JP5025948B2

JP5025948B2 - 有機電界効果トランジスタ及び半導体装置

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Publication number: JP5025948B2
Application number: JP2005350893A
Authority: JP
Inventors: 信晴大澤; 吉晴平形; 忍古川
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2025-12-05
Also published as: JP2006190998A

Description

本発明は、スイッチング素子や増幅素子として利用できる電界効果トランジスタに関するものである。また本発明は、前記電界効果トランジスタを有する半導体装置に関するものである。

電界効果トランジスタは、ソース電極とドレイン電極の２つの電極間に設けられている半導体層の電気伝導度をゲート電極に印加する電圧で制御するものであり、基本的には、ｐ型あるいはｎ型のいずれか一方のキャリア（正孔あるいは電子）が電荷を輸送する、ユニポーラ素子の代表的なものである。

これらの電界効果トランジスタは、その組み合わせによって種々のスイッチング素子や増幅素子を形成することができるため、様々な分野で応用されている。例えば、アクティブマトリクス型ディスプレイにおける画素のスイッチング素子などがその応用例として挙げられる。

これまで、電界効果トランジスタに用いる半導体材料としては、シリコンに代表される無機半導体材料が広く用いられてきたが、無機半導体材料を半導体層として成膜するためには高温で処理する必要があるため、基板にプラスチック基板やフィルムを用いることが難しい。

これに対し、有機半導体材料を半導体層として用いると、比較的低温度でも成膜が可能であるため、ガラス基板のみならずプラスチックなどの熱耐久性の小さい基板上にも原理的に電界効果トランジスタを作製することが可能となる。

このように、有機半導体材料を半導体層とした電界効果トランジスタ（以下、「有機電界効果トランジスタ」と記す）の例として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）をゲート絶縁層とし、ペンタセンを半導体層としたもの（下記非特許文献１参照）が挙げられる。この報告では電界効果移動度が１ｃｍ^２／Ｖｓと報告されており、有機半導体材料を半導体層としても、アモルファスシリコンに匹敵するトランジスタ性能が得られることが報告されている。

ところで、有機電界効果トランジスタでは、ソース電極及びドレイン電極と半導体層との間でキャリアの受け渡しがされるが、その界面にエネルギー障壁が存在すると電界効果移動度などのトランジスタ特性が低下してしまう。これを改善するため、ソース電極またはドレイン電極と半導体層との界面に弗化リチウム層を用いること（下記特許文献１参照）が提案されているが、ｎチャネル型の有機電界効果トランジスタにしか適用することができないため、有機半導体材料の種類はｎ型のものに限られてくる。また、導電性付与剤を半導体層にドープすること（下記特許文献２参照）も提案されているが、導電性付与剤は化学的安定性に乏しいという問題がある。さらに、これら電極材料と有機半導体材料との密着性も、耐久性に優れたトランジスタを得るためには重要である。

以上のことから、種々の有機半導体材料を用いた有機電界効果トランジスタに対して用いることができ、化学的に安定で、有機半導体材料との密着性に優れたソース電極及びドレイン電極が待ち望まれている。このようなソース電極及びドレイン電極を適用することで、電界効果移動度が良好で、耐久性に優れた有機電界効果トランジスタが得られる。

また、有機電界効果トランジスタにおいては、ソース電極及びドレイン電極は配線としても兼用されるため、高い導電性が必要となる。しかしながら、上述したような特性と高い導電性を兼ね備えたソース電極及びドレイン電極は報告されていない。
Ｙ．Ｙ．Ｌｉｎ，Ｄ．Ｊ．Ｇｕｎｄｌａｃｈ，Ｓ．Ｆ．Ｎｅｌｓｏｎ，Ｔ．Ｎ．Ｊａｃｋｓｏｎ，ＩＥＥＥＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１８，６０６−６０８（１９９７）特開２００３−２９８０５６特開２００４−２２８３７１

本発明は、有機半導体材料を用いた半導体層を有する電界効果トランジスタ（本発明では有機電界効果トランジスタと称する）において、半導体層との界面のエネルギー障壁を低減できる有機電界効果トランジスタ用電極を有する有機電界効果トランジスタを提供することを課題とする。また、種々の有機半導体材料に対して使用可能であって、化学的に安定で、また、半導体層との密着性に優れた有機電界効果トランジスタ用電極を有する有機電界効果トランジスタを提供することを課題とする。また、上記有機電界効果トランジスタを含む半導体装置を提供することを課題とする。

また、上述したような特性を有する上に導電性にも優れており、配線と兼用することのできる導電層を提供することを課題とする。

また、有機電界効果トランジスタにおいて、キャリアを効率よく注入するためにその電極の選択において仕事関数を考慮することが必要となっている。さらに、その制約は厳しく、現状、ごく一部の条件を満たす導電層しか使用することが出来ない。例えば、ｐ型有機電界効果トランジスタの電極として広く用いられている導電層に金が挙げられるが、このように高価な金属を用い、仕事関数を満足させることが必要となっている。

そこで本発明では有機電界効果トランジスタの電極の一部として導電性の材料を用いた場合、その選択において仕事関数に支配されない構成を有する有機電界効果トランジスタ用の電極、または有機電界効果トランジスタを提供することを課題とする。

さらに本発明では、電界効果移動度が良好な有機電界効果トランジスタを提供することを課題とする。また、耐久性に優れた有機電界効果トランジスタを提供することを課題とする。

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、有機電界効果トランジスタ用の電極、すなわち有機電界効果トランジスタにおけるソース電極及びドレイン電極の少なくとも一方の一部に、有機化合物と金属酸化物とを含む複合層を用いると、当該電極と半導体層との界面のエネルギー障壁が低減し、電界効果移動度が向上することを見出した。

また本発明者は、そのような構成の電極が、有機電界効果トランジスタのソース電極及び／またはドレイン電極として用いられた場合、化学的に安定で、半導体層との密着性に優れていることを見出した。

本発明の半導体装置の一は、有機半導体材料を含む半導体層と、前記半導体層に接して、有機化合物と金属酸化物とを含む複合層を電極として有することを特徴とする有機電界効果トランジスタを有することを特徴とする。

上記構成において、有機化合物としては、芳香族アミン化合物が好ましい。

上記構成において、金属酸化物としては、遷移金属酸化物が好ましく、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物、クロム酸化物、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、レニウム酸化物、およびルテニウム酸化物等が好適である。

本発明の半導体装置の他の構成は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む第２の層をさらに有し、第２の層が前記複合層に接して設けられていることを特徴とする。

なお、上述した本発明の有機電界効果トランジスタ用ソース電極及び／またはドレイン電極は、導電層をさらに有することが好ましい。それにより、導電性にも優れ、配線と兼用することのできるソース電極及びドレイン電極を得ることができる。

本発明の有機電界効果トランジスタの一は、有機半導体材料を含む半導体層と、前記半導体層に接して、有機化合物と金属酸化物とを含む複合層を電極として有することを特徴とする。

上記構成において、複合層が、半導体層と接して設けられていることを特徴とする。

上記構成において、有機半導体材料が、有機化合物と同一材料であることを特徴とする。

上記構成において、ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む第２の層をさらに有し、第２の層が、半導体層と複合層の間に設けられていることを特徴とする。

上記構成において、ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方が、導電層をさらに有することを特徴とする。

なお、上述した複合層において、前記有機化合物と前記金属酸化物との混合比は、モル比で有機化合物／金属酸化物＝０．１〜１０、好ましくは０．５〜２の範囲であることが好ましい。

また、本発明の他の構成は、上述した導電層をさらに有する有機電界効果トランジスタであって、当該導電層の側端部が有機化合物と金属酸化物とを含む複合層で覆われていることを特徴とする。

本発明を実施することで、有機半導体材料を用いた半導体層を有する電界効果トランジスタにおいて、半導体層との界面のエネルギー障壁を低減できるソース電極及びドレイン電極を得ることができる。また、種々の有機半導体材料に対して使用可能なソース電極及びドレイン電極を得ることができる。また、化学的に安定なソース電極及びドレイン電極を得ることができる。また、半導体層との密着性に優れたソース電極及びドレイン電極を得ることができる。

また、有機化合物と金属酸化物とを含む複合層を一部に有する本発明の有機電界効果トランジスタ用電極は、導電性材料として、仕事関数の制約を考えずに選択することが可能となり、選択の範囲が広がり、コスト的にも有利な構成である。また、導電性材料を併用していることで抵抗も小さくすることができ、配線としても好適に用いることが出来るようになる。

さらに本発明を実施することで、電界効果移動度が良好な有機電界効果トランジスタを提供することができる。また、耐久性に優れた有機電界効果トランジスタを提供することができる。

また、本発明を実施することで、動作特性が良く、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

本発明の有機電界効果トランジスタにおいて、優れた電界効果トランジスタ特性を得るためには、有機半導体層のキャリア密度が電界効果によって効率よく制御されることに加えて、ソース電極から有機半導体層へのキャリアの供給と有機半導体層からドレイン電極へのキャリアの排出が効率良く起こることが必要である。このためには、ソース電極及びドレイン電極と有機半導体層との間にエネルギー障壁がないことが望ましいが、一般に電極金属のフェルミ準位と有機半導体材料の最高被占準位との間にエネルギー差があるため、エネルギー障壁が存在し、このことが有機電界効果トランジスタの特性を制限する一因になっており、電極の選択に仕事関数を考慮しなければならない理由の一つである。

本発明者は、ソース電極及びドレイン電極の一部に有機化合物と金属酸化物とを含む複合層を用いることにより、ソース電極及びドレイン電極と有機半導体層との間のエネルギー障壁が低減し、ソース電極から有機半導体層へのキャリアの供給と有機半導体層からドレイン電極へのキャリアの排出が効率良く起こるようになり、電界効果トランジスタ特性が向上することを見出した。

この現象は、有機化合物と金属酸化物とを混合した複合層内において、有機化合物と金属酸化物の間で電荷移動錯体が形成され、複合層内でのキャリア密度が向上することに起因すると考えられる。

なお、本明細書において、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、液晶表示装置、発光装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。

（実施の形態１）
本発明の有機電界効果トランジスタの構造例を図１（Ａ）〜１（Ｄ）として示す。なお、図中、１１が有機半導体材料を含む半導体層、１２が絶縁層、１３が複合層、１５がゲート電極、１６が基板であり、ソース電極及びドレイン電極１８は、複合層１３および導電層１７を有している。各層や電極の配置は、素子の用途により適宜選択できる。また、図中では複合層１３が半導体層１１に接して設けられているがこの限りではなく、ソース電極及び／またはドレイン電極の一部に含まれていれば良い。なお、各層や電極の配置は、素子の用途により図１（Ａ）〜（Ｄ）から適宜選択できる。

基板１６は、ガラス基板、石英基板、結晶性ガラスなどの絶縁性基板や、セラミック基板、ステンレス基板、金属基板（タンタル、タングステン、モリブデン等）、半導体基板、プラスチック基板（ポリイミド、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン等）等を用いることができる。また、これら基板は必要に応じてＣＭＰ等により研磨してから使用しても良い。

絶縁層１２は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒素を含む酸化ケイ素及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、シロキサン系の材料によって形成することができる。シロキサンとは、ケイ素と酸素との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む化合物（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基としてフッ素を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む化合物と、フッ素とを用いてもよい。また、絶縁層１２は単層で形成されていてもいいが、複数層により構成されていても良く、絶縁層を２層で形成する場合は、第１の絶縁層として無機絶縁材料を形成し、第２の絶縁層として有機絶縁材料を積層する構成が好ましい。

なお、これらの絶縁膜はディップ法、スピンコート法、液滴吐出法などの塗布法や、ＣＶＤ法、スパッタ法など公知の方法によって成膜することができる。有機材料やシロキサン系の材料は塗布法により成膜することができ、下層の凹凸を緩和することができる。

本発明で使用する有機半導体材料はキャリア輸送性があり、かつ電界効果によりキャリア密度の変調が起こりうる有機材料であれば、小分子、中分子、高分子のいずれも用いることができ、その種類は特に限定されるものではないが、小分子としては、ペンタセン、ナフタセン等の多環芳香族化合物、共役二重結合系化合物、マクロ環化合物またはその錯体、フタロシアニン、電荷移動型錯体、テトラチオフルバレン：テトラシアノキノジメタン錯体が挙げられる。また高分子として、π共役系高分子、電荷移動型錯体、ポリビニルピリジン、フタロシアニン金属錯体などの高分子が挙げられるが、特に共役二重結合から構成されるπ共役系高分子である、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチエニレン、ポリチオフェン誘導体などを用いることが好ましい。

これらの有機半導体材料は、蒸着法やスピンコート法、液滴吐出法など公知の方法により成膜することができる。

本発明に使用するゲート電極１５、ソース電極及びドレイン電極１８に用いている導電層１７は特に限定されるものではないが以下に挙げるような、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、ナトリウムなどの金属及びそれらを含む合金、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリジアセチレンなどの導電性高分子化合物、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素などの無機半導体、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイトなどの炭素材料、さらにこれらに酸（ルイス酸も含む）、ハロゲン原子、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの金属原子などがドーピングされているものも挙げられる。一般にはソース電極及びドレイン電極に用いる導電性材料としては、金属を用いることが多い。

これらの電極材料はスパッタリング法や蒸着法などにより成膜した後、エッチングするなど公知の方法により作製すればよい。

本発明の複合層１３に使用する有機化合物の種類は特に限定されるものではないが、正孔輸送性を有する材料が望ましく、また、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（以下、ＮＰＢ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（以下、ＴＰＤ）、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（以下、ＤＮＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（以下、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（以下、１−ＴＮＡＴＡ）のような芳香族アミン骨格を有するものが好ましい。なお、半導体層１１として用いることができる材料も使用することができる。

本発明の複合層１３に使用する金属酸化物は特に限定されるものではないが、以下に挙げるような、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウムの酸化物であることが好ましい。

なお、複合層１３はこれらの材料を用いて、抵抗加熱を用いた共蒸着による成膜や、抵抗加熱蒸着と電子銃蒸着（ＥＢ蒸着）を用いた共蒸着による成膜、スパッタリングと抵抗加熱による同時成膜などにより成膜すればよい。また、ゾルーゲル法などによる湿式法により成膜しても良い。

また、複合層１３は電気伝導度が１０^−５［Ｓ／ｃｍ］程度と高く、膜厚を数ｎｍから数百ｎｍまで変化させてもトランジスタの抵抗値に変化が少ないため、複合層の膜厚は数ｎｍから数百ｎｍ以上まで、作製する素子の用途や形状などに合わせて適宜調製することができる。

さらに詳しく本発明を説明するため、図１（Ａ）の構造を例にして説明する。この構造はホールをキャリアとするｐ型の有機電界効果トランジスタに適した構造である。図１（Ａ）が示すように、基板１６上にゲート電極１５、ゲート電極１５上に絶縁層１２を形成し、絶縁膜１２上にソース電極及びドレイン電極１８を形成する。図１（Ａ）においてゲート電極１５はテーパー形状を有するが、本発明はこれに限定されない。ソース電極及びドレイン電極は、導電層１７を形成し、形成した導電層１７の上に、複合層１３を積層して形成する。この時、同じマスクを用いて導電層１７と複合層１３を形成し、導電層１７と複合層１３の端部どうしが揃うような構成としてもよい。最後に半導体層１１を少なくともソース電極とドレイン電極の間に存在するように形成し、有機電界効果トランジスタとする。図１（Ａ）では、半導体層１１はソース電極およびドレイン電極１８と部分的に重なるように形成されている。複合層１３は半導体層１１に接して設けられている。図１（Ａ）の構造では、導電層１７を形成した後に導電層１７の表面酸化や表面準位の安定化が生じるため、導電層１７をそのままソース電極及びドレイン電極に用いてしまうと、ソース電極及びドレイン電極１８と半導体層との間にエネルギー障壁が生じやすくトランジスタ性能が低下しやすい。しかしながら、複合層１３を有する本構成のソース電極及びドレイン電極を適用することで、半導体層１１と導電層１７との間のエネルギー障壁を低減させる効果が生じる。
図１（Ａ）はボトムゲート型、かつボトムコンタクト型の有機電界効果トランジスタである。ボトムコンタクト型とは、有機半導体層の下にソース電極、ドレイン電極を設ける構造である。なお、図１（Ｂ）はボトムゲート型、且つトップコンタクト型の有機電界効果トランジスタである。トップコンタクト型とは、ソース電極及びドレイン電極が半導体層の上面と接する構造である。図１（Ｃ）はトップゲート型、且つボトムコンタクト型の有機電界効果トランジスタであり、図１（Ｄ）はトップゲート型、且つトップコンタクト型の有機電界効果トランジスタである。

このように、複合層１３を半導体層１１と導電層１７との間に挿入した構成のソース電極及びドレイン電極１８を適用することにより、半導体層１１とソース電極及びドレイン電極との間のエネルギー障壁が低減し、ソース電極から半導体層へのキャリアの注入と半導体層からドレイン電極へのキャリア排出が潤滑になる。このため、導電層１７を仕事関数の制約無しに選択することが可能となる。図１（Ａ）、１（Ｃ）に示すように複合層１３の端部は、導電層１７の端部と揃えるような構成としてもよいし、図１（Ｂ）、１（Ｄ）に示すように複合層１３の端部が導電層１７の側面を超えて半導体層１１上に延びるような構成としてもよい。

また、複合層１３は化学的に安定であり、半導体層１１との密着性も導電層１７に比較して良好である。さらに、本構成のように導電層１７と組み合わせることで、導電性にも優れており、配線と兼用することのできるソース電極及びドレイン電極１８を提供することができる。

以上のことから、本構成のソース電極及びドレイン電極を適用することで、電界効果移動度が良好な有機電界効果トランジスタを提供することができる。また、耐久性に優れた有機電界効果トランジスタを提供することができる。

なお、複合層１３を用いることによりソース電極及びドレイン電極１８と半導体層１１との間のエネルギー障壁が低減するため、ソース電極及びドレイン電極の材料として、半導体層１１とのエネルギー障壁が低い材料を選択する必要がない（すなわち、仕事関数の制約を受けない）点も本発明の利点の一つである。

（実施の形態２）
次に電子をキャリアとするｎ型の有機電界効果トランジスタに適した構造を例に説明する。この構造はソース電極またはドレイン電極の一部に複合層１３を有する実施の形態１の構成において、さらにアルカリ金属またはアルカリ土類金属、もしくはそれらを含む化合物（酸化物や窒化物や塩）を含む第２の層１４を有する構造である。

本発明で使用する有機半導体材料は、特に限定されるものではないが、特にｎチャネル型の電界効果トランジスタとして特性を示す有機半導体材料としては以下に挙げるような、ペリレンテトラカルボン酸無水物及びその誘導体、ペリレンテトラカルボキシジイミド誘導体、ナフタレンテトラカルボン酸無水物及びその誘導体、ナフタレンテトラカルボキシジイミド誘導体、金属フタロシアニン誘導体、フラーレン類が好ましい。

本発明の第２の層１４に使用するアルカリ金属及びアルカリ土類金属、もしくはそれらを含む酸化物や窒化物や塩の種類は特に限定されるものではないが以下に挙げる、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、リチウム酸化物、マグネシウム窒化物、カルシウム窒化物であることが好ましい。また、これらの材料と電子輸送性を有する有機化合物との混合材料によって第２の層１４を形成しても良い。電子輸送性を有する有機化合物としては、半導体層に使用されるペリレンテトラカルボン酸無水物及びその誘導体、ペリレンテトラカルボキシジイミド誘導体、ナフタレンテトラカルボン酸無水物及びその誘導体、ナフタレンテトラカルボキシジイミド誘導体、金属フタロシアニン誘導体、フラーレン類の他、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ_３）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ_３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ_２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）等キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる材料を用いることができる。また、この他、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）_２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）_２）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などの材料も用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）等を用いることができる。

本発明の有機電界効果トランジスタの構造例を図２に（Ａ）〜（Ｄ）として示す。なお、図中、１１が有機半導体材料を含む半導体層、１２が絶縁層、１５がゲート電極、１６が基板であり、ソース電極及びドレイン電極１８は、複合層１３、第２の層１４、および導電層１７を有している。また、第２の層１４は、複合層１３と半導体層１１との間に設けられている。各層や電極の配置は、素子の用途により図２（Ａ）〜（Ｄ）から適宜選択できる。図２（Ａ）〜２（Ｄ）は、図１（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ第２の層を設けた構成となっている。よって、ここでは素子構造に関する詳細な説明は省略する。また、図中第２の層１４は複合層１３及び半導体層１１に接して設けられているがこの限りではなく、ソース電極及び／またはドレイン電極の一部に含まれていれば良い。

本発明を説明するため、図２（Ａ）の構造を例にして説明する。前記のようにこの構造は電子をキャリアとするｎ型の有機電界効果トランジスタに適した構造である。図２（Ａ）が示すように、ゲート電極１５と絶縁層１２を形成した基板１６上にソース電極及びドレイン電極１８を形成する。ソース電極及びドレイン電極は、導電層１７を形成し、形成した導電層１７の上に複合層１３と第２の層１４を順に積層することにより構成される。この時、同じマスクを用いて導電層１７と複合層１３を形成し、導電層１７と複合層１３の端部どうしが揃うような構成としてもよい。最後に有機半導体層を少なくともソース電極とドレイン電極の間に存在するように形成し、有機電界効果トランジスタとする。図２（Ａ）では、半導体層１１はソース電極およびドレイン電極１８と部分的に重なるように形成されている。第２の層１４は半導体層１１に接して設けられている。また、複合層１３は、導電層１７と第２の層１４の間に設けられている。

このように複合層１３と第２の層１４が積層された構造を有するソース電極に電圧を印加すると、複合層１３と第２の層１４の界面からホール及び電子がキャリア分離により発生する。発生したキャリアのうち電子は第２の層１４から半導体層１１へと供給され、ホールは導電層１７へと流れる。そして半導体層１１からドレイン電極へと排出される電子は、ドレイン電極における第２の層１４と複合層１３との界面で、ドレイン電極における導電性材料から供給されるホールと対消滅する。このようにして半導体層１１内部には電子をキャリアとする電流が流れることになる。

このように、複合層１３と第２の層１４とを積層した構造を、半導体層１１と導電層１７との間に挿入することにより、半導体層１１とソース電極及びドレイン電極１８との間のエネルギー障壁が低減し、ソース電極から半導体層への電子の供給と半導体層からドレイン電極への電子の排出がスムーズになる。

また、複合層１３は化学的に安定であり、第２の層１４は半導体層１１との密着性が導電層１７に比較して良好である。さらに、本構成のように導電層１７と組み合わせることで、導電性にも優れており、配線と兼用することのできるソース電極及びドレイン電極１８を提供することができる。

なお、本構成を用いることによりソース電極及びドレイン電極１８と半導体層１１との間のエネルギー障壁が低減するため、導電層１７の材料として、半導体層１１とのエネルギー障壁が低い材料を選択する必要がなく、仕事関数にかかわらず導電層１７を選択することができる点も本発明の利点の一つである。

なお、本実施の形態において明示していない事項については実施の形態１に準拠することとする。

（実施の形態３）
次に、複合層に使用する有機化合物を半導体層にも用いる構造を説明する。この構造では複合層と半導体層に使用する有機化合物が同一のものを用いるため、製造プロセスが簡便になりコスト的にも有利となる利点がある。さらに、半導体層とソース電極及びドレイン電極との密着性や界面の化学的安定性が向上するため、トランジスタ特性のさらなる向上が見込める。また、有機電界効果トランジスタの耐久性の向上が見込める。

本発明で使用する半導体材料は、特に限定されるものではないが、複合層に使用する有機化合物と同一のものを使用するため、芳香族アミン化合物であることが好ましい。

さらに詳しく本発明を説明するため、図１（Ａ）の構造を例にして説明する。図１（Ａ）が示すように、ゲート電極１５と絶縁層１２を形成させた基板１６上に、ソース電極及びドレイン電極１８を形成する。ソース電極及びドレイン電極は、導電層１７を形成し、形成した導電層１７の上に、複合層１３を積層することにより構成される。この時、同じマスクを用いて導電層１７と複合層１３を形成し、導電層１７と複合層１３の端部どうしが揃うような構成としてもよいし、図１（Ａ）のように導電層１７と複合層１３の一方の端部どうしが揃うような構成としてもよい。ただし、複合層１３に使用する有機化合物は、次に形成する半導体層１１の有機半導体材料と同一のものを用いる。最後に半導体層１１を少なくともソース電極とドレイン電極の間に存在するように形成させ、有機電界効果トランジスタとする。この場合、複合層１３が半導体層１１に接して設けられている。

このように、複合層１３を半導体層１１と導電層１７との間に挿入した構成のソース電極及びドレイン電極１８を適用することにより、発明の実施の形態１で既に記載したように、半導体層１１とソース電極及びドレイン電極との間のエネルギー障壁が低減し、ソース電極から有機半導体層へのキャリアの注入と半導体層からドレイン電極へのキャリア排出が潤滑になる。また、複合層１３に使用する有機化合物と半導体層１１に使用する有機半導体材料を同一にすることにより、半導体層１１とソース電極及びドレイン電極１８との密着性や界面の化学的安定性が向上するため、複合層１３により半導体層１１と導電層１７との間のエネルギー障壁を低減させる効果がさらに有効となる構造である。また、トランジスタの耐久性も向上する。

なお、本実施の形態の構成を実施の形態２の構成に適用する場合は、有機半導体層に使用した材料を第２の層の有機化合物として用いればよい。その他の構成については実施の形態２と同様である。

（実施の形態４）
本実施の形態では、図３（Ａ）〜（Ｄ）を用いて、有機電界効果トランジスタの導電層１７もしくは半導体層１１においてキャリアが流れる方向に対向する導電層の端面を複合層で覆う構成を説明する。つまり、互いに向かい合う導電層１７の端面を複合層１３で覆う。図３の構成において、実施の形態１と異なる部分は、上記した部分のみであり、図３の構成において本実施の形態で説明がなされていない部分に関しては実施の形態１に準ずることとする。なお、図３（Ａ）〜（Ｄ）は図１（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ対応する。よって、ここでは素子構造に関する詳細な説明は省略する。

有機電界効果トランジスタでは、半導体層として使用する有機材料によっては、その配向方向が電流の流れやすさに大きく影響する場合がある。そのため、通常はチャネルが形成される部分におけるキャリアが流れる方向により電流が流れやすいように配向をそろえるように配慮される。

本実施の形態の構成は先に述べたように、実施の形態１に示した有機電界効果トランジスタの半導体層１１においてキャリアが流れる方向に対向する導電層１７の端面を複合層で覆っている構成である。このような構成とすることによって、電流が流れる方向によりスムーズにキャリアを注入することが出来、有機電界効果トランジスタの特性を向上させることができる。

なお、上記した構成はｐ型の有機電界効果トランジスタに適した構成であり、ｎ型の有機電界効果トランジスタに適した構成としては図４（Ａ）〜（Ｄ）が挙げられる。これらは図２（Ａ）〜（Ｄ）に対応し、図４の構成において本実施の形態で説明がなされていない部分は実施の形態２に準ずることとする。

図４の構成では、実施の形態２に示したような有機電界効果トランジスタの導電層１７もしくは半導体層１１においてキャリアが流れる方向に対向する端面を複合層で覆い、且つ複合層１３においてキャリアが流れる方向に対向する端面を第２の層１４で覆っている構成である。このような構成とすることによって、電流が流れる方向によりスムーズにキャリアを注入することが出来、有機電界効果トランジスタの特性を向上させることができる。
（実施の形態５）

図１（Ａ）に示した本発明有機電界効果トランジスタの作製方法について図５を参照しながら以下に説明する。まず、ｐ型の有機電界効果トランジスタを例に説明する。基板１６上にタングステンからなるゲート電極１５を１００ｎｍ成膜し、ゲート電極上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなる絶縁層１２をゲート絶縁膜として１００ｎｍ成膜し、絶縁層１２上にタングステンからなる導電層１７を１００ｎｍ成膜する。ゲート電極１５はタングステンをスパッタ法などにより基板全面に成膜した後、フォトリソグラフィーによってマスクを形成し、エッチングを行い所望の形状とすればよい。エッチングはウエットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いてもよい。絶縁層１２はＣＶＤ法により、形成する。また、導電層１７はゲート電極と同様に形成すればよい。そして、導電層１７の上に複合層１３として酸化モリブデン（ＶＩ）と芳香族アミン化合物であるＮＰＢをモル比で１対１になるよう抵抗加熱による真空蒸着でマスクを用いて共蒸着して、１０ｎｍ成膜し、導電層１７と複合層１３よりなるソース電極とドレイン電極を形成する。その後、半導体層１１としてペンタセンを少なくともソース電極とドレイン電極１８の間に蒸着にて成膜し、有機電界効果トランジスタとする。半導体層１１はマスクを用いて蒸着すると良い。

図１（Ｂ）〜（Ｄ）の作製方法については基本的に上記した作製順が変わるのみであって大きな違いは無く、同様に作製することができるが、図１（Ｂ）、（Ｄ）で導電層１７を形成する場合は、半導体層１１の上に電極を形成することになるので、真空蒸着によりマスクを用いて金を蒸着して形成すると良い。

作製した有機電界効果トランジスタにゲート電圧を印加したときのドレイン電流を測定し、電界効果移動度を求めると、ｐ型の優れたトランジスタ特性が得られる。ソース電極及びドレイン電極の一部に複合層を用いないものと比較して、より優れたトランジスタ特性が得られる。

なお、有機電界効果トランジスタの半導体層においてキャリアが流れる方向に対向する導電層の端面を複合層で覆った有機電界効果トランジスタを作製する場合には、複合層を作製するマスクの形状を変更することで作製することができる。
（実施の形態６）

次に図２（Ａ）に示したようなｎ型の有機電界効果トランジスタの作製方法について図６を例に説明する。基板１６上にタングステンからなるゲート電極１５を１００ｎｍ成膜し、ゲート電極上に二酸化ケイ素からなる絶縁層１２をゲート絶縁膜として１００ｎｍ成膜し、絶縁層１２上にタングステンからなる導電層１７を１００ｎｍ成膜する。ゲート電極１５、導電層１７はスパッタリング法でタングステン膜を成膜した後、フォトリソグラフィーによってマスクを形成し、エッチングよって所望の形状とすればよい。エッチングはドライエッチング、ウエットエッチングのどちらを用いても良い。絶縁体層はＣＶＤ法などにより成膜すればよい。そして、導電層１７の上に複合層１３として酸化モリブデン（ＶＩ）とＮＰＢをモル比で１対１になるよう抵抗加熱による真空蒸着によりマスクを用い共蒸着して１０ｎｍ成膜し、さらにリチウム金属と有機化合物であるＢＣＰをモル比で１対１になるよう同様に共蒸着して第２の層１４を１０ｎｍ成膜して、導電層１７、複合層１３、第２の層１４からなるソース電極及びドレイン電極１８を作製する。その後、半導体層１１としてペリレンテトラカルボキシジイミドをソース電極とドレイン電極の間に抵抗加熱による真空蒸着にてマスクを用いて成膜し、有機電界効果トランジスタとする。

図２（Ｂ）〜（Ｄ）の作製方法については基本的に上記した作製順が変わるのみであって大きな違いは無く、同様に作製することができるが、図２（Ｂ）、（Ｄ）で導電層１７を形成する場合は、半導体層１１の上に電極を形成することになるので、真空蒸着によりマスクを用いて金を蒸着して形成すると良い。

作製した有機電界効果トランジスタにゲート電圧を印加したときのドレイン電流を測定し、電界効果移動度を求めると、ｎ型の優れたトランジスタ特性が得られる。ソース電極及びドレイン電極の一部に複合層及び第２の層を用いないものと比較して、より優れたトランジスタ特性が得られる。

なお、有機電界効果トランジスタの半導体層においてキャリアが流れる方向に対向する端面を複合層で覆った有機電界効果トランジスタを作製する場合には、複合層及び第２の層を作製するマスクの形状を変更することで作製することができる。
（実施の形態７）

複合層に使用する有機化合物と半導体層に使用する有機半導体材料を同一にする有機電界効果トランジスタの作製方法を図５（Ａ）〜５（Ｅ）を参照しながら以下に説明する。基板１６上にタングステンからなるゲート電極１５を１００ｎｍ成膜し、ゲート電極上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなる絶縁層１２をゲート絶縁膜として１００ｎｍ成膜し、絶縁層１２上にタングステンからなる導電層１７を１００ｎｍ成膜する。そして、導電層１７の上に複合層１３として酸化モリブデン（ＶＩ）と芳香族アミン化合物であるＴＰＤをモル比で１対１になるよう共蒸着して、１０ｎｍ成膜し、導電層１７と複合層１３よりなるソース電極とドレイン電極を形成する。その後、半導体層１１としてＴＰＤをソース電極とドレイン電極の間に蒸着にて成膜し、有機電界効果トランジスタとする。半導体材料及び複合層に用いられる有機化合物は実施の形態１で示したどの半導体層の材料でも良い。例えば半導体層１１をペンタセンで作製する場合は複合層に使用する有機化合物はペンタセンを用いる。

このような構成を有する本実施の形態における有機電界効果トランジスタは、半導体層１１の材料と、複合層１３に使用する有機化合物の材料が同じである為、複合層１３と半導体層１１の密着性がより向上し、半導体層とソース電極もしくはドレイン電極との間で起こるピーリングを原因とする不良の発生を有効に低減させることが出来るようになる。

なお、作製方法については実施の形態１と同じである為説明を省略する。

なお、有機電界効果トランジスタの導電層もしくは半導体層においてキャリアが流れる方向に対向する端面を複合層で覆った有機電界効果トランジスタを作製する場合には、複合層を作製するマスクの形状を変更することで作製することができる。

（実施の形態８）
本発明の有機電界効果トランジスタを用いた液晶装置について、図７、図８を用いて説明する。

図７は液晶装置の上面から見た模式図である。本実施の形態における液晶装置は、素子基板５０１と対向基板５０２とが張り合わされ、素子基板５０１に形成された画素部５０３は対向基板とシール材により封止されている。画素部５０３の周辺に設けられた外部接続部５０４にはフレキシブルプリント配線（ＦＰＣ５０５）が接続され、外部からの信号が入力される。なお、本実施の形態のように、駆動回路とフレキシブルプリント配線とは独立して設けられていてもよいし、または配線パターンが形成されたＦＰＣ上にＩＣチップが実装されたＴＣＰ等の様に複合して設けられていてもよい。

画素部５０３について特に限定はなく、例えば図８（Ａ）または図８（Ｂ）の断面図のように、液晶素子とそれを駆動するためのトランジスタとを有する。

図８（Ａ）の断面図で表される液晶装置は、基板５２１上にゲート電極５２２、ゲート電極５２２上にゲート絶縁膜５２３、ゲート絶縁膜５２３上の半導体膜５２４、半導体層５２４の上にソース若しくはドレインとして機能する複合層５４０、５４１と導電層５２５、５２６を有するトランジスタ５２７を有する。ここで、ソースもしくはドレイン電極に複合層５４０、５４１が設けられていることによって、半導体層５２４とソースもしくはドレイン電極とのキャリアの受け渡しがスムーズとなる。また、導電層５２５、５２６の選択において仕事関数に縛られないため、材料の選択範囲が広がる。

液晶素子は、画素電極５２９と対向電極５３２との間に液晶層５３４を挟んで成る。画素電極５２９、対向電極５３２のそれぞれにおいて液晶層５３４と接する側の表面には、配向膜５３０、５３３が設けられている。液晶層５３４には、スペーサ５３５が分散し、セルギャップを保っている。トランジスタ５２７は、コンタクトホールが設けられた絶縁層５２８によって覆われており、導電層５２６からなる電極と画素電極５２９とは電気的に接続している。ここで、対向電極５３２は、対向基板５３１によって支持されている。また、トランジスタ５２７において、半導体層５２４とゲート電極５２２とは、間にゲート絶縁層５２３を挟んでその一部が重なっている。

また、図８（Ｂ）の断面図で表される液晶装置は、ソース若しくはドレインとして機能する電極（導電層５５５、５５４及び複合層５７０、５７１よりなる）の少なくとも一部が半導体層５５６によって覆われた構造を有するトランジスタ５５７を含む素子基板５５１を有する。

ここで、ソースもしくはドレイン電極に複合層５７０、５７１が設けられていることによって、半導体層５５６とソースもしくはドレイン電極とのキャリアの受け渡しがスムーズとなる。また、導電層５５４、５５５の選択において仕事関数に縛られないため、材料の選択範囲が広がる。

また、液晶素子は、画素電極５５９と対向電極５６２との間に液晶層５６４を挟んで成る。画素電極５５９、対向電極５６２のそれぞれにおいて液晶層５６４と接する側の表面には、配向膜５６０、５６３が設けられている。液晶層５６４には、スペーサ５６５が分散し、セルギャップを保っている。基板５５１上のトランジスタ５５７は、コンタクトホールが設けられた絶縁層５５８ａ、５５８ｂによって覆われており、導電層５５４からなる電極と画素電極５５９とは電気的に接続している。なお、トランジスタを覆う絶縁層は、図８（Ｂ）のように絶縁層５５８ａと絶縁層５５８ｂとから成る多層であってもよいし、または図８（Ａ）のように絶縁層５２８から成る単層であってもよい。また、図８（Ｂ）のように、トランジスタを覆う絶縁層は、絶縁層５５８ｂのように表面が平坦化された層であってもよい。ここで、対向電極５６２は、対向基板５６１によって支持されている。また、トランジスタ５５７において、半導体層５５６とゲート電極５５２とは、間にゲート絶縁層５５３を挟んで一部重なっている。

なお、液晶装置の構成について特に限定は無く、本実施の形態で示した態様の他、例えば、素子基板上に、駆動回路が設けられたものであってもよい。

続いて、本発明の有機電界効果トランジスタを用いた発光装置について図９を参照しながら説明する。発光装置の画素部を形成する発光素子６１７は、図９（Ａ）のように画素電極６０９と共通電極６１１との間に発光層６１６を挟んでなる。画素電極６０９は有機電界効果トランジスタ６１５の電極の一部である導電層６０７と有機電界効果トランジスタ６１５を覆って形成された層間絶縁膜６０８に設けられたコンタクトホールを介して電気的に接続している。有機電界効果トランジスタの電極は複合層６０４、６０５と導電層６０６、６０７との積層からなる。半導体層６０３はペンタセンなど実施の形態１に挙げた材料によって設けられており、ゲート絶縁膜６０２を介してゲート電極６０１と一部が重なっている。ゲート電極６０１は基板６００上に形成され、ゲート電極６０１と有機電界効果トランジスタ６１５のソース電極及びドレイン電極はゲート絶縁膜６０２、半導体層６０３を介して一部重なっている。画素電極６０９はその端部を絶縁層６１０で覆われており、絶縁層６１０から露出した部分を覆うように発光層６１６が形成されている。なお、共通電極６１１を覆ってパッシベーション膜６１２が形成されているがパッシベーション膜６１２は形成しなくとも良い。これらの素子が形成された基板６００は対向基板６１４と画素部の外側において図示しないシール材により封止され、外気から発光素子６１７を隔離する。対向基板６１４と基板６００との間の空間６１３には乾燥した窒素などの不活性気体を充填しても良いし、シール材の代わりに空間６１３に樹脂などを充填することによって封止を行っても良い。

図９（Ｂ）は図９（Ａ）と異なる発光装置の構成である。発光装置の画素部を形成する発光素子６３７は、図９（Ａ）と同じように画素電極６３０と共通電極６３２との間に発光層６３８を挟んでなる。画素電極６３０は有機電界効果トランジスタ６３６の電極の一部である導電層６２４と当該有機電界効果トランジスタ６３６を覆って形成された第１の層間絶縁膜６２８、第２の層間絶縁膜６２９に設けられたコンタクトホールを介して電気的に接続している。有機電界効果トランジスタ６３６の電極は複合層６２５、６２６と導電層６２３、６２４との積層からなる。半導体層６２１はペンタセンなど実施の形態１に挙げた材料によって設けられており、ゲート絶縁膜６２２を介してゲート電極６１９と一部が重なっている。ゲート電極６１９は基板６２０上に形成され、ゲート電極６１９と有機電界効果トランジスタ６３６のソース電極及びドレイン電極はゲート絶縁膜６２２を介して一部重なっている。画素電極６３０はその端部を絶縁層６３１で覆われており、絶縁層６３１から露出した部分を覆うように発光層６３８が形成されている。なお、共通電極６３２を覆ってパッシベーション膜６１２が形成されているがパッシベーション膜６１２は形成しなくとも構わない。これらの素子が形成された基板６２０は対向基板６３５と画素部の外側において図示しないシール材により封止され、外気から発光素子６３７を隔離する。対向基板６３５と基板６２０との間の空間６３４には乾燥した窒素などの不活性気体を充填しても良いし、シール材の代わりに空間６３４に樹脂などを充填することによって封止を行っても良い。

以上のような表示装置は、図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、電話機や、テレビ受像機等に実装される表示装置として用いることができる。また、ＩＤカードの様な個人情報を管理する機能を有するカード等に実装してもよい。

図１０（Ａ）は電話機の図であり、本体５５５２には表示部５５５１と、音声出力部５５５４、音声入力部５５５５、操作スイッチ５５５６、５５５７、アンテナ５５５３等によって構成されている。この電話機は、動作特性が良く、信頼性の高いものである。本発明の半導体装置を表示部に組み込むことでこのような電話機を完成できる。

図１０（Ｂ）は、本発明を適用して作製したテレビ受像機であり、表示部５５３１、筐体５５３２、スピーカー５５３３などによって構成されている。このテレビ受像機は、動作特性が良く、信頼性の高いものである。本発明の発光素子を有する発光装置を表示部として組み込むことでこのようなテレビ受像機を完成できる。

図１０（Ｃ）は、本発明を適用して作製したＩＤカードであり、支持体５５４１、表示部５５４２、支持体５５４１内に組み込まれた集積回路チップ５５４３等によって構成されている。なお、表示部５５４２を駆動するための集積回路５５４４、５５４５についても支持体５５４１内に組み込まれている。このＩＤカードは、信頼性の高いものである。また、例えば、集積回路チップ５５４３において入出力された情報を表示部５５４２において表示し、どのような情報が入出力されたかを確認することができる。

本実施例１では、実施形態１で示したｐ型の有機電界効果トランジスタの作製例を具体的に例示する。作製したトランジスタは、図１（Ｂ）に示したようなボトムゲート型、且つトップコンタクト型の構造である。以下では、図１（Ｂ）の符号を引用する。

まず、石英基板１６上に、スパッタリング法によりタングステンを１００ｎｍ成膜することで、ゲート電極１５を形成した。次に、ＣＶＤ法により酸化窒化珪素を１００ｎｍ成膜し、さらにスピンコート法によりポリイミド配向膜を４０ｎｍ成膜することで、絶縁層１２（ゲート絶縁膜）を形成した。なお、ポリイミド配向膜は、半導体層１１の濡れ性を向上させる効果がある。

次に、絶縁層１２上に、半導体層１１として、真空蒸着法によりペンタセンを５０ｎｍ成膜した。その後、開口部を有するメタルマスクを介して、ＤＮＴＰＤと三酸化モリブデンとを共蒸着することにより、複合層１３を形成した。さらに、同じメタルマスクを介したまま、導電層１７として、アルミニウムを抵抗加熱による真空蒸着により１００ｎｍ成膜した。なお、ＤＮＴＰＤと三酸化モリブデンの比率は、質量比で２：１（＝ＤＮＴＰＤ：三酸化モリブデン）となるように調節した。また、トランジスタのチャネル長Ｌ、チャネル幅Ｗ共に、２００μｍとなるように調節した。

なお、本実施例において、上述の複合層および導電層は、ソース電極及びドレイン電極として作用する。

以上のようにして作製したｐ型の有機電界効果トランジスタに関し、ドレイン電圧（Ｖｄ）として−１０Ｖの電圧を印加した際のゲート電圧（Ｖｇ）−ドレイン電流（Ｉｄ）特性を測定した。結果を図１１の太線として示す。図１１に示す通り、ＯＮ−ＯＦＦ比（ＯＮ電流とＯＦＦ電流の比）が大きく、良好なトランジスタ特性を示した。

［比較例］
比較のため、上記実施例のトランジスタの構成から複合層１３を取り除き、他は同様の構成としたトランジスタを作製した。すなわち、本比較例のトランジスタにおいては、ソース電極及びドレイン電極として、アルミニウムが半導体層１１に直接接する構成である。

比較例のトランジスタに関し、ドレイン電圧（Ｖｄ）として−１０Ｖの電圧を印加した際のゲート電圧（Ｖｇ）−ドレイン電流（Ｉｄ）特性を測定した。結果を図１１の破線として示す。図１１に示す通り、複合層を有さない比較例のトランジスタは、ＯＮ−ＯＦＦ比が小さく、トランジスタとして機能しなかった。

本発明の有機電界効果トランジスタの構造例の模式図。本発明の有機電界効果トランジスタの構造例の模式図。本発明の有機電界効果トランジスタの構造例の模式図。本発明の有機電界効果トランジスタの構造例の模式図。本発明の有機電界効果トランジスタの作製方法を説明する図。本発明の有機電界効果トランジスタの作製方法を説明する図。本発明を用いた液晶表示装置の上面模式図。本発明を用いた液晶表示装置の断面模式図。本発明を用いた発光表示装置の断面模式図。本発明を用いた電子機器の図。本発明の有機電界効果トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性。

符号の説明

１１半導体層
１２絶縁層
１３複合層
１４第２の層
１５ゲート電極
１６基板
１７導電層
１８ソース電極及びドレイン電極
５０１素子基板
５０２対向基板
５０３画素部
５０４外部接続部
５２１素子基板
５２２ゲート電極
５２３ゲート絶縁層
５２４半導体層
５２５導電層
５２６導電層
５２７トランジスタ
５２８絶縁層
５２９画素電極
５３０配向膜
５３１対向基板
５３２対向電極
５３３配向膜
５３４液晶層
５３５スペーサ
５４０複合層
５４１複合層
５５１素子基板
５５２ゲート電極
５５３ゲート絶縁層
５５４導電層
５５５導電層
５５６半導体層
５５７トランジスタ
５５８ａ絶縁層
５５８ｂ絶縁層
５５９画素電極
５６０配向膜
５６１対向基板
５６２対向電極
５６３配向膜
５６４液晶層
５６５スペーサ
５７０複合層
５７１複合層
６００基板
６０１ゲート電極
６０２ゲート絶縁膜
６０３半導体層
６０４複合層
６０５複合層
６０６導電層
６０７導電層
６０８層間絶縁膜
６０９画素電極
６１０絶縁層
６１１共通電極
６１２パッシベーション膜
６１３空間
６１４対向基板
６１５有機電界効果トランジスタ
６１６発光層
６１７発光素子
６１９ゲート電極
６２０基板
６２１半導体層
６２２ゲート絶縁膜
６２３導電層
６２４導電層
６２５複合層
６２６複合層
６２８第１の層間絶縁膜
６２９第２の層間絶縁膜
６３０画素電極
６３１絶縁層
６３２共通電極
６３４空間
６３５対向基板
６３６有機電界効果トランジスタ
６３７発光素子
６３８発光層
５５３１表示部
５５３２筐体
５５３３スピーカー
５５４１支持体
５５４２表示部
５５４３集積回路チップ
５５４４集積回路
５５４５集積回路
５５５１表示部
５５５２本体
５５５３アンテナ
５５５４音声出力部
５５５５音声入力部
５５５６操作スイッチ
５５５７操作スイッチ

Claims

有機半導体材料を含む半導体層と、
前記半導体層に接して、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む層と、
前記アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む層に接して、有機化合物と、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物、クロム酸化物、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、レニウム酸化物、およびルテニウム酸化物からなる群より選ばれるいずれかの金属酸化物とを含む複合層と、
前記複合層に接する導電層とを有し、
前記半導体層と前記複合層との間のエネルギー障壁は、前記半導体層と前記導電層との間のエネルギー障壁よりも低く、
前記半導体層と前記アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む層との間のエネルギー障壁は、前記半導体層と前記導電層との間のエネルギー障壁よりも低いことを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ゲート絶縁膜、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上に形成された有機半導体材料を含む半導体層とを有し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、導電層と、前記導電層上に形成された、有機化合物とチタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物、クロム酸化物、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、レニウム酸化物、およびルテニウム酸化物からなる群より選ばれるいずれかの金属酸化物とを含む複合層と、前記複合層上に形成された、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む層とを有し、
前記半導体層と前記複合層との間のエネルギー障壁は、前記半導体層と前記導電層との間のエネルギー障壁よりも低く、
前記半導体層と前記アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む層との間のエネルギー障壁は、前記半導体層と前記導電層との間のエネルギー障壁よりも低いことを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体材料を含む半導体層と、
前記半導体層上に形成されたソース電極及びドレイン電極とを有し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む層と、前記アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む層上に形成された、有機化合物とチタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物、クロム酸化物、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、レニウム酸化物、およびルテニウム酸化物からなる群より選ばれるいずれかの金属酸化物とを含む複合層と、前記複合層上に形成された導電層とを有し、
前記半導体層と前記複合層との間のエネルギー障壁は、前記半導体層と前記導電層との間のエネルギー障壁よりも低く、
前記半導体層と前記アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む層との間のエネルギー障壁は、前記半導体層と前記導電層との間のエネルギー障壁よりも低いことを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
ソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に形成された有機半導体材料を含む半導体層と、
前記半導体層上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、導電層と、前記導電層上に形成された、有機化合物とチタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物、クロム酸化物、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、レニウム酸化物、およびルテニウム酸化物からなる群より選ばれるいずれかの金属酸化物とを含む複合層と、前記複合層上に形成された、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む層とを有し、
前記半導体層と前記複合層との間のエネルギー障壁は、前記半導体層と前記導電層との間のエネルギー障壁よりも低く、
前記半導体層と前記アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む層との間のエネルギー障壁は、前記半導体層と前記導電層との間のエネルギー障壁よりも低いことを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
有機半導体材料を含む半導体層と、
前記半導体層上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記半導体層、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む層と、前記アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む層上に形成された、有機化合物とチタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物、クロム酸化物、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、レニウム酸化物、およびルテニウム酸化物からなる群より選ばれるいずれかの金属酸化物とを含む複合層と、前記複合層上に形成された導電層とを有し、
前記半導体層と前記複合層との間のエネルギー障壁は、前記半導体層と前記導電層との間のエネルギー障壁よりも低く、
前記半導体層と前記アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む層との間のエネルギー障壁は、前記半導体層と前記導電層との間のエネルギー障壁よりも低いことを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
請求項２又は４において、
前記導電層又は前記半導体層においてキャリアが流れる方向に対向する前記導電層の端面は、前記複合層で覆われ、
前記導電層又は前記半導体層においてキャリアが流れる方向に対向する前記複合層の端面は、前記アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属化合物のいずれかを含む層で覆われていることを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
前記有機化合物が、芳香族アミン化合物であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の有機電界効果トランジスタ。
前記有機半導体材料が、前記有機化合物と同一材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の有機電界効果トランジスタ。
請求項１乃至８のいずれか一に記載の前記有機電界効果トランジスタを有することを特徴とする半導体装置。