JP5037808B2 - アモルファス酸化物を用いた電界効果型トランジスタ、及び該トランジスタを用いた表示装置 - Google Patents

アモルファス酸化物を用いた電界効果型トランジスタ、及び該トランジスタを用いた表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、アモルファス酸化物を用いたトランジスタ、及び該トランジスタを利用した表示装置に関する。
近年、インジウム、ガリウム、亜鉛、及び酸素からなる透明アモルファス酸化物半導体膜をＴＦＴのチャネル層に用いる技術が開発されている（特許文献１、非特許文献１）。
この透明アモルファス酸化物半導体膜は、低温で成膜でき、かつ可視光に透明であるため、プラスチック板やフィルムなどの基板上にフレキシブルな透明ＴＦＴを形成することが可能であるとされている。
非特許文献１によれば、蛍光Ｘ線分析法による組成比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１．１：１．１：０．９である透明アモルファス酸化物半導体膜は、可視光に対して透過率が約８０％以上であることが示されている。そして、透明なＴＦＴを形成することが可能であるとされている。
国際公開第２００５／０８８７２６号パンフレット Ｎａｔｕｒｅ、４８８−４９２頁、４３２巻（２００４）
そこで、本発明者らは、透明アモルファス酸化物半導体膜を用いて透明な電界効果型トランジスタを作製すべく、検討を行っていたところ、偶然にも、ある波長の可視光の下では、電気伝導度が変化するという現象を発見した。
そして、本発明者らは、この現象を精査すべく、後述するように分光光照射下における電気伝導度を測定する実験（分光感度測定実験）を行った。その結果、可視光の短波長側領域において、光吸収により電気伝導度が変化（増加）することを観測した（図８）。
図８に示した結果は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に可視光が照射された場合に、ＴＦＴのオフ電流は、特に、短波長側の光の照射強度に応じて大きく変化することを意味する。このような変化は、ＴＦＴの安定動作に影響を及ぼす場合がある。
即ち、可視光に対して透明であるとされている透明アモルファス酸化物が、実際には、特定の可視光領域において、光誘起の電気伝導度変化、即ちフォトキャリアが発生することが、初めて見出された。
本発明者らは、上記現象の発見等を踏まえ、一般に透明な酸化物と呼ばれている材料をＴＦＴの活性層に用いる場合に、それをより安定的に動作させるためには、当該酸化物に対する遮光手段を設けることが好ましいとの認識に辿り着いた。その結果、遮光手段を有するトランジスタに関する発明を成すに至った。
なお、ＴＦＴの用途によっては、可視光の短波長側の光が当該ＴＦＴに入射しない場合や、入射した場合であっても、装置全体としての安定性に大きく影響しない場合には、遮光手段は、設ける必要はない。
本発明は、遮光手段を有する電界効果型トランジスタ、及び該トランジスタを備えた表示装置を提供することを目的とする。
第１の本発明に係る電界効果型トランジスタは、基板上にソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、及び活性層とを有する電界効果型トランジスタであって、該活性層は、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｍｇ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物、Ｓｎ−Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｚｎ−Ｇａ酸化物、及びＩｎ―Ｇａ酸化物のうちのいずれかである非晶質酸化物を有し、該非晶質酸化物の電子キャリア濃度は１０１８／ｃｍ３未満であると共に、４００ｎｍから８００ｎｍの波長域の光に対して、７０％以上の透過率を有し、該ゲート電極とは別に、該基板と該活性層との間、若しくは該基板の活性層と反対側の面に遮光手段が設けられているか、または該基板が遮光性を有することを特徴とする。
また、第２の本発明に係る前記電界効果型トランジスタは、基板上にソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、及び活性層とを有する電界効果型トランジスタであって、該活性層は、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｍｇ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物、Ｓｎ−Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｚｎ−Ｇａ酸化物、及びＩｎ−Ｇａ酸化物のうちのいずれかである非晶質酸化物を有し、該非晶質酸化物の電子キャリア濃度は１０１８／ｃｍ３未満であると共に、４００ｎｍから８００ｎｍの波長域の光に対して、７０％以上の透過率を有し、該ソース電極と該ドレイン電極と該ゲート電極とは別に、該活性層上に遮光手段が設けられていることを特徴とする。
また、第３の本発明に係る表示装置は、上記電界効果型トランジスタと、液晶層あるいは発光層とを複数の各画素部に備えていることを特徴とする。
本発明によれば、透明といわれている酸化物を活性層に用いた電界効果型トランジスタにおいて、遮光手段を備えた新規トランジスタの提供が可能となる。
一般に、可視光とは、４００ｎｍ程度の波長から８００ｎｍ程度までの波長を指し、また、物質が透明という場合には、一般に、その物質の透過率は７０％以上であると考えられる。上記非特許文献１においても、そのＦｉｇｕｒｅ２において、少なくとも、本発明に係るアモルファス酸化物が、７０％以上の透過率を有することが示されている。
従って、本発明においては、透明な酸化物とは、４００ｎｍから８００ｎｍの波長域の光（可視光）に対して、７０％以上の光透過率を有する酸化物であると定義する。本発明における透明な酸化物には、前記波長域の全域において、７０％以上の光透過率を有する酸化物は勿論、前記波長域の一部の波長において、７０％以上の光透過率を有する酸化物も当然に含まれる。
なお、前述の波長域の光に対して、透明性が高いという点では、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上の透過率を有することが好ましいことは言うまでもない。
（第１の実施形態：基板側からの入射光に対する遮光）
基板側から活性層に向かってくる光に対して遮光する場合は、図１から図３に示す位置に、遮光膜を設ける。
該遮光膜は、４００ｎｍから８００ｎｍの可視光域波長に対して遮光性を有していることが好ましく、更に４００ｎｍ以下の波長域（例えば、４００ｎｍから１００ｎｍの範囲）の光や電磁波に対しても遮光性を有していることが好ましい。
特に、本発明でいう透明な酸化物（例えば、透明アモルファス酸化物）は、可視光の短波長域にフォトキャリアを発生する現象があるので、少なくとも３００ｎｍから５００ｎｍの波長域の光あるいは電磁波に対する遮光性を有していることが好ましい。
なお、遮光膜は、上述した波長に対して遮光性を有していればよく、透過率０％である必要はない。好ましくは、透過率３０％以下、好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下、更に好ましくは、０．０１％以下である。
勿論、材料自体の遮光性は低くても、膜厚を厚くすることで、上記透過率に相当する遮光性が確保できれるのであれば、本発明にいう遮光膜の材料は特に限定されるものではない。
以下、具体的に説明する。
図１は、基板上に逆スタガ型のＴＦＴトランジスタが設けられている例を示している。図中、１０００は基板、１０２０は活性層、１０３０はソース電極、１０４０はドレイン電極、１０５０はゲート絶縁膜、１０６０はゲート電極である。そして、基板１０００の下側（基板の活性層と反対側の面）に、遮光手段としての遮光膜１０９０が設けられている。
なお、基板の面内方向に垂直な方向から（即ち、活性層の直下から）向かってくる光に対する遮光を行う場合は、活性層の幅（図のｌ（＝小文字のエル））と、遮光膜１０９０の幅Ｌが同じか、あるいはＬの方は長い方が好ましい。特に、斜入射光に対する遮光を十分に行うためには、Ｌの長さが、活性層の幅ｌの２倍以上、好ましくは４倍以上であるのがよい。勿論、基板１０００の全面に遮光膜１０９０を設けることもできる。
なお、図１では、ＴＦＴの模式的断面図を示しているが、紙面からみて奥行き方向の活性層の長さ以上に（好ましくは２倍以上、より好ましくは４倍以上）、遮光膜１０９０の奥行き方向の長さがあることが望まれる。
図１では、逆スタガ型のＴＦＴを例に説明したが、後述するようにＴＦＴの構造は当該逆スタガ型に限定されるものではない。
図２は、基板１０００の上側（基板の活性層側の面）に遮光膜を設けている例である。この場合にも、活性層の幅ｌと、遮光膜の幅Ｌとは、上述の関係にあることが望ましい。図２の構成に加え、図１に示した位置に第２の遮光膜を設けることも可能である。この場合、基板１０００の両側に遮光膜が存在することになる。
図３は、基板１０９１自体が、遮光性を有する場合である。
（第２の実施形態：基板と反対側からの入射光に対する遮光）
基板と反対側からの入射光に対して遮光する場合には、図４（ａ）に示したような遮光膜４０９０を設ける。
該遮光膜は、４００ｎｍから８００ｎｍの可視光域波長に対して遮光性を有していることが好ましく、更に４００ｎｍ以下の波長域（例えば、４００ｎｍから１００ｎｍの範囲）の電磁波に対しても遮光性を有していることが好ましい。
特に、本発明でいう透明な酸化物（例えば、アモルファス酸化物）は、可視光の短波長域にフォトキャリアを発生する現象があるので、少なくとも３００ｎｍから５００ｎｍの波長域の光あるいは電磁波に対する遮光性を有していることが好ましい。
なお、遮光膜は、上述した波長に対して遮光性を有していればよく、透過率０％である必要はない。好ましくは、透過率３０％以下、好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下、更に好ましくは、０．０１％以下である。
具体的には、図４（ａ）に示すように、ソース電極１０３０、ドレイン電極１０４０、ゲート電極１０２０とは別に、遮光膜を設ける。こうすることで、上記ソース電極等によっては遮光しきれない光の入射に対して、活性層を遮光することが可能となる。図４では、逆スタガ型のＴＦＴを例に挙げ説明しているが、後述するように他の形態のＴＦＴにも本発明は適用できる。なお、遮光膜に電気伝導性の高い材料を用いる場合は、遮光膜４０９０とソース電極等の間に、絶縁層を設ける必要がある（不図示）。
なお、図４（ａ）のように活性層の上部に遮光膜を設けることで、基板１０００の面内方向に対する角度（図中のθ）が９０度未満であるすべての方向から、該活性層へ向かう光を遮光することができる。
また、図４（ｂ）には、逆スタガ型構造のＴＦＴにおいて、ソース電極１０３０、活性層１０２０、及びドレイン電極１０４０上に、絶縁層４０９５を介して遮光手段としての遮光膜４０９０が設けてある。図４（ｂ）の場合も、ソース電極等とは別に、遮光膜４０９０を設ける構成である。基板１０００の面内方向（図中１２０４）に対して、垂直方向（図中１２０５）側から見た場合の、側遮光膜４０９０と、ソース電極１０３０（及びドレイン電極１０４０）とが重なり部分があるのが好ましい。当該重なり部分の幅（ｍ）が、ソース電極の直上の絶縁膜４０９５の厚さと同じか、それ以上であるのがよい。勿論、垂直方向（図中１２０５）側から見た場合に、ソース電極１０３０及びドレイン電極が、遮光膜４０９０で完全に覆われていることが好ましい。
図４（ｃ）は、スタガ型ＴＦＴに遮光手段としての遮光膜４０９０を設けた例である。このように、ゲート絶縁層１０５０のうち、ゲート電極１０６０で覆われていない部分と、活性層（アモルファス酸化物）１０２０の側面を覆うように遮光手段を設けることも好ましい。
なお、実施形態２に加え、実施形態１の構成も付加することも本発明に包含されるものであることは言うまでもない。斯かる場合、基板側からの入射光、活性層側からの入射光の両方光からの光に対する遮光性を備えたＴＦＴが提供できる。
上述した実施形態１及び２においては、遮光手段としての遮光膜（あるいは遮光性を有する基板）を例に説明した。遮光手段としては、所定の波長域の光を吸収することで遮光機能を発現する膜や層や部材、または、反射することで遮光機能を発現する膜や層や部材を適用できる。勿論、吸収による遮光機能と反射による遮光機能を組み合わせて用いることもできる。また、遮光手段としての遮光膜、遮光層、遮光部材は、多層構造にすることもできる。更にまた、遮光手段として、光学的な二次元あるいは三次元の屈折率差を有するフォトニック結晶などを用いることもできる。
（第３の実施形態：表示装置）
上述した実施形態１あるいは２に記載の電界効果型トランジスタ（具体的には、ＴＦＴ）を表示装置に応用した場合を説明する。
表示装置として用いる場合には、以下のように構成する。
有機若しくは無機材料を用いたエレクトロルミネッセンス素子などの発光素子、または液晶セルや電気泳動型粒子セルの光透過率制御素子、若しくは光反射率制御素子への入力電極を、ＴＦＴの出力端子であるドレイン電極に接続する。
たとえば、図５に示すように、基板５０００上に、堆積しパターニングしたアモルファス酸化物半導体膜５００２と、ソース電極５００３と、ドレイン電極５００４とゲート絶縁膜５００５と、ゲート電極５００６を設ける。
そして、ドレイン電極５００４は、層間絶縁膜５００７を介して、電極５００８に接続されている。電極５００８は、発光層５０１０と接し、さらに発光層５０１０が電極１１と接する構成をとる。そして、発光層５０１０へ注入する電流を、ソース電極５００３からドレイン電極５００４に、アモルファス酸化物半導体膜５００２に形成されるチャネルを介して流れる電流値によって制御することが可能となる。そして、この制御を、ＴＦＴのゲート５００６の電圧によって行う。ここで、発光層９は無機もしくは有機のエレクトロルミネッセンス素子である。
このような素子構成においては、アモルファス酸化物半導体膜５００２に、可視光および可視光よりも短波長の光並びに電磁波が照射されないように、層間絶縁膜５００７もしくは、電極５００８を遮光膜として機能させる。
また、基板側からの照射に対しては、基板５００１の上部もしくは下部に遮光部材５００９を設ける。図５では、下部に設けた場合を示している。
なお、別途遮光部材５００９を設けずに、ゲート電極５００６に遮光膜としての機能を持たせることもできる。
また、無機もしくは有機のエレクトロルミネッセンス素子が、トップエミッションの構成である場合は、下部反射層５００８が、遮光層として機能することが好ましい。
次に、図６を用いて、液晶表示装置について説明する。
６００１は基板、６００２は、アモルファス酸化物からなる活性層、６００１は基板、６００３はソース電極、６００４はドレイン電極、６００５はゲート絶縁膜、６００６はゲート電極である。
同図に示すように、ドレイン電極６００４が延長されて、電極６００８を兼ねている。液晶セルや電気泳動型粒子セル６０１３からなる光透過率制御素子もしくは光反射率制御素子を、高抵抗膜６０１２（例えば、ポリイミドなどの配向膜である。）で挟む。
そして、液層セル等への電圧を、電極６００８、６０１１を用いて印加する。かかる構成により、ソース電極６００３からドレイン電極６００４間に、アモルファス酸化物半導体膜６００２に形成されるチャネルを介して流れる電流値によって制御することが可能となる。この制御を、ＴＦＴのゲート６００６の電圧によって行う。
アモルファス酸化物半導体膜６００２に、可視光および可視光よりも短波長の光並びに電磁波が照射されないよう、遮光層として機能する層間絶縁膜６００７を用いたり、またはゲート６００６が遮光機能を有するようにＡｌなどの不透明なメタルとする。
また基板６００１側からの光の照射に対しても、基板の上部もしくは下部に遮光膜６００９を設けることが好ましい（図は、基板の下部に設けた場合を示している）。
また、素子構成上、基板が可視光透過性を必要としない場合、基板を遮光部材とすることもできる。
なお、上記実施形態１や２に記載したトランジスタを搭載した表示装置としては、光透過型、反射型は勿論、両者兼用型でもよい。
（１）上記実施形態１から３に適用できる遮光手段の材料
本発明の特徴は上述のように、活性層に、ＴＦＴの外部から可視光および可視光よりも短波長の光並びに電磁波が照射されないような遮光部材を設けることである。
遮光手段としては、以下の形態がある。（ａ）上記電界効果型ＴＦＴの基板自体を遮光部材とする、または基板上部もしくは下部に遮光部材の層を設ける。（ｂ）上記電界効果型ＴＦＴの上部（基板と反対側）に遮光層を設ける（発光層の下部電極、もしくは液晶素子の高抵抗層が遮光層を兼ねても良い）。（ｃ）層間絶縁膜を遮光部材とする。（ｄ）ソース電極と、ドレイン電極とゲート電極から構成されるＴＦＴの各電極の一部もしくは全部を遮光部材として機能させる。以上の構成から適宜選択される組み合わせにより本発明を実現する。
これら、遮光手段としては、遮光性があれば適宜用いることができる。特に、可視光、および可視光よりも短波長（３００ｎｍから８００ｎｍの波長）の光あるいは電磁波に対して、透過率０．０１％未満となることが望ましい。
この透過率０．０１％未満を満たすことにより、光照射によるＴＦＴのオフ電流の変動を１／１００以下に低減できる。
具体的な遮光部材の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉなどの金属やこれらの合金、シリサイドなどである。遮光膜の構成としては、異種材料による多層膜としてもよい。例えば、３層構成の場合、真ん中の層には電気伝導性は高いが、遮光性にも優れている材料を用いて、その両側に真ん中の層より遮光性は劣るが、真中の層よりも電気伝導性の十分低い材料で構成するのである。
また、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｂなどの高融点金属や、これらを含む合金、あるいはシリサイドも用いることができる。また、ＷＳｉ、ＷＳｉＮ、ＴｉＮ、ＷＮ、アモルファスシリコン、多結晶シリコンを用いることができる。更にまた、有機材料（例えば、可視光を遮るゴムなどの樹脂）を用いることもできる。
遮光膜の厚さは、例えば数１０ｎｍから数十ミクロンの範囲である。
（２）上記実施形態１から３に適用できる電界効果型トランジスタの類型
上述の２例においてＴＦＴとしては、ボトムゲート逆スタガ型およびトップゲートスタガ型の構成で説明した。しかし、本発明は遮光部材の設けられたＴＦＴであれば、コプラナー型、逆コプラナー型など他の構成も可能である。
本発明が適用することができるＴＦＴの構成には、図７に示すように、スタガ―型ＴＦＴ（ａ）、逆スタガ―型ＴＦＴ（ｂ）、コプラナー型ＴＦＴ（ｃ）、逆コプラナー型ＴＦＴ（ｄ）が含まれる。なお、図中、１は基板、２は活性層、３はソース、４はドレイン、５はゲート絶縁膜、６はゲート電極である。
（３）上記実施形態１から３に適用できる透明な酸化物材料
本発明に適用できる透明な酸化物としては、単結晶酸化物、多結晶酸化物、アモルファス酸化物、あるいはこれらの混合物が挙げられる。多結晶酸化物としては、例えば、ＺｎＯやＺｎＯなどである。
また、本発明に適用できるアモルファス酸化物については、前述の特許文献１に詳しい記載がある。以降は、活性層の材料にアモルファス酸化物を適用する場合について述べる。
ノーマリーオフ型のＴＦＴの活性層としては、電子キャリヤ濃度が１０１８／ｃｍ３未満の酸化物膜がよい。
上記酸化物膜とは具体的には、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏを含み構成され、結晶状態における組成がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは６未満の自然数）で表される。
または、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏを含み構成され、結晶状態の組成がＩｎＧａＯ３（Ｚｎ１−ｘＭｇｘＯ）ｍ（ｍは６未満の自然数、０＜ｘ≦１で表される。
また、上記酸化物材料は、伝導電子数の増加と共に、電子移動度が大きくなることを特徴とする。ＴＦＴを形成する基板としては、ガラス基板、樹脂製プラスチック基板又はプラスチックフィルムなどを用いることができる。
さらに、Ｚｎ，Ｉｎ，Ｓｎのうち、少なくとも１種類の元素の酸化物からなるアモルファス酸化物で、電子キャリヤ濃度が小さく、かつ電子移動度が大きいアモルファス酸化物膜を作成することができる。
また、このアモルファス酸化物膜は、伝導電子数の増加と共に、電子移動度が大きくなるという特異な特性を有する。その膜を用いてＴＦＴを作成し、オン・オフ比、ピンチオフ状態での飽和電流、スイッチ速度などのトランジスタ特性に優れたノーマリーオフ型のＴＦＴを作製できる。
半導体層は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｎの少なくとも１種類の元素を含み構成されるアモルファス酸化物を用いることが可能である。
更に、アモルファス酸化物の構成元素の少なくとも一部にＳｎを選択する場合、Ｓｎを、Ｓｎ１−ｘＭ４ｘ（０＜ｘ＜１、Ｍ４は、Ｓｎより原子番号の小さい４族元素のＳｉ、ＧｅあるいはＺｒから選ばれる。）に置換することもできる。
また、アモルファス酸化物の構成元素の少なくとも一部にＩｎを選択する場合、Ｉｎを、Ｉｎ１−ｙＭ３ｙ（０＜ｙ＜１、Ｍ３は、Ｌｕ、またはＩｎより原子番号の小さい３族元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、あるいはＹから選ばれる。）に置換することもできる。
また、アモルファス酸化物の構成元素の少なくとも一部にＺｎを選択する場合、Ｚｎを、Ｚｎ１−ｚＭ２ｚ（０＜ｚ＜１、Ｍ２は、Ｚｎより原子番号の小さい２族元素のＭｇあるいはＣａから選ばれる。）に置換することもできる。
具体的に本発明に適用できるアモルファス材料は、Ｓｎ−Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｍｇ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｚｎ−Ｇａ酸化物、Ｓｎ−Ｉｎ−Ｚｎ酸化物などである。勿論、構成材料の組成比は必ずしも１：１である必要は無い。なお、ＺｎやＳｎは、単独ではアモルファスを形成し難い場合があるが、Ｉｎを含ませることによりアモルファス相が形成され易くなる。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ系の場合は、酸素を除く原子数割合が、Ｉｎが約２０原子％以上含まれる組成にするのがよい。Ｓｎ−Ｉｎ系の場合は、酸素を除く原子数割合が、Ｉｎが約８０原子％以上含まれる組成にするのがよい。Ｓｎ−Ｉｎ−Ｚｎ系の場合は、酸素を除く原子数割合が、Ｉｎが約１５原子％以上含まれる組成にするのがよい。
また、アモルファスは、測定対象薄膜に、入射角度０．５度程度の低入射角によるＸ線回折を行った場合に明瞭な回折ピークが検出されない（即ちハローパターンが観測される）ことで確認できる。なお、本発明において、上記した材料を電界効果型トランジスタのチャネル層に用いる場合に、当該チャネル層が微結晶状態の構成材料を含むことを除外するものではない。アモルファス酸化物中への微結晶の存在は、例えば透過型電子顕微鏡観察等により確認できる。
（４）上記実施形態１から３に適用できる基板、電極材料
本発明に係るトランジスタの電極材料としては、遮光性の機能を有する材料（既述）、例えばＡｌ、Ａｕなどを用いることができる。また、基板は、Ａｌメタル基板などの遮光性を有する基板、シリコン基板、プラスチックやＰＥＴなどの可撓性を有するフレキシブル基板を用いることができる。
（分光感度評価実験）
まず、本発明に係るアモルファス酸化物に対する分光感度測定の実験について詳述する。
基板上にスパッタ法によるアモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎからなる酸化物の形成を行った。
具体的には、酸素とアルゴンの混合ガスを雰囲気とした高周波スパッタ法により、ガラス基板（コーニング社製１７３７）上に、前記アモルファス酸化物を５０ｎｍ堆積させた。なお、ターゲット材としては、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の焼結体を用いた。なお、成長室内の到達真空は、８×１０−４Ｐａであり、酸素とアルゴンの全圧は、５．３×１０−１Ｐａであり、酸素分圧は１．８×１０−２Ｐａであった。
成膜の際の基板温度は、特に加温しないで行った。なお、成膜の際の室温は約３０度（２５）であった。得られた膜に関し、膜面に対して入射角０．５度でＸ線を入射させ、（薄膜法）Ｘ線回折を行った。その結果、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ膜はいずれもアモルファス膜であることが確認された。
さらに、Ｘ線反射率測定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は約０．５ｎｍであり、膜厚は約５０ｎｍであることを確認した。
蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）分析の結果、薄膜の金属組成比はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１．００：０．９４：０．６５であった。光吸収スペクトルの解析から、作製したアモルファス薄膜の禁制帯エネルギー幅は、約３．１ｅＶであった。
こうして得られたアモルファス酸化物膜上に、直径１ｍｍφの電極を形成した。具体的には、Ａｕ（４０ｎｍ）とＴｉ（５ｎｍ）からなる金属積層電極を２ｍｍ間隔で、マスク蒸着し、測定用の試料とした。なお、積層電極の最表面側がＡｕである。
用意した試料に、分光（１０ｎｍ間隔）された、一定光強度（２．５ｍＷ／ｃｍ２）の下で、バイアス電圧は１０Ｖとして、電気伝導度の測定（分光感度特性評価）を行った。測定は、ＣＥＰ−２０００型分光感度測定装置を使用した。
その結果を、図８に示す。
図８の結果より、前記アモルファス膜が、禁制帯エネルギー幅である約３．１ｅＶよりも小さなエネルギーにあたる４５０ｎｍ（約２．８ｅＶ）程度の短波長領域から光誘起キャリヤ生成、及び導電率上昇を起こしていることがわかる。なお、分光感度特性評価による光誘起キャリヤ生成量は、照射光強度に依存していた。
当該実験により、可視光に対して透明であると考えられるアモルファス酸化物であっても、例えばＴＦＴの活性層に用いる場合に、より安定的に動作させる為には、遮光膜を設ける必要があることが、初めて分かった。
（実施例１）
本実施例では、図７（ａ）に示すスタガ（トップゲート）型ＭＩＳＦＥＴ素子を作製した。
まず、ガラス基板１上に金膜を３０ｎｍ積層し、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子５及びソース端子６を形成した。さらにその上に、スパッタ法で、チャンネル層２として用いる厚さ３０ｎｍであり、金属組成比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１．００：０．９４：０．６５のアモルファス膜を形成した。なお、アモルファス酸化物の成膜条件は、上記評価実験における条件と同様とした。
最後にゲート絶縁膜として用いるＹ２Ｏ３膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子を形成した。
その後、ガラス基板のＴＦＴと反対側の面にＴＦＴ部分に外部から光が照射されないようアルミフォイルによる遮光部材を設けた。このアルミフォイルによる遮光部材は可視光および可視光よりも短波長の光、並びに電磁波に対して透過率０．０１％未満となっていた。
このＭＩＳＦＥＴ素子をガラス基板面からの蛍光灯照射下でＩ−Ｖ特性評価を行った。なお、蛍光灯では、波長３５０ｎｍから７５０ｎｍの光が放出されている。その結果、電界効果移動度７ｃｍ２／Ｖｓ、オン・オフ比１０５超であった。また、蛍光灯照射条件下に替えて、暗所でも測定を行ったが、電界効果移動度、並びにオン・オフ比は変化しなかった。
比較実験として、上記スタガ（トップゲート）型ＭＩＳＦＥＴ素子と、前記遮光部材が無い点だけが異なる試料を用意した。
この素子に関して、ガラス基板面からの蛍光灯照射下で、Ｉ−Ｖ特性評価を行った結果、オン・オフ比は、１桁程度小さくなることが確認できた。
以上の結果より、透明酸化物と称されるアモルファス酸化物を活性層に用いたＴＦＴの場合であっても、安定動作のためには、遮光手段が必要であることが分かった。
本発明に係る電界効果型トランジスタは、液晶ディスプレイや、無機ＥＬあるいは有機ＥＬディスプレイのスイッチング素子として利用することができる。また、当該トランジスタは、低温プロセスを用いて、プラスチックフィルムをはじめとするフレキシブル基板上に形成できる。従って、フレキシブル・ディスプレイをはじめ、ＩＣカードやＩＤタグなどに幅広く応用できる。
本発明に係る電界効果型トランジスタを説明するための模式的断面図である。 本発明に係る電界効果型トランジスタを説明するための模式的断面図である。 本発明に係る電界効果型トランジスタを説明するための模式的断面図である。 本発明に係る電界効果型トランジスタを説明するための模式的断面図である。 本発明に係る電界効果型トランジスタを用いた表示装置を説明するための模式的断面図である。 本発明に係る電界効果型トランジスタを用いた表示装置を説明するための模式的断面図である。 本発明が適用できる電界効果型トランジスタの例を示すための模式的断面図である。 本発明を説明するための分光感度測定実験の結果を表す図である。
符号の説明
１０００ 基板
１０２０ アモルファス酸化物膜
１０３０ ソース電極
１０４０ ドレイン電極
１０５０ ゲート絶縁膜
１０６０ ゲート電極
１０９０ 遮光膜

Claims (8)

  1. 基板上にソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、及び活性層とを有する電界効果型トランジスタであって、
    該活性層は、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｍｇ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物、Ｓｎ−Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｚｎ−Ｇａ酸化物、及びＩｎ−Ｇａ酸化物のうちのいずれかである非晶質酸化物を有し、該非晶質酸化物の電子キャリア濃度は１０ １８ ／ｃｍ ３ 未満であると共に、４００ｎｍから８００ｎｍの波長域の光に対して、７０％以上の透過率を有し、
    該ゲート電極とは別に、該基板と該活性層との間、若しくは該基板の活性層と反対側の面に遮光手段が設けられているか、または該基板が遮光性を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
  2. 該遮光手段は、または前記基板は、前記基板側から前記活性層に向かう光に対する遮光性を有する請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。
  3. 基板上にソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、及び活性層とを有する電界効果型トランジスタであって、
    該活性層は、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｍｇ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物、Ｓｎ−Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｚｎ−Ｇａ酸化物、及びＩｎ―Ｇａ酸化物のうちのいずれかである非晶質酸化物を有し、該非晶質酸化物の電子キャリア濃度は１０ １８ ／ｃｍ ３ 未満であると共に、４００ｎｍから８００ｎｍの波長域の光に対して、７０％以上の透過率を有し、
    該ソース電極と該ドレイン電極と該ゲート電極とは別に、該活性層上に遮光手段が設けられていることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
  4. 前記遮光手段は、該活性層側から基板方向へ向かう光に対する遮光性を有する請求項３に記載の電界効果型トランジスタ。
  5. 前記遮光手段が、４００ｎｍから８００ｎｍの波長域の光に対して遮光性を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の電界効果型トランジスタ。
  6. 前記遮光手段が、少なくとも３００ｎｍから５００ｎｍの波長域の光あるいは電磁波に対して遮光性を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の電界効果型トランジスタ。
  7. 該酸化物がアモルファス酸化物である請求項１から６のいずれか１項に記載の電界効果型トランジスタ。
  8. 請求項１から７のいずれか１項に記載されている電界効果型トランジスタと、液晶層あるいは発光層とを複数の各画素部に備えていることを特徴とする表示装置。
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