JP2015076540A - 半導体素子およびダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べて、ソース電極、ドレイン電極と、半導体層との間における抵抗の低い半導体素子を提供する。【解決手段】基板、第１の電極、第２の電極、第３の電極、および半導体層を有する半導体素子であって、前記基板の厚さ方向において、前記基板、前記第１の電極、前記第３の電極がこの順に配置される構造を含み、前記第１の電極と前記第３の電極との間に前記半導体層が存在し、前記第１の電極および前記第３の電極のいずれか一方または双方と前記半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜により構成されるエレクトライド層が設けられている半導体素子により上記課題を解決する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子およびダイオードに関する。

ソース、ドレインおよびゲート等の各電極、ならびに半導体より構成されたトランジスタ等の半導体素子がある（例えば、特許文献１）。そのような半導体素子は、例えば、電気光学装置のような各種電子デバイス等に適用することができる。

特開２００７−１２３８６１号公報

前述のような半導体素子においては、さらなる高性能化や小型化が求められている。その対応策として、ソース電極と半導体層との間またはドレイン電極と半導体層との間における接触抵抗の低減が求められている。

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、従来に比べて、高性能化が図られた半導体素子を提供することを目的とする。

本発明では、基板、第１の電極、第２の電極、第３の電極、および半導体層を有する半導体素子であって、前記基板の厚さ方向において、前記基板、前記第１の電極、前記第３の電極がこの順に配置される構造を含み、前記第１の電極と前記第３の電極との間に前記半導体層が存在し、前記第１の電極および前記第３の電極のいずれか一方または双方と前記半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜により構成されるエレクトライド層が設けられていることを特徴とする半導体素子が提供される。

なお、本願において、「基板の厚さ方向において、第１の電極、第３の電極がこの順に配置される構造を含む」とは、基板の厚さ方向において、第１の電極の有する表面のうち基板に平行な面、第３の電極の有する表面のうち基板に平行な面がこの順に位置する構造を含んでいればよく、第１の電極の存在する位置の上方に第３の電極が存在する構造だけに限る意味ではない。

前記第２の電極は、前記第１の電極と前記第３の電極との間に配置されていてもよい。

前記第２の電極は、前記半導体層の上に配置されていてもよい。

前記第１の電極はソース電極であり、前記第２の電極はゲート電極であり、前記第３の電極はドレイン電極であってもよい。前記第１の電極はコレクタであり、前記第２の電極はベースであり、前記第３の電極はエミッタであってもよい。

前記第２の電極に印加される電圧または電流を制御することにより、前記第１の電極と前記第３の電極との間に流れる電流を制御してもよい。

前記エレクトライド層と接する前記半導体層は、Ｎ型半導体層であってもよい。

前記エレクトライド層の厚さは、０．５ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。

前記エレクトライド層は、２．０×１０^１７ｃｍ^−３〜２．３×１０^２１ｃｍ^−３の電子密度を有してもよい。

前記半導体層は、酸化物半導体または有機半導体を含んでもよい。

また、本発明では、第１の電極、第２の電極、半導体層を有するダイオードであって、前記第１の電極と前記半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜により構成されるエレクトライド層が設けられていることを特徴とするダイオードが提供される。

前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記半導体層が存在してもよい。

前記第１の電極および前記第２の電極は、前記半導体層の上に配置されてもよい。

前記第１の電極はカソード電極であり、前記第２の電極はアノード電極であってもよい。

なお、本願においては、「カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライド」を、単に「非晶質酸化物のエレクトライド」と記載する場合があり、「カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜」を単に「非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜」と記載する場合がある。

本発明では、従来に比べて、高性能化が図られた半導体素子を提供することができる。

第１の実施の形態における半導体素子の断面図 第２の実施の形態における半導体素子の断面図 第３の実施の形態における半導体素子の断面図 第４の実施の形態における半導体素子の断面図 第５の実施の形態における半導体素子の断面図 第６の実施の形態における半導体素子の断面図 第７の実施の形態における半導体素子の断面図 第８の実施の形態における半導体素子の断面図 第９の実施の形態における半導体素子の断面図 第１０の実施の形態における半導体素子の断面図 第１１の実施の形態における半導体素子の断面図 第１２の実施の形態における半導体素子の断面図 第１３の実施の形態における半導体素子の断面図 非晶質酸化物のエレクトライドの概念的な構造を示した模式図

本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

〔第１の実施の形態〕
本実施の形態における半導体素子は、縦型のＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）具体的には、縦型の静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ：Ｓｔａｔｉｃ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子である。

従来の半導体素子においては、さらなる高性能化のため、電極と半導体層との界面における接触抵抗の低減が求められている。例えば、ソース電極と半導体層との界面およびドレイン電極と半導体層との界面における接触抵抗が大きいと、半導体素子における動作特性が低下するためである。

一般に、半導体層がＮ型半導体の場合、金属製のソース電極およびドレイン電極と半導体層との界面での接触抵抗を抑制する際には、オーミック接合を利用することが効果的である。オーミック接合とは、半導体層側に空間電荷層が形成されないようにして、金属と半導体を接合させた状態を意味し、この場合、金属と半導体との界面において、整流性は生じなくなる。すなわち、電子は両方向に流れる。

金属製のソース電極およびドレイン電極と半導体層との界面に、そのようなオーミック接合を発現させるためには、ソース電極およびドレイン電極の仕事関数を、半導体層の仕事関数よりも小さくする必要がある。しかしながら、通常、そのような仕事関数を有する金属材料は、あまり多くはない。また、仕事関数の低い金属は活性であり反応性が高く、他の成分と容易に反応層を形成するため、低仕事関数の金属と半導体層とを直接接合させることが難しかった。このため、このような対応では、ソース電極およびドレイン電極の材質が大きく制限されるという問題が生じる。

一方、金属製のソース電極およびドレイン電極の仕事関数が、半導体層よりも大きい場合には、金属と半導体との界面に、ショットキー障壁が形成される。この場合、半導体側に生じる空間電荷層をできるだけ薄くして、トンネル効果によって接触抵抗を抑制することが考えられる。しかしながら、空間電荷層を薄くするためには、半導体層内のキャリア密度を著しく高める必要がある。従って、この方法も、現実的な対応策にはならない場合がある。これらの問題は、ソース電極およびドレイン電極がコレクタおよびエミッタである場合も同様である。

本実施の形態における半導体素子は、第１の電極、第２の電極、第３の電極、および半導体層を有する半導体素子である。本実施の形態における半導体素子は、前記基板の厚さ方向において、前記基板、前記第１の電極、前記第３の電極がこの順に配置される構造を含み、前記第１の電極と前記第３の電極との間に前記半導体層が存在する。第１の電極および第３の電極のいずれか一方または双方と半導体層の間には、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜が設けられている。第１の電極はソース電極、第２の電極はゲート電極、第３の電極はドレイン電極であってもよい。第１の電極はドレイン電極、第２の電極はゲート電極、第３の電極はソース電極であってもよい。また、第１の電極はコレクタ、第２の電極はベース、第３の電極はエミッタであってもよい。第１の電極はエミッタ、第２の電極はベース、第３の電極はコレクタであってもよい。以下、本実施の形態では、第１の電極はソース電極、第２の電極はゲート電極、第３の電極はドレイン電極である例を説明する。

カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜は、半導体的な電気的特性を示し、仕事関数が比較的低いという特徴を有する。例えば、この薄膜の仕事関数は、２．４ｅＶ〜４．５ｅＶの範囲（例えば２．８ｅＶ〜３．２ｅＶ）である。また、この薄膜は、電子密度が高いという特徴を有する。薄膜の電子密度は、例えば、２．０×１０^１７ｃｍ^−３〜２．３×１０^２１ｃｍ^−３の範囲である。なお、１．０×１０^１９ｃｍ^−３以上がより好ましく、５．０×１０^１９ｃｍ^−３以上がさらに好ましく、１×１０^２０ｃｍ^−３以上が特に好ましい。

本実施の形態における半導体素子では、このような非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜の存在により、ソース電極となる第１の電極と半導体層との間の接触抵抗、または、ドレイン電極となる第３の電極と半導体層の間の接触抵抗を、低下させることができる。このため、本実施の形態においては、従来に比べて高い動作特性を有する半導体素子を提供することができる。

本実施の形態においては、半導体層がＮ型半導体の場合に、より効果を奏する。特に、半導体層の仕事関数よりソース電極となる第１の電極の仕事関数およびドレイン電極となる第３の電極の仕事関数が大きい場合に効果を奏する。

上述の通り、Ｎ型半導体の場合は半導体層よりもソース電極およびドレイン電極の仕事関数を低くすることでオーミック接合を発現させることができる。しかし、仕事関数の低い金属は活性であり反応性が高く、他の成分と容易に反応層を形成するため、オーミック接合を発現させることが難しかった。本実施の形態に用いられる非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜は、低い仕事関数を有しているにも関わらず、高い化学的耐久性を有しており、さらに高いキャリア密度（電子密度）を有している。そのため、半導体層（Ｎ型半導体）と非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜との間にオーミック接合を発現させることができ、ソース電極となる第１の電極およびドレイン電極となる第３の電極との間にトンネル効果を発現させることができる。その結果、ソース電極となる第１の電極およびドレイン電極となる第３の電極のいずれか一方または双方と半導体層との間における接触抵抗を有意に低下させることができ、従来に比べて高性能な半導体素子を提供することができる。

エレクトライドの仕事関数は、半導体層の仕事関数よりも小さいことが好ましい。半導体層の仕事関数とエレクトライドの仕事関数の差は、０超ｅＶ〜３．０ｅＶが好ましく、０．１ｅＶ〜２．５ｅＶがより好ましく、０．５ｅＶ〜２．０ｅＶがさらに好ましい。このような仕事関数の差を有することで、容易にオーミック接合を発現させることができ、接触抵抗を有意に低減させることができる。

また、本実施の形態においては、半導体層が酸化物半導体の場合により効果を奏し、Ｎ型の酸化物半導体の場合に特に効果を奏する。例えば、半導体層として、酸化物半導体の一例であるＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）からなる層を適用する。ＩＧＺＯの仕事関数は、４．３ｅＶ〜４．５ｅＶである。ソース電極およびドレイン電極としてアルミニウム（Ａｌ）を適用するとき、Ａｌの仕事関数は４．１ｅＶである。この場合、ソース電極およびドレイン電極のいずれか一方または双方と半導体層とを直接接合させると、反応層を生じオーミック接合は発現させにくい。これに対して、本実施の形態においては、ソース電極となる第１の電極およびドレイン電極となる第３の電極のいずれか一方または双方と半導体層との間に、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜が配置される。この薄膜の仕事関数は、２．４ｅＶ〜４．５ｅＶの範囲であり、例えば２．８ｅＶ〜３．２ｅＶの範囲とすることができ、ＩＧＺＯの仕事関数と比較して充分低くすることができる。しかも、この薄膜は化学的に安定なため反応層を形成しにくい。また、ソース電極となる第１の電極およびドレイン電極となる第３の電極と非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜との界面においては、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜の電子密度が高いため、トンネル効果により接触抵抗が低下される。このため、オーミック接合を発現させることが容易となり、ソース電極となる第１の電極およびドレイン電極となる第３の電極のいずれか一方または双方と半導体層との間の接触抵抗を低下させることができる。その結果、従来のものと比べて、高性能な半導体素子を提供することができる。

また、本実施の形態においては、半導体層が有機物半導体の場合により効果を奏する。有機半導体はキャリア密度が１０^１０ｃｍ^−１〜１０^１７ｃｍ^−１未満と一般的に低く、金属と接触抵抗が発生しやすい。有機半導体においてキャリアタイプは、有機半導体のＨＯＭＯ、ＬＵＭＯと、電極金属の仕事関数の相対関係に影響をうけることが知られ、有機半導体のＨＯＭＯと電極の仕事関数の差、もしくは有機半導体のＬＵＭＯと電極の仕事関数の差において、前者が後者より小さい場合はＰ型、前者が後者より大きい場合はＮ型となる傾向がある。非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜は、低い仕事関数を有するため、有機半導体に電子を注入することができる。すなわち、有機半導体をＮ型として用いることができる。

例えば、半導体層として、有機物半導体の一種であるＣ６０フラーレンからなる層を用いることができる。Ｃ６０フラーレンの仕事関数は、４．６ｅＶである。ソース電極およびドレイン電極として金（Ａｕ）を適用するとき、Ａｕの仕事関数は５．０ｅＶである。この場合、ソース電極およびドレイン電極のいずれか一方または双方と半導体層とを直接接合させると、Ａｕの仕事関数が大きいため、オーミック接合は発現させにくい。これに対して、本実施の形態においては、ソース電極となる第１の電極およびドレイン電極となる第３の電極のいずれか一方または双方と半導体層との間に、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜が配置される。この薄膜の仕事関数は、２．４ｅＶ〜４．５ｅＶの範囲であり、例えば２．８ｅＶ〜３．２ｅＶの範囲とすることができ、Ｃ６０フラーレンの仕事関数と比較して充分低くすることができる。しかも、この薄膜は化学的に安定なため反応層を形成しにくい。また、ソース電極となる第１の電極およびドレイン電極となる第３の電極と非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜との界面においては、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜の電子濃度が高いため、トンネル効果により接触抵抗が低下される。このため、オーミック接合を発現させることが容易となり、ソース電極となる第１の電極およびドレイン電極となる第３の電極のいずれか一方または双方と半導体層との間の接触抵抗を低下させることができる。その結果、従来のものと比べて、高性能な半導体素子を提供することができる。

なお、本実施の形態は、第１の電極がコレクタ、第３の電極がエミッタであっても同様である。

（非晶質酸化物のエレクトライド）
本願において、「カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライド」、すなわち「非晶質酸化物のエレクトライド」は、カルシウム原子、アルミニウム原子および酸素原子から構成される非晶質を溶媒とし、電子を溶質とする溶媒和からなる非晶質固体物質を意味する。非晶質酸化物中の電子は、陰イオンとして働く。電子はバイポーラロンとして存在してもよい。

図１４には、非晶質酸化物のエレクトライドの構造を概念的に示す。

図１４に示すように、非晶質酸化物のエレクトライド７０は、カルシウム原子、アルミニウム原子および酸素原子から構成される非晶質からなる溶媒７２中に、バイポーラロン７４と呼ばれる特徴的な部分構造が分散された状態で存在する。バイポーラロン７４は、２つのケージ７６が隣接し、さらにそれぞれのケージ７６に、電子（溶質）７８が包摂されて構成されている。ただし、非晶質酸化物の状態は上記に限られず、ひとつのケージ７６に２つの電子（溶質）７８が包接されてもよい。また、これらのケージが複数凝集した状態でもよく、凝集したケージは微結晶とみなすこともできるため、非晶質中に微結晶が含まれた状態も本発明において非晶質とみなす。

本実施の形態において、非晶質酸化物のエレクトライドは、バイポーラロンのケージ構造が保持される範囲で、カルシウム原子、アルミニウム原子、酸素原子のほかに、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＢからなる群から選択される１以上の原子を含んでいてもよい。また、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＣｕからなる群から選択される１以上の原子、Ｌｉ、Ｎａ、およびＫからなる群から選択される１以上の原子、またはＣｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＹｂからなる群から選択される１以上の原子を含んでいてもよい。

また、本実施の形態において、非晶質酸化物のエレクトライドは、２つのケージに包接されている２つの電子が、他の陰イオンに置換された化合物であってもよい。他の陰イオンとしては、例えば、Ｈ⁻、Ｈ_２ ⁻、Ｈ^２−、Ｏ⁻、Ｏ_２ ⁻、ＯＨ⁻、Ｆ⁻、Ｃｌ⁻、およびＳ^２−からなる群から選択される１以上の陰イオンが挙げられる。

また、非晶質酸化物のエレクトライドは、半導体的な電気的特性を示し、低い仕事関数を有する。仕事関数は２．４ｅＶ〜４．５ｅＶであってもよく、２．８ｅＶ〜３．２ｅＶであることが好ましい。

（非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜）
バイポーラロンは、光子エネルギーが１．５５ｅＶ〜３．１０ｅＶの可視光の範囲では光吸収がほとんどなく、４．６ｅＶ付近で光吸収を示す。従って、本実施の形態において用いられる非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜は、可視光において透明である。また、薄膜サンプルの光吸収特性を測定し、４．６ｅＶ付近の光吸収係数を測定することにより、薄膜サンプル中にバイポーラロンが存在するかどうか、すなわち薄膜サンプルが非晶質酸化物のエレクトライドを有するかどうかを確認することができる。

本実施の形態においては、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜において、前記４．６ｅＶの位置での光吸収値は、１００ｃｍ^−１以上であってもよく、２００ｃｍ^−１以上であってもよい。非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜において、４．６ｅＶの光子エネルギー位置における光吸収係数に対する、３．３ｅＶの位置における光吸収係数の比は、０．３５以下であってもよい。

本実施の形態においては、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜におけるアルミニウム原子とカルシウム原子のモル比（Ｃａ／Ａｌ）は、０．３〜５．０の範囲が好ましい。０．３以上であると、高い電子密度を保持できる。また、５．０以下であると、薄膜の耐久性に優れる。０．５〜１．６の範囲がより好ましく、０．６〜１．２の範囲が特に好ましい。薄膜の組成分析は、ＸＰＳ法、ＥＰＭＡ法またはＥＤＸ法等により行うことができる。膜厚が１００ｎｍ以下の場合はＸＰＳ法、５０ｎｍ以上の場合はＥＰＭＡ法、３μｍ以上の場合はＥＤＸ法による分析が可能である。

本実施の形態においては、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜は、微結晶を含んでいてもよい。薄膜内に微結晶が含有されているか否かは、例えば薄膜の断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真などから判断される。結晶状態における組成は、Ｃａ_１２Ａｌ_１４Ｏ_{（３３−Ｘ）}（ｘ＝０〜１）で表される。

本実施の形態においては、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜は、電子密度が２．０×１０^１７ｃｍ^−３以上２．３×１０^２１ｃｍ^−３以下の範囲で電子を含むことが好ましい。電子密度は、１．０×１０^１８ｃｍ^−３以上がより好ましく、１×１０^１９ｃｍ^−３以上がさらに好ましく、１×１０^２０ｃｍ^−３以上が特に好ましい。

なお、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜の電子密度は、ヨウ素滴定法により測定することができる。ちなみに、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜におけるバイポーラロンの密度は、測定された電子密度を１／２倍することにより算定することができる。

このヨウ素滴定法は、５ｍｏｌ／ｌのヨウ素水溶液中に非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜のサンプルを浸漬し、塩酸を加えて溶解させた後、この溶液中に含まれる未反応ヨウ素の量を、チオ硫酸ナトリウムで滴定検出する方法である。この場合、サンプルの溶解により、ヨウ素水溶液中のヨウ素は、下記の（１）に示す式の反応によりイオン化する。

Ｉ_２＋ｅ⁻→２Ｉ⁻ （１）

また、チオ硫酸ナトリウムでヨウ素水溶液を滴定した場合、下記の（２）に示す式の反応により、未反応のヨウ素がヨウ化ナトリウムに変化する。

２Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３＋Ｉ_２→２ＮａＩ＋Ｎａ_２Ｓ_４Ｏ_６ （２）

最初の溶液中に存在するヨウ素量から、（２）式で滴定検出されたヨウ素量を差し引くことにより、（１）式の反応で消費されたヨウ素量が算定される。これにより、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜のサンプル中の電子密度を測定することができる。ヨウ素滴定法は、薄膜が非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜または後述する結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの薄膜のいずれにおいても適用可能である。

本実施の形態においては、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜の膜厚は、これに限られるものではないが、例えば、１００ｎｍ以下であってもよく、１０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下がより好ましい。０．５ｎｍ以上であってもよい。

非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜は、ケージ中の電子のホッピング伝導により、導電性を有する。本実施の形態において用いられる非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜の室温における直流電気伝導率は、１０^−１１Ｓ・ｃｍ^−１〜１０^−１Ｓ・ｃｍ^−１であってもよく、また、１０^−７Ｓ・ｃｍ^−１〜１０^−３Ｓ・ｃｍ^−１であってもよい。

また、この薄膜のイオン化ポテンシャルは７．０ｅＶ〜９．０ｅＶであってもよく、７．５ｅＶ〜８．５ｅＶであってもよい。

非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜は、バイポーラロン７４のほかに、部分構造として、酸素欠損に電子が一つ捕獲された、Ｆ^＋センターを有することがある。Ｆ^＋センターは複数のＣａ^２＋イオンに１つの電子が取り囲まれて構成されており、ケージは有さない。Ｆ^＋センターの性質としては、３．３ｅＶを中心として、１．５５ｅＶ〜３．１０ｅＶの可視光の範囲で光吸収を有するものである。

Ｆ^＋センターの濃度が５×１０^１８ｃｍ^−３未満であると、薄膜の透明性が高まるため、好ましい。Ｆ^＋センターの濃度が、１×１０^１８ｃｍ^−３以下であるとより好ましく、１×１０^１７ｃｍ^−３以下であるとさらに好ましい。なお、Ｆ^＋センターの濃度は、ＥＳＲにおける、ｇ値１．９９８の信号強度により測定できる。

非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜は、多結晶薄膜と比較して、結晶粒界を有さないため、平坦性に優れている。本実施の形態において用いられる非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜の表面の自乗平均面粗さ（ＲＭＳ）は、０．１ｎｍ〜１０ｎｍであってもよく、また、０．２ｎｍ〜５ｎｍであってもよい。ＲＭＳが２ｎｍ以下であると、素子の特性が向上するため、より好ましい。また、ＲＭＳが１０ｎｍ以上であると素子の特性が低下するおそれがあるため、研磨工程などを追加する必要が生じる。上記のＲＭＳは、たとえば、原子間力顕微鏡を用いて測定することができる。

非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜の組成は、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３の化学量論比と異なっていてもよく、製造の際に用いたターゲットの組成比と異なっていてもよい。

図１に基づき本実施の形態における半導体素子であるＳＩＴ素子について説明する。

図１に示す半導体素子は、基板１１０、第１の電極１２１、第２の電極１２２、第３の電極１２３、および半導体層１３０を有する。本実施の形態における半導体素子は、基板１１０の厚さ方向において、基板１１０、第１の電極１２１、第３の電極１２３がこの順に配置される構造を含む。

第１の電極１２１と第３の電極１２３との間に半導体層１３０が存在する。第１の電極１２１および第３の電極１２３のいずれか一方または双方と半導体層１３０との間には、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜により構成されるエレクトライド層が設けられる。図１では、第１の電極１２１と半導体層１３０との間に第１のエレクトライド層１４１が設けられ、半導体層１３０と第３の電極１２３との間に第２のエレクトライド層１４２が設けられている例を示している。

図１における半導体素子は、第２の電極１２２に印加される電圧または電流を制御することにより、第１の電極１２１と第３の電極１２３との間に半導体層１３０を通って流れる電流が制御される。第２の電極１２２は、前述の第１の電極１２１と第３の電極１２３との間に半導体層１３０を通って流れる電流を制御でき、該電流の経路（チャネル）を阻害しない位置に配置すればよい。例えば、基板の厚さ方向において、第１の電極１２１と第３の電極１２３との間に第２の電極１２２を配置すればよい。基板１１０の厚さ方向において、第１の電極１２１の上面、第２の電極１２２の下面、第２の電極の上面、第３の電極１２３の下面が、この順に位置するように配置されることが好ましい。図１では、２つの第２の電極１２２が、半導体層１３０の内部に配置された例を示している。第２の電極１２２の個数は特に限定されず、複数でも単数でもよい。

図１では、基板の厚さ方向に沿って、第１の電極１２１と第３の電極１２３との間を、第２の電極１２２で分断されない領域の（第２の電極１２２が設けられていない領域の）半導体層１３０を通って電流が流れることが可能である。

第１の電極１２１はソース電極、第２の電極１２２はゲート電極、第３の電極１２３はドレイン電極であってよい。第２の電極１２２にゲート電圧を印加することにより、第１の電極１２１と第３の電極１２３との間における半導体層１３０にチャネルが形成される。このように、半導体層１３０にチャネルが形成されることにより、第１の電極１２１と第３の電極１２３との間に電流を流すことができる。第１の電極１２１と第３の電極１２３との間に流れる電流は、第２の電極１２２に印加されるゲート電圧により制御することができる。尚、本実施の形態においては、ソース電極が形成される部分とドレイン電極が形成される部分とを入れ換えて、第１の電極１２１をドレイン電極とし、第３の電極１２３をソース電極としてもよい。

また、本実施の形態は、第１の電極１２１をコレクタ、第２の電極１２２をベース、第３の電極１２３をエミッタとした半導体素子であってもよい。この場合、第２の電極１２２であるベースと第３の電極１２３であるエミッタとの間に電流を流すことにより、第１の電極１２１であるコレクタと第３の電極１２３であるエミッタとの間に電流を流すことができる。

尚、図１における半導体素子においては、第１のエレクトライド層１４１および第２のエレクトライド層１４２は、いずれか一方が形成されている構造のものであってもよく、双方が形成されている構造のものであってもよい。

前述したように、第１のエレクトライド層１４１および第２のエレクトライド層１４２を構成している非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜は、仕事関数が小さく、電子密度が高いという特徴を有している。よって、第１の電極１２１と半導体層１３０との間に、第１のエレクトライド層１４１を設けた場合には、第１の電極１２１と半導体層１３０との界面における接触抵抗を低くすることができる。同様に、第３の電極１２３と半導体層１３０との間に、第２のエレクトライド層１４２を設けた場合には、第３の電極１２３と半導体層１３０との界面における接触抵抗を低くすることができる。このため、本実施の形態における半導体素子は、従来の半導体素子と比べて、動作特性を向上させることができる。

（基板１１０）
基板１１０を構成している材料は、特に限定されるものではない。基板１１０は、例えば、ガラス基板、セラミック基板、プラスチック基板、および樹脂基板等の絶縁基板であってもよい。あるいは、基板１１０は、半導体基板および金属基板であり、表面に絶縁層が形成されていてもよい。

（半導体層１３０）
半導体層１３０を構成している材料は、半導体としての性質を示すものであれば、特に限定されない。半導体層１３０は、Ｎ型半導体材料により構成されてもよい。また、半導体層１３０は、例えば、酸化物半導体および有機半導体など、一般的な半導体材料で構成されてもよい。

酸化物半導体としては、例えばＩｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇｄ、Ｃｄ、Ｚｒ、Ｙ、Ｌａ、およびＴａ等の遷移金属の酸化物や、ＳｒＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＺｎＯ・Ｒｈ_２Ｏ_３、ＣｕＧａＯ_２、およびＳｒＣｕ_２Ｏ_２等の酸化物が挙げられる。例えば、酸化物半導体は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、およびＣｄのうちの少なくとも１種の酸化物を含んでもよい。酸化物半導体は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、およびＧａのうちの少なくとも１種の酸化物を含むことが好ましく、Ｉｎ、Ｇａ、およびＺｎのうちの少なくとも１種を含む酸化物（例えばＩｎ−Ｏ系）を含むことがより好ましい。

例えば、酸化物半導体は、Ｉｎ、Ｇａ、およびＺｎのうちの少なくとも２種、例えば全ての酸化物を含んでもよい。そのような酸化物半導体の一例は、ＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）、ＩＴＯ（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ）、ＩＳＺＯ（Ｉｎ−Ｓｉ−Ｚｎ−Ｏ）、ＩＧＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ）、ＩＴＺＯ（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ）、ＩＺＯ（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）、およびＩＨＺＯ（Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ−Ｏ）等である。このような酸化物半導体で構成される膜は、非晶質であってもよく、結晶質であってもよく、非晶質と結晶質とを含む状態であってもよい。

一方、有機半導体としては、例えば、多環芳香族化合物、共役二重結合化合物、マクロ環化合物、金属フタロシアニン錯体、電荷移動錯体、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、オリゴチオフェン類、フラーレン類、カーボンナノチューブ、などが挙げられる。例えばポリピロール、ポリチオフェン、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリチエニレンビニレン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリアニリン、ポリジアセチレン、ポリアズレン、ポリピレン、ポリカルバゾール、ポリセレノフェン、ポリフラン、ポリ（ｐ−フェニレン）、ポリインドール、ポリビリダジン、ナフタセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、トリフェノジオキサジン、トリフェノジリアジン、ヘキサセン−６，１５−キノン、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィド、ポリビニルピリジン、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、アントラセンテトラカルボン酸ジイミド、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８４、およびこれらの誘導体を用いることができる。また、これらの具体例としては、一般的にＰ型半導体とされるペンタセン、テトラセン、α−セキシチオフェン（６Ｔ）、銅フタロシアニン、ビス（１，２，５−チアジアゾロ）−ｐ−キノビス（１，３−ジチオール）、ルブレン、ポリ（２，５−チエニレンビニレン）（略称：ＰＴＶ）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）（略称：Ｐ３ＨＴ）、（ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレニル−２，７−ジイル）−ｃｏ−ビチオフェン］）（略称：Ｆ８Ｔ２）等がある。また、一般にＮ型半導体とされる７，７，８，８，−テトラシアノキノジメタン（略称：ＴＣＮＱ）ペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸二無水物（略称：ＰＴＣＤＡ）、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（略称：ＮＴＣＤＡ）、Ｎ，Ｎ'−ジオクチル−３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（略称：ＰＴＣＤＩ−Ｃ８Ｈ）、銅（ＩＩ）１，２，３，４，８，９，１０，１１，１５，１６，１７，１８，２２，２３，２４，２５−フキサデカフルオロ−２９Ｈ，３１Ｈ−フタロシアニン（略称：Ｆ１６ＣｕＰｃ）、３'，４'−ジブチル−５，５''−ビス（ジシアノメチレン）−５，５''−ジヒドロ−２，２'：５'，２''−テルチオフェン）（略称： ＤＣＭＴ）等がある。なお、有機半導体においてＰ型やＮ型の特性は、その物質固有のものではなく、キャリアを注入する電極との関係や注入の際の電界の強度に依存する。

（第１の電極１２１、第３の電極１２３）
第１の電極１２１および第３の電極１２３を構成する材料は、導電性を有するものであれば、特に限定されるものではない。第１の電極１２１および第３の電極１２３は、例えば、金属で構成されてもよい。具体的には、第１の電極１２１および第３の電極１２３は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、およびＷから選ばれた少なくとも一つの元素を含む合金であってもよい。

また、第１の電極１２１および第３の電極１２３は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、アンチモン酸化物（Ｓｂ_２Ｏ_３）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ_２）、スズ酸化物（ＳｎＯ_２）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３：アルミニウムがドーピングされた亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ_２Ｏ_３：ガリウムがドーピングされた亜鉛酸化物）、ＮｂドープＴｉＯ_２、ＴａドープＴｉＯ_２、およびＩＷＺＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＷＯ_３−ＺｎＯ：三酸化タングステンおよび酸化亜鉛がドーピングされたインジウム酸化物）等の金属酸化物材料であってもよい。

半導体層１３０が有機半導体で構成される場合、第１の電極１２１および第３の電極１２３は、白金、金、アルミニウム、クロム、ニッケル、コバルト、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、およびナトリウムなどの金属およびそれらを含む合金で構成されてもよい。

半導体層１３０は、仕事関数が３．５ｅＶ〜７．０ｅＶであってもよく、４．０ｅＶ〜５．０ｅＶであることが好ましい。また、半導体層１３０は、キャリア密度が１０^１１ｃｍ^−３〜１０^１７ｃｍ^−３未満であってもよく、１０^１４ｃｍ^−３〜１０^１６ｃｍ^−３であることが好ましい。

（第２の電極１２２）
第２の電極１２２を構成する材料は、導電性を有するものであれば、特に限定されるものではない。

第２の電極１２２は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、およびＷから選ばれた元素を成分とする金属もしくは合金、または上述した元素から選ばれた２つ以上の元素を成分とする合金であってもよい。また、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、アンチモン酸化物（Ｓｂ_２Ｏ_３）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ_２）、スズ酸化物（ＳｎＯ_２）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３：アルミニウムがドーピングされた亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ_２Ｏ_３：ガリウムがドーピングされた亜鉛酸化物）、ＮｂドープＴｉＯ_２、ＴａドープＴｉＯ_２、およびＩＷＺＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＷＯ_３−ＺｎＯ：三酸化タングステンおよび酸化亜鉛がドーピングされたインジウム酸化物）等の金属酸化物材料であってもよい。

尚、第１の電極１２１、第２の電極１２２および第３の電極１２３等を金属により形成する場合には、可視光を透過する程度に薄くすることで、透明電極として使用することも可能である。

（半導体層１３０の形成方法）
半導体層１３０の形成方法は、従来から実施されている方法により成膜することにより形成してもよい。半導体層１３０が酸化物半導体の場合、半導体層１３０は、スパッタリング等により成膜することができる。また、半導体層１３０が有機半導体の場合、半導体層１３０は、蒸着法、スピンコート法、または液滴吐出法等により成膜することができる。

成膜された半導体層１３０は、所望の形状やパターンとなるように形成してもよい。例えば、半導体層１３０は、フォトリソグラフィー等を行うことにより、所望の形状やパターンとなるように形成することができる。また、有機半導体の場合は、液滴吐出法などにより、半導体層１３０を所望の形状やパターンとなるように直接形成することも可能である。

（非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜の形成方法）
第１のエレクトライド層１４１および第２のエレクトライド層１４２を構成している非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜は、例えば、スパッタリング等により成膜することにより形成することが可能である。

一例として、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜の成膜方法としては、電子密度が２．０×１０^１７ｃｍ^−３〜２．３×１０^２１ｃｍ^−３の結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドのターゲットを作製し、作製された結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドのターゲットを用いて、酸素分圧が０．１Ｐａ未満の雰囲気下で、スパッタリング等を行なうことにより、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を成膜することができる。尚、結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドのターゲットは、結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドにより形成されている。

（結晶質Ｃ１２Ａ７）
本願において、「結晶質Ｃ１２Ａ７」とは、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３の結晶、およびこれと同等の結晶構造を有する同型化合物を意味する。本化合物の鉱物名は、「マイエナイト」である。

本実施の形態において用いられる結晶質Ｃ１２Ａ７は、結晶格子の骨格により形成されるケージ構造が保持される範囲で、Ｃ１２Ａ７結晶骨格のＣａ原子および／またはＡｌ原子の一部乃至全部が他の原子に置換された化合物、ならびにケージ中のフリー酸素イオンの一部乃至全部が他の陰イオンに置換された同型化合物であってもよい。なお、Ｃ１２Ａ７は、Ｃａ_１２Ａｌ_１４Ｏ_３３またはＣａ_２４Ａｌ_２８Ｏ_６６と表記されることがある。

同型化合物としては、これに限られるものではないが、例えば、下記の（１）〜（５）の化合物が例示される。
（１）結晶中のＣａ原子の一部乃至全部が、Ｓｒ、Ｍｇ、およびＢａからなる群から選択される一以上の金属原子に置換された同型化合物。例えば、Ｃａ原子の一部乃至全部がＳｒに置換された化合物としては、ストロンチウムアルミネートＳｒ_１２Ａｌ_１４Ｏ_３３があり、ＣａとＳｒの混合比が任意に変化された混晶として、カルシウムストロンチウムアルミネートＣａ_１２−ｘＳｒ_ＸＡｌ_１４Ｏ_３３（ｘは１〜１１の整数；平均値の場合は０超１２未満の数）などがある。
（２）結晶中のＡｌ原子の一部乃至全部が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＢからなる群から選択される一以上の原子に置換された同型化合物。例えば、Ｃａ_１２Ａｌ_１０Ｓｉ_４Ｏ_３５などが挙げられる。
（３）１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３の結晶（上記（１）、（２）の化合物を含む）中の金属原子および／または非金属原子（ただし、酸素原子を除く）の一部が、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＣｕからなる群から選択される一以上の原子、Ｌｉ、Ｎａ、およびＫからなる群から選択される一以上のアルカリ金属原子、またはＣｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＹｂからなる群から選択される一以上の希土類原子と置換された同型化合物。
（４）ケージに包接されているフリー酸素イオンの一部乃至全部が、他の陰イオンに置換された化合物。他の陰イオンとしては、例えば、Ｈ⁻、Ｈ_２ ⁻、Ｈ^２−、Ｏ⁻、Ｏ_２ ⁻、ＯＨ⁻、Ｆ⁻、Ｃｌ⁻、およびＳ^２−からなる群から選択される一以上の陰イオンや、窒素（Ｎ）の陰イオンなどがある。
（５）ケージの骨格の酸素の一部が、窒素（Ｎ）などで置換された化合物。

（結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド）
本願において、「結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド」とは、前述の「結晶質Ｃ１２Ａ７」において、ケージに包接されたフリー酸素イオン（ケージに包接された他の陰イオンを有する場合は、当該陰イオン）の一部乃至全部が電子に置換された化合物を意味する。

結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドにおいて、ケージに包接された電子は、ケージに緩く束縛され、結晶中を自由に動くことができる。このため、結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドは、導電性を示す。特に、全てのフリー酸素イオンが電子で置き換えられた結晶質Ｃ１２Ａ７は、［Ｃａ_２４Ａｌ_２８Ｏ_６４］^４＋（４ｅ⁻）と表記されることがある。

「結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド」は、Ｃａ原子、Ａｌ原子、およびＯ原子を含み、Ｃａ：Ａｌのモル比が１３：１３〜１１：１５の範囲であり、Ｃａ：Ａｌのモル比は、１２．５：１３．５〜１１．５：１４．５の範囲であることが好ましく、１２．２：１３．８〜１１．８：１４．２の範囲であることがより好ましい。

結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドのターゲットの製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば、従来のバルク状の結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの製造方法を用いて製造してもよい。具体的には、結晶質Ｃ１２Ａ７の焼結体を、Ｔｉ、Ａｌ、ＣａまたはＣなどの還元剤の存在下で、１１５０℃〜１４６０℃程度、好ましくは、１２００℃〜１４００℃程度に加熱処理することにより、結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド製のターゲットを製造してもよい。結晶質Ｃ１２Ａ７の粉体を圧縮して成形した圧粉体をターゲットとして用いてもよい。結晶質Ｃ１２Ａ７の焼結体を、カーボンおよび金属アルミニウムの存在下で、焼結体と金属アルミニウムが接触しない状態に保ちながら、１２３０℃〜１４１５℃で加熱処理することにより、効率的に大面積の結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド製のターゲットを作製できる。

ここで、このターゲットである結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度は、２．０×１０^１７ｃｍ^−３〜２．３×１０^２１ｃｍ^−３の範囲となるように形成されている。尚、結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度は、１×１０^１８ｃｍ^−３以上であることが好ましく、１×１０^１９ｃｍ^−３以上であることが好ましく、１×１０^２０ｃｍ^−３以上がより好ましく、５×１０^２０ｃｍ^−３以上がさらに好ましく、１×１０^２１ｃｍ^−３以上が特に好ましい。ターゲットを構成する結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度が高いほど、低い仕事関数を有する非晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドが得られやすくなる。特に、仕事関数が３．０ｅＶ以下である非晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドを得るには、結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度は、１．４×１０^２１ｃｍ^−３以上がより好ましく、１．７×１０^２１ｃｍ^−３以上がさらに好ましく、２×１０^２１ｃｍ^−３以上が特に好ましい。特に、すべてのフリー酸素イオン（他の陰イオンを有する場合は当該陰イオン）が電子で置換された場合、結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度は、２．３×１０^２１ｃｍ^−３となる。結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度が２．０×１０^１７ｃｍ^−３を下回ると、成膜によって得られる非晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド薄膜の電子密度が小さくなる。

なお、Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度は、上述したヨウ素滴定法により、測定することができる。

結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度は、光吸収測定法により、測定することができる。結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドは、２．８ｅＶ付近に特有の光吸収を有するので、その吸収係数を測定することにより、電子密度を求めることができる。特に、試料が焼結体である場合は、焼結体を粉砕して、粉末としたのち、拡散反射法を用いると簡便である。

得られたターゲットは、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を成膜する際の原料ソースとして使用される。

なお、ターゲットの表面は、使用前に、機械的手段等により研磨されてもよい。一般に、従来の方法で得られた結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドのバルク体は、表面に、ごく薄い被膜（異物）を有する場合がある。表面にこのような被膜が形成されたターゲットをそのまま使用して、成膜処理を実施した場合、得られる薄膜の組成が所望の組成比から逸脱する可能性がある。しかしながら、ターゲット表面の研磨処理を実施しておくことにより、このような問題を有意に抑制することができる。

このように作製された結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドのターゲットを用いて、気相蒸着法により成膜が行われる。

本願において、「気相蒸着法」とは、物理気相成膜（ＰＶＤ）法、ＰＬＤ法、スパッタリング法、および真空蒸着法を含む、ターゲット原料を気化させてからこの原料を基板上に堆積させる成膜方法の総称を意味する。「気相蒸着法」の中でも、特に、スパッタリング法が好ましい。スパッタリング法では、大面積領域に、比較的均一に薄膜を成膜することができる。なお、スパッタリング法には、ＤＣ（直流）スパッタリング法、高周波スパッタリング法、ヘリコン波スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、およびマグネトロンスパッタリング法等が含まれる。

以下、スパッタリング法により非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜の成膜を行う場合を例として説明する。

基板等に非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を成膜する際の基板温度は、特に限定されるものではなく、室温〜例えば７００℃までの範囲の、いかなる温度に設定してもよい。なお、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を成膜する際に、基板を必ずしも「積極的に」加熱する必要はない。ただし、蒸着源の輻射熱によって、被成膜基板の温度が「付随的に」上昇する場合はあり得る。尚、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を成膜する際の基板の温度は、５００℃以下であってもよく、２００℃以下であってもよい。

非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜が成膜される基板等を「積極的に」加熱しない場合、基板の材料として、例えばガラスやプラスチックのような、７００℃を超える高温側で耐熱性が低下する材料を使用することが可能になる。

成膜時における成膜チャンバー内の酸素分圧は、０．１Ｐａ未満であることが好ましい。酸素分圧は、０．０１Ｐａ以下であることが好ましく、１×１０^−３Ｐａ以下であることがより好ましく、１×１０^−４Ｐａ以下であることがさらに好ましく、１×１０^−５Ｐａ以下であることが特に好ましい。酸素分圧が０．１Ｐａ以上になると、成膜された薄膜に酸素が取り込まれ、電子密度が低下するおそれがある。

また、成膜時における成膜チャンバー内の水素分圧は、０．００４Ｐａ未満であることが好ましい。０．００４Ｐａ以上であると、成膜された薄膜中に水素またはＯＨ成分が取り込まれ、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜の電子密度が低下する可能性がある。

スパッタリングによる成膜に用いられるスパッタガスは、特に限定されるものではないが、不活性ガスまたは希ガスであってもよい。不活性ガスとしては、例えば、Ｎ_２ガスが挙げられる。また、希ガスとしては、Ｈｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｋｒ（クリプトン）、およびＸｅ（キセノン）が挙げられる。これらは、単独で使用しても、他のガスと併用してもよい。あるいは、スパッタガスは、ＮＯ（一酸化窒素）のような還元性ガスであってもよい。

成膜チャンバー内におけるスパッタガス（チャンバー内の圧力）の圧力は、特に限られず、所望の薄膜が得られるように、自由に選定することができる。特に、スパッタガス（チャンバー内の圧力）の圧力Ｐ（Ｐａ）は、基板とターゲットの間の距離をｔ（ｍ）とし、ガス分子の直径をｄ（ｍ）としたとき、下記（３）に示す式を満たすように設定してもよい。

８．９×１０^−２２／（ｔｄ^２）＜Ｐ＜４．５×１０^−２０／（ｔｄ^２） （３）

この場合、スパッタ粒子の平均自由行程が、ターゲット〜被成膜基板間の距離とほぼ等しくなり、スパッタ粒子が残存酸素と反応することが抑制される。また、この場合、スパッタリング装置として、背圧が比較的高く、安価で簡易的な真空装置を用いることが可能となる。

以上、スパッタリング法を例に、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を成膜する方法について、簡単に説明した。しかしながら、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜の成膜方法は、これに限定されるものではなく、工程を適宜変更してもよく、また、各種工程を追加してもよい。

例えば、スパッタリング法により、非晶質酸化物のエレクトライドの成膜を開始する前に、ターゲットに対して、プレスパッタリング処理（ターゲットの表面のエッチング処理）が実施されてもよい。プレスパッタリング処理を実施することにより、ターゲットの表面が清浄化され、その後の成膜処理（本成膜）において、所望の組成の薄膜を形成することが容易となる。

即ち、ターゲットを長時間使用すると、ターゲットの表面に酸素が取り込まれ、ターゲットを構成する結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度が低下する場合がある。このようなターゲットを使用した場合、成膜された薄膜においても、電子密度が低下するおそれがある。また、ターゲットを長時間使用すると、ターゲット（すなわち結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド）を構成する各成分のスパッタ速度の違いにより、ターゲットの組成が、最初の組成から逸脱するおそれがある。このようなターゲットを使用した場合、成膜された薄膜においても、組成が所望の値から逸脱するおそれがある。しかしながら、プレスパッタリング処理を実施することにより、このような問題が抑制される。

なお、プレスパッタリング処理に使用されるガスは、本成膜の際に使用されるスパッタガスと同一であっても異なっていてもよい。特に、プレスパッタリング処理に使用されるガスは、Ｈｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ｎ_２（窒素）、Ａｒ（アルゴン）、および／またはＮＯ（一酸化窒素）であることが好ましい。

このような方法により、第１の電極１２１、または、半導体層１３０の上に、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜が成膜される。

尚、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を所望の形状となるように形成する場合には、フォトリソグラフィー処理等により、所望の形状やパターンとなるようにパターン化等して形成してもよい。

非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜は、パターン化した後に熱処理することが好ましい。熱処理温度は、３００℃以上が好ましく、５００℃以上がより好ましい。熱処理温度の上限は、基板や成膜された膜が耐えられる温度以下である、７００℃以下が好ましい。所定の温度における保持時間は、１分〜２時間であってもよく、１０分〜１時間であってもよい。また、熱処理するタイミングは、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜をパターン化した後でもよいし、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜上に第３の電極１２３を形成した後でもよいし、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜上に半導体層１３０を形成した後でもよい。熱処理することにより、パターン化する際に非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜がダメージを受けた場合、ダメージの回復を図ることができる。

（第１の電極１２１、第３の電極１２３の形成方法）
第１の電極１２１および第３の電極１２３は、従来から実施されているソース電極およびドレイン電極またはコレクタおよびエミッタを形成する各種方法により形成することができる。

第１の電極１２１および第３の電極１２３を形成する導電層を成膜後に、膜のフォトリソグラフィー処理等を行うことにより、第１の電極１２１および第３の電極１２３を形成してもよい。

尚、本実施の形態においては、第１の電極１２１の上に、第１のエレクトライド層１４１が形成されており、第１のエレクトライド層１４１の上に、半導体層１３０が形成されている。また、半導体層１３０の上に、第２のエレクトライド層１４２が形成されており、第２のエレクトライド層１４２の上に、第３の電極１２３が形成されている。これにより、第１の電極１２１と半導体層１３０との間、また、第３の電極１２３と半導体層１３０との間における接触抵抗が低減される。

（第２の電極１２２の形成方法）
本実施の形態における半導体素子においては、半導体層１３０の内部に、第２の電極１２２が形成される。第２の電極１２２は、従来から実施されているゲート電極またはベースを形成する各種方法により形成することができる。例えば、第２の電極１２２は、スパッタリング法および蒸着法等により形成してもよい。第２の電極１２２は、第２の電極１２２を形成する導電層を成膜後に、膜のフォトリソグラフィー処理等を行うことにより、第２の電極１２２が所望の形状となるように形成してもよい。

尚、本実施の形態においては、本実施の形態における半導体素子に用いられる基板、電極、半導体のすべてを透明な材料とすることにより、透明な半導体素子を作製することが可能である。

〔第２の実施の形態〕
本実施の形態では、上記図１のＳＩＴ素子とは異なる構成のＳＩＴ素子について、図２に基づき説明する。

図２に示すＳＩＴ素子は、図１のＳＩＴ素子と同様に、基板１１０の厚さ方向において、第１の電極１２１、第３の電極１２３がこの順に配置される構造を含んでいる。

第１の電極１２１は、絶縁膜１５１によって複数の電極に分離されていてもよい。複数の第３の電極１２３は、半導体層１３０を間に介して、個々の第１の電極１２１に対向する位置に配置されていればよい。第１の電極１２１および第３の電極１２３との間のいずれか一方または双方と半導体層１３０との間には、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜により構成されるエレクトライド層が設けられる。図２では、第１の電極１２１と半導体層１３０との間に第１のエレクトライド層１４１が設けられ、半導体層１３０と第３の電極１２３との間に第２のエレクトライド層１４２が設けられる例を示している。また、図２の場合、第１のエレクトライド層１４１は、絶縁膜１５１によって第１の電極１２１と同じように複数に分離されればよい。

絶縁膜１５１は、第１の電極１２１および第１のエレクトライド層１４１を複数に分離するように設ければよい。そのために、絶縁膜１５１は、第１の電極１２１の膜厚と第１のエレクトライド層１４１の膜厚の和よりも厚く設ければよい。

第２の電極１２２は、絶縁膜１５１の上に配置すればよい。また、絶縁膜１５１の膜厚を調整することによって、基板１１０の厚さ方向において、第１の電極１２１と第３の電極１２３との間に第２の電極１２２を配置すればよい。第１の電極１２１、第２の電極１２２、および第３の電極１２３の個数は特に限定されず、単数でも複数でもよい。

図２における半導体素子は、基板の厚さ方向に沿って、第１の電極１２１と第３の電極１２３との間の半導体層１３０を通って電流が流れることが可能である。

尚、図２における半導体素子においては、第１のエレクトライド層１４１および第２のエレクトライド層１４２は、いずれか一方が形成されている構造のものであってもよく、双方が形成されている構造のものであってもよい。第１の電極１２１はソース電極、第２の電極１２２はゲート電極、第３の電極１２３はドレイン電極であってよい。

第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ構成については、説明を省略する。

〔第３の実施の形態〕
本実施の形態では、上記図１のＳＩＴ素子とは異なる構成のＳＩＴ素子について、図３に基づき説明する。

図３に示すＳＩＴ素子は、図１のＳＩＴ素子と同様に、基板１１０の厚さ方向において、第１の電極１２１、第３の電極１２３がこの順に配置される構造を含んでいる。

第２の電極１２２は、半導体層１３０の上に配置される。つまり、図３では、半導体層１３０の上に、第２の電極１２２および第３の電極１２３が配置される。

図３では、第２の電極１２２が、第３の電極１２３の両側方に配置された例を示している。第２の電極１２２の個数は特に限定されず、複数でも単数でもよい。

図３では、基板１１０の厚さ方向に沿って、第１の電極１２１と第３の電極１２３との間の半導体層１３０を通って電流が流れることが可能である。

尚、図３における半導体素子においては、第１のエレクトライド層１４１および第２のエレクトライド層１４２は、いずれか一方が形成されている構造のものであってもよく、双方が形成されている構造のものであってもよい。第１の電極１２１はソース電極、第２の電極１２２はゲート電極、第３の電極１２３はドレイン電極であってよい。

第３の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ構成については、説明を省略する。

〔第４の実施の形態〕
本実施の形態では、図４に基づき、パーミアブルベーストランジスタ（ＰＢＴ：ｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｂａｓｅ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）について説明する。

図４に示す半導体素子は、図１のＳＩＴ素子と同様に、基板１１０の厚さ方向において、第１の電極１２１、第３の電極１２３がこの順に配置される構造を含んでいる。

第１の電極１２１と第３の電極１２３との間に半導体層１３０が存在する。半導体層１３０の内部に、第２の電極１２２が配置されている。第２の電極１２２は、基板１１０の厚さ方向において、第１の電極１２１と第３の電極１２３との間に配置されている。

第１の電極１２１と第２の電極１２２との間に、半導体層１３０の一部となる下部半導体層が存在している。第２の電極１２２と第３の電極１２３との間に、半導体層１３０の一部となる上部半導体層が存在している。半導体層１３０は、上述した下部半導体層と上部半導体層により構成される。

図４では、第２の電極１２２が配置されていない領域で、下部半導体層と上部半導体層が連続している。図４において、基板の厚さ方向に沿って、第１の電極１２１と第３の電極１２３との間を、第２の電極１２２で分断されない領域の（第２の電極１２２が設けられていない領域の）半導体層１３０を通って電流が流れることが可能である。

尚、図４における半導体素子においては、第１のエレクトライド層１４１および第２のエレクトライド層１４２は、いずれか一方が形成されている構造のものであってもよく、双方が形成されている構造のものであってもよい。第１の電極１２１はソース電極、第２の電極１２２はゲート電極、第３の電極１２３はドレイン電極であってよい。第１の電極１２１はコレクタ、第２の電極１２２はベース、第３の電極１２３はエミッタであってもよい。

第４の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ構成については、説明を省略する。

〔第５の実施の形態〕
本実施の形態では、図５に示す半導体素子について説明する。

図５に示す半導体素子は、図１のＳＩＴ素子と同様に、基板１１０の厚さ方向において、第１の電極１２１、第３の電極１２３がこの順に配置される構造を含んでいる。

基板１１０の上に、第２の電極１２２が配置され、第２の電極１２２の上に、第１の絶縁膜１６０が設けられている。第１の絶縁膜１６０の上に、第１の電極１２１が配置されている。第１の電極１２１の側方に、第１のエレクトライド層１４１が設けられている。第１の電極１２１および第１のエレクトライド層１４１の上に、第２の絶縁膜１５２が設けられている。

第２の絶縁膜１５２および第１の絶縁膜１６０の上に、半導体層１３０が配置されている。半導体層１３０の一部は、第１の電極１２１の側方に存在している。第１の電極１２１の側方と半導体層１３０との間に、第１のエレクトライド層１４１が配置されている。

半導体層１３０の上に、第２のエレクトライド層１４２が設けられ、第２のエレクトライド層１４２の上に、第３の電極１２３が配置されている。つまり、半導体層１３０と第３の電極１２３との間に、第２のエレクトライド層１４２が配置されている。

図５では、基板１１０の厚さ方向において、第１の電極１２１と第３の電極１２３との間を、半導体層１３０を通って電流が流れることが可能である。具体的には、基板１１０の厚さ方向に沿って、第１の電極１２１の側方と第３の電極１２３との間を、電流が流れてよい。

尚、図５における半導体素子においては、第１のエレクトライド層１４１および第２のエレクトライド層１４２は、いずれか一方が形成されている構造のものであってもよく、双方が形成されている構造のものであってもよい。また、第１の電極１２１は、複数でも単数でもよい。

また、第１の電極１２１はソース電極、第２の電極１２２はゲート電極、第３の電極１２３はドレイン電極であってよい。第１の絶縁膜１６０はゲート絶縁膜であってよい。本実施の形態における半導体素子は、縦ＭＩＳ（ｍｅｔａｌ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型ＦＥＴと呼ばれる場合がある。

第１の絶縁膜１６０および第２の絶縁膜１５２は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒素を含む酸化ケイ素および酸素を含む窒化ケイ素などの無機絶縁材料や、アクリルやポリイミドなどの有機絶縁材料で構成されてもよい。あるいは、第１の絶縁膜１６０および第２の絶縁膜１５２は、ケイ素と酸素との結合で骨格構造が構成され、置換基として少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、アリール基）、フルオロ基を有する材料、いわゆるシロキサン系の材料で構成されてもよい。

第１の絶縁膜１６０および第２の絶縁膜１５２は、単層であっても、２以上の層から構成されてもよい。第１の絶縁膜１６０および第２の絶縁膜１５２は、ディップ法、スピンコート法、液滴吐出法、キャスト法、スピナー法、印刷法などの塗布法や、ＣＶＤ法、スパッタリング法などの方法によって成膜してもよい。

第５の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ構成については、説明を省略する。

〔第６の実施の形態〕
本実施の形態では、図６に示す半導体素子について説明する。

図６に示す半導体素子は、図１のＳＩＴ素子と同様に、基板１１０の厚さ方向において、第１の電極１２１、第３の電極１２３がこの順に配置される構造を含んでいる。

基板１１０の上に、第２の電極１２２が配置され、第２の電極１２２の上に、第１の絶縁膜１６０が設けられている。第１の絶縁膜１６０の上に、第１の電極１２１が配置されている。第１の電極１２１の上および側方に、第１の電極１２１を覆うように、第１のエレクトライド層１４１が設けられている。

第１の電極１２１および第１の絶縁膜１６０の上に、半導体層１３０が配置されている。半導体層１３０の一部は、第１の電極１２１の側方に存在している。第１の電極１２１の上と半導体層１３０との間、および、第１の電極１２１の側方と半導体層１３０との間に、第１のエレクトライド層１４１が設けられている。

第１の電極１２１が設けられていない領域の半導体層１３０の上に、第３の電極１２３が配置されている。第２のエレクトライド層１４２は、半導体層１３０と第３の電極１２３との間に配置される。図６では、第３の電極の下および側方に、第２のエレクトライド層１４２が設けられている。第３の電極１２３は、第１の電極１２１と対向しない位置に配置される。

図６では、基板の厚さ方向に沿って、第１の電極１２１と第３の電極１２３との間を、半導体層１３０を通って電流が流れることが可能である。

尚、図６における半導体素子においては、第１のエレクトライド層１４１および第２のエレクトライド層１４２は、いずれか一方が形成されている構造のものであってもよく、双方が形成されている構造のものであってもよい。

また、第１の電極１２１はソース電極、第２の電極１２２はゲート電極、第３の電極１２３はドレイン電極であってよい。第１の絶縁膜１６０はゲート絶縁膜であってよい。本実施の形態における半導体素子の構造は、Ｔｏｐ＆Ｂｏｔｔｏｍ型と呼ばれる場合がある。

第６の実施の形態において、第１および第５の実施の形態と同じ構成については、説明を省略する。

〔第７の実施の形態〕
本実施の形態では、図７に示す半導体素子について説明する。

図７に示す半導体素子は、図１のＳＩＴ素子と同様に、基板１１０の厚さ方向において、第１の電極１２１、第３の電極１２３がこの順に配置される構造を含んでいる。

基板１１０の上に、第２の電極１２２が配置されている。第２の電極１２２の上および側方に、第２の電極１２２を覆うように、第１の絶縁膜１６０が設けられている。

基板１１０の上に、第２の電極１２２の一方の側方に第１の電極１２１が配置され、他方の側方に第３の電極１２３が配置されている。第３の電極１２３は、基板１１０の上から第２の電極１２２の上の第１の絶縁膜１６０の上の一部まで延在して配置されている。

第１の電極１２１の上に、第１のエレクトライド層１４１が設けられている。第３の電極１２３の側方に、第２のエレクトライド層１４２が設けられている。第３の電極１２３および第１の電極１２１の上に、半導体層１３０が配置されている。

図７では、基板の厚さ方向に沿って、第１の電極１２１と第３の電極１２３との間を、半導体層１３０を通って電流を流れることが可能である。

尚、図７における半導体素子においては、第１のエレクトライド層１４１および第２のエレクトライド層１４２は、いずれか一方が形成されている構造のものであってもよく、双方が形成されている構造のものであってもよい。

また、第１の電極１２１はソース電極、第２の電極１２２はゲート電極、第３の電極１２３はドレイン電極であってよい。第１の絶縁膜１６０はゲート絶縁膜であってよい。尚、本実施の形態における半導体素子は、ＳＶＣ（Ｓｔｅｐ−ｅｄｇｅ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｏｒｇａｎｉｃ）型ＦＥＴと呼ばれる場合がある。

第７の実施の形態において、第１および第５の実施の形態と同じ構成については、説明を省略する。

上述した第１〜第７の実施の形態のように、基板１１０の厚さ方向において、第１の電極１２１、第３の電極１２３がこの順に配置される構造を含む半導体素子は、ソース電極とドレイン電極との間隔またはコレクタとエミッタとの間隔を短くしやすい。これにより、電流を流す経路（チャネル）を短くできるため、高い駆動能力を有する素子を得ることができる。

〔第８の実施の形態〕
本実施の形態における半導体素子はＳＢＴ素子である。図８に示すように、基板１１０の上に半導体層１３０が配置され、半導体層１３０の上に、第１の電極１２１、第２の電極１２２、第３の電極１２３が配置されている。第２の電極１２２の側方の一方に第１の電極１２１が配置され、側方の他方に第３の電極１２３が配置されればよい。また、半導体層１３０は開口部１３０ａを有していてもよい。開口部１３０ａは、半導体層１３０を一部除去することで形成すればよい。第２の電極１２２は、開口部１３０ａの上に配置されてよい。

第１の電極１２１と半導体層１３０との間に、第１のエレクトライド層１４１が設けられている。第３の電極１２３と半導体層１３０との間に、第２のエレクトライド層１４２が設けられている。

図８では、基板に平行な面に沿って、第１の電極１２１と第３の電極１２３との間を、半導体層１３０を通って電流が流れることが可能である。

尚、図８における半導体素子においては、第１のエレクトライド層１４１および第２のエレクトライド層１４２は、いずれか一方が形成されている構造のものであってもよく、双方が形成されている構造のものであってもよい。また、第１の電極１２１はソース電極、第２の電極１２２はゲート電極、第３の電極１２３はドレイン電極であってよい。

第８の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ構成については、説明を省略する。

〔第９の実施の形態〕
本実施の形態における半導体素子はＰＮ−Ｔ素子である。図９に示すように、基板１１０の上に半導体層１３０（図示せず）が配置され、半導体層１３０の上に、第１の電極１２１、第２の電極１２２、第３の電極１２３が配置されている。半導体層１３０は、第１の半導体領域１３１であるＮ型半導体領域と、第２の半導体領域１３２であるＰ型半導体領域とを有している。基板１１０の上において、第１の半導体領域１３１は、第２の半導体領域１３２の側方に各々１つずつ配置されている。よって、第２の半導体領域１３２は、一対の第１の半導体領域１３１の間に配置されている。尚、第１の半導体領域１３１であるＮ型半導体領域は、第１の実施の形態において説明した半導体層１３０を構成している材料と同じ材料により構成してもよい。第２の半導体領域１３２であるＰ型半導体領域の上に、第２の電極１２２が配置されている。一対の第１の半導体領域１３１であるＮ型半導体領域の一方の上に、第１の電極１２１が配置され、他方の上に、第３の電極１２３が配置される。

第１の電極１２１と半導体層１３０が有する第１の半導体領域１３１との間に、第１のエレクトライド層１４１が設けられている。第３の電極１２３と半導体層１３０が有する第１の半導体領域１３１との間に、第２のエレクトライド層１４２が設けられている。

図９では、基板に平行な面に沿って、第１の電極１２１と第３の電極１２３との間を、半導体層１３０を通って電流が流れることが可能である。

尚、図９における半導体素子においては、第１のエレクトライド層１４１および第２のエレクトライド層１４２は、いずれか一方が形成されている構造のものであってもよく、双方が形成されている構造のものであってもよい。また、第１の電極１２１はソース電極、第２の電極１２２はゲート電極、第３の電極１２３はドレイン電極であってよい。

また、第１の半導体領域１３１と第２の半導体領域１３２とは、異なる導電型の半導体により形成されていればよい。例えば、第１の半導体領域１３１がＰ型半導体領域、第２の半導体領域１３２がＮ型半導体領域であってもよい。

第９の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ構成については、説明を省略する。

〔第１０の実施の形態〕
図１０に示す半導体素子はダイオードであり、具体的にはＳＢＤ素子である。図１０に示すように、基板１１０の上に、半導体層１３０が配置され、半導体層１３０の上に第１の電極２２１、第２の電極２２２が配置されている。第１の電極２２１と半導体層１３０との間に、エレクトライド層２４０が設けられている。エレクトライド層２４０は、第１の実施の形態で説明した第１のエレクトライド層１４１と同様の材料および方法を用いて、「非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜」により構成されればよい。

第１の電極２２１はカソード電極、第２の電極２２２はアノード電極である。第１の電極２２１および第２の電極２２２は、第１の実施の形態で説明した第１の電極１２１と同様の材料および方法に形成すればよい。

本実施の形態におけるエレクトライド層２４０は、第１の実施の形態で説明した第１のエレクトライド層１４１と同様の効果を奏する。よって、第１の電極２２１と半導体層１３０との界面における接触抵抗を低くすることができ、従来のダイオードと比べて、動作特性を向上させることができる。

第１０の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ構成については、説明を省略する。

〔第１１の実施の形態〕
本実施の形態における半導体素子はダイオードであり、具体的にはＰＮ−Ｄ素子である。図１１に示すように、基板１１０の上に、第１の半導体層２３１であるＮ型半導体層が配置され、第１の半導体層２３１の上の一部に、第２の半導体層２３２であるＰ型半導体層が配置されている。第１の半導体層２３１の上において、第２の半導体層２３２が配置されていない領域の上に、第１の電極２２１が配置されている。第１の電極２２１と第１の半導体層２３１との間に、エレクトライド層２４０が設けられている。第２の半導体層２３２の上に、第２の電極２２２が配置されている。第１の電極２２１はカソード電極、第２の電極２２２はアノード電極である。

尚、第１の半導体層２３１と第２の半導体層２３２とは、異なる導電型の半導体により構成されていればよい。例えば、第１の半導体層２３１がＰ型半導体層、第２の半導体層２３２がＮ型半導体層であってもよい。この場合、エレクトライド層２４０は、第２の半導体層２３２と第２の電極２２２との間に配置される。

第１１の実施の形態において、第１および第１０の実施の形態と同じ構成については、説明を省略する。

〔第１２の実施の形態〕
本実施の形態における半導体素子はダイオードであり、具体的には縦型ダイオード素子である。

図１２に示すように、基板１１０の上に、第１の電極２２１が配置され、第１の電極２２１の上に、半導体層１３０が配置され、半導体層１３０の上に、第２の電極２２２が配置されている。第１の電極２２１と第２の電極２２２との間に、半導体層１３０が存在している。第１の電極２２１と半導体層１３０との間に、エレクトライド層２４０が設けられる。第１の電極２２１はカソード電極、第２の電極２２２はアノード電極である。尚、基板１１０の上に、第２の電極２２２、半導体層１３０、エレクトライド層２４０および第１の電極２２１が順に積層された構成としてもよい。

第１２の実施の形態において、第１および第１０の実施の形態と同じ構成については、説明を省略する。

〔第１３の実施の形態〕
本実施の形態における半導体素子は抵抗素子である。

図１３に示すように、基板１１０の上に、半導体層１３０が配置されている。半導体層１３０の上に、第１の電極３２１、第２の電極３２２が配置されている。第１の電極３２１と半導体層１３０との間に、第１のエレクトライド層１４１が設けられている。第２の電極３２２と半導体層１３０との間に、第２のエレクトライド層１４２が設けられている。第１の電極３２１および第２の電極３２２は、第１の実施の形態で説明した第１の電極１２１と同様の材料および方法により形成すればよい。

第１３の実施の形態において、第１および第１０の実施の形態と同じ構成については、説明を省略する。

上記第１〜第１３の実施の形態で示した半導体素子は発光表示装置に利用できる。発光表示装置が備える有機エレクトロルミネッセンス素子は、以下のいずれかの構成であっても良い。
（１）基板、陽極、および陰極をこの順に有し、基板側を光取出し面とする構成であり、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜が、陽極と陰極の間に存在するか、または陰極を構成する。
（２）基板、陽極、および陰極をこの順に有し、陰極側を光取出し面とする構成であり、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜が、陽極と陰極の間に存在するか、または陰極を構成する。
（３）基板、陰極、および陽極をこの順に有し、基板側を光取出し面とする構成であり、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜が、陽極と陰極の間に存在するか、または陰極を構成する。
（４）基板、陰極、および陽極をこの順に有し、陽極側を光取出し面とする構成であり、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜が、陽極と陰極の間に存在するか、または陰極を構成する。

有機エレクトロルミネッセンス素子に含まれる「非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜」は、本発明における半導体素子に含まれる、「カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜」であってもよい。

また、有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と陰極との間に、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、および電子注入層を順に有する構成であっても良い。ただし、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、および／または電子注入層は省略されても良い。非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜は、例えば電子注入層を構成することができる。電子注入層にエレクトライドの薄膜を利用する場合、発光層と電子注入層（エレクトライドの薄膜）の間には、金属酸化物で構成される電子輸送層が配置されてもよい。電子輸送層は、アモルファス、結晶質、またはアモルファスと結晶質の混合相の形態であってもよい。例えば、電子輸送層は、ＺｎＯ−ＳｉＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２、ＳｎＯ_２−ＳｉＯ_２、ＺｎＯ、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ、またはＳｎＯ_２で構成されても良い。

本発明の半導体素子は、縦型のＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、トランジスタ、ダイオード、または抵抗素子である。具体的には、縦型の静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ：Ｓｔａｔｉｃ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子、ショットキーバリアトランジスタ（ＳＢＴ：Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子、ＰＮ接合トランジスタ（ＰＮ−Ｔ）素子、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ：Ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｄｉｏｄｅ）素子、ＰＮ接合ダイオード（ＰＮ−Ｄ）素子、抵抗素子等として利用できる。

また、本発明の半導体素子は、例えば、液晶パネルや電子ペーパーなどのような電気光学装置、または、有機ＥＬパネルなどのような発光表示装置等のような各種電子デバイス等に使用される半導体素子として利用することができる。例えば、テレビなどのディスプレイ、洗濯機や冷蔵庫などの電化製品、携帯電話やコンピュータなどの情報処理機器などの電子機器に用いることができる。また、本発明の半導体素子は、自動車や各種産業機器などが具備する電子機器にも用いることができる。

７０ 非晶質酸化物のエレクトライド
７２ 溶媒（非晶質）
７４ バイポーラロン
７６ ケージ
７８ 電子（溶質）
１１０ 基板
１２１ 第１の電極（ソース電極）
１２２ 第２の電極（ゲート電極）
１２３ 第３の電極（ドレイン電極）
１３０ 半導体層
１３１ 第１の半導体領域
１３２ 第２の半導体領域
１４１ 第１のエレクトライド層
１４２ 第２のエレクトライド層
１５０ 絶縁膜
１６０ 第１の絶縁膜
２２１ 第１の電極
２２２ 第２の電極
２３１ 第１の半導体層
２３２ 第２の半導体層
２４０ エレクトライド層
３２１ 第１の電極
３２２ 第２の電極

Claims (14)

1. 基板、第１の電極、第２の電極、第３の電極、および半導体層を有する半導体素子であって、
   前記基板の厚さ方向において、前記基板、前記第１の電極、前記第３の電極がこの順に配置される構造を含み、
   前記第１の電極と前記第３の電極との間に前記半導体層が存在し、
   前記第１の電極および前記第３の電極のいずれか一方または双方と前記半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜により構成されるエレクトライド層が設けられていることを特徴とする半導体素子。
2. 前記第２の電極は、前記第１の電極と前記第３の電極との間に配置されている請求項１に記載の半導体素子。
3. 前記第２の電極は、前記半導体層の上に配置されている請求項１に記載の半導体素子。
4. 前記第１の電極はソース電極であり、
   前記第２の電極はゲート電極であり、
   前記第３の電極はドレイン電極である請求項１から３のいずれかに記載の半導体素子。
5. 前記第１の電極はコレクタであり、
   前記第２の電極はベースであり、
   前記第３の電極はエミッタである請求項１から３のいずれかに記載の半導体素子。
6. 前記第２の電極に印加される電圧または電流を制御することにより、前記第１の電極と前記第３の電極との間に流れる電流を制御する請求項１から５のいずれかに記載の半導体素子。
7. 前記エレクトライド層と接する前記半導体層は、Ｎ型半導体層である請求項１から６のいずれかに記載の半導体素子。
8. 前記エレクトライド層は、２．０×１０^１７ｃｍ^−３〜２．３×１０^２１ｃｍ^−３の電子密度を有する、請求項１から７のいずれかに記載の半導体素子。
9. 前記エレクトライド層の厚さは、０．５ｎｍ〜１００ｎｍである、請求項１から８のいずれかに記載の半導体素子。
10. 前記半導体層は、酸化物半導体または有機半導体を含む、請求項１から９のいずれかに記載の半導体素子。
11. 第１の電極、第２の電極、半導体層を有するダイオードであって、
    前記第１の電極と前記半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜により構成されるエレクトライド層が設けられていることを特徴とするダイオード。
12. 前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記半導体層が存在する請求項１１に記載のダイオード。
13. 前記第１の電極および前記第２の電極は、前記半導体層の上に配置される請求項１１に記載のダイオード。
14. 前記第１の電極はカソード電極であり、
    前記第２の電極はアノード電極である請求項１１から１３のいずれかに記載のダイオード。

Images