JP2001307665A

JP2001307665A - 窒化物半導体素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001307665A
Application number: JP2000124873A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kakazu; 誠嘉数; Naoki Kobayashi; 小林　　直樹
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2001-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】電子の放出効率の高い素子およびその製造方
法を提供する。【解決手段】Ａｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０
＜ｙ≦１）の窒化物半導体層上に絶縁性スペーサーを設
け、該絶縁性スペーサー上に蛍光体を層を有するＩＴＯ
膜を形成した発光素子であって、前記窒化物半導体層が
ＩＴＯ膜方向に突起を有し、この突起が錐体形状を有す
ることを特徴とする発光素子に関する。また本発明は、
該発光素子の製造方法に関する。さらに、本発明は、窒
化物半導体層、第一の絶縁性スペーサー、第一の電極、
第二の絶縁性スペーサー、第二の電極を具備する電子素
子であって、前記窒化物半導体層が、第一の電極に向け
て錐体状の突起を有し、前記第一の電極が孔を有し、か
つ前記錐体の頂部が前記第一の電極の孔に配置されるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子および電
子素子に関する。より詳細には、例えば低電圧、低消費
電力で動作する厚さが数ミリメーターのフラットパネル
ディスプレイとしての用途を有する発光素子および三極
管などとして用いることができる電子素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の発光素子として、基板上に絶縁性
のスペーサーを介して発光体を塗布したＩＴＯ膜を設
け、前記基板上にＡｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮ半導体の突起を
設けた発光素子がある。図４（ｄ）は、このような発光
素子の概略断面図である。この図に示されるのように、
従来の発光素子は、基板２１上に絶縁性スペーサー２４
を設け、該スペーサーを介して、蛍光体２５を塗布した
ＩＴＯ膜２６が設けられている。さらに、この発光素子
は、基板２１上にＡｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮ半導体の突起を
設けた構造を有している。この発光素子は、例えば、図
４の（ａ）から（ｄ）に示す工程を経て製造される。工
程（ａ）では、基板２１上にレジスト膜またはＳｉＯ₂
膜２２を形成し、パターン化する。次に、工程（ｂ）に
おいて、Ａｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦
１）層２３を成長させる。Ａｌ_xＢ_yＧａ _1-x-yＮ層は、
レジスト膜またはＳｉＯ₂膜の存在する領域では成長が
起こらず、レジスト膜またはＳｉＯ₂膜のない領域に成
長する。次に、工程（ｃ）で、レジスト膜またはＳｉＯ
₂膜を除去し、工程（ｄ）で絶縁性スペーサー２４およ
び蛍光体を塗布したＩＴＯ膜２６を設置する。図４
（ｄ）に示されるように、基板２１に負側の電圧を、Ｉ
ＴＯ膜２６に正側の電圧を印加することにより、Ａｌ_x
Ｂ_yＧａ_1-x-yＮ層の先端から電子が放出され、この電子
が蛍光体２５に衝突して蛍光体を発光させる。蛍光体か
ら発した光は、ＩＴＯ膜２６を通して外部に取り出され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
発光素子は、工程（ｂ）において、Ａｌ_xＢ_yＧａ_1-x-y
Ｎ層を成長させ、基板状にＡｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮ（０＜
ｘ≦１、０＜ｙ≦１）の突起を形成させるが、この突起
は、完全な錐状にはならず、図４（ｂ）に示されるよう
に、台形状の断面を有する。これは、突起の頂上付近で
原料が供給されにくいためである。このように、従来の
発光素子では、Ａｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０
＜ｙ≦１）層の先端が鈍っているため、工程（ｄ）で得
られた発光素子は、電気力線が集中しないため、電圧の
印加により放出される電子密度はきわめて低く、発光素
子として実用には到っていない。また、図４（ｂ）に示
される台形状の断面を有するＡｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮ層を
含む素子も同様の問題点を有する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる問題を解
決するためになされたものであり、電子の放出効率を従
来より著しく向上させた発光素子および電子素子を提供
することを目的とする。

【０００５】従って、本発明の第一は、Ａｌ_xＢ_yＧａ
_1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）の窒化物半導体層
上に絶縁性スペーサーを設け、該絶縁性スペーサー上に
蛍光体層を有するＩＴＯ膜を形成した発光素子であっ
て、前記窒化物半導体層がＩＴＯ膜方向に突起を有し、
この突起が錐体形状を有することを特徴とする発光素子
に関する。

【０００６】本発明の第二は、Ａｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮ
（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）窒化物半導体層上に第一の
絶縁性スペーサーを設け、該第一の絶縁性スペーサー上
に第一の電極を設置し、該第一の電極上に第二の絶縁性
スペーサーを設け、該第二の絶縁性スペーサー上に第二
の電極を設けた電子素子であって、前記窒化物半導体層
が第一の電極に向けて錐体状の突起を有し、前記第一の
電極が孔を有し、かつ前記錐体の頂部が前記第一の電極
の孔に配置されることを特徴とする電子素子に関する。

【０００７】上記第一の発明および第二の発明におい
て、前記窒化物半導体層は、Ａｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮ（０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）半導体層であってもよい。

【０００８】本発明の第三は、上記第一の発明の発光体
素子の製造方法に関する。この方法は、（ａ）基板上に
保護層を設け、パターン化を行う工程、（ｂ）前記基板
にエッチング処理を行い、前記保護層のない領域に錐状
の凹部を設ける工程、（ｃ）前記保護層を除去する工
程、（ｄ）前記基板の凹部を設けた側に、凹部を埋め込
むようにＡｌ_xＢ_yＧａ_1- _x-yＮ窒化物半導体層を成長さ
せる工程、（ｅ）基板を除去し、錐状の突起を有する窒
化物半導体層を得る工程、（ｆ）前記突起を有する窒化
物半導体の突起のある側に絶縁性スペーサー、および蛍
光体を有するＩＴＯ膜を設ける工程を具備する。

【０００９】第三の発明において、前記基板にケイ素を
用いることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の素子は、窒化物半導体層
に錐状の突起を設けることを特徴とする。この錐状の突
起は、基板に錐状の凹部を設け、この凹部を埋めるよう
に窒化物半導体層を成長させることにより得られる。

【００１１】本明細書において、錐状の突起とは、円錐
状、角錐状等のような頂部の鋭い突起を意味する。従っ
て、本発明の素子の窒化物半導体層に設けられた突起
は、従来の素子の窒化物半導体層で見られる断面が台形
状の突起とは異なる。また、錐状の凹部とは、例えば基
板のような基材に対して、円錐状、角錐状のような鋭い
頂部を該基材の内部に向けて形成させた錐体状の凹部を
いう。

【００１２】本発明の素子の製造方法では、素子に設置
する窒化物半導体層に、頂部の鋭い錐状の突起を設ける
ことができる。この突起は、従来の素子の窒化物半導体
層で見られる断面が台形状の突起とは異なる。さらに、
本発明の製造方法で製造される突起は、窒化物半導体層
から電界放出される電子の放出効率を従来より著しく向
上させる。従って、本発明の素子の製造方法は、従来の
素子より高効率の素子を提供できる。

【００１３】本発明の素子は、窒化物半導体層に先端が
鋭い錐状の突起を設けたことにより、窒化物半導体層か
ら電界放出される電子の放出効率を従来より著しく向上
させることができる。このような窒化物半導体層を含む
素子は、室温で動作する冷陰極として、また低消費電力
のフィラメントとして使用することができ、微細高周波
増幅用真空管素子、ブラウン管ディスプレイに代わる低
電力、薄型の自発光型ディスプレイ等を実現することが
できる。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明を実施例に従い、図面を参照
して詳細に説明する。なお、以下の実施例は例示であ
り、本発明を制限するものではない。

【００１５】（実施例１）この実施例は、窒化物半導体
層に錐状の突起を設けた発光素子に関する。図１は、こ
の実施例の発光素子の概略断面図である。図１に示され
るように、本発明の発光体素子は、窒化物半導体層１
３、絶縁性スペーサー１４、および蛍光体層１５を有す
るＩＴＯ膜（酸化スズなど）を備えた発光素子であり、
窒化物半導体層が、頂部の錐状の突起を有することを特
徴とする。

【００１６】絶縁性スペーサー１４、蛍光体層１５およ
びＩＴＯ膜１６は、それぞれ従来のものをそのまま使用
することができる。絶縁性スペーサー１４の厚さは、１
０μｍ〜１ｍｍであり、蛍光体層１５およびＩＴＯ膜１
６の厚さは、それぞれ１０〜１００μｍである。

【００１７】窒化物半導体層１３は、錐状の突起を有す
る。錐状の突起は、頂部が鋭ければいずれの錐体形状で
あってもよいが、後述する製造方法で説明するように、
六角錐形状が好ましい。錐状の突起は、図１に示すよう
に、窒化物半導体層１３の発光体層１５側の面に設け
る。突起の数は、１０³〜１０⁶個／ｍｍ²である。窒化
物半導体層１３の発光体層１５側の面における突起の配
置は、電子の放出効率に影響を与えない限りいかなる配
置であってもよいが、等間隔が望ましい。窒化物半導体
層の厚さは、突起部を含めて０．１〜１０μｍである。

【００１８】窒化物半導体層１３は、Ａｌ_xＢ_yＧａ
_1-x-yＮの組成を有する窒化物半導体よりなる。組成比
は、０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１であることが好ましい。し
かし、本発明においては、組成比は０≦ｘ≦１、０≦ｙ
≦１であってもよい。さらに、本発明では、窒化物半導
体層１３は、ドナーとなる添加物、例えばＳｉ、Ｇｅ、
Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅなどを含んでいてもよい。さら
に。窒化物半導体層１３は、組成の異なる複数の層を多
層化した構成であってもよい。

【００１９】図１に示したように、窒化物半導体層１３
に負側の電圧を印加し、ＩＴＯ膜に正側の電圧を印加す
ると、窒化物半導体層１３の錐状の突起から電子が放出
される。なお、電圧の印加は、窒化物半導体層１３に電
極を設けて行ってもよい。この電圧に印加により、図１
に示されるように、窒化物半導体層１３の錐状の突起か
ら、窒化物半導体層１３、絶縁性スペーサー１４および
発光体層１５で形成される空間内に電子が放出される。
発生された電子は、蛍光体層１５に衝突し、蛍光体を発
光させる。蛍光体からの光は、ＩＴＯ膜を介して取り出
すことができる。

【００２０】本発明の素子は、窒化物半導体層１３に頂
部の鋭い錐状の突起を設けたことにより、窒化物半導体
層１３から電界放出される電子の放出効率を従来より著
しく向上させることができる。

【００２１】図１に示される本実施例の発光素子（蛍光
体：ＺｎＳ：Ａｇ）と、図４（ｄ）に示される従来の発
光素子（蛍光体：ＺｎＳ：Ａｇ）との発光強度を比較し
た。その結果、従来の発光素子は、０．８５Ｃｄ／ｍ²
の発光強度であったが、本実施例の発光素子は、２００
０Ｃｄ／ｍ²であり、２０００から２３００倍以上の強
度であった。

【００２２】（実施例２）この実施例は、窒化物半導体
層に錐状の突起を設けた電子素子に関する。図２は、こ
の実施例の電子素子の概略断面図である。図２に示され
るように、この実施例の発明は、窒化物半導体層１３、
第一の絶縁性スペーサー１４、第一の電極１７、第二の
絶縁性スペーサー１８、第二の電極１９を具備する電子
素子である。そして、本実施例の素子は、前記窒化物半
導体層１３が、第一の電極１７に向けて錐体状の突起を
有し、前記第一の電極１７が孔を有し、かつ前記錐体の
頂部が前記第一の電極１７の孔に配置されることを特徴
とする。従って、第一の電極１７は、窒化物半導体層１
３上の錐状の突起の配置と同じ配置を有する。

【００２３】絶縁性スペーサー１４、１８、電極１７、
１９は、それぞれ従来のものをそのまま使用することが
できる。それぞれの層の厚さは、絶縁性スペーサー１４
の厚さが、１０μｍ〜１ｍｍであり、絶縁性スペーサー
１８厚さは１００μｍから５ｃｍであり、電極１７の厚
さは１０μｍから１ｍｍである。なお、電極１９の厚さ
は、素子に合わせいずれの厚さとすることもできる。

【００２４】窒化物半導体層１３は、錐状の突起を有す
る。錐状の突起は、頂部が鋭ければいずれの錐体形状で
あってもよいが、後述する製造方法で説明するように、
六角錐形状が好ましい。錐状の突起は、図２に示すよう
に、窒化物半導体層１３の電極１７側の面に設ける。突
起の数は、１０³〜１０⁶個／ｍｍ²である。窒化物半導
体層１３の電極１７側の面における突起の配置は、電子
の放出効率に影響を与えず、かつ、電極１７の孔の製造
など、本実施例の素子の製造が過度に複雑にならない限
りいかなる配置であってもよいが、等間隔が望ましい。
窒化物半導体層の厚さは、突起部を含めて０．１〜１０
μｍである。

【００２５】窒化物半導体層１３は、Ａｌ_xＢ_yＧａ
_1-x-yＮの組成を有する窒化物半導体よりなる。組成比
は、０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１であることが好ましい。し
かし、本発明においては、組成比は０≦ｘ≦１、０≦ｙ
≦１であってもよい。さらに、本発明では、窒化物半導
体層１３が、ドナーとなる添加物、例えばＳｉ、Ｇｅ、
Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅなどを含んでいてもよい。さら
に。窒化物半導体層１３は、組成の異なる複数の層を多
層化した構成であってもよい。

【００２６】図２に示したように、本実施例の電子素子
では、窒化物半導体層１３を接地し、電極１７に正側の
電圧を印加する。これにより窒化物半導体層１３の錐状
の突起から電子を放出させる。電極１９にも正側の電圧
を印加し、電極１７を通過した電子を収集する。このよ
うに、本発明の電子素子は、窒化物半導体層１３、絶縁
性スペーサー１４と１８、および電極１９により形成さ
れる素子内の空間に電子を放出させることができる。こ
のように構成した本発明の素子により、三極管特性を得
ることができる。本発明の素子は、窒化物半導体層１３
に頂部の鋭い錐状の突起を設けたことにより、窒化物半
導体層から電界放出される電子の放出効率を従来より著
しく向上させることができ、高効率に電子を放出させる
ことができる。従って、従来の電子素子より高効率の素
子となる。

【００２７】（実施例３）この実施例は、実施例１で説
明した、窒化物半導体層に錐状の突起を設けた発光素子
の製造方法である。

【００２８】本発明の方法は、（ａ）基板上に保護層を
設け、パターン化を行う工程、（ｂ）前記基板にエッチ
ング処理を行い、前記保護層のない領域に錐状の凹部を
設ける工程、（ｃ）前記保護層を除去する工程、（ｄ）
前記基板の凹部を設けた側に、凹部を埋め込むようにＡ
ｌ_xＢ_yＧａ_1- _x-yＮ窒化物半導体層を成長させる工程、
（ｅ）基板を除去し、錐状の突起を有する窒化物半導体
層を得る工程、（ｆ）前記突起を有する窒化物半導体の
突起のある側に絶縁性スペーサー、および蛍光体を有す
るＩＴＯ膜を順次形成する工程を具備する。

【００２９】本発明において、基板は、ケイ素（Ｓｉ
（１１１）など）、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）、サファ
イア（０００１）があるが、ケイ素、特にＳｉ（１１
１）であることが好ましい。窒化物半導体層は、Ａｌ_x
Ｂ_yＧａ_1-x-yＮの組成を有する窒化物半導体である。組
成比は、０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１であることが好まし
い。しかし、本発明においては、組成比は０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１であってもよい。さらに、本発明では、窒化
物半導体層が、ドナーとなる添加物、例えばＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅなどを含んでいてもよい。さ
らに、窒化物半導体層は、組成の異なる複数の層を多層
化した構成であってもよい。

【００３０】本発明において、保護層とは、基板をパタ
ーン化するために用いるレジスト膜またはＳｉＯ₂膜の
ようなパターン化の手段のための層をいう。

【００３１】図３（ａ）から（ｆ）を参照して、本実施
例の製造工程の概略を説明する。以下の説明では、パタ
ーン化のための保護層としてレジスト膜を使用し、基板
にＳｉ（１１１）を使用した例を示すが、本発明はこれ
に限定されない。

【００３２】工程（ａ）は、基板１１上にレジスト膜１
２を形成し、パターン化を行う工程である（図３
（ａ））。この工程では、Ｓｉ（１１１）基板１１上
に、スピンコート法などによりレジスト膜１２を形成す
る。レジスト膜１２は、例えば紫外線感光性樹脂など
の、半導体製造工程で用いることができるレジスト組成
物を使用することができる。続いてレジスト膜１２を光
照射等を経て現像することによりパターン化を行う。レ
ジスト膜１２の形成、光照射、現像等の手段は、当業者
に周知の方法に従い実施することができる。なお、本実
施例では、レジスト膜以外にもＳｉＯ₂膜のような保護
層を使用することが可能である。このような保護層を使
用する場合であっても、当業者に周知の方法に従いパタ
ーン化を実施することができる。パターン化は、後述す
る工程（ｄ）で所望の突起の数、配列を有するように行
う。

【００３３】工程（ｂ）は、上記工程（ａ）で得られた
パターン化した基板をエッチングする工程である（図３
（ｂ））。エッチングは、例えばＨＦなどにより行う。
エッチングにより、レジスト膜の塗布されていない領域
に錐状の凹部を設ける。この工程で形成される錐状の凹
部は、断面形状が、図３（ｂ）に示されるように鋭い頂
部を有し、この頂部が基板１１の内部に向けて形成され
る。この凹部は、（１１０）ファセットが露出して、極
めて対称的な六角錐となる。本発明において、Ｓｉ（１
１１）基板を用いることが好ましいのは、この六角錐の
対称性がよいためである。

【００３４】工程（ｃ）は、レジスト膜１２を除去する
工程である。レジスト膜１２は、当業者に周知の方法で
除去することができる。また、ＳｉＯ₂膜をパターン化
に使用する場合であっても、従来の当業者に周知の方法
によりＳｉＯ₂膜を除去することができる。

【００３５】工程（ｄ）は、基板１１上に窒化物半導体
層（Ａｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦
１））１３を成長させる工程である（図３（ｄ））。該
窒化物半導体層１３は例えばエピタキシャル成長させる
ことにより得ることができる。窒化物半導体層は、工程
（ｃ）で形成した凹部を埋めるように形成させる。窒化
物半導体層の厚さは形成される突起部分を含め、０．１
から１０μｍであることが好ましい。この窒化物半導体
層１３は、上述のように、Ａｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮの組成
を有する窒化物半導体である。組成比は、０＜ｘ≦１、
０＜ｙ≦１であることが好ましいが、組成比は０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１であってもよい。さらに、窒化物半導体
層が、ドナーとなる添加物、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、
Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅなどを含んでいてもよく、さらに窒化物
半導体層は、組成の異なる複数の層を多層化した構成で
あってもよい。その場合、この工程（ｄ）において、組
成の異なる複数の層を、適切な成長方法により成長させ
ればよい。

【００３６】工程（ｅ）は、基板を除去し、錐状の突起
を有する窒化物半導体層１３を得る工程である（図３
（ｅ））。この工程では、Ｓｉ基板をＨＦのようなエッ
チング剤で完全に除去する。これにより六角錐状の突起
を有する窒化物半導体層１３を得ることができる。エッ
チングは、当業者に公知の手法を用いて行えばよい。

【００３７】工程（ｆ）は、工程（ｅ）で得た窒化物半
導体層１３に、発光素子の他の部材を設置する工程であ
る（図３（ｆ））。窒化物半導体層１３上に、絶縁性ス
ペーサー１４を、接着剤のような固定手段で固定し、こ
の絶縁性スペーサー１４上にさらに接着剤のような固定
手段で、発光体層１５を有するＩＴＯ膜１６を固定す
る。

【００３８】上記の工程を経て、本発明の発光素子を製
造することができる。

【００３９】図３（ｆ）に示したように、窒化物半導体
層１３に負側の電圧を印加し、ＩＴＯ膜に正側の電圧を
印加すると、窒化物半導体層１３の錐状の突起から電子
が放出される。この電圧に印加により、図３（ｆ）に示
すように、窒化物半導体層１３の錐状の突起から、窒化
物半導体層１３、絶縁性スペーサー１４および発光体層
１５で形成される空間内に電子が放出される。なお、電
圧の印加は、窒化物半導体層１３に電極を設けて行って
もよい。このような電極は、従来から公知の金属などの
電極を使用することができる。電極は、上記工程（ｆ）
において、窒化物半導体層１３の突起の設けられていな
い側に、蒸着のような方法により設置することができ
る。発生された電子は、蛍光体層１５に衝突し、蛍光体
を発光させる。蛍光体からの光は、ＩＴＯ膜１６を介し
て取り出すことができる。

【００４０】本発明の製造方法は、窒化物半導体層１３
に頂部の鋭い錐状の突起を設けることができ、この方法
で製造された素子は、窒化物半導体層から電界放出され
る電子の放出効率を従来より著しく向上させることがで
きる。

【００４１】（実施例４）この実施例は、実施例２で説
明した、窒化物半導体層に錐状の突起を設けた電子素子
の製造方法である。

【００４２】本実施例の方法は、（Ａ）基板上に保護層
を設け、パターン化を行う工程、（Ｂ）前記基板にエッ
チング処理を行い、前記保護層のない領域に錐状の凹部
を設ける工程、（Ｃ）前記保護層を除去する工程、
（Ｄ）前記基板の凹部を設けた側に、凹部を埋め込むよ
うにＡｌ_xＢ_yＧａ_1- _x-yＮ窒化物半導体層を成長させる
工程、（Ｅ）基板を除去し、錐状の突起を有する窒化物
半導体層を得る工程、（Ｆ）前記突起を有する窒化物半
導体の突起のある側に第一の絶縁性スペーサー、第一の
電極、第二の絶縁性スペーサーおよび第二の電極を順次
形成する工程を具備する。

【００４３】これらの工程のうち、（Ａ）から（Ｅ）の
工程は、上記実施例３で説明した工程（ａ）から（ｅ）
と同様である。従って、本実施例においても、基板は、
ケイ素（Ｓｉ（１１１））、６Ｈ−ＳｉＣ（０００
１）、サファイア（０００１）があるが、ケイ素、特に
Ｓｉ（１１１）であることが好ましい。また、窒化物半
導体層は、Ａｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮの組成を有する窒化物
半導体である。組成比は、０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１であ
ることが好ましい。しかし、本発明においては、組成比
は０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１であってもよい。さらに、本
発明では、窒化物半導体層が、ドナーとなる添加物、例
えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅなどを含んでい
てもよい。さらに、窒化物半導体層は、組成の異なる複
数の層を多層化した構成であってもよい。この場合、工
程（Ｄ）において、組成の異なる複数の層を、適切な成
長方法により成長させればよい。さらに、窒化物半導体
層は、突起を含め０．１〜１０μｍの厚さである。

【００４４】工程（Ｆ）は、工程（Ｅ）で得た窒化物半
導体層１３に、発光素子の他の部材を設置する工程であ
る（図３（ｇ））。窒化物半導体層１３上に、第一の絶
縁性スペーサー１４を、接着剤のような固定手段で固定
し、この第一の絶縁性スペーサー１４上に、第一の電極
１７を接着剤のような固定手段で固定し、次いで、第二
のスペーサー１８を同様に接着剤のような固定手段で固
定し、最後に、第二の電極１９を接着剤のような固定手
段で固定する。本発明において、上記第一の電極１７に
は、孔が設けられており、窒化物半導体層１３の錐体の
突起の頂部が孔の部分に配置される。従って、第一の電
極１７の孔は、窒化物半導体層１３上の錐状の突起の配
置と同じ配置を有するように形成される。

【００４５】上記の工程を経て、本発明の電子素子を製
造することができる。

【００４６】図３（ｇ）に示したように、本実施例の電
子素子では、窒化物半導体層１３を接地し、電極１７に
正側の電圧を印加する。これにより窒化物半導体層１３
の錐状の突起から電子を放出させる。電極１９にも正側
の電圧を印加し、電極１７を通過した電子を収集する。
このように、本発明の電子素子は、窒化物半導体層１
３、絶縁性スペーサー１４と１８、および電極１９によ
り形成される素子内の空間に電子を放出させることがで
きる。このように構成した本発明の素子により、三極管
特性を得ることができる。本発明の製造方法は、窒化物
半導体層１３に頂部の鋭い錐状の突起を設けることがで
き、この方法で製造された電子素子は、窒化物半導体層
から電界放出される電子の放出効率を従来より著しく向
上させることができる。従って、従来の電子素子より高
効率の電子素子となる。

【００４７】

【発明の効果】本発明の素子は、窒化物半導体層に錐状
の突起を設けることを特徴とする。この錐状の突起は、
基板に錐状の凹部を設け、この凹部を埋めるように窒化
物半導体層を成長させることにより得られる。

【００４８】本発明の素子は、窒化物半導体層に先端が
鋭い錐状の突起を設けたことにより、窒化物半導体層か
ら電界放出される電子の放出効率を従来より著しく向上
させることができ、電子放出効率が大幅に向上する。

【００４９】このような窒化物半導体層を含む素子は、
室温で動作する冷陰極として、また低消費電力のフィラ
メントとして使用することができ、微細高周波増幅用真
空管素子、ブラウン管ディスプレイに代わる低電力、薄
型の自発光型ディスプレイ等を実現することができる。

【００５０】本発明の素子の製造方法は、窒化物半導体
層に頂部の鋭い錐状の突起を設けることができ、この方
法で製造された素子は、窒化物半導体層から電界放出さ
れる電子の放出効率を従来より著しく向上させることが
できる。従って、本発明の素子の製造方法は、従来の素
子より高効率の素子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一態様の発光素子の概略断面図を表
す。

【図２】本発明の他の態様である電子素子の概略断面図
を表す。

【図３】本発明の素子の製造工程を表す概略図である。

【図４】従来の発光素子の製造工程を表す概略図であ
る。

【符号の説明】

１１基板１２レジストまたはＳｉＯ₂膜（保護層）１３Ａｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮ半導体層１４絶縁性スペーサー１５発光体１６ＩＴＯ膜１７電極１８絶縁性スペーサー１９電極２１基板２２レジストまたはＳｉＯ₂膜（保護層）２３Ａｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮ半導体層２４絶縁性スペーサー２５蛍光体２６ＩＴＯ膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｊ 21/10 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｃ 29/04 Ｈ０１Ｊ 1/30 Ｃ // Ｈ０１Ｌ 33/00 ＦＦターム(参考） 5C031 DD17 DD20 5C035 BB01 BB07 5C036 EE01 EF01 EF06 EF08 EG02 EG12 EH11 5F041 AA03 CA10 CA12 CA33 CA34 CA40 CA74 CA91 CA93 CA98 FF01 FF16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０
＜ｙ≦１）の窒化物半導体層上に絶縁性スペーサーを設
け、該絶縁性スペーサー上に蛍光体層を有するＩＴＯ膜
を形成した発光素子であって、前記窒化物半導体層がＩ
ＴＯ膜方向に突起を有し、この突起が錐体形状を有する
ことを特徴とする発光素子。
【請求項２】Ａｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０
＜ｙ≦１）窒化物半導体層上に第一の絶縁性スペーサー
を設け、該第一の絶縁性スペーサー上に第一の電極を設
置し、該第一の電極上に第二の絶縁性スペーサーを設
け、該第二の絶縁性スペーサー上に第二の電極を設けた
電子素子であって、前記窒化物半導体層が第一の電極に
向けて錐体状の突起を有し、前記第一の電極が孔を有
し、かつ前記錐体の頂部が前記第一の電極の孔に配置さ
れることを特徴とする電子素子。
【請求項３】前記窒化物半導体層が、Ａｌ_xＢ_yＧａ
_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）半導体層であるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の素子。
【請求項４】請求項１に記載の発光素子の製造方法で
あって、基板上に保護層を設け、パターン化を行う工程、前記基板にエッチング処理を行い、前記保護層のない領
域に錐状の凹部を設ける工程、前記保護層を除去する工程、前記基板の凹部を設けた側に、凹部を埋め込むようにＡ
ｌ_xＢ_yＧａ_1-x-yＮ窒化物半導体層を成長させる工程、基板を除去し、錐状の突起を有する窒化物半導体層を得
る工程、前記突起を有する窒化物半導体の突起のある側に絶縁性
スペーサー、および蛍光体を有するＩＴＯ膜を設ける工
程とを具備することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項５】前記基板にケイ素を用いることを特徴と
する請求項４に記載の製造方法。