JP2012257214A - 半導体装置とその動作方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置において、消費電力を低減する。また、スタンバイ回路を少ない素子で構成し、半導体装置の回路面積の増大を防ぐ。
【解決手段】半導体装置に備えるスタンバイ回路をトランジスタ一つのみで構成し、該トランジスタに供給する電圧を切り替えることで、半導体装置の出力電流を制御する。これにより、スタンバイ状態での半導体装置の出力電流をほぼゼロにすることができるため、消費電力の低減が可能になる。なお、トランジスタの半導体層に酸化物半導体を用いることで、リーク電流を極小に抑えることができる。
【選択図】図１

Description

光電変換素子を有する半導体装置及びその作製方法とその動作方法に関する。
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
一般的に電磁波の検知用途に用いられる半導体装置は数多く知られており、例えば紫外線から赤外線にかけて感度を有するものは総括して光センサと呼ばれている。その中でも波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光線領域に感度を有するものは特に可視光センサと呼ばれ、人間の生活環境に応じて照度調整やオン／オフ制御などが必要な機器類に数多く用いられている。
特に表示装置では周囲の明るさを検出し、その表示輝度を調整することが行なわれている。なぜなら周囲の明るさを検出し、適度な表示輝度を得ることによって、無駄な電力を減らすことが可能であるからである。例えば、携帯電話やパーソナルコンピュータにそのような表示輝度調整用の光センサが用いられている。
また周囲の明るさだけではなく、表示装置、特に液晶表示装置のバックライトの輝度を光センサにより検出し、表示画面の輝度を調整することも行われている。
このような光センサにおいては、センシング部分にフォトダイオードを用いている。トランジスタを用いた増幅回路と、フォトダイオードとを組み合わせて作製された２端子のチップが特許文献１に記載されている。
また、酸化物半導体層を用いたトランジスタで構成された増幅回路を有する光センサが特許文献２に記載されている。
特開２００５−１３６３９２号公報 特開２０１０−１５３８３４号公報
光センサは、撮像装置や、表示装置をはじめとして、広範囲な電子機器に使用されるようになっている。携帯電話やゲーム装置などの携帯情報端末に、光センサを組み込むことによって、消費電力の低減を図る、または表示装置の表示方法を切り換える。特に、このような携帯情報端末において、軽量化のために小型化が求められ、電池を電源とした長時間の動作を実現するために光センサの低消費電力化も求められている。
そこで、さらなる光センサの低消費電力化を図ることを課題の一とする。
無駄な電力消費を抑制するという観点から、不要な電力供給を断つ、スタンバイ機能を持たせることによって光センサの低消費電力化を図る。
本明細書で開示する本発明の一態様は、光電変換素子と、該光電変換素子で発生した電流を増幅する電流増幅回路と、スタンバイ回路とを有する光電変換部を有し、光電変換部は、第１の端子、第２の端子、及び第３の端子を有し、第１の端子には、電源電圧が供給され、第２の端子には、抵抗素子が電気的に接続され、第３の端子は、スタンバイ回路と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置である。
上記において、電流増幅回路は、カレントミラー回路であることが好ましい。
上記において、スタンバイ回路は、酸化物半導体層を有するトランジスタであってもよい。
上記半導体装置は、さらに容量素子を有し、容量素子の一方の端子は、抵抗素子の一方の端子と電気的に接続されていてもよい。
上記において、スタンバイ回路は、電流増幅回路と電気的に接続されていてもよい。
シリコンを用いた複数のトランジスタを組み合わせて電流増幅回路を構成する。一方、スタンバイ回路は酸化物半導体層を用いたトランジスタとすることが好ましく、電流増幅回路の上方に重ねて設けることができる。その場合、スタンバイ回路を設けても光センサの全体の大きさはほとんど変わらない。
また、電流増幅回路を構成するトランジスタとして酸化物半導体層を用いたトランジスタを用いることもできる。酸化物半導体層を用いたトランジスタを用いると、電流増幅回路と同一工程でスタンバイ回路を形成することができる。また、酸化物半導体層を用いたトランジスタを用いると、複数のトランジスタの間で電気特性のバラツキが少ないため、バラツキの少ない電流増幅回路を実現することができる。個々の製品の電流増幅回路にバラツキがあると製品の電気特性がバラツキ、歩留まりが低下する、使い勝手が悪くなってしまったりする、等の恐れがある。
スタンバイ機能を持たせることで光センサの低消費電力化を実現することができる。
実施の形態１に係わる半導体装置を説明する図。 実施の形態１に係わる半導体装置を説明する図。 実施の形態１に係わる半導体装置のタイミングチャートを説明する図。 実施の形態１に係わる半導体装置を説明する図。 実施の形態１に係わる半導体装置の出力電流の様子を説明する図。 実施の形態１に係わる半導体装置の出力電流の様子を説明する図。 半導体装置の出力電流のシミュレーション結果を説明する図。 半導体装置の出力電流のシミュレーション結果を説明する図。 トランジスタの構造の一例を説明する図。 トランジスタの構造の一例を説明する図。 本発明の一態様に係る酸化物材料の構造を説明する図。 本発明の一態様に係る酸化物材料の構造を説明する図。 本発明の一態様に係る酸化物材料の構造を説明する図。
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
（実施の形態１）
図１を用いて、本発明の半導体装置１００について説明する。図１は本発明の半導体装置１００の構成例を示す回路図である。本実施の形態では、図１における光電変換部１０１は、半導体装置１００全体の消費電力を制御できるスタンバイ回路、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子、該光電変換素子で発生した微小な検出電流を増幅する電流増幅回路、をそれぞれ少なくとも一つ含むものとする。
図１に示すように、本実施の形態の半導体装置１００は、光電変換部１０１と、抵抗素子１０２と、第１の端子１１と、第２の端子１２と、第３の端子１３と、第４の端子１４と、第５の端子１５と、を有する。第１の端子１１には、高電源電圧（Ｖｄｄ）が供給され、第５の端子１５には、低電源電圧（Ｖｓｓ）が供給されている。なお、光電変換部１０１は、第１の端子１１と、第２の端子１２と、第３の端子１３が設けられた３端子構成となっている。
次に、図１に示される半導体装置１００の動作について簡単に説明する。光電変換部１０１に光１０が入射すると、光１０の照度に応じて光電変換部１０１に電流が発生する。該電流を第３の端子１３から、出力電流ＩＯＵＴとして得ることができる。また、出力電流ＩＯＵＴは、抵抗素子１０２を流れる。この際、抵抗素子１０２の両端に電圧が発生する。該電圧を、第４の端子１４から出力電圧ＶＯＵＴとして得ることができる。従って、半導体装置１００は光１０の照度に応じて出力電流ＩＯＵＴ及び出力電圧ＶＯＵＴを出力することができる。
この際、本発明の一態様における半導体装置１００によれば、第２の端子１２に供給する電圧を切り替えることにより、得られる出力電流ＩＯＵＴ及び出力電圧ＶＯＵＴを変化させ、半導体装置１００の消費電力を低減させることができる。図３に、図１に示す半導体装置１００において、第２の端子１２に供給する電圧を切り替えた際、半導体装置１００から出力される出力電流ＩＯＵＴ及び出力電圧ＶＯＵＴの変化の様子を模式図で示す。
期間Ｔ１は、通常の動作状態を示し、期間Ｔ２は、スタンバイ状態を示す。通常の動作状態（期間Ｔ１）では、第２の端子１２に低電源電圧（Ｖｓｓ）が供給される。この時、第３の端子１３からは、高電流（所謂所望の電流）が出力され、出力電流ＩＯＵＴに応じて第４の端子１４からも、高電源電圧（所謂所望の電圧）が出力される。一方、スタンバイ状態（期間Ｔ２）では、第２の端子１２に高電源電圧（Ｖｄｄ）が供給される。この時、第３の端子１３からは、低電流（所謂ほぼゼロの電流）が出力され、出力電流ＩＯＵＴに応じて第４の端子１４からも、低電源電圧（所謂ほぼゼロの電圧）が出力される。従って、第２の端子１２に高電源電圧（Ｖｄｄ）が供給されるスタンバイ状態においては、出力電流ＩＯＵＴ及び出力電圧ＶＯＵＴをほぼゼロにすることで、消費電力を低減することが可能になる。即ち第２の端子１２に供給する電圧を切り替えることで、半導体装置１００における消費電力の制御が可能になる。
次に、図２に、半導体装置１００の具体的な回路構成の一例を示す。図２に示される半導体装置１００は、カレントミラー回路１２０と、フォトダイオード１０３と、スタンバイ回路１１６と、抵抗素子１０２と、容量素子１０７と、第１の端子１１と、第２の端子１２と、第３の端子１３と、第４の端子１４と、第５の端子１５と、を有する。
カレントミラー回路１２０は、参照側のトランジスタ１０４が１個と、ミラー側のトランジスタ１０５（１０５＿１〜１０５＿ｎ）がｎ個とにより構成されている。なお、参照側とは、トランジスタのソース端子に流れる電流と、該トランジスタのゲート端子に流れる電流とが等しい側を指す。ミラー側とは、該参照側で発生させたゲート電圧に従って、電流を出力するトランジスタが含まれている側を指す。カレントミラー回路１２０はフォトダイオード１０３の検出電流を増幅するための電流増幅回路である。フォトダイオード１０３は、抵抗が大きく、フォトダイオード１０３の抵抗値が、数ＫΩ〜数ＧΩになるため検出電流が非常に微小であり、カレントミラー回路１２０のような電流増幅回路を用いることが好ましい。なお、本実施の形態では、電流増幅回路として、カレントミラー回路１２０を採用しているが、電流増幅回路は、該回路に限定されない。
図２に示されるスタンバイ回路１１６は、１個のトランジスタ１０６のみの、簡易な構成を有する。光電変換部１０１は、第１の端子１１と、第２の端子１２と、第３の端子１３が設けられた３端子構成となっている。３端子中の１端子（第２の端子１２）は、スタンバイ回路１１６の動作を制御するために設けられている。
なお、本実施の形態において、トランジスタ１０４、トランジスタ１０５及びトランジスタ１０６は全てｎチャネル型トランジスタで構成されているがこの構成に限定されない。トランジスタ１０４、トランジスタ１０５及びトランジスタ１０６は全てｐチャネル型トランジスタで構成されていてもよい。
フォトダイオード１０３の一方の端子と、ｎ個のトランジスタ１０５（１０５＿１〜１０５＿ｎ）のソース又はドレインの一方の端子のそれぞれと、第１の端子１１と、は電気的に接続されている。フォトダイオード１０３の他方の端子と、トランジスタ１０４のソース又はドレインの一方の端子と、トランジスタ１０４のゲート端子と、ｎ個のトランジスタ１０５（１０５＿１〜１０５＿ｎ）のゲート端子のそれぞれと、トランジスタ１０６のソース又はドレインの一方の端子と、は電気的に接続されている。トランジスタ１０６のゲート端子と、第２の端子１２と、は電気的に接続されている。トランジスタ１０４のソース又はドレインの他方の端子と、ｎ個のトランジスタ１０５（１０５＿１〜１０５＿ｎ）のソース又はドレインの他方の端子のそれぞれと、トランジスタ１０６のソース又はドレインの他方の端子と、第３の端子１３と、は電気的に接続されている。第３の端子１３と、抵抗素子１０２の一方の端子と、容量素子１０７の一方の端子と、第４の端子１４と、は電気的に接続されている。抵抗素子１０２の他方の端子と、容量素子１０７の他方の端子と、第５の端子１５と、は電気的に接続されている。第１の端子１１には、高電源電圧（Ｖｄｄ）が供給され、第５の端子１５には、低電源電圧（Ｖｓｓ）が供給されている。
なお、図２では参照側のトランジスタ１０４が１個と、ミラー側のトランジスタ１０５（１０５＿１〜１０５＿ｎ）がｎ個との合計ｎ＋１個のトランジスタによって構成される、カレントミラー回路１２０の例を示し、図４では参照側のトランジスタ１０４が１個と、ミラー側のトランジスタ１０５が１個との合計２個のトランジスタによって構成される、カレントミラー回路１０８の例を示しているが、これらの構成に限定されない。
参照側のトランジスタ１０４のソース端子とドレイン端子間を流れる電流を参照電流とし、ミラー側のトランジスタ１０５のソース端子とドレイン端子間を流れる電流をミラー電流とする。図４に示すように、ミラー側のトランジスタ１０５が１個の場合、参照電流とミラー電流の比は、１：１の関係となる。（ただし参照側のトランジスタ１０４とミラー側のトランジスタ１０５が同一の電気特性を有する。）本実施の形態においては、参照側のトランジスタ１０４とミラー側のトランジスタ１０５（１０５＿１〜１０５＿ｎ）は同一の電気特性を有するものとする。
図２に示される半導体装置１００の動作について図５及び図６を用いて具体的に説明する。なお、図５及び図６にはトランジスタのオン／オフ状態及び電流の流れを示す。
＜通常の動作状態（期間Ｔ１）＞（図５参照。）
フォトダイオード１０３に光１０が入射すると、光１０の照度に応じてフォトダイオード１０３に電流が発生し、これをフォトダイオード１０３の検出電流ＩＰＤｉとする。また、通常の動作状態（期間Ｔ１）では、第２の端子１２に低電源電圧（Ｖｓｓ）が供給される。この時、トランジスタ１０６（ｎｃｈ）はオフ状態となる。トランジスタ１０６がオフ状態となっても、わずかにリーク電流が発生し、これをスタンバイ回路１１６の出力電流ＩＳＴＢ（リーク電流）とする。従って、参照側のトランジスタ１０４に流れる電流を、参照電流ＩＲＥＦとすると、参照電流ＩＲＥＦは、検出電流ＩＰＤｉと出力電流ＩＳＴＢ（リーク電流）との差で表すこともできる。トランジスタ１０４に参照電流ＩＲＥＦが流れることで、参照側のトランジスタ１０４のゲート端子に電圧ＶＧＡＴＥが発生する。参照側のトランジスタ１０４のゲート端子とミラー側のトランジスタ１０５（１０５＿１〜１０５＿ｎ）のゲート端子のそれぞれとは、電気的に接続されているため、ミラー側のトランジスタ１０５（１０５＿１〜１０５＿ｎ）のゲート端子のそれぞれにもまた、電圧ＶＧＡＴＥが発生することになる。
これより、ミラー側のトランジスタ１０５（１０５＿１〜１０５＿ｎ）のそれぞれに流れる電流を、ミラー電流Ｉｍｉｒｒｏｒとすると、ミラー電流Ｉｍｉｒｒｏｒは、参照電流ＩＲＥＦと等しくなる。（参照側のトランジスタ１０４とミラー側のトランジスタ１０５（１０５＿１〜１０５＿ｎ）は同一の電気特性を有する。）従って、第３の端子１３より得られる出力電流ＩＯＵＴは、参照電流ＩＲＥＦ（ミラー電流Ｉｍｉｒｒｏｒ）とカレントミラー回路１２０に用いられたトランジスタの合計個数との積で表すことができる。
カレントミラー回路１２０では、ミラー側のトランジスタの個数に応じて出力電流ＩＯＵＴ（図５では、（ｎ＋１）ＩＰＤｉ、図６では、ＩＰＤｉ）を、制御することが可能となる。これは、トランジスタのチャネル幅を増加させ、トランジスタに流すことのできる電流の許容量を広げられることと同様の原理である。所望の出力電流ＩＯＵＴに応じて、並列接続させるミラー側のトランジスタの個数を決定すればよい。
第３の端子１３から出力される、出力電流ＩＯＵＴは、並列接続された抵抗素子１０２及び容量素子１０７を流れる。この際、抵抗素子１０２の両端及び容量素子１０７の両端に電圧が発生し、発生した電圧を、第４の端子１４から出力電圧ＶＯＵＴとして得ることができる。従って、半導体装置１００は光１０の照度に応じて出力電流ＩＯＵＴ及び出力電圧ＶＯＵＴを出力することができる。また、出力電流ＩＳＴＢ（リーク電流）を限りなくゼロに近いとみなした場合、トランジスタ１０４に流れる参照電流ＩＲＥＦは、フォトダイオード１０３の検出電流ＩＰＤｉとほぼ等しいと考えることができる。このため、出力電流ＩＯＵＴから検出電流ＩＰＤｉを得ることが可能になる。
上述した内容を以下の数式１にまとめる。
＜スタンバイ状態（期間Ｔ２）＞（図６参照。）
フォトダイオード１０３に光１０が入射すると、光１０の照度に応じてフォトダイオード１０３に電流が発生し、これをフォトダイオード１０３の検出電流ＩＰＤｉとする。また、スタンバイ状態（期間Ｔ２）では、第２の端子１２に高電源電圧（Ｖｄｄ）が供給される。この時、トランジスタ１０６（ｎｃｈ）はオン状態となり、トランジスタ１０６にはスタンバイ回路１１６の出力電流ＩＳＴＢが流れる。トランジスタ１０６がオン状態となるため、フォトダイオード１０３に発生した検出電流ＩＰＤｉがトランジスタ１０６を流れることになる。即ち、スタンバイ状態（期間Ｔ２）では、スタンバイ回路１１６の出力電流ＩＳＴＢとフォトダイオード１０３に発生した検出電流ＩＰＤｉとが等しくなる。なお、この検出電流ＩＰＤｉは非常に微小である。
この時、参照側のトランジスタ１０４（ｎｃｈ）はオフ状態となる。参照側のトランジスタ１０４がオフ状態となっても、わずかにリーク電流が発生し、これを参照電流ＩＲＥＦ（リーク電流）とする。参照側のトランジスタ１０４は、オフ状態であるため、参照側のトランジスタ１０４のゲート端子に発生する電圧ＶＧＡＴＥは、低電源電圧（Ｖｓｓ）となる。参照側のトランジスタ１０４のゲート端子とミラー側のトランジスタ１０５（１０５＿１〜１０５＿ｎ）のゲート端子のそれぞれとは、電気的に接続されているため、ミラー側のトランジスタ１０５（１０５＿１〜１０５＿ｎ）のゲート端子のそれぞれに発生する電圧ＶＧＡＴＥもまた、低電源電圧（Ｖｓｓ）となる。従って、ミラー側のトランジスタ１０５（１０５＿１〜１０５＿ｎ）のそれぞれもまたオフ状態となる。オフ状態となっても、ミラー側のトランジスタ１０５（１０５＿１〜１０５＿ｎ）のそれぞれには、わずかにリーク電流が発生し、これらをミラー電流Ｉｍｉｒｒｏｒ（リーク電流）とする。なお、参照側のトランジスタ１０４及びミラー側のトランジスタ１０５（１０５＿１〜１０５＿ｎ）のそれぞれがオフ状態となっているため、カレントミラー回路１２０は、機能不全である。
従って、第３の端子１３より得られる出力電流ＩＯＵＴは、出力電流ＩＳＴＢに参照電流ＩＲＥＦ（リーク電流）（ミラー電流Ｉｍｉｒｒｏｒ（リーク電流））とカレントミラー回路１２０に用いられたトランジスタの合計個数との積とを加えて表すことができる。なお、参照電流ＩＲＥＦ（リーク電流）及びミラー電流Ｉｍｉｒｒｏｒ（リーク電流）は、非常に微小である。カレントミラー回路１２０に用いられたトランジスタが、例えば酸化物半導体である場合、出力電流ＩＳＴＢ＞＞参照電流ＩＲＥＦ（リーク電流）、出力電流ＩＳＴＢ＞＞ミラー電流Ｉｍｉｒｒｏｒ（リーク電流）となる。
第３の端子１３から、出力電流ＩＯＵＴを得られるため、該出力電流ＩＯＵＴは、並列接続された抵抗素子１０２及び容量素子１０７を流れる。この際、抵抗素子１０２の両端及び容量素子１０７の両端に電圧が発生し、発生した電圧を、第４の端子１４から出力電圧ＶＯＵＴとして得ることができる。従って、半導体装置１００によれば光１０の照度に応じて出力電流ＩＯＵＴ及び出力電圧ＶＯＵＴを得ることができる。また、参照電流ＩＲＥＦ（リーク電流）（ミラー電流Ｉｍｉｒｒｏｒ（リーク電流））を限りなくゼロに近いとみなした場合、半導体装置１００の出力電流ＩＯＵＴは、フォトダイオード１０３の検出電流ＩＰＤｉとほぼ等しいと考えることができる。このため、出力電流ＩＯＵＴは、非常に微小であり、出力電圧ＶＯＵＴは、ほぼゼロと考えることできる。
従って、第２の端子１２に高電源電圧（Ｖｄｄ）が供給されるスタンバイ状態においては、出力電流ＩＯＵＴ及び出力電圧ＶＯＵＴをほぼゼロにすることで、消費電力を低減することが可能になる。
上述した内容を以下の数式２にまとめる。
即ち第２の端子１２に供給する電圧を、通常状態（期間Ｔ１）で低電源電圧（Ｖｓｓ）、スタンバイ状態（期間Ｔ２）で、高電源電圧（Ｖｄｄ）と切り替えることで、半導体装置１００において消費電力削減が可能になる。第２の端子１２に供給される電圧は、外部信号により決定されるため任意に制御することが可能である。その都度、半導体装置１００の状態に応じて最適な信号が供給されることが望ましい。
また、スタンバイ回路１１６は、１個のトランジスタ１０６のみの、簡易な構成を有する。従って、少ない素子を付加することで消費電力を低減させた半導体装置１００を実現することが可能となる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１において、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜を酸化物半導体膜に用いたトランジスタの一例について、図９を用いて説明する。
図９は、コプラナー型であるトップゲートトップコンタクト構造のトランジスタの上面図および断面図である。図９（Ａ）にトランジスタの上面図を示す。また、図９（Ｂ）に図９（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂに対応する断面Ａ−Ｂを示す。
なお、半導体装置に照射される光は、図９に示すトランジスタにおいて、基板側からのみ入射するものとする。
図９（Ｂ）に示すトランジスタは、基板４００と、基板４００上に設けられた下地絶縁膜４０２と、下地絶縁膜４０２の周辺に設けられた保護絶縁膜４０４と、下地絶縁膜４０２および保護絶縁膜４０４上に設けられた高抵抗領域４０６ａおよび低抵抗領域４０６ｂを有する酸化物半導体膜４０６と、酸化物半導体膜４０６上に設けられたゲート絶縁膜４０８と、ゲート絶縁膜４０８を介して酸化物半導体膜４０６と重畳して設けられたゲート電極４１０と、ゲート電極４１０の側面と接して設けられた側壁絶縁膜４１２と、少なくとも低抵抗領域４０６ｂと接して設けられた一対の電極４１４と、酸化物半導体膜４０６、ゲート電極４１０および一対の電極４１４を覆って設けられた層間絶縁膜４１６と、層間絶縁膜４１６に設けられた開口部を介して一対の電極４１４と接続する配線４１８と、を有する。
なお、図示しないが、層間絶縁膜４１６および配線４１８を覆って設けられた保護膜を有していても構わない。該保護膜を設けることで、層間絶縁膜４１６の表面伝導に起因して生じる微小リーク電流を低減することができ、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
上記とは異なるＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜を酸化物半導体膜に用いたトランジスタの他の一例について図１０を用いて説明する。
図１０は、トップゲートトップコンタクト構造のトランジスタの上面図および断面図である。図１０（Ａ）はトランジスタの上面図である。また、また、図１０（Ｂ）に図１０（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂに対応する断面Ａ−Ｂを示す。
なお、半導体装置に照射される光は、図１０に示すトランジスタにおいて、基板側からのみ入射するものとする。
図１０（Ｂ）に示すトランジスタは、基板６００と、基板６００上に設けられた下地絶縁膜６０２と、下地絶縁膜６０２上に設けられた酸化物半導体膜６０６と、酸化物半導体膜６０６と接する一対の電極６１４と、酸化物半導体膜６０６および一対の電極６１４上に設けられたゲート絶縁膜６０８と、ゲート絶縁膜６０８を介して酸化物半導体膜６０６と重畳して設けられたゲート電極６１０と、ゲート絶縁膜６０８およびゲート電極６１０を覆って設けられた層間絶縁膜６１６と、層間絶縁膜６１６およびゲート絶縁膜６０８に設けられた開口部を介して一対の電極６１４と接続する配線６１８と、層間絶縁膜６１６および配線６１８を覆って設けられた保護膜６２０と、を有する。
基板６００としてはガラス基板を、下地絶縁膜６０２としては酸化シリコン膜を、酸化物半導体膜６０６としてはＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜を、一対の電極６１４としてはタングステン膜を、ゲート絶縁膜６０８としては酸化シリコン膜を、ゲート電極６１０としては窒化タンタル膜とタングステン膜との積層構造を、層間絶縁膜６１６としては酸化窒化シリコン膜とポリイミド膜との積層構造を、配線６１８としてはチタン膜、アルミニウム膜、チタン膜がこの順で形成された積層構造を、保護膜６２０としてはポリイミド膜を、それぞれ用いた。
なお、図１０（Ａ）に示す構造のトランジスタにおいて、ゲート電極６１０と一対の電極６１４との重畳する幅をＬｏｖと呼ぶ。同様に、酸化物半導体膜６０６に対する一対の電極６１４のはみ出しをｄＷと呼ぶ。
上述したトランジスタには、半導体として、酸化物半導体であるＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏを用いた例を示したが、該材料に限定されない。
用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ（Ｓｎ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム（Ｈｆ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム（Ａｌ）を有することが好ましい。
また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。
なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ３ＳｎＯ５（ＺｎＯ）ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１（＝２／５：２／５：１／５）の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３（＝１／３：１／６：１／２）あるいはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５（＝１／４：１／８：５／８）の原子数比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
しかし、これらに限られず、必要とする半導体特性（移動度、しきい値、ばらつき等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間結合距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
なお、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）である酸化物の組成が、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝Ａ：Ｂ：Ｃ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１）の酸化物の組成の近傍であるとは、ａ、ｂ、ｃが、
（ａ―Ａ）２＋（ｂ―Ｂ）２＋（ｃ―Ｃ）２≦ｒ２
を満たすことを言い、ｒは、例えば、０．０５とすればよい。他の酸化物でも同様である。
また、結晶性を有する酸化物半導体では、表面の平坦性を高めれば移動度を高めることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な表面上に酸化物半導体を形成することが好ましく、具体的には、平均面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下、より好ましくは０．１ｎｍ以下の表面上に形成するとよい。
なお、Ｒａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１で定義されている中心線平均粗さを面に対して適用できるよう三次元に拡張したものであり、「基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値」と表現でき、以下の式にて定義される。
なお、上記において、Ｓ０は、測定面（座標（ｘ１，ｙ１）（ｘ１，ｙ２）（ｘ２，ｙ１）（ｘ２，ｙ２）で表される４点によって囲まれる長方形の領域）の面積を指し、Ｚ０は測定面の平均高さを指す。Ｒａは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）にて評価可能である。
以下に、結晶性を有する酸化物について説明する。具体的には、ｃ軸配向し、かつａｂ面、表面または界面の方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有し、ｃ軸においては金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列しており、ａｂ面においてはａ軸またはｂ軸の向きが異なる（ｃ軸を中心に回転した）結晶（ＣＡＡＣ：Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌともいう。）を含む酸化物について説明する。
ＣＡＡＣを含む酸化物とは、広義に、非単結晶であって、そのａｂ面に垂直な方向から見て、三角形、六角形、正三角形または正六角形の原子配列を有し、かつｃ軸方向に垂直な方向から見て、金属原子が層状、または金属原子と酸素原子が層状に配列した相を含む酸化物をいう。
ＣＡＡＣは単結晶ではないが、非晶質のみから形成されているものでもない。また、ＣＡＡＣは結晶化した部分（結晶部分）を含むが、１つの結晶部分と他の結晶部分の境界を明確に判別できないこともある。
ＣＡＡＣに酸素が含まれる場合、酸素の一部は窒素で置換されてもよい。また、ＣＡＡＣを構成する個々の結晶部分のｃ軸は一定の方向（例えば、ＣＡＡＣが形成される基板面、ＣＡＡＣの表面などに垂直な方向）に揃っていてもよい。または、ＣＡＡＣを構成する個々の結晶部分のａｂ面の法線は一定の方向（例えば、ＣＡＡＣが形成される基板面、ＣＡＡＣの表面などに垂直な方向）を向いていてもよい。
ＣＡＡＣは、その組成などに応じて、導体であったり、半導体であったり、絶縁体であったりする。また、その組成などに応じて、可視光に対して透明であったり不透明であったりする。
このようなＣＡＡＣの例として、膜状に形成され、膜表面または支持する基板面に垂直な方向から観察すると三角形または六角形の原子配列が認められ、かつその膜断面を観察すると金属原子または金属原子および酸素原子（または窒素原子）の層状配列が認められる結晶を挙げることもできる。
ＣＡＡＣに含まれる結晶構造の一例ついて図１１乃至図１３を用いて詳細に説明する。なお、特に断りがない限り、図１１乃至図１３は上方向をｃ軸方向とし、ｃ軸方向と直交する面をａｂ面とする。なお、単に上半分、下半分という場合、ａｂ面を境にした場合の上半分、下半分をいう。また、図１１において、丸で囲まれたＯは４配位のＯを示し、二重丸で囲まれたＯは３配位のＯを示す。
図１１（Ａ）に、１個の６配位のＩｎと、Ｉｎに近接の６個の４配位の酸素原子（以下４配位のＯ）と、を有する構造を示す。ここでは、金属原子が１個に対して、近接の酸素原子のみ示した構造を小グループと呼ぶ。図１１（Ａ）の構造は、八面体構造をとるが、簡単のため平面構造で示している。なお、図１１（Ａ）の上半分および下半分にはそれぞれ３個ずつ４配位のＯがある。図１１（Ａ）に示す小グループは電荷が０である。
図１１（Ｂ）に、１個の５配位のＧａと、Ｇａに近接の３個の３配位の酸素原子（以下３配位のＯ）と、Ｇａに近接の２個の４配位のＯと、を有する構造を示す。３配位のＯは、いずれもａｂ面に存在する。図１１（Ｂ）の上半分および下半分にはそれぞれ１個ずつ４配位のＯがある。また、Ｉｎも５配位をとるため、図１１（Ｂ）に示す構造をとりうる。図１１（Ｂ）に示す小グループは電荷が０である。
図１１（Ｃ）に、１個の４配位のＺｎと、Ｚｎに近接の４個の４配位のＯと、を有する構造を示す。図１１（Ｃ）の上半分には１個の４配位のＯがあり、下半分には３個の４配位のＯがある。または、図１１（Ｃ）の上半分に３個の４配位のＯがあり、下半分に１個の４配位のＯがあってもよい。図１１（Ｃ）に示す小グループは電荷が０である。
図１１（Ｄ）に、１個の６配位のＳｎと、Ｓｎに近接の６個の４配位のＯと、を有する構造を示す。図１１（Ｄ）の上半分には３個の４配位のＯがあり、下半分には３個の４配位のＯがある。図１１（Ｄ）に示す小グループは電荷が＋１となる。
図１１（Ｅ）に、２個のＺｎを含む小グループを示す。図１１（Ｅ）の上半分には１個の４配位のＯがあり、下半分には１個の４配位のＯがある。図１１（Ｅ）に示す小グループは電荷が−１となる。
ここでは、複数の小グループの集合体を中グループと呼び、複数の中グループの集合体を大グループ（ユニットセルともいう。）と呼ぶ。
ここで、これらの小グループ同士が結合する規則について説明する。図１１（Ａ）に示す６配位のＩｎの上半分の３個のＯは、下方向にそれぞれ３個の近接Ｉｎを有し、下半分の３個のＯは、上方向にそれぞれ３個の近接Ｉｎを有する。図１１（Ｂ）に示す５配位のＧａの上半分の１個のＯは、下方向に１個の近接Ｇａを有し、下半分の１個のＯは、上方向に１個の近接Ｇａを有する。図１１（Ｃ）に示す４配位のＺｎの上半分の１個のＯは、下方向に１個の近接Ｚｎを有し、下半分の３個のＯは、上方向にそれぞれ３個の近接Ｚｎを有する。このように、金属原子の上方向の４配位のＯの数と、そのＯの下方向にある近接金属原子の数は等しく、同様に金属原子の下方向の４配位のＯの数と、そのＯの上方向にある近接金属原子の数は等しい。Ｏは４配位なので、下方向にある近接金属原子の数と、上方向にある近接金属原子の数の和は４になる。したがって金属原子の上方向にある４配位のＯの数と、別の金属原子の下方向にある４配位のＯの数との和が４個のとき、金属原子を有する二種の小グループ同士は結合することができる。例えば、６配位の金属原子（ＩｎまたはＳｎ）が下半分の４配位のＯを介して結合する場合、４配位のＯが３個であるため、５配位の金属原子（ＧａまたはＩｎ）、または４配位の金属原子（Ｚｎ）のいずれかと結合することになる。
これらの配位数を有する金属原子は、ｃ軸方向において、４配位のＯを介して結合する。また、このほかにも、層構造の合計の電荷が０となるように複数の小グループが結合して中グループを構成する。
図１２（Ａ）に、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の層構造を構成する中グループのモデル図を示す。図１２（Ｂ）に、３つの中グループで構成される大グループを示す。なお、図１２（Ｃ）は、図１２（Ｂ）の層構造をｃ軸方向から観察した場合の原子配列を示す。
図１２（Ａ）においては、簡単のため、３配位のＯは省略し、４配位のＯは個数のみ示し、例えば、Ｓｎの上半分および下半分にはそれぞれ３個ずつ４配位のＯがあることを丸枠の３として示している。同様に、図１２（Ａ）において、Ｉｎの上半分および下半分にはそれぞれ１個ずつ４配位のＯがあり、丸枠の１として示している。また、同様に、図１２（Ａ）において、下半分には１個の４配位のＯがあり、上半分には３個の４配位のＯがあるＺｎと、上半分には１個の４配位のＯがあり、下半分には３個の４配位のＯがあるＺｎとを示している。
図１２（Ａ）において、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の層構造を構成する中グループは、上から順に４配位のＯが３個ずつ上半分および下半分にあるＳｎが、４配位のＯが１個ずつ上半分および下半分にあるＩｎと結合し、そのＩｎが、上半分に３個の４配位のＯがあるＺｎと結合し、そのＺｎの下半分の１個の４配位のＯを介して４配位のＯが３個ずつ上半分および下半分にあるＩｎと結合し、そのＩｎが、上半分に１個の４配位のＯがあるＺｎ２個からなる小グループと結合し、この小グループの下半分の１個の４配位のＯを介して４配位のＯが３個ずつ上半分および下半分にあるＳｎと結合している構成である。この中グループが複数結合して大グループを構成する。
ここで、３配位のＯおよび４配位のＯの場合、結合１本当たりの電荷はそれぞれ−０．６６７、−０．５と考えることができる。例えば、Ｉｎ（６配位または５配位）、Ｚｎ（４配位）、Ｓｎ（５配位または６配位）の電荷は、それぞれ＋３、＋２、＋４である。従って、Ｓｎを含む小グループは電荷が＋１となる。そのため、Ｓｎを含む層構造を形成するためには、電荷＋１を打ち消す電荷−１が必要となる。電荷−１をとる構造として、図１１（Ｅ）に示すように、２個のＺｎを含む小グループが挙げられる。例えば、Ｓｎを含む小グループが１個に対し、２個のＺｎを含む小グループが１個あれば、電荷が打ち消されるため、層構造の合計の電荷を０とすることができる。
具体的には、図１２（Ｂ）に示した大グループが繰り返されることで、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の結晶（Ｉｎ２ＳｎＺｎ３Ｏ８）を得ることができる。なお、得られるＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の層構造は、Ｉｎ２ＳｎＺｎ２Ｏ７（ＺｎＯ）ｍ（ｍは０または自然数。）とする組成式で表すことができる。
例えば、図１３（Ａ）に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の層構造を構成する中グループのモデル図を示す。
図１３（Ａ）において、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の層構造を構成する中グループは、上から順に４配位のＯが３個ずつ上半分および下半分にあるＩｎが、４配位のＯが１個上半分にあるＺｎと結合し、そのＺｎの下半分の３個の４配位のＯを介して、４配位のＯが１個ずつ上半分および下半分にあるＧａと結合し、そのＧａの下半分の１個の４配位のＯを介して、４配位のＯが３個ずつ上半分および下半分にあるＩｎと結合している構成である。この中グループが複数結合して大グループを構成する。
図１３（Ｂ）に３つの中グループで構成される大グループを示す。なお、図１３（Ｃ）は、図１３（Ｂ）の層構造をｃ軸方向から観察した場合の原子配列を示している。
ここで、Ｉｎ（６配位または５配位）、Ｚｎ（４配位）、Ｇａ（５配位）の電荷は、それぞれ＋３、＋２、＋３であるため、Ｉｎ、ＺｎおよびＧａのいずれかを含む小グループは、電荷が０となる。そのため、これらの小グループの組み合わせであれば中グループの合計の電荷は常に０となる。
また、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の層構造を構成する中グループは、図１３（Ａ）に示した中グループに限定されず、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの配列が異なる中グループを組み合わせた大グループも取りうる。
また、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物は、ＩＴＺＯ（登録商標）と呼ぶことができ、用いるターゲットの組成比は、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎが原子数比で、１：２：２、２：１：３、１：１：１、または２０：４５：３５などとなる酸化物ターゲットを用いる。
以上の構成でなる本発明の一態様について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行う。
本実施例では実施の形態１で例示した半導体装置において、スタンバイ回路に供給する電圧を通常状態とスタンバイ状態で切り替えることによって、消費電力を低減できたことを、計算に基づいて、具体的に証明する。
図７に半導体装置の電流特性を示す。縦軸が出力電流ＩＯＵＴ（Ａ）、横軸がフォトダイオードの検出電流ＩＰＤｉ（Ａ）を示している。図２において、参照側のｎチャネル型トランジスタ（チャネルサイズＬ／Ｗ＝５μｍ／５μｍ）を１個、ミラー側のｎチャネル型トランジスタ（チャネルサイズＬ／Ｗ＝５μｍ／５μｍ）を１０００個設けている。また、スタンバイ回路を構成するｎチャネル型トランジスタ（チャネルサイズＬ／Ｗ＝５μｍ／５０μｍ）を１個設けている。なお、これらのｎチャネル型トランジスタの半導体層の材料は酸化物半導体で構成されている。高電源電圧（Ｖｄｄ）の電圧は、５（Ｖ）、低電源電圧（Ｖｓｓ）の電圧は、０（Ｖ）、抵抗素子の抵抗は、３００（ｋΩ）、容量素子の容量は、０．０２２（μＦ）、という条件下で計算を行っている。
図２に示した本発明の一態様の半導体装置（スタンバイ回路を備えることにより消費電力を低減させた半導体装置）は、フォトダイオードの検出電流ＩＰＤｉ（Ａ）が１．０×１０−８（Ａ）において、通常状態（期間Ｔ１）では、出力電流ＩＯＵＴ（Ａ）が１．０×１０−５（Ａ）、スタンバイ状態（期間Ｔ２）では、出力電流ＩＯＵＴ（Ａ）が１．０２×１０−８（Ａ）である。フォトダイオードの検出電流ＩＰＤｉ（Ａ）が１．０×１０−１２（Ａ）において、通常状態（期間Ｔ１）では、出力電流ＩＯＵＴ（Ａ）が６．５９×１０−１０（Ａ）、スタンバイ状態（期間Ｔ２）では、出力電流ＩＯＵＴ（Ａ）が１．９４×１０−１０（Ａ）である。
図７より、スタンバイ状態での出力電流ＩＯＵＴ（Ａ）が極めて少ないことがわかる。またフォトダイオードの検出電流ＩＰＤｉ（Ａ）の値に関わらず、スタンバイ状態での出力電流ＩＯＵＴの値と通常状態での出力電流ＩＯＵＴの値とには、差があり、スタンバイ状態での出力電流ＩＯＵＴの値は、通常状態での出力電流ＩＯＵＴの値と比べて極めて少ないことがわかる。これより、半導体装置にスタンバイ回路を備えることによって、半導体装置の消費電力を低減できることが示唆される。
図８に半導体装置の電流特性を示す。縦軸が出力電流ＩＯＵＴ（Ａ）、横軸がフォトダイオードの検出電流ＩＰＤｉ（Ａ）を示している。図２において、参照側のｎチャネル型トランジスタ（チャネルサイズＬ／Ｗ＝５μｍ／５μｍ）を１個、ミラー側のｎチャネル型トランジスタ（チャネルサイズＬ／Ｗ＝５μｍ／５μｍ）を１０００個設けている。また、スタンバイ回路を構成するｎチャネル型トランジスタ（チャネルサイズＬ／Ｗ＝５μｍ／５０μｍ）を１個設けている。なお、これらのｎチャネル型トランジスタの半導体層の材料はポリシリコンで構成されている。高電源電圧（Ｖｄｄ）の電圧は、５（Ｖ）、低電源電圧（Ｖｓｓ）の電圧は、０（Ｖ）、抵抗素子の抵抗は、３００（ＫΩ）、容量素子の容量は、０．０２２（μＦ）、という条件下で計算を行っている。
図２に示した本発明の一態様の半導体装置（スタンバイ回路を備えることにより消費電力を低減させた半導体装置）は、フォトダイオードの検出電流ＩＰＤｉ（Ａ）が１．０×１０−８（Ａ）において、通常状態（期間Ｔ１）では、出力電流ＩＯＵＴ（Ａ）が１．１６×１０−５（Ａ）、スタンバイ状態（期間Ｔ２）では、出力電流ＩＯＵＴ（Ａ）が１．１６×１０−８（Ａ）である。フォトダイオードの検出電流ＩＰＤｉ（Ａ）が１．０×１０−１２（Ａ）において、通常状態（期間Ｔ１）では、出力電流ＩＯＵＴ（Ａ）が１．６６×１０−９（Ａ）、スタンバイ状態（期間Ｔ２）では、出力電流ＩＯＵＴ（Ａ）が１．６６×１０−９（Ａ）である。
図８より、フォトダイオードの検出電流ＩＰＤｉ（Ａ）の値が少ない時は、通常状態での出力電流ＩＯＵＴの値とスタンバイ状態での出力電流ＩＯＵＴの値にはあまり差はない。しかし、フォトダイオードの検出電流ＩＰＤｉ（Ａ）の値が多い時は、スタンバイ状態での出力電流ＩＯＵＴの値は、通常状態での出力電流ＩＯＵＴの値と比べて極めて少ないことがわかる。これより、半導体装置にスタンバイ回路を備えることによって、半導体装置の消費電力を低減できることが示唆される。
なお、図７及び図８より、ｎチャネル型トランジスタの半導体層の材料が酸化物半導体で構成されている半導体装置は、フォトダイオードの検出電流ＩＰＤｉ（Ａ）の値が少ない時、所謂、低照度用途に適し、ｎチャネル型トランジスタの半導体層の材料がポリシリコンで構成されている半導体装置は、フォトダイオードの検出電流ＩＰＤｉ（Ａ）の値が多い時、所謂、高照度用途に適していることもわかる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
１０ 光
１１ 端子
１２ 端子
１３ 端子
１４ 端子
１５ 端子
１００ 半導体装置
１０１ 光電変換部
１０２ 抵抗素子
１０３ フォトダイオード
１０４ トランジスタ
１０５ トランジスタ
１０６ トランジスタ
１０７ 容量素子
１０８ カレントミラー回路
１１６ スタンバイ回路
１２０ カレントミラー回路
４００ 基板
４０２ 下地絶縁膜
４０４ 保護絶縁膜
４０６ 酸化物半導体膜
４０８ ゲート絶縁膜
４１０ ゲート電極
４１２ 側壁絶縁膜
４１４ 電極
４１６ 層間絶縁膜
４１８ 配線
６００ 基板
６０２ 下地絶縁膜
６０６ 酸化物半導体膜
６０８ ゲート絶縁膜
６１０ ゲート電極
６１４ 電極
６１６ 層間絶縁膜
６１８ 配線
６２０ 保護膜

Claims (5)

  1. 光電変換素子と、該光電変換素子で発生した電流を増幅する電流増幅回路と、スタンバイ回路とを有する光電変換部を有し、
    前記光電変換部は、第１の端子、第２の端子、及び第３の端子を有し、
    前記第１の端子には、電源電圧が供給され、
    前記第２の端子には、抵抗素子が電気的に接続され、
    前記第３の端子は、前記スタンバイ回路と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項１において、前記電流増幅回路は、カレントミラー回路であることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項１または請求項２において、前記スタンバイ回路は、酸化物半導体層を有するトランジスタであることを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一において、さらに容量素子を有し、容量素子の一方の端子は、前記抵抗素子の一方の端子と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一において、前記スタンバイ回路は、前記電流増幅回路と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
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