁性基板の上記一表面側の全面にノンドープの多結晶シリコン層を形成し、次に、上記絶縁層のうち導電性層の両端部に重なっている部分の表面が露出するようにノンドープの多結晶シリコン層の一部をエッチング除去し、その後、導電性層の両端部の表面が露出するように上記絶縁層の一部をエッチング除去し、その後、導電性層を陽極酸化処理時の電極として用いて陽極酸化処理を行うことによりノンドープの多結晶シリコン層を部分的に多孔質化して多孔質半導体層をストライプ状に形成し、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、次いで、強電界ドリフト層上およびノンドープの多結晶シリコン層上に跨り導電性層に交差する方向にストライプ状となる表面電極を形成することを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
【請求項５】
上記ノンドープの多結晶シリコン層を触媒ＣＶＤ法により形成することを特徴とする請求項４記載の電界放射型電子源の製造方法。
【請求項６】
上記ノンドープの多結晶シリコン層をプラズマＣＶＤ法により形成することを特徴とする請求項４記載の電界放射型電子源の製造方法。
【請求項７】
上記ノンドープの多結晶シリコン層をアモルファスシリコンの堆積後に加熱処理によって多結晶化することにより形成することを特徴とする請求項４記載の電界放射型電子源の製造方法。
【請求項８】
上記加熱処理はレーザアニールであることを特徴とする請求項７記載の電界放射型電子源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界放射により電子線を放射するようにした電界放射型電子源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電界放射型電子源として、例えば米国特許３６６５２４１号などに開示されているいわゆるスピント（Spindt）型電極と呼ばれるものがある。このスピント型電極は、微小な三角錐状のエミッタチップを多数配置した基板と、エミッタチップの先端部を露出させる放射孔を有するとともにエミッタチップに対して絶縁された形で配置されたゲート層とを備え、真空中にてエミッタチップをゲート層に対して負極として高電圧を印加することにより、エミッタチップの先端から放射孔を通して電子線を放射するものである。
【０００３】
しかしながら、スピント型電極は、製造プロセスが複雑であるとともに、多数の三角錐状のエミッタチップを精度良く構成することが難しく、例えば平面発光装置やディスプレイなどへ応用する場合に大面積化が難しいという問題があった。また、スピント型電極は、電界がエミッタチップの先端に集中するので、エミッタチップの先端の周りの真空度が低くて残留ガスが存在するような場合、放射された電子によって残留ガスがプラスイオンにイオン化され、プラスイオンがエミッタチップの先端に衝突するから、エミッタチップの先端がダメージ（例えば、イオン衝撃による損傷）を受け、放射される電子の電流密度や効率などが不安定になったり、エミッタチップの寿命が短くなってしまうという問題が生じる。したがって、スピント型電極では、この種の問題の発生を防ぐために、高真空（約１０-5Ｐａ〜約１０-6Ｐａ）で使用する必要があり、コストが高くなるとともに、取扱いが面倒になるという不具合があった。
【０００４】
この種の不具合を改善するために、ＭＩＭ（Metal  Insulator  Metal)方式やＭＯＳ(Metal  Oxide  Semiconductor)型の電界放射型電子源が提案されている。前者は金属−絶縁膜−金属、後者は金属−酸化膜−半導体の積層構造を有する平面型の電界放射型電子源である。しかしながら、このタイプの電界放射型電子源において電子の放射効率を高めるためには（多くの電子を放射させるためには）、上記絶縁膜や上記酸化膜の膜厚を薄くする必要があるが、上記絶縁膜や上記酸化膜の膜厚を薄くしすぎると、上記積層構造の上下の電極間に電圧を印加した時に絶縁破壊を起こす恐れがあり、このような絶縁破壊を防止するためには上記絶縁膜や上記酸化膜の膜厚の薄膜化に制約があるので、電子の放出効率（引き出し効率）をあまり高くできないという不具合があった。
【０００５】
また、近年では、特開平８−２５０７６６号公報に開示されているように、シリコン基板などの単結晶の半導体基板を用い、その半導体基板の一表面を陽極酸化することにより多孔質半導体層（ポーラスシリコン層）を形成して、その多孔質半導体層上に金属薄膜を形成し、半導体基板と金属薄膜との間に電圧を印加して電子を放射させるように構成した電界放射型電子源（半導体冷電子放出素子）が提案されている。
【０００６】
しかしながら、上述の特開平８−２５０７６６号公報に記載の電界放射型電子源では、基板が半導体基板に限られるので、大面積化やコストダウン化が難しいという不具合がある。また、特開平８−２５０７６６号公報に記載の電界放射型電子源では電子放出時にいわゆるポッピング現象が生じやすく、放出電子量にむらが起こりやすいので、平面発光装置やディスプレイなどに応用すると、発光むらができてしまうという不具合がある。
【０００７】
そこで、本願発明者らは、特願平１０−２７２３４０号、特願平１０−２７２３４２号において、多孔質多結晶半導体層（例えば、多孔質化された多結晶シリコン層）を急速熱酸化（ＲＴＯ）技術によって急速熱酸化することによって、導電性基板と金属薄膜（表面電極）との間に介在し導電性基板から注入された電子がドリフトする強電界ドリフト層を形成した電界放射型電子源を提案した。この電界放射型電子源では、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安定して電子を放出することができ、また、導電性基板として単結晶シリコン基板などの半導体基板の他にガラス基板（絶縁性基板）などに導電性膜（例えば、ＩＴＯ膜）を形成した基板などを使用することもできるから、従来のように半導体基板を多孔質化した多孔質半導体層を利用する場合やスピント型電極に比べて、電子源の大面積化および低コスト化が可能になる。
【０００８】
図８に、ガラス基板よりなる絶縁性基板１１と該絶縁性基板１１上に形成したＩＴＯ膜よりなる導電性層８’とで構成した導電性基板を用いた電界放射型電子源１０’を示す。すなわち、この電界放射型電子源１０’は、図８に示すように、絶縁性基板１１上に導電性層８’が形成され、導電性層８’上に強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に導電性薄膜（例えば、金属薄膜）よりなる表面電極７が形成されている。
【０００９】
この電界放射型電子源１０’では、例えば図９に示すように、表面電極７を真空中に配置するとともに表面電極７に対向してコレクタ電極２１を配置し、表面電極７を導電性層８’に対して正極として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コレクタ電極２１を表面電極７に対して正極として直流電圧Ｖcを印加することにより、導電性層８’から注入された電子が強電界ドリフト層６をドリフトし表面電極７を通して放出される（なお、図９中の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ-の流れを示す）。ここにおいて、表面電極７と導電性層８’との間に流れる電流をダイオード電流Ｉpsと称し、コレクタ電極２１と表面電極７との間に流れる電流を放出電子電流Ｉeと称し、ダイオード電流Ｉpsに対する放出電子電流Ｉeが大きい（Ｉe／Ｉpsが大きい）ほど電子の放出効率が高くなる。なお、この電界放射型電子源１０’では、表面電極７と導電性層８’との間に印加する直流電圧Ｖpsを１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させることができる。
【００１０】
ところで、この種の電界放射型電子源１０’をディスプレイ装置の電子源として利用する場合には、例えば、絶縁性基板１１上に形成する導電性層８’をストライプ状にパターニングするとともに、表面電極７を導電性層８’に交差する方向にストライプ状にパターニングして、導電性層８’と表面電極７とでマトリクスを構成すればよい。
【００１１】
なお、図１０に示すように、絶縁性基板１１上に所定形状にパターニングした導電性層８’を有する電界放射型電子源１０”も提案されている（例えば、特開平９−２５９７９５号公報）。図１０に示す電界放射型電子源１０”は、絶縁性基板１１の一表面上に所定形状にパターニングして形成されたオーミック電極よりなる導電性層８’を有し、絶縁性基板１１の上記一表面側の全面を覆うように形成された半導体層３’と、該半導体層３’の表面側で導電性層８’の上方に形成された多孔質半導体層よりなる強電界ドリフト層６’と、強電界ドリフト層６’上に形成された表面電極７とを備えている。
【００１２】
ところで、表面電極７の膜厚は１０ｎｍないし１５ｎｍ程度に設定されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の電界放射型電子源１０’，１０”では、ディスプレイ装置などの電子源として利用するために導電性層８’を所定形状にパターニングした場合、導電性層８’の厚みによって（つまり、導電性層８’の表面と絶縁性基板１１の上記一表面との段差に起因して）、強電界ドリフト層６，６’の表面の平坦性が損なわれ、結果的に強電界ドリフト層６，６’上の表面電極７の表面の平坦性が損なわれてしまうという不具合があり、導電性層８’の厚みが大きくなって強電界ドリフト層６，６’の表面の平坦性が悪くなると、表面電極７が断線してしまう恐れもあった。
【００１４】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、表面電極の平坦性が良好な電界放射型電子源およびその製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、絶縁性基板と、絶縁性基板の一表面上に形成された導電性層と、導電性層上に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印加することにより導電性層から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源であって、上記導電性層は、絶縁性基板上に形成された半導体層の一部に不純物をドーピングすることによりストライプ状に形成されてなり、強電界ドリフト層は、上記導電性層に平行なストライプ状に形成され且つ長さが上記導電性層よりも短く、強電界ドリフト層の周囲にはノンドープの多結晶シリコン層が形成され、表面電極は、強電界ドリフト層上および多結晶シリコン層上に跨り上記導電性層に交差する方向にストライプ状に形成されてなり、強電界ドリフト層の周囲において上記導電性層とノンドープの多結晶シリコン層との間および上記半導体層とノンドープの多結晶シリコン層との間に絶縁層が介在されてなることを特徴とするものであり、上記導電性層が絶縁性基板上に形成された半導体層の一部に不純物をドーピングすることにより該半導体層の一部に形成されるとともに、強電界ドリフト層の周囲にノンドープの多結晶シリコン層が形成され、強電界ドリフト層の周囲において上記導電性層とノンドープの多結晶シリコン層との間および上記半導体層とノンドープの多結晶シリコン層との間に絶縁層が介在されているので、上記導電性層から強電界ドリフト層の周囲を通して表面電極へ電流が流れるのを防止することができる。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記多孔質半導体層が、多孔質化した多結晶半導体よりなるので、大面積化が容易になる。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、上記半導体層が、シリコンよりなるので、シリコンプロセスを使用でき、導電性層のパターンの微細化および高精度化を図ることができる。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項１記載の電界放射型電子源の製造方法であって、絶縁性基板の一表面上に半導体層を形成した後、該半導体層の一部に不純物をドーピングすることにより導電性層をストライプ状に形成し、その後、絶縁性基板の上記一表面側の全面に絶縁層を形成し、次に、上記絶縁層のうち強電界ドリフト層の形成予定領域に重複する部分を除去し、その後、絶縁性基板の上記一表面側の全面にノンドープの多結晶シリコン層を形成し、次に、上記絶縁層のうち導電性層の両端部に重なっている部分の表面が露出するようにノンドープの多結晶シリコン層の一部をエッチング除去し、その後、導電性層の両端部の表面が露出するように上記絶縁層の一部をエッチング除去し、その後、導電性層を陽極酸化処理時の電極として用いて陽極酸化処理を行うことによりノンドープの多結晶シリコン層を部分的に多孔質化して多孔質半導体層をストライプ状に形成し、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、次いで、強電界ドリフト層上およびノンドープの多結晶シリコン層上に跨り導電性層に交差する方向にストライプ状となる表面電極を形成することを特徴とし、ノンドープの多結晶シリコン層の一部をエッチングする際に絶縁層をエッチングストッパとして利用してエッチングを一旦中断し、その後に絶縁層をエッチングして導電性層の両端部の表面を露出させることができるので、導電性層の両端部の表面を露出させるためのエッチングの工程管理が容易になり、導電性層にエッチングダメージが発生するのを抑制することが可能となる。さらに、導電性層を陽極酸化処理時の電極として利用して陽極酸化処理を行うことにより、ノンドープの多結晶シリコン層のうち絶縁層上に形成された部分には電流が流れず導電性層上の部分にのみ電流が流れるから、導電性層上の部分のみが多孔質化され、強電界ドリフト層のパターンを高精度化することができる。
【００２５】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、上記ノンドープの多結晶シリコン層を触媒ＣＶＤ法により形成するので、絶縁性基板として安価なガラス基板を用いることができる。
【００２６】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、上記ノンドープの多結晶シリコン層をプラズマＣＶＤ法により形成するので、絶縁性基板として安価なガラス基板を用いることができる。
【００２７】
請求項７の発明は、請求項４の発明において、上記ノンドープの多結晶シリコン層をアモルファスシリコンの堆積後に加熱処理によって多結晶化することにより形成するので、絶縁性基板として安価なガラス基板を用いることができる。
【００２８】
請求項８の発明は、請求項７の発明において、上記加熱処理はレーザアニールであるので、上記ノンドープの多結晶シリコン層の膜質を良好にできる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（参考例１）
本参考例の電界放射型電子源１０は、図１および図２に示すように、ガラス基板よりなる絶縁性基板１１の一表面上に半導体層たるノンドープの多結晶シリコン層２３が形成され、多結晶シリコン層２３の一部にｎ形多結晶シリコンよりなる導電性層８が形成され、該導電性層８上に酸化した多孔質多結晶シリコンよりなる強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に表面電極７が形成されている。また、導電性層８上には、強電界ドリフト層６と離間してパッド電極１８が配設され、表面電極７上には、強電界ドリフト層６から離間してパッド電極１７が配設されている。ここにおいて、強電界ドリフト層６はストライプ状に形成され隣り合う強電界ドリフト層６間を埋め込む形でノンドープの多結晶シリコン層３が形成されている。また、導電性層８は、絶縁性基板１１上に形成された半導体層たるノンドープの多結晶シリコン層２３にｎ形不純物をドーピングすることにより該ノンドープの多結晶シリコン層２３の一部に形成されている。ところで、図１に示すように、導電性層８はストライプ状に形成され、表面電極７は導電性層８に直交（交差）する方向にストライプ状に形成されている。要するに、表面電極７は、強電界ドリフト層６上および多結晶シリコン層３上に跨って形成されている。
【００３０】
なお、本参考例の電界放射型電子源１０の動作原理は従来構成と同じであり、表面電極７を導電性層８に対して正極として電圧を印加することにより導電性層８から注入された電子が強電界ドリフト層６をドリフトし表面電極７を通して放出されるから、電圧を印加する表面電極７と導電性層８とを適宜選択することにより、表面電極７と導電性層８との交差する領域から表面電極７を通して電子を放出させることができる。
【００３１】
しかして、本参考例の電界放射型電子源では、上記導電性層８が、絶縁性基板１１上に形成されたノンドープの多結晶シリコン層２３の一部にｎ形不純物をドーピングすることにより該多結晶シリコン層２３の一部に形成されているので、強電界ドリフト層６の表面の平坦性が向上し、結果的に表面電極７の平坦性も向上する。
【００３２】
なお、本参考例では、強電界ドリフト層６を酸化した多孔質多結晶シリコンにより構成しているが、強電界ドリフト層６を窒化した多孔質多結晶シリコン、あるいは、その他の酸化若しくは窒化した多孔質多結晶半導体層、あるいは、酸化若しくは窒化したアモルファス半導体（例えば、アモルファスシリコン）により構成してもよい。
【００３３】
以下、製造方法について図３を参照しながら説明する。
【００３４】
まず、絶縁性基板１１の一表面（図３（ａ）における上面）上に所定膜厚のノンドープの多結晶シリコン層２３を例えばプラズマＣＶＤ法によって形成することにより、図３（ａ）に示すような構造が得られる。ここにおいて、ノンドープの多結晶シリコン層２３は、プラズマＣＶＤ法により堆積しているので、６００℃以下の低温プロセスで成膜することができる。なお、ノンドープの多結晶シリコン層２３の形成方法は、プラズマＣＶＤ法に限らず、触媒ＣＶＤ法により形成してもよく、触媒ＣＶＤ法でも６００℃以下の低温プロセスで成膜することができる。
【００３５】
ノンドープの多結晶シリコン層２３を形成した後、ノンドープの多結晶シリコン層２３の一部にイオン注入技術または拡散技術によってｎ形不純物をドーピングすることで導電性層８を形成することにより、図３（ｂ）に示すような構造が得られる。
【００３６】
その後、絶縁性基板１１の上記一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層３を例えばプラズマＣＶＤ法によって形成することにより、図３（ｃ）に示すような構造が得られる。ここにおいて、ノンドープの多結晶シリコン層３は、プラズマＣＶＤ法により堆積しているので、６００℃以下の低温プロセスで成膜することができる。なお、ノンドープの多結晶シリコン層３の形成方法は、プラズマＣＶＤ法に限らず、触媒ＣＶＤ法により形成してもよく、触媒ＣＶＤ法でも６００℃以下の低温プロセスで成膜することができる。また、プラズマＣＶＤ法によってアモルファスシリコンを成膜した後に加熱処理として例えばレーザアニールを行うことにより多結晶化してもよい。
【００３７】
次に、導電性層８の表面の一部が露出するようにノンドープの多結晶シリコン層３の一部をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチングやフッ化水素水溶液、硝酸系のエッチング液を用いたウェットエッチングによってエッチング除去することにより、図３（ｄ）に示すような構造が得られる。
【００３８】
その後、多結晶シリコン層３の表面上にストライプ状の開口パターンを有するフォトレジスト層よりなるマスク層（図示せず）を形成した後、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した混合液よりなる電解液の入った陽極酸化処理槽を利用し、白金電極（図示せず）を負極、導電性層８を正極として、多結晶シリコン層３に光照射を行いながら所定の条件で陽極酸化処理を行うことによって多結晶シリコン層３の一部を多孔質化して多孔質半導体層たる多孔質多結晶シリコン層を形成し、該多孔質多結晶シリコン層を例えば酸（例えば、ＨＮＯ3、Ｈ2ＳＯ4、王水など）によって酸化することにより強電界ドリフト層６を形成し、続いて上記マスク層を除去することにより、図３（ｅ）に示すような構造が得られる。
【００３９】
次いで、強電界ドリフト層６上にメタルマスクを用いてストライプ状の表面電極７を蒸着法によって形成した後、各表面電極７の長手方向の両端部上にパッド電極１７を形成するとともに導電性層８の露出した表面上にパッド電極１８を形成することにより、図３（ｆ）に示すような構造の電界放射型電子源１０が得られる。
【００４０】
しかして、上述の製造方法によれば、絶縁性基板１１上の半導体層たるノンドープの多結晶シリコン層２３の一部にｎ形不純物をドーピングすることにより導電性層８が形成されるから、強電界ドリフト層６が平坦な平面上に形成されるので、表面電極７の平坦性が良好な電界放射型電子源１０を提供することができる。また、導電性層８が半導体材料により形成されているので、導電性層８が金属により形成されている場合に発生する恐れのある強電界ドリフト層６のメタル汚染を防止することができる。
【００４１】
（実施形態）
本実施形態の電界放射型電子源の基本構成は参考例１と略同じであって、図４に示すように、上記強電界ドリフト層６の周囲において導電性層８とノンドープの多結晶シリコン層３との間にシリコン酸化膜よりなる絶縁層９を介在させた点に特徴がある。ここにおいて、絶縁層９をシリコン酸化膜により構成してあるが、シリコン窒化膜により構成してもよい。なお、参考例１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
しかして、本実施形態の電界放射型電子源１０では、導電性層８から多結晶シリコン層３を通して表面電極７へ電流が流れるのを防止することができる。
【００４３】
以下、製造方法について図５を参照しながら説明する。
【００４４】
まず、絶縁性基板１１の一表面（図５（ａ）における上面）上に所定膜厚のノンドープの多結晶シリコン層２３を例えばプラズマＣＶＤ法によって形成することにより、図５（ａ）に示すような構造が得られる。ここにおいて、ノンドープの多結晶シリコン層２３は、プラズマＣＶＤ法により堆積しているので、６００℃以下の低温プロセスで成膜することができる。なお、ノンドープの多結晶シリコン層２３の形成方法は、プラズマＣＶＤ法に限らず、触媒ＣＶＤ法により形成してもよく、触媒ＣＶＤ法でも６００℃以下の低温プロセスで成膜することができる。
【００４５】
ノンドープの多結晶シリコン層２３を形成した後、ノンドープの多結晶シリコン層２３の一部にイオン注入技術または拡散技術によってｎ形不純物をドーピングすることで導電性層８を形成し、その後、絶縁性基板１１の上記一表面側の全面にシリコン酸化膜よりなる絶縁層９を例えばプラズマＣＶＤ法によって堆積しし、次に、絶縁層１１のうち強電界ドリフト層６の形成予定領域に重複する部分をエッチング除去することにより、図５（ｂ）に示すような構造が得られる。
【００４６】
その後、絶縁性基板１１の上記一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層３を例えばプラズマＣＶＤ法によって形成することにより、図５（ｃ）に示すような構造が得られる。ここにおいて、ノンドープの多結晶シリン層３は、プラズマＣＶＤ法により堆積しているので、６００℃以下の低温プロセスで成膜することができる。なお、ノンドープの多結晶シリコン層３の形成方法は、プラズマＣＶＤ法に限らず、触媒ＣＶＤ法により形成してもよく、触媒ＣＶＤ法でも６００℃以下の低温プロセスで成膜することができる。また、プラズマＣＶＤ法によってアモルファスシリコンを成膜した後に加熱処理として例えばレーザアニールを行うことにより多結晶化してもよい。
【００４７】
次に、絶縁層９の表面の一部が露出するようにノンドープの多結晶シリコン層３の一部をＲＩＥなどのドライエッチングによってエッチング除去することにより、図５（ｄ）に示すような構造が得られる。ここにおける多結晶シリコン層３のエッチング条件としては、多結晶シリコン層３のエッチングレートよりも絶縁層９のエッチングレートが十分遅い条件を設定している。したがって、絶縁層９をエッチングストッパとして利用することができる。
【００４８】
次に、導電性層８の表面の一部が露出するように絶縁層９の一部をエッチング除去し、その後、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した混合液よりなる電解液の入った陽極酸化処理槽を利用し、白金電極（図示せず）を負極、導電性層８を正極として、多結晶シリコン層３に光照射を行いながら所定の条件で陽極酸化処理を行うことによって多結晶シリコン層３の一部を多孔質化して多孔質半導体層たる多孔質多結晶シリコン層を形成し、該多孔質多結晶シリコン層を酸で酸化することにより強電界ドリフト層６を形成することにより、図５（ｅ）に示すような構造が得られる。ここにおける絶縁層９のエッチング条件としては、絶縁層９のエッチングレートよりも多結晶シリコン層３および導電性層８のエッチングレートが十分遅い条件を設定することで、多結晶シリコン層３のサイドエッチングを抑制することができるとともに、導電性層８へのエッチングダメージを抑制することもできる。
【００４９】
次いで、強電界ドリフト層６上にストライプ状の表面電極７を形成した後、各表面電極７の長手方向の両端部上にパッド電極１７を形成するとともに導電性層８の露出した表面上にパッド電極１８を形成することにより、図５（ｆ）に示すような構造の電界放射型電子源１０が得られる。
【００５０】
しかして、上述の製造方法によれば、絶縁性基板１１上の半導体層たるノンドープの多結晶シリコン層２３の一部にｎ形不純物をドーピングすることにより導電性層８が形成されるから、表面電極７の平坦性が良好な電界放射型電子源１０を提供することができる。また、導電性層８を陽極酸化処理時の電極として利用して陽極酸化処理を行うことにより、多結晶シリコン層３のうち絶縁層１１上に形成された部分には電流が流れず導電性層８上の部分にのみ電流が流れるから、導電性層８上の部分のみが多孔質化され、強電界ドリフト層６のパターンを高精度化することができる。
【００５１】
ところで、参考例１のように絶縁層９がない場合には、多結晶シリコン層３のエッチングを時間制御しなければならないが、多結晶シリコン層３の膜厚の面内ばらつきやエッチングレートの面内ばらつきを考慮するとエッチング時間を長めにとる必要があり、導電性層８の表面にエッチングダメージが発生してしまう恐れがあった。これに対して、本実施形態では、絶縁層９をエッチングストッパとして利用してエッチングを一旦中断し、その後、多結晶シリコン層３に比べて十分に薄い絶縁層９をエッチングするので、導電性層８へのエッチングダメージを抑制することができる。
【００５２】
（参考例２）
本参考例の電界放射型電子源の基本構成は参考例１と略同じであって、図６に示すように、導電性層８が、絶縁性基板１１の一表面に設けられた凹部１１ａに埋め込まれた形で形成され、絶縁性基板１１の表面と導電性層８の表面とが面一に形成されている点に特徴がある。ここにおいて、本参考例では、導電性層８を金属膜（例えば、Ｗ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ａｌ−Ｓｉ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｃｒなどの単一膜あるいは複合膜）により形成してある。なお、参考例１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
しかして、本参考例の電界放射型電子源１０では、導電性層８が絶縁性基板１１の一表面に設けられた凹部１１ａへ埋め込まれる形で形成されているので、強電界ドリフト層６の表面の平坦性が向上し、結果的に表面電極７の平坦性も向上する。
【００５４】
以下、製造方法について図７を参照しながら説明する。
【００５５】
まず、絶縁性基板１１の一表面に凹部１１ａを形成することにより、図７（ａ）に示すような構造が得られる。ここにおいて、凹部１１ａはストライプ状に形成する。
【００５６】
次に、凹部１１ａが埋め込まれるように絶縁性基板の上記一表面側の全面に金属（例えば、Ｗ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ａｌ−Ｓｉ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｃｒなどの単一膜あるいは複合膜）よりなる導電性層８を例えば蒸着法によって堆積させることにより、図７（ｂ）に示すような構造が得られる。
【００５７】
その後、絶縁性基板１１の上記一表面側に化学的機械研磨を施すことにより絶縁性基板１１の表面と導電性層８の表面とが面一になるように平坦化することにより、図７（ｃ）に示すような構造が得られる。
【００５８】
その後、絶縁性基板１１の上記一表面側の全面にノンドープの多結晶シリコン層３を例えばプラズマＣＶＤ法によって形成し、次に、導電性層８の表面の一部が露出するようにノンドープの多結晶シリコン層３の一部をＲＩＥなどのドライエッチングやフッ化水素水溶液、硝酸系のエッチング液を用いたウェットエッチングによってエッチング除去することにより、図７（ｄ）に示すような構造が得られる。ここにおいて、ノンドープの多結晶シリコン層３は、プラズマＣＶＤ法により堆積しているので、６００℃以下の低温プロセスで成膜することができる。なお、ノンドープの多結晶シリコン層３の形成方法は、プラズマＣＶＤ法に限らず、触媒ＣＶＤ法により形成してもよく、触媒ＣＶＤ法でも６００℃以下の低温プロセスで成膜することができる。また、プラズマＣＶＤ法によってアモルファスシリコンを成膜した後に加熱処理として例えばレーザアニールを行うことにより多結晶化してもよい。
【００５９】
その後、多結晶シリコン層３の表面上にストライプ状の開口パターンを有するフォトレジスト層よりなるマスク層（図示せず）を形成した後、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した混合液よりなる電解液の入った陽極酸化処理槽を利用し、白金電極（図示せず）を負極、導電性層８を正極として、多結晶シリコン層３に光照射を行いながら所定の条件で陽極酸化処理を行うことによって多結晶シリコン層３の一部を多孔質化して多孔質半導体層たる多孔質多結晶シリコン層を形成し、該多孔質多結晶シリコン層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層６を形成し、続いて上記マスク層を除去することにより、図７（ｅ）に示すような構造が得られる。
【００６０】
次いで、強電界ドリフト層６上にストライプ状の表面電極７を形成した後、各表面電極７の長手方向の両端部上にパッド電極１７を形成するとともに導電性層８の露出した表面上にパッド電極１８を形成することにより、図７（ｆ）に示すような構造の電界放射型電子源１０が得られる。
【００６１】
しかして、上述の製造方法によれば、絶縁性基板１１の一表面側に化学的機械研磨を施すことにより絶縁性基板１１の表面と導電性層８の表面とが面一になるように平坦化した後に半導体層たる多結晶シリコン層３が形成され、該多結晶シリコン層３の一部が強電界ドリフト層６になるから、表面電極７の平坦性が良好な電界放射型電子源１０を提供することができる。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１の発明は、絶縁性基板と、絶縁性基板の一表面上に形成された導電性層と、導電性層上に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印加することにより導電性層から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源であって、上記導電性層は、絶縁性基板上に形成された半導体層の一部に不純物をドーピングすることによりストライプ状に形成されてなり、強電界ドリフト層は、上記導電性層に平行なストライプ状に形成され且つ長さが上記導電性層よりも短く、強電界ドリフト層の周囲にはノンドープの多結晶シリコン層が形成され、表面電極は、強電界ドリフト層上および多結晶シリコン層上に跨り上記導電性層に交差する方向にストライプ状に形成されてなり、強電界ドリフト層の周囲において上記導電性層とノンドープの多結晶シリコン層との間および上記半導体層とノンドープの多結晶シリコン層との間に絶縁層が介在されてなるものであり、上記導電性層が絶縁性基板上に形成された半導体層の一部に不純物をドーピングすることにより該半導体層の一部に形成されるとともに、強電界ドリフト層の周囲にノンドープの多結晶シリコン層が形成され、強電界ドリフト層の周囲において上記導電性層とノンドープの多結晶シリコン層との間および上記半導体層とノンドープの多結晶シリコン層との間に絶縁層が介在されているので、上記導電性層から強電界ドリフト層の周囲を通して表面電極へ電流が流れるのを防止することができるという効果がある。
【００６５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記多孔質半導体層が、多孔質化した多結晶半導体よりなるので、大面積化が容易になるという効果がある。
【００６８】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、上記半導体層が、シリコンよりなるので、シリコンプロセスを使用でき、導電性層のパターンの微細化および高精度化を図ることができるという効果がある。
【００７０】
請求項４の発明は、請求項１記載の電界放射型電子源の製造方法であって、絶縁性基板の一表面上に半導体層を形成した後、該半導体層の一部に不純物をドーピングすることにより導電性層をストライプ状に形成し、その後、絶縁性基板の上記一表面側の全面に絶縁層を形成し、次に、上記絶縁層のうち強電界ドリフト層の形成予定領域に重複する部分を除去し、その後、絶縁性基板の上記一表面側の全面にノンドープの多結晶シリコン層を形成し、次に、上記絶縁層のうち導電性層の両端部に重なっている部分の表面が露出するようにノンドープの多結晶シリコン層の一部をエッチング除去し、その後、導電性層の両端部の表面が露出するように上記絶縁層の一部をエッチング除去し、その後、導電性層を陽極酸化処理時の電極として用いて陽極酸化処理を行うことによりノンドープの多結晶シリコン層を部分的に多孔質化して多孔質半導体層をストライプ状に形成し、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、次いで、強電界ドリフト層上およびノンドープの多結晶シリコン層上に跨り導電性層に交差する方向にストライプ状となる表面電極を形成するので、ノンドープの多結晶シリコン層の一部をエッチングする際に絶縁層をエッチングストッパとして利用してエッチングを一旦中断し、その後に絶縁層をエッチングして導電性層の両端部の表面を露出させることができるから、導電性層の両端部の表面を露出させるためのエッチングの工程管理が容易になり、導電性層にエッチングダメージが発生するのを抑制することが可能となるという効果がある。さらに、導電性層を陽極酸化処理時の電極として利用して陽極酸化処理を行うことにより、ノンドープの多結晶シリコン層のうち絶縁層上に形成された部分には電流が流れず導電性層上の部分にのみ電流が流れるから、導電性層上の部分のみが多孔質化され、強電界ドリフト層のパターンを高精度化することができるという効果がある。
【００７２】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、上記ノンドープの多結晶シリコン層を触媒ＣＶＤ法により形成するので、絶縁性基板として安価なガラス基板を用いることができるという効果がある。
【００７３】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、上記ノンドープの多結晶シリコン層をプラズマＣＶＤ法により形成するので、絶縁性基板として安価なガラス基板を用いることができるという効果がある。
【００７４】
請求項７の発明は、請求項４の発明において、上記ノンドープの多結晶シリコン層をアモルファスシリコンの堆積後に加熱処理によって多結晶化することにより形成するので、絶縁性基板として安価なガラス基板を用いることができるという効果がある。
【００７５】
請求項８の発明は、請求項７の発明において、上記加熱処理はレーザアニールであるので、上記ノンドープの多結晶シリコン層の膜質を良好にできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例１を示す概略斜視図である。
【図２】  同上の要部断面図である。
【図３】  同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図４】  実施形態を示す要部断面図である。
【図５】  同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図６】  参考例２を示す要部断面図である。
【図７】  同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図８】  従来例を示す断面図である。
【図９】  同上の特性測定原理の説明図である。
【図１０】  他の従来例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
３  多結晶シリコン層
６  強電界ドリフト層
７  表面電極
８  導電性層
１０  電界放射型電子源
１１  絶縁性基板
１７  パッド電極
１８  パッド電極
２３  多結晶シリコン層
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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