TWI404227B - 半導體裝置及其製造方法、以及顯示裝置和電子設備 - Google Patents

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Description

半導體裝置及其製造方法、以及顯示裝置和電子設備
本發明涉及具有發光特性良好的發光元件的半導體裝置、顯示裝置、電子設備、以及半導體裝置的製造方法。
圖16是用來說明習知的發光元件的結構的圖。習知的發光元件具有如下結構：在絕緣膜1000上順序層叠了下部電極1002、第一導電率型半導體層1004、發光層1006、第二導電率型半導體層1008、以及上部電極1010。若給下部電極1002及上部電極1010分別提供預定的電位，則激子在發光層1006復合，並且，射出在復合時被釋放的能量作為光。
在使用發光元件形成顯示器的情况下，需要從發光元件的頂部放出光。在使用金屬形成上部電極1010的情况下，具有將上部電極1010的膜厚設定為5nm至200nm(包括5nm和200nm)來從頂部放出光的方法。在該方法中，若將由Ni組成的上部電極1010的膜厚設定為15nm，則發光元件所發出的紫外光的透過率就成為70%或更高(例如專利文獻1)。
專利文獻1特開2004－221132號公報(第43段及第57段)
在上述先前技術中，通過使上部電極的膜厚减薄(例如15nm)，被發出的光的透過率成為70%或更高。但是，在使用發光元件作為顯示器的情况下，上部電極的光透過率理想地是80%或更高。
另外，還存在使用ITO、ZnO等的透明電極作為上部電極的方法，但是透明電極呈現高電阻，因此，因透明電極而消耗電力，導致了發光元件的發光效率降低。另外，在使用ZnO作為發光層並獲得紫外光發光的情况下，若使用ZnO作為上部電極，則所發出的紫外光因上部電極而被吸收。
鑒於上述問題，本發明旨在提供具有從頂部發光的效率高的發光元件的半導體裝置、顯示裝置、電子設備、以及半導體裝置的製造方法。
為了解决上述問題，根據本發明的半導體裝置包含：形成在絕緣膜中的第一凹部或開口部；第一電極，該第一電極形成在位於第一凹部或開口部周圍的絕緣膜上、第一凹部或開口部的底面及側面，並具有位於第一凹部內或開口部內的第二凹部；第一導電率型半導體層，該第一導電率型半導體層形成在第一電極上，並具有位於第二凹部內的第三凹部；發光層，該發光層形成在第一導電率型半導體層上，並具有位於第三凹部內的第四凹部；第二導電率型半導體層，該第二導電率型半導體層形成在發光層上，並具有位於第四凹部內的第五凹部；以及第二電極，該第二電極形成在構成第五凹部的底面及側面的第二導電率型半導體層上。
根據所述半導體裝置，沿著形成在絕緣膜中的第一凹部或開口部的底面及側面形成有第一電極、第一導電率型半導體層、發光層、以及第二導電率型半導體層。因此，發光層所發出的光透過第二導電率型半導體層，然後，從發光元件的頂部被射出。因此，高效率地從發光元件的頂部射出發光層所發出的光。
在第二導電率型半導體層的能帶隙等於或小於發光層的能帶隙的情况下，第二導電率型半導體層的厚度較佳地薄於發光層的厚度。藉由採用這種結構，可以抑制從發光層發出的光被第二導電率型半導體層吸收。
根據本發明的半導體裝置包含：形成在絕緣膜中的第一凹部或開口部；第一電極，該第一電極形成在第一凹部或開口部的底面及側面，並具有位於第一凹部或開口部內的第二凹部；第一導電率型半導體層，該第一導電率型半導體層形成在第一電極上，並具有位於第二凹部內的第三凹部；發光層，該發光層形成在第一導電率型半導體層上，並具有位於第三凹部內的第四凹部；第二導電率型半導體層，該第二導電率型半導體層形成在發光層上，並具有位於第四凹部內的第五凹部；以及第二電極，該第二電極形成在構成第五凹部的底面及側面的第二導電率型半導體層上，其中，絕緣膜的表面和發光層的端面所形成的角度為90°至270°(不包括90°和270°)。
根據所述半導體裝置，由於絕緣膜的表面和發光層的端面所形成的角度為90°至270°(不包括90°和270°)，所以發光層所發出的光從所述發光層的端面向上射出。因此，高效率地從發光元件的頂部射出發光層所發出的光。
發光層也可以由能帶隙為3eV或更大的物質組成。在這種情况下，構成發光層的物質為ZnO、ZnS、GaN、SiC、或Mg1－x Znx O。
較佳地，構成第一導電率型半導體層的物質、以及構成第二導電率型半導體層的物質分別具有比構成發光層的物質大的能帶隙。在這種情况下，發光層的發光效率提高了。另外，若將發光層的厚度設定為10nm或更薄，則獲得量子阱結構，因此發光層的發光效率更高了。此外，在構成發光層的物質為ZnO的情况下，構成第一導電率型半導體層的物質、以及構成第二導電率型半導體層的物質可以為加入了雜質的Mg1－x Znx O。
相對於從發光層所發出的光，第一電極較佳地具有90%或更高的反射率。在這種情况下，從發光層向下方射出的光因第一電極而反射，並從發光元件的頂部射出。因此，更高效率地從發光元件的頂部射出發光層所發出的光。
根據本發明的半導體裝置包含：形成在基底處的薄膜電晶體；位於薄膜電晶體上的絕緣膜；以及形成在絕緣膜上並且發光被薄膜電晶體控制的發光元件。發光元件包含：形成在絕緣膜中的第一凹部或開口部；第一電極，該第一電極形成在位於第一凹部或開口部周圍的絕緣膜上、第一凹部或開口部的底面及側面，並具有位於第一凹部內或開口部內的第二凹部；第一導電率型半導體層，該第一導電率型半導體層形成在第一電極上，並具有位於第二凹部內的第三凹部；發光層，該發光層形成在第一導電率型半導體層上，並具有位於第三凹部內的第四凹部；第二導電率型半導體層，該第二導電率型半導體層形成在發光層上，並具有位於第四凹部內的第五凹部；以及第二電極，該第二電極形成在構成第五凹部的底面及側面的第二導電率型半導體層上。
根據本發明的其他半導體裝置包含：形成在基底處的薄膜電晶體；位於薄膜電晶體上的絕緣膜；以及形成在絕緣膜上並且發光被薄膜電晶體控制的發光元件，其中，發光元件具備：第一電極，該第一電極形成在第一凹部或開口部的底面及側面，並具有位於第一凹部或開口部內的第二凹部；第一導電率型半導體層，該第一導電率型半導體層形成在第一電極上，並具有位於第二凹部內的第三凹部；發光層，該發光層形成在第一導電率型半導體層上，並具有位於第三凹部內的第四凹部；第二導電率型半導體層，該第二導電率型半導體層形成在發光層上，並具有位於第四凹部內的第五凹部；以及第二電極，該第二電極形成在構成第五凹部的底面及側面的第二導電率型半導體層上，其中，絕緣膜的表面和發光層的端面所形成的角度為90°至270°(不包括90°和270°)。
薄膜電晶體也可以包含島狀ZnO膜、以及形成在ZnO膜處並用作所述薄膜電晶體的源極或汲極的雜質區域。在這種情况下，可以藉由濺射法形成薄膜電晶體的半導體層。因此，可以使用可撓性基底或塑膠基底作為基底。
根據本發明的顯示裝置包括：形成在基底處的薄膜電晶體；位於薄膜電晶體上的絕緣膜；形成在絕緣膜上並發出紫外光的發光元件，其中發光被薄膜電晶體控制；以及螢光體，該螢光體位於發光元件上，且吸收發光元件所發出的紫外光來發出可見光，其中，發光元件具備：形成在絕緣膜中的第一凹部或開口部；第一電極，該第一電極形成在位於第一凹部或開口部周圍的絕緣膜上、第一凹部或開口部的底面及側面，並具有位於第一凹部內或開口部內的第二凹部；第一導電率型半導體層，該第一導電率型半導體層形成在第一電極上，並具有位於第二凹部內的第三凹部；發光層，該發光層形成在第一導電率型半導體層上，並具有位於第三凹部內的第四凹部；第二導電率型半導體層，該第二導電率型半導體層形成在發光層上，並具有位於第四凹部內的第五凹部；以及第二電極，該第二電極形成在構成第五凹部的底面及側面的第二導電率型半導體層上。
根據本發明的其他顯示裝置包含：形成在基底處的薄膜電晶體；位於薄膜電晶體上的絕緣膜；形成在絕緣膜上並發出紫外光的發光元件，其中發光被薄膜電晶體控制；以及螢光體，該螢光體位於發光元件上，且吸收發光元件所發出的紫外光來發出可見光，其中，發光元件具備：形成在絕緣膜中的第一凹部或開口部；第一電極，該第一電極形成在第一凹部或開口部的底面及側面，並具有位於第一凹部或開口部內的第二凹部；第一導電率型半導體層，該第一導電率型半導體層形成在第一電極上，並具有位於第二凹部內的第三凹部；發光層，該發光層形成在第一導電率型半導體層上，並具有位於第三凹部內的第四凹部；第二導電率型半導體層，該第二導電率型半導體層形成在發光層上，並具有位於第四凹部內的第五凹部；以及第二電極，該第二電極形成在構成第五凹部的底面及側面的第二導電率型半導體層上，其中，絕緣膜的表面和發光層的端面所形成的角度為90°至270°(不包括90°和270°)。
薄膜電晶體也可以包含島狀ZnO膜、以及形成在ZnO膜處並用作所述薄膜電晶體的源極或汲極的雜質區域。在這種情况下，可以使用可撓基底或塑膠基底作為基底。
根據本發明的電子設備包含如上所述的任一半導體裝置或顯示裝置。
根據本發明的半導體裝置的製造方法包括如下步驟：在絕緣膜中形成第一凹部或開口部；藉由在絕緣膜上、第一凹部或開口部的底面及側面形成第一導電膜，形成位於第一凹部內或開口部內的第二凹部；藉由在第一導電膜上形成第一導電率型半導體層，形成位於第二凹部內的第三凹部；藉由在第一導電率型半導體膜上形成發光層，形成位於第三凹部內的第四凹部；藉由在發光層上形成第二導電率型半導體層，形成位於第四凹部內的第五凹部；在第二導電率型半導體層上形成第二導電膜；有選擇地蝕刻並去除第一及第二導電膜、第一導電率型半導體層、第二導電率型半導體層、以及發光層位於絕緣膜上的部分。
根據本發明的其他半導體裝置的製造方法包括如下步驟：在絕緣膜中形成第一凹部或開口部；藉由在絕緣膜上、第一凹部或開口部的底面及側面形成第一導電膜，形成位於第一凹部內或開口部內的第二凹部；藉由在第一導電膜上形成第一導電率型半導體層，形成位於第二凹部內的第三凹部；通過在第一導電率型半導體層上形成發光層，形成位於第三凹部內的第四凹部；藉由在發光層上形成第二導電率型半導體層，形成位於第四凹部內的第五凹部；在第二導電率型半導體層上形成第二導電膜；進行抛光或回蝕刻(etch-back)並去除第一及第二導電膜、第一導電率型半導體層、第二導電率型半導體層、以及發光層位於絕緣膜上的部分。
根據本發明的其他半導體裝置的製造方法包括如下步驟：在基底上形成薄膜電晶體；在薄膜電晶體上形成絕緣膜；在絕緣膜中形成位於薄膜電晶體上的第一凹部；在第一凹部的底面形成位於薄膜電晶體的源極或汲極上的連接孔；通過在絕緣膜上、第一凹部的底面及側面形成通過連接孔電連接於源極或汲極的第一導電膜，形成位於第一凹部內的第二凹部；通過在第一導電膜上形成第一導電率型半導體層，形成位於第二凹部內的第三凹部；通過在第一 導電率型半導體層上形成發光層，形成位於第三凹部內的第四凹部；通過在發光層上形成第二導電率型半導體層，形成位於第四凹部內的第五凹部；在第二導電率型半導體層上形成第二導電膜；有選擇地蝕刻並去除第一及第二導電膜、第一導電率型半導體層、第二導電率型半導體層、以及發光層位於絕緣膜上的部分。
根據本發明的其他半導體裝置的製造方法包括如下步驟：在基底上形成薄膜電晶體；在薄膜電晶體上形成絕緣膜；在絕緣膜中形成位於薄膜電晶體上的第一凹部；在第一凹部的底面形成位於薄膜電晶體的源極或汲極上的連接孔；藉由在絕緣膜上、第一凹部的底面及側面形成通過連接孔電連接於源極或汲極的第一導電膜，形成位於第一凹部內的第二凹部；藉由在第一導電膜上形成第一導電率型半導體層，形成位於第二凹部內的第三凹部；藉由在第一導電率型半導體層上形成發光層，形成位於第三凹部內的第四凹部；藉由在發光層上形成第二導電率型半導體層，形成位於第四凹部內的第五凹部；在第二導電率型半導體層上形成第二導電膜；進行抛光或回蝕刻並去除第一及第二導電膜、第一導電率型半導體層、第二導電率型半導體層、以及發光層位於絕緣層上的部分。
如上所述，根據本發明，可以高效率地從發光元件的頂部射出發光層所發出的光。另外，可以提高向頂部射出的光的每單位面積的强度。另外，可以形成一種顯示裝置，其中螢光膜等對發光元件所發出的紫外光進行吸光，並且所述螢光膜實現R、G、B發光。因此，可以使顯示裝置的發光效率高。另外，與使用了有機EL的顯示裝置相比，可以使顯示裝置的壽命長。
 〔實施方式1〕
以下，參照附圖說明本發明的實施方式。圖1A是用來說明根據本發明的實施方式1的發光元件的結構的截面圖，而圖1B是該發光元件的平面圖。此外，圖1A表示沿圖1B的A－A’切割的截面。在所述發光元件中，在基底10上形成有絕緣膜16。基底10例如是玻璃基底。絕緣膜16例如是氧化矽膜，其厚度例如為0.5μm至1.5μm(包括0.5μm和1.5μm)。在絕緣膜16中形成有開口部16a。開口部16a的底面例如為一邊長2.5μm的正方形。
在位於開口部16a周圍的絕緣膜16上、開口部16a的底面及側面上形成有下部電極17。下部電極17與開口部16a一起形成第一凹部17a。這種結構是通過調整對於開口部16a的形狀的下部電極17的膜厚而獲得的。下部電極17的膜厚例如為100nm至300nm(包括100nm和300nm)(例如200nm)。此外，下部電極17理想地由對發光層19所發出的光的反射率十分高(例如90%或更高)的物質組成。在發光層19發出紫外光的情况下，下部電極17例如由Al組成。
在下部電極17上順序層叠了p型半導體層18、發光層19、以及n型半導體層20。p型半導體層18具有位於第一凹部17a內部的第二凹部18a，發光層19具有位於第二凹部18a內部的第三凹部19a，n型半導體層20具有位於第三凹部19a內部的第四凹部20a。這種結構是通過分別調整p型半導體層18、發光層19、以及n型半導體層20的膜厚而獲得的。p型半導體層18的厚度例如為100nm至500nm(包括100nm和500nm)(例如200nm)，發光層19的厚度例如為500nm至1000nm(包括500nm和1000nm)(例如500nm)，n型半導體層20的厚度例如為100nm至500nm(包括100nm和500nm)(例如200nm)。注意，較佳地將n型半導體層20的膜厚設定為比發光層19的膜厚薄，特別較佳地，將它設定為1/2或更小。若採用這種結構，則如下所述抑制來自發光層19的光因n型半導體層20而被吸收，因此高效率地從發光元件頂部射出光。
p型半導體層18、發光層19、以及n型半導體層20例如為p型ZnO層、沒加入雜質的ZnO層(能帶隙為3.4eV)以及n型ZnO層。p型ZnO是例如加入了磷的ZnO，而n型ZnO層是例如加入了Al或Ga的ZnO。此外，作為發光層19，還可以使用ZnS層(能帶隙為3.68eV)、GaN層(能帶隙為3.36eV)、SiC層(能帶隙為3.0eV)、或Mg1－x Znx O(MgO和ZnO的混晶半導體，能帶隙為3.4eV至7.8eV(包括3.4eV和7.8eV))。在發光層19的能帶隙為3eV或更大的情况下，可以發出紫外光。另外，在發光層19為GaAs(能帶隙為1.42eV)的情况下，可以使用加入了Zn的Al1－x Gax As(能帶隙為1.42eV至2.17eV(包括1.42eV和2.17eV))作為p型半導體層18，該Al1－x Gax As為GaAs和AlAs的混晶。並且，可以使用加入了Si的Al1－x Gax As作為n型半導體層20。在這種結構中，紅外區的光被放射。
另外，若p型半導體層18及n型半導體層20由能帶隙比發光層19高的物質組成，則可以提高發光層19的發光效率。另外，在這種情况下，藉由使發光層19的膜厚减薄(例如10nm或更薄)，可以顯著地提高發光效率，因為可以獲得量子阱結構。在使用ZnO形成發光層19的情况下，若使用加入了Al或Ga的Mg1－x Znx O和加入了磷的Mg1－x Znx O分別作為p型半導體層18及n型半導體層20，則可以使p型半導體層18及n型半導體層20的能帶隙比發光層19高。
此外，也可以在下部電極17上順序層叠了n型半導體層20、發光層19、以及p型半導體層18。在這種情况下，較佳地將p型半導體層18的膜厚設定為比發光層19的膜厚薄(100nm至500nm(包括100nm和500nm))，特別較佳地，將它設定為1/2或更小。
在位於第四凹部20a中及其周圍的n型半導體層20上形成有上部電極21。上部電極21由Al等的金屬組成，與構成第四凹部20a的側面及底面的n型半導體層20的整個面接觸。注意，當沿著垂直於基底10的方向看時，上部電極21需要不與發光層19的沿著大致垂直於基底10的方向延伸的部分重叠。換言之，當沿著垂直於基底10的方向看時，藉由圖案化而形成的上部電極21的端面位於第三凹部19a內側，即可。若採用這種結構，則如下所述高效率地從發光元件的頂部射出發光層19所發出的光。
在使本圖所示的發光元件發光的情况下，例如使上部電極21接地，並將正方向的電位提供到下部電極17。因此，激子在發光層19復合，放射在復合時被釋放的能量作為光。由於上部電極21不與發光層19的沿著圖中的上方向延伸的部分重叠，因此向圖中的上方放射的光透過n型半導體層20，然後，從發光元件的頂部被射出。另外，向圖中的下方放射的光因下部電極17而反射，從發光元件的頂部被射出。此外，如上所述，n型半導體層20的膜厚比發光層19的膜厚薄，因此抑制來自發光層19的光因n型半導體層20而被吸收，從而高效率地向頂部射出光。
此外，在發光層19中的發光區域是被夾在下部電極17和上部電極21之間的區域，就是說，構成第三凹部19a的部分。因此，沿著垂直於基底10的方向獲得發光區域，從而向頂部射出的光的每單位面積的强度提高了。
接著，說明圖1A和1B所示的發光元件的製造方法。首先，在基底10上，通過CVD法形成絕緣膜16。然後，在絕緣膜16上形成抗蝕劑圖形，以該抗蝕劑圖形作為掩模有選擇地蝕刻絕緣膜16。如此，在絕緣膜16中形成開口部16a。然後，去除抗蝕劑圖形。
接著，在絕緣膜16的整個面上及開口部16a的底面及側面，通過濺射法形成下部電極17。例如使用Al靶作為靶材。然後，在下部電極17上，通過濺射法形成p型半導體層18。關於靶材，例如使用包含磷的ZnO靶材。
接著，在p型半導體層18的整個面上，藉由濺射法形成發光層19。例如使用ZnO靶作為靶材，並採用氮氣氛作為氣氛。然後，在發光層19的整個面上，通過濺射法形成n型半導體層20。例如使用包含Ga或Al的ZnO靶作為靶。接著，在n型半導體層20的整個面上，通過濺射法形成上部電極21。例如使用Al靶作為靶材。
此外，p型半導體層18的形成方法也可以是在藉由濺射法形成半導體層之後加入雜質如磷等的方法。另外，n型半導體層20的形成方法也可以是將包含要加入的雜質的晶片(例如Al晶片或Ga晶片)放置在由半導體組成的靶材(例如ZnO靶)上，以對這些同時進行濺射的方法。
接著，在上部電極21上形成抗蝕劑圖形，以該抗蝕劑圖形作為掩模有選擇地蝕刻上部電極21。如此，上部電極21，除了位於第四凹部20a內及其周圍的部分以外，均被去除。然後，去除抗蝕劑圖形。
接著，在上部電極21及n型半導體層20上形成抗蝕劑圖形，以該抗蝕劑圖形作為掩模有選擇地蝕刻n型半導體層20、發光層19、p型半導體層18、以及下部電極17。如此，n型半導體層20、發光層19、p型半導體層18、以及下部電極17，除了位於開口部16a內及其周圍的部分以外，均被去除。然後，去除抗蝕劑圖形。
如上所述，根據本發明的實施方式1，沿著形成在絕緣膜16中的開口部16a的底面及側面形成有構成發光元件的下部電極17、p型半導體層18、發光層19、以及n型半導體層20。另外，上部電極21形成在第四凹部20a內及其周圍，但是，不重叠於發光層19的沿著圖中的上方向延伸的部分。因此，發光層19所發出的光透過n型半導體層20，然後，從發光元件的頂部被射出。
因此，高效率地從發光元件頂部射出發光層19所發出的光。另外，由於使用使發光層19所發出的光反射的物質形成下部電極17，所以更高效率地從發光元件頂部射出發光層19所發出的光。
另外，可以沿著垂直於基底10的方向獲得發光層19中的發光區域。因此，可以提高向頂部射出的光的每單位面積的强度。
另外，當使用可以通過濺射法而形成的物質如p型ZnO層、沒加入雜質的ZnO層、以及n型ZnO層等分別作為p型半導體層18、發光層19、以及n型半導體層20時，可以使用耐熱溫度比玻璃基底低的基底如可撓基底或塑膠基底作為基底10，因為可以降低這些的成膜溫度。
此外，通過使發光層19的折射率比p型半導體層18及n型半導體層20的折射率高，可以實現發光層19的雷射振盪。在這種情况下，可以獲得具有高發光效率的半導體雷射振盪元件。
〔實施方式2〕
圖2是用來說明根據本發明的實施方式2的發光元件的驅動電路結構的電路圖。在本實施方式中，發光元件904具有與實施方式1所說明的發光元件相同的結構，相對電極908相當於圖1A和1B的上部電極21。相當於下部電極17的電極通過驅動用TFT(薄膜電晶體)901電連接於電源線907。驅動用TFT901的閘極電極通過開關用TFT902電連接於信號線906。開關用TFT902的閘極電極電連接於掃描線905。此外，驅動用TFT901的閘極電極通過電容元件903還連接於電源線907。
在這種電路中，當預定的信號輸入到掃描線905時，開關用TFT902導通，並且信號線906和驅動用TFT901的閘極電極連接。在這種狀態下，當預定的信號輸入到信號線906時，驅動用TFT901導通，並且電源線907和發光元件904連接。在這種狀態下，發光元件904發光。此外，由於設置有電容元件903，所以容易保持驅動用TFT901的閘極電極的電位。
發光元件904具有與實施方式1所說明的發光元件相同的結構。因此，在本實施方式中，也可以獲得與實施方式1相同的效果，例如，從發光元件的頂部射出的光的强度高。
〔實施方式3〕
圖3A是用來說明根據實施方式3的發光元件的結構的截面圖，而圖3B是該發光元件的平面圖。此外，圖3A表示沿圖3B的A－A’切割的截面。本實施方式所示的發光元件具有在圖1A和1B所示的發光元件中去除突出為高於絕緣膜16的表面的部分而成的結構。因此，實施方式1所說明的內容，除了從發光層19的端面直接射出所發出的光這一點以外，均可以適用於本實施方式。下面，使用同一標號表示與實施方式1相同的結構，並省略其說明。
以下說明根據本實施方式的發光元件的製造方法。首先，在基底10上形成絕緣膜16及開口部16a，再者，還形成下部電極17、p型半導體層18、發光層19、n型半導體層20、以及上部電極21。這些形成方法與實施方式1相同。
接著，藉由CMP法或回蝕刻去除在下部電極17、p型半導體層18、發光層19、n型半導體層20、以及上部電極21中的位於絕緣膜16上的部分。如此，下部電極17、p型半導體層18、發光層19、n型半導體層20、以及上部電極21的各端面沿著絕緣膜16的表面大致整齊。因此，處於當沿著垂直於絕緣膜16的方向看時可以看到發光層19的端面的狀態，並且，從發光層19發出的光從發光層19的端面直接射出到上方。
此外，在本圖中，絕緣膜16的表面和發光層19的端面所形成的角度為180°。這裏，“絕緣膜16的表面和發光層19的端面所形成的角度”是指如下角度：例如，當考慮到垂直於“絕緣膜16的表面”和“發光層19的端面”的截面，並考慮到在該截面中的因“絕緣膜16的表面”而成的線段和因“發光層19的端面”而成的線段時，所述兩個線段以其一方延長到與另一方交叉的點為頂點而形成的角度。當這種角度為90°至270°(不包括90°和270°)，即，從上方可以視覺確認發光層19的端面的角度時，可以獲得如上所述的效果。
如上所述，根據本實施方式，可以獲得與實施方式1相同的效果。另外，由於從發光層19發出的光從發光層19的端面直接射出到上方，所以發光效率更高了。
此外，絕緣膜16的厚度較佳地比實施方式1厚。藉由採用這種結構，即使位於絕緣膜16上的部分被去除，也可以充分增加上部電極21與n型半導體層20接觸的面積。
另外，在圖2所示的電路中，發光元件904也可以具有與本實施方式所說明的發光元件相同的結構。
〔實施方式4〕
圖4是用來說明根據實施方式4的顯示裝置所具有的像素42的結構的立體示意圖。在根據本實施方式的顯示裝置中，多個像素42配置為矩陣形狀。在像素42中，多個發光元件41配置為矩陣形狀。發光元件41具有與根據在實施方式1至3中的任一實施方式的發光元件相同的結構。因此，實施方式1至3所說明的內容可以適用於本實施方式。
此外，在像素42為一邊長50μm的正方形，發光元件41為一邊長4.5μm的正方形的情况下，在像素42中可以配置有6×6個發光元件41。在這種情况下，發光元件41的配置間隔為3.5μm。在將發光元件41設定為一邊長4.5μm的正方形的情况下，只要將圖1A和1B及圖3A和3B所示的開口部16a設定為一邊長2.5μm的正方形，並將下部電極17、p型半導體層18、發光層19、以及n型半導體層20的厚度分別設定為200nm、200nm、500nm、以及200nm，即可。
根據本實施方式，由於像素42的發光元件41具有與實施方式1至3所示的任一發光元件相同的結構，所以可以獲得高發光效率的顯示裝置。
另外，由於像素42由多個發光元件41組成，所以即使發光元件41的亮度不均勻，也可以抑制像素42的亮度不均勻。此外，發光元件41的亮度不均勻的原因包括發光元件41本身的不均勻性和控制發光元件41的發光的元件(例如TFT)的不均勻性。
〔實施方式5〕
圖5A至5D、圖6、圖7A和7B、以及圖8是用來說明根據本發明的實施方式5的半導體裝置的製造方法的圖。在本製造方法中，實施方式1所說明的發光元件、該發光元件的驅動用TFT(例如圖2所示的驅動用TFT901)及開關用TFT(例如圖2所示的開關用TFT902)形成在同一基底上。因此，實施方式1所說明的內容也可以適用於本實施方式。以下，使用同一標號表示與實施方式1相同的結構，並省略其說明。
首先，如圖5A的截面圖所示，在基底10上通過濺射法形成鎢膜。鎢膜的厚度例如為150nm。接著，在鎢膜上形成抗蝕劑圖形，使用該抗蝕劑圖形有選擇地蝕刻鎢膜。如此，在基底10上可以形成驅動用電晶體的閘極電極11a、以及開關用電晶體的閘極電極11b。然後，去除抗蝕劑圖形。
接著，如圖5B的截面圖所示，在栅電極11a、栅電極11b、以及基底10上通過濺射法或CVD法形成栅極絕緣膜12。栅極絕緣膜12的厚度例如為100nm。在使用柔性基底或塑膠基底作為基底10的情况下，較佳使用濺射法，因為需要使成膜溫度低於基底10的耐熱溫度。注意，在可以使成膜溫度低於基底10的耐熱溫度的情况下，也可以使用CVD法。
接著，如圖5C的截面圖所示，在閘極絕緣膜12上形成抗蝕劑圖形，以該抗蝕劑圖形作為掩模有選擇地蝕刻閘極絕緣膜12。如此，在閘極絕緣膜12中形成位於閘極電極11a上的連接孔30。然後，去除抗蝕劑圖形。
接著，在閘極絕緣膜12上形成半導體膜。該半導體膜的厚度例如為100nm。半導體膜例如為ZnO膜，但是也可以是多晶矽膜或非晶矽膜。在半導體膜為ZnO膜的情况下，通過濺射法形成半導體膜。在這種情况下，可以使用可撓基底或塑膠基底作為基底10，因為成膜溫度低。
接著，在半導體膜上形成抗蝕劑圖形，並有選擇地蝕刻半導體膜。在半導體膜為ZnO膜的情况下，例如藉由使用了氫氟酸的濕蝕刻蝕刻半導體膜。如此，在閘極絕緣膜12上形成成為驅動用電晶體的島狀半導體膜13a、成為開關用電晶體的島狀半導體膜13b、以及島狀半導體膜13c。半導體膜13b通過連接孔30電連接於閘極電極11a。半導體膜13c與閘極電極11a及閘極絕緣膜12一起構成電容元件23。此外，在本圖未圖示的部分，半導體膜13c和半導體膜13a相連。然後，去除抗蝕劑圖形。
接著，如圖5D的截面圖所示，在各半導體膜13a至13c及閘極絕緣膜12上形成第一層間絕緣膜14，該第一層間絕緣膜14是例如通過濺射法而形成的。第一層間絕緣膜14例如為氧化矽膜，其厚度例如為500nm。接著，在第一層間絕緣膜14上形成抗蝕劑圖形，以該抗蝕劑圖形作為掩模有選擇地蝕刻第一層間絕緣膜14。如此，在第一層間絕緣膜14中形成位於半導體膜13b上的連接孔31、以及位於半導體膜13c上的連接孔32(示在圖6中)。然後，去除抗蝕劑圖形。
接著，在第一層間絕緣膜14上藉由濺射法形成導電膜。導電膜例如為Al－Ti合金，在這種情况下，使用Al－Ti合金靶子作為濺射靶。導電膜的厚度例如為200nm。接著，在導電膜上形成抗蝕劑圖形，以該抗蝕劑圖形作為掩模有選擇地蝕刻導電膜。如此，形成信號線15及電源線22(示在圖6中)。信號線15通過連接孔31電連接於半導體膜13b，而電源線22通過連接孔32電連接於半導體膜13a及13c。然後，去除抗蝕劑圖形。
像這樣，形成控制發光元件的開關用TFT及驅動用TFT。這些TFT為底閘極型TFT，但是也可以是頂閘極型TFT。
這裏，利用圖6的平面圖說明開關用TFT24及驅動用TFT25的結構。開關用TFT24由閘極電極11b、閘極絕緣膜12(在本圖中未圖示)、以及半導體膜13b組成。半導體膜13b通過多個連接孔31連接於信號線15，並通過多個連接孔30連接於閘極電極11a。驅動用TFT25由閘極電極11a、閘極絕緣膜12、以及半導體膜13a組成。半導體膜13a和半導體膜13c相連。半導體膜13c通過多個連接孔32電連接於電源線22。像這樣，半導體膜13a通過半導體膜13c電連接於電源線22。此外，互相平行地排著信號線15及電源線22，並且閘極電極11b與信號線15及電源線22正交。
半導體膜13c的一部分通過閘極絕緣膜12重叠於閘極電極11a的一部分，並用作電容元件23。電容元件23用作電連接於電源線22和閘極電極11a的電容器。
接著，如圖7A所示，在信號線15、電源線22(示在圖6中)、以及第一層間絕緣膜14上形成絕緣膜16，該絕緣膜16是例如通過濺射法而形成的。絕緣膜16例如為氧化矽膜，其厚度例如為1000nm至1500nm(包括1000nm和1500nm)。接著，對絕緣膜16形成抗蝕劑圖形(未圖示)，以該抗蝕劑圖形作為掩模蝕刻絕緣膜16。如此，在絕緣膜16中形成位於半導體膜13a上方的凹部16b。凹部16b代替在實施方式1中的開口部16a，其深度例如為600nm至1000nm(包括600nm和1000nm)。然後，去除抗蝕劑圖形。
接著，在凹部16b內及絕緣膜16上形成抗蝕劑圖形，以該抗蝕劑圖形作為掩模蝕刻絕緣膜16及第一層間絕緣膜14。如此，在位於凹部16b的底面的絕緣膜16及第一層間絕緣膜14中形成位於半導體膜13a上的連接孔33。然後，去除抗蝕劑圖形。
接著，如圖7B所示，在凹部16b內形成下部電極17。下部電極17的形成方法與實施方式1相同。此外，當形成下部電極17時，下部電極17的一部分被填在連接孔33中，因此下部電極17通過連接孔33電連接於半導體膜13a。
然後，形成p型半導體層18、發光層19、n型半導體層20、以及上部電極21。這些形成方法與實施方式1相同。
接著，如圖8所示，有選擇地去除p型半導體層18、發光層19、n型半導體層20、以及上部電極21。這些去除方法與實施方式1相同。
如上所述，根據實施方式5，像實施方式1那樣可以提高發光元件的發光效率。另外，由於使用藉由濺射法而形成的ZnO作為構成TFT的半導體膜13a及13b，所以可以减少影響到基底10的熱負荷。因此，可以使用可撓基底或塑膠基底作為基底10。當使用柔性基底作為基底10時，可以實現薄板顯示器。另外，當使用塑膠基底作為基底10時，可以降低半導體裝置的製造成本，並可以减輕半導體裝置的重量，因為塑膠基底比玻璃基底廉價且輕。
另外，使用ZnO分別形成了驅動用TFT25的半導體膜13a以及開關用TFT24的半導體膜13b，並且ZnO的能帶隙為3.4eV，即，能帶隙高。因此，不像Si類(能帶隙為1.1eV)的TFT那樣，即使照射可見光，也不會在驅動用TFT25及開關用TFT24發生起因於載流子的光激發的異常工作。
另外，許多Zn包含在地殼中(70mg/kg)，容易獲得且廉價，因此，通過將ZnO用於TFT及發光元件的雙方，可以降低半導體裝置的材料成本。
此外，當使用具有耐熱性的基底作為基底10時，可以使用多晶矽膜或非晶矽膜作為半導體膜13a及半導體膜13b。另外，也可以使用並五苯及低聚噻吩(oligothiophene)等的有機半導體膜作為半導體膜13a及半導體膜13b。
另外，ZnO的全透過率為90%或更高，即，透過率高，因此使用透明導電體(例如使用ITO、GZO(加入了Ga的ZnO)、或AZO(加入了Al的ZnO))形成閘極電極11a及11b、信號線15及電源線22，可以使半導體裝置透明。在這種情况下，可以實現透明顯示器。
另外，發光元件的結構也可以採用實施方式3所示的結構。
〔實施方式6〕
圖9是用來說明根據實施方式6的顯示裝置的電路結構的電路圖，而圖10是用來說明各像素所具有的螢光膜的顏色排列的平面圖。這種顯示裝置具備配置為矩陣形狀的多個像素。如圖9所示，各像素包含具有與實施方式2相同的結構的電路910，並且，如圖10所示，在電路910內的發光元件904的上方配置有螢光膜912r、912g、以及912b中的任何一個。因此，實施方式2所說明的內容可以適用於本實施方式。各像素的具體結構例如與實施方式5所說明的結構相同。
在本實施方式中，發光元件904發出紫外光，螢光膜對發光元件904所發出的紫外光進行吸光並發出紅色、綠色、或藍色的光。下面，使用同一標號表示與實施方式2相同的結構，省略其說明。另外，根據本實施方式的顯示裝置的結構，除了螢光膜912r、912g、以及912b以外，均例如使用實施方式3所說明的方法而製造。然後，將螢光膜912r、912g、以及912b配置在預定的位置，即可。
此外，螢光膜912r是發出紅色光的膜，可以使用例如Y2 O2 S：Eu3＋ 、La2 O2 S：Eu3＋ 、Li(Eu、Sm)W2 O8 、Ba3 MgSi2 O8 ：Eu2＋ 、或Ba3 MgSi2 O8 ：Mn2＋ 。另外，螢光膜912g是發出綠色光的膜，可以使用ZnS：Cu、ZnS：Al、BaMgAl10 O17 ：Eu2＋ 、BaMgAl10 O17 ：Mn2＋ 、或SrGa2 S4 ：Eu2＋ 。另外，螢光膜912b是發出藍色光的膜，可以使用(Sr,Ca,Ba,Mg)10 (PO4 )6 Cl2 ：Eu2＋ 、或(Ba,Sr)MgAl10 O17 ：Eu2＋ 。
另外，發光元件904具有與例如實施方式1相同的結構，也可以具有與實施方式3相同的結構。另外，紅、藍、綠的排列，即，螢光膜912r、912g、以及912b的排列不局限於如圖10所示的例子，也可以採用其他排列。
根據本實施方式，高效率地從頂部射出發光元件904所發出的光，因此，可以在不增加耗電量的狀態下提高顯示裝置的亮度。另外，在使用ZnO形成發光元件904、開關用TFT902及驅動用TFT901的情况下，可以降低製造時施加到基底的溫度，因此可以使用可撓基底或塑膠基底作為基底。若使用前者，則可以實現薄板顯示器，若使用後者，則可以實現顯示裝置的廉價製造成本。
另外，由於螢光膜912r、912g、以及912b對紫外光進行吸光並發出紅色、綠色、或藍色的光，所以與將彩色濾光片提供在白色發光二極體或白色EL元件等的白色光源上的情况相比，紅色、綠色、以及藍色的發光效率高。另外，使用無機材料而形成的發光元件904是發光源，因此與使用了有機EL的顯示裝置相比，壽命長且可靠性高。
另外，使用了有機EL的顯示裝置需要形成發出各種顏色的光的發光層，但是在本實施方式中，使用一種材料形成發光層。因此，與使用有機EL的情况相比，可以降低製造成本。
另外，藉由像本實施方式那樣在各像素中設置TFT，可以實現低電壓驅動，因此有利於像素密度提高了的情况。
此外，在本實施方式中，雖然說明了在各像素中設置了TFT的主動矩陣型顯示裝置，但是也可以採用被動矩陣型顯示裝置。由於被動矩陣型顯示裝置在各像素中不設置有TFT，所以可以實現高開口率。當採用被發出的光射出到發光叠層體兩側的顯示裝置時，若採用被動矩陣型顯示裝置，則透過率提高了。
〔實施方式7〕
圖11A是根據實施方式7的面板的俯視圖，而圖11B是沿圖11A的A－A’切割的截面圖。在這種面板的中央具備多個像素配置為矩陣形狀的像素部4002。像素部4002所具備的各像素的結構與例如實施方式6所具有的顯示裝置的像素相同，各像素所具備的發光元件4011的結構與例如實施方式1或3所示的發光元件相同。另外，如實施方式4所示，各像素也可以具有多個發光元件4011。此外，驅動像素的電路的結構與實施方式2所示的電路相同。
發光元件4011被層間絕緣膜4007覆蓋。在層間絕緣膜4007上形成有透明電極4006。透明電極4006通過形成在層間絕緣膜4007中的連接孔電連接於發光元件4011的上部電極。另外，在透明電極4006上配置有螢光膜4012。在螢光膜4012上配置有相對基底4013。
此外，可以使用氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜作為層間絕緣膜4007。另外，可以使用玻璃基底作為相對基底4013。另外，作為透明電極4006，可以使用ITO(Indium Tin Oxide；銦錫氧化物)、ITSO(包含氧化矽的銦錫合金)、IZO(氧化銦氧化鋅：Indium Zinc Oxide)、GZO(加入了Ga的ZnO)、或AZO(加入了Al的ZnO)。
另外，在基底4001設置有像素部4002、位於像素部4002的周圍的信號線驅動電路4003及掃描線驅動電路4004。像素部4002、信號線驅動電路4003、以及掃描線驅動電路4004分別具有多個TFT。圖11B示出了像素部4002所具備的TFT4010和信號線驅動電路4003所具備的TFT4008。此外，在本圖中示出了頂閘極型TFT，但是也可以採用底閘極型TFT(示例在實施方式5中)。此外，TFT4010的源極或汲極電連接於發光元件4011的下部電極。
另外，在面板中設置有引導布線4014。引導布線4014是用於將信號或電源電壓提供給信號線驅動電路4003及掃描線驅動電路4004的布線。引導布線4014通過引導布線4015a及4015b連接於位於基底4001邊緣部分的連接端子4016。連接端子4016藉由各向異性導電膜4019電連接於FPC(可撓印刷電路)4018所具備的端子。
根據本實施方式，可以獲得與實施方式6相同的效果，例如高發光效率。
此外，信號線驅動電路4003也可以不形成在基底4001上。在這種情况下的結構(模組)如下：具有開關功能的TFT形成在基底4001上，並且與所述TFT連接的IC通過FPC等安裝到面板。此外，所述IC具有將視頻信號輸入到TFT並控制TFT的功能。
〔實施方式8〕
圖12A至12E及圖13分別是用來說明根據實施方式8的面板或模組的電路結構的電路圖。這些圖表示實施方式7所示的面板或模組的電路結構的變形例子。發光元件1405相當於實施方式7所示的發光元件4011。另外，開關用TFT1401、驅動用TFT1404、以及電容元件1402分別相當於實施方式2所示的開關用TFT902、驅動用TFT901、以及電容元件903。因此，實施方式2所說明的內容也可以適用於本實施方式。
開關用TFT1401是控制對像素的視頻信號輸入的TFT，當開關用TFT1401導通時，視頻信號輸入到像素內。然後，被輸入了的視頻信號的電壓被電容元件1402保持。此外，當為了保持視頻信號的電壓，只有閘極電容等就十分足够時，也可以不設置電容元件1402。
在圖12A所示的電路中，信號線1410、以及電源線1411及1412沿著列方向延伸，而掃描線1414沿著行方向延伸。另外，在驅動用TFT1404和發光元件1405之間串聯連接有電流控制用TFT1403。電流控制用TFT1403的閘電極電連接於電源線1412。
圖12B所示的電路，除了電源線1412沿著行方向延伸這一點以外，具有與圖12A所示的電路相同的結構。換言之，圖12B是圖12A的等效電路圖。但是，在電源線1412沿著列方向延伸的情况(圖12A的情况)下和在電源線1412沿著行方向延伸的情况(圖12B的情况)下，以互不相同的層設置電源線1412。這裏，分別舉出圖12A和圖12B，以表示以互不相同的層設置電源線1412的情况。
圖12A和12B所示的電路的特徵是在像素中串聯連接有驅動用TFT1404和電流控制用TFT1403。電流控制用TFT1403在飽和區工作，並具有控制流到發光元件1405的電流值的功能。電流控制用TFT1403的通道長度(L1)：通道寬度(W1)的比率(L1/W1)較佳地為驅動用TFT1404的通道長度(L2)：通道寬度(W2)的比率(L2/W2)的5000倍至6000倍(包括5000倍和6000倍)。
從製程觀點來看，這兩個TFT1403及1404較佳地具有同一導電率型(例如n溝道型TFT)。另外，關於驅動用TFT1404，不僅是增强(enhanced)型TFT，也可以適當地使用耗盡(depletion)型TFT。這是因為如下緣故：由於電流控制用TFT1403在飽和區工作，所以驅動用TFT1404的Vgs的微小變化不影響到流到發光元件1405的電流值。換言之，發光元件1405的電流值取决於在飽和區工作的電流控制用TFT1403。藉由採用這種結構，可以抑制由TFT的特性不均勻引起的發光特性不均勻。此外，藉由如實施方式4所示使用多個發光元件形成各像素，可以更好地抑制在像素之間的發光不均勻，因此可以使面板的圖像質量和可靠性更高。
圖12C所示的電路，除了加上了TFT1406及掃描線1415這一點之外，均具有與圖12A所示的電路相同的結構。另外，圖12D所示的電路，除了加上了TFT1406及掃描線1415這一點之外，均具有與圖12B所示的電路相同的結構。掃描線1415沿著行方向延伸。
TFT1406設置為與電容元件1402並聯的形式。另外，TFT1406的閘極電極電連接於掃描線1415，由掃描線1415控制導通或截止。當TFT1406導通時，被電容元件1402保持了的電荷放電，並且驅動用TFT1404截止。換言之，藉由設置TFT1406，可以迫使形成電流不流到發光元件1405的狀態。因此，TFT1406可以被稱為抹拭TFT。
在像這樣圖12C和12D所示的電路中，可以在寫入期間開始的同時或剛開始之後開始點亮期間，而不等待信號寫入到所有像素，因此可以提高工作比。
圖12E所示的電路，除了不設置有電源線1412及電流控制用TFT1403這一點之外，均具有與圖12C及12D所示的電路相同的結構。藉由採用這種結構，也可以像圖12C及12D所示的電路那樣提高工作比。
圖13所示的電路在像素部1500中設置有開關用TFT1401、電容元件1402、驅動用TFT1404、以及發光元件1405。二極體1561及1562連接於信號線1410。二極體1561及1562是例如以與開關用TFT1401及驅動用TFT1404相同的製程而形成的，具備閘極電極、半導體層、源極電極及汲極電極等。關於二極體1561及1562，閘極電極和汲極電極或源極電極互相電連接而用作二極體。
二極體1561的閘極電極、在汲極電極和源極電極中的一方電連接於公共電位線1554，而在汲極電極和源極電極中的另一方連接於信號線1410。二極體1562的閘極電極、在汲極電極和源極電極中的一方電連接於信號線1410，而在汲極電極和源極電極中的另一方連接於公共電位線1555。以與閘極電極相同的層配置公共電位線1554及1555，並以與閘極電極相同的製程形成公共電位線1554及1555。因此，需要在閘極絕緣膜中形成連接孔，以連接二極體1561及1562的源極電極或汲極電極和公共電位線。
另外，在掃描線1414也形成有二極體及公共電位線，其結構與二極體1561及1562、公共電位線1554及1555相同。
根據圖13所示的電路，可以與各TFT相同的製程形成保護二極體。此外，形成保護二極體的位置不局限於此，也可以形成在驅動電路和像素之間。
〔實施方式9〕
參照圖14A至14E及圖15說明根據實施方式9的電子設備。該電子設備具備實施方式6至8中的任一實施方式所說明的顯示裝置或面板。作為這種電子設備，可以舉出攝像機、數位相機、護目鏡型顯示器(頭部安裝型顯示器)、導航系統、聲音再現裝置(汽車音響元件等)、電腦、遊戲機、携帶型資訊終端(移動電腦、手機、携帶型游戲機或電子書籍等)、以及配備記錄媒體的圖像播放設備(具體地說，是播放數位多樣式光碟(DVD)等的記錄媒體並具有可以顯示其圖像的顯示器的裝置)等。圖14A至14E及圖15示出這些電子設備的具體實施例。
圖14A為電視接收機或個人電腦的監視器。其包括外殼3001、顯示部3003、揚聲器部3004等。主動矩陣型顯示裝置設置在顯示部3003中。將實施方式6至8所說明的顯示裝置或面板用於顯示裝置。顯示裝置或面板所具備的發光元件通過螢光膜發出R(紅)、G(綠)、或B(藍)的顏色，因此，與使用彩色濾光片的情况相比，發光效率高。另外，由於將無機半導體用於發光元件，所以與使用了有機EL的情况相比，壽命長。此外，若像實施方式4那樣採用每個像素具備多個發光元件的結構，則在像素之間的發光不均勻被抑制，因此顯示不均勻性降低了，並可以獲得高圖像質量且高可靠性的電視機或監視器。
圖14B為手機，包括主體3101、外殼3102、顯示部3103、聲音輸入部3104、聲音輸出部3105、操作鍵3106、天線3108等。主動矩陣型顯示裝置設置在顯示部3103中。將實施方式6至8所說明的顯示裝置或面板用於所述顯示裝置。顯示裝置或面板所具備的發光元件通過螢光膜發出R、G、或B的顏色，因此，與使用彩色濾光片的情况相比，發光效率高。另外，由於將無機半導體用於發光元件，所以與使用了有機EL的情况相比，壽命長。此外，若像實施方式4那樣採用每個像素具備多個發光元件的結構，則在像素之間的發光不均勻被抑制，因此顯示不均勻性降低了，並可以獲得高圖像質量且高可靠性的手機。
圖14C為電腦，鍵盤3204、外部連介面3205、以及指示滑鼠3206等設置在主體3201。另外，具備顯示部3203的外殼3202被裝到主體3201。主動矩陣型顯示裝置設置在顯示部3203中。將實施方式6至8所說明的顯示裝置或面板用於所述顯示裝置。顯示裝置或面板所具備的發光元件藉由螢光膜發出R、G、或B的顏色，因此，與使用彩色濾光片的情况相比，發光效率高。另外，由於將無機半導體用於發光元件，所以與使用了有機EL的情况相比，壽命長。此外，若像實施方式4那樣採用每個像素具備多個發光元件的結構，則在像素之間的發光不均勻被抑制，因此顯示不均勻性降低了，並可以獲得高圖像質量且高可靠性的手機。
圖14C為電腦，鍵盤3204、外部連介面3205、以及指示滑鼠3206等設置在主體3201。另外，具備顯示部3203的外殼3202被裝到主體3201。主動矩陣型顯示裝置設置在顯示部3203中。將實施方式6至8所說明的顯示裝置或面板用於所述顯示裝置。顯示裝置或面板所具備的發光元件藉由螢光膜發出R、G、或B的顏色，因此，與使用彩色濾光片的情况相比，發光效率高。另外，由於將無機半導體用於發光元件，所以與使用了有機EL的情况相比，壽命長。此外，若像實施方式4那樣採用每個像素具備多個發光元件的結構，則在像素之間的發光不均勻被抑制，因此顯示不均勻性降低了，並可以獲得高圖像質量且高可靠性的電腦。
圖14D為移動電腦，包括主體3301、顯示部3302、開關3303、操作鍵3304、紅外線埠3305等。主動矩陣型顯示裝置設置在顯示部3302中。將實施方式6至8所說明的顯示裝置或面板用於所述顯示裝置。顯示裝置或面板所具備的發光元件藉由螢光膜發出R、G、或B的顏色，因此，與使用彩色濾光片的情况相比，發光效率高。另外，由於將無機半導體用於發光元件，所以與使用了有機EL的情况相比，壽命長。此外，若像實施方式4那樣採用每個像素具備多個發光元件的結構，則在像素之間的發光不均勻被抑制，因此顯示不均勻性降低了，並可以獲得高圖像質量且高可靠性的移動電腦。
圖14E為携帶型游戲機，包括外殼3401、顯示部3402、揚聲器部3403、操作鍵3404、記錄媒體插入部3405等。主動矩陣型顯示裝置設置在顯示部3402中。將實施方式6至8所說明的顯示裝置或面板用於所述顯示裝置。顯示裝置或面板所具備的發光元件藉由螢光膜發出R、G、或B的顏色，因此，與使用彩色濾光片的情况相比，發光效率高。另外，由於將無機半導體用於發光元件，所以與使用了有機EL的情况相比，壽命長。此外，若像實施方式4那樣采用每個像素具備多個發光元件的結構，則在像素之間的發光不均勻被抑制，因此顯示不均勻性降低了，並可以獲得高圖像質量且高可靠性的携帶型游戲機。
圖15為紙顯示器，包括主體3110、像素部3111、驅動器IC3112、接收裝置3113、膜電池3114等。在接收裝置3113中，可以接收來自圖14B所示的手機所具備的紅外線通信埠(未圖示)的信號。主動矩陣型顯示裝置設置在像素部3111中。將實施方式6至8所說明的顯示裝置或面板用於所述顯示裝置。顯示裝置或面板所具備的發光元件通過螢光膜發出R、G、或B的顏色，因此，與使用彩色濾光片的情况相比，發光效率高。另外，由於將無機半導體用於發光元件，所以與使用了有機EL的情况相比，壽命長。此外，若像實施方式4那樣採用每個像素具備多個發光元件的結構，則在像素之間的發光不均勻被抑制，因此顯示不均勻性降低了，並可以獲得高圖像質量且高可靠性的紙顯示器。
如上所述，本發明的適用範圍極寬，可以用於所有領域的電子設備。
此外，本發明不局限於上述實施方式，可以在不脫離本發明的宗旨的條件下變換為各種各樣的方式來實施。
本說明書根據2005年12月20日向日本專利局申請的日本專利申請序號2005－366023而製作，其整體內容於此一併列入參考。
10‧‧‧基底
11a‧‧‧閘極電極
11b‧‧‧閘極電極
12‧‧‧閘極絕緣膜
13a‧‧‧島狀半導體膜
13b‧‧‧島狀半導體膜
13c‧‧‧島狀半導體膜
14‧‧‧第一層間絕緣膜
15‧‧‧信號線
16‧‧‧絕緣膜
16a‧‧‧開口部
16b‧‧‧凹部
17‧‧‧下部電極
17a‧‧‧第一凹部
18‧‧‧P型半導體層
18a‧‧‧第二凹部
19．．．發光層
19a．．．第三凹部
20n．．．型半導體層
20a．．．第四凹部
21．．．上部電極
22．．．電源線
23．．．電容元件
24．．．開關用TFT
25．．．驅動用TFT
30．．．連接孔
31．．．連接孔
32．．．連接孔
33．．．連接孔
41．．．發光元件
42．．．像素
901．．．驅動用TFT
902．．．開關用TFT
903．．．電容元件
904．．．發光元件
905．．．掃描線
906．．．信號線
907．．．電源線
908．．．相對電極
910．．．電路
912r．．．螢光膜
912b．．．螢光膜
912g．．．螢光膜
1000．．．絕緣膜
1002．．．下部電極
1004．．．半導體層
1006．．．發光層
1008．．．半導體層
1010．．．上部電極
1401．．．開關用TFT
1402．．．電容元件
1403．．．電流控制用TFT
1404．．．驅動用TFT
1405．．．發光元件
1410．．．信號線
1411．．．電源線
1412．．．電源線
1414．．．掃描線
1415．．．掃描線
1500．．．像素部
1554．．．公共電位線
1555．．．公共電位線
1561．．．二極體
1562．．．二極體
3001．．．外殼
3003．．．顯示部
3004．．．揚聲器部
3101．．．主體
3102．．．外殼
3103．．．顯示部
3104．．．聲音輸入部
3105．．．聲音輸出部
3106．．．操作鍵
3108．．．天線
3110．．．主體
3111．．．像素部
3112．．．驅動器IC
3113．．．接收裝置
3114．．．膜電池
3201．．．主體
3202．．．外殼
3203．．．顯示部
3204．．．鍵盤3
3205．．．外部連介面
3206．．．指示滑鼠
3301．．．主體
3302．．．顯示部
3303．．．開關
3304．．．操作鍵
3305．．．紅外線埠
3401．．．外殼
3402．．．顯示部
3403．．．揚聲器部
3404．．．操作鍵
3405．．．記錄媒體插入部
4001．．．基底
4002．．．像素
4003．．．信號線驅動電路
4004．．．掃描線驅動電路
4006．．．透明電極
4007．．．層間絕緣膜
4008．．．TFT
4010．．．TFT
4011．．．發光元件
4012．．．螢光膜
4013．．．相對基底
4014．．．引導布線
4015a．．．引導布線
4015b．．．引導布線
4016．．．連接端子
4018．．．可撓印刷電路
4019．．．各向異性導電膜
圖1A及圖1B顯示根據實施方式1的發光元件的結構，圖1A為截面圖，而圖1B是平面圖；圖2是用來說明根據實施方式2的發光元件的驅動電路結構的電路圖；圖3A是用來說明根據實施方式3的發光元件的結構的截面圖，而圖3B是平面圖；圖4是用來說明根據實施方式4的顯示裝置的像素42的結構的立體視圖；圖5A至5D是用來說明根據實施方式5的半導體裝置的製造方法的圖；圖6是用來說明根據實施方式5的半導體裝置的製造方法的圖；圖7A和7B是用來說明根據實施方式5的半導體裝置的製造方法的圖；圖8是用來說明根據實施方式5的半導體裝置的製造方法的圖；圖9是用來說明根據實施方式6的顯示裝置的電路結構的電路圖；圖10是用來說明各像素所的螢光膜的顏色排列的平面圖；圖11A是根據實施方式7的面板的俯視圖，而圖11B是沿圖11A的A－A’切割的截面圖；圖12A至12E是用來說明根據實施方式8的面板或模組的電路結構的電路圖；圖13是用來說明根據實施方式8的面板或模組的電路結構的電路圖；圖14A至14E是用來說明根據實施方式9的電子設備的結構的立體圖；圖15是用來說明根據實施方式9的電子設備的結構的立體圖；圖16是用來說明傳統的發光元件的結構的截面圖。
10．．．基底
16．．．絕緣膜
16a．．．開口部
17．．．下部電極
18．．．P型半導體層
18a．．．第一凹部
19．．．發光層
19a．．．第三凹部
20．．．n型半導體層
20a．．．第四凹部
21．．．上部電極

Claims (38)

  1. 一種半導體裝置，包括：形成在絕緣膜中的第一凹部或開口部；第一電極，該第一電極係形成在位於所述第一凹部或開口部周圍的所述絕緣膜之上、所述第一凹部或開口部的底面及側面，並具有位於所述第一凹部內或開口部內的第二凹部；第一導電率型半導體層，該第一導電率型半導體層係形成在所述第一電極之上，並具有位於所述第二凹部內的第三凹部；發光層，該發光層形成在所述第一導電率型半導體層之上，並具有位於所述第三凹部內的第四凹部；第二導電率型半導體層，該第二導電率型半導體層係形成在所述發光層之上，並具有位於所述第四凹部內的第五凹部；以及第二電極，該第二電極係形成在具有所述第五凹部的底面及側面的所述第二導電率型半導體層之上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中，所述第二導電率型半導體層的能帶隙大於所述發光層的能帶隙，及其中，所述發光層的厚度薄於所述第二導電率型半導體層的厚度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中，所述發光層包含具有能帶隙為3eV或更大的材料。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的半導體裝置，其中，所述發光層所包含的材料為ZnO、ZnS、GaN、SiC、或Mg1-x Znx O。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的半導體裝置，其中，所述發光層的厚度為10nm或更薄。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的半導體裝置，其中，所述發光層所包含的材料為ZnO，並且所述第一導電率型半導體層中所包含的材料、以及所述第二導電率型半導體層中所包含的材料為已加入了雜質的Mg1-x Znx O。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中，所述第一導電率型半導體層中所包含的材料、以及所述第二導電率型半導體層中所包含的材料分別具有比所述發光層中所包含的材料大的能帶隙。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中，所述第一電極對自所述發光層所發出的光具有90%或更高的反射率。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中，所述第二電極的邊緣側係位於所述第三凹部內。
  10. 一種半導體裝置，包括： 形成在絕緣膜中的第一凹部或開口部；第一電極，該第一電極係形成在所述第一凹部或開口部的底面及側面，並具有位於所述第一凹部或開口部內的第二凹部；第一導電率型半導體層，該第一導電率型半導體層係形成在所述第一電極之上，並具有位於所述第二凹部內的第三凹部；發光層，該發光層係形成在所述第一導電率型半導體層之上，並具有位於所述第三凹部內的第四凹部；第二導電率型半導體層，該第二導電率型半導體層係形成在所述發光層之上，並具有位於所述第四凹部內的第五凹部；以及第二電極，該第二電極係形成在具有所述第五凹部的底面及側面的所述第二導電率型半導體層之上，其中，所述發光層的端面相對於所述絕緣膜的表面的角度為大於90°且小於270°。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的半導體裝置，其中，所述發光層包含具有能帶隙為3eV或更大的材料。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的半導體裝置，其中，所述發光層所包含的材料為ZnO、ZnS、GaN、SiC、或Mg1-x Znx O。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的半導體裝置，其中，所述發光層的厚度為10nm或更薄。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的半導體裝置，其中，所述發光層所包含的材料為ZnO，並且所述第一導電率型半導體層中所包含的材料、以及所述第二導電率型半導體層中所包含的材料為已加入了雜質的Mg1-x Znx O。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的半導體裝置，其中，所述第一導電率型半導體層中所包含的材料、以及所述第二導電率型半導體層中所包含的材料分別具有比所述發光層中所包含的材料大的能帶隙。
  16. 如申請專利範圍第10項所述的半導體裝置，其中，所述第一電極對自所述發光層所發出的光具有90%或更高的反射率。
  17. 如申請專利範圍第10項所述的半導體裝置，其中，所述第二電極的邊緣側係位於所述第三凹部內。
  18. 一種半導體裝置，包括：形成在基底之上的薄膜電晶體；位於所述薄膜電晶體之上的絕緣膜；以及形成在所述絕緣膜之上並且發光係由所述薄膜電晶體所控制的發光元件，其中，所述發光元件包括：形成在所述絕緣膜中的第一凹部或開口部；第一電極，該第一電極係形成在位於所述第一凹部或開口部周圍的所述絕緣膜之上、所述第一凹部或開口部的 底面及側面，並具有位於所述第一凹部內或開口部內的第二凹部；第一導電率型半導體層，該第一導電率型半導體層係形成在所述第一電極之上，並具有位於所述第二凹部內的第三凹部；發光層，該發光層係形成在所述第一導電率型半導體層之上，並具有位於所述第三凹部內的第四凹部；第二導電率型半導體層，該第二導電率型半導體層係形成在所述發光層之上，並具有位於所述第四凹部內的第五凹部；以及第二電極，該第二電極係形成在具有所述第五凹部的底面及側面的所述第二導電率型半導體層之上。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的半導體裝置，其中，所述薄膜電晶體包括島狀ZnO膜、以及形成在所述ZnO膜中並用作所述薄膜電晶體的源極或汲極的雜質區域。
  20. 如申請專利範圍第18項所述的半導體裝置，其中，所述基底為可撓基底或塑膠基底。
  21. 如申請專利範圍第18項所述的半導體裝置，其中，所述第二電極的邊緣側係位於所述第三凹部內。
  22. 一種顯示裝置，包括：形成在基底之上的薄膜電晶體；位於所述薄膜電晶體之上的絕緣膜； 形成在所述絕緣膜之上並發出紫外光的發光元件，其中發光係由所述薄膜電晶體來予以控制；以及螢光體，該螢光體係位於所述發光元件之上，且藉由吸收自所述發光元件所發出的紫外光而發出可見光，其中，所述發光元件包括：形成在所述絕緣膜中的第一凹部或開口部；第一電極，該第一電極係形成在位於所述第一凹部或開口部周圍的所述絕緣膜之上、所述第一凹部或開口部的底面及側面，並具有位於所述第一凹部內或開口部內的第二凹部；第一導電率型半導體層，該第一導電率型半導體層係形成在所述第一電極之上，並具有位於所述第二凹部內的第三凹部；發光層，該發光層係形成在所述第一導電率型半導體層之上，並具有位於所述第三凹部內的第四凹部；第二導電率型半導體層，該第二導電率型半導體層係形成在所述發光層之上，並具有位於所述第四凹部內的第五凹部；以及第二電極，該第二電極係形成在具有所述第五凹部的底面及側面的所述第二導電率型半導體層之上。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的顯示裝置，其中，所述薄膜電晶體包括島狀ZnO膜、以及形成在所述ZnO膜中並用作所述薄膜電晶體的源極或汲極的雜質區域。
  24. 如申請專利範圍第22項所述的顯示裝置，其中，所述基底為可撓基底或塑膠基底。
  25. 如申請專利範圍第22項所述的顯示裝置，其中，所述第二電極的邊緣側係位於所述第三凹部內。
  26. 一種顯示裝置，包括：形成在基底之上的薄膜電晶體；位於所述薄膜電晶體之上的絕緣膜；形成在所述絕緣膜之上並發出紫外光的發光元件，其中發光係由所述薄膜電晶體來予以控制；以及螢光體，該螢光體係位於所述發光元件之上，且藉由吸收自所述發光元件所發出的紫外光而發出可見光，其中，所述發光元件包括：形成在所述絕緣膜中的第一凹部或開口部；第一電極，該第一電極係形成在所述第一凹部或開口部的底面及側面，並具有位於所述第一凹部內或開口部內的第二凹部；第一導電率型半導體層，該第一導電率型半導體層係形成在所述第一電極之上，並具有位於所述第二凹部內的第三凹部；發光層，該發光層係形成在所述第一導電率型半導體層之上，並具有位於所述第三凹部內的第四凹部；第二導電率型半導體層，該第二導電率型半導體層係形成在所述發光層之上，並具有位於所述第四凹部內的第 五凹部；以及第二電極，該第二電極係形成在具有所述第五凹部的底面及側面的所述第二導電率型半導體層之上，其中，所述發光層的端面相對於所述絕緣膜的表面的角度為大於90°且小於270°。
  27. 如申請專利範圍第26項所述的顯示裝置，其中，所述薄膜電晶體包括島狀ZnO膜、以及形成在所述ZnO膜中並用作所述薄膜電晶體的源極或汲極的雜質區域。
  28. 如申請專利範圍第26項所述的顯示裝置，其中，所述基底為可撓基底或塑膠基底。
  29. 如申請專利範圍第26項所述的顯示裝置，其中，所述第二電極的邊緣側係位於所述第三凹部內。
  30. 一種電子設備，設有如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置。
  31. 一種電子設備，設有如申請專利範圍第10項所述的半導體裝置。
  32. 一種電子設備，設有如申請專利範圍第18項所述的半導體裝置。
  33. 一種電子設備，設有如申請專利範圍第22項所述的顯示裝置。
  34. 一種電子設備，設有如申請專利範圍第26項所述的顯示裝置。
  35. 一種半導體裝置的製造方法，包括下述步驟：在絕緣膜中形成第一凹部或開口部；在所述絕緣膜之上、所述第一凹部或開口部的底面及側面形成第一導電膜，以形成位於所述第一凹部內或開口部內的第二凹部；在所述第一導電膜之上形成第一導電率型半導體層，以形成位於所述第二凹部內的第三凹部；在所述第一導電率型半導體膜之上形成發光層，以形成位於所述第三凹部內的第四凹部；在所述發光層之上形成第二導電率型半導體層，以形成位於所述第四凹部內的第五凹部；在所述第二導電率型半導體層之上形成第二導電膜；有選擇地蝕刻以去除所述第一及第二導電膜、所述第一導電率型半導體層、所述第二導電率型半導體層、以及所述發光層位於所述絕緣膜之上的部分。
  36. 一種半導體裝置的製造方法，包括下述步驟：在絕緣膜中形成第一凹部或開口部；在所述絕緣膜之上、所述第一凹部或開口部的底面及側面形成第一導電膜，以形成位於所述第一凹部內或開口部內的第二凹部；在所述第一導電膜之上形成第一導電率型半導體層，以形成位於所述第二凹部內的第三凹部；在所述第一導電率型半導體膜之上形成發光層，以形成位於所述第三凹部內的第四凹部； 在所述發光層之上形成第二導電率型半導體層，以形成位於所述第四凹部內的第五凹部；在所述第二導電率型半導體層之上形成第二導電膜；進行抛光或回蝕刻，以去除所述第一及第二導電膜、所述第一導電率型半導體層、所述第二導電率型半導體層、以及所述發光層位於所述絕緣膜之上的部分。
  37. 一種半導體裝置的製造方法，包括下述步驟：在基底之上形成薄膜電晶體；在所述薄膜電晶體之上形成絕緣膜；在所述絕緣膜中且在所述薄膜電晶體之上形成第一凹部；在所述第一凹部的底面且在所述薄膜電晶體的源極或汲極之上形成連接孔；在所述絕緣膜之上、所述第一凹部的底面及側面形成通過所述連接孔電連接於所述源極或汲極的第一導電膜，以形成位於所述第一凹部內的第二凹部；在所述第一導電膜之上形成第一導電率型半導體層，以形成位於所述第二凹部內的第三凹部；在所述第一導電率型半導體層之上形成發光層，以形成位於所述第三凹部內的第四凹部；在所述發光層之上形成第二導電率型半導體層，以形成位於所述第四凹部內的第五凹部；在所述第二導電率型半導體層之上形成第二導電膜；有選擇地蝕刻以去除所述第一及第二導電膜、所述第 一導電率型半導體層、所述第二導電率型半導體層、以及所述發光層位於所述絕緣膜之上的部分。
  38. 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：在基底之上形成薄膜電晶體；在所述薄膜電晶體之上形成絕緣膜；在所述絕緣膜中且在所述薄膜電晶體之上形成第一凹部；在所述第一凹部的底面且在所述薄膜電晶體的源極或汲極之上形成連接孔；在所述絕緣膜之上、所述第一凹部的底面及側面形成通過所述連接孔電連接於所述源極或汲極的第一導電膜，以形成位於所述第一凹部內的第二凹部；在所述第一導電膜之上形成第一導電率型半導體層，以形成位於所述第二凹部內的第三凹部；在所述第一導電率型半導體層之上形成發光層，以形成位於所述第三凹部內的第四凹部；在所述發光層之上形成第二導電率型半導體層，以形成位於所述第四凹部內的第五凹部；在所述第二導電率型半導體層之上形成第二導電膜；進行抛光或回蝕刻以去除所述第一及第二導電膜、所述第一導電率型半導體層、所述第二導電率型半導體層、以及所述發光層位於所述絕緣膜之上的部分。
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