JP5465825B2 - 半導体装置、半導体装置の製造方法及び表示装置 - Google Patents
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Description
一般に、有機半導体に用いられる有機物は、スピンコート法や真空蒸着法といった簡便な成膜法によって容易に薄膜が形成でき、さらに、アモルファスまたは多結晶のシリコンを用いた従来の半導体装置に比べ、製造プロセス温度を低温化できるという利点がある。プロセス温度の低温化は、耐熱性の低いプラスチック基板上への形成が可能となり、ディスプレイの軽量化や低コスト化、さらにはプラスチック基板のフレキシビリティを生かしたことによる用途の多様化など、多くの効果が期待できる。
この特許文献1記載の半導体装置は、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)として用いられる技術であり、有機半導体層からなる発光部と、この発光部に電子を注入する電子注入電極と、有機半導体層に正孔を注入する正孔注入電極とを備えている。
そして、発光部において、電子注入電極からの電子及び正孔注入電極からの正孔の再結合により発光を生じさせている。
特許文献3には、カーボンナノチューブ又は窒化ホウ素ナノチューブからなる両極性の特性を備えた発光部を備えた半導体装置の技術が記載されている。
このような半導体装置は、液晶素子と異なる自発光素子であり視野角依存性が無いなどの長所を持つ。
また、特許文献2及び3には、半導体装置において、トランジスタは発光部とは別に設けると、製造工程が複雑になったり、開口率が低くなったりすることから、発光部自体にトランジスタ機能を持たせたいわゆる、有機発光トランジスタの技術の記載がある。
しかしながら、このような半導体装置においては、発光部に有機物のみを用いているので、注入される双方のキャリアのバランスが適切に定めにくくなり、歩留まりが悪くなる。そのため、製造効率に劣るという問題があった。
また、前記発光が、正孔及び電子の再結合により生じることが好ましい。
また、前記半導体装置が、n型及びp型の両極性を示す、トランジスタであることが好ましい。
また、発光部は、注入されるキャリアのバランスを良好にすることができる。そのため、発光効率の高効率化が容易になる。さらに、トランジスタ機能も容易に向上させることができる。
上記のように半導体装置を構成すると、酸化物半導体層に注入されるキャリア濃度及びキャリア移動度の調整を容易に行うことができ、歩留まりが良好になる。そのため、製造効率を向上させることができる。また、発光効率及びトランジスタ機能の向上も期待できる。
上記のような半導体装置とすると、有機半導体層に注入されるキャリア濃度及びキャリア移動度を調整しやすくなる。そのため、歩留まりが良好になり、製造効率を向上させることができる。また、発光効率及びトランジスタ機能の向上も期待できる。
これにより、有機半導体層で発光を生じさせることができる。
また、前記発光部に絶縁体層を介して第一の電極を設け、前記発光部に接し前記第一の電極と離間した第二の電極を設け、前記発光部に接し前記第一及び第二の電極とは離間した第三の電極を設ける構成が好ましい。
この半導体装置は、第一の電極をゲート電極として、第二及び第三の電極のいずれか電圧の低い方を電子注入電極として、いずれか電圧の高い方を正孔注入電極として用いる。電子注入電極及び正孔注入電極に電圧を印加すると、発光部に電子と、正孔が注入される。そして、注入された電子と正孔が発光部内で再結合する。
そして、発光部1内で、電子と正孔とが再結合し、再結合によるエネルギーが発生する。再結合があった周囲の有機物分子又は酸化物分子は、基底状態から励起させられ、再び基底状態に戻るときに、差分のエネルギーを光として放出する。
そして、ゲート電極の電圧の制御などにより、第二の電極及び第三の電極間に流れる電流を制御する。このようにすると、発光部に注入されるキャリア(正孔及び電子)の量が増減する。これにより、発光部の発光輝度の制御を行うことができる。
上記した構成の半導体装置によれば、発光効率及びトランジスタ機能に優れる半導体装置を製造できる。
このような構成からなる製造方法によれば、酸化物半導体層を形成した後に大気などの酸素存在下に置いたりオゾン処理などの表面洗浄・改質を行うことができる。
酸化物半導体は、酸素存在下に置かれると、酸素やオゾンが作用し、表面の−OHなど極性を持つ官能基が増え、電子・正孔の注入性が変化する効果を期待できる。
これにより、製造工程の自由度が大きく実用化も容易になる。
これにより、発光機能及びトランジスタ機能を有した半導体装置を用いているので、構造が簡単になる。そのため、表示装置の製造工程も簡単になり、製造効率を向上させることができる。
図1は、本発明の第一実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示している。
図1に示すように、半導体装置は、有機半導体層10及び酸化物半導体層11が形成する発光部1を備えており、この発光部1内において、正孔及び電子が再結合することによって発光する。
具体的には、発光部1内であれば、有機半導体層10、酸化物半導体層11、若しくは両方、又は、有機半導体層10と酸化物半導体層11の界面で発光させてもよいが、有機半導体層10あるいは有機半導体層10と酸化物半導体層11の界面近傍で発光させることが好ましい。
この半導体装置は、発光素子として用いられるもので、基板6上に、各層が薄膜の状態で積層されている。
発光部1は、有機物からなる有機半導体層10と、酸化物からなる酸化物半導体層11とを備え、有機半導体層10及び酸化物半導体層11が第二の電極4側から第三の電極5側に至るように形成されている。また、有機半導体層10及び酸化物半導体層11は、互いに接触している。
また、有機半導体層10は、p型の特性を備えた有機物、両極性型の特性を備えた有機物又はn型の特性を備えた有機物、若しくは、それらのうちいずれか二種以上からなる積層体又は混合体で形成されている。
具体的には、有機半導体層10は、正孔及び電子の再結合による発光を生じる有機物からなり、ペンタセンやオリゴチオフェン等の有機低分子、ポリチオフェン等の有機高分子、フタロシアニン等の金属錯体、C60、C82、金属内包フラーレン(例えばディスプロシウム(Dy)を内包したフラーレン(Dy@C82))等のフラーレン類、及びカーボンナノチューブ類の群から選択される少なくとも一種から形成されている。
特に、有機半導体層10のうち、p型の特性を備えた有機物若しくはp型の特性を備えた有機物の積層物又は混合物で構成されている有機半導体層10が、p型の特性を備えた有機物が大気に触れても特性の低下が少ないという理由により、より好ましい。
また、有機半導体層に用いる有機物は蛍光量子収率が1%以上のものが好ましく、より好ましくは5%以上、さらに好ましくは10%以上、特に好ましくは20%以上である。
また、酸化物半導体層11は、その電子キャリア濃度が1018/cm3未満であることが好ましく、1017/cm3未満であることがより好ましく、5×1016/cm3未満であることがさらに好ましく、1016/cm3未満であることが特に好ましい。
また、下限に制限はないが、通常1010/cm3以上で、1012/cm3以上が好ましい。電子キャリア濃度が1018/cm3以上であると有機半導体との導電性のバランスが得られにくくなり両極性を示さないおそれがある。
なお、この酸化物半導体層11は、In、Zn、Sn及びGaの少なくともいずれかを含む非晶質酸化物よりもIn、Zn、Sn、Gaのいずれかを含む多結晶酸化物で形成されることがより好ましい。これは、電子キャリア密度の制御(低減)と高い電子移動度が両立しやすく信頼性も高いからである。
原子比[X/(X+In)]が0.0001より小さく、正二価元素の含有率が少ないと、本実施形態の効果が現れずキャリア数が制御できないおそれがある。
一方、原子比[X/(X+In)]が0.5より大きくなり、正二価元素の含有率が過剰になると、界面あるいは表面が変質しやすく不安定になるおそれや、結晶化温度が高く結晶化が困難になったり,キャリア濃度が高くなったり、ホール移動度が低下したりするおそれがある。また、トランジスタを駆動させた際に閾値電圧が変動したり、駆動が不安定となったりするおそれがある。上記のような不具合をより有効に回避するためには、原子比[X/(X+In)]は0.0002〜0.15であるのが好ましく、より好ましくは0.0005〜0.1、さらに好ましくは0.001〜0.09であり、0.005〜0.08が特に好ましい。0.01〜0.07が最も好ましい。
本発明に係る酸化物の電子キャリア濃度は、室温で測定する場合の値である。室温とは、例えば25℃であり、具体的には0℃から40℃程度の範囲から適宜選択されるある温度である。なお、本発明に係る酸化物の電子キャリア濃度は、0℃から40℃の範囲全てにおいて、1018/cm3未満を充足する必要はない。例えば、25℃において、キャリア電子密度1018/cm3未満が実現されていればよい。また、電子キャリア濃度を更に下げ、1017/cm3以下、より好ましくは1016/cm3以下にすると両極性を示す半導体装置が歩留まり良く得られる。
さらに、酸化物半導体層11は、その仕事関数が4.8(eV)以上であることが好ましく、5.2(eV)以上であることがより好ましく、5.6(eV)以上であることが特に好ましい。
さらに、酸化物半導体層11の屈折率は2.3以下が好ましく、2.1以下がより好ましく、2.0以下が特に好ましい。屈折率が2.3より大きいと有機半導体層10と積層した際など反射率が高くなるなどのおそれがある。
スパッタ法としては、例えば、DCスパッタ法、RFスパッタ法、ACスパッタ法、ECRスパッタ法、対向ターゲットスパッタ法などが挙げられる。これらのなかでも、工業的に量産性が高く、また、RFスパッタ法よりもキャリア濃度を制御しやすいDCスパッタ法や、ACスパッタ法が好ましい。また、成膜による界面の劣化を抑えて、漏れ電流を抑制したり、on−off比などの酸化物半導体層11の特性を向上させたりするには、膜質の制御がしやすいECRスパッタ法や、対向ターゲットスパッタ法が好ましい。
また、スパッタ時の基板・ターゲット間距離(S−T距離)は、通常150mm以下、好ましくは110mm、特に好ましくは80mm以下である。S−T距離が短いとスパッタ時に基板がプラズマに曝されることにより、膜質の向上が期待できる。また、150mmより長いと、成膜速度が遅くなり工業化に適さなくなるおそれがある。
再現性、大面積での均一性、及びTFTにした際の特性から酸素を含有する焼結ターゲットを用いることが好ましい。
焼結ターゲットを製造するにあたり、焼結は還元雰囲気で行うことが好ましい。さらに、焼結ターゲットのバルク抵抗は0.001〜1000mΩcmであることが好ましく、0.01〜100mΩcmであることがより好ましい。焼結ターゲットの焼結密度は、通常70%、好ましくは85%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは99%以上である。
このような不具合をより有効に回避するためには、到達圧力は、好ましくは5×10−3Pa以下、より好ましくは5×10−4Pa以下、さらに好ましくは1×10−4Pa以下であり、5×10−5Pa以下であるのが特に好ましい。
このような不具合をより有効に回避するためには、雰囲気ガス中の酸素分圧は、好ましくは15×10−3Pa以下、より好ましくは7×10−3Pa以下であり、1×10−3Pa以下であるのが特に好ましい。
多結晶膜を成膜する方法では、通常、基板温度250〜550℃で物理成膜する。基板温度は、好ましくは300〜500℃、より好ましくは320〜400℃である。250℃以下では、結晶性が低くキャリア密度が高くなるおそれがある。550℃以上では、コストが高くなり、また、基板が変形するおそれがある。
成膜してから後処理で結晶化させるかあるいは結晶性を向上させる方法では、通常は、基板温度250℃以下で物理成膜する。基板温度が250℃より高いと後処理の効果が十分に発揮されず、低キャリア濃度、高移動度に制御することが困難となるおそれがある。このような不具合をより有効に回避するためには、基板温度は、好ましくは200℃以下、より好ましくは150℃以下、さらに好ましくは100℃以下であり、特に好ましくは50℃以下である。
結晶質を含む膜を成膜する方法は、プロセスが単純で工業的に好ましいが、高い半導体特性を得るには、成膜してから後処理で結晶化させる方法の方が、結晶性がよく、膜応力も少なく、キャリアを制御しやすいため好ましい。また、後処理で結晶化する前に結晶を含んでいても良いが、いったん非晶質膜を成膜してから、後処理により結晶化させる方が、結晶性の制御が行いやすく、良質な半導体膜が得られるため好ましい。
なお、成膜時に酸素などのガス成分の濃度を制御して、キャリア濃度を制御する方法もあるが、このような方法では、ホール移動度が低下するおそれがある。これは、キャリア制御のために導入したガス成分が、膜中に取り込まれ散乱因子となっているものと推定される。
熱処理の温度が80℃より低いと処理効果が発現しなかったり、時間がかかりすぎたりするおそれがあり、650℃より高いとエネルギーコストが高くなったり、タクトタイムが長くなったり、トランジスタとしたときの閾値電圧が大きくなったり、基板が変形したりするおそれがある。このような不具合をより有効に回避するために、処理温度は、好ましくは120〜500℃、より好ましくは150〜450℃、さらに好ましくは180〜350℃であり、200〜300℃が特に好ましい。220〜290℃が最も好ましい。
また、熱処理の時間が0.5分より短いと内部まで伝熱する時間が不足し処理が不十分となるおそれがあり、12000分より長いと処理装置が大きくなり工業的に使用できなかったり、処理中に基板が破損・変形したりするおそれがある。このような不具合をより有効に回避するために、処理時間は、好ましくは1〜600分、より好ましくは5〜360分、さらに好ましくは15〜240分であり、30〜120分が特に好ましい。
熱処理をする場合は、熱処理時の膜面の温度が、成膜時の基板温度より100〜270℃高い方が好ましい。この温度差が100℃より小さいと熱処理効果が無く、270℃より高いと基板が変形したり、半導体薄膜界面が変質し半導体特性が低下したりするおそれがある。このような不具合をより有効に回避するには、成膜時の基板温度より熱処理時の膜面の温度が130〜240℃高いものがより好ましく、160〜210℃高いものが特に好ましい。
具体的には、無機物材料で形成された基板6としては、例えば、ホウ素(B)、リン(P)、アンチモン(Sb)等が不純物として添加されたp型の単結晶シリコン基板,n型の単結晶シリコン基板,ガラス基板,又は,石英基板などが例示される。
また、有機物材料の基板6としては、ポリメチルメタクリレート,ポリエーテルスルフォン及びポリカーボネート等のプラスチィック基板などが例示される。
本実施形態では、基板6は、これを第一の電極2としても用いるので、例えば、シリコン基板6で構成されている。
このようなゲート絶縁膜3は、異なる2層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。また、ゲート絶縁膜3は、結晶質、多結晶質、非晶質のいずれであってもよいが、工業的に製造しやすい多結晶質か、非晶質であるのが好ましい。
また、絶縁体層3には、パリレン、ポリスチレンなどの有機絶縁体を用いることもできる。
本実施形態では、基板6にSi基板を用い、絶縁体層3は、Si基板6を熱酸化して得られたSiO2熱酸化膜とする。また、酸化物半導体層11の材料として、n型の特性を備えた酸化物を用い、有機半導体層10の材料として、p型の特性を備えた有機物を用いる。
まず、基板6に、絶縁体層3を成膜し、この絶縁体層3上に、真空蒸着法で第二及び第三の電極4、5を形成する。次に、酸化物半導体層11をスパッタリング装置などを用いて成膜し、その後、酸素及び/又はオゾンの存在下に置く。その後、有機物を、真空蒸着法で酸化物半導体層11の上側に成膜する。
このような構成からなる製造方法によれば、酸化物半導体層11を形成した後に大気などの酸素存在下に置いたりオゾン処理などの表面洗浄・改質を行うことができる。
通常、n型の特性の有機半導体層を用いる場合に、酸素及び/又はオゾンの存在下に置かれると、特性が劣化してしまうので、真空などの無酸素の状態で製造しなければならない。これに対し、本発明のように、n型の特性の酸化物半導体層11は、酸素存在下に置かれると、逆に、酸素やオゾンが作用し、表面の−OHなど極性を持つ官能基が増え、電子・正孔の注入性が変化する効果を期待できるからと思われる。
すなわち、有機半導体層10に、p型の特性を備えた有機物を用い、酸化物半導体層11にn型の特性を備えた酸化物を用いたので、製造中に、n型の特性を備えた酸化物半導体層11が大気に触れても特性の低下が少ない。これにより、製造工程の自由度が大きく実用化も容易になる。
そして、第一〜第三の電極2,4,5のそれぞれに印加する電圧を調整し、正孔注入電極からの正孔は、主に有機半導体層10に注入する。また、電子注入電極からの電子は、主に酸化物半導体層11に注入する。
なお、有機半導体層10あるいは有機半導体層10と酸化物半導体層11の界面近傍以外で、正孔及び電子の再結合を行なってもよいが、例えば、酸化物半導体層11は、発光以外でエネルギーを失いやすく、発光量子効率が低くなる。また、バンドギャップが大きく、所望の波長の発光を得にくいので、発光視感効率も低くなる。
このようにすると、発光部1に注入されるキャリア(正孔及び電子)の量が増減する。
これにより、各電極2,4,5の電圧を調整することで、発光部1に注入されるキャリア(正孔及び電子)の量を調整でき、発光輝度を制御できる。
また、半導体装置は、発光部1に、p型又は両極性型の特性を備えた有機物とn型の特性を備えた酸化物とを用いているので、電子のキャリアの移動度が安定したものとなる。そのため、発光部1の発光効率が向上するだけでなく、トランジスタとしても機能する。特に、大気中でのトランジスタ機能が良好になるので、実用化も容易になる。
また、ここで両極性を示すとは、ゲート電圧を上げるとドレイン電流が増加する領域とゲート電圧を下げるとドレイン電流が増加する領域があるようなドレイン電圧が存在する場合をいう。
図2は、本発明の第二実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示している。
本実施形態の半導体装置は、上記実施形態と略同様であるが、基板6と第一の電極2とが別体に形成されている点が異なる。
その他の構成は上記のものと同様である。
本実施形態の半導体装置は、上記第一実施形態と同様に、発光素子として用いられる。作用及び効果は、上記とほぼ同様である。
このような構成からなる半導体装置によれば、第一の電極2と第二及び第三の電極4、5との重なりが少ないので、漏れ電流を少なくすることができる。
図3は、本発明の第三実施形態の半導体装置の概略断面図を示している。
本実施形態の半導体装置は、上記実施形態とは異なり、第二及び第三の電極4、5が、絶縁体層3と酸化物半導体層11の間になく、有機半導体層10の上側に設けられた構成となっている。
このような構成からなる半導体装置によれば、第一の電極2と第二及び第三の電極4、5との間の電界が酸化物半導体層11及び有機半導体層10に効果的に印加されるので、トランジスタの移動度を高く調整しやすくできる。
図4は、本発明の第四実施形態の半導体装置の概略断面図を示している。
本実施形態の半導体装置は、上記実施形態とは異なり、第二及び第三の電極4、5が、絶縁体層3と酸化物半導体層11の間になく、有機半導体層10と酸化物半導体層11の間に設けられた構成となっている。
第一の電極2と第二及び第三の電極4、5との間の電界が、酸化物半導体層11に効果的に印加されるので、トランジスタの移動度を高く調整しやすい。また、酸化物半導体層11を後から構成するため、第二及び第三の電極4、5の成膜時に有機半導体層10にダメージを与える心配がない。
図5は、本発明の第五実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示している。
本実施形態の半導体装置は、上記実施形態と異なり、第三の電極5が、絶縁体層3と酸化物半導体層11の間になく、有機半導体層10と酸化物半導体層11の間に設けられた構成となっている。
第二及の電極4と第三の電極5の間に有機半導体層10と酸化物半導体層11の界面があるため電子と正孔が効率よく再結合でき発光効率を高くすることができる。また、酸化物半導体層11を後から構成するため、第二及び第三の電極4、5の成膜時に有機半導体層10にダメージを与える心配がない。
図6は、本発明の第六実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示している。
本実施形態の半導体装置は、上記第一の実施形態と異なり、第三の電極5が、絶縁体層3と酸化物半導体層11の間になく、有機半導体層10の上側に設けられた構成となっている。
第二及の電極4と第三の電極5の間に有機半導体層10と酸化物半導体層11があるため電子と正孔が、特に効率よく再結合でき発光効率を高くすることができる。
図7は、本発明の第七実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示している。
本実施形態の半導体装置は、上記第一の実施形態と異なり、第二の電極4のみが酸化物半導体層11に覆われるとともに、有機半導体層10は、酸化物半導体層11及び第三の電極5を覆う構成となっている。
第二及の電極4と第三の電極5の間に有機半導体層10と酸化物半導体層11の界面があるため電子と正孔が効率よく再結合でき発光効率を高くすることができる。
図8は、本発明の第八実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示している。
本実施形態の半導体装置は、上記第一の実施形態と異なり、第二の電極4と第三の電極5との間において、有機半導体層10の一部が絶縁体層3側に延設されている。そして、この延設部分が、酸化物半導体層11を、第二の電極4側と、第三の電極5側とに隔てる構成となっている。
第二及の電極4と第三の電極5の間に有機半導体層10と酸化物半導体層11の二つの界面があるため電子と正孔が効率よく再結合でき発光効率を高くすることができる。
また、上記実施形態に係る半導体装置において、有機半導体層10と酸化物半導体層11の間に保護層を設けたり、酸化物半導体11の表面を表面処理したりするなどすると、
有機半導体層10と酸化物半導体層11の間のエネルギー移動を制限することによって消光を防止することができ、好ましい。
また、上記実施形態に係る半導体装置において、その他有機ELで用いられている各種の技術を自由に応用できる。そのような技術は、例えば、「有機ELディスプレイ」(オーム社、平成16年8月20日発行)などに記載されている。
また、第一〜第八実施形態の半導体装置は、例えば、図10に示す表示装置に用いられる。
本実施形態の表示装置は、複数の第二実施形態の半導体装置が、基板の平面方向に行列状に列設されてなる。
また、有機物半導体層10、酸化物半導体層11及び基板6は、全面に亘って一体に成膜されている。
そして、例えば、第一の電極2及び第二の電極4に印加する電圧を固定して、第三の電極5に印加する電圧を変化させたり、第二の電極4及び第三の電極5に印加する電圧を固定して、第一の電極2(ゲート電圧)に印加する電圧を変化させたりするなどし、発光部に発光(L)を生じさせる。
このような、発光機能及びトランジスタ機能を有した半導体装置を用いているので、表示装置の構造が簡単になる。これにより、表示装置の製造工程も簡単になり、製造効率を向上させることができる。
図3に示すように、本実施例に係る半導体装置は、以下のようにして製造された。
まず、基板6として導電性のSi基板を用い、これを熱酸化して形成された絶縁体層3を設けた。次に、スパッタリング装置を用い、酸化物半導体層11を成膜した。成膜条件は、ターゲットに、In2O3−ZnO(元素比が、In=93at%,Zn=7at%となる酸化物、IZO(登録商標))を用い、到達真空度:8.2×10−4Pa,スパッタ真空度:1.9×10−1Pa,スパッタガス:Ar 32sccm,スパッタ出力:50Wとし、基板加熱は行わなかった。スパッタ製膜後に大気下で300℃1時間熱処理した。
大気暴露しUVオゾン処理を15分行った後、テトラセン(tetracene)を、真空蒸着法で酸化物半導体層11の上側に成膜した。
そして、真空蒸着法で、メタルマスクを用いAuを成膜し、第二及び第三の二つの電極4,5を形成した。
本実施例の半導体装置は、図11に示すように配線され、第一の電極2をゲート電極、第二の電極4をソース電極(正孔注入電極)として、第三の電極5をドレイン電極(電子注入電極)とした。
図12〜図16に、この半導体装置のトランジスタ特性と発光特性を示す。
また、本実施例の半導体装置のEL(エレクトロルミネッセンス)スペクトルとテトラセン(tetracene)のPL(フォトルミネッセンス)スペクトルがよく一致していることから(図15)、本装置はIn2O3−ZnO膜からテトラセン(tetracene)膜への電子注入が起こり、テトラセン(tetracene)膜中にて再結合が生じて発光しているものと考えられる。
また、ゲート電圧の増加にともない、EL外部量子効率の増加が観測された(図16(a))。これは、ゲート電圧が低いときには、有機半導体層10中に注入される正孔の量が小さいが(図16(b))、ゲート電圧を高めていくと、有機半導体層10中に注入される正孔の量が大きくなるからであると考えられる(図16(c))。
すなわち、この半導体装置によれば、ゲート電圧あるいはドレイン電圧を変化させることで、発光部1に注入されるキャリアの量を増減でき、発光輝度を制御できる。
図1に示すように、本実施例に係る半導体装置は、以下のようにして製造された。
まず、基板6として導電性のSi基板を用い、これを熱酸化して形成された絶縁体層3を設けた。次に、絶縁体層3上に、ポジ型のフォトレジストをスピンコートして塗布し、フォトレジストを、所定温度でプリベークして固化し、基板6中央を露光した。その後、リンス液で基板6中央以外の部分のフォトレジストを除去し、ポストベークして不要なリンス液を気化させた。そして、この基板6に、真空蒸着法で、Cr及びAuを成膜し、溶剤でリフトオフして基板6中央以外の部分に、第二及び第三の二つの電極4,5を形成した。
なお、4MSBの蛍光量子収率は約40%である。
本実施例の半導体装置も上記実施例と同様に、第一の電極をゲート電極とし、第二の電極をソース電極とし、第三の電極をドレイン電極とした。
この半導体装置のトランジスタ特性と発光特性を図16及び図17に示す。この半導体装置によれば、ゲート電圧あるいはドレイン電圧で発光輝度を制御できる(図16(b))。この半導体装置は、両極性を示すことがわかる(図18)。
酸化物半導体層を設けなかった他は実施例1,2と同様に半導体装置を作製した。この半導体装置はトランジスタ特性を示したが、両極性および発光特性は示さなかった。
例えば、表示装置は、第二実施形態の半導体装置を列設した構成としたがこれに限定されるものでなく、上記の他の実施形態の半導体装置であってもよく、適宜設計変更してよい。
2 第一の電極
2a 導電体
3 絶縁体層
4 導電体
3a 第二の電極の配線
5 導電体
4a 第三の電極の配線
6 基板
10 有機半導体層
11 酸化物半導体層
110 層状酸化物
15 有機発光層
Claims (16)
- 正孔及び電子の再結合による発光を生じる有機物からなる有機半導体層、及び、この有機半導体層と接触する酸化物半導体層によって形成された発光部と、
前記発光部に絶縁体層を介して設けられた第一の電極と、
前記発光部に接し前記第一の電極と離間した状態で設けられた第二の電極と、
前記発光部に接し前記第一及び第二の電極とは離間した状態で設けられた第三の電極とを備え、
正孔及び電子の再結合により発光する、n型及びp型の両極性を示す、トランジスタである半導体装置であって、
前記酸化物半導体層は、n型非縮退酸化物からなり、電子キャリア濃度が1018/cm3未満であり、
前記有機半導体層は、p型の特性を有した有機物で形成され、
前記酸化物半導体層を、複数種類の層状酸化物を積み重ねた積層構造とし、該積層構造のうち、最も前記有機半導体層側の層状酸化物の材料に、該層状酸化物の仕事関数が、その他の層状酸化物の仕事関数より大きくなるものを用いたことを特徴とする半導体装置。 - 前記酸化物半導体層は、In、Zn、Sn及びGaの少なくともいずれかを含む非晶質酸化物で形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記酸化物半導体層は、InとGaとZnとを含む非晶質酸化物、SnとZnとGaとを含む非晶質酸化物、InとZnとを含む非晶質酸化物、InとSnとを含む非晶質酸化物、InとGaとを含む非晶質酸化物、及び、ZnとSnとを含む非晶質酸化物のうち、いずれかで形成されることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記酸化物半導体層は、In、Zn、Sn、Gaのいずれかを含む多結晶酸化物で形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記酸化物半導体層は、In及び正二価元素を含む多結晶酸化物で形成されることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- n型駆動時の電界効果移動度μ(n)とp型駆動時の電界効果移動度μ(p)の比μ(n)/μ(p)が、10−5≦μ(n)/μ(p)≦105の範囲にあることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第一の電極上に前記絶縁体層が積層され、前記絶縁体層上に前記第二の電極及び第三の電極が積層され、前記絶縁体層、第二の電極及び第三の電極上に前記酸化物半導体層が積層され、前記酸化物半導体層上に前記有機半導体層が積層されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第一の電極上に前記絶縁体層が積層され、前記絶縁体層上に前記酸化物半導体層が積層され、前記酸化物半導体層上に前記有機半導体層が積層され、前記有機半導体層上に前記第二の電極及び第三の電極が積層されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第一の電極上に前記絶縁体層が積層され、前記絶縁体層上に前記酸化物半導体層が積層され、前記酸化物半導体層上に前記第二の電極及び第三の電極が積層され、前記酸化物半導体層、第二の電極及び第三の電極上に前記有機半導体層が積層されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第一の電極上に前記絶縁体層が積層され、前記絶縁体層上に前記第二の電極が積層され、前記絶縁体層及び第二の電極上に前記酸化物半導体層が積層され、前記酸化物半導体層上に前記第三の電極が積層され、前記酸化物半導体層及び第三の電極上に前記有機半導体層が積層されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第一の電極上に前記絶縁体層が積層され、前記絶縁体層上に前記第二の電極が積層され、前記絶縁体層上に前記有機半導体層が積層され、前記有機半導体層上に前記第三の電極が積層されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第一の電極上に前記絶縁体層が積層され、前記絶縁体層上に前記第二の電極及び第三の電極が積層され、前記絶縁体層及び第二の電極上に前記酸化物半導体層が積層され、前記絶縁体層、第三の電極及び酸化物半導体層上に前記有機半導体層が積層されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第一の電極上に前記絶縁体層が積層され、前記絶縁体層上に前記第二の電極及び第三の電極が積層され、前記絶縁体層、第二の電極及び第二の電極上に前記酸化物半導体層が積層され、前記絶縁体層及び酸化物半導体層上に前記有機半導体層が積層されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記酸化物半導体層が、有機発光層を介して前記有機半導体層と接触することを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記請求項1〜14のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
酸化物半導体層を形成し、該酸化物半導体層を酸素及び/又はオゾン存在下に置き、その後、有機半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記請求項1〜14のいずれか一項に記載の半導体装置を用いたことを特徴とする表示装置。
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