JP4962500B2 - 有機トランジスタ素子、その製造方法、有機発光トランジスタ及び発光表示装置 - Google Patents

有機トランジスタ素子、その製造方法、有機発光トランジスタ及び発光表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、有機トランジスタ素子、その製造方法、有機発光トランジスタ及び発光表示装置に関し、更に詳しくは、有機半導体層上に設ける電極をウエットエッチングするのと同時に有機半導体層をドーピングして製造された有機トランジスタ素子等に関するものである。
有機ＥＬ（Organic Electroluminesence)素子は、素子構造が単純で、薄型・軽量・大面積・低コストな次世代ディスプレイの発光素子として期待されており、近年その研究が盛んに行われている。
有機ＥＬ素子を駆動するための駆動方式としては、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を用いたアクティブマトリックス方式の電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）が動作速度や消費電力の点で有効と考えられている。一方、薄膜トランジスタを構成する半導体材料については、シリコン半導体や化合物半導体等の無機半導体材料についての研究のほか、近年、有機半導体材料を用いた有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）についての研究が盛んに行われている。こうした有機半導体材料は次世代の半導体材料として期待されているが、無機半導体材料に比べて電荷移動度が低く抵抗が高いという問題点がある。
一方、電界効果型トランジスタについて、その構造を縦型にした縦型ＦＥＴ構造の静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ：Static Induction Transistor)は、トランジスタのチャネル幅を短くできること、表面の電極全体を有効利用できるために高速応答や大電力化が可能となること、さらに、界面の影響が受け難くなること等のメリットがある。
近年、静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ）が備える前記の特長を活かし、このＳＩＴ構造と有機ＥＬ素子構造とを複合させた有機発光トランジスタの開発が検討されている（例えば、非特許文献１及び特許文献１，２を参照）。図１３は、非特許文献１に記載の、ＳＩＴ構造と有機ＥＬ素子構造とを複合させた有機発光トランジスタの一例を示す断面構成図である。この有機発光トランジスタ１０１は、図１３に示すように、ガラス基板１０２上に、透明導電膜からなるソース電極１０３、スリット状のゲート電極１０５が埋め込まれた正孔輸送層１０４、発光層１０６、ドレイン電極１０７がこの順に設けられた縦型ＦＥＴ構造をなしている。この複合型の有機発光トランジスタ１０１は、正孔輸送層１０４の内部にスリット状のショットキーゲート電極１０５を埋め込んだ構造であり、正孔輸送層１０４とゲート電極１０５とがショットキー接合し、これにより正孔輸送層１０４に空乏層が形成される。この空乏層の広がりはゲート電圧によって変化するので、そのゲート電圧（ソース電極１０３とゲート電極１０５との間に印加する電圧）を変化させてチャネル幅を制御し、ソース電極１０３とドレイン電極１０７との間の印加電圧を制御して電荷の発生量を変化させている。
また、図１４は、特許文献２に記載の、ボトムコンタクト型のＦＥＴ構造と有機ＥＬ素子構造とを複合させた有機発光トランジスタの一例を示す断面構成図である。この有機発光トランジスタ１１１は、図１４に示すように、基体１１２上に、補助電極１１３と絶縁層１１８が積層され、その絶縁層１１８上に陽極１１５が形成され、その絶縁層上にその陽極１１５を覆うように発光材料層１１６が形成され、その上に陰極１１７が形成されている。陽極１１５上には、正孔を陽極１１５から発光材料層１１６に通過させるが、電子が発光材料層１１６から陽極１１５に通過するのを防ぐための陽極バッファ層１１９が形成されている。この有機発光トランジスタ１１１においても、補助電極１１３と陽極１１５との間の印加電圧を変化させてチャネル幅を制御し、陽極１１５と陰極１１７との間の印加電圧を制御して電荷の発生量を変化させている。
工藤一浩、「有機トランジスタの現状と将来展望」、応用物理、第７２巻、第９号、第１１５１頁〜第１１５６頁（２００３年） 特開２００３−３２４２０３号公報（請求項１） 特開２００２−３４３５７８号公報（図２３）
有機半導体材料を用いたトランジスタ（有機ＦＥＴと言うこともある。）においては、キャリア移動度をより高める研究がなされているが、その移動度は素子構造や製造プロセスに大きく依存している。例えば、有機ＦＥＴの素子構造は、ソース−ドレイン電極と有機半導体層との位置関係によりトップコンタクト型とボトムコンタクト型とに大別され、一般的にはボトムコンタクト型よりもトップコンタクト型の方がキャリア移動度が高い。そのため、トップコンタクト型の有機ＦＥＴについての検討が行われているが、有機半導体層上に形成するソース−ドレイン電極をウエットエッチング法でパターン形成すると、無機半導体に対してはあまり問題にならなかった有機半導体へのエッチングダメージやエッチャント汚染が起こり、有機半導体層のキャリア移動度が低下してしまうという問題があった。そこで、このトップコンタクト型の有機ＦＥＴにおいては、従来、ウエットエッチング法でパターン形成は行われず、マスク蒸着法でパターン形成されている。
しかしながら、トップコンタクト型の有機ＦＥＴにおけるマスク蒸着法でのパターン形成は、使用するシャドウマスクの位置合わせが煩雑であると共に、高精度な電極パターンを形成しようとする場合にはシャドウマスクの寸法精度が要求される寸法精度に追いつかず、パターン形成された電極の寸法にバラツキが生じ、その結果トランジスタ特性にバラツキが生じるという問題があった。また、近年の大面積の表示パネルに有機ＦＥＴを適用しようとした場合、大面積のシャドウマスクを使用すると、シャドウマスクにうねりが生じてしまうという問題も生じた。
一方、ボトムコンタクト型の有機ＦＥＴでは、上述のキャリア移動度の問題があるものの、ゲート絶縁膜上にソース−ドレイン電極を形成するので、ウエットエッチング法等の微細加工プロセスで高精度で形成でき、その上に有機半導体層を形成することから、高密度集積化に有利であるという利点がある。
また、上述した非特許文献１及び特許文献１，２に記載のＳＩＴ構造と有機ＥＬ素子構造とを複合化させた有機発光トランジスタでは、例えば図１４で説明すれば、陽極１１５と陰極１１７との間に一定電圧（−Ｖｄ１＜０）を印加すると、陰極１１７に対向する陽極１１５面で多くの正孔が発生し、その正孔が陰極１１７に向かう電荷（正孔）の流れが起こる。この際、より大きな電荷の流れを得るため（すなわち、より大きな輝度を得るため）、Ｖｄ＝−Ｖｄ２≪−Ｖｄ１なる電圧を陽極１１５と陰極１１７との間に印加すると、補助電極１１３と陽極１１５との間の印加電圧（Ｖｇ）を制御しても、陽極１１５と陰極１１７との間の電荷の発生とその流れが支配的になり、電荷発生量を制御できず発光量の制御が難しいという問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、構造上キャリア移動度が高くなるトップコンタクト型の有機ＦＥＴの製造において、電極のパターン形成を有機半導体層上に高精度で形成して高密度集積化を実現でき、かつ特性に優れた有機トランジスタ素子の製造方法、及び陽極と陰極との間の電流制御を容易にした発光型の有機トランジスタ素子の製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、高密度集積化を実現できかつ特性に優れた有機トランジスタ素子及び発光型の有機トランジスタ素子を提供すること、並びに、有機発光トランジスタ及び発光表示装置を提供することにある。
本発明者らは、有機半導体層上にソース−ドレイン電極をパターン形成するトップコンタクト型の有機ＦＥＴの研究を重ねている過程で、エッチング液に含まれる成分を工夫すれば、有機半導体へのエッチングダメージやエッチャント汚染を起こさず、しかもキャリア移動度を高めることも可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、上記課題を解決するための本発明の有機トランジスタ素子の製造方法は、有機半導体層上に又は有機半導体層を挟むように、所定のパターンにウエットエッチングされた電極が設けられてなる有機トランジスタ素子の製造方法であって、前記電極を所定のパターンにウエットエッチングする工程において、エッチング液が前記有機半導体層のドーパントを含み、当該エッチング液で前記電極をウエットエッチングするのと同時に前記ドーパントを前記有機半導体層にドーピングすることを特徴とする。
この発明によれば、電極を所定のパターンにウエットエッチングする工程において、エッチング液が有機半導体層のドーパントを含み、そのエッチング液で電極をウエットエッチングするのと同時にドーパントを有機半導体層にドーピングするので、(i)ウエットエッチング法により電極を高精度でパターン形成でき、高密度集積化を実現できる、(ii)有機半導体層へのエッチングダメージやエッチャント汚染を起こすことなく、有機半導体層のキャリア移動度の低下を抑制し又はキャリア移動度を向上させることができる、（iii）電極の高精度エッチングと有機半導体層へのドーピングを同時に行うことができ、効率的な製造を実現できる、という作用効果を奏する。
また、上記課題を解決するための本発明の発光型の有機トランジスタ素子の製造方法は、補助電極と絶縁膜がその順に設けられた基板を準備する工程と、前記絶縁膜上に有機半導体層を設ける工程と、前記有機半導体層上に又は前記有機半導体層を挟むように第１電極層を設ける工程と、前記第１電極層上に所定の大きさの電荷注入抑制層を設ける工程と、前記電荷注入抑制層をエッチングマスクとして前記第１電極層をウエットエッチングし、所定のパターンの第１電極を設ける工程と、前記電荷注入抑制層及び前記有機半導体層上に発光層を設ける工程と、前記発光層上に第２電極を設ける工程とを少なくとも有し、前記所定のパターンの第１電極を設ける工程において、エッチング液が前記有機半導体層のドーパントを含み、当該エッチング液で前記第１電極層をウエットエッチングするのと同時に前記ドーパントを前記有機半導体層にドーピングすることを特徴とする。
この方法で製造される発光型の有機トランジスタ素子は、第１電極と第２電極との間に一定電圧が印加されると共に補助電極と第１電極との間に可変電圧が印加されて発光量の制御が行われるが、この発明も上記有機トランジスタ素子と同様に、電極を所定のパターンにウエットエッチングする工程において、エッチング液が有機半導体層のドーパントを含み、そのエッチング液で電極をウエットエッチングするのと同時にドーパントを有機半導体層にドーピングするので、(i)ウエットエッチング法により電極を高精度でパターン形成でき、高密度集積化を実現できる、(ii)有機半導体層へのエッチングダメージやエッチャント汚染を起こすことなく、有機半導体層のキャリア移動度の低下を抑制し又はキャリア移動度を向上させることができる、（iii）電極の高精度エッチングと有機半導体層へのドーピングを同時に行うことができ、効率的な製造を実現できる、という作用効果を奏する。
さらに、この発明によれば、第１電極上に所定の大きさの電荷注入抑制層を設けるので、製造された発光型の有機トランジスタ素子が有する第１電極と第２電極との間に一定電圧が印加された場合、第１電極の上面での電荷（正孔又は電子）の発生を抑制できると共に、第２電極に向かう電荷の流れを抑制できる。第１電極で発生する電荷は電荷注入抑制層が設けられていない小面積の両端面で発生し、発生した電荷はその両端部に接する電荷注入層に効率的に注入されて第２電極に向かうことになるので、第１電極と第２電極との間に一定電圧を印加した場合での第１電極−第２電極間の電流値を抑制できる。その結果、補助電極と第１電極との間に印加する電圧を制御することにより、第１電極−第２電極間に流れる電流を制御して発光量を制御することができる。
上記本発明の有機トランジスタ素子の製造方法において、前記ドーパントが前記有機半導体層を酸化又は還元することを特徴とする。
この発明によれば、ドーパントが有機半導体層を酸化又は還元するので、酸化された有機半導体層では正孔が増え、還元された有機半導体層では電子が増える。その結果、有機半導体層中のキャリア密度が上昇して有機半導体層の抵抗を下げることができる。なお、有機半導体層の酸化は、酸化作用を有するドーパントをドーピングすることにより行うことができ、有機半導体層の還元は、還元作用を有するドーパントをドーピングすることにより行うことができる。
上記本発明の有機トランジスタ素子の製造方法において、前記有機半導体層が、電荷注入材料、電荷輸送材料ないし発光材料を含む有機層であることを特徴とする。
この発明によれば、有機半導体層を電荷注入材料、電荷輸送材料ないし発光材料を含む有機層とすれば、有機半導体層上に電極を形成するトップコンタクト型の有機ＦＥＴなどを、種々の機能素子として製造できる。
上記課題を解決するための本発明の有機トランジスタ素子は、基板上に設けられた有機半導体層と、前記有機半導体層上に又は前記有機半導体層を挟むように所定のパターンで設けられたソース−ドレイン電極とを有する有機トランジスタ素子であって、前記ソース−ドレイン電極が、前記有機半導体層のドーパントを含むエッチング液でエッチングすることにより設けられたものであり、当該エッチング液で前記ソース−ドレイン電極をエッチングするのと同時に前記ドーパントが前記有機半導体層の少なくとも表面層にドーピングされてなることを特徴とする。
この発明によれば、ソース−ドレイン電極が、有機半導体層のドーパントを含むエッチング液でエッチングすることにより設けられたものであり、そのエッチング液でソース−ドレイン電極をエッチングするのと同時にドーパントが有機半導体層の少なくとも表面層（ソース−ドレイン電極に接する側の表面層）にドーピングされてなるので、その有機トランジスタ素子は、(i)高精度でパターン形成されたソース−ドレイン電極を有し、高密度集積化を実現できる、(ii)キャリア移動度の低下が抑制され又はキャリア移動度が向上した有機半導体層を有し、トランジスタ特性を良好なものとすることができる、という作用効果を奏する。
また、上記課題を解決するための本発明の発光型の有機トランジスタ素子は、基板と、当該基板上に設けられた補助電極と、当該補助電極上に設けられた絶縁膜と、当該絶縁膜上に設けられた有機半導体層と、当該有機半導体層上に又は当該有機半導体層を挟むように所定のパターンで設けられた第１電極と、当該第１電極上に所定の大きさで設けられた電荷注入抑制層と、当該電荷注入抑制層及び前記有機半導体層上に設けられた発光層と、当該発光層上に設けられた第２電極とを有する有機トランジスタ素子であって、前記第１電極が、前記有機半導体層のドーパントを含むエッチング液でエッチングすることにより設けられたものであり、当該エッチング液で前記第１電極をエッチングするのと同時に前記ドーパントが前記有機半導体層の少なくとも表面層にドーピングされてなることを特徴とする。
この発光型の有機トランジスタ素子は、第１電極と第２電極との間に一定電圧が印加されると共に補助電極と第１電極との間に可変電圧が印加されて発光量の制御が行われるが、この発明も上記有機トランジスタ素子と同様に、第１電極が有機半導体層のドーパントを含むエッチング液でエッチングすることにより設けられたものであり、そのエッチング液で第１電極をエッチングするのと同時にドーパントが有機半導体層の少なくとも表面層（第１電極に接する側の表面層）にドーピングされてなるので、その発光型の有機トランジスタ素子は、(i)高精度でパターン形成された第１電極を有し、高密度集積化を実現できる、(ii)キャリア移動度の低下が抑制され又はキャリア移動度が向上した有機半導体層を有し、トランジスタ特性を良好なものとすることができる、という作用効果を奏する。
さらに、この発明によれば、第１電極上に所定の大きさの電荷注入抑制層が設けられているので、第１電極と第２電極との間に一定電圧が印加された場合、第１電極の上面での電荷（正孔又は電子）の発生を抑制できると共に、第２電極に向かう電荷の流れを抑制できる。第１電極で発生する電荷は電荷注入抑制層が設けられていない小面積の両端面で発生し、発生した電荷はその両端部に接する電荷注入層に効率的に注入されて第２電極に向かうことになるので、第１電極と第２電極との間に一定電圧を印加した場合での第１電極−第２電極間の電流値を抑制できる。その結果、補助電極と第１電極との間に印加する電圧を制御することにより、第１電極−第２電極間に流れる電流を制御して発光量を制御することができる。
上記本発明の有機トランジスタ素子において、前記表面層が酸化又は還元されていることを特徴とする。
この発明によれば、ドーパントにより有機半導体層の表面層が酸化又は還元されているので、酸化された表面層では正孔が増え、還元された表面層では電子が増える。その結果、有機半導体層中のキャリア密度が上昇して有機半導体層の抵抗を下げることができる。なお、有機半導体層の酸化は、酸化作用を有するドーパントをドーピングすることにより行うことができ、有機半導体層の還元は、還元作用を有するドーパントをドーピングすることにより行うことができる。
上記本発明の有機トランジスタ素子において、前記有機半導体層が、電荷注入材料、電荷輸送材料ないし発光材料を含む有機層であることを特徴とする。
この発明によれば、有機半導体層を電荷注入材料、電荷輸送材料ないし発光材料を含む有機層とすれば、有機半導体層上に電極等を形成するトップコンタクト型の有機ＦＥＴなどを、種々の機能素子として適用できる。
また、上記課題を解決するための本発明の有機発光トランジスタは、上記本発明の発光型の有機トランジスタ素子と、当該有機トランジスタ素子が備える第１電極と第２電極との間に一定電圧を印加する第１電圧供給手段と、当該有機トランジスタ素子が備える第１電極と補助電極との間に可変電圧を印加する第２電圧供給手段とを有することを特徴とする。
この発明によれば、上記本発明の発光型の有機トランジスタ素子を有すると共に、第１電圧供給手段と第２電圧供給手段とを有するので、第１電極と第２電極との間に一定電圧を印加すると共に第１電極と補助電極との間に可変電圧を印加することができる。その結果、高密度集積化を実現できると共に良好なトランジスタ特性を有する発光型の有機トランジスタ素子に対し、制御された電圧により電荷量を鋭敏に変化させることができ、第１電極−第２電極間に流れる電流を制御して発光量を制御することができる。
また、上記課題を解決するための本発明の発光表示装置は、複数の発光部をマトリクス状に配置した発光表示装置であって、前記複数の発光部の各々は、上記本発明の発光型の有機トランジスタ素子を有することを特徴とする。
この発明によれば、高密度集積化を実現できかつ特性に優れた本発明の発光型の有機トランジスタ素子を用いた大面積の発光表示装置を提供することができる。
本発明の有機トランジスタ素子及びその製造方法並びに発光型の有機トランジスタ及びその製造方法によれば、(i)ウエットエッチング法により電極を高精度でパターン形成でき、高密度集積化を実現できる、(ii)有機半導体層へのエッチングダメージやエッチャント汚染を起こすことなく、有機半導体層のキャリア移動度の低下を抑制し又はキャリア移動度を向上させることができる、（iii）電極の高精度エッチングと有機半導体層へのドーピングを同時に行うことができ、効率的な製造を実現できる、という作用効果を奏する。また、有機半導体層を電荷輸送材料ないし発光材料を含む有機層とすれば、有機半導体層上にソース−ドレイン電極等を形成するトップコンタクト型の有機ＦＥＴを、種々の機能素子として製造でき、応用することができる。特に、本発明においては、ドーパントで酸化された有機半導体層では正孔が増え、ドーパントで還元された有機半導体層では電子が増えるので、有機半導体層中のキャリア密度が上昇して有機半導体層の抵抗を下げることができる。
また、本発明の有機発光トランジスタによれば、第１電極と第２電極との間に一定電圧を印加すると共に第１電極と補助電極との間に可変電圧を印加することができるので、高密度集積化を実現できると共に良好なトランジスタ特性を有する発光型の有機トランジスタ素子に対し、制御された電圧により電荷量を鋭敏に変化させることができ、第１電極−第２電極間に流れる電流を制御して発光量を制御することができる。このように、第１電極と補助電極との間に可変電圧を流して行う電流制御は、上記のように、有機半導体層を酸化又は還元させることにより有機半導体層の正孔又は電子が増し、その結果、有機半導体層のキャリア密度が上昇して抵抗が下がるので、電極間に印加するゲート電圧を可変させた場合に、キャリアの移動を制御することが可能となる。
また、本発明の発光表示装置によれば、高密度集積化を実現できかつ特性に優れた本発明の発光型の有機トランジスタ素子を用いた大面積の発光表示装置を提供することができる。
本発明は、構造上キャリア移動度が高くなるトップコンタクト型の有機ＦＥＴの製造において、電極のパターン形成を有機半導体層上に高精度で形成して高密度集積化を実現でき、かつ特性に優れた有機トランジスタ素子の製造方法、及び陽極と陰極との間の電流制御を容易にした、有機ＥＬ素子構造と縦型ＦＥＴ構造とを有する電界効果型の有機発光トランジスタ素子の製造方法を提供することができ、また、高密度集積化を実現できかつ特性に優れた有機トランジスタ素子及び発光型の有機トランジスタ素子を提供することができ、さらに、有機発光トランジスタ及び発光表示装置を提供することができる。
以下、本発明の有機トランジスタ素子、その製造方法、有機発光トランジスタ及び発光表示装置について図面を参照しつつ説明するが、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
［有機トランジスタ素子の製造方法］
最初に、本発明の有機トランジスタ素子の製造方法について説明する。図１は、本発明の有機トランジスタ素子の製造方法の一例を示す工程フローである。本発明の有機トランジスタ素子の製造方法は、図１に示すように、有機半導体層１４上に又は有機半導体層１４を挟むように所定のパターンにウエットエッチングされた電極１５ｓ，１５ｄが設けられてなる有機トランジスタ素子１０の製造方法であって、その特徴は、電極１５ｓ，１５ｄを所定のパターンにウエットエッチングする工程において、エッチング液が有機半導体層１４のドーパントを含み、そのエッチング液で電極１５ｓ，１５ｄをウエットエッチングするのと同時にドーパントを有機半導体層１４にドーピングすることにある。以下、本発明に係る製造方法と得られた有機トランジスタ素子の構成について、図１の工程順に説明する。
図１（Ａ）は、基板１１上にゲート電極１２を形成する工程である。基板１１は、特に限定されるものではなく、積層する各層の材質等により適宜決めることができ、例えば、Ａｌ等の金属、ガラス、石英又は樹脂等の各種の材料からなるものを用いることができる。この基板１１は、透明でも半透明でも不透明でもよく、その目的に応じて選定することができる。
ゲート電極１２は、基板１１上に所定のパターンで設けられ、例えば、金属、導電性酸化物、導電性高分子等の材料が用いられ、具体的には、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜、金、クロムのような仕事関数の大きな金属、Ａｌ、Ａｇのような一般的な金属、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子等を挙げることができる。このゲート電極１２は基板１１上に設けられるが、基板１１とゲート電極１２との間にはバリア層や平滑層等（いずれも図示しない）が設けられていてもよい。
ゲート電極１２は、上記の電極材料で形成された単層構造の電極であってもよいし、複数の電極材料で形成された積層構造の電極であってもよい。ゲート電極１２は、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の真空プロセス又は塗布により形成され、その膜厚は使用する材料等によっても異なるが、例えば１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度であることが好ましい。ゲート電極１２のパターニング方法は特に限定されず、例えば、(i)マスクを設けて真空蒸着等を行うことにより所定のパターンのゲート電極１２を基板１１上に直接形成するマスク蒸着法や、(ii)基板１１上にゲート電極材料を層状に形成した後、フォトレジストを行って所定のパターンにレジスト膜を形成し、露出した電極材料をドライ又はウエットエッチングすることにより、所定のパターンのゲート電極１２を基板１１上に形成するフォトレジスト法や、(iii)塗布型の電極材料をインクジェット等の方法により所定のパターンのゲート電極１２を基板１１上に直接形成する塗布法、等を挙げることができる。
図１（Ｂ）は、基板１１上のゲート電極１２を覆うように絶縁膜１３を設ける工程である。絶縁膜１３は、ゲート電極１２上に設けられるものであり、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａ１２Ｏ３等の無機材料や、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルフェノール、ポリサルホン、ポリカーボネート、ポリイミド等の有機材料や、一般的に使用されている市販のレジスト材料で形成できる。この絶縁膜１３は、上記の材料で形成された単層構造の絶縁膜であってもよいし、複数の材料で形成された積層構造の絶縁膜であってもよい。
特に本発明においては、製造コストや製造容易性の観点から、一般的に使用されているレジスト材料を好ましく用いることができ、スクリーン印刷法、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法、転写法、インクジェット法等やフォトリソグラフ法により所定のパターンに形成できる。なお、上記の無機材料からなる絶縁膜１３については、ＣＶＤ法等の既存パターンプロセスを用いて形成できる。絶縁膜１３の厚さは薄いほど好ましいが、薄すぎるとゲート電極１２とソース−ドレイン電極１５ｓ，１５ｄとの間の漏れ電流が大きくなり易いので、通常、０．００１〜５．０μｍ程度であることが好ましい。
図１（Ｃ）は、絶縁膜１３上に有機半導体層１４を設ける工程である。有機半導体層１４は、絶縁膜１３上に設けられるものであり、ペンタセンやポリチオフェン等の有機半導体材料を、真空蒸着やスピンコート法等の方法を適用して形成することができる。この有機半導体層１４は、単層構造であってもよいし、複数の材料で形成された積層構造であってもよい。有機半導体層１４の厚さは、通常、１０〜５００ｎｍ程度であることが好ましい。
図１（Ｄ）は、有機半導体層１４上に電極層１５を設ける工程である。この電極層１５は、パターニング後にソース電極１５ｓとドレイン電極１５ｄになるものであり、絶縁膜１３上に層状に設けられる。電極層材料としては、電極層１５が接する有機半導体層１４の構成材料とオーミック接触を形成する金属であって、上記のゲート電極１２と同様の電極材料を挙げることができるが、好ましくは、金、クロムのような仕事関数の大きな金属材料や、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子が挙げられる。特に、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等やＺｎＳ、ＺｎＳｅ等の蒸着膜又はスパッタ膜は、成膜時に有機半導体層１４にダメージを与え難いので好ましい。
この電極層１５は、有機半導体層１４上に直接設けることもできるが、好ましくは、電荷注入効率の観点から有機半導体層１４上に電荷注入層等の層を介して設けることが好ましい。また、電極層形成時に有機半導体層１４に加わるダメージを軽減するための保護層（図示しない）を電極層１５と接触させる必要があるところ以外の有機半導体層１４上に設けてもよい。
電極層１５は、上記の電極材料で形成された単層構造の電極であってもよいし、複数の電極材料で形成された積層構造の電極であってもよい。電極層１５は、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の真空プロセス又は塗布により形成され、その膜厚は使用する材料等によっても異なるが、例えば１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度であることが好ましい。
図１（Ｅ）は、電極層１５上に所定のパターンのエッチングマスク１６を形成する工程である。エッチングマスク１６としては、無機絶縁膜や有機絶縁膜を挙げることができる。無機絶縁膜の形成材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａ１２Ｏ３等の無機絶縁材料を挙げることができ、有機絶縁膜の形成材料としては、例えば、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルフェノール、ポリサルホン、ポリカーボネート、ポリイミド等を挙げることができる。こうしたエッチングマスク１６は、単層構造であっても積層構造であってもよい。エッチングマスク１６は、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の真空プロセス又は塗布により形成され、その膜厚は使用する材料等によっても異なるが、例えば０．００１μｍ〜１０μｍ程度であることが好ましい。
本願では、エッチングマスク１６を、入手が容易で、成膜や精度のよいパターニングが容易な絶縁材料で形成することが好ましく、特に光照射により除去可能となる感光性材料からなる膜、より具体的にはポジ型又はネガ型のレジスト膜とすることが好ましい。このうち、ポジ型の感光性材料を用いた場合には、その感光性材料を電極層１５上に設けた後に露光マスクを用いて露光することにより、露光されたポジ型の感光性材料のみを容易且つ寸法精度よく除去することができる。エッチングマスク１６は、電極層１５を所定のパターンにエッチングすることができる寸法で形成されていればよい。
図１（Ｆ）は、電極層１５を所定のパターンにウエットエッチングする工程である。本発明では、ウエットエッチングに用いるエッチング液が有機半導体層１４のドーパントを含んでいる。こうしたエッチング液で電極層１５をウエットエッチングすることにより、有機半導体層１４上に又は有機半導体層１４を挟むようにソース−ドレイン電極１５ｓ，１５ｄをパターニングすることができる。本発明は、エッチング液でソース−ドレイン電極１５ｓ，１５ｄをウエットエッチングするのと同時にドーパントを有機半導体層１４にドーピングするので、(i)ウエットエッチング法によりソース−ドレイン電極１５ｓ，１５ｄを高精度でパターン形成でき、高密度集積化を実現できる、(ii)有機半導体層１４へのエッチングダメージやエッチャント汚染を起こすことなく、有機半導体層１４のキャリア移動度の低下を抑制し又はキャリア移動度を向上させることができる、（iii）ソース−ドレイン電極１５ｓ，１５ｄの高精度エッチングと有機半導体層１４へのドーピングを同時に行うことができ、効率的な製造を実現できる、という作用効果を奏する。
本発明において、エッチング液に含まれるドーパントは、エッチングの際に同時に有機半導体層１４を酸化又は還元する。ドーパントには酸化作用を有するものと還元作用を有するものとがあるが、酸化作用を有するドーパントを含むエッチング液でエッチングした場合、有機半導体層１４は酸化して正孔が増える。一方、還元作用を有するドーパントを含むエッチング液でエッチングした場合、有機半導体層１４は還元して電子が増える。いずれの場合であっても、有機半導体層１４中のキャリア密度が上昇して有機半導体層１４の抵抗を下げることができる。
用いられるエッチング液は、有機半導体層１４の種類に応じて適当なものが選択され、例えば、混酸（塩酸、硫酸等の混合液）、ヨウ素溶液等のエッチング液を挙げることができる。また、エッチング液に含有させるドーパントは、ドーピング相手となる有機半導体層１４の種類によって適当なものが選択され、例えば、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、ＰＦ６、ＡｓＦ５、ＦｅＣｌ３等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等を挙げることができる。
なお、後述の実施例では、チオフェン系高分子からなる有機半導体層１４に対して、ヨウ素を酸化作用を有するドーパントとして含むヨウ素系のエッチング液を用いているが、それ以外でも、例えば、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＩＣｌ、ＩＣｌ３、ＩＢｒ、ＩＦ等のハロゲン、ＰＦ５、ＡｓＦ５、ＳｂＦ５、ＢＦ３、ＢＣ１３、ＢＢｒ３、ＳＯ３等のルイス酸、ＨＦ、ＨＣ１、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、ＨＣｌＯ４、ＦＳＯ３Ｈ、ＣｌＳＯ３Ｈ、ＣＦ３ＳＯ３Ｈ等のプロトン酸、酢酸、蟻酸、アミノ酸等の有機酸、ＦｅＣｌ３、ＦｅＯＣｌ、ＴｉＣｌ４、ＺｒＣｌ４、ＨｆＣｌ４、ＮｂＦ５、ＮｂＣｌ５、ＴａＣｌ５、ＭｏＣｌ５、ＷＦ５、ＷＣｌ６、ＵＦ６、ＬｎＣｌ３（Ｌｎ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、等のランタノイドとＹ）等の遷移金属化合物、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＣｌＯ４ −、ＰＦ６ −、ＡｓＦ５ −、ＳｂＦ６ −、ＢＦ４ −、スルホン酸アニオン等の電解質アニオン等を挙げることができ、また、還元作用を有するドーパントとしては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ等のアルカリ金属、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ等の希土類金属、アンモニウムイオン、Ｒ４Ｐ＋、Ｒ４Ａｓ＋、Ｒ３Ｓ＋、アセチルコリン等をあげることができる。
なお、エッチングによって形成するソース−ドレイン電極１５ｓ，１５ｄのパターンは、例えば、ライン幅が１〜５００μｍ程度でラインピッチが１〜５００μｍ程度の櫛形パターンや、格子幅が１〜５００μｍ程度で格子ピッチが１〜５００μｍ程度の格子形パターン等を挙げることができるが、櫛形パターンや格子形パターンに限定されず、菱形や円形等の各種のパターンで形成できるし、その線幅やピッチも特に限定されず、また、各線幅やピッチがそれぞれ同じ幅でなくてもよい。
最後に、図１（Ｇ）に示すように、必要に応じ、所定のパターンのエッチングマスク１６を除去するが、この工程は任意である。エッチングマスク１６を除去しない場合、エッチングマスク１６は、得られた有機トランジスタ素子１０を集積化する際における、電極（ソース−ドレイン電極）の絶縁膜として作用させることができる。エッチングマスク１６の除去には、有機半導体層１４やソース−ドレイン電極１５ｓ，１５ｄにダメージを与えない媒体が用いられる。例えば、エッチングマスク１６が無機絶縁膜である場合には、ドライエッチング等が用いられ、エッチングマスク１６が有機絶縁膜である場合には、有機絶縁膜に対して溶解性のある液体（例えば、フォトレジストであれば現像液や剥離液）等が用いられる。
以上のようにして得られた有機トランジスタ素子１０は、図１（Ｇ）に示すように、トップコンタクト型の有機ＦＥＴ素子であり、基板１１と、基板１１上に設けられたゲート電極１２と、ゲート電極１２を覆うように設けられた絶縁膜１３と、絶縁膜１３上に設けられた有機半導体層１４と、有機半導体層１４上にパターン形成されたソース−ドレイン電極１５ｓ，１５ｄとを少なくとも有している。
［発光型の有機トランジスタ素子の製造方法］
次に、発光型の有機トランジスタ素子の製造方法について説明する。図２は、本発明の発光型の有機トランジスタ素子の製造方法の一例を示す工程フローである。この発光型の有機トランジスタ素子２０と、図１の方法で得られた有機トランジスタ素子との大きな違いは、ゲート電極１２が補助電極２２として作用し、ソース−ドレイン電極１５ｓ，１５ｄが第１電極２５Ａとして作用すると共に、電荷注入抑制層２６、発光層２７及び第２電極２８を有する点にある。
すなわち、図２に示す発光型の有機トランジスタ素子２０の製造方法は、補助電極２２と絶縁膜２３がその順に設けられた基板２１を準備する工程と、絶縁膜２３上に有機半導体層２４を設ける工程と、有機半導体層２４上に又は有機半導体層２４を挟むように第１電極層２５を設ける工程と、第１電極層２５上に所定の大きさの電荷注入抑制層２６を設ける工程と、電荷注入抑制層２６をエッチングマスクとして第１電極層２５をウエットエッチングし、所定のパターンの第１電極２５Ａを設ける工程と、電荷注入抑制層２６及び有機半導体層２４上に発光層２７を設ける工程と、発光層２７上に第２電極２８を設ける工程とを少なくとも有する方法であり、その特徴は、所定のパターンの第１電極２５Ａを設ける工程において、エッチング液が有機半導体層２４のドーパントを含み、そのエッチング液で第１電極層２５をウエットエッチングするのと同時にドーパントを有機半導体層２４にドーピングすることにある。以下、本発明に係る製造方法と得られた発光型の有機トランジスタ素子の構成について、図２の工程順に説明するが、図１の構成と重複するものについては、適宜その説明を省略する。
図２（Ａ）は、基板２１上に補助電極２２を形成する工程である。基板２１については、図１（Ａ）で示した基板１１と同様であるのでここではその説明を省略する。なお、発光型の有機トランジスタ素子２０においては、有機ＥＬ素子の基板として一般的に用いられている各種のものを用いることが好ましく、例えば、用途に応じてフレキシブルな材質や硬質な材質等からなるものが選択される。具体的には、例えば、ガラス、石英、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート等の材質からなる基板を挙げることができる。基板２１の形状としては、枚葉状でも連続状でもよく、具体的な形状としては、例えばカード状、フィルム状、ディスク状、チップ状等を挙げることができる。
補助電極２２についても、図１（Ａ）で示したゲート電極１２と同様であるのでここではその説明を省略する。
図２（Ｂ）は、基板２１上の補助電極２２を覆うように絶縁膜２３を設ける工程である。絶縁膜２３についても、図１（Ｂ）で示した絶縁膜１３と同様であるのでここではその説明を省略する。なお、発光型の有機トランジスタ素子２０がボトムエミッション構造である場合には、この絶縁層２３は発光層２７よりも下側に位置するので、透明又は半透明になっていることが好ましく、トップエミッション構造である場合には、透明又は半透明の必要はない。
図２（Ｃ）は、絶縁膜２３上に有機半導体層２４を設ける工程である。有機半導体層２４は、絶縁膜１３上に設けられるものであり、発光型の有機トランジスタ素子２０においては、主に電荷注入層として作用する層であり、必要に応じて電荷注入物質や発光材料を含んでいても構わない。したがって、この有機半導体層２４は、電荷注入機能を有する材料で少なくとも形成されていることが好ましく、例えば、フェニルアミン系化合物、スターバースト型アミン系、フタロシアニン系、ポリアセン系等の化合物、ポリアニリン、ポリチオフェン等の誘導体、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウム等の酸化物、アモルファスカーボン等を挙げることができる。この有機半導体層２４は、単層構造であってもよいし、複数の材料で形成された積層構造であってもよい。有機半導体層２４の厚さは、通常、１０〜５００ｎｍ程度であることが好ましい。
図２（Ｄ）は、有機半導体層２４上に第１電極層２５を設ける工程である。この第１電極層２５は、パターニング後に第１電極２５Ａになるものであり、絶縁膜２３上に層状に設けられる。この第１電極層２５についても、図１（Ｄ）で示した電極層１５と同様であるのでここではその説明を省略する。
第１電極２５Ａを陰極とする場合の形成材料としては、アルミ、銀等の単体金属、ＭｇＡｇ等のマグネシウム合金、ＡｌＬｉ、ＡｌＣａ、ＡｌＭｇ等のアルミニウム合金、Ｌｉ、Ｃａをはじめとするアルカリ金属類、ＬｉＦ等のアルカリ金属類の合金のような仕事関数の小さな金属等を挙げることができる。また、第１電極２５Ａを陽極とする場合の形成材料としては、その陽極と接する有機層（有機半導体層２４又は発光層２７）の構成材料とオーミック接触を形成する金属であって補助電極２２や上記陰極に用いられる電極材料と同様の電極材料を挙げることができるが、好ましくは金、クロムのような仕事関数の大きな金属材料や、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子が挙げられる。
また、発光型の有機トランジスタ素子２０がボトムエミッション構造である場合には、発光層２７よりも下側に位置する第１電極２５Ａは、透明又は半透明になっていることが好ましく、その透明材料としては、上記の透明導電膜、金属薄膜、導電性高分子膜を用いることができる。なお、下側とは、本発明で示す図を平面視したときの形態について、その上下方向における下側を意味している。
図２（Ｅ）は、第１電極２５Ａ上に所定のパターンの電荷注入抑制層２６を形成する工程である。この電荷注入抑制層２６は、図１（Ｅ）の説明においてはエッチングマスク１６として機能するものであり、上記同様、無機絶縁膜や有機絶縁膜を挙げることができる。無機絶縁膜や有機絶縁膜の形成材料については、上記のエッチングマスク１６と同様であるのでここではその説明を省略する。
図２（Ｆ）は、第１電極層２５を所定のパターンにウエットエッチングする工程である。このウエットエッチングについても、図１（Ｆ）で示したものと同様、ウエットエッチングに用いるエッチング液が有機半導体層２４のドーパントを含んでいる。こうしたエッチング液で第１電極層２５をウエットエッチングすることにより、有機半導体層２４上に又は有機半導体層２４を挟むように第１電極２５Ａをパターニングすることができる。本発明は、上記有機トランジスタ素子と同様に、電極を所定のパターンにウエットエッチングする工程において、エッチング液が有機半導体層２４のドーパントを含み、そのエッチング液で電極をウエットエッチングするのと同時にドーパントを有機半導体層２４にドーピングするので、(i)ウエットエッチング法により電極を高精度でパターン形成でき、高密度集積化を実現できる、(ii)有機半導体層２４へのエッチングダメージやエッチャント汚染を起こすことなく、有機半導体層のキャリア移動度の低下を抑制し又はキャリア移動度を向上させることができる、（iii）電極の高精度エッチングと有機半導体層へのドーピングを同時に行うことができ、効率的な製造を実現できる、という作用効果を奏する。
ドーパントの作用効果は上記同様であるが、図２に示す態様において、第１電極２５Ａが陰極である場合には、ドーパントとしては酸化作用を有するものを用いて有機半導体層１４を酸化させることが好ましく、第１電極２５Ａが陽極である場合には、ドーパントとしては還元作用を有するものを用いて有機半導体層１４を還元させることが好ましい。なお、ドーパントの種類等については上記と同様のものを用いることができる。
用いられるエッチング液や、エッチングによって形成する第１電極２５Ａのパターンについては、図１（Ｆ）で示したものと同様であるのでここではその説明を省略する。
この工程でエッチングされた第１電極２５Ａ上には、その第１電極２５Ａとほぼ同じ大きさからなる電荷注入抑制層２６が形成されているが、その電荷注入抑制層２６は、第２電極２８に対向する第１電極２５Ａの上面で発生して第２電極２８に向かう電荷（正孔又は電子。以下同じ。）の流れを抑制するように作用する。
この電荷注入抑制層２６は、少なくとも、第２電極２８に対向する第１電極２５Ａ上面に設けられ、且つ、第１電極２５Ａのエッヂ部２５ａが電荷注入層１２に接するように構成される。こうした要件を満たすためには、電荷注入抑制層２６は、第１電極２５Ａ上に平面視で同じ大きさで設けられていることが好ましいが、その第１電極２５Ａよりも大きい態様で設けられていてもよい。なお、本願でいう「同じ大きさ」とは、大きさが厳密に一致する場合を含むほか、作用効果が共通する程度の大きさまで含む意味で用いている。
図２（Ｇ）は、電荷注入抑制層２６及び有機半導体層２４上に発光層２７を設ける工程である。発光層２７は、少なくとも発光材料を含有し、必要に応じて電荷輸送材料や電荷注入材料を有する層のことであるが、本発明では、発光層の単層構造のみではなく、発光層と電荷注入層とからなる２層構造のもの、発光層と電荷注入層と電荷輸送層とからなる３層構造のもの等を挙げることができる。発光層２７は、素子の構成や構成材料の種類等に応じ、適切な厚さ（例えば０．１ｎｍ〜１μｍの範囲内）で形成される。なお、発光層２７は積層構造である場合の各層の厚さが厚すぎる場合には、一定の光出力を得るために大きな印加電圧が必要になって発光効率が悪くなることがあり、各層の厚さが薄すぎる場合には、ピンホール等が発生して電界を印加しても十分な輝度が得られないことがある。
発光層２７の形成材料としては、有機ＥＬ素子の発光層として一般的に用いられている材料であれば特に限定されず、例えば色素系発光材料、金属錯体系発光材料、高分子系発光材料等を挙げることができる。
色素系発光材料としては、例えば、シクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、トリフマニルアミン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ピラゾリンダイマー等を挙げることができる。また、金属錯体系発光材料としては、例えば、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロピウム錯体等、中心金属に、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂｅ等、又はＴｂ、Ｅｕ、Ｄｙ等の希土類金属を有し、配位子にオキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造等を有する金属錯体等を挙げることができる。また、高分子系発光材料としては、例えば、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリフルオレノン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリキノキサリン誘導体、及びそれらの共重合体等を挙げることができる。
発光層２７中には、発光効率の向上や発光波長を変化させる等の目的でドーピング剤等の添加剤を添加するようにしてもよい。ドーピング剤としては、例えば、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル色素、テトラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、デカシクレン、フェノキサゾン、キノキサリン誘導体、カルバゾール誘導体、フルオレン誘導体等を挙げることができる。
電荷注入材料としては、例えば、発光層２７の発光材料に例示した化合物の他、フェニルアミン系、スターバースト型アミン系、フタロシアニン系、ポリアセン系、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウムなどの酸化物、アモルファスカーボン、ポリアニリン、ポリチオフェンなどの誘導体等を挙げることができる。
また、第２電極２８の発光層２７側には、第２電極用の電荷注入層を設けてもよい。例えば第２電極２８を陰極とした場合における電荷（電子）注入層（図１１の符号２９Ｂを参照）の形成材料としては、発光層２７の発光材料に例示した化合物の他、アルミニウム、フッ化リチウム、ストロンチウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、酸化アルミニウム、酸化ストロンチウム、カルシウム、ポリメチルメタクリレートポリスチレンスルホン酸ナトリウム、リチウム、セシウム、フッ化セシウム等のようにアルカリ金属類、及びアルカリ金属類のハロゲン化物、アルカリ金属の有機錯体等を挙げることができる。
第１電極２５Ａを陽極とした場合における電荷（正孔）輸送層（図１１の符号２９Ａを参照）の形成材料としては、フタロシアニン、ナフタロシアニン、ポリフィリン、オキサジアゾール、トリフェニルアミン、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、ピラゾリン、テトラヒドロイミダゾール、ヒドラゾン、スチルベン、ペンタセン、ポリチオフェン若しくはブタジエン、又はこれらの誘導体等、正孔輸送材料として通常使用されるものを用いることができる。また、電荷輸送層の形成材料として市販されている、例えばポリ（３、４）エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホネート（略称ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、バイエル社製、商品名；Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ ＡＩ４０８３、水溶液として市販。）等も使用することができる。電荷輸送層は、こうした化合物を含有した電荷輸送層形成用塗液を用いて形成される。なお、これらの電荷輸送材料は、上記の発光層２７内に混ぜてもよいし、上記の電荷注入層内に混ぜてもよい。
また、図示しないが、電荷輸送層を発光層２７の第２電極２８側に設けてもよい。例えば第２電極２８を陰極とした場合における電荷（電子）輸送層の形成材料としては、アントラキノジメタン、フルオレニリデンメタン、テトラシアノエチレン、フルオレノン、ジフェノキノンオキサジアゾール、アントロン、チオピランジオキシド、ジフェノキノン、ベンゾキノン、マロノニトリル、ニジトロベンゼン、ニトロアントラキノン、無水マレイン酸若しくはペリレンテトラカルボン酸、又はこれらの誘導体等、電子輸送材料として通常使用されるものを用いることができる。電荷（電子）輸送層は、こうした化合物を含有した電荷輸送層形成用塗液を用いて形成される。なお、これらの電荷輸送材料は、上記の発光層２７内に混ぜてもよいし、上記の電子注入層内に混ぜてもよい。また、電荷輸送層を発光層２７の第１電極２５Ａ側に設けてもよい。
なお、上述した発光層２７中には、必要に応じてオリゴマー材料又はデンドリマー材料の発光材料若しくは電荷輸送注入材料を含有させてもよい。また、有機層を構成する各層は、真空蒸着法によって成膜するか、あるいは、それぞれの形成材料をトルエン、クロロホルム、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン等の溶媒に溶解又は分散させて塗布液を調整し、その塗布液を塗布装置等を用いて塗布又は印刷等することで形成される。
発光層２７は、上述したような各種の積層態様に応じて、発光層形成材料、電荷注入層形成材料、電荷輸送層形成材料等を隔壁により区分けされた所定の位置に形成される。なお、隔壁（図示しない。）は、発光型有機トランジスタ素子を有する発光表示装置の平面上に発光色毎に区分けする領域を形成するものである。隔壁材料としては、従来、隔壁材料として使用されている各種の材料、例えば、感光性樹脂、活性エネルギー線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることができる。隔壁の形成手段としては、採用される隔壁材料に適した手段で形成でき、例えば、厚膜印刷法を用いたり、感光性レジストを用いたパターニングにより形成したりすることができる。
図２（Ｈ）は、発光層２７上に第２電極２８を設ける工程である。この第２電極２８は、発光層２７上に層状に設けられる。第２電極２８を陰極とする場合の形成材料としては、第２電極２８が接する発光層２７の構成材料とオーミック接触を形成する金属であって、図２（Ｄ）で説明した第１電極２５Ａと同様、アルミ、銀等の単体金属、ＭｇＡｇ等のマグネシウム合金、ＡｌＬｉ、ＡｌＣａ、ＡｌＭｇ等のアルミニウム合金、Ｌｉ、Ｃａをはじめとするアルカリ金属類、ＬｉＦ等のアルカリ金属類の合金のような仕事関数の小さな金属等を好ましく挙げることができる。また、第２電極２８を陽極とする場合の形成材料としては、その陽極と接する発光層２７の構成材料とオーミック接触を形成する金属であって補助電極２２や上記陰極に用いられる電極材料と同様の電極材料を挙げることができるが、好ましくは金、クロムのような仕事関数の大きな金属材料や、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子が挙げられる。
第２電極２８は、上記の電極材料で形成された単層構造の電極であってもよいし、複数の電極材料で形成された積層構造の電極であってもよい。第２電極２８は、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の真空プロセス又は塗布により形成され、その膜厚は使用する材料等によっても異なるが、例えば１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度であることが好ましい。
この有機トランジスタ素子がトップエミッション構造である場合には、発光層２７よりも上側に位置する第２電極２８は、透明又は半透明になっていることが好ましい。透明材料としては、上記の透明導電膜、金属薄膜、導電性高分子膜を用いることができる。なお、上側とは、本発明で示す図を平面視したときの形態について、その上下方向における上側を意味している。
以上のようにして得られた発光型の有機トランジスタ素子２０は、図２（Ｈ）に示すように、有機ＥＬ素子構造と縦型ＦＥＴ構造とを有する電界効果型の有機発光トランジスタ素子であり、基板２１と、基板２１上に設けられた補助電極２２と、補助電極２２上に設けられた絶縁膜２３と、絶縁膜２３上に設けられた有機半導体層２４と、有機半導体層２４上に又は有機半導体層２４を挟むように所定のパターンで設けられた第１電極２５Ａと、第１電極２５Ａ上に所定の大きさで設けられた電荷注入抑制層２６と、電荷注入抑制層２６及び有機半導体層２４上に設けられた発光層２７と、発光層２７上に設けられた第２電極２８とを有している。第１電極２５Ａは、有機半導体層２４のドーパントを含むエッチング液でエッチングすることにより設けられたものであり、そのエッチング液で第１電極２５Ａをエッチングするのと同時にドーパントが有機半導体層２４の少なくとも表面層にドーピングされている。
図３は、図２の発光型の有機トランジスタ素子２０での電荷の流れを概念的に示す説明図である。本発明の発光型の有機トランジスタ素子２０は、第１電極２５Ａのエッヂ部２５ａが電荷注入作用を有する層（例えば発光層２７）に接する構造であり、具体的には図３に示すように、電荷注入作用を有する層（発光層２７）と第１電極２５Ａのエッヂ部２５ａとが接触しており、第１電極２５Ａと補助電極２２との間に印加されるゲート電圧ＶＧによって電荷（正孔又は電子）が発生し、その電荷は、第１電極２５Ａと第２電極２８との間に印加されるドレイン電圧ＶＤによって第１電極２５Ａから第２電極２８に向かって運ばれる。本発明においては、第１電極２５Ａと第２電極２８との間に一定の電界（ドレイン電圧ＶＤ）を印加した場合、補助電極２２と第１電極２５Ａとの間に印加するゲート電圧ＶＧを可変させることにより、電荷の発生量が制御され、その結果、その電荷が発光層２７に運ばれ、第２電極２８から供給された電荷と再結合して発光する発光量が制御される。
こうした制御は、第１電極２５Ａ上に電荷注入抑制層２６を設けたことにより実現し、図３に示すように、第１電極２５Ａと第２電極２８との間に一定電圧（ドレイン電圧ＶＤ）を印加した場合、第１電極２５Ａの上面で発生して第２電極２８に向かう電荷の流れが電荷注入抑制層２６の存在により抑制される。その結果、電荷は電荷注入抑制層２６で覆われていない小面積のエッヂ部２５ａ（端部）で発生して第２電極２８に向かうことになるので、第１電極２５Ａと第２電極２８との間に一定電圧（ドレイン電圧ＶＤ）が印加された場合での第１電極−第２電極間の電流値を抑制できる。その結果、補助電極２２と第１電極２５Ａとの間に印加する電圧（ゲート電圧ＶＧ）を制御して電荷の発生をアシストすることにより、第１電極２５Ａでの電荷の発生量を制御して発光量を制御することができる。特に本発明においては、ドーパントの作用により有機半導体層２４中のキャリア密度が上昇して有機半導体層の抵抗を下げるので、補助電極２２と第１電極２５Ａとの間に印加する電圧（ゲート電圧ＶＧ）を制御して電荷の発生をアシストすることが容易となり、第１電極２５Ａでの電荷の発生量を制御して発光量を制御することが容易となる。
［その他の構成］
上記の発光型の有機トランジスタ素子２０においては、第１電極２５Ａを陽極とし、第２電極２８を陰極として構成してもよいし、第１電極２５Ａを陰極とし、第２電極２８を陽極として構成してもよい。第１電極２５Ａと第２電極２８とが何れの極性を持つものであっても、補助電極２２と第１電極２５Ａとの間に印加する電圧を制御して電荷量を鋭敏に変化させることができ、第１電極−第２電極間に流れる電流を制御して発光量を制御することができる。なお、第１電極２５Ａが陽極で第２電極２８が陰極である場合には、第１電極２５Ａに接するように正孔注入層２９Ａ（図３を参照）が設けられていることが好ましく、第２電極２８の接する側に電荷注入層が設けられる場合にはその電荷注入層は電子注入層２９Ｂ（図１１を参照）であることが好ましい。一方、第１電極２５Ａが陰極で第２電極２８が陽極である場合には、第１電極２５Ａに接する側に電子注入層が設けられ、第２電極２８の接する側に電荷注入層が設けられる場合にはその電荷注入層は正孔注入層であることが好ましい。
また、上記のように、第１電極２５Ａが陰極である場合には、ドーパントとしては酸化作用を有するものを用いることが好ましく、第１電極２５Ａが陽極である場合には、ドーパントとしては還元作用を有するものを用いることが好ましい。
図４は、補助電極２２（ゲート電極１２）と第１電極２５Ａ（ソース−ドレイン電極１５ｓ，１５ｄ）のオーバーラップについて説明する模式断面図である。図２に示した発光型の有機トランジスタ素子２０の例で説明すれば、有機トランジスタ素子２０を上方から平面視した場合、補助電極２２と第１電極２５Ａが、幅ｄだけオーバーラップするように形成することができる。こうしたオーバーラップは、素子の歩留まりを向上すると共に再現性を向上させるという効果があるので、少なくとも図４に示すように、多少でもオーバーラップしていることが好ましい。なお、図３のように一部のみがオーバーラップしていてもよいが、補助電極２２を広い面積で形成することにより、第１電極２５Ａと補助電極２２が完全に重なっていることが好ましい。
図５は、エッチング液中のドーパントが有機半導体層２４にドープした領域を示す模式断面図である。図２に示した発光型の有機トランジスタ素子２０の例で説明すれば、第１電極２５Ａが、ドーパントを含むエッチング液でエッチングすることにより設けられるので、そのエッチング液で第１電極層２５をエッチングして第１電極２５Ａを形成するのと同時に、有機半導体層２４の少なくとも表面層は、ドーパントがドープしたドープ領域３１となる。ここで、「少なくとも」としたのは、図５に示すような表面層がドープ領域３１となっている場合の他、第１電極２５Ａの下を含む有機半導体層１４の表面層から絶縁膜２３の界面付近までドーパントがドープしたドープ領域３１となっている場合を含むことを意味している。こうしたドープ領域３１が有機半導体層２４に形成されるので、得られた有機トランジスタ素子は、(i)高精度でパターン形成された第１電極２５Ａ（又はソース−ドレイン電極１５ｓ，１５ｄ）を有し、高密度集積化を実現できる、(ii)キャリア移動度の低下が抑制され又はキャリア移動度が向上した有機半導体層２４を有し、トランジスタ特性を良好なものとすることができる、という作用効果を奏する。
本発明の発光型の有機トランジスタ素子２０は、トップエミッション型の発光トランジスタ素子であってもよいし、ボトムエミッション型の発光トランジスタ素子であってもよく、いずれの形態にするかによって、構成される層の光透過性が設計される。なお、本願で示す発光型の有機トランジスタ素子２０の断面構成図は、トランジスタの一画素（一ピクセル）を示している。したがって、この画素毎に所定の発光色を発光する発光層を形成することにより、カラーディスプレイ等の発光表示装置を形成することができる。
［有機発光トランジスタ及び発光表示装置］
次に、本発明の有機発光トランジスタ及び発光表示装置について説明するが、以下により限定されるものではない。本発明の有機発光トランジスタは、上述した本発明の発光型の有機トランジスタ素子２０がシート状基板の上にマトリクス配置されたものであり、上記本発明の発光型の有機トランジスタ素子２０と、その有機トランジスタ素子２０が備える第１電極２５Ａと第２電極２８との間に一定電圧（ドレイン電圧ＶＤ）を印加する第１電圧供給手段と、その有機トランジスタ素子２０が備える第１電極２５Ａと補助電極２２との間に可変電圧（ゲート電圧ＶＧ）を印加する第２電圧供給手段とを有する。
図６及び図７は、本発明の発光型の有機トランジスタ素子２０を構成する電極配置の例を示す平面図である。図６は、第１電極２５Ａと電荷注入抑制層２６とからなる積層構造体３０を櫛形に形成した場合の配置図であり、図７は、その積層構造体３０を格子状に形成した場合の配置図である。電極配置は、図６及び図７に示すように、平面視で上下方向に延びる補助電極２２と、その補助電極２２に直交するように一方の側から延びる積層構造体３０（第１電極２５Ａ）と、その補助電極２２に直交すると共に積層構造体３０と重なるように他方の側から延びる第２電極２８とからなるように配置されている。図７では、Ｘ方向の積層構造体３０ｘとＹ方向の積層構造体３０ｙで格子を構成している。なお、図６及び図７は一例である。
また、本発明の発光表示装置は、複数の発光部をマトリクス状に配置した発光表示装置であって、その複数の発光部の各々が、上記本発明の発光型の有機トランジスタ素子２０を有している。図８は、本発明の発光型の有機トランジスタ素子２０を内蔵した典型的な発光表示装置の一例を示す概略図であり、図９は、発光表示装置内の各画素（単位素子）１８０として設けられた本発明の発光型の有機トランジスタ素子２０を有する有機発光トランジスタの一例を示す回路概略図である。この発光表示装置は、各画素（単位素子）１８０が１つのスイッチングトランジスタを有する例を示している。
図９に示す各画素１８０は、縦横に配列された第一スイッチング配線１８７と第二スイッチング配線１８８とに接続されている。第一スイッチング配線１８７及び第二スイッチング配線１８８は、図８に示すように、電圧制御回路１６４に接続され、その電圧制御回路１６４は、画像信号供給源１６３に接続されている。なお、図８及び図９中の符号１８６はグランド配線であり、符号１８９は定電圧印加線である。
図９において、第一スイッチングトランジスタ１８３のソース１９３ａは、第二スイッチング配線１８８に接続され、ゲート１９４ａは、第一スイッチング配線１８７に接続され、ドレイン１９５ａは、有機発光トランジスタ１４０の補助電極２２及び電圧保持用コンデンサ１８５の一方の端子に接続されている。また、電圧保持用コンデンサ１８５の他方の端子は、グランド１８６に接続されている。有機発光トランジスタ１４０の第２電極２８は、グランド１８６に接続され、有機発光トランジスタ１４０の第１電極２５Ａは、定電圧印加線１８９に接続されている。
次に、図９に示す回路の動作について説明する。第一スイッチング配線１８７に電圧が印加されると、第一スイッチングトランジスタ１８３のゲート１９４ａに電圧が印加される。これにより、ソース１９３ａとドレイン１９５ａとの間に導通が生じる。この状態において、第二スイッチング配線１８８に電圧が印加されると、ドレイン１９５ａに電圧が印加され、電圧保持用コンデンサ１８５に電荷が貯えられる。これにより、第一スイッチング配線１８７又は第二スイッチング配線１８８に印加する電圧をオフにしても、有機発光トランジスタ１４０の補助電極２２に、電圧保持用コンデンサ１８５に貯えられた電荷が消滅するまで電圧が印加され続ける。有機発光トランジスタ１４０の第１電極２５Ａに電圧が印加されることにより、第１電極２５Ａと第２電極２８との間が導通し、定電圧供給線１８９から有機発光トランジスタ１４０を通過してグランド１８６に電流が流れ、有機発光トランジスタ１４０が発光する。
図１０は、発光表示装置内の各画素（単位素子）１８１として設けられた本発明の発光型の有機トランジスタ素子を有する有機発光トランジスタの他の一例を示す回路概略図である。この発光表示装置は、各画素（単位素子）１８１が２つのスイッチングトランジスタを有する例を示している。
図１０に示す各画素１８１は、図９の場合と同様、縦横に配列された第一スイッチング配線１８７と第二スイッチング配線１８８とに接続されている。第一スイッチング配線１８７及び第二スイッチング配線１８８は、図８に示すように、電圧制御回路１６４に接続され、その電圧制御回路１６４は、画像信号供給源１６３に接続されている。なお、図１０中の符号１８６はグランド配線であり、符号２０９は電流供給線であり、符号１８９は定電圧印加線である。
図１０において、第一スイッチングトランジスタ１８３のソース１９３ａは、第二スイッチング配線１８８に接続され、ゲート１９４ａは、第一スイッチング配線１８７に接続され、ドレイン１９５ａは、第二スイッチングトランジスタ１８４のゲート１９４ｂ及び電圧保持用コンデンサ１８５の一方の端子に接続されている。また、電圧保持用コンデンサ１８５の他方の端子は、グランド１８６に接続され、第二スイッチングトランジスタのソース１９３ｂは、電流源１９１に接続され、ドレイン１９５ｂは、有機発光トランジスタ１４０の補助電極２２に接続されている。有機発光トランジスタ１４０の第２電極２８は、グランド１８６に接続され、有機発光トランジスタ１４０の第１電極２５Ａは、定電圧印加線１８９に接続されている。
次に、図１０に示す回路の動作について説明する。第一スイッチング配線１８７に電圧が印加されると、第一スイッチングトランジスタ１８３のゲート１９４ａに電圧が印加される。これにより、ソース１９３ａとドレイン１９５ａとの間に導通が生じる。この状態において、第二スイッチング配線１８８に電圧が印加されると、ドレイン１９５ａに電圧が印加され、電圧保持用コンデンサ１８５に電荷が貯えられる。これにより、第一スイッチング配線１８７又は第二スイッチング配線１８８に印加する電圧をオフにしても、第二スイッチングトランジスタ１８４のゲート１９４ｂに、電圧保持用コンデンサ１８５に貯えられた電荷が消滅するまで電圧が印加され続ける。第二トランジスタ１８４のゲート１９４ｂに電圧が印加されることにより、ソース１９３ｂとドレイン１９５ｂとの間が導通し、定電圧印加線１８９から有機発光トランジスタ１４０を通過してグランドに電流が流れ、有機発光トランジスタ１４０が発光する。
図８に示す画像信号供給源１６３は、例えばそれに内蔵又は接続されている画像情報メディアに記録されている画像情報を再生する装置や、入力された電気磁気的な情報を電気信号に変換する装置からもたらされる電気信号を、電圧制御装置１６４が受け取れる電気信号形態に変換して、電圧制御装置１６４に送る。電圧制御装置１６４は、画像信号供給源１６３からもたらされた電気信号を更に変換し、どの画素１８０，１８１をどれだけの時間発光させるかを計算し、第一スイッチング配線１８７及び第二スイッチング配線１８８に印加する電圧、時間、及びタイミングを決定する。これにより、画像情報に基づき発光表示装置は、所望の画像を表示できるようになる。なお、近接した微小画素ごとに、赤を基調にする色、緑を基調にする色、及び青を基調にする色のＲＧＢ三色が発光できるようにすると、カラー表示の画像表示装置を得ることができる。
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
（実施例１）
補助電極２２としての厚さ１００ｎｍのＩＴＯ膜付きのガラス基板２１上に、絶縁膜２３としてポジ型のＰＶＰ系レジスト（東京応化工業株式会社製、商品名：ＴＭＲ−Ｐ１０）をスピンコート法により３００ｎｍの厚さで成膜した。次に、絶縁膜２３上に、電荷注入材料であるポリ３ヘキシルチオフェン（アルドリッチ社製、商品名：Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl）をインクジェット法で塗布し、活性層である有機半導体層２４を厚さ５０ｎｍ形成した。その後、その有機半導体層２４上に、真空蒸着法により第１電極層２５（陽極）としてのＡｕ層（厚さ３０ｎｍ）を一様に成膜し、その後、上記と同じＰＶＰ系のレジスト（東京応化工業株式会社製、商品名：ＴＭＲ−Ｐ１０）をスピンコート法により塗布した。次に、マスクを用いた露光、現像を行って５０μｍの幅ｄ１で厚さ３００ｎｍの電荷（正孔）注入抑制層２６を形成した。
次に、エッチング液として、エッチャントとしてのヨウ化カリウム及びドーパントとしてのヨウ素を含有させた金エッチング液（関東化学社製、ＡＵＲＵＭ１０１）を用いて第１電極層２５をエッチングして第１電極２５Ａを形成した。エッチングは、第１電極２５Ａのエッヂ部２５ａが電荷注入抑制層２６のエッヂ部とほぼ同じになるようにエッチングした。その後、電荷注入能と電荷輸送能を有する電荷（正孔）輸送層２７Ａとしてのα−ＮＰＤを有機半導体層２４及び電荷注入抑制層２６を覆うようにして真空蒸着により成膜し、電荷注入抑制層２６の上面からの厚さが４０ｎｍとなるように形成した。さらに、発光層２７としてのＡｌｑ３（厚さ６０ｎｍ）／電子注入層２９ＢとしてのＬｉＦ（厚さ１ｎｍ）／第２電極２８としてのＡｌ（厚さ１００ｎｍ）をその順で真空蒸着により積層して、図１１の形態からなる実施例１の発光型の有機トランジスタ素子を作製した。
得られた発光型の有機トランジスタ素子の第１電極２５Ａと第２電極２８との間にマイナス１０Ｖの電圧（ドレイン電圧ＶＤ）を印加しながら、補助電極２２と第１電極２５Ａとの間に印加する電圧（ゲート電圧ＶＧ）を変化させた。図１２は、そのときに得られた輝度の変化を示すグラフである。この結果から、マイナス１０Ｖのドレイン電圧ＶＤの印加時において、ゲート電圧ＶＧを可変させると、約マイナス１０Ｖからプラス側で輝度を約０にすることができた。こうした結果は、ゲート電圧ＶＧの可変による輝度制御が可能であるということがいえる。なお、輝度の測定は、ＭＩＮＯＬＴＡ社製の輝度計（商品名：ＣＳ−１００Ａ）を用い、室温、大気下の測定条件で行った。
上記の結果は次のように説明できる。すなわち、この実施例１では、エッチング液中のヨウ素は、チオフェン系高分子からなる有機半導体層２４に対して酸化作用を有するドーパントとして作用する。有機半導体層１４には、エッチング液で第１電極２５Ａをウエットエッチングするのと同時に前記のドーパントがドーピングされる。ドーピングされたドープ領域３１は有機半導体層１４の表面層であり、そのドープ領域３１は２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）で分析することにより計測することができる。本実施例のドープ領域３１は、第１電極２５Ａの下を含む有機半導体層１４の表面層から絶縁膜の界面付近までドーパントであるヨウ素が確認された。本実施例では、ドープ領域３１で有機半導体層１４を酸化させることができ、有機半導体層１４の正孔を増やすことができる。こうした正孔の増加は有機半導体層１４のキャリア密度を上昇させることができるので、抵抗が下がり、補助電極２２と第１電極２５Ａとの間に印加するゲート電圧ＶＧを可変させるよって、キャリアの移動を制御することが可能となる。
（比較例１）
補助電極２２としての厚さ１００ｎｍのＩＴＯ膜付きのガラス基板２１上に、絶縁膜２３としてポジ型のＰＶＰ系レジスト（東京応化工業株式会社製、商品名：ＴＭＲ−Ｐ１０）をスピンコート法により３００ｎｍの厚さで成膜した。次に、絶縁膜２３上に、電荷注入材料であるポリ３ヘキシルチオフェン（アルドリッチ社製、商品名：Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl）をインクジェット法で塗布し、活性層である有機半導体層２４を厚さ５０ｎｍ形成した。その後、その有機半導体層２４上に、マスクを用いた真空蒸着法により第１電極２５Ａ（陽極）としてのＡｕ（厚さ３０ｎｍ）を成膜した後、第１電極２５Ａを覆うようにしてポジ型のレジスト（東京応化工業株式会社製、商品名：ＴＭＲ−Ｐ１０）をスピンコート法により塗布した。次に、第１電極２５Ａと同じ大きさになるように、マスクを用いた露光、現像を行って５０μｍの幅ｄ１で厚さ３００ｎｍの電荷（正孔）注入抑制層２６を第１電極２５Ａ上のみに形成した。
その後、電荷注入能と電荷輸送能を有する電荷（正孔）輸送層２７Ａとしてのα−ＮＰＤを有機半導体層２４及び電荷注入抑制層２６を覆うようにして真空蒸着により成膜し、電荷注入抑制層２６の上面からの厚さが４０ｎｍとなるように形成した。さらに、発光層２７としてのＡｌｑ３（厚さ６０ｎｍ）／電子注入層２９ＢとしてのＬｉＦ（厚さ１ｎｍ）／第２電極２８としてのＡｌ（厚さ１００ｎｍ）をその順で真空蒸着により積層して、図１１と同様の形態からなる比較例１の発光型の有機トランジスタ素子を作製した。
得られた発光型の有機トランジスタ素子の第１電極２５Ａと第２電極２８との間にマイナス１０Ｖの電圧（ドレイン電圧ＶＤ）を印加しながら、補助電極２２と第１電極２５Ａとの間に印加する電圧（ゲート電圧ＶＧ）を変化させた。図１２は、そのときに得られた輝度の変化を示すグラフである。この結果から、マイナス１０Ｖのドレイン電圧ＶＤの印加時において、ゲート電圧ＶＧを可変させても、実施例１のような輝度のＯＮ／ＯＦＦ制御はできなかった。なお、輝度の測定は、実施例１と同じである。
上記の結果は次のように説明できる。すなわち、この比較例２では、ドーパントを含むエッチング液を用いないので、ドーパントによる有機半導体層１４の酸化を起こさない。そのため、上記の実施例１とは異なり、有機半導体層１４の正孔は増えず、キャリア密度を上昇させることができない。その結果、補助電極２２と第１電極２５Ａとの間に印加するゲート電圧ＶＧを可変させても、キャリアの移動を制御することが難しいことになる。
本発明の有機トランジスタ素子の製造方法の一例を示す工程フローである。 本発明の発光型の有機トランジスタ素子の製造方法の一例を示す工程フローである。 図２の発光型の有機トランジスタ素子での電荷の流れを概念的に示す説明図である。 補助電極（ゲート電極）と第１電極（ソース−ドレイン電極）のオーバーラップについて説明する模式断面図である。 エッチング液中のドーパントが有機半導体層にドープした領域を示す模式断面図である。 本発明の発光型の有機トランジスタ素子を構成する電極配置の一例を示す平面図である。 本発明の発光型の有機トランジスタ素子を構成する電極配置の他の一例を示す平面図である。 本発明の発光型の有機トランジスタ素子を内蔵した発光表示装置の一例を示す概略図である。 発光表示装置内の各画素（単位素子）として設けられた本発明の発光型の有機トランジスタ素子を有する有機発光トランジスタの一例を示す回路概略図である。 発光表示装置内の各画素（単位素子）として設けられた本発明の発光型の有機トランジスタ素子を有する有機発光トランジスタの他の一例を示す回路概略図である。 実施例１及び比較例１の発光型の有機トランジスタ素子を示す模式断面図である。 実施例１及び比較例１の発光型の有機トランジスタ素子で得られた輝度の変化を示すグラフである。 ＳＩＴ構造と有機ＥＬ素子構造とを複合させた従来の有機発光トランジスタの一例を示す断面構成図である。 ＳＩＴ構造と有機ＥＬ素子構造とを複合させた従来の発光トランジスタの他の例を示す断面構成図である。
符号の説明
１０ 有機トランジスタ素子
２０ 発光型の有機トランジスタ素子
１１，２１ 基板
１２ ゲート電極
１３，２３ 絶縁膜
１４，２４ 有機半導体層
１５ 電極層
１５ｓ ソース電極
１５ｄ ドレイン電極
１５Ａ 第１電極
１６ エッチングマスク
２２ 補助電極
２５ 第１電極層
２５Ａ 第１電極
２５ａ エッジ部
２６ 電荷注入抑制層
２７ 発光層
２７Ａ 電荷（正孔）輸送層
２８ 第２電極
２９Ａ 電荷（正孔）注入層
２９Ｂ 電荷（電子）注入層
３０ 積層構造体
３１ 検出されたドープ領域
１４０ 有機トランジスタ
１６３ 画像信号供給源
１６４ 電圧制御回路
１８０，１８１ 画素
１８３ 第一スイッチングトランジスタ
１８４ 第二スイッチングトランジスタ
１８５ 電圧保持用コンデンサ
１８６ グランド配線
１８７ 第一スイッチング配線
１８８ 第二スイッチング配線
１８９ 定電圧印加線
１９３ａ 第一スイッチングトランジスタのソース
１９３ｂ 第二スイッチングトランジスタのソース
１９４ａ 第一スイッチングトランジスタのゲート
１９４ｂ 第二スイッチングトランジスタのゲート
１９５ａ 第一スイッチングトランジスタのドレイン
１９５ｂ 第二スイッチングトランジスタのドレイン
２０９ 電流供給線
ＶＧ ゲート電圧
ＶＤ ドレイン電圧

Claims (8)

  1. 有機半導体層上に又は有機半導体層を挟むように、所定のパターンにウエットエッチングされた電極が設けられてなるトップコンタクト型の有機トランジスタ素子の製造方法であって、
    前記電極を所定のパターンにウエットエッチングする工程において、エッチング液が前記有機半導体層を酸化させて正孔を増やすドーパント又は前記有機半導体層を還元させて電子を増やすドーパントを含み、当該エッチング液で前記電極をウエットエッチングするのと同時に前記ドーパントを前記有機半導体層にドーピングすることを特徴とする有機トランジスタ素子の製造方法。
  2. 補助電極と絶縁膜がその順に設けられた基板を準備する工程と、前記絶縁膜上に有機半導体層を設ける工程と、前記有機半導体層上に又は前記有機半導体層を挟むように第１電極層を設ける工程と、前記第１電極層上に所定の大きさの電荷注入抑制層を設ける工程と、前記電荷注入抑制層をエッチングマスクとして前記第１電極層をウエットエッチングし、所定のパターンの第１電極を設ける工程と、前記電荷注入抑制層及び前記有機半導体層上に発光層を設ける工程と、前記発光層上に第２電極を設ける工程とを少なくとも有する発光型の有機トランジスタ素子の製造方法であって、
    前記所定のパターンの第１電極を設ける工程において、エッチング液が前記有機半導体層を酸化させて正孔を増やすドーパント又は前記有機半導体層を還元させて電子を増やすドーパントを含み、当該エッチング液で前記第１電極層をウエットエッチングするのと同時に前記ドーパントを前記有機半導体層にドーピングすることを特徴とする発光型の有機トランジスタ素子の製造方法。
  3. 前記有機半導体層が、電荷注入材料、電荷輸送材料ないし発光材料を含む有機層である、請求項１又は２に記載の有機トランジスタ素子の製造方法。
  4. 基板上に設けられた有機半導体層と、前記有機半導体層上に又は前記有機半導体層を挟むように所定のパターンで設けられたソース−ドレイン電極とを有するトップコンタクト型の有機トランジスタ素子であって、
    前記ソース−ドレイン電極が、前記有機半導体層を酸化させて正孔を増やすドーパント又は前記有機半導体層を還元させて電子を増やすドーパントを含むエッチング液でエッチングすることにより設けられたものであり、当該エッチング液で前記ソース−ドレイン電極をエッチングするのと同時に前記ドーパントが前記有機半導体層の少なくとも表面層にドーピングされてなることを特徴とする有機トランジスタ素子。
  5. 基板と、当該基板上に設けられた補助電極と、当該補助電極上に設けられた絶縁膜と、当該絶縁膜上に設けられた有機半導体層と、当該有機半導体層上に又は当該有機半導体層を挟むように所定のパターンで設けられた第１電極と、当該第１電極上に所定の大きさで設けられた電荷注入抑制層と、当該電荷注入抑制層及び前記有機半導体層上に設けられた発光層と、当該発光層上に設けられた第２電極とを有する発光型の有機トランジスタ素子であって、
    前記第１電極が、前記有機半導体層を酸化させて正孔を増やすドーパント又は前記有機半導体層を還元させて電子を増やすドーパントを含むエッチング液でエッチングすることにより設けられたものであり、当該エッチング液で前記第１電極をエッチングするのと同時に前記ドーパントが前記有機半導体層の少なくとも表面層にドーピングされてなることを特徴とする発光型の有機トランジスタ素子。
  6. 前記有機半導体層が、電荷注入材料、電荷輸送材料ないし発光材料を含む有機層である、請求項４又は５に記載の有機トランジスタ素子。
  7. 請求項５に記載の有機トランジスタ素子と、当該有機トランジスタ素子が備える第１電極と第２電極との間に一定電圧を印加する第１電圧供給手段と、当該有機トランジスタ素子が備える第１電極と補助電極との間に可変電圧を印加する第２電圧供給手段とを有することを特徴とする有機発光トランジスタ。
  8. 複数の発光部をマトリクス状に配置した発光表示装置であって、前記複数の発光部の各々は、請求項４〜６のいずれかに記載の有機トランジスタ素子を有することを特徴とする発光表示装置。
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