JP5489446B2 - 薄膜電界効果型トランジスタおよびそれを用いた表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、薄膜電界効果型トランジスタおよびそれを用いた表示装置に関する。特に活性層にアモルファス酸化物半導体を用いた薄膜電界効果型トランジスタおよびそれを用いた表示装置に関する。
近年、液晶やエレクトロルミネッセンス（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ）技術等の進歩により、平面薄型画像表示装置（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）が実用化されている。特に、電流を通じることによって励起され発光する薄膜材料を用いた有機電界発光素子（以後、「有機ＥＬ素子」と記載する場合がある）は、低電圧で高輝度の発光が得られるために、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明を含む広い分野で、デバイスの薄型化、軽量化、小型化、および省電力のなどの効果が期待されている。
これらＦＰＤは、ガラス基板上に設けた非晶質シリコン薄膜や多結晶シリコン薄膜を活性層に用いる薄膜電界効果型トランジスタ（以後の説明で、Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、もしくはＴＦＴと記載する場合がある）のアクティブマトリクス回路により駆動される。
これらＦＰＤは、ガラス基板上に設けた非晶質シリコン薄膜や多結晶シリコン薄膜を活性層に用いる薄膜電界効果型トランジスタ（以後の説明で、Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、もしくはＴＦＴと記載する場合がある）のアクティブマトリクス回路により駆動される。
一方、これらＦＰＤのより一層の薄型化、軽量化、耐破損性の向上を求めて、ガラス基板の替わりに軽量で可撓性のある樹脂基板を用いる試みも行われている。
しかし、上述のシリコン薄膜を用いるトランジスタの製造は、比較的高温の熱工程を要し、一般的に耐熱性の低い樹脂基板上に直接形成することは困難である。
しかし、上述のシリコン薄膜を用いるトランジスタの製造は、比較的高温の熱工程を要し、一般的に耐熱性の低い樹脂基板上に直接形成することは困難である。
例えば、シリコン薄膜を用いたトランジスタの駆動電圧を低減したＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が開示され、活性層の半導体材料として酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化錫、或いは酸化亜鉛などが用いられ、ゲート絶縁膜に比誘電率の大きな誘電体材料を用いた構成が開示されている（例えば、特許文献３参照）。ＩＴＯ、酸化錫、或いは酸化亜鉛などは結晶性金属酸化物であり、キャリア濃度が１×１０１９／ｃｍ３程度有することが開示されている。結晶性金属酸化物よりなる活性層の場合、所望の半導体特性を発現するためには、スパッタリングによる膜形成の後、例えば３００℃で１５分間ポストアニールするなどの結晶化制御のための高温加熱処理工程が必要になる（例えば、特許文献３の段落番号「００５４」参照）。従って、このような活性層を耐熱性の低い樹脂基板上に直接形成することは困難である。
アモルファス酸化物、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物は低温での成膜が可能であり、プラスチックフィルム上に室温成膜可能な材料として注目されている（例えば、非特許文献１参照）。しかしながら、活性層にアモルファス酸化物半導体を用いると、ＯＦＦ電流が高く、ＯＮ／ＯＦＦ比が低いという問題を有していた。例えば、アモルファス酸化物半導体としてキャリア濃度が２．１×１０１７／ｃｍ３のＩＺＯ（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）を活性層に用いたＴＦＴの構成が開示されている（例えば、非特許文献２参照）。しかしながら、依然としてＯＦＦ電流が高く、ＴＦＴゲート電圧を印可しない状態でも電流が流れてしまう”ノーマリーオン”の状態となってしまい、ＯＮ／ＯＦＦ動作のための余分回路と電力消費を必要とする問題がある。
この問題を改良する手段として、アモルファス酸化物半導体のキャリア濃度を低減すること、例えば、１０１８／ｃｍ３未満にするとＴＦＴは動作し、１０１６／ｃｍ３未満で良好なＯＮ／ＯＦＦ比を持つＴＦＴが得られること、また、良好な低いオフ電流特性を持たせるには、キャリア濃度を１０１６／ｃｍ３未満にすることが好ましいことが開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。
この問題を改良する手段として、アモルファス酸化物半導体のキャリア濃度を低減すること、例えば、１０１８／ｃｍ３未満にするとＴＦＴは動作し、１０１６／ｃｍ３未満で良好なＯＮ／ＯＦＦ比を持つＴＦＴが得られること、また、良好な低いオフ電流特性を持たせるには、キャリア濃度を１０１６／ｃｍ３未満にすることが好ましいことが開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。
しかしながら、実用的に供されるＴＦＴは、ＯＦＦ電流が低く、ＯＮ／ＯＦＦ比が高いことは勿論のこと、連続駆動してもその性能が変化しないこと、作動する環境の温度や湿度などの条件が変動しても安定した性能を示すことが要求され、未だ多くのクリアすべき課題が残る。
特開２００６−１６５５２９号公報
特開２００６−１８６３１９号公報
特開２００６−１２１０２９号公報
ＮＡＴＵＲＥ、Ｖｏｌ．４３２（２５ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ、２００４）、Ｐ．４８８−４９２
ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、８９，０６２１０３（２００６）
本発明の目的は、アモルファス酸化物半導体を用いたＴＦＴを提供することにあり、特に、ＯＦＦ電流が低く、高ＯＮ／ＯＦＦ比を有し、かつ環境温度変化してもＴＦＴ性能が変動しない改良されたＴＦＴを提供することにある。さらに、可撓性のある樹脂基板上に作製が可能な高性能のＴＦＴを提供することにある。また、そのＴＦＴを用いた表示装置を提供することにある。
本発明の上記課題は下記の手段によって解決された。
＜１＞ 基板上に、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、アモルファス酸化物半導体を含有する活性層、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜電界効果型トランジスタであって、前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが２ｎｍ未満であり、前記活性層のキャリア濃度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、かつ前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上２０ｎｍ未満であり、前記活性層の前記ゲート絶縁膜に面する側とは反対側に前記活性層と接してキャリア濃度が１０ １６ ／ｃｍ ３ 以下の低キャリア濃度層を積層したことを特徴とする薄膜電界効果型トランジスタ。
＜２＞ 前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが１ｎｍ未満であり、かつ前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上１０ｎｍ未満であることを特徴とする＜１＞に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜３＞ 前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが０．５ｎｍ未満であり、かつ前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上５ｎｍ未満であることを特徴とする＜１＞又は＜２＞に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜４＞ 前記活性層が、Ｉｎ、Ｇａ，Ｚｎ及びＳｎの少なくとも一つを含むことを特徴とする＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜５＞ 前記活性層が、Ｉｎ及びＺｎを含むことを特徴とする＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜６＞ 前記低キャリア濃度層がアモルファス酸化物半導体層であることを特徴とする＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜７＞ 前記ゲート絶縁膜がＳｉ、Ｈｆ、Ｙ、およびＧｅより選ばれる少なくとも１つの元素を含有するアモルファス酸化物を含有することを特徴とする＜１＞〜＜６＞のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜８＞ 前記基板が可撓性樹脂基板であることを特徴とする＜１＞〜＜７＞のいずれか１項に記載の薄膜電界効果トランジスタ。
＜９＞ ＜１＞〜＜８＞のいずれか１項に記載の薄膜電界効果トランジスタを用いた表示装置。
＜１＞ 基板上に、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、アモルファス酸化物半導体を含有する活性層、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜電界効果型トランジスタであって、前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが２ｎｍ未満であり、前記活性層のキャリア濃度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、かつ前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上２０ｎｍ未満であり、前記活性層の前記ゲート絶縁膜に面する側とは反対側に前記活性層と接してキャリア濃度が１０ １６ ／ｃｍ ３ 以下の低キャリア濃度層を積層したことを特徴とする薄膜電界効果型トランジスタ。
＜２＞ 前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが１ｎｍ未満であり、かつ前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上１０ｎｍ未満であることを特徴とする＜１＞に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜３＞ 前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが０．５ｎｍ未満であり、かつ前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上５ｎｍ未満であることを特徴とする＜１＞又は＜２＞に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜４＞ 前記活性層が、Ｉｎ、Ｇａ，Ｚｎ及びＳｎの少なくとも一つを含むことを特徴とする＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜５＞ 前記活性層が、Ｉｎ及びＺｎを含むことを特徴とする＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜６＞ 前記低キャリア濃度層がアモルファス酸化物半導体層であることを特徴とする＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜７＞ 前記ゲート絶縁膜がＳｉ、Ｈｆ、Ｙ、およびＧｅより選ばれる少なくとも１つの元素を含有するアモルファス酸化物を含有することを特徴とする＜１＞〜＜６＞のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜８＞ 前記基板が可撓性樹脂基板であることを特徴とする＜１＞〜＜７＞のいずれか１項に記載の薄膜電界効果トランジスタ。
＜９＞ ＜１＞〜＜８＞のいずれか１項に記載の薄膜電界効果トランジスタを用いた表示装置。
アモルファス酸化物半導体を用いたＴＦＴは、室温成膜が可能であり、可撓性プラスチックフイルムを基板として作製が可能であるので、フイルム（フレキシブル）ＴＦＴの活性層の材料として注目されている。特に特開２００６−１６５５２９号公報および同２００６−１８６３１９号公報には、ポリエステルフィルム基板上にキャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満のアモルファス酸化物半導体を活性層に用いて、電界効果移動度１０ｃｍ２／Ｖｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比１０３超の性能を持つＴＦＴが報告されている。
しかしながら、これを例えば表示装置の駆動回路に用いる場合、移動度、ＯＮ／ＯＦＦ比の観点から駆動回路を動作するには性能がまだ不十分であった。活性層に用いられるアモルファス酸化物半導体は、キャリア濃度が下がると電子移動度が下がる傾向があるので、良好なＯＦＦ特性と、高移動度を両立するＴＦＴを形成することが困難であった。
しかしながら、これを例えば表示装置の駆動回路に用いる場合、移動度、ＯＮ／ＯＦＦ比の観点から駆動回路を動作するには性能がまだ不十分であった。活性層に用いられるアモルファス酸化物半導体は、キャリア濃度が下がると電子移動度が下がる傾向があるので、良好なＯＦＦ特性と、高移動度を両立するＴＦＴを形成することが困難であった。
さらに、本発明者らによる詳細な解析の結果、キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満に減少するとＴＦＴの動作環境の温度が変動するとＯＦＦ電流値が変動したり、ＴＦＴの閾値電圧が変動する新たな問題が判明した。このＯＦＦ電流値の変動やＴＦＴの閾値電圧の変動はキャリア濃度が低くなるほど大きく、特に３×１０１７／ｃｍ３未満に減少すると実用上障害となる変動を引き起こすことが判明した。このＯＦＦ電流値の変動やＴＦＴの閾値電圧の変動は、ＴＦＴを連続的に繰り返し駆動した場合にも発生することも見出された。従来、半導体素子にこのような問題が生じた場合、対策として、温度補償回路ユニットを導入するのが一般的であったが、回路の複雑化、かつ素子容積が大きくなり開口率が減少する等の弊害を伴う。従って、この問題は解決すべき重大な課題であり、ＯＦＦ電流特性と高移動度を両立した上で、さらに環境温度依存性および耐久性の改良が求められた。
本発明者らは、鋭意、開発探索を進めた結果、前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが２ｎｍ未満であり、前記活性層のキャリア濃度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、かつ前記活性層の膜厚を０．５ｎｍ以上２０ｎｍ未満の薄層にすることにより、全く予想外に課題が解決し得ることを見出した。さらに、前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが１ｎｍ未満であり、キャリア濃度が１×１０１７／ｃｍ３以上で、前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上１０ｎｍ未満の薄層にすることにより、さらに環境温度依存性が改良されることが見出された。特に、前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが０．５ｎｍ未満であり、前記活性層のキャリア濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上で、前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上５ｎｍ未満の薄層にすることがさらに好ましく、さらに連続して長時間駆動した場合のＯＦＦ電流の変動やＴＦＴの閾値電圧の変動が改良されることが見出された。
本発明者らは、鋭意、開発探索を進めた結果、前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが２ｎｍ未満であり、前記活性層のキャリア濃度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、かつ前記活性層の膜厚を０．５ｎｍ以上２０ｎｍ未満の薄層にすることにより、全く予想外に課題が解決し得ることを見出した。さらに、前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが１ｎｍ未満であり、キャリア濃度が１×１０１７／ｃｍ３以上で、前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上１０ｎｍ未満の薄層にすることにより、さらに環境温度依存性が改良されることが見出された。特に、前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが０．５ｎｍ未満であり、前記活性層のキャリア濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上で、前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上５ｎｍ未満の薄層にすることがさらに好ましく、さらに連続して長時間駆動した場合のＯＦＦ電流の変動やＴＦＴの閾値電圧の変動が改良されることが見出された。
本発明によると、ＯＮ電流が高くＯＦＦ電流が低いＯＮ／ＯＦＦ比に優れたＴＦＴでかつ温度依存性や連続駆動安定性に優れたＴＦＴが提供される。特に、可撓性基板を用いたフイルム（フレキシブル）ＴＦＴとして有用な薄膜電界効果型トランジスタが提供される。また、これらのＴＦＴを用いた表示装置を提供される。
１．薄膜電界効果型トランジスタ（ＴＦＴ）
本発明のＴＦＴは、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を順次有し、ゲート電極に電圧を印加して、活性層に流れる電流を制御し、ソース電極とドレイン電極間の電流をスイッチングする機能を有するアクテイブ素子である。ＴＦＴ構造として、スタガ構造及び逆スタガ構造いずれをも形成することができる。
本発明のＴＦＴは、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を順次有し、ゲート電極に電圧を印加して、活性層に流れる電流を制御し、ソース電極とドレイン電極間の電流をスイッチングする機能を有するアクテイブ素子である。ＴＦＴ構造として、スタガ構造及び逆スタガ構造いずれをも形成することができる。
本発明における前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが２ｎｍ未満であり、前記活性層のキャリア濃度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、かつ前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上２０ｎｍ未満の薄層であり、前記活性層の前記ゲート絶縁膜に面する側とは反対側に前記活性層と接してキャリア濃度が１０ １６ ／ｃｍ ３ 以下の低キャリア濃度層を積層したＴＦＴである。好ましくは、前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが１ｎｍ未満であり、キャリア濃度が１×１０１７／ｃｍ３以上で、前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上１０ｎｍ未満の薄層である。特に好ましくは、前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが０．５ｎｍ未満であり、前記活性層のキャリア濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上で、前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上５ｎｍ未満の薄層である。
好ましくは、活性層のアモルファス酸化物半導体が、Ｉｎ、Ｇａ，Ｚｎ及びＳｎより成る群より選ばれる少なくとも一つを含有する。より好ましくは、Ｉｎ及びＺｎを含有する。
好ましくは、活性層のアモルファス酸化物半導体が、Ｉｎ、Ｇａ，Ｚｎ及びＳｎより成る群より選ばれる少なくとも一つを含有する。より好ましくは、Ｉｎ及びＺｎを含有する。
本発明における活性層のさらに好ましい態様は、前記低キャリア濃度層もアモルファス酸化物半導体層である。好ましくは、低キャリア濃度層のアモルファス酸化物半導体が、Ｉｎ、Ｇａ，Ｚｎ及びＳｎを含む群より選ばれる少なくとも１種を含有する。より好ましくは、Ｉｎ及びＺｎを含有する。
このように、本願における低キャリア濃度層は、活性層と近似した材料系であるため、スパッタで成膜する際に活性層に損傷を与え難い。従来のＳｉＯ２を保護膜としてスパッタにより成膜する場合、活性層が損傷を生じやすい問題を有していた。
また、本願における低キャリア濃度層は、活性層に比べてキャリア濃度が桁違いに低く、絶縁性が高いので、活性層の高キャリア濃度を安定に維持し得るので、活性層の効果を阻害せず、安定に保持できる。
更に、本願における低キャリア濃度層は、環境（水分、酸素）から活性層を保護する保護膜としても機能する。低キャリア濃度層は、活性層に比べて膜厚を厚くでき、また、酸化膜であるので、活性層への水分や酸素の拡散を抑制し、活性層のキャリア濃度の経時変化を防止することができる。
このように、本願における低キャリア濃度層は、活性層と近似した材料系であるため、スパッタで成膜する際に活性層に損傷を与え難い。従来のＳｉＯ２を保護膜としてスパッタにより成膜する場合、活性層が損傷を生じやすい問題を有していた。
また、本願における低キャリア濃度層は、活性層に比べてキャリア濃度が桁違いに低く、絶縁性が高いので、活性層の高キャリア濃度を安定に維持し得るので、活性層の効果を阻害せず、安定に保持できる。
更に、本願における低キャリア濃度層は、環境（水分、酸素）から活性層を保護する保護膜としても機能する。低キャリア濃度層は、活性層に比べて膜厚を厚くでき、また、酸化膜であるので、活性層への水分や酸素の拡散を抑制し、活性層のキャリア濃度の経時変化を防止することができる。
また、好ましくは、本発明におけるゲート絶縁膜がＳｉ、Ｈｆ、Ｙ、およびＧｅより選ばれる少なくとも１つの元素を含有するアモルファス酸化物を含有する。
また、好ましくは、本発明における基板が可撓性樹脂基板である。
本発明のＴＦＴについてさらに詳細に説明する。
また、好ましくは、本発明における基板が可撓性樹脂基板である。
本発明のＴＦＴについてさらに詳細に説明する。
１）活性層
本発明に用いられる活性層には、アモルファス酸化物半導体が用いられる。アモルファス酸化物半導体は、低温で成膜可能である為に、プラスティックのような可撓性のある樹脂基板に作製が可能である。低温で作製可能なアモルファス酸化物半導体としては、Ｉｎを含む酸化物、ＩｎとＺｎを含む酸化物、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含有する酸化物であり、組成構造としては、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは６未満の自然数）が好ましいことが知られている。これらは、キャリアが電子のｎ型半導体である。もちろん、ＺｎＯ・Ｒｈ２Ｏ３、ＣｕＧａＯ２、ＳｒＣｕ２Ｏ２のようなｐ型酸化物半導体を活性層に用いても良い。特開２００６−１６５５２９号公報に開示されている酸化物半導体を用いることもできる。
本発明においては、Ｉｎ、Ｇａ，Ｚｎ及びＳｎの少なくとも一つを含有するアモルファス酸化物半導体が好ましい。より好ましくは、Ｉｎ及びＺｎを含有するアモルファス酸化物半導体である。
本発明に用いられる活性層には、アモルファス酸化物半導体が用いられる。アモルファス酸化物半導体は、低温で成膜可能である為に、プラスティックのような可撓性のある樹脂基板に作製が可能である。低温で作製可能なアモルファス酸化物半導体としては、Ｉｎを含む酸化物、ＩｎとＺｎを含む酸化物、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含有する酸化物であり、組成構造としては、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは６未満の自然数）が好ましいことが知られている。これらは、キャリアが電子のｎ型半導体である。もちろん、ＺｎＯ・Ｒｈ２Ｏ３、ＣｕＧａＯ２、ＳｒＣｕ２Ｏ２のようなｐ型酸化物半導体を活性層に用いても良い。特開２００６−１６５５２９号公報に開示されている酸化物半導体を用いることもできる。
本発明においては、Ｉｎ、Ｇａ，Ｚｎ及びＳｎの少なくとも一つを含有するアモルファス酸化物半導体が好ましい。より好ましくは、Ｉｎ及びＺｎを含有するアモルファス酸化物半導体である。
具体的に、本発明に係るアモルファス酸化物半導体は、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）で表されるアモルファス酸化物半導体が好ましい。特に、ＩｎＧａＺｎＯ４がより好ましい。この組成のアモルファス酸化物半導体の特徴としては、電気伝導度が増加するにつれ、電子移動度が増加する傾向を示す。また、電気伝導度は、成膜中の酸素分圧より制御が可能である。もちろん、活性層には酸化物半導体だけではなく、Ｓｉ、Ｇｅなどの無機半導体、ＧａＡｓ等の化合物半導体、ペンタセン、ポリチオフェン等の有機半導体材料、カーボンナノチューブ等にも適応可能である。
＜キャリア濃度＞
本発明における活性層のキャリア濃度は、種々の手段により所望の数値に調整することができる。
本発明における活性層のキャリア濃度は、種々の手段により所望の数値に調整することができる。
活性層のキャリア濃度の調整手段としては、下記の手段を挙げることが出来る。
（１）酸素欠陥による調整
酸化物半導体において、酸素欠陥ができると、活性層のキャリア濃度が増加し、電気伝導度が大きくなることが知られている。よって、酸素欠陥量を調整することにより、酸化物半導体のキャリア濃度を制御することが可能である。酸素欠陥量を制御する具体的な方法としては、成膜中の酸素分圧、成膜後の後処理時の酸素濃度と処理時間等がある。ここでいう後処理とは、具体的に１００℃以上の熱処理、酸素プラズマ、ＵＶオゾン処理がある。これらの方法の中でも、生産性の観点から成膜中の酸素分圧を制御する方法が好ましい。成膜中の酸素分圧を調整することにより、酸化物半導体のキャリア濃度の制御ができる。
（２）組成比による調整
酸化物半導体の金属組成比を変えることにより、キャリア濃度が変化することが知られている。例えば、ＩｎＧａＺｎ１−ＸＭｇＸＯ４において、Ｍｇの比率が増えていくと、キャリア濃度が小さくなる。また、（Ｉｎ２Ｏ３）１−Ｘ（ＺｎＯ）Ｘの酸化物系において、Ｚｎ／Ｉｎ比が１０％以上では、Ｚｎ比率が増加するにつれ、キャリア濃度が小さくなる。これら組成比を変える具体的な方法としては、例えば、スパッタによる成膜方法においては、組成比が異なるターゲットを用いる。または、多元のターゲットにより、共スパッタし、そのスパッタレートを個別に調整することにより、膜の組成比を変えることが可能である。
（３）不純物による調整
酸化物半導体に、Ｌｉ，Ｎａ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｃｄ，Ｃ，Ｎ，Ｐ等の元素を不純物として添加することによりキャリア濃度を減少させることが可能である。不純物を添加する方法としては、酸化物半導体と不純物元素とを共蒸着により行う、成膜された酸化物半導体膜に不純物元素のイオンをイオンドープ法によりドープする方法等がある。
（４）酸化物半導体材料による調整
上記（１）〜（３）においては、同一酸化物半導体系でのキャリア濃度の調整方法を述べたが、もちろん酸化物半導体材料を変えることにより、キャリア濃度を変えることができる。例えば、一般的にＳｎＯ２系酸化物半導体は、Ｉｎ２Ｏ３系酸化物半導体に比べてキャリア濃度が小さいことが知られている。このように酸化物半導体材料を変えることにより、キャリア濃度の調整が可能である。
キャリア濃度を調整する手段としては、上記（１）〜（４）の方法を単独に用いても良いし、組み合わせても良い。
（１）酸素欠陥による調整
酸化物半導体において、酸素欠陥ができると、活性層のキャリア濃度が増加し、電気伝導度が大きくなることが知られている。よって、酸素欠陥量を調整することにより、酸化物半導体のキャリア濃度を制御することが可能である。酸素欠陥量を制御する具体的な方法としては、成膜中の酸素分圧、成膜後の後処理時の酸素濃度と処理時間等がある。ここでいう後処理とは、具体的に１００℃以上の熱処理、酸素プラズマ、ＵＶオゾン処理がある。これらの方法の中でも、生産性の観点から成膜中の酸素分圧を制御する方法が好ましい。成膜中の酸素分圧を調整することにより、酸化物半導体のキャリア濃度の制御ができる。
（２）組成比による調整
酸化物半導体の金属組成比を変えることにより、キャリア濃度が変化することが知られている。例えば、ＩｎＧａＺｎ１−ＸＭｇＸＯ４において、Ｍｇの比率が増えていくと、キャリア濃度が小さくなる。また、（Ｉｎ２Ｏ３）１−Ｘ（ＺｎＯ）Ｘの酸化物系において、Ｚｎ／Ｉｎ比が１０％以上では、Ｚｎ比率が増加するにつれ、キャリア濃度が小さくなる。これら組成比を変える具体的な方法としては、例えば、スパッタによる成膜方法においては、組成比が異なるターゲットを用いる。または、多元のターゲットにより、共スパッタし、そのスパッタレートを個別に調整することにより、膜の組成比を変えることが可能である。
（３）不純物による調整
酸化物半導体に、Ｌｉ，Ｎａ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｃｄ，Ｃ，Ｎ，Ｐ等の元素を不純物として添加することによりキャリア濃度を減少させることが可能である。不純物を添加する方法としては、酸化物半導体と不純物元素とを共蒸着により行う、成膜された酸化物半導体膜に不純物元素のイオンをイオンドープ法によりドープする方法等がある。
（４）酸化物半導体材料による調整
上記（１）〜（３）においては、同一酸化物半導体系でのキャリア濃度の調整方法を述べたが、もちろん酸化物半導体材料を変えることにより、キャリア濃度を変えることができる。例えば、一般的にＳｎＯ２系酸化物半導体は、Ｉｎ２Ｏ３系酸化物半導体に比べてキャリア濃度が小さいことが知られている。このように酸化物半導体材料を変えることにより、キャリア濃度の調整が可能である。
キャリア濃度を調整する手段としては、上記（１）〜（４）の方法を単独に用いても良いし、組み合わせても良い。
＜活性層の形成方法＞
活性層の成膜方法としては、酸化物半導体の多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法を用いるのが良い。気相成膜法の中でも、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）が適している。さらに、量産性の観点から、スパッタリング法が好ましい。
活性層の成膜方法としては、酸化物半導体の多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法を用いるのが良い。気相成膜法の中でも、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）が適している。さらに、量産性の観点から、スパッタリング法が好ましい。
例えば、ＲＦマグネトロンスパッタリング蒸着法により、真空度及び酸素流量を制御して成膜される。酸素流量が多いほど電気伝導度を小さくすることができる。
本発明に於ける活性層は極めて薄層であり、このような薄層領域で優れたＴＦＴ性能を発揮するには、該活性層と活性層が設置される隣接層との界面の均一性が重要である。例えば、ボトムゲート型ＴＦＴの場合、通常ゲート絶縁膜上に活性層が設置されるが、該ゲート絶縁膜と該活性層の界面が平滑であることが必要である。具体的にはその平滑度は、界面の平均二乗粗さが２ｎｍ未満である。好ましくは１ｎｍ未満であり、より好ましくは０．５ｎｍ未満ある。そのためには、該ゲート絶縁膜および該活性層の成膜速度をそれぞれの膜成分のスパッタ速度や蒸着速度を制御し、均一に膜形成する条件を見出して実行するのが好ましい。
本発明に於ける活性層は極めて薄層であり、このような薄層領域で優れたＴＦＴ性能を発揮するには、該活性層と活性層が設置される隣接層との界面の均一性が重要である。例えば、ボトムゲート型ＴＦＴの場合、通常ゲート絶縁膜上に活性層が設置されるが、該ゲート絶縁膜と該活性層の界面が平滑であることが必要である。具体的にはその平滑度は、界面の平均二乗粗さが２ｎｍ未満である。好ましくは１ｎｍ未満であり、より好ましくは０．５ｎｍ未満ある。そのためには、該ゲート絶縁膜および該活性層の成膜速度をそれぞれの膜成分のスパッタ速度や蒸着速度を制御し、均一に膜形成する条件を見出して実行するのが好ましい。
成膜した膜は、周知のＸ線回折法によりアモルファス膜であることが確認できる。組成比は、ＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）分析法により求めることができる。
＜活性層の膜厚＞
本発明に於ける活性層の厚みは、０．５ｎｍ以上２０ｎｍ未満と薄層である。好ましくは０．５ｎｍ以上１０ｎｍ未満、より好ましくは０．５ｎｍ以上５ｎｍ未満である。
本発明に於ける活性層の膜厚は、作製した素子断面のＨＲＴＥＭ（Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ＴＥＭ）写真撮影により測定することができる。
本発明に於ける活性層の厚みは、０．５ｎｍ以上２０ｎｍ未満と薄層である。好ましくは０．５ｎｍ以上１０ｎｍ未満、より好ましくは０．５ｎｍ以上５ｎｍ未満である。
本発明に於ける活性層の膜厚は、作製した素子断面のＨＲＴＥＭ（Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ＴＥＭ）写真撮影により測定することができる。
上記の構成の活性層を用いることにより、移動度が１０ｃｍ２／（Ｖ・秒）以上の高い移動度のＴＦＴで、ＯＮ／ＯＦＦ比が１０６以上のトランジスタ特性を実現できる。
＜活性層の重層構成＞
本発明に於いては、前記活性層の前記ゲート絶縁膜に面する側とは反対側に前記活性層と接してキャリア濃度が１０１６／ｃｍ３以下で、前記活性層より低いキャリア濃度を有する低キャリア濃度層を積層した活性層の重層構成とする。
低キャリア濃度層に用いられる半導体材料も好ましくはアモルファス酸化物である。
低キャリア濃度層のキャリア濃度は、好ましくは、１０１５／ｃｍ３以下であり、さらに好ましくは１０１４／ｃｍ３以下である。
また、低キャリア濃度層をソース・ドレイン電極と活性層の間に設けるトップコンタクト型（図３）の態様の場合、低キャリア濃度層の電気伝導度に対する活性層の電気伝導度の比率（活性層の電気伝導度／低キャリア濃度層の電気伝導度）が、好ましくは１０１以上１０１０以下であり、より好ましくは、１０２以上１０８以下である。
低キャリア濃度層に用いられる半導体材料は、前述の活性層の材料について説明した材料より選択して用いることができる。キャリア濃度も前述の活性層におけるキャリア濃度の制御手段について説明したと同様の手段により調整することができる。
本発明に於いては、前記活性層の前記ゲート絶縁膜に面する側とは反対側に前記活性層と接してキャリア濃度が１０１６／ｃｍ３以下で、前記活性層より低いキャリア濃度を有する低キャリア濃度層を積層した活性層の重層構成とする。
低キャリア濃度層に用いられる半導体材料も好ましくはアモルファス酸化物である。
低キャリア濃度層のキャリア濃度は、好ましくは、１０１５／ｃｍ３以下であり、さらに好ましくは１０１４／ｃｍ３以下である。
また、低キャリア濃度層をソース・ドレイン電極と活性層の間に設けるトップコンタクト型（図３）の態様の場合、低キャリア濃度層の電気伝導度に対する活性層の電気伝導度の比率（活性層の電気伝導度／低キャリア濃度層の電気伝導度）が、好ましくは１０１以上１０１０以下であり、より好ましくは、１０２以上１０８以下である。
低キャリア濃度層に用いられる半導体材料は、前述の活性層の材料について説明した材料より選択して用いることができる。キャリア濃度も前述の活性層におけるキャリア濃度の制御手段について説明したと同様の手段により調整することができる。
低キャリア濃度層の厚みは、特に限定されるものではないが、ほぼ０．５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で設けられる。好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で設けられる。
２）ゲート電極
本発明におけるゲート電極としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ等の金属、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物を好適に挙げられる。
ゲート電極の厚みは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。
本発明におけるゲート電極としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ等の金属、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物を好適に挙げられる。
ゲート電極の厚みは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。
ゲート電極の成膜法は特に限定されることはなく、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。例えば、ＩＴＯを選択する場合には、直流あるいは高周波スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレ−ティング法等に従って行うことができる。またゲート電極の材料として有機導電性化合物を選択する場合には湿式製膜法に従って行うことができる。
３）ゲート絶縁膜
ゲート絶縁膜としては、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｙ、およびＧｅよりなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を含有するアモルファス酸化物が好ましく用いられる。具体的には、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２等の絶縁体、又はそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物が用いられる。また、ポリイミドのような高分子絶縁体もゲート絶縁膜として用いることができる。
ゲート絶縁膜としては、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｙ、およびＧｅよりなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を含有するアモルファス酸化物が好ましく用いられる。具体的には、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２等の絶縁体、又はそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物が用いられる。また、ポリイミドのような高分子絶縁体もゲート絶縁膜として用いることができる。
ゲート絶縁膜の膜厚としては１０ｎｍ〜１０μｍが好ましい。ゲート絶縁膜はリーク電流を減らす、電圧耐性を上げる為に、ある程度膜厚を厚くする必要がある。しかし、ゲート絶縁膜の膜厚を厚くすると、ＴＦＴの駆動電圧の上昇を招く結果となる。その為、ゲート絶縁膜の膜厚は、無機絶縁体の場合、５０ｎｍ〜１０００ｎｍ、高分子絶縁体の場合、０．５μｍ〜５μｍで用いられることが、より好ましい。特に、ＨｆＯ２のような高誘電率絶縁体をゲート絶縁膜に用いると、膜厚を厚くしても、低電圧でのＴＦＴ駆動が可能であるので、特に好ましい。
《ゲート絶縁膜と活性層との界面の粗さ》
本願においては、ゲート絶縁膜と活性層との界面の粗さは、平均二乗粗さで２ｎｍ未満である。好ましくは平均二乗粗さが１ｎｍ未満、さらに好ましくは０．５ｎｍ未満である。
−ゲート絶縁膜と活性層の界面の粗さの測定方法−
本発明におけるゲート絶縁膜と活性層との界面の平均二乗粗さの測定は、作製したＴＦＴ素子断面を高解像力透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）で撮影し、得られた写真より以下の手順により算出される。
チャネル領域における１０００ｎｍの領域を選び、ゲート絶縁膜と活性層の境界線を分解能０．１ｎｍ以下でトレースし、境界線データを作製する。得られた境界線データから２０ｎｍ以下の低周波成分を除外したトレンド除去データを作製する。該トレンド除去データの平均二乗誤差を求め、これをゲート絶縁膜と活性層との界面の平均二乗粗さ（Ｒａ）とした。
本願においては、ゲート絶縁膜と活性層との界面の粗さは、平均二乗粗さで２ｎｍ未満である。好ましくは平均二乗粗さが１ｎｍ未満、さらに好ましくは０．５ｎｍ未満である。
−ゲート絶縁膜と活性層の界面の粗さの測定方法−
本発明におけるゲート絶縁膜と活性層との界面の平均二乗粗さの測定は、作製したＴＦＴ素子断面を高解像力透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）で撮影し、得られた写真より以下の手順により算出される。
チャネル領域における１０００ｎｍの領域を選び、ゲート絶縁膜と活性層の境界線を分解能０．１ｎｍ以下でトレースし、境界線データを作製する。得られた境界線データから２０ｎｍ以下の低周波成分を除外したトレンド除去データを作製する。該トレンド除去データの平均二乗誤差を求め、これをゲート絶縁膜と活性層との界面の平均二乗粗さ（Ｒａ）とした。
−ゲート絶縁膜と活性層の界面の粗さの調整方法−
ゲート絶縁膜と活性層との界面の平均二乗粗さ（Ｒａ）は、ゲート絶縁膜の調製条件と活性層の調製条件によって変動する。また、ゲート絶縁膜と活性層との界面の平均二乗粗さ（Ｒａ）は、ゲート絶縁膜の下地となるゲート電極の表面の平滑性や、さらにゲート電極の下地となる絶縁性基板の表面の平滑性に大きく影響を受ける。特に可撓性基板の場合、プラスチックフィルムの表面はガラス基板に比較して平滑性が低下するので、その上に設置するゲート電極やゲート絶縁膜がプラスチックフィルムが有する表面凹凸を埋め平滑性を高めるようにその成膜条件を調整することが好ましい。
ゲート絶縁膜の作製に際しては、得られるゲート絶縁膜の表面が均一で平滑な面状を形成するようにゲート絶縁膜の材料の選択とともに、膜構成成分のスパッタ速度、温度、蒸着速度が制御される。さらに、活性層の調製条件についても、ゲート絶縁膜の表面を粗さないように活性層の成膜速度を膜構成成分のスパッタ速度や蒸着速度を制御し、均一に膜形成する条件を見出して実行するのが好ましい。
平滑性の点ではガラス基板が好ましいが、中でも溶融フローテイング法で作製されたガラスや表面研磨されたガラスが平滑性に優れる。さらに、基板表面にアクリル樹脂などの平滑化層を積層することも好ましい。
ゲート絶縁膜と活性層との界面の平均二乗粗さ（Ｒａ）は、ゲート絶縁膜の調製条件と活性層の調製条件によって変動する。また、ゲート絶縁膜と活性層との界面の平均二乗粗さ（Ｒａ）は、ゲート絶縁膜の下地となるゲート電極の表面の平滑性や、さらにゲート電極の下地となる絶縁性基板の表面の平滑性に大きく影響を受ける。特に可撓性基板の場合、プラスチックフィルムの表面はガラス基板に比較して平滑性が低下するので、その上に設置するゲート電極やゲート絶縁膜がプラスチックフィルムが有する表面凹凸を埋め平滑性を高めるようにその成膜条件を調整することが好ましい。
ゲート絶縁膜の作製に際しては、得られるゲート絶縁膜の表面が均一で平滑な面状を形成するようにゲート絶縁膜の材料の選択とともに、膜構成成分のスパッタ速度、温度、蒸着速度が制御される。さらに、活性層の調製条件についても、ゲート絶縁膜の表面を粗さないように活性層の成膜速度を膜構成成分のスパッタ速度や蒸着速度を制御し、均一に膜形成する条件を見出して実行するのが好ましい。
平滑性の点ではガラス基板が好ましいが、中でも溶融フローテイング法で作製されたガラスや表面研磨されたガラスが平滑性に優れる。さらに、基板表面にアクリル樹脂などの平滑化層を積層することも好ましい。
４）ソース電極及びドレイン電極
本発明におけるソース電極及びドレイン電極材料として、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ等の金属、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物を好適に挙げられる。
ソース電極及びドレイン電極の厚みは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。
本発明におけるソース電極及びドレイン電極材料として、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ等の金属、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物を好適に挙げられる。
ソース電極及びドレイン電極の厚みは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。
ソース電極及びドレイン電極の製膜法は特に限定されることはなく、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。例えば、ＩＴＯを選択する場合には、直流あるいは高周波スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレ−ティング法等に従って行うことができる。またソース電極及びドレイン電極の材料として有機導電性化合物を選択する場合には湿式製膜法に従って行うことができる。
５）基板
本発明に用いられる基板は特に限定されることはなく、例えばＹＳＺ（ジルコニア安定化イットリウム）、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリエチレンナフタレ−ト等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカ−ボネ−ト、ポリエ−テルスルホン、ポリアリレ−ト、アリルジグリコ−ルカ−ボネ−ト、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の合成樹脂等の有機材料、などが挙げられる。前記有機材料の場合、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、低吸湿性等に優れていることが好ましい。
本発明に用いられる基板は特に限定されることはなく、例えばＹＳＺ（ジルコニア安定化イットリウム）、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリエチレンナフタレ−ト等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカ−ボネ−ト、ポリエ−テルスルホン、ポリアリレ−ト、アリルジグリコ−ルカ−ボネ−ト、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の合成樹脂等の有機材料、などが挙げられる。前記有機材料の場合、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、低吸湿性等に優れていることが好ましい。
本発明においては特に可撓性基板が好ましく用いられる。可撓性基板に用いる材料としては、透過率の高い有機プラスチックフィルムが好ましく、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等のプラスティックフィルムを用いることができる。また、フィルム状プラスティック基板には、絶縁性が不十分の場合は絶縁層、水分や酸素の透過を防止するためのガスバリア層、フィルム状プラスティック基板の平坦性や電極や活性層との密着性を向上するためのアンダーコート層等を備えることも好ましい。
ここで、可撓性基板の厚みは、５０μｍ以上５００μｍ以下とすることが好ましい。これは、可撓性基板の厚みを５０μｍ未満とした場合には、基板自体が十分な平坦性を保持することが難しいためである。また、可撓性基板の厚みを５００μｍよりも厚くした場合には、基板自体を自由に曲げることが困難になる、すなわち基板自体の可撓性が乏しくなるためである。
６）構造
次に、図面を用いて、詳細に本発明におけるＴＦＴの構造を説明する。
図１は、逆スタガ構造のＴＦＴの一例を示す模式図である。基板１がプラスチックフィルムなどの可撓性基板の場合、基板１の少なくとも一方の面に絶縁層６を配し、その上にゲート電極２、ゲート絶縁膜３、活性層４を積層して有し、その表面にソース電極５−１とドレイン電極５−２が設置される。
図２は、別の態様のＴＦＴの一例を示す模式図である。基板がプラスチックフィルムなどの可撓性基板の場合、基板１の少なくとも一方の面に絶縁層６を配し、その上にゲート電極２、ゲート絶縁膜３を積層し、その表面にソース電極５−１とドレイン電極５−２が設置され、さらに活性層４２が積層される。
図３は、本発明の態様のＴＦＴの一例を示す模式図である。基板がプラスチックフィルムなどの可撓性基板の場合、基板の少なくとも一方の面に絶縁層を配し、その上にゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層４０、および低キャリア濃度層７を積層して有し、その表面にソース電極とドレイン電極が設置される。ゲート電極に電圧が印加されていない状態での活性層４０の電気伝導度が低キャリア濃度層７の電気伝導度より大きくなるように、活性層４０及び低キャリア濃度層７の組成が決定される。
図４は、本発明の別の態様のＴＦＴの一例を示す模式図である。基板がプラスチックフィルムなどの可撓性基板の場合、基板１の少なくとも一方の面に絶縁層６を配し、その上にゲート電極２、ゲート絶縁膜３を積層し、その表面にソース電極５−１とドレイン電極５−２が設置され、さらに活性層４４が積層され、さらに低キャリア濃度層７２が積層して設置される。
図２、図３の構造によれば、薄層である活性層の上に直接、ソース電極またはドレイン電極が積層されないので、ソース電極、ドレイン電極を積層する際に受ける活性層のダメージを防ぐことができる。
図４の構造によれば、活性層４４が環境（水分、酸素）から保護されるので、ソース電極、ドレイン電極形成後に有機ＥＬ素子部を積層する場合にも、プロセスのダメージを受けにくくなる。
次に、図面を用いて、詳細に本発明におけるＴＦＴの構造を説明する。
図１は、逆スタガ構造のＴＦＴの一例を示す模式図である。基板１がプラスチックフィルムなどの可撓性基板の場合、基板１の少なくとも一方の面に絶縁層６を配し、その上にゲート電極２、ゲート絶縁膜３、活性層４を積層して有し、その表面にソース電極５−１とドレイン電極５−２が設置される。
図２は、別の態様のＴＦＴの一例を示す模式図である。基板がプラスチックフィルムなどの可撓性基板の場合、基板１の少なくとも一方の面に絶縁層６を配し、その上にゲート電極２、ゲート絶縁膜３を積層し、その表面にソース電極５−１とドレイン電極５−２が設置され、さらに活性層４２が積層される。
図３は、本発明の態様のＴＦＴの一例を示す模式図である。基板がプラスチックフィルムなどの可撓性基板の場合、基板の少なくとも一方の面に絶縁層を配し、その上にゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層４０、および低キャリア濃度層７を積層して有し、その表面にソース電極とドレイン電極が設置される。ゲート電極に電圧が印加されていない状態での活性層４０の電気伝導度が低キャリア濃度層７の電気伝導度より大きくなるように、活性層４０及び低キャリア濃度層７の組成が決定される。
図４は、本発明の別の態様のＴＦＴの一例を示す模式図である。基板がプラスチックフィルムなどの可撓性基板の場合、基板１の少なくとも一方の面に絶縁層６を配し、その上にゲート電極２、ゲート絶縁膜３を積層し、その表面にソース電極５−１とドレイン電極５−２が設置され、さらに活性層４４が積層され、さらに低キャリア濃度層７２が積層して設置される。
図２、図３の構造によれば、薄層である活性層の上に直接、ソース電極またはドレイン電極が積層されないので、ソース電極、ドレイン電極を積層する際に受ける活性層のダメージを防ぐことができる。
図４の構造によれば、活性層４４が環境（水分、酸素）から保護されるので、ソース電極、ドレイン電極形成後に有機ＥＬ素子部を積層する場合にも、プロセスのダメージを受けにくくなる。
図５は、本発明のＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリクス駆動型有機ＥＬ表示装置の等価回路の模式図である。本発明における有機ＥＬ表示装置の回路は、特に図５に示すものに限定されるものではなく、従来公知の回路をそのまま応用することができる。
２．表示装置
本発明の電界効果型薄膜トランジスタは、液晶やＥＬ素子を用いた画像表示装置、特に平面薄型表示装置（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）に好ましく用いられる。より好ましくは、基板に有機プラスチックフィルムのような可撓性基板を用いたフレキシブル表示装置に用いられる。特に、本発明の電界効果型薄膜トランジスタは、移動度が高いことから有機ＥＬ素子を用いた表示装置、フレキシブル有機ＥＬ表示装置に最も好ましく用いられる。
本発明の電界効果型薄膜トランジスタは、液晶やＥＬ素子を用いた画像表示装置、特に平面薄型表示装置（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）に好ましく用いられる。より好ましくは、基板に有機プラスチックフィルムのような可撓性基板を用いたフレキシブル表示装置に用いられる。特に、本発明の電界効果型薄膜トランジスタは、移動度が高いことから有機ＥＬ素子を用いた表示装置、フレキシブル有機ＥＬ表示装置に最も好ましく用いられる。
（有機ＥＬ表示装置）
本発明に用いられる有機ＥＬ表示装置は、基板上に少なくとも下部電極、少なくとも発光層を含む有機層、及び上部電極を順次有する有機ＥＬ素子、および前記上部電極上に少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、酸化物半導体を含有する活性層、ソース電極、及びドレイン電極を有し前記有機ＥＬ素子を駆動するＴＦＴを有する。ＴＦＴが有機ＥＬ素子の背面に配置されているので、有機ＥＬ素子の発光を取り出す開口部を大きく取ることができる。好ましくは、ＴＦＴと有機ＥＬ素子の間に保護絶縁膜を有し、前記有機ＥＬ素子の上部電極とＴＦＴの前記ソース電極または前記ドレイン電極とが前記保護絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して電気的に接続されている。好ましくは、前記下部電極が光透過性電極であり、前記上部電極が光反射性電極である。
本発明に用いられる有機ＥＬ表示装置は、基板上に少なくとも下部電極、少なくとも発光層を含む有機層、及び上部電極を順次有する有機ＥＬ素子、および前記上部電極上に少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、酸化物半導体を含有する活性層、ソース電極、及びドレイン電極を有し前記有機ＥＬ素子を駆動するＴＦＴを有する。ＴＦＴが有機ＥＬ素子の背面に配置されているので、有機ＥＬ素子の発光を取り出す開口部を大きく取ることができる。好ましくは、ＴＦＴと有機ＥＬ素子の間に保護絶縁膜を有し、前記有機ＥＬ素子の上部電極とＴＦＴの前記ソース電極または前記ドレイン電極とが前記保護絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して電気的に接続されている。好ましくは、前記下部電極が光透過性電極であり、前記上部電極が光反射性電極である。
以下、本発明の有機ＥＬ素子について詳細に説明する。
本発明の発光素子は基板上に陰極と陽極を有し、両電極の間に有機発光層（以下、単に「発光層」と称する場合がある。）を含む有機化合物層を有する。発光素子の性質上、陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極は、透明であることが好ましい。
本発明の発光素子は基板上に陰極と陽極を有し、両電極の間に有機発光層（以下、単に「発光層」と称する場合がある。）を含む有機化合物層を有する。発光素子の性質上、陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極は、透明であることが好ましい。
本発明における有機化合物層の積層の形態としては、陽極側から、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の順に積層されている態様が好ましい。更に、正孔輸送層と陽極との間に正孔注入層、及び／又は発光層と電子輸送層との間に、電子輸送性中間層を有する。また、発光層と正孔輸送層との間に正孔輸送性中間層を、同様に陰極と電子輸送層との間に電子注入層を設けても良い。
尚、各層は複数の二次層に分かれていてもよい。
尚、各層は複数の二次層に分かれていてもよい。
有機化合物層を構成する各層は、蒸着法やスパッタ法等の乾式製膜法、転写法、印刷法、塗布法、インクジェット法、およびスプレー法等いずれによっても好適に形成することができる。
次に、有機ＥＬ素子を構成する要素について、詳細に説明する。
（基板）
本発明で使用する基板としては、有機化合物層から発せられる光を散乱又は減衰させない基板であることが好ましい。その具体例としては、ジルコニア安定化イットリウム（ＹＳＺ）、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、およびポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の有機材料が挙げられる。
例えば、基板としてガラスを用いる場合、その材質については、ガラスからの溶出イオンを少なくするため、無アルカリガラスを用いることが好ましい。また、ソーダライムガラスを用いる場合には、シリカなどのバリアコートを施したものを使用することが好ましい。有機材料の場合には、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、及び加工性に優れていることが好ましい。
本発明で使用する基板としては、有機化合物層から発せられる光を散乱又は減衰させない基板であることが好ましい。その具体例としては、ジルコニア安定化イットリウム（ＹＳＺ）、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、およびポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の有機材料が挙げられる。
例えば、基板としてガラスを用いる場合、その材質については、ガラスからの溶出イオンを少なくするため、無アルカリガラスを用いることが好ましい。また、ソーダライムガラスを用いる場合には、シリカなどのバリアコートを施したものを使用することが好ましい。有機材料の場合には、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、及び加工性に優れていることが好ましい。
基板の形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、発光素子の用途、目的等に応じて適宜選択することができる。一般的には、基板の形状としては、板状であることが好ましい。基板の構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、また、単一部材で形成されていてもよいし、２以上の部材で形成されていてもよい。
基板は、無色透明であっても、有色透明であってもよいが、有機発光層から発せられる光を散乱又は減衰等させることがない点で、無色透明であることが好ましい。
基板には、その表面又は裏面に透湿防止層（ガスバリア層）を設けることができる。
透湿防止層（ガスバリア層）の材料としては、窒化珪素、酸化珪素などの無機物が好適に用いられる。透湿防止層（ガスバリア層）は、例えば、高周波スパッタリング法などにより形成することができる。
熱可塑性基板を用いる場合には、更に必要に応じて、ハードコート層、アンダーコート層などを設けてもよい。
透湿防止層（ガスバリア層）の材料としては、窒化珪素、酸化珪素などの無機物が好適に用いられる。透湿防止層（ガスバリア層）は、例えば、高周波スパッタリング法などにより形成することができる。
熱可塑性基板を用いる場合には、更に必要に応じて、ハードコート層、アンダーコート層などを設けてもよい。
（陽極）
陽極は、通常、有機化合物層に正孔を供給する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。陽極は、通常透明陽極として設けられる。
陽極は、通常、有機化合物層に正孔を供給する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。陽極は、通常透明陽極として設けられる。
陽極の材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、導電性化合物、又はこれらの混合物が好適に挙げられる。陽極材料の具体例としては、アンチモンやフッ素等をドープした酸化錫（ＡＴＯ、ＦＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の導電性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、及びこれらとＩＴＯとの積層物などが挙げられる。この中で好ましいのは、導電性金属酸化物であり、特に、生産性、高導電性、透明性等の点からはＩＴＯが好ましい。
陽極は、例えば、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式などの中から、陽極を構成する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って、前記基板上に形成することができる。例えば、陽極の材料として、ＩＴＯを選択する場合には、陽極の形成は、直流又は高周波スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等に従って行うことができる。
本発明の有機電界発光素子において、陽極の形成位置としては特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができる。が、前記基板上に形成されるのが好ましい。この場合、陽極は、基板における一方の表面の全部に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。
なお、陽極を形成する際のパターニングとしては、フォトリソグラフィーなどによる化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザーなどによる物理的エッチングによって行ってもよく、また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。
陽極の厚みとしては、陽極を構成する材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常、１０ｎｍ〜５０μｍ程度であり、５０ｎｍ〜２０μｍが好ましい。
陽極の抵抗値としては、１０３Ω／□以下が好ましく、１０２Ω／□以下がより好ましい。陽極が透明である場合は、無色透明であっても、有色透明であってもよい。透明陽極側から発光を取り出すためには、その透過率としては、６０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。
なお、透明陽極については、沢田豊監修「透明電極膜の新展開」シーエムシー刊（１９９９）に詳述があり、ここに記載される事項を本発明に適用することができる。耐熱性の低いプラスティック基材を用いる場合は、ＩＴＯ又はＩＺＯを使用し、１５０℃以下の低温で成膜した透明陽極が好ましい。
（陰極）
陰極は、通常、有機化合物層に電子を注入する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。
陰極は、通常、有機化合物層に電子を注入する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。
陰極を構成する材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、これらの混合物などが挙げられる。具体例としてはアルカリ金属（たとえば、ＬＩ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ等）、アルカリ土類金属（たとえばＭｇ、Ｃａ等）、金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−銀合金、インジウム、およびイッテルビウム等の希土類金属などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいが、安定性と電子注入性とを両立させる観点からは、２種以上を好適に併用することができる。
これらの中でも、陰極を構成する材料としては、電子注入性の点で、アルカリ金属やアルカリ土類金属が好ましく、保存安定性に優れる点で、アルミニウムを主体とする材料が好ましい。
アルミニウムを主体とする材料とは、アルミニウム単独、アルミニウムと０．０１質量％〜１０質量％のアルカリ金属又はアルカリ土類金属との合金若しくはこれらの混合物（例えば、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金など）をいう。
アルミニウムを主体とする材料とは、アルミニウム単独、アルミニウムと０．０１質量％〜１０質量％のアルカリ金属又はアルカリ土類金属との合金若しくはこれらの混合物（例えば、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金など）をいう。
なお、陰極の材料については、特開平２−１５５９５号公報、特開平５−１２１１７２号公報に詳述されており、これらの広報に記載の材料は、本発明においても適用することができる。
陰極の形成方法については、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができる。例えば、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式などの中から、前記した陰極を構成する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って形成することができる。例えば、陰極の材料として、金属等を選択する場合には、その１種又は２種以上を同時又は順次にスパッタ法等に従って行うことができる。
陰極を形成するに際してのパターニングは、フォトリソグラフィーなどによる化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザーなどによる物理的エッチングによって行ってもよく、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。
本発明において、陰極形成位置は特に制限はなく、有機化合物層上の全部に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。
また、陰極と前記有機化合物層との間に、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物、酸化物等による誘電体層を０．１ｎｍ〜５ｎｍの厚みで挿入してもよい。この誘電体層は、一種の電子注入層と見ることもできる。誘電体層は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等により形成することができる。
また、陰極と前記有機化合物層との間に、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物、酸化物等による誘電体層を０．１ｎｍ〜５ｎｍの厚みで挿入してもよい。この誘電体層は、一種の電子注入層と見ることもできる。誘電体層は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等により形成することができる。
陰極の厚みは、陰極を構成する材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常１０ｎｍ〜５μｍ程度であり、５０ｎｍ〜１μｍが好ましい。
また、陰極は、透明であってもよいし、不透明であってもよい。なお、透明な陰極は、陰極の材料を１ｎｍ〜１０ｎｍの厚さに薄く成膜し、更にＩＴＯやＩＺＯ等の透明な導電性材料を積層することにより形成することができる。
また、陰極は、透明であってもよいし、不透明であってもよい。なお、透明な陰極は、陰極の材料を１ｎｍ〜１０ｎｍの厚さに薄く成膜し、更にＩＴＯやＩＺＯ等の透明な導電性材料を積層することにより形成することができる。
（有機化合物層）
本発明における有機化合物層について説明する。
本発明の有機ＥＬ素子は、発光層を含む少なくとも一層の有機化合物層を有しており、発光層以外の他の有機化合物層としては、前述したごとく、正孔輸送層、電子輸送層、電荷ブロック層、正孔注入層、電子注入層等の各層が挙げられる。
本発明における有機化合物層について説明する。
本発明の有機ＥＬ素子は、発光層を含む少なくとも一層の有機化合物層を有しており、発光層以外の他の有機化合物層としては、前述したごとく、正孔輸送層、電子輸送層、電荷ブロック層、正孔注入層、電子注入層等の各層が挙げられる。
本発明の有機ＥＬ素子において、有機化合物層を構成する各層は、蒸着法やスパッタ法等の乾式製膜法、湿式塗布方式、転写法、印刷法、インクジェット方式等いずれによっても好適に形成することができる。
（発光層）
有機発光層は、電界印加時に、陽極、正孔注入層、又は正孔輸送層から正孔を受け取り、陰極、電子注入層、又は電子輸送層から電子を受け取り、正孔と電子の再結合の場を提供して発光させる機能を有する層である。
本発明における発光層は、発光材料のみで構成されていても良く、ホスト材料と発光性ドーパントの混合層とした構成でも良い。発光性ドーパントは蛍光発光材料でも燐光発光材料であっても良く、２種以上であっても良い。ホスト材料は電荷輸送材料であることが好ましい。ホスト材料は１種であっても２種以上であっても良く、例えば、電子輸送性のホスト材料とホール輸送性のホスト材料を混合した構成が挙げられる。さらに、発光層中に電荷輸送性を有さず、発光しない材料を含んでいても良い。
また、発光層は１層であっても２層以上であってもよく、それぞれの層が異なる発光色で発光してもよい。
有機発光層は、電界印加時に、陽極、正孔注入層、又は正孔輸送層から正孔を受け取り、陰極、電子注入層、又は電子輸送層から電子を受け取り、正孔と電子の再結合の場を提供して発光させる機能を有する層である。
本発明における発光層は、発光材料のみで構成されていても良く、ホスト材料と発光性ドーパントの混合層とした構成でも良い。発光性ドーパントは蛍光発光材料でも燐光発光材料であっても良く、２種以上であっても良い。ホスト材料は電荷輸送材料であることが好ましい。ホスト材料は１種であっても２種以上であっても良く、例えば、電子輸送性のホスト材料とホール輸送性のホスト材料を混合した構成が挙げられる。さらに、発光層中に電荷輸送性を有さず、発光しない材料を含んでいても良い。
また、発光層は１層であっても２層以上であってもよく、それぞれの層が異なる発光色で発光してもよい。
本発明における発光性ドーパントとしては、燐光性発光材料、蛍光性発光材料等いずれもドーパントとして用いることができる。
本発明における発光層は、色純度を向上させるためや発光波長領域を広げるために２種類以上の発光性ドーパントを含有することができる。本発明における発光性ドーパントは、更に前記ホスト化合物との間で、１．２ｅＶ＞△Ｉｐ＞０．２ｅＶ、及び／又は１．２ｅＶ＞△Ｅａ＞０．２ｅＶの関係を満たすドーパントであることが駆動耐久性の観点で好ましい。
《燐光発光性ドーパント》
前記燐光性の発光性ドーパントとしては、一般に、遷移金属原子又はランタノイド原子を含む錯体を挙げることができる。
例えば、該遷移金属原子としては、特に限定されないが、好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、金、銀、銅、及び白金が挙げられ、より好ましくは、レニウム、イリジウム、及び白金であり、更に好ましくはイリジウム、白金である。
ランタノイド原子としては、例えばランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびルテシウムが挙げられる。これらのランタノイド原子の中でも、ネオジム、ユーロピウム、及びガドリニウムが好ましい。
前記燐光性の発光性ドーパントとしては、一般に、遷移金属原子又はランタノイド原子を含む錯体を挙げることができる。
例えば、該遷移金属原子としては、特に限定されないが、好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、金、銀、銅、及び白金が挙げられ、より好ましくは、レニウム、イリジウム、及び白金であり、更に好ましくはイリジウム、白金である。
ランタノイド原子としては、例えばランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびルテシウムが挙げられる。これらのランタノイド原子の中でも、ネオジム、ユーロピウム、及びガドリニウムが好ましい。
錯体の配位子としては、例えば、Ｇ．Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ等著，Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ社１９８７年発行、Ｈ．Ｙｅｒｓｉｎ著，「Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」 Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社１９８７年発行、山本明夫著「有機金属化学−基礎と応用−」裳華房社１９８２年発行等に記載の配位子などが挙げられる。
具体的な配位子としては、好ましくは、ハロゲン配位子（好ましくは塩素配位子）、芳香族炭素環配位子（例えば、好ましくは炭素数５〜３０、より好ましくは炭素数６〜３０、さらに好ましくは炭素数６〜２０であり、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、シクロペンタジエニルアニオン、ベンゼンアニオン、またはナフチルアニオンなど）、含窒素ヘテロ環配位子（例えば、好ましくは炭素数５〜３０、より好ましくは炭素数６〜３０、さらに好ましくは炭素数６〜２０であり、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、フェニルピリジン、ベンゾキノリン、キノリノール、ビピリジル、またはフェナントロリンなど）、ジケトン配位子（例えば、アセチルアセトンなど）、カルボン酸配位子（例えば、好ましくは炭素数２〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、さらに好ましくは炭素数２〜１６であり、酢酸配位子など）、アルコラト配位子（例えば、好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、さらに好ましくは炭素数６〜２０であり、フェノラト配位子など）、シリルオキシ配位子（例えば、好ましくは炭素数３〜４０、より好ましくは炭素数３〜３０、さらに好ましくは炭素数３〜２０であり、例えば、トリメチルシリルオキシ配位子、ジメチル−ｔｅｒｔ−ブチルシリルオキシ配位子、トリフェニルシリルオキシ配位子など）、一酸化炭素配位子、イソニトリル配位子、シアノ配位子、リン配位子（好ましくは炭素数３〜４０、より好ましくは炭素数３〜３０、さらに好ましくは炭素数３〜２０、特に好ましくは炭素数６〜２０であり、例えば、トリフェニルフォスフィン配位子など）、チオラト配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、さらに好ましくは炭素数６〜２０、例えば、フェニルチオラト配位子など）、フォスフィンオキシド配位子（好ましくは炭素数３〜３０、より好ましくは炭素数８〜３０、さらに好ましくは炭素数１８〜３０、例えば、トリフェニルフォスフィンオキシド配位子など）であり、より好ましくは、含窒素ヘテロ環配位子である。
上記錯体は、化合物中に遷移金属原子を一つ有してもよいし、また、２つ以上有するいわゆる複核錯体であってもよい。異種の金属原子を同時に含有していてもよい。
これらの中でも、発光性ドーパントの具体例としては、例えば、ＵＳ６３０３２３８Ｂ１、ＵＳ６０９７１４７、ＷＯ００／５７６７６、ＷＯ００／７０６５５、ＷＯ０１／０８２３０、ＷＯ０１／３９２３４Ａ２、ＷＯ０１／４１５１２Ａ１、ＷＯ０２／０２７１４Ａ２、ＷＯ０２／１５６４５Ａ１、ＷＯ０２／４４１８９Ａ１、ＷＯ０５／１９３７３Ａ２、特開２００１−２４７８５９、特開２００２−３０２６７１、特開２００２−１１７９７８、特開２００３−１３３０７４、特開２００２−２３５０７６、特開２００３−１２３９８２、特開２００２−１７０６８４、ＥＰ１２１１２５７、特開２００２−２２６４９５、特開２００２−２３４８９４、特開２００１−２４７８５９、特開２００１−２９８４７０、特開２００２−１７３６７４、特開２００２−２０３６７８、特開２００２−２０３６７９、特開２００４−３５７７９１、特開２００６−２５６９９９、特開２００７−１９４６２、特開２００７−８４６３５、特開２００７−９６２５９等の特許文献に記載の燐光発光化合物などが挙げられ、中でも、更に好ましい発光性ドーパントとしては、Ｉｒ錯体、Ｐｔ錯体、Ｃｕ錯体、Ｒｅ錯体、Ｗ錯体、Ｒｈ錯体、Ｒｕ錯体、Ｐｄ錯体、Ｏｓ錯体、Ｅｕ錯体、Ｔｂ錯体、Ｇｄ錯体、Ｄｙ錯体、およびＣｅ錯体が挙げられる。特に好ましくは、Ｉｒ錯体、Ｐｔ錯体、またはＲｅ錯体であり、中でも金属−炭素結合、金属−窒素結合、金属−酸素結合、金属−硫黄結合の少なくとも一つの配位様式を含むＩｒ錯体、Ｐｔ錯体、またはＲｅ錯体が好ましい。更に、発光効率、駆動耐久性、色度等の観点で、３座以上の多座配位子を含むＩｒ錯体、Ｐｔ錯体、またはＲｅ錯体が特に好ましい。
《蛍光発光性ドーパント》
前記蛍光性の発光性ドーパントとしては、一般には、ベンゾオキサゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾチアゾール、スチリルベンゼン、ポリフェニル、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、ナフタルイミド、クマリン、ピラン、ペリノン、オキサジアゾール、アルダジン、ピラリジン、シクロペンタジエン、ビススチリルアントラセン、キナクリドン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、シクロペンタジエン、スチリルアミン、芳香族ジメチリデン化合物、縮合多環芳香族化合物（アントラセン、フェナントロリン、ピレン、ペリレン、ルブレン、またはペンタセンなど）、８−キノリノールの金属錯体、ピロメテン錯体や希土類錯体に代表される各種金属錯体、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン等のポリマー化合物、有機シラン、およびこれらの誘導体などを挙げることができる。
前記蛍光性の発光性ドーパントとしては、一般には、ベンゾオキサゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾチアゾール、スチリルベンゼン、ポリフェニル、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、ナフタルイミド、クマリン、ピラン、ペリノン、オキサジアゾール、アルダジン、ピラリジン、シクロペンタジエン、ビススチリルアントラセン、キナクリドン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、シクロペンタジエン、スチリルアミン、芳香族ジメチリデン化合物、縮合多環芳香族化合物（アントラセン、フェナントロリン、ピレン、ペリレン、ルブレン、またはペンタセンなど）、８−キノリノールの金属錯体、ピロメテン錯体や希土類錯体に代表される各種金属錯体、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン等のポリマー化合物、有機シラン、およびこれらの誘導体などを挙げることができる。
これらの中でも、発光性ドーパントの具体例としては例えば下記のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
発光層中の発光性ドーパントは、発光層中に一般的に発光層を形成する全化合物質量に対して、０．１質量％〜５０質量％含有されるが、耐久性、外部量子効率の観点から１質量％〜５０質量％含有されることが好ましく、２質量％〜４０質量％含有されることがより好ましい。
発光層の厚さは、特に限定されるものではないが、通常、２ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、中でも、外部量子効率の観点で、３ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、５ｎｍ〜１００ｎｍであるのが更に好ましい。
＜ホスト材料＞
本発明に用いられるホスト材料としては、正孔輸送性に優れる正孔輸送性ホスト材料（正孔輸送性ホストと記載する場合がある）及び電子輸送性に優れる電子輸送性ホスト化合物（電子輸送性ホストと記載する場合がある）を用いることができる。
本発明に用いられるホスト材料としては、正孔輸送性に優れる正孔輸送性ホスト材料（正孔輸送性ホストと記載する場合がある）及び電子輸送性に優れる電子輸送性ホスト化合物（電子輸送性ホストと記載する場合がある）を用いることができる。
《正孔輸送性ホスト》
本発明に用いられる正孔輸送性ホストとしては、具体的には、例えば、以下の材料を挙げることができる。
ピロール、インドール、カルバゾール、アザインドール、アザカルバゾール、トリアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、ピラゾール、イミダゾール、チオフェン、ポリアリールアルカン、ピラゾリン、ピラゾロン、フェニレンジアミン、アリールアミン、アミノ置換カルコン、スチリルアントラセン、フルオレノン、ヒドラゾン、スチルベン、シラザン、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリデン系化合物、ポルフィリン系化合物、ポリシラン系化合物、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、有機シラン、カーボン膜、及び、それらの誘導体等が挙げられる。
好ましくは、インドール誘導体、カルバゾール誘導体、芳香族第三級アミン化合物、チオフェン誘導体であり、より好ましくは、分子内にカルバゾール基を有するものが好ましい。特に、ｔ−ブチル置換カルバゾール基を有する化合物が好ましい。
本発明に用いられる正孔輸送性ホストとしては、具体的には、例えば、以下の材料を挙げることができる。
ピロール、インドール、カルバゾール、アザインドール、アザカルバゾール、トリアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、ピラゾール、イミダゾール、チオフェン、ポリアリールアルカン、ピラゾリン、ピラゾロン、フェニレンジアミン、アリールアミン、アミノ置換カルコン、スチリルアントラセン、フルオレノン、ヒドラゾン、スチルベン、シラザン、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリデン系化合物、ポルフィリン系化合物、ポリシラン系化合物、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、有機シラン、カーボン膜、及び、それらの誘導体等が挙げられる。
好ましくは、インドール誘導体、カルバゾール誘導体、芳香族第三級アミン化合物、チオフェン誘導体であり、より好ましくは、分子内にカルバゾール基を有するものが好ましい。特に、ｔ−ブチル置換カルバゾール基を有する化合物が好ましい。
《電子輸送性ホスト》
本発明に用いられる発光層内の電子輸送性ホストとしては、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、電子親和力Ｅａが２．５ｅＶ以上３．５ｅＶ以下であることが好ましく、２．６ｅＶ以上３．４ｅＶ以下であることがより好ましく、２．８ｅＶ以上３．３ｅＶ以下であることが更に好ましい。また、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、イオン化ポテンシャルＩｐが５．７ｅＶ以上７．５ｅＶ以下であることが好ましく、５．８ｅＶ以上７．０ｅＶ以下であることがより好ましく、５．９ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であることが更に好ましい。
本発明に用いられる発光層内の電子輸送性ホストとしては、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、電子親和力Ｅａが２．５ｅＶ以上３．５ｅＶ以下であることが好ましく、２．６ｅＶ以上３．４ｅＶ以下であることがより好ましく、２．８ｅＶ以上３．３ｅＶ以下であることが更に好ましい。また、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、イオン化ポテンシャルＩｐが５．７ｅＶ以上７．５ｅＶ以下であることが好ましく、５．８ｅＶ以上７．０ｅＶ以下であることがより好ましく、５．９ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であることが更に好ましい。
このような電子輸送性ホストとしては、具体的には、例えば、以下の材料を挙げることができる。
ピリジン、ピリミジン、トリアジン、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾ−ル、オキサゾ−ル、オキサジアゾ−ル、フルオレノン、アントラキノジメタン、アントロン、ジフェニルキノン、チオピランジオキシド、カルボジイミド、フルオレニリデンメタン、ジスチリルピラジン、フッ素置換芳香族化合物、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン、およびそれらの誘導体（他の環と縮合環を形成してもよい）、８−キノリノ−ル誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾ−ルやベンゾチアゾ−ルを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体等を挙げることができる。
ピリジン、ピリミジン、トリアジン、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾ−ル、オキサゾ−ル、オキサジアゾ−ル、フルオレノン、アントラキノジメタン、アントロン、ジフェニルキノン、チオピランジオキシド、カルボジイミド、フルオレニリデンメタン、ジスチリルピラジン、フッ素置換芳香族化合物、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン、およびそれらの誘導体（他の環と縮合環を形成してもよい）、８−キノリノ−ル誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾ−ルやベンゾチアゾ−ルを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体等を挙げることができる。
電子輸送性ホストとして好ましくは、金属錯体、アゾール誘導体（ベンズイミダゾール誘導体、イミダゾピリジン誘導体等）、アジン誘導体（ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体等）であり、中でも、本発明においては耐久性の点から金属錯体化合物が好ましい。金属錯体化合物は金属に配位する少なくとも１つの窒素原子または酸素原子または硫黄原子を有する配位子をもつ金属錯体がより好ましい。
金属錯体中の金属イオンは特に限定されないが、好ましくはベリリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、インジウムイオン、錫イオン、白金イオン、またはパラジウムイオンであり、より好ましくはベリリウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、白金イオン、またはパラジウムイオンであり、更に好ましくはアルミニウムイオン、亜鉛イオン、またはパラジウムイオンである。
金属錯体中の金属イオンは特に限定されないが、好ましくはベリリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、インジウムイオン、錫イオン、白金イオン、またはパラジウムイオンであり、より好ましくはベリリウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、白金イオン、またはパラジウムイオンであり、更に好ましくはアルミニウムイオン、亜鉛イオン、またはパラジウムイオンである。
前記金属錯体中に含まれる配位子としては種々の公知の配位子が有るが、例えば、「Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社、Ｈ．Ｙｅｒｓｉｎ著、１９８７年発行、「有機金属化学−基礎と応用−」、裳華房社、山本明夫著、１９８２年発行等に記載の配位子が挙げられる。
前記配位子として、好ましくは含窒素ヘテロ環配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数３〜１５であり、単座配位子であっても２座以上の配位子であっても良い。好ましくは２座以上６座以下の配位子である。また、２座以上６座以下の配位子と単座の混合配位子も好ましい。
配位子としては、例えばアジン配位子（例えば、ピリジン配位子、ビピリジル配位子、ターピリジン配位子などが挙げられる。）、ヒドロキシフェニルアゾール配位子（例えば、ヒドロキシフェニルベンズイミダゾール配位子、ヒドロキシフェニルベンズオキサゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾピリジン配位子などが挙げられる。）、アルコキシ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１０であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、２−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。）、アリールオキシ配位子（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２０、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、例えばフェニルオキシ、１−ナフチルオキシ、２−ナフチルオキシ、２，４，６−トリメチルフェニルオキシ、４−ビフェニルオキシなどが挙げられる。）、
配位子としては、例えばアジン配位子（例えば、ピリジン配位子、ビピリジル配位子、ターピリジン配位子などが挙げられる。）、ヒドロキシフェニルアゾール配位子（例えば、ヒドロキシフェニルベンズイミダゾール配位子、ヒドロキシフェニルベンズオキサゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾピリジン配位子などが挙げられる。）、アルコキシ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１０であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、２−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。）、アリールオキシ配位子（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２０、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、例えばフェニルオキシ、１−ナフチルオキシ、２−ナフチルオキシ、２，４，６−トリメチルフェニルオキシ、４−ビフェニルオキシなどが挙げられる。）、
ヘテロアリールオキシ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、およびキノリルオキシなどが挙げられる。）、アルキルチオ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばメチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。）、アリールチオ配位子（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２０、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、例えばフェニルチオなどが挙げられる。）、ヘテロアリールチオ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばピリジルチオ、２−ベンズイミゾリルチオ、２−ベンズオキサゾリルチオ、および２−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。）、シロキシ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数３〜２５、特に好ましくは炭素数６〜２０であり、例えば、トリフェニルシロキシ基、トリエトキシシロキシ基、およびトリイソプロピルシロキシ基などが挙げられる。）、芳香族炭化水素アニオン配位子（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２５、特に好ましくは炭素数６〜２０であり、例えばフェニルアニオン、ナフチルアニオン、およびアントラニルアニオンなどが挙げられる。）、芳香族ヘテロ環アニオン配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数２〜２５、特に好ましくは炭素数２〜２０であり、例えばピロールアニオン、ピラゾールアニオン、ピラゾールアニオン、トリアゾールアニオン、オキサゾールアニオン、ベンゾオキサゾールアニオン、チアゾールアニオン、ベンゾチアゾールアニオン、チオフェンアニオン、およびベンゾチオフェンアニオンなどが挙げられる。）、インドレニンアニオン配位子などが挙げられ、好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、ヘテロアリールオキシ基、芳香族炭化水素アニオン配位子、または芳香族ヘテロ環アニオン配位子、またはシロキシ配位子であり、更に好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、シロキシ配位子、芳香族炭化水素アニオン配位子、または芳香族ヘテロ環アニオン配位子である。
金属錯体電子輸送性ホストの例としては、例えば特開２００２−２３５０７６号公報、特開２００４−２１４１７９号公報、特開２００４−２２１０６２号公報、特開２００４−２２１０６５号公報、特開２００４−２２１０６８号公報、特開２００４−３２７３１３号公報等に記載の化合物が挙げられる。
本発明における発光層において、前記ホスト材料の三重項最低励起準位（Ｔ１）が、前記燐光発光材料のＴ１より高いことが色純度、発光効率、駆動耐久性の点で好ましい。
また、本発明におけるホスト化合物の含有量は、特に限定されるものではないが、発光効率、駆動電圧の観点から、発光層を形成する全化合物質量に対して１５質量％以上９５質量％以下であることが好ましい。
（正孔注入層、正孔輸送層）
正孔注入層、正孔輸送層は、陽極又は陽極側から正孔を受け取り陰極側に輸送する機能を有する層である。これらの層に用いる正孔注入材料、正孔輸送材料は、低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。
具体的には、ピロール誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリデン系化合物、フタロシアニン系化合物、ポルフィリン系化合物、チオフェン誘導体、有機シラン誘導体、カーボン、等を含有する層であることが好ましい。
正孔注入層、正孔輸送層は、陽極又は陽極側から正孔を受け取り陰極側に輸送する機能を有する層である。これらの層に用いる正孔注入材料、正孔輸送材料は、低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。
具体的には、ピロール誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリデン系化合物、フタロシアニン系化合物、ポルフィリン系化合物、チオフェン誘導体、有機シラン誘導体、カーボン、等を含有する層であることが好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子の正孔注入層あるいは正孔輸送層には、電子受容性ドーパントを含有させることができる。正孔注入層、あるいは正孔輸送層に導入する電子受容性ドーパントとしては、電子受容性で有機化合物を酸化する性質を有すれば、無機化合物でも有機化合物でも使用できる。
具体的には、無機化合物は塩化第二鉄や塩化アルミニウム、塩化ガリウム、塩化インジウム、五塩化アンチモンなどのハロゲン化金属、五酸化バナジウム、および三酸化モリブデンなどの金属酸化物などが挙げられる。
有機化合物の場合は、置換基としてニトロ基、ハロゲン、シアノ基、トリフルオロメチル基などを有する化合物、キノン系化合物、酸無水物系化合物、フラーレンなどを好適に用いることができる。この他にも、特開平６−２１２１５３、特開平１１−１１１４６３、特開平１１−２５１０６７、特開２０００−１９６１４０、特開２０００−２８６０５４、特開２０００−３１５５８０、特開２００１−１０２１７５、特開２００１−１６０４９３、特開２００２−２５２０８５、特開２００２−５６９８５、特開２００３−１５７９８１、特開２００３−２１７８６２、特開２００３−２２９２７８、特開２００４−３４２６１４、特開２００５−７２０１２、特開２００５−１６６６３７、特開２００５−２０９６４３等の特許公報に記載の化合物を好適に用いることが出来る。
このうちヘキサシアノブタジエン、ヘキサシアノベンゼン、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン、ｐ−フルオラニル、ｐ−クロラニル、ｐ−ブロマニル、ｐ−ベンゾキノン、２，６−ジクロロベンゾキノン、２，５−ジクロロベンゾキノン、１，２，４，５−テトラシアノベンゼン、１，４−ジシアノテトラフルオロベンゼン、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノベンゾキノン、ｐ−ジニトロベンゼン、ｍ−ジニトロベンゼン、ｏ−ジニトロベンゼン、１，４−ナフトキノン、２，３−ジクロロナフトキノン、１，３−ジニトロナフタレン、１，５−ジニトロナフタレン、９，１０−アントラキノン、１，３，６，８−テトラニトロカルバゾール、２，４，７−トリニトロ−９−フルオレノン、２，３，５，６−テトラシアノピリジン、またはフラーレンＣ６０が好ましく、ヘキサシアノブタジエン、ヘキサシアノベンゼン、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン、ｐ−フルオラニル、ｐ−クロラニル、ｐ−ブロマニル、２，６−ジクロロベンゾキノン、２，５−ジクロロベンゾキノン、２，３−ジクロロナフトキノン、１，２，４，５−テトラシアノベンゼン、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノベンゾキノン、または２，３，５，６−テトラシアノピリジンがより好ましく、テトラフルオロテトラシアノキノジメタンが特に好ましい。
これらの電子受容性ドーパントは、単独で用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。電子受容性ドーパントの使用量は、材料の種類によって異なるが、正孔輸送層材料に対して０．０１質量％〜５０質量％であることが好ましく、０．０５質量％〜２０質量％であることが更に好ましく、０．１質量％〜１０質量％であることが特に好ましい。
正孔注入層、正孔輸送層の厚さは、駆動電圧を下げるという観点から、各々５００ｎｍ以下であることが好ましい。
正孔輸送層の厚さとしては、１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが更に好ましい。また、正孔注入層の厚さとしては、０．１ｎｍ〜２００ｎｍであるのが好ましく、０．５ｎｍ〜１００ｎｍであるのがより好ましく、１ｎｍ〜１００ｎｍであるのが更に好ましい。
正孔注入層、正孔輸送層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
正孔輸送層の厚さとしては、１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが更に好ましい。また、正孔注入層の厚さとしては、０．１ｎｍ〜２００ｎｍであるのが好ましく、０．５ｎｍ〜１００ｎｍであるのがより好ましく、１ｎｍ〜１００ｎｍであるのが更に好ましい。
正孔注入層、正孔輸送層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
（電子注入層、電子輸送層）
電子注入層、電子輸送層は、陰極又は陰極側から電子を受け取り陽極側に輸送する機能を有する層である。これらの層に用いる電子注入材料、電子輸送材料は低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。
具体的には、ピリジン誘導体、キノリン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、フタラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、トリアジン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、８−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、シロールに代表される有機シラン誘導体、等を含有する層であることが好ましい。
電子注入層、電子輸送層は、陰極又は陰極側から電子を受け取り陽極側に輸送する機能を有する層である。これらの層に用いる電子注入材料、電子輸送材料は低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。
具体的には、ピリジン誘導体、キノリン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、フタラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、トリアジン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、８−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、シロールに代表される有機シラン誘導体、等を含有する層であることが好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子の電子注入層あるいは電子輸送層には、電子供与性ドーパントを含有させることができる。電子注入層、あるいは電子輸送層に導入される電子供与性ドーパントとしては、電子供与性で有機化合物を還元する性質を有していればよく、Ｌｉなどのアルカリ金属、Ｍｇなどのアルカリ土類金属、希土類金属を含む遷移金属や還元性有機化合物などが好適に用いられる。金属としては、特に仕事関数が４．２ｅＶ以下の金属が好適に使用でき、具体的には、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｃｓ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｇｄ、およびＹｂなどが挙げられる。また、還元性有機化合物としては、例えば、含窒素化合物、含硫黄化合物、含リン化合物などが挙げられる。
この他にも、特開平６−２１２１５３号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、特開２００３−６８４６８号公報、特開２００３−２２９２７８号公報、特開２００４−３４２６１４号公報等に記載の材料を用いることが出来る。
この他にも、特開平６−２１２１５３号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、特開２００３−６８４６８号公報、特開２００３−２２９２７８号公報、特開２００４−３４２６１４号公報等に記載の材料を用いることが出来る。
これらの電子供与性ドーパントは、単独で用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。電子供与性ドーパントの使用量は、材料の種類によって異なるが、電子輸送層材料に対して０．１質量％〜９９質量％であることが好ましく、１．０質量％〜８０質量％であることが更に好ましく、２．０質量％〜７０質量％であることが特に好ましい。
電子注入層、電子輸送層の厚さは、駆動電圧を下げるという観点から、各々５００ｎｍ以下であることが好ましい。
電子輸送層の厚さとしては、１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが更に好ましい。また、電子注入層の厚さとしては、０．１ｎｍ〜２００ｎｍであるのが好ましく、０．２ｎｍ〜１００ｎｍであるのがより好ましく、０．５ｎｍ〜５０ｎｍであるのが更に好ましい。
電子注入層、電子輸送層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
電子輸送層の厚さとしては、１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが更に好ましい。また、電子注入層の厚さとしては、０．１ｎｍ〜２００ｎｍであるのが好ましく、０．２ｎｍ〜１００ｎｍであるのがより好ましく、０．５ｎｍ〜５０ｎｍであるのが更に好ましい。
電子注入層、電子輸送層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
（正孔ブロック層）
正孔ブロック層は、陽極側から発光層に輸送された正孔が、陰極側に通りぬけることを防止する機能を有する層である。本発明において、発光層と陰極側で隣接する有機化合物層として、正孔ブロック層を設けることができる。
正孔ブロック層を構成する化合物の例としては、ＢＡｌｑ等のアルミニウム錯体、トリアゾール誘導体、ＢＣＰ等のフェナントロリン誘導体、等が挙げられる。
正孔ブロック層の厚さとしては、１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが更に好ましい。
正孔ブロック層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
正孔ブロック層は、陽極側から発光層に輸送された正孔が、陰極側に通りぬけることを防止する機能を有する層である。本発明において、発光層と陰極側で隣接する有機化合物層として、正孔ブロック層を設けることができる。
正孔ブロック層を構成する化合物の例としては、ＢＡｌｑ等のアルミニウム錯体、トリアゾール誘導体、ＢＣＰ等のフェナントロリン誘導体、等が挙げられる。
正孔ブロック層の厚さとしては、１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが更に好ましい。
正孔ブロック層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
（電子ブロック層）
電子ブロック層は、陰極側から発光層に輸送された電子が、陽極側に通りぬけることを防止する機能を有する層である。本発明において、発光層と陽極側で隣接する有機化合物層として、電子ブロック層を設けることができる。電子ブロック層を構成する化合物の例としては、例えば前述の正孔輸送材料として挙げたものが適用できる。
電子ブロック層の厚さとしては、１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが更に好ましい。
電子ブロック層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
電子ブロック層は、陰極側から発光層に輸送された電子が、陽極側に通りぬけることを防止する機能を有する層である。本発明において、発光層と陽極側で隣接する有機化合物層として、電子ブロック層を設けることができる。電子ブロック層を構成する化合物の例としては、例えば前述の正孔輸送材料として挙げたものが適用できる。
電子ブロック層の厚さとしては、１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが更に好ましい。
電子ブロック層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
（保護層）
本発明において、有機ＥＬ素子全体は、保護層によって保護されていてもよい。
保護層に含まれる材料としては、水分や酸素等の素子劣化を促進するものが素子内に入ることを抑止する機能を有しているものであればよい。
その具体例としては、ＭｇＯ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の金属酸化物、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ等の金属窒化物、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＡｌＦ３、ＣａＦ２等の金属フッ化物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンと少なくとも１種のコモノマーとを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率１％以上の吸水性物質、吸水率０．１％以下の防湿性物質等が挙げられる。
本発明において、有機ＥＬ素子全体は、保護層によって保護されていてもよい。
保護層に含まれる材料としては、水分や酸素等の素子劣化を促進するものが素子内に入ることを抑止する機能を有しているものであればよい。
その具体例としては、ＭｇＯ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の金属酸化物、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ等の金属窒化物、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＡｌＦ３、ＣａＦ２等の金属フッ化物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンと少なくとも１種のコモノマーとを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率１％以上の吸水性物質、吸水率０．１％以下の防湿性物質等が挙げられる。
保護層の形成方法については、特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法（高周波励起イオンプレーティング法）、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ガスソースＣＶＤ法、コーティング法、印刷法、転写法を適用できる。
（封止）
さらに、本発明の有機電界発光素子は、封止容器を用いて素子全体を封止してもよい。
また、封止容器と発光素子の間の空間に水分吸収剤又は不活性液体を封入してもよい。水分吸収剤としては、特に限定されることはないが、例えば、酸化バリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、五酸化燐、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化銅、フッ化セシウム、フッ化ニオブ、臭化カルシウム、臭化バナジウム、モレキュラーシーブ、ゼオライト、および酸化マグネシウム等を挙げることができる。不活性液体としては、特に限定されることはないが、例えば、パラフィン類、流動パラフィン類、パーフルオロアルカンやパーフルオロアミン、パーフルオロエーテル等のフッ素系溶剤、塩素系溶剤、およびシリコーンオイル類が挙げられる。
さらに、本発明の有機電界発光素子は、封止容器を用いて素子全体を封止してもよい。
また、封止容器と発光素子の間の空間に水分吸収剤又は不活性液体を封入してもよい。水分吸収剤としては、特に限定されることはないが、例えば、酸化バリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、五酸化燐、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化銅、フッ化セシウム、フッ化ニオブ、臭化カルシウム、臭化バナジウム、モレキュラーシーブ、ゼオライト、および酸化マグネシウム等を挙げることができる。不活性液体としては、特に限定されることはないが、例えば、パラフィン類、流動パラフィン類、パーフルオロアルカンやパーフルオロアミン、パーフルオロエーテル等のフッ素系溶剤、塩素系溶剤、およびシリコーンオイル類が挙げられる。
また、下記に示す、樹脂封止層にて封止する方法も好適に用いられる。
（樹脂封止層）
本発明の機能素子は、樹脂封止層により大気との接触により、酸素や水分による素子性能の劣化を抑制することが好ましい。
＜素材＞
樹脂封止層の樹脂素材としては、特に限定されることはなく、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、ゴム系樹脂、またはエステル系樹脂等を用いることができるが、中でも水分防止機能の点からエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂の中でも熱硬化型エポキシ樹脂、または光硬化型エポキシ樹脂が好ましい。
＜作製方法＞
樹脂封止層の作製方法は特に限定されることはなく、例えば、樹脂溶液を塗布する方法、樹脂シートを圧着または熱圧着する方法、蒸着やスパッタリング等により乾式重合する方法が挙げられる。
＜膜厚み＞
樹脂封止層の厚みは１μｍ以上、１ｍｍ以下が好ましい。更に好ましくは５μｍ以上、１００μｍ以下であり、最も好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下である。１μｍ未満では、第２の基板を装着時に上記無機膜を損傷する恐れがある。また、１ｍｍを越えると、電界発光素子自体の厚みが厚くなり、有機電界発光素子の特徴である薄膜性を損なうことになる。
（樹脂封止層）
本発明の機能素子は、樹脂封止層により大気との接触により、酸素や水分による素子性能の劣化を抑制することが好ましい。
＜素材＞
樹脂封止層の樹脂素材としては、特に限定されることはなく、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、ゴム系樹脂、またはエステル系樹脂等を用いることができるが、中でも水分防止機能の点からエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂の中でも熱硬化型エポキシ樹脂、または光硬化型エポキシ樹脂が好ましい。
＜作製方法＞
樹脂封止層の作製方法は特に限定されることはなく、例えば、樹脂溶液を塗布する方法、樹脂シートを圧着または熱圧着する方法、蒸着やスパッタリング等により乾式重合する方法が挙げられる。
＜膜厚み＞
樹脂封止層の厚みは１μｍ以上、１ｍｍ以下が好ましい。更に好ましくは５μｍ以上、１００μｍ以下であり、最も好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下である。１μｍ未満では、第２の基板を装着時に上記無機膜を損傷する恐れがある。また、１ｍｍを越えると、電界発光素子自体の厚みが厚くなり、有機電界発光素子の特徴である薄膜性を損なうことになる。
（封止接着剤）
本発明に用いられる封止接着剤は、端部よりの水分や酸素の侵入を防止する機能を有する。
＜素材＞
前記封止接着剤の材料としては、前記樹脂封止層で用いる材料と同じものを用いることができる。中でも、水分防止の点からエポキシ系の接着剤が好ましく、中でも光硬化型接着剤あるいは熱硬化型接着剤が好ましい。
本発明に用いられる封止接着剤は、端部よりの水分や酸素の侵入を防止する機能を有する。
＜素材＞
前記封止接着剤の材料としては、前記樹脂封止層で用いる材料と同じものを用いることができる。中でも、水分防止の点からエポキシ系の接着剤が好ましく、中でも光硬化型接着剤あるいは熱硬化型接着剤が好ましい。
また、上記材料にフィラーを添加することも好ましい。
封止剤に添加されているフィラーとしては、ＳｉＯ２、ＳｉＯ（酸化ケイ素）、ＳｉＯＮ（酸窒化ケイ素）またはＳｉＮ（窒化ケイ素）等の無機材料が好ましい。フィラーの添加により、封止剤の粘度が上昇し、加工適正が向上し、および耐湿性が向上する。
封止剤に添加されているフィラーとしては、ＳｉＯ２、ＳｉＯ（酸化ケイ素）、ＳｉＯＮ（酸窒化ケイ素）またはＳｉＮ（窒化ケイ素）等の無機材料が好ましい。フィラーの添加により、封止剤の粘度が上昇し、加工適正が向上し、および耐湿性が向上する。
＜乾燥剤＞
封止接着剤は乾燥剤を含有しても良い。乾燥剤としては、酸化バリウム、酸化カルシウム、または酸化ストロンチウムが好ましい。
封止接着剤に対する乾燥剤の添加量は、０．０１質量％以上２０質量％以下であることが好ましく、更に好ましくは０．０５質量％以上１５質量％以下である。０．０１質量％未満では、乾燥剤の添加効果が薄れることになる。また、２０質量％を越えると、封止接着剤中に乾燥剤を均一分散させることが困難になり好ましくない。
＜封止接着剤の処方＞
・ポリマー組成、濃度、
封止接着剤としては特に限定されることはなく、前記のものを用いることができる。例えば光硬化型エポキシ系接着剤としては長瀬ケムテック（株）製のＸＮＲ５５１６を挙げることができる。そこに直接前記乾燥剤を添加し、分散せしめれば良い。
・厚み
封止接着剤の塗布厚みは１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。１μｍ未満では、封止接着剤を均一に塗れなくなり好ましくない。また、１ｍｍを越えると、水分が侵入する道筋が広くなり好ましくない。
＜封止方法＞
本発明においては、上記乾燥剤の入った封止接着剤をディスペンサー等により任意量塗布し、塗布後第２基板を重ねて、硬化させることにより機能素子を得ることができる。
封止接着剤は乾燥剤を含有しても良い。乾燥剤としては、酸化バリウム、酸化カルシウム、または酸化ストロンチウムが好ましい。
封止接着剤に対する乾燥剤の添加量は、０．０１質量％以上２０質量％以下であることが好ましく、更に好ましくは０．０５質量％以上１５質量％以下である。０．０１質量％未満では、乾燥剤の添加効果が薄れることになる。また、２０質量％を越えると、封止接着剤中に乾燥剤を均一分散させることが困難になり好ましくない。
＜封止接着剤の処方＞
・ポリマー組成、濃度、
封止接着剤としては特に限定されることはなく、前記のものを用いることができる。例えば光硬化型エポキシ系接着剤としては長瀬ケムテック（株）製のＸＮＲ５５１６を挙げることができる。そこに直接前記乾燥剤を添加し、分散せしめれば良い。
・厚み
封止接着剤の塗布厚みは１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。１μｍ未満では、封止接着剤を均一に塗れなくなり好ましくない。また、１ｍｍを越えると、水分が侵入する道筋が広くなり好ましくない。
＜封止方法＞
本発明においては、上記乾燥剤の入った封止接着剤をディスペンサー等により任意量塗布し、塗布後第２基板を重ねて、硬化させることにより機能素子を得ることができる。
（駆動）
本発明における有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に直流（必要に応じて交流成分を含んでもよい）電圧（通常２ボルト〜１５ボルト）、又は直流電流を印加することにより、発光を得ることができる。
本発明における有機電界発光素子の駆動方法については、特開平２−１４８６８７号、同６−３０１３５５号、同５−２９０８０号、同７−１３４５５８号、同８−２３４６８５号、同８−２４１０４７号の各公報、特許第２７８４６１５号、米国特許５８２８４２９号、同６０２３３０８号の各明細書、等に記載の駆動方法を適用することができる。
本発明における有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に直流（必要に応じて交流成分を含んでもよい）電圧（通常２ボルト〜１５ボルト）、又は直流電流を印加することにより、発光を得ることができる。
本発明における有機電界発光素子の駆動方法については、特開平２−１４８６８７号、同６−３０１３５５号、同５−２９０８０号、同７−１３４５５８号、同８−２３４６８５号、同８−２４１０４７号の各公報、特許第２７８４６１５号、米国特許５８２８４２９号、同６０２３３０８号の各明細書、等に記載の駆動方法を適用することができる。
本発明における有機ＥＬ発光素子は、種々の公知の工夫により、光取り出し効率を向上させることができる。例えば、基板表面形状を加工する（例えば微細な凹凸パターンを形成する）、基板、ＩＴＯ層、及び有機層の屈折率を制御する、基板、ＩＴＯ層、及び有機層の膜厚を制御すること等により、光の取り出し効率を向上させ、外部量子効率を向上させることが可能である。
本発明における発光素子は、陽極側から発光を取り出す、いわゆる、トップエミッション方式であっても良い。
本発明における有機ＥＬ素子は、発光効率を向上させるため、複数の発光層の間に電荷発生層が設けた構成をとることができる。
前記電荷発生層は、電界印加時に電荷（正孔及び電子）を発生する機能を有すると共に、発生した電荷を電荷発生層と隣接する層に注入させる機能を有する層である。
前記電荷発生層は、電界印加時に電荷（正孔及び電子）を発生する機能を有すると共に、発生した電荷を電荷発生層と隣接する層に注入させる機能を有する層である。
前記電荷発生層を形成する材料は、上記の機能を有する材料であれば何でもよく、単一化合物で形成されていても、複数の化合物で形成されていてもよい。
具体的には、導電性を有するものであっても、ドープされた有機層のように半導電性を有するものであっても、また、電気絶縁性を有するものであってもよく、特開平１１−３２９７４８号公報や、特開２００３−２７２８６０号公報や、特開２００４−３９６１７号公報に記載の材料が挙げられる。
更に具体的には、ＩＴＯ、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）などの透明導電材料、Ｃ６０等のフラーレン類、オリゴチオフェン等の導電性有機物、金属フタロシアニン類、無金属フタロシアニン類、金属ポルフィリン類、無金属ポルフィリン類等などの導電性有機物、Ｃａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｇ：Ａｇ合金、Ａｌ：Ｌｉ合金、Ｍｇ：Ｌｉ合金などの金属材料、正孔伝導性材料、電子伝導性材料、及びそれらを混合させたものを用いてもよい。
前記正孔伝導性材料は、例えば２−ＴＮＡＴＡ、ＮＰＤなどの正孔輸送有機材料にＦ４−ＴＣＮＱ、ＴＣＮＱ、ＦｅＣｌ３などの電子求引性を有する酸化剤をドープさせたものや、Ｐ型導電性高分子、Ｐ型半導体などが挙げられ、前記電子伝導性材料は電子輸送有機材料に４．０ｅＶ未満の仕事関数を有する金属もしくは金属化合物をドープしたものや、Ｎ型導電性高分子、Ｎ型半導体が挙げられる。Ｎ型半導体としては、Ｎ型Ｓｉ、Ｎ型ＣｄＳ、Ｎ型ＺｎＳなどが挙げられ、Ｐ型半導体としては、Ｐ型Ｓｉ、Ｐ型ＣｄＴｅ、Ｐ型ＣｕＯなどが挙げられる。
また、前記電荷発生層として、Ｖ２Ｏ５などの電気絶縁性材料を用いることもできる。
具体的には、導電性を有するものであっても、ドープされた有機層のように半導電性を有するものであっても、また、電気絶縁性を有するものであってもよく、特開平１１−３２９７４８号公報や、特開２００３−２７２８６０号公報や、特開２００４−３９６１７号公報に記載の材料が挙げられる。
更に具体的には、ＩＴＯ、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）などの透明導電材料、Ｃ６０等のフラーレン類、オリゴチオフェン等の導電性有機物、金属フタロシアニン類、無金属フタロシアニン類、金属ポルフィリン類、無金属ポルフィリン類等などの導電性有機物、Ｃａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｇ：Ａｇ合金、Ａｌ：Ｌｉ合金、Ｍｇ：Ｌｉ合金などの金属材料、正孔伝導性材料、電子伝導性材料、及びそれらを混合させたものを用いてもよい。
前記正孔伝導性材料は、例えば２−ＴＮＡＴＡ、ＮＰＤなどの正孔輸送有機材料にＦ４−ＴＣＮＱ、ＴＣＮＱ、ＦｅＣｌ３などの電子求引性を有する酸化剤をドープさせたものや、Ｐ型導電性高分子、Ｐ型半導体などが挙げられ、前記電子伝導性材料は電子輸送有機材料に４．０ｅＶ未満の仕事関数を有する金属もしくは金属化合物をドープしたものや、Ｎ型導電性高分子、Ｎ型半導体が挙げられる。Ｎ型半導体としては、Ｎ型Ｓｉ、Ｎ型ＣｄＳ、Ｎ型ＺｎＳなどが挙げられ、Ｐ型半導体としては、Ｐ型Ｓｉ、Ｐ型ＣｄＴｅ、Ｐ型ＣｕＯなどが挙げられる。
また、前記電荷発生層として、Ｖ２Ｏ５などの電気絶縁性材料を用いることもできる。
前記電荷発生層は、単層でも複数積層させたものでもよい。複数積層させた構造としては、透明伝導材料や金属材料などの導電性を有する材料と正孔伝導性材料、または、電子伝導性材料を積層させた構造、上記の正孔伝導性材料と電子伝導性材料を積層させた構造の層などが挙げられる。
前記電荷発生層は、一般に、可視光の透過率が５０％以上になるよう、膜厚・材料を選択することが好ましい。また膜厚は、特に限定されるものではないが、０．５ｎｍ〜２００ｎｍが好ましく、１ｎｍ〜１００ｎｍがより好ましく、３ｎｍ〜５０ｎｍがさらに好ましく、５ｎｍ〜３０ｎｍが特に好ましい。
電荷発生層の形成方法は、特に限定されるものではなく、前述した有機化合物層の形成方法を用いることができる。
電荷発生層の形成方法は、特に限定されるものではなく、前述した有機化合物層の形成方法を用いることができる。
電荷発生層は前記二層以上の発光層間に形成するが、電荷発生層の陽極側および陰極側には、隣接する層に電荷を注入する機能を有する材料を含んでいても良い。陽極側に隣接する層への電子の注入性を上げるため、例えば、ＢａＯ、ＳｒＯ、Ｌｉ２Ｏ、ＬｉＣｌ、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＭｇＯ、ＣａＦ２などの電子注入性化合物を電荷発生層の陽極側に積層させてもよい。
以上で挙げられた内容以外にも、特開２００３−４５６７６号公報、米国特許第６３３７４９２号公報、同第６１０７７３４号公報、同第６８７２４７２号公報等に記載を元にして、電荷発生層の材料を選択することができる。
以上で挙げられた内容以外にも、特開２００３−４５６７６号公報、米国特許第６３３７４９２号公報、同第６１０７７３４号公報、同第６８７２４７２号公報等に記載を元にして、電荷発生層の材料を選択することができる。
本発明における有機ＥＬ素子は、共振器構造を有しても良い。例えば、透明基板上に、屈折率の異なる複数の積層膜よりなる多層膜ミラー、透明または半透明電極、発光層、および金属電極を重ね合わせて有する。発光層で生じた光は多層膜ミラーと金属電極を反射板としてその間で反射を繰り返し共振する。
別の好ましい態様では、透明基板上に、透明または半透明電極と金属電極がそれぞれ反射板として機能して、発光層で生じた光はその間で反射を繰り返し共振する。
共振構造を形成するためには、２つの反射板の有効屈折率、反射板間の各層の屈折率と厚みから決定される光路長を所望の共振波長の得るのに最適な値となるよう調整される。第一の態様の場合の計算式は特開平９−１８０８８３号公報に記載されている。第２の態様の場合の計算式は特開２００４−１２７７９５号公報に記載されている。
別の好ましい態様では、透明基板上に、透明または半透明電極と金属電極がそれぞれ反射板として機能して、発光層で生じた光はその間で反射を繰り返し共振する。
共振構造を形成するためには、２つの反射板の有効屈折率、反射板間の各層の屈折率と厚みから決定される光路長を所望の共振波長の得るのに最適な値となるよう調整される。第一の態様の場合の計算式は特開平９−１８０８８３号公報に記載されている。第２の態様の場合の計算式は特開２００４−１２７７９５号公報に記載されている。
有機ＥＬディスプレイをフルカラータイプのものとする方法としては、例えば「月刊ディスプレイ」、２０００年９月号、３３〜３７ページに記載されているように、色の３原色（青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ））に対応する光をそれぞれ発光する有機ＥＬ素子を基板上に配置する３色発光法、白色発光用の有機ＥＬ素子による白色発光をカラーフィルターを通して３原色に分ける白色法、青色発光用の有機ＥＬ素子による青色発光を蛍光色素層を通して赤色（Ｒ）及び緑色（Ｇ）に変換する色変換法、などが知られている。
また、上記方法により得られる異なる発光色の有機ＥＬ素子を複数組み合わせて用いることにより、所望の発光色の平面型光源を得ることができる。例えば、青色および黄色の発光素子を組み合わせた白色発光光源、青色、緑色、赤色の発光素子を組み合わせた白色発光光源、等である。
また、上記方法により得られる異なる発光色の有機ＥＬ素子を複数組み合わせて用いることにより、所望の発光色の平面型光源を得ることができる。例えば、青色および黄色の発光素子を組み合わせた白色発光光源、青色、緑色、赤色の発光素子を組み合わせた白色発光光源、等である。
４．保護絶縁膜
本発明の有機ＥＬ表示装置において、有機ＥＬ素子上全体は、保護絶縁膜によって保護されている。保護絶縁膜は、有機ＥＬ素子上にＴＦＴを作製する際に、有機ＥＬ素子へ与えるダメージを低減する機能と、有機ＥＬ素子とＴＦＴとを電気的に絶縁する機能を有する。また、保護絶縁膜は、水分や酸素等の素子劣化を促進するものが素子内に入ることを抑止する機能を有しているものであることが更に好ましい。
本発明の有機ＥＬ表示装置において、有機ＥＬ素子上全体は、保護絶縁膜によって保護されている。保護絶縁膜は、有機ＥＬ素子上にＴＦＴを作製する際に、有機ＥＬ素子へ与えるダメージを低減する機能と、有機ＥＬ素子とＴＦＴとを電気的に絶縁する機能を有する。また、保護絶縁膜は、水分や酸素等の素子劣化を促進するものが素子内に入ることを抑止する機能を有しているものであることが更に好ましい。
その具体例としては、ＭｇＯ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の金属酸化物、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ等の金属窒化物、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＡｌＦ３、ＣａＦ２等の金属フッ化物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンと少なくとも１種のコモノマーとを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率１％以上の吸水性物質、吸水率０．１％以下の防湿性物質等が挙げられる。
保護絶縁膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法（高周波励起イオンプレーティング法）、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ガスソースＣＶＤ法、コーティング法、印刷法、転写法を適用できる。
尚、有機ＥＬ素子の上部電極と駆動ＴＦＴのソースまたはドレイン電極とは、電気的に接続する必要がある為に、保護絶縁膜にはコンタクトホールを作製する必要がある。コンタクトホールを作製する方法としては、エッチング液によるウエットエッチング法、プラズマを用いたドライエッチング法、レーザーによるエッチング法等がある。
５．有機ＥＬ表示装置の画素回路構成
図５は、本発明に用いられるＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の画素回路の模式図である。図５で、有機ＥＬ素子３００、駆動ＴＦＴ１００、スイッチＴＦＴ２００、コンデンサー６００が、走査電線５００，信号電線４００，共通電線７００で結線されている。本発明における表示装置の回路は、特に図５に示すものに限定されるものではなく、従来公知の回路をそのまま応用することができる。
図５は、本発明に用いられるＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の画素回路の模式図である。図５で、有機ＥＬ素子３００、駆動ＴＦＴ１００、スイッチＴＦＴ２００、コンデンサー６００が、走査電線５００，信号電線４００，共通電線７００で結線されている。本発明における表示装置の回路は、特に図５に示すものに限定されるものではなく、従来公知の回路をそのまま応用することができる。
（応用）
本発明のＴＦＴは、液晶やＥＬ素子を用いた画像表示装置、特にＦＰＤのスイッチング素子、駆動素子として用いることができる。特に、フレキシブルＦＰＤ装置のスイッチング素子、駆動素子として用いるのが適している。さらに本発明の電界効果型薄膜トランジスタを用いた表示装置は、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明を含む広い分野で幅広い分野で応用される。
また、本発明のＴＦＴは、表示装置以外にも、有機プラスチックフィルムのような可撓性基板上に本発明の電界効果型薄膜トランジスタを形成し、ＩＣカードやＩＤタグなどに幅広く応用が可能である。
本発明のＴＦＴは、液晶やＥＬ素子を用いた画像表示装置、特にＦＰＤのスイッチング素子、駆動素子として用いることができる。特に、フレキシブルＦＰＤ装置のスイッチング素子、駆動素子として用いるのが適している。さらに本発明の電界効果型薄膜トランジスタを用いた表示装置は、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明を含む広い分野で幅広い分野で応用される。
また、本発明のＴＦＴは、表示装置以外にも、有機プラスチックフィルムのような可撓性基板上に本発明の電界効果型薄膜トランジスタを形成し、ＩＣカードやＩＤタグなどに幅広く応用が可能である。
以下に、本発明の薄膜電界効果型トランジスタについて、実施例により説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
参考例１
１．活性層の作製
（キャリア濃度の異なるＩＧＺＯ半導体膜の作製）
＜条件１＞
ＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、ＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法により、Ａｒ流量９６ｓｃｃｍ、Ｏ２流量１．７ｓｃｃｍ、ＲＦパワー２００Ｗ、全圧０．４Ｐａの条件で行った。
＜条件２＞
Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ１０質量％の組成を有する焼結体（出光興産（株）製）をターゲットとして、ＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法により、Ａｒ流量９６ｓｃｃｍ、Ｏ２流量５．０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー２００Ｗ、全圧０．４Ｐａの条件で行った。
＜条件３＞
上記条件２と同様に、但しＯ２流量を３．０ｓｃｃｍに変更して行った。
１．活性層の作製
（キャリア濃度の異なるＩＧＺＯ半導体膜の作製）
＜条件１＞
ＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、ＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法により、Ａｒ流量９６ｓｃｃｍ、Ｏ２流量１．７ｓｃｃｍ、ＲＦパワー２００Ｗ、全圧０．４Ｐａの条件で行った。
＜条件２＞
Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ１０質量％の組成を有する焼結体（出光興産（株）製）をターゲットとして、ＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法により、Ａｒ流量９６ｓｃｃｍ、Ｏ２流量５．０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー２００Ｗ、全圧０．４Ｐａの条件で行った。
＜条件３＞
上記条件２と同様に、但しＯ２流量を３．０ｓｃｃｍに変更して行った。
上記条件１〜３と同一条件で無アルカリガラス基板（コーニング社、品番ＮＯ．１７３７）に直接これらの層を１００ｎｍの厚みに設けた物性測定用サンプルを作製した。これらの物性測定用サンプルを周知のＸ線回折法により分析した結果、これらの膜はアモルファス膜であることが確認できた。また、これらの物性測定用サンプルのキャリア濃度を下記ホール測定法によるキャリア濃度、ホール移動度、および組成比を測定した。得られた結果を表１に示す。
−ホール効果測定法によるキャリア濃度測定−
物性測定用サンプルのキャリア濃度の測定には、ＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００型（東陽テクニカ社製）を用いてホール効果測定を行うことにより求めた。ホール効果測定は２０℃の環境下で行った。尚、ホール効果測定を行うことにより、キャリア濃度だけではなく、キャリアのホール移動度も求めることができる。物性測定用サンプルの膜厚測定には、触針式表面形状測定機ＤｅｋＴａｋ−６Ｍ（ＵＬＶＡＣ社製）を用いた。
物性測定用サンプルのキャリア濃度の測定には、ＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００型（東陽テクニカ社製）を用いてホール効果測定を行うことにより求めた。ホール効果測定は２０℃の環境下で行った。尚、ホール効果測定を行うことにより、キャリア濃度だけではなく、キャリアのホール移動度も求めることができる。物性測定用サンプルの膜厚測定には、触針式表面形状測定機ＤｅｋＴａｋ−６Ｍ（ＵＬＶＡＣ社製）を用いた。
−組成比の測定方法−
物性測定用サンプルの組成比は、ＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）分析により求めた。
物性測定用サンプルの組成比は、ＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）分析により求めた。
得られた結果を表１に示した。アモルファス酸化物半導体ＩＧＺＯおよびＩＺＯのスパッタ膜において、スパッタリング時の酸素流量の低減、即ちスパッタ膜中の酸素濃度を低減することによりキャリア濃度が増加することが示された。
２．ＴＦＴ素子の作製
上記のアモルファス半導体材料を用いて、本発明のＴＦＴ素子および比較のＴＦＴ素子を作製した。これらのＴＦＴ素子の断面構成は図１の逆スタガ構造とした。
但し、基板として、無アルカリガラス基板（コーニング社、品番Ｎｏ．１７３７）を用いた。
上記のアモルファス半導体材料を用いて、本発明のＴＦＴ素子および比較のＴＦＴ素子を作製した。これらのＴＦＴ素子の断面構成は図１の逆スタガ構造とした。
但し、基板として、無アルカリガラス基板（コーニング社、品番Ｎｏ．１７３７）を用いた。
絶縁層：ＳｉＯＮを５００ｎｍの厚みに蒸着した。ＳｉＯＮの蒸着にはＲＦマグネトロンスパッタリング蒸着法（スパッタリング条件：ターゲットＳｉ３Ｎ４、ＲＦパワー４００Ｗ、ガス流量Ａｒ／Ｏ２＝１２／３ｓｃｃｍ、成膜圧力０．４５Ｐａ）を用いた。
＜ゲート電極＞
ＺｎＯ含有率が１０質量％である酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ、出光興産（株）製）タ−ゲットを用いて、ＲＦマグネトロンスパッタ（条件：成膜温度４３℃、スパッタガスＡｒ＝９６ｓｃｃｍ、ＲＦパワー２００Ｗ、成膜圧力０．４Ｐａ）により、ゲート電極としてのＩＺＯ薄膜（厚み２００ｎｍ）を形成した。ゲート電極ＩＺＯのパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。
＜ゲート電極＞
ＺｎＯ含有率が１０質量％である酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ、出光興産（株）製）タ−ゲットを用いて、ＲＦマグネトロンスパッタ（条件：成膜温度４３℃、スパッタガスＡｒ＝９６ｓｃｃｍ、ＲＦパワー２００Ｗ、成膜圧力０．４Ｐａ）により、ゲート電極としてのＩＺＯ薄膜（厚み２００ｎｍ）を形成した。ゲート電極ＩＺＯのパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。
＜ゲート絶縁膜＞
次にゲート電極上に、下記のゲート絶縁膜の形成を行った。
《条件４》
ＳｉＯ２をＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法（条件：ターゲットＳｉＯ２、成膜温度５４℃、スパッタガスＡｒ／Ｏ２＝１２／２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー４００Ｗ、成膜圧力０．４Ｐａ）にて２００ｎｍ形成し、ゲート絶縁膜を設けた。ゲート絶縁膜ＳｉＯ２のパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。
《条件５》
Ｙ２Ｏ３：ＧｅＯ２を条件４と同様に、但しターゲットをＹ２Ｏ３：ＧｅＯ２（１０質量％）に変更して行った。
《条件６》
Ｙ２Ｏ３：ＧｅＯ２を条件４と同様に、但しターゲットをＹ２Ｏ３：ＧｅＯ２（３質量％）に変更して行った。
《条件７》
Ｙ２Ｏ３を条件４と同様に、但しターゲットをＹ２Ｏ３に変更して行った。
次にゲート電極上に、下記のゲート絶縁膜の形成を行った。
《条件４》
ＳｉＯ２をＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法（条件：ターゲットＳｉＯ２、成膜温度５４℃、スパッタガスＡｒ／Ｏ２＝１２／２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー４００Ｗ、成膜圧力０．４Ｐａ）にて２００ｎｍ形成し、ゲート絶縁膜を設けた。ゲート絶縁膜ＳｉＯ２のパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。
《条件５》
Ｙ２Ｏ３：ＧｅＯ２を条件４と同様に、但しターゲットをＹ２Ｏ３：ＧｅＯ２（１０質量％）に変更して行った。
《条件６》
Ｙ２Ｏ３：ＧｅＯ２を条件４と同様に、但しターゲットをＹ２Ｏ３：ＧｅＯ２（３質量％）に変更して行った。
《条件７》
Ｙ２Ｏ３を条件４と同様に、但しターゲットをＹ２Ｏ３に変更して行った。
＜活性層＞
この上に、上記の活性層作製条件のいずれかを用いて活性層を設けた。スパッタリング時間を調整して蒸着厚みを調整した。用いた条件及び蒸着厚みを表２に示した。活性層のパターニングは、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。
この上に、上記の活性層作製条件のいずれかを用いて活性層を設けた。スパッタリング時間を調整して蒸着厚みを調整した。用いた条件及び蒸着厚みを表２に示した。活性層のパターニングは、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。
次いで、上記活性層の上にソース電極及びドレイン電極としてアルミニウム（Ａｌ）を３６０ｎｍの厚みに抵抗加熱蒸着（成膜温度：２５℃）にて、蒸着した。尚、ソース電極およびドレイン電極のパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。以上により、チャネル長Ｌ＝２００μｍ、チャネル幅Ｗ＝１０００μｍの逆スタガ構造の本発明のＴＦＴ素子および比較のＴＦＴ素子を作製した。
《活性層の膜厚測定》
活性層の膜厚は素子作製後、素子断面の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による写真撮影を行い、得られた写真より算出した。
活性層の膜厚は素子作製後、素子断面の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による写真撮影を行い、得られた写真より算出した。
《ゲート絶縁膜と活性層との界面の平均二乗粗さ（Ｒａ）の測定》
作製したＴＦＴ素子断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影し、得られた写真より以下の手順によりゲート絶縁膜と活性層との界面の平均二乗粗さを算出した。
チャネル領域における１０００ｎｍの領域を選び、ゲート絶縁膜と活性層の境界線を分解能０．１ｎｍ以下でトレース界面ラインデータを作製する。得られた界面ラインデータから２０ｎｍ以下の低周波成分を除外したトレンド除去データを作製する。該トレンド除去データの平均二乗誤差を求め、これをゲート絶縁膜と活性層との界面の平均二乗粗さ（Ｒａ）とした。
作製したＴＦＴ素子断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影し、得られた写真より以下の手順によりゲート絶縁膜と活性層との界面の平均二乗粗さを算出した。
チャネル領域における１０００ｎｍの領域を選び、ゲート絶縁膜と活性層の境界線を分解能０．１ｎｍ以下でトレース界面ラインデータを作製する。得られた界面ラインデータから２０ｎｍ以下の低周波成分を除外したトレンド除去データを作製する。該トレンド除去データの平均二乗誤差を求め、これをゲート絶縁膜と活性層との界面の平均二乗粗さ（Ｒａ）とした。
３．性能評価
作製された各ＴＦＴ素子には保護膜を付けず、室温で暗所に３ヶ月間保存してから性能評価を行った。
各ＴＦＴ素子について、飽和領域ドレイン電圧Ｖｄ＝１０Ｖ（ゲート電圧−１０Ｖ≦Ｖｇ≦１５Ｖ）でのＴＦＴ伝達特性の測定を行い、ＴＦＴの性能を評価した。ＴＦＴ伝達特性の測定は、半導体パラメータ・アナライザー４１５６Ｃ（アジレントテクノロジー社製）を用いて行った。各パラメータと本発明に於けるその定義は下記の通りである。
・ＴＦＴの閾値電圧（Ｖｔｈ）：電流値が５０ｎＡとなるときのゲート電圧である。
・ＯＦＦ電流（Ｉｏｆｆ）：閾値電圧より５Ｖ低いゲート電圧におけるドレイン電流値である。単位は［Ａ］である。
・ＯＮ電流（Ｉｏｎ）：閾値電圧より５Ｖ高いゲート電圧におけるドレイン電流である。単位は［Ａ］である。
作製された各ＴＦＴ素子には保護膜を付けず、室温で暗所に３ヶ月間保存してから性能評価を行った。
各ＴＦＴ素子について、飽和領域ドレイン電圧Ｖｄ＝１０Ｖ（ゲート電圧−１０Ｖ≦Ｖｇ≦１５Ｖ）でのＴＦＴ伝達特性の測定を行い、ＴＦＴの性能を評価した。ＴＦＴ伝達特性の測定は、半導体パラメータ・アナライザー４１５６Ｃ（アジレントテクノロジー社製）を用いて行った。各パラメータと本発明に於けるその定義は下記の通りである。
・ＴＦＴの閾値電圧（Ｖｔｈ）：電流値が５０ｎＡとなるときのゲート電圧である。
・ＯＦＦ電流（Ｉｏｆｆ）：閾値電圧より５Ｖ低いゲート電圧におけるドレイン電流値である。単位は［Ａ］である。
・ＯＮ電流（Ｉｏｎ）：閾値電圧より５Ｖ高いゲート電圧におけるドレイン電流である。単位は［Ａ］である。
・閾値電圧のシフト量（Ｖｔｈシフト１）：各ＴＦＴ素子を連続５回駆動し測定した際のＶｔｈの変動量である。単位は［Ｖ］である。
・閾値電圧のシフト量（Ｖｔｈシフト２）：さらに上記ＴＦＴ伝達特性の測定間に、各ＴＦＴ素子に電気ストレスとして、ゲート電圧Ｖｇ＝１０Ｖ、ドレイン電圧Ｖｄ＝０Ｖ（ドレイン電流＝０Ａ）を１０００秒加え、その前後のＴＦＴ閾値電圧の変動量（Ｖｔｈシフト２）である。単位は［Ｖ］である。
Ｖｔｈシフト１およびＶｔｈシフト２は駆動のヒステレシスの影響の度合いを示すものであり、小さい方が好ましい。
・閾値電圧のシフト量（Ｖｔｈシフト２）：さらに上記ＴＦＴ伝達特性の測定間に、各ＴＦＴ素子に電気ストレスとして、ゲート電圧Ｖｇ＝１０Ｖ、ドレイン電圧Ｖｄ＝０Ｖ（ドレイン電流＝０Ａ）を１０００秒加え、その前後のＴＦＴ閾値電圧の変動量（Ｖｔｈシフト２）である。単位は［Ｖ］である。
Ｖｔｈシフト１およびＶｔｈシフト２は駆動のヒステレシスの影響の度合いを示すものであり、小さい方が好ましい。
以上の測定結果から得られたＴＦＴ特性を表２に示した。
表２の結果より、前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが２ｎｍ未満であり、前記活性層のキャリア濃度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、かつ前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上２０ｎｍ未満である参考例１〜２０は、Ｖｔｈシフト１（ヒステレシス）が小さく、Ｉｏｆｆが低く、かつＯＮ電流も大きく、有機ＥＬ表示素子の駆動に適した優れた性能を示した。
一方、ゲート絶縁膜と活性層の界面の平均二乗粗さ（Ｒａ）が本願より大きい比較例８〜１１では、Ｖｔｈシフト１（ヒステレシス）が大きいか、あるいはＩｏｆｆが大きいか、あるいはＯＮ電流が低く、有機ＥＬ表示素子の駆動用トランジスタとして適していなかった。
特に活性層の厚みが本願より厚い比較例１、３、６、８では、ヒステレシスが大きく、有機ＥＬ表示素子の駆動用トランジスタとして適していなかった。
また、活性層の厚みが０．３ｎｍ条件（表２には示していない）ではＩｏｎが検出されず、トランジスタとして動作しなかった。
また、ゲート絶縁膜と活性層の界面の平均二乗粗さ（Ｒａ）が、１ｎｍ以下で、キャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上である参考例６〜９、１５，１６は、膜厚が１０ｎｍ未満の場合にも、ＯＮ電流を大きくすることができ、ヒステレシスも良好で、かつＩｏｆｆの悪化も少なかった。
特に、ゲート絶縁膜と活性層の界面の平均二乗粗さ（Ｒａ）が、０．５ｎｍ以下で、キャリア濃度が１×１０１９ｃｍ−３以上ある参考例９は、膜厚が３ｎｍ未満の場合にも、ＯＮ電流を大きくすることができ、かつ、Ｖｔｈシフト２がさらに有効であり、総合的に最も優れた性能を示した。
表２の結果より、前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが２ｎｍ未満であり、前記活性層のキャリア濃度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、かつ前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上２０ｎｍ未満である参考例１〜２０は、Ｖｔｈシフト１（ヒステレシス）が小さく、Ｉｏｆｆが低く、かつＯＮ電流も大きく、有機ＥＬ表示素子の駆動に適した優れた性能を示した。
一方、ゲート絶縁膜と活性層の界面の平均二乗粗さ（Ｒａ）が本願より大きい比較例８〜１１では、Ｖｔｈシフト１（ヒステレシス）が大きいか、あるいはＩｏｆｆが大きいか、あるいはＯＮ電流が低く、有機ＥＬ表示素子の駆動用トランジスタとして適していなかった。
特に活性層の厚みが本願より厚い比較例１、３、６、８では、ヒステレシスが大きく、有機ＥＬ表示素子の駆動用トランジスタとして適していなかった。
また、活性層の厚みが０．３ｎｍ条件（表２には示していない）ではＩｏｎが検出されず、トランジスタとして動作しなかった。
また、ゲート絶縁膜と活性層の界面の平均二乗粗さ（Ｒａ）が、１ｎｍ以下で、キャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上である参考例６〜９、１５，１６は、膜厚が１０ｎｍ未満の場合にも、ＯＮ電流を大きくすることができ、ヒステレシスも良好で、かつＩｏｆｆの悪化も少なかった。
特に、ゲート絶縁膜と活性層の界面の平均二乗粗さ（Ｒａ）が、０．５ｎｍ以下で、キャリア濃度が１×１０１９ｃｍ−３以上ある参考例９は、膜厚が３ｎｍ未満の場合にも、ＯＮ電流を大きくすることができ、かつ、Ｖｔｈシフト２がさらに有効であり、総合的に最も優れた性能を示した。
参考例２−２
参考例１における無アルカリガラス基板の代わりに、ポリエチレンナフタレートフィルム（厚み１００μｍ）の両面に下記バリア機能を持つ絶縁層を有するバリア付きフイルムを用いて、その他は参考例１と同様にしてＴＦＴ素子を作製した。
参考例１における無アルカリガラス基板の代わりに、ポリエチレンナフタレートフィルム（厚み１００μｍ）の両面に下記バリア機能を持つ絶縁層を有するバリア付きフイルムを用いて、その他は参考例１と同様にしてＴＦＴ素子を作製した。
絶縁層：ＳｉＯＮを５００ｎｍの厚みに蒸着した。ＳｉＯＮの蒸着にはＲＦマグネトロンスパッタリング蒸着法（スパッタリング条件：ターゲットＳｉ３Ｎ４、ＲＦパワー４００Ｗ、ガス流量Ａｒ／Ｏ２＝１２／３ｓｃｃｍ、成膜圧力０．４５Ｐａ）を用いた。
得られた素子について参考例１と同様に性能を評価した結果、参考例１と同様に予想外に極めてヒステレシスが小さく、かつオフ電流値が低く、有機ＥＬ表示装置の駆動に適した優れた性能を示した。
参考例３−２
１．有機ＥＬ表示装置の作製
（有機ＥＬ素子部の作製）
１）下部電極の形成
基板にはポリエチレンナフタレートフィルムの両面に下記バリア機能を持つ絶縁層を有するバリア付きフイルムを用いた。
１．有機ＥＬ表示装置の作製
（有機ＥＬ素子部の作製）
１）下部電極の形成
基板にはポリエチレンナフタレートフィルムの両面に下記バリア機能を持つ絶縁層を有するバリア付きフイルムを用いた。
絶縁層：ＳｉＯＮを５００ｎｍの厚みに蒸着した。ＳｉＯＮの蒸着にはＲＦマグネトロンスパッタリング蒸着法（スパッタリング条件：ターゲットＳｉ３Ｎ４、ＲＦパワー４００Ｗ、ガス流量Ａｒ／Ｏ２＝１２／３ｓｃｃｍ、成膜圧力０．４５Ｐａ）を用いた。
前記基板の上に酸化インジウム錫（以後、ＩＴＯと略記）を１５０ｎｍの厚さで蒸着し、陽極とした。
２）有機層の形成
洗浄後、順次、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、および電子注入層を設けた。
洗浄後、順次、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、および電子注入層を設けた。
各層の構成は、下記の通りである。各層はいずれも抵抗加熱真空蒸着により設けた。
正孔注入層：４，４’，４’’−トリス（２−ナフチルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（２−ＴＮＡＴＡと略記する）および２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱと略記する）を２−ＴＮＡＴＡに対して１質量％含有する層、厚み１６０ｎｍ。
正孔輸送層：Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（α−ＮＰＤと略記する）、厚み１０ｎｍ。
発光層：１，３−ｂｉｓ（ｃａｒｂａｚｏｌ−９−ｙｌ）ｂｅｎｚｅｎｅ（ｍＣＰと略記する）および白金錯体Ｐｔ−１をｍＣＰに対して１３質量％含有する層、厚み６０ｎｍ。
正孔ブロック層：ａｌｕｍｉｎｉｕｍ （ＩＩＩ） ｂｉｓ−（２−ｍｅｔｈｙｌ−８−ｑｕｉｎｏｎｙｌｎａｔｏ）−４−ｐｈｅｎｙｌｐｈｅｎｏｌａｔｅ （ＢＡｌｑと略記する）、厚み４０ｎｍ。
電子輸送層：トリス（８−ヒドロキシキノニナート）アルミニウム（Ａｌｑ３と略記する）、厚み１０ｎｍ。
電子注入層：ＬｉＦ、厚み１ｎｍ。
正孔注入層：４，４’，４’’−トリス（２−ナフチルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（２−ＴＮＡＴＡと略記する）および２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱと略記する）を２−ＴＮＡＴＡに対して１質量％含有する層、厚み１６０ｎｍ。
正孔輸送層：Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（α−ＮＰＤと略記する）、厚み１０ｎｍ。
発光層：１，３−ｂｉｓ（ｃａｒｂａｚｏｌ−９−ｙｌ）ｂｅｎｚｅｎｅ（ｍＣＰと略記する）および白金錯体Ｐｔ−１をｍＣＰに対して１３質量％含有する層、厚み６０ｎｍ。
正孔ブロック層：ａｌｕｍｉｎｉｕｍ （ＩＩＩ） ｂｉｓ−（２−ｍｅｔｈｙｌ−８−ｑｕｉｎｏｎｙｌｎａｔｏ）−４−ｐｈｅｎｙｌｐｈｅｎｏｌａｔｅ （ＢＡｌｑと略記する）、厚み４０ｎｍ。
電子輸送層：トリス（８−ヒドロキシキノニナート）アルミニウム（Ａｌｑ３と略記する）、厚み１０ｎｍ。
電子注入層：ＬｉＦ、厚み１ｎｍ。
３）上部電極
素子サイズが２ｍｍ×２ｍｍとなるようにシャドウマスクによりパターニングしてＡｌを厚み１００ｎｍに蒸着し、陰極とした。
素子サイズが２ｍｍ×２ｍｍとなるようにシャドウマスクによりパターニングしてＡｌを厚み１００ｎｍに蒸着し、陰極とした。
（保護絶縁膜）
上部電極上に、保護絶縁膜として５００ｎｍのＳｉＯＮ膜をイオンプレーティング法により成膜した。成膜後、レーザーによりコンタクトホールを形成した。
上部電極上に、保護絶縁膜として５００ｎｍのＳｉＯＮ膜をイオンプレーティング法により成膜した。成膜後、レーザーによりコンタクトホールを形成した。
以下に実施例に用いた化合物の構造を示す。
（駆動試験）
得られた有機ＥＬ素子と参考例１で作製したＴＦＴとを組みあわせて等価回路を構成し、種々の条件下で駆動試験を行った。
その結果、本発明のＴＦＴを用いると高温度での駆動、および連続して長時間駆動させても安定した発光が得られた。
得られた有機ＥＬ素子と参考例１で作製したＴＦＴとを組みあわせて等価回路を構成し、種々の条件下で駆動試験を行った。
その結果、本発明のＴＦＴを用いると高温度での駆動、および連続して長時間駆動させても安定した発光が得られた。
１：基板
２：ゲート電極
３：ゲート絶縁膜
４，４２，４４：活性層
７，７２：低キャリア濃度層
５−１：ソース電極
５−２：ドレイン電極
６：絶縁層
１００：駆動ＴＦＴ
２００：スイッチングＴＦＴ
３００：有機ＥＬ素子
４００：信号電極線
５００：走査電極線
６００：コンデンサ
７００：共通電線
２：ゲート電極
３：ゲート絶縁膜
４，４２，４４：活性層
７，７２：低キャリア濃度層
５−１：ソース電極
５−２：ドレイン電極
６：絶縁層
１００：駆動ＴＦＴ
２００：スイッチングＴＦＴ
３００：有機ＥＬ素子
４００：信号電極線
５００：走査電極線
６００：コンデンサ
７００：共通電線
Claims (9)
- 基板上に、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、アモルファス酸化物半導体を含有する活性層、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜電界効果型トランジスタであって、前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが２ｎｍ未満であり、前記活性層のキャリア濃度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、かつ前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上２０ｎｍ未満であり、前記活性層の前記ゲート絶縁膜に面する側とは反対側に前記活性層と接してキャリア濃度が１０ １６ ／ｃｍ ３ 以下の低キャリア濃度層を積層したことを特徴とする薄膜電界効果型トランジスタ。
- 前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが１ｎｍ未満であり、かつ前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上１０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
- 前記ゲート絶縁膜と前記活性層の界面の平均二乗粗さが０．５ｎｍ未満であり、かつ前記活性層の膜厚が０．５ｎｍ以上５ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
- 前記活性層が、Ｉｎ、Ｇａ，Ｚｎ及びＳｎの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
- 前記活性層が、Ｉｎ及びＺｎを含むことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
- 前記低キャリア濃度層がアモルファス酸化物半導体層であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
- 前記ゲート絶縁膜がＳｉ、Ｈｆ、Ｙ、およびＧｅより選ばれる少なくとも１つの元素を含有するアモルファス酸化物を含有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
- 前記基板が可撓性樹脂基板であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の薄膜電界効果トランジスタ。
- 請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の薄膜電界効果トランジスタを用いた表示装置。
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