JPH02230217A - アクティブマトリクス用２端子素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アクティブマトリクス表示に用いられるアク
ティブマトリクス用２端子素子に関する。

〔技術の背景〕

例えば液晶表示装置においては、解像度が高く精細な画
像を表示するためには高密度のマ｝ＩＪクス構成が必要
とされる。このような要請に応える技術として、近年に
おいては、表示部の各画素をアクティブマトリクス用素
子によって直接的にスイッチング駆動するアクティブマ
トリクス表示が注目されている。

斯かるアクティブマトリクス用素子としては、従来、薄
膜トランジスタ等の３端子素子、あるいは薄膜ダイオー
ド、バリスタ、ＭＩＭ等の２端子素子が知られている。

しかし、薄膜トランジスタ等の３端子素子は、２端子素
子に比して構造が複雑であるため、製造に手間を要し製
造コストが上昇する難点があり、斯かる観点からは２端
子素子が好ましい。一方、バリスタ、ＭＩＭよりなる２
端子素子は、しきい値電圧が相当に高いため大きな駆動
電圧を必要とし、その結果、消費電力が増大する問題点
がある。

これに対して、薄膜ダイオードよりなる２端子素子は、
構成が簡易で微細なマトリクス構造を有する液晶表示装
置を高い歩留まりで製造することが可能であり、また、
表示品質が良好であるという利点を有している。特に、
ショットキーダイオードの２個を直列かつ逆方向に接続
してなるショットキー型のバック・トゥ・バック・ダイ
オードが好ましい。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来のショットキー型のバック・トゥ・バック
・ダイオードにおいては、半導体層が不純物をほとんど
含まないｉ型の半導体層により構成されている場合には
、スイッチングに必要とされる駆動電圧が高くなる問題
がある。また、半導体層が不純物がドーピングされたｎ
型の半導体層により構成されている場合には、リーク電
流が大きくてスイッチング不良が生ずる問題がある。

本発明は、以上の如き事情に基づいてなされたものであ
って、その目的は、低い駆動電圧でスイッチングが可能
であり、しかもリーク電流が小さく、スイッチング特性
の優れたアクティブマトリクス用２端子素子を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、一対の薄膜ダイオードを直列かつ逆方向に接
続してなるアクティブマトリクス用２端子素子において
、前記薄膜ダイオードは、半導体層と、この半導体層と
ショットキーバリアを形成する電極層とを有するシ式ッ
トキーダイオードからなり、前記シ欝ットキーバリアを
形成する電極層は、少なくとも前記半導体層とショット
キーバリアを形成できる金属もしくは当該金属を含む層
からなり、前記半導体層は、少なくとも、不純物のドー
ピング量が０〜１　ｐｐｍで厚さが１０〜１０００人の
１型層と、゛不純物のドーピング量が５〜３ｏｏｐｐｍ
で厚さが５０００人〜ａ　ｍ　ＣＤ　ｎ型層とを有し、
前記ｌ型層は、前記ンジットキーバリアを形成する電極
層と接触することを特徴とする。

〔作用〕

ンヨットキー型のバック・トウ・バック・ダイオードよ
りなるアクティブマトリクス用２端子素子において、低
い駆動電圧でスイッチングが可能であり、しかもリーク
電梳が小さく、スイッチング特性の優れたものとするた
めには、以下の条件（ａ）〜（Ｃ）のすべてを満足する
ことが必要である。

（ａ）ショットキーダイオードの逆方向の電流・電圧特
性は、下記の近似式■で表わすことができるので、当該
近似式■におけるαの値が６〜１５の範囲内にあること
。

近似式■：　Ｊ＝ハ　・Ｖａ （ただし、Ｊはショットキーダイオードの単位面積当た
りに流れる電流密度（Ａ／ｃｍ”　）　、Ｊ　＋　は電
流・電圧特性を直線で近似したときに印加電圧が１ｖの
ときの電流密度（Ａ／ｃｍ”　）　、Ｖは印加電圧〈Ｖ
）、αはショットキーダイオードの非線形度を表す定数
である。） ら）ショットキーダイオードへの逆方向の印加電圧が４
ｖのときの電流密度が１０−’　（Ａ／ｃｍ２）以下で
あること。

（Ｃ）３０Ｖ以下の低い駆動電圧で十分にスイッチング
駆動できること。

しかるに、ショットキーダイオードの半導体層を不純物
をほとんど含まない！型の半導体層により構成する場合
には、上記条件（ｂ）を満たすことができてリーク電流
を小さく抑制することはできるが、上記条件（ａ）を満
たすことができずαの値は６未満となってしまう。また
、上記条件（Ｃ）も満たすことができず駆動電圧は３０
Ｖを超えてしまう。

また、ショットキーダイオードの半導体層を不純物がド
ーピングされたｎ型の半導体層により構成する場合には
、そのドーピング量を上記条件（Ｃ）を満足するような
割合に設定すると、当該条件（Ｃ）はもちろん条件（ａ
）をも満足させることができるが、上記条件（ｂ）を満
足させることができずリーク電流が増大する。

これに対して、本発明の構成によれば、ｌ型層の存在に
より上記条件（ｂ）を満たすことができ、すなわちリー
ク電流を小さく抑制することができ、しかも、この１型
層が特定範囲の薄層であるため、駆動時にふけるショッ
トキーダイオードの電流・電圧特性に及ぼす影響はきわ
めて小さくて上記条件（ａ）を満足することができ、さ
らに、およそ４Ｖ以上の駆動電圧下においてはｎ型層の
特性が支配的になるため、上記条件（Ｃ）を満たすこと
ができ、すなわち３０Ｖ以下の低い駆動電圧で、十分に
スイッチング駆動することができる。

〔発明の具体的構成〕

以下、本発明を具体的に説明する。

第１図は、本発明に係るアクティブマトリクス用２端子
素子の具体的構成例を示す縦断正面図である。

３０は半導体層、２１．２２は半導体層３０の１型層３
１に接触してその境界部分にショットキーバリアを形成
する電極層（以下「ショットキー電極層」ともいう。）
、４０は導電層であり、これらにより一対の薄膜ダイオ
ードが直列かつ逆方向に接続されたショットキー型のバ
ック・トウ・バック・ダイオードよりなるアクティブマ
トリクス用２端子素子Ｍが構成されている。

すなわち、ショットキー電極層２１．　２２と半導体層
３０の１型層３１との間にショットキーバリアが形成さ
れ、半導体層３０のｎ″″型層３３と導電層４０との間
にはオーミック接触もしくは小さなショットキーバリア
が形成されている。図示の例のショットキー電極層２１
．　２２は、基板１０上に、互いに離間した状態で積層
して設けられている。

ショットキー電極層２１．２２は、少なくとも半導体層
３０との間においてショットキーバリアを形成できる金
属もしくは当該金属を含む層からなる。

具体的には、次のような層構成を採用することができる
。

（１）半導体層３０との間にショットキーバリアを形成
できる金属のみからなる金属層。

（２）上記（１）の金属層に半導体層３０を構成する半
導体が拡散してなる拡散層。

（３）半導体層３０との間にショー／　｝キーバリアを
形成できる金属と半導体層３０を構成する半導体との化
合物からなる化合物層。

（４）上記（１）の金属層と、当該金属層を構成する金
属と半導体層３０を構成する半導体との化合物からなる
化合物層との積層体。

ショットキー電極層２１．　２２を構成するショットキ
ーバリアを形成できる金属としては、パラジウム（Ｐ（
］）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ
）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングス
テン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔ　ｉ）、金
（Ａｕ）、二−／ケルークロム（Ｎｉ−Ｃｒ）等から選
択することができ、これらの金属は不純物が含まれてい
てもよい。すなわち、これらの金属を用いて、上記構成
（１）〜（４）に基づいてショットキー電極層２１．　
２２を形成することができる。

ショットキー電極層２１．２２の厚さは５０人〜５００
０人程度である。また、ショットキー電極層２１．２２
の形成手段としては、電子ビーム蒸着法等を用いること
ができる。

半導体層３０は、ショットキー電極層２１．　２２側か
ら順に、１型層３１、ｎ型層３２、ｎ゛型層３３が積層
されて構成されている。なお、ｎ゜型層３３は必要に応
じて設けられる層であり、本発明において必須の構成要
素ではない。

前記ｌ型層３１は、不純物のドーピング量が０〜ｌｐｐ
ｍであり、草さが１０〜ＩＯＯＯＡ，好ましくは３０〜
２００人である。不純物のドーピング量が１　ｐｐｍを
超えるとｉ型の機能が損なわれるため、リーク電流が増
加する。厚さが過大のときはスイッチングに必要な駆動
電圧が高くなり、一方、厚さが過小のときはｉ型の機能
が発揮されないためリーク電流が増加する。

前記ｉ型層３１を構成する材料としては、不純物を含ま
ない水素化アモルファスシリコン（ａ−３ｉ：Ｈ》、リ
ン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）等を１　ｐｐｍ以下の割合
で不純物として含む水素化アモルファスシリｍｌ　ン（
ａ　−Ｓｉ　：　Ｈ（Ｐ），　　ａ　−Ｓｉ　：　Ｈ（
Ａｓ）　）、フッ素化水素化アモルファスシリコン（ａ
−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ）、水素化アモルファスシリコンカーバ
イド（ａ−ＳｉＣ　：　Ｈ）　、水素化アモルファス窒
化シリコン（ａ　−Ｓｉ　Ｎ　：　Ｈ）　、水ｔＡ化ア
モルファスシリコンゲルマニウム（ａ　−Ｓｉ　Ｇｅ　
：　Ｈ）等を用いることができる。

前記ｎ型層３２は、不純物のドーピング量が５〜３００
　ｐｐｍ　，好ましくは１０〜２００　ｐｐｍであり、
厚さが５０００人〜３ｎ，好ましくは１〜２ｐである。

不純物のドーピング量が過小であるとｎ型の機能が損な
われるため、スイッチングに必要な駆動電圧が高くなり
、不純物のドーピング量が過大であるとリーク電流が増
加する。また、厚さが過大であるとスイッチングの駆動
電圧が高くなるうえ、当該ｎ型層３２を作製するのに要
する時間が長くなり、スルーブットが悪化し、コストの
上昇を招《。一方、厚さが過小であると当該ｎ型層３２
中の欠陥に起因してショットキー電極層２１．２２と導
電層４０との間がショートする確率が高くなり、歩留り
が低下し、さらにはダイオードの特性が失われる。

ｎ型層３２を構成する材料としては、例えばリン（Ｐ）
またはヒ素（Ａｓ）等を５　〜３０ｆ）ｐｐｍの割合で
不純物として含む水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ　：　Ｈ（Ｐ）　，　　ａ　−Ｓｉ　：　Ｈ（Ａｓ）
　）、７−／素化水素化アモルファスシリコン（ａ　−
Ｓｉ　：　Ｈ　二Ｆ）、水素化アモルファスシリコンカ
ーバイ｝’　（ａ　−ＳｉＣ：Ｈ）、水素化アモルファ
ス窒化シリコン（ａ−ＳｉＮ　：　Ｈ）　、水素化アモ
ルファスシリコンゲルマニウム（ａ　−Ｓｉ　Ｇｅ　：
　Ｈ）等を用いることができる。

前記ｎ゛型層３３は、これに接触する導電層４０との間
でオーミγク接触もしくはショットキーバリアの小さい
接触を形成するためのものである。このｎ“型層３３を
構成する材料としては、例えばリン（Ｐ）またはヒ素（
Ａｓ）等を０．１％〜５％の割合で不純物として含む水
素化アモルファスシリコン（ａ　−Ｓｉ　：　Ｈ（Ｐ）
，　　ａ　−Ｓｉ　：　Ｈ（Ａｓ）　）、７，素化水素
化アモルファスシリコン（ａ　−Ｓｉ　：　Ｈ　：　Ｆ
）、水素化アモルファスシリコンカーバイド（ａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ）、水素化アモルファス窒化シリコン（ａ−Ｓｉ
Ｎ　：　Ｈ）　、水素化アモルファスシリコンゲルマニ
ウム（ａ　−Ｓｉ　Ｇｅ　：　Ｈ）等を用いることがで
きる。このｎ゛型層３３の厚さは、５００〜５０００人
程度である。

導電層４０は、半導体層３０上に一体的にすなわち一対
の薄膜ダイオードに共通となるように積層して設けられ
ている。この導電層４０の構成材料としては、半導体層
３０との間にオーミック接触を形成できる材料、あるい
は当該半導体層３０との間に生ずるショットキーバリア
が、ショットキー電極層２１．　２２と半導体層３０と
の間に形成されるショットキーバリアよりも小さくなる
材料であればよい。

具体的には、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｌ）、ニク
ロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、アルミニウム（Ａ１）、モリブデ
ン（ＭＯ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の金属材料、ある
いはｎ“型のａ　−Ｓｉ　：　Ｈ１ｎ”型のポリシリコ
ン、ｎ′−型のａ　−ＳｉＧｅ　：　Ｈ等から選択する
ことができる。導電層４０の厚さは、５０人〜５０００
人程度である。

基板１０としては、溶融石英、ホウケイ酸ガラス、ｒ７
０５９ガラス」（コーニング社！１１）、ｒテンバック
スガラス」　（イエナー社製）等の透明なガラス板、ポ
リイミド等の透明な樹脂板、ガラス板にポリイミド等の
樹脂層が設けられたもの等を用いることができる。

以上の構成のアクティブマトリクス用２端子素子によれ
ば、１型層３１の存在によりリーク電流を小さく抑制す
ることができ、しかも、この１型層３１が特定範囲の薄
層であるため、駆動時におけるショットキーダイオード
の電流・電圧特性に及ぼす影響はきわめて小さく、さら
に、およそ４Ｖ以上の駆動電圧下においてはｎ型層３２
の特性が支配的になるため、３０Ｖ以下の低い駆動電圧
で、十分にスイッチング駆動することができ、アクティ
ブマトリクス用２端子素子として優れたスイッチング特
性が発揮される。

本発明において、電流・電圧特性は、次のようにして測
定されたものである。すなわち、第２図に示すように、
アクティブマトリクス用２端子素子Ｍに、並列に電圧計
９１を接続し、直列に微小電流計９２と電源９３を接続
し、電源９３の電圧を徐々に上昇させながら、電圧計９
１および微小電流計９２の値を読み取り、読み取った電
流値と、アクティブマ｝ＩＪクス用２端子素子Ｍの電極
面積とにより、電流密度を算出した。

第３図は、本発明に係るアクティブマトリクス用２端子
素子の他の構成例を示す縦断正面図である。

２ＯＡ，　２０Ｂはショットキー電極層であり、同一種
類の材料により構成されている。この例は、第１図にお
ける導電層４０が省略された構造を有し、ｎ型層３２が
２つのダイオードに共用された構造となっている。

３１Ａ，　３１Ｂは、不純物のドーピング量が０〜１ｐ
ｐｍで厚さが１０　−１０（１（ｌ　ＡＯｉ型層であり
、それぞれ不純物のドーピング量が５〜３００　ｐｐｍ
で厚さが５０００人〜３Ｊｎ４のｎ型層３２の下層およ
び上層に設けられている。

このような構成によっても、第１図に示した構成と同様
に、アクティブマトリクス用２端子素子として優れたス
イッチング特性が発揮される。

次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこ
れらの顎様に限定されない。

（実施例１） 本実施例においては、次のようにして第１図に示した構
成のアクティブマ｝　ＩＪクス用２端子素子を製造した
。

（１）透明ガラス製の基板１０上に、電子ビーム蒸着法
により厚さ５００人のパラジウム層を形成し、パターニ
ングしてショットキー電極層２１．２２を形成した。

（２）　　ショットキー電極層２１．　２２を含む領域
上に、プラズマＣＶＤ法により、ドーピング量がＯ　ｐ
ｐｍで厚さが５０人の１型のアモルファスシリコンより
なる１型層の膜を形成した。

（３）このｉ型層の膜の上に、プラズマＣＶＤ法により
、リン（Ｐ）のドーピング量が１００ｐｐｍで厚さが２
μのｎ型のアモルファスシリコンよりなるｎ型層の膜を
形成した。

（４）　　このｎ型層の膜の上に、プラズマＣＶＤ法に
より、リン（Ｐ）のドーピング量が１％で厚さが１００
０Ａのｎ゛型のアモルファスシリコンよりなるｎ゛型層
の膜を形成した。

（５）このｎ０型層の膜の上に、スパッタリング法によ
り厚さ１０００人のクロム層を形成した。

（６）このクロム層、ｎ゛型層の膜、ｎ型層の膜、１型
層の膜を同一のパターンにより連続エッチング処理して
、パターニングされた、導電層４０と、ｎ゛型層３３、
ｎ型層３２、ｌ型層３１からなる半導体層３０を形成し
た。

（７）　次に、窒素雰囲気中において、温度２００℃で
６０分にわたりアニーリング処理し、素子の安定化を図
った。

（実施例２〜３》 実施例１において、条件を後記第１表に示すように変更
したほかは同様にしてアクティブマトリクス用２端子素
子を製造した。

（比較例１） 実施例１において、ｉ型層３１を設けないほかは同様に
してアクティブマトリクス用２端子素子を製造した。

（比較例２） 実施例１において、ｎ型層３２を設けず、ｌ型層３１の
厚さを２ｎに変更したほかは同様にしてアクティブマト
リクス用２端子素子を製造した。

（評価） 以上の各実施例および比較例で得られた各アクティブマ
トリクス用２端子素子を用いて、液晶表示パネルを作製
し、実際に、アクティブマトリクス用２端子素子をスイ
ッチング駆動する試験を行い、スイッチングに必要な駆
動電圧を調べた。また、ダイオードの電流・電圧特性を
測定し、印加電圧４Ｖのときの電流密度すなわちリーク
電流を調べた。さらに、前記近似式■におけるαの値を
求めた。

結果を後記第１表右よび第４図に示す。

第１表の結果から理解されるように、本発明の実施例で
得られたアクティブマ｝　ＩＪクス用２端子素子によれ
ば、比較例のものに比して、スイッチングに必要な駆動
電圧が低いうえ、リーク電流が十分に小さい。

また、第４図の電流・電圧特性から理解されるように、
本実施例で得られたアクティブマトリクス用２端子素子
は、優れたスイッチング特性を有している。従って、液
晶表示装置のスイッチング素子として利用することによ
り、少ない消費電力でコントラストの高い表示を達成す
ることが可能となる。

〔発明の効果〕

本発明のアクティブマトリクス用２端子素子によれば、
スイッチングに必要な駆動電圧が低く、しかもリーク電
流が小さく、良好なスイッチング機能が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るアクティブマ｝ＩＪクス用２端子
素子の具体的構成の一例を示す説明用縦断正面図、第２
図は電流・電圧特性の測定系の説明図、第３図は本発明
に係るアクティブマトリクス用２端子素子の具体的構成
の他の例を示す説明用縦断正面図、第４図は実施例およ
び比較例で得られたアクティブマトリクス用２端子素子
の電流・電圧特性を示すグラフである。 １０・・・基板 ２１．　２２．　２０Ａ，　２０Ｂ・・・ショットキー
電極層３０・・・半導体層 ３１．　３１Ａ．　３１Ｂ・・・ｌ型暦３２・・・ｎ型
層　　　　　　３３・・・ｎ″′型層４０・・・導電層 十 図 十２図 Ｍ 十３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の薄膜ダイオードを直列かつ逆方向に接続し
   てなるアクティブマトリクス用２端子素子において、 前記薄膜ダイオードは、半導体層と、この半導体層とシ
   ョットキーバリアを形成する電極層とを有するショット
   キーダイオードからなり、 前記ショットキーバリアを形成する電極層は、少なくと
   も前記半導体層とショットキーバリアを形成できる金属
   もしくは当該金属を含む層からなり、 前記半導体層は、少なくとも、不純物のドーピング量が
   ０〜１ｐｐｍで厚さが１０〜１０００Åのｉ型層と、不
   純物のドーピング量が５〜３００ｐｐｍで厚さが５００
   ０Å〜３μｍのｎ型層とを有し、 前記ｉ型層は、前記ショットキーバリアを形成する電極
   層と接触することを特徴とするアクティブマトリクス用
   ２端子素子。