TWI463716B - Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method and display device - Google Patents

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TWI463716B
TWI463716B TW097110757A TW97110757A TWI463716B TW I463716 B TWI463716 B TW I463716B TW 097110757 A TW097110757 A TW 097110757A TW 97110757 A TW97110757 A TW 97110757A TW I463716 B TWI463716 B TW I463716B
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Koki Yano
Hajime Nakanotani
Chihaya Adachi
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Idemitsu Kosan Co
Univ Kyushu
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Description

半導體裝置、半導體裝置之製造方法及顯示裝置 發明領域
本發明係有關一種使用有機物而可發光之半導體裝置、半導體裝置之製造方法、及使用該半導體裝置之顯示裝置。
 發明背景
近年來，使用有機物之有機半導體作為使用於半導體之材料已備受矚目。
一般而言，有機半導體層所使用之有機物可藉旋塗法、真空蒸鍍法等簡便之成膜法而輕易形成薄膜，甚且，與使用非晶質或多晶體之矽之習知之半導體裝置相比，具有製程溫度較低之優點。降低製程溫度，即可預期在耐熱性不佳之塑膠基板上進行成膜之可能性，並可實現顯示器之輕量化及成本之降低，進而發揮塑膠基板之撓性而使用途多樣化等諸多效果。
迄今，作為有機半導體之使用有機物之半導體裝置已有諸如專利文獻1所揭露之技術。
該專利文獻1所揭露之半導體裝置係使用作為有機電致發光元件(有機EL元件)之技術，其包含有由有機半導體層所構成之發光部、用以對該發光部注入電子之電子注入電極、用以對有機半導體層注入電洞之電洞注入電極。
其次，其可於發光部，藉來自電子注入電極之電子及 來自電洞注入電極之電洞之再結合而發光。
又，專利文獻2則揭露了就顯示裝置、映像裝置使用之組合具有n型特性之有機半導體層與具有p型特性之有機半導體層而成，且包含具有雙極性特性之發光部之半導體裝置之技術。
專利文獻3則揭露了包含碳奈米管或氮化硼奈米管所構成之具有雙極性特性之發光部之半導體裝置之技術。
上述半導體裝置則具有作為異於液晶元件之自發光元件而不具視角依頼性等優點。
又，半導體裝置為控制發光部之發光亮度，係藉電晶體等控制流過發光部之直流電流。
又，專利文獻2及3中，由於半導體裝置內將電晶體與發光部分別設置，將使製造步驟複雜化，且開口率亦將降低，故已揭露使發光部本身具有電晶體功能之所謂有機發光電晶體之技術。
專利文獻1：特開平5-315078號公報
專利文獻2：特開2005-209455號公報
專利文獻3：特表2006-501654號公報
另，為提昇上述半導體裝置之發光部之發光功能效率，並獲得良好之電晶體功能，須適當設定對發光部注入之載子(電洞及電子)之平衡。
然而，上述半導體裝置中，就發光部僅使用有機物，故難以適當設定所注入之雙方載子之平衡，而使成品率降低。因此，而有製造效率不佳之問題。
本發明即有鑑於上述問題而設計，其目的在提供一種可使用有機物作為有機半導體層而有助於降低製造成本，且可輕易地適當設定所注入之載子之平衡而提昇製造效率之半導體裝置、半導體裝置之製造方法及使用該半導體裝置之顯示裝置。
為達成上述目的，本發明之半導體裝置包含有機半導體層及氧化物半導體層，並可發光。
又，前述發光宜藉電洞及電子之再結合而發生。
又，前述半導體裝置宜為表現n型及p型之雙極性之電晶體。
依據上述之半導體裝置，發光部係組合有機物所構成之有機半導體層與由氧化物所構成之氧化物半導體層而成，故與發光部整體由有機物構成時相比，可輕易地適當設定所注入之雙方載子(電洞及電子)之平衡，而獲得較高成品率。藉此，即可提昇製造效率。
又，發光部可使所注入之載子之平衡良好。因此，可輕易提昇發光效率。進而，亦可輕易提昇電晶體功能。
又，前述氧化物半導體層宜由n型非退化氧化物所構成，電子載子濃度則宜小於1018 /cm3 。
又，前述氧化物半導體層宜由包含In、Zn、Sn及Ga之 至少任一種之非晶質氧化物所形成。
又，前述氧化物半導體層宜由包含In、Ga、Zn之非晶質氧化物；包含Sn、Zn、Ga之非晶質氧化物；包含In、Zn之非晶質氧化物；包含In、Sn之非晶質氧化物；包含In、Ga之非晶質氧化物；及包含Zn、Sn之非晶質氧化物中之任一種所形成。
又，前述氧化物半導體層宜由包含In、Zn、Sn、Ga之任一種之多晶體氧化物所形成。
又，前述氧化物半導體層宜由包含In及正二價元素之多晶體氧化物所形成。
又，前述氧化物半導體層宜為重疊複數種類之層狀氧化物而成之積層構造，且該積層構造中，最接近前述有機層側之層狀氧化物之材料宜使用工作函數大於其它層狀氧化物之工作函數者。
如上而構成半導體裝置後，即可輕易進行對氧化物半導體層注入之載子濃度及載子遷移率之調整，而提高成品率。因此，可提昇製造效率。且，亦可預期發光效率及電晶體功能之提昇。
又，前述有機半導體層宜由具有p型特性之有機物、具有雙極性型特性之有機物或具有n型特性之有機物、或者由該等有機物之積層物或混合物所形成。
構成上述之半導體裝置，即可輕易調整對有機半導體層注入之載子濃度及載子遷移率。因此，可提高成品率，並提昇製造效率。且，亦可預期發光效率及電晶體功能之 提昇。
又，前述有機半導體層宜由可藉電洞及電子之再結合而發光之有機物所構成。
藉此，即可使有機半導體層進行發光。
又，前述有機半導體層及氧化物半導體層宜相互接觸。
又，前述有機半導體層及氧化物半導體層宜形成發光部。
又，宜構成於前述發光部隔著絕緣體層設有第1電極，且設有與前述發光部相接並與前述第1電極分開之第2電極，並且設有與前述發光部相接並與前述第1及第2電極分開設置之第3電極。
該半導體裝置係以第1電極作為閘極之用，並以第2及第3電極之任一電壓較低者作為電子注入電極之用，而以任一電壓較高者作為電洞注入電極之用。一旦對電子注入電極及電洞注入電極施加電壓，則將對發光部注入電子與電洞。其次，所注入之電子與電洞則於發光部內進行再結合。
而後，於發光部1內，電子與電洞進行再結合，並因再結合而產生能量。業經再結合之周圍之有機物分子或氧化物分子則自基態被激發，再度回復基態時，則以光之形態放出差分之能量。
繼之，藉控制閘極之電壓等方式，而控制第2電極及第3電極間流通之電流。如此，即可增減對發光部注入之載子(電子與電洞)之量。藉此，即可控制發光部之發光亮度。
又，前述有機半導體層及氧化物半導體層宜形成為薄膜。
又，n型驅動時之場效遷移率μ (n)與p型驅動時之場效 遷移率μ (p)之比μ (n)/μ (p)宜在10-5 ≦μ (n)/μ (p)≦105 之範圍內。
依據上述構造之半導體裝置，即可製造發光效率及電晶體功能優良之半導體裝置。
為達成上述目的，本發明之半導體裝置之製造方法係前述半導體裝置之製造方法，該方法係形成氧化物半導體層，並將該氧化物半導體層放置於氧及/或臭氧環境下，然後形成有機半導體層。
依據上述之製造方法，可在形成氧化物半導體層後，再放置於大氣等氧環境中或進行臭氧處理等表面清洗、改質。
氧化物半導體一旦放置於氧環境中，則因氧、臭氧之作用，而使具有表面之-OH等極性之官能基增加，而可預期電子、電洞之注入性改變之效果。
藉此，即可提昇製造步驟之自由度，並可輕易加以應用。
為達成上述目的，本發明之顯示裝置係使用上述半導體裝置者。
藉此，由於使用具有發光功能及電晶體功能之半導體裝置，故可簡化構造。因此，顯示裝置之製造步驟亦可簡化，而提昇製造效率。
此外，依據本發明，由於包含有機半導體層及氧化物半導體層所構成之發光部，故與僅包含由有機物構成之有機半導體層者相比，可輕易地使載子之平衡安定。藉此，而可提昇製造效率。
圖式簡單說明
第1A圖係本發明第1實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第1B圖係本發明第1實施例之半導體裝置之要部放大截面圖。
第2圖係本發明第2實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第3圖係本發明第3實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第4圖係本發明第4實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第5圖係本發明第5實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第6圖係本發明第6實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第7圖係本發明第7實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第8圖係本發明第8實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第9圖係顯示本發明第7實施例之半導體裝置之變形例之概略截面圖。
第10圖係顯示本發明之一實施例之顯示裝置者，(a)係橫截面圖，(b)係顯示第10a圖中A線方向觀察所得之第1～第3電極之配線者。
第11圖係顯示本發明第1實施例之半導體裝置者，(a)係顯示半導體裝置內之載子之狀態之概念者，(b)係顯示各電極之電位差之圖形。
第12圖係顯示本發明第1實施例之半導體裝置中汲極電壓-汲極電流特性之圖表。
第13圖係顯示本發明第1實施例之半導體裝置中閘極．源極間電壓-汲極．源極間電流之特性之圖表。
第14圖係本發明第1實施例之半導體裝置中汲極．源極間電壓-亮度特性之圖表。
第15圖係同時顯示本發明第1實施例之半導體裝置中電致發光頻譜及並四苯之光致發光頻譜之圖表。
第16圖顯示本發明第1實施例之半導體裝置中，(a)係汲極．源極間電壓-亮度特性之圖表，(b)為閘極．源極間之電壓較低時(VGS =-20V)之半導體裝置內之載子狀態之概念圖，(c)係閘極．源極間之電壓較高時(VGS =-80V)之半導體裝置之載子狀態之概念圖。
第17A圖係顯示本發明第2實施例之半導體裝置中汲極電壓-汲極電流特性之圖表。
第17B圖係顯示本發明第2實施例之半導體裝置中汲極電壓-亮度特性之圖表。
第18圖係顯示本發明第2實施例之半導體裝置中閘電壓-汲極電流特性之圖表。
 較佳實施例之詳細說明
以下參照圖示，說明本發明之半導體裝置、半導體裝置之製造方法及使用半導體裝置之顯示裝置之實施例。
[第1實施例]
第1圖係顯示本發明第1實施例之半導體裝置之概略截面圖。
如第1A圖所示，半導體裝置包含有機半導體層10及氧化物半導體層11所構成之發光部1，該發光部1內則可藉電子與電洞之再結合而進行發光。
具體而言，凡於發光部1內，亦可於有機半導體層10、 氧化物半導體層11或其等雙方、或者有機半導體層10與氧化物半導體層11之界面上進行發光，但宜於有機半導體層10或有機半導體層10與氧化物半導體層11之界面附近進行發光。
本實施例之半導體裝置包含有機半導體層10及氧化物半導體層11所形成之發光部1、與發光部1隔著絕緣層3而設置之第1電極2、與發光部1相接並與第1電極2分開之第2電極4、及與發光部1相接並與第1及第2電極2、4分開之第3電極5。
該半導體裝置係作為發光元件使用，故於基板6上，各層係以薄膜狀態積層而成。
詳言之，半導體裝置包含有作為第1電極2使用之基板6、成膜於基板6上之絕緣層3、成膜於絕緣層3上之發光部1、於絕緣層3與發光部1中分離設置之第2及第3電極4、5。
構成本發明之發光部1具有n型及p型之雙極性特性與電晶體功能。
發光部1包含有由有機物構成之有機半導體層10，以及由氧化物所構成之氧化物半導體層11，有機半導體層10及氧化物半導體層11則形成自第2電極4側至第3電極5側。又，有機半導體層10及氧化物半導體層11相互接觸。
在此，發光部1宜構成包含有機半導體層104整體為p型之特性及氧化物半導體層11之整體為n型之特性之組合、包含有機半導體層10之整體為n型之特性及氧化物半導體層11之整體為p型之特性之組合、包含有機半導體層10之 整體為雙極性型之特性及氧化物半導體層11之整體為p型或n型之特性之組合中之任一種組合。該等組合中，採用有機半導體層10之整體為p型特性而氧化物半導體層11整體為n型特性之組合之發光部1，係因n型之氧化物半導體之能帶隙大於n型有機半導體之能帶隙，而較為適用之故。
有機半導體層10係由可藉電子與電洞之再結合而引致發光之有機物所構成。
又，有機半導體層10係由具有p型特性之有機物、具有雙極性型特性之有機物或具有n型特性之有機物，或者其等中任二種以上所構成之積層體或混合體所形成。
具體而言，有機半導體層10係由可藉電子與電洞之再結合而引致發光之有機物所構成，而由稠五苯、寡噻吩聚合體等有機低分子、聚塞吩等有機高分子、鈦菁素等金屬複合物、C60 、C82 、金屬內包富勒烯(諸如內包有鏑(Dy)之富勒烯(Dy@C82 ))等之富勒烯類及碳奈米管類之群組中選出之至少一種所形成。
上述有機半導體層10宜為具有p型特性之有機物或具有雙極性型特性之有機物，或者其等之積層體或混合物所構成之有機半導體層10。
尤其，就有機半導體層10採用具有p型特性之有機物或具有p型特性之有機物之積層物或混合物所構成之有機半導體層10，係因具有p型特性之有機物與大氣接觸亦不致影響其特性，而較為適用。
又，構成有機半導體層10之具有p型特性之有機物則可 例舉1,4-雙(4-甲基苯乙烯基)苯(4MSB)、1,4-雙(2-甲基苯乙烯基)苯(2MSB)、(皆請參照Japanese Journal of Applied Physics Vol.45,No.11,2006,pp.L313~L315)、稠五苯、稠四苯、蒽、酞花青(Phthalocyanine)、α-六噻吩、α,ω-二己基-六噻吩、苯撐低聚物(Oligophenylene)、苯乙烯低聚物(Oligophenylenevinilene)、二己基-二噻吩蒽(Dihexyl-Anthradithiophene)、雙(二噻吩並噻吩(Bis(dithienothiophene))、聚(3-己基噻吩)、聚(3-丁基噻吩)、Poly(phenylenevinylene)、聚伸噻吩乙烯(Poly(thienylenevinylene))、聚乙炔、α,ω-二己基-五噻吩、TPD、α-NPD、m-MTDATA、TPAC、TCTA、聚(乙烯咔唑)(Poly(vinylcarbazole))等。
又，構成有機半導體層10之具有n型特性之有機物則可例舉C6 -PTC、C8 -PTC、C12 -PTC、C13 -PTC、Bu-PTC、F7 Bu-PTC*、Ph-PTC、F5 Ph-PTC*、PTCBI、PTCDI、Me-PTC、TCNQ、C60 富勒烯等。
又，構成有機半導體層10之具有雙極性型特性之有機物則可分別例舉諸如純度較高之稠五苯、紅螢烯、銅鈦菁素、並四苯等。
又，有機半導體層所使用之有機物之螢光量子產率宜為1%以上，而以5%以上為佳，10%上更佳，而尤以20%以上為最佳。
本實施例中，形成有機半導體層10之成膜方法除噴鍍法、浸鍍法、CVD法等化學成膜法之外，亦可利用真空蒸鍍法等物理成膜法。若考量載子密度之控制性及膜質之提 昇，則宜採用物理成膜法。
本實施例中，係就氧化物半導體層11使用具有n型特性之非退化氧化物。該氧化物半導體層11則為透明氧化物半導體層。
又，氧化物半導體層11之電子載子濃度宜小於1018 /cm3 ，而以小於1017 /cm3 為佳，小於5×1016 /cm3 為更佳，而尤以小於1016 /cm3 為最佳。
又，雖無下限之限制，但通常宜為1010 /cm3 以上，1012 /cm3 以上則更佳。電子載子濃度若為1018 /cm3 以上，則難以獲得與有機半導體間之導電性之平衡，而可能不表現雙極性。
該氧化物半導體層11宜由包含In、Zn、Sn、Ga之至少任一種之非晶質氧化物所構成。又，氧化物半導體層11更宜由包含In、Ga、Zn、Sn之非晶質氧化物、包含In、Ga、Zn之非晶質氧化物、包含Sn、Zn、Ga之非晶質氧化物、包含In、Zn之非晶質氧化物、包含In、Sn之非晶質氧化物、包含In、Ga之非晶質氧化物、包含Zn、Sn之非晶質氧化物中之任一種所形成。In、Sn、Zn、Ga具有較大之s軌道，即便非晶質化，亦具有良好之n型半導體特性，且電子輸送特性良好，而可預期較高之遷移率等半導體特性。
亦或，氧化物半導體層11宜由包含In、Zn、Sn、Ga之任一種之多晶體氧化物所形成，而更宜由包含In及正二價元素之多晶體氧化物所形成。包含In、Zn、Sn、Ga之任一種之多晶體氧化物可藉製作時之氧分壓及製作後之氧化處 理而控制載子密度。In、Sn、Zn、Ga具有較大之s軌道而具有良好之n型半導體特性，且電子輸送特性良好，而可預期較高之遷移率等半導體特性。尤其，In具有較大之s軌道，即便進而多晶體化，亦可預期晶界之散亂所導致電子輸送特性之降低較少發生。且，即便不以450℃以上之高溫進行處理，亦可藉正二價元素之濃度改變而較簡易地將載子密度控制在所欲之濃度。
另，氧化物半導體層11除包含In、Zn、Sn、Ga之至少任一種之非晶質氧化物之外，更宜由包含In、Zn、Sn、Ga之任一種之多晶體氧化物所形成。此則因可兼顧電子載子密度之控制(降低)與較高之電子遷移率，且可靠度亦較高之故。
正二價元素可為諸如Zn、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Cd、Hg、Sm、Eu、Yb等。其中，則以Zn、Mg、Mn、Co、Ni、Cu、Ca為佳。其等中則因可效控制載子密度，而以Zn、Mg、Cu、Ni、Co、Ca為更佳，其添加可達載子控制之效果者則有Cu、Ni特別明顯，透光率及能帶隙之寬度則屬Zn、Mg較佳。該等正二價元素在不影響本實施例之效果之範圍內，亦可組合複數種而使用。另，此之所謂正二價元素，係指離子狀態下之價數分別可取為正二價之元素。
進而，氧化物半導體層11亦可包含氧化銦、正二價元素之氧化物以外之元素及化合物。惟，通常須包含氧化銦與正二價元素之氧化物總計達50質量百分比以上，若其含量小於50質量百分比，則可能發生遷移率降低等效果不充 分展現之問題。為使效果充分展現，氧化銦與正二價元素之氧化物總計宜達65質量百分比以上，而以80質量百分比以上為佳，90質量百分比以上則更佳，95質量百分比以上尤佳。又，為使載子控制之效果充分展現Sn等正四價元素之含量宜為3質量百分比以下，而以2質量百分比以下為佳，1質量百分比以下則尤佳。一旦包含正四價元素，則可能無法將載子密度控制在低濃度。
又，氧化物半導體層11中含有之銦[In]與正二價元素[X]之原子比[X/(X+In)]可為0.0001~0.5。
原子比[X/(X+In)]若小於0-0001，即正二價元素之含量較少時，可能無法展現本發明之效果，而無法控制載子數。
另，原子比[X/(X+In)]大於0.5時，即正二價元素之含量過大，則可能使界面或表面容易變質而不安定，或使結晶溫度提高而難以進行結晶，載子密度提高，電洞遷移率降低等。又，亦可能導致驅動電晶體時之閾值電壓改變、或驅動不安定等問題。為有效避免以上問題發生，原子比[X/(X+In)]宜為0.0002~0.15，而以0.0005~0.1為佳，0.001~0.09則更佳，而0.005~0.08則尤佳。0.01~0.07則最佳。
另，本發明中，於X線繞射頻譜觀測到暈影狀，而稱不出現特定繞射線之氧化物為非晶質氧化物，並稱出現特定繞射線者為多晶體氧化物。
本發明之氧化物之電子載子濃度係在室溫下測定之值。所謂室溫係諸如25℃，具體而言，係由0℃~40℃程度之範圍內適當選擇之溫度。另，本發明之氧化物之電子載 子濃度不必於0℃~40℃之範圍內符合小於1018 /cm3 之條件。舉例言之，在25℃時，電子載子密度僅須符合小於1018 /cm3 。又，進而降低電子載子濃度至1017 /cm3 ，甚至1016 /cm3 更佳，則可以較佳成品率製得具雙極性之半導體裝置。
又，氧化物半導體層11宜為包含鑭類之氧化物。一旦使氧化物半導體層包含鑭類，則可增大氣化物半導體層11之工作函數。
進而，氧化物半導體層11之工作函數宜為4.8(eV)以上，而以5.2(eV)以上為佳，5.6(eV)以上則尤佳。
又，氧化物半導體層11之能帶隙宜為2.5(eV)以上，而以2.8(eV)以上為佳，3.1(eV)以上則更佳。能帶隙若小於2.5(eV)，則可能發生可見光之吸收增加，而降低透明性，或發生著色、容易因光線而劣化之問題。
進而，氧化物半導體層11之折射率宜為2.3以下，而以2.1以下為佳，2.0以下則尤佳。折射率若大於2.3，則可能發生與氧化物半導體層11進行積層時等情形下，反射率提高等問題。
又，如第1B圖所示，氧化物半導體層11亦可形成重疊複數種類之層狀氧化物110而成之積層構造。調整層狀氧化物之各層之組成等，即可調整電晶體特性及發光特性。尤其，調整與有機半導體層10相接之氧化物半導體層之工作函數，即可調整電子或電洞之注入特性，而調整P型、N型特性之平衡，以進行最佳化。層狀氧化物110之積層構造中，有機半導體層10側之層狀氧化物110之材料宜使用工作 函數大於其它層狀氧化物110之工作函數者。
本實施例中，形成氧化物半導體層11之成膜方法除噴鍍法、浸鍍法、CVD法等化學成膜法以外，亦可利用物理成膜法。
另，形成氧化物半導體層11之成膜方法若考量載子密度之控制性及膜質之提昇，則宜採用物理成膜法。
物理成膜法可為諸如濺鍍法、真空蒸鍍法、離子鍍膜法、脈衝雷射沉積法等，但宜採用工業上量產性較佳之濺鍍法。
濺鍍法可為諸如DC濺鍍法、RF濺鍍法、AC濺鍍法、ECR濺鍍法、相面對靶子濺鍍法等。其中，工業上之量產性較佳，且較RF濺鍍法容易控制載子濃度之DC濺鍍法或AC濺鍍法較為適用。又，為抑制成膜所致界面之劣化，並抑制電流漏洩，提昇ON/OFF比等氧化物半導體層11之特性，則宜採用容易控制膜質之ECR濺鍍法或相面對靶子濺鍍法。
又，濺鍍時之基板、靶材間距離(S-T距離)通常為150mm以下，而以110mm為佳，80mm以下則尤佳。S-T距離較短時，濺鍍時基板處於電漿環境內，而可預期提昇膜質。而，若大於150mm，則可能使成膜速度減緩，而不適用於工業化。
使用濺鍍法時，即便使用含氧之燒結靶材，亦可使用金屬或合金靶材而導入氧等氧體，進行反應性濺鍍。
為求製程之再現性、大面積處理之均勻度以及應用於TFT時之特性確保，宜使用含氧之燒結靶材。
製造燒結靶材時，宜於還原環境中進行燒結。進而，燒結靶材之體電阻宜為0.001~1000mΩcm，而以0.01~100mΩcm為佳。燒結靶材之燒結密度通常為70%，而以85%以上為佳，95%以上更佳，99%以上則最佳。
使用濺鍍法時，終極壓力通常為5×10-2 Pa以下。終極壓力若大於5×10-2 Pa，可能自環境氣體中之H2 O等供出多量之氫原子而使遷移率降低。此則可推論為因氫原子結合而使氧化銦之結晶構造發生變化所致。
為更有效地避免發生上述問題，終極壓力宜為5×10-3 Pa以下，而以5×10-4 Pa以下為佳，1×10-4 Pa以下更佳，5×10-5 Pa以下則尤佳。
又，環境氣體中之氧分壓通常為40×10-3 Pa以下。環境氣體中之氧分壓若大於40×10-3 Pa，則可能使遷移率降低、載子濃度不安定。此則可推論為因成膜時環境氣體中之氧過多，而使晶格間之氧增多而構成散亂之原因，導致容易自膜中逸出而不安定所致。
為更有效地避免上述問題，環境氣體中之氧分壓宜為15×10-3 Pa以下，而以7×10-3 Pa以下為佳，1×10-3 Pa則尤佳。
又，環境氣體中之水H2 O或氫H2 之濃度通常為1.2體積百分比。若大於1.2體積百分比，則可能使電子遷移率降低。為更有效地避免上述問題，環境氣體中之水H2 O或氫H2 之濃度宜為1.0體積百分比以下，而以0.1體積百分比以下為佳，0.01體積百分比以下則尤佳。
又，上述成膜步驟中，氧化物半導體層11若由多晶體 所構成，則可使用成膜多晶體膜之方法，或者成膜後之處理時進行結晶或提昇結晶性之方法。
多晶體膜之成膜方法通常係在基板溫度250~550℃下進行物理成膜。基板溫度宜為300~500℃，而以320~400℃為佳。若為250℃以下，結晶性可能降低而使載子密度提高。若為550℃以上，則可能提高成本，且使基板變形。
成膜後之處理時進行結晶或提昇結晶性之方法通常在基板溫度250℃以下進行物理成膜。基板溫度若高於250℃，後續處理之效果可能無法充分展現，而難以控制在低載子濃度、高遷移率。為更有效地避免上述問題，基板溫度宜為200℃以下，而以150℃以下為佳，100℃以下更佳，50℃以下則尤佳。
包含結晶質之薄膜之成膜方法之製程單純而適用於工業上，但為獲得較高之半導體特性，宜於成膜後之後續處理時進行結晶，以提昇結晶性，且使膜應力減少，而容易控制載子。又，後續處理時在結晶處理前，亦可含有結晶，惟一旦形成非晶質膜，再於後續處理進行結晶，可較容易進行結晶性之控制，並製得良質之半導體膜，故較為適用。
另，以濺鍍法進行大面積成膜時，為維持膜質之均勻度，宜採用使固定有基板之固定具旋轉，並移動磁石而擴大浸蝕範圍等方法。
上述成膜步驟結束後，再施以氧化處理步驟或結晶處理，亦可控制透明氧化物半導體層11中之載子濃度。
另，雖亦有成膜時控制氧等氣體成分之濃度，而控制 載子濃度之方法，但上述方法可能造成電子遷移率之降低。此則可推論因所導入用以控制載子之氣體成分係構成膜中之散亂因子者之故。
又，氧化物半導體層11使用多晶體膜時，宜成膜為非晶質膜，再於氧化處理時進行結晶，藉此，即可維持較高之電子遷移率，並實現較低之載子濃度。
又，氧化處理步驟或結晶處理係於氧存在或氧不存在之環境下，通常以80~650℃、0.5~12000分鐘之條件進行熱處理。氧化處理步驟或結晶處理若於氧存在之環境下進行，則可預期同時發生氧損失之減少，而較為適用。
熱處理之溫度若低於80℃，則處理效果可能不明顯，或過於秏時，若高於650℃，則可能導致能源成本提高，製程時間增長，應用於電晶體時之閾值電壓增大，基板變形等問題。為更有效地避免上述問題，處理溫度宜為120~500℃，而以150~450℃為佳，180~350℃更佳，200~300℃則尤佳。220~290℃則最佳。
又，熱處理之時間若短於0.5分鐘，則傳熱至內部之時間可能不足，而使處理不充分，若長於12000分鐘，則可能發生處理裝置大型化而無法使用於工業上，或於處理中基板發生破損、變形等問題。為更有效地避免上述問題，處理時間宜為1~600分鐘，而以5~360分鐘為佳，15~240分鐘更佳，30~120分鐘則尤佳。
又，氧化處理步驟或結晶處理可於氧存在或不存在之環境下，藉燈退火裝置(LA: Lamp Annealer)、快速熱退火 裝置(RTA: Rapid Thermal Annealer)或雷射退火裝置進行熱處理，氧化處理步驟或結晶處理亦可應用大氣電漿處理、氧電漿處理、臭氧處理或紫外線等之照射處理。又，亦可組合該等方法而進行加熱基板並照射紫外線加以臭氧處理等處理。
熱處理時，熱處理時之膜面溫度宜較成膜時之基板溫度高100~270℃。該溫差若小於100℃，則熱處理無效果，若高於270℃，則可能造成基板變形，半導體薄膜界面變質而使半導體特性降低等問題。為更有效地避免上述問題，熱處理時之膜面溫度宜較成膜時之基板溫度高130~240℃，而以高160~210℃為更佳。
基板6係由無機物材料或有機物材料形成者。
具體而言，無機物材料所形成之基板6可例示為諸如添加有硼(B)、磷(P)、銻(Sb)等作為雜質之p型之單晶矽基板、n型之單晶矽基板、玻璃基板或石英基板等。
又，有機物材料之基板6則可例示為諸如聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚碸及聚碳酸酯等之塑膠基板等。
本實施例中，基板6亦使用作為第1電極2，故係由諸如矽基板6所構成。
絕緣層3則可使用諸如SiO2 、Al2 O3 、Ta2 O5 、TiO2 、MgO、ZrO2 、CeO2 、K2 O、Li2 O、Na2 O、Rb2 O、Sc2 O9 、Y2 O3 、Hf2 O3 、CaHfO3 、PbTi3 、BaTa2 O6 、SrTiO3 等氧化物、SiNx、AIN等氮化物。其中，以使用SiO2 、SiNx、Al2 O3 、Y2 O3 、Hf2 O3 、CaHfO3 為佳，而使用SiO2 、SiNx、Y2 O3 、Hf2 O3 、 CaHfO3 為更佳，使用則Y2 O3 尤佳。該等氧化物之氧個數不與化學計量比一致亦無妨(例如SiO2 、SiOx 皆可)。
上述之閘極絕緣膜3亦可為積層2層以上不同之絕緣膜而成之構造。又，閘極絕緣膜3可為結晶質、多晶體質，非晶質之任一種，但宜為工業上容易製造之多晶體質或非晶質。
又，絕緣體層3亦可使用聚對二甲苯基、聚苯乙烯等有機絕緣體。
第2及第3電極4、5之材質並無特別之限制，可使用各種金屬、金屬氧化物、碳、有機導電材料等。具體而言，宜使用白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)、Mg-Ag合金、Li-Al合金、鈣(Ca)、銦-錫氧化物(ITO)、銦-鋅氧化物、鋅-錫氧化物、錫氧化物、鋅氧化物、鈦-鈮氧化物等。
其次，說明本發明之半導體裝置之製造方法。
本實施例中，係就基板6使用Si基板，絕緣體層3則為對Si基板6進行熱氧化而得之SiO2熱氧化膜。又，氧化物半導體層11之材料則使用具有n型特性之氧化物，有機半導體層10之材料則使用具有p型特性之有機物。
首先，對基板6進行成膜形成絕緣體層3，再於該絕緣體層3上藉真空蒸鍍法形成第2及第3電極4、5。其次，使用濺鍍裝置等進行成膜形成氧化物半導體層11，而後，加以放置於氧及/或臭氧環境下。其後，藉真空蒸鍍法於氧化物半導體層11之上側形成有機物薄膜。
依據上述之製造方法，形成氧化物半導體層11後，可加以放置於大氣等氧環境中，或進行臭氧處理等表面清 洗、改質。
通常，使用n型特性之有機半導體層時，一旦加以放置於氧及/或臭氧環境中，其特性將劣化，故必須在真空等無氧狀態下進行製造。相對於此，若如本發明般，將n型特性之氧化物半導體層11放置於氧環境下，則將反之而使氧或臭氧作用，導致具有表面之-OH等極性之官能基增加，而可預期電子與電洞之注入性改變之效果。
即，就有機半導體層10使用具有p型特性之有機物，並就氧化物半導體層11使用具有n型特性之氧化物，故製造時，具有n型特性之氧化物半導體層11即便接觸大氣，其特性亦少受影響。因此，製造步驟之自由度可增大，且較易加以應用。
使用該半導體裝置時，第1電極2作為閘極使用，第2電極4及第3電極5中任一電壓較高者則作為電洞注入電極使用，任一電壓較低者則作為電子注入電極使用。
其次，調整對第1～第3電極2、4、5分別施加之電壓，並主要對有機半導體層10注入來自電洞注入電極之電洞。又，來自電子注入電極之電子則主要朝氧化物半導體層11注入。
如此，半導體裝置中，於發光部1內，電子與電洞將再結合，而產生再結合而生之能量。業經再結合之周圍之有機物分子或氧化物分子則由基態激發，並於再度回復基態時，以光之形態放出差分之能量(電致發光(electroluminescence))。
又，此時，有機半導體層10或有機半導體層10與氧化物半導體層11之界面附近若發生電子與電洞之再結合，則有機物分子將激發，而如上述般自有機物分子發光。因此，可獲良好之發光效率。
另，亦可於有機半導體層10或有機半導體層10與氧化物半導體層11之界面附近以外進行電子與電洞之再結合，但舉例言之，氧化物半導體層11除發光以外，其能量容易衰化，發光量子效率亦較低。又，由於能帶隙較大，且難以實現所欲波長之發光，故發光效率亦較低。
又，舉例言之，可利用使對第1電極2及第2電極4施加之電壓固定，而改變對第3電極5施加之電壓，或使對第2電極4及第3電極5施加之電壓固定，而改變對第1電極2施加之電壓等方式，而控制第2電極4及第3電極5間之電流。
如此，對發光部1注入之載子(電子與電洞)之量即可進行增減。
藉此，調整各電極2、4、5之電壓，即可調整對發光部1注入之載子(電子與電洞)之量，並控制發光亮度。
又，半導體裝置包含有機半導體層10及氧化物半導體層11，故雙極性型特性可獲安定。又，發光部1由有機半導體層10及氧化物半導體層11所構成，並由有機物與氧化物組合而成，故可適當決定受注入之雙方之載子平衡，並使成品率提昇。因此，可提昇製造效率。
又，半導體裝置就發光部1使用具有p型或雙極性型之特性之有機物與具有n型特性之氧化物，故電子之載子之遷 移率較安定。因此，不僅可提昇發光部1之發光效率，亦可加以使用作為電晶體。尤其，由於大氣中之電晶體功能良好，故亦易於加以應用。
本實施例中，半導體之發光部1之場效遷移率通常為10-4 cm2 /Vs以上。場效遷移率若小於10-4 cm2 /Vs，則可能使切換速度減緩，而不表現雙極性。為更有效地避免上述問題，場效遷移率宜為10-3 cm2 /Vs以上，而以10-2 cm2 /Vs以上為佳，10-1 cm2 /Vs以上更佳，1cm2 /Vs以上則尤佳。
又，n型驅動時之場效遷移率μ (n)與p型驅動時之場效遷移率μ (p)之比μ (n)/μ (p)通常係在10-5 ≦μ (n)/μ (p)≦105 之範圍內，而以10-3 ≦μ (n)/μ (p)≦104 之範圍為佳，10-2 ≦μ (n)/μ (p)≦103 之範圍更佳，10-1 ≦μ (n)/μ (p)≦102 之範圍則尤佳。μ (n)/μ (p)若於上述範圍之外，則n型與p型之平衡可能惡化，而難以發現雙極性。
又，通道寬W與通道長L之比W/L通常為0.1~100，，而以1~20為佳，2~8則尤佳，W/L若超過100，則漏洩電流可能增加，或使ON/OFF比降低。若小於0.1，則可能使場效遷移率降低，或使夾止現象不明顯。
進而，通道長L通常為0.1~1000μm，而以1~100μm為佳，2~10μm則尤佳。若為0.1μm以下，則工業上製造將有困難，且可能造成短通道效應之發生，或使漏洩電流增大。又，若為1000μm以上，則元件將過大而不適用。
又，驅動時之各電極間之電壓通常為100V以下，而以50V以下為佳，20V以下更佳，10V以下則尤佳。若大於 100V，則消耗電力將增加，而可能降低實用性。
又，此之所謂表現雙極性，係指汲極電壓存在，而使提高閘電壓，汲極電流即增加之領域，以及降低閘電壓，汲極電流即增加之領域存在。
[第2實施例]
第2圖係顯示本發明第2實施例之半導體裝置之概略截面圖。
本實施例之半導體裝置與上述實施例大致相同，但基板6與第1電極2係分別形成，則有所不同。
即，本實施例之半導體裝置於基板6上之中央設有與基板6個別獨立之第1電極2。該第1電極2係由上述第1實施例之第2及第3電極4、5所使用之材料所形成。又，絕緣體層3則設於基板6及第1電極2上。
其它構造則如上述。
本實施例之半導體裝置與上述第1實施例相同，係作為發光元件使用者。作用及效果，亦大致與上述相同。
依據上述構造之半導體裝置，第1電極2與第2及第3電極4、5之重疊較少，故可減少漏洩電流。
[第3實施例]
第3圖係顯示本發明第3實施例之半導體裝置之概略截面圖。
本實施例之半導體裝置與上述實施例不同，第2及第3電極4、5並未設於絕緣體層3與氧化物半導體層11間，而構成設置於有機半導體層10之上側。
依據上述構造之半導體裝置，可對氧化物半導體層11及有機半導體層10有效施加第1電極2與第2及第3電極4、5間之電場，故可輕易調整而提高電晶體之遷移率。
[第4實施例]
第4圖係顯示本發明第4實施例之半導體裝置之概略截面圖。
本實施例之半導體裝置與上述實施例不同，第2及第3電極4、5並未設於絕緣體層3與氧化物半導體層11間，而構成設於有機半導體層10與氧化物半導體層11間。
由於可有效對氧化物半導體層11施加第1電極2與第2及第3電極4、5間之電場，故可輕易調整而提高電晶體之遷移率。又，由於氧化物半導體層11係後續形成者，故第2及第3電極4、5之成膜時，無須憂心對有機半導體層10造成損傷。
[第5實施例]
第5圖係顯示本發明第5實施例之半導體裝置之概略截面圖。
本實施例之半導體裝置與上述實施例不同，第3電極5並未設於絕緣體層3與氧化物半導體層11間，而構成設於有機半導體層10與氧化物半導體層11間。
第2電極與第3電極間存在有機半導體層10與氧化物半導體層11之界面，故電子與電洞可有效率地再結合，並可提昇發光效率。又，由於氧化物半導體層11係後續形成者，故第2及第3電極4、5之成膜時，無須憂心對有機半導體層 10造成損傷。
[第6實施例]
第6圖係顯示本發明第6實施例之半導體裝置之概略截面圖。
本實施例之半導體裝置與上述第1實施例不同，第3電極5並未設於絕緣體層3與氧化物半導體層11間，而構成設於有機半導體層10之上側。
第2電極與第3電極間存在有機半導體層10與氧化物半導體層11，故尤其電子與電洞可有效率地再結合，並可提高發光效率。
[第7實施例]
第7圖係顯示本發明第7實施例之半導體裝置之概略截面圖。
本實施例之半導體裝置與上述第1實施例不同，僅有第2電極4為氧化物半導體層11所覆蓋，有機半導體層10則構成覆蓋氧化物半導體層11及第3電極5。
第2電極與第3電極之間存在有機半導體層10與氧化物半導體層11之界面，故電子與電洞可有效率地再結合，並提高發光效率。
[第8實施例]
第8圖係顯示本發明第8實施例之半導體裝置之概略截面圖。
本實施例之半導體裝置與上述第1實施例不同，第2電極4與第3電極5間於絕緣體層3側延設有有機半導體層10之 一部分。其次，該延設部分則構成將氧化物半導體層11隔成第2電極4側與第3電極5側。
第2電極4與第3電極5之間存在有機半導體層10與氧化物半導體層11之界面，故電子與電洞可有效率地再結合，並提昇發光效率。
依據第3～第8實施例之半導體裝置之構造，亦可將第2及第3電極4、5之相對於發光部1之有機半導體層10及氧化物半導體層11之位置配置如上，故可提高使用半導體裝置之電路設計之自由度。
又，上述各實施例之半導體裝置中，舉例言之，如第9圖所示，亦可於有機半導體層10與氧化物半導體層11間設置有機發光層15，而使該層15發光等，而利用有機EL所使用之多層化技術。如此，即可提昇發光效率，並調整發光波長，故甚為適用。
又，上述實施例之半導體裝置中，若於有機半導體層10與氧化物半導體層11間設置保護層，或對氧化物半導體層11之表面進行表面處理，則可藉限制有機半導體層10與氧化物半導體層11間之能量移動，而防止熄光，故甚為適用。
又，上述實施例之半導體裝置中，可自由應用其它有機EL所使用之各種技術。上述技術則揭露於諸如「有機EL顯示器」(Ohm出版社、平成16年8月20日發行)等中。
[顯示裝置]
又，第1～第8實施例之半導體裝置可使用於諸如第10圖所示之顯示裝置。
本實施例之顯示裝置如第10a圖及第10b圖所示，朝基板之平面方向呈行列狀列設有複數之第2實施例之半導體裝置。
又，有機半導體層10、氧化物半導體層11及基板6係全面一體成膜而形成。
另，如第10b圖所示，朝行方向排列之半導體裝置之第1電極2係藉導電體2a相互連接。又，朝行方向排列之半導體裝置之第2及第3電極4、5亦與第1電極2相同，藉導電體4a、5a而相互連接。
其次，舉例言之，可利用使對第1電極2及第2電極4施加之電壓固定，而改變對第3電極5施加之電壓，或使對第2電極4及第3電極5施加之電壓固定，而改變對第1電極2(閘電壓)施加之電壓等方式，而使發光部進行發光(L)。
由於使用上述具備發光功能及電晶體功能之半導體裝置，故可簡化顯示裝置之構造。藉此，亦可簡化顯示裝置之製造步驟，並提昇製造效率。
上述之實施例以外，亦可藉將功能一體型發光電晶體、PN接合功能分離發光電晶體、靜電誘導發光電晶體、金屬基底有機電晶體、RGB獨立方式、濾色片(CF)方式等各種發光方式、彩色化方法、面板構造、製程等之n型有機半導體改為n型氧化物半導體，而進行自由應用。上述各種發光方式、彩色化方法、面板構造製程等，則揭露於諸如「圖解有機發光電晶體製程06年版」(E Express Inc.)中。
[第1實施例](頂部接觸)
如第3圖所示，本實施例之半導體裝置係藉以下步驟而製成。
首先，使用導電性之Si基板作為基板6，再加以熱氧化處理而設置絕緣體層3。其次，使用濺鍍裝置，而成膜形成氧化物半導體層11。成膜條件係對靶材使用In2 O3 -ZnO(元素比為In=93at%、Zn=7at%之氧化物、IZO(登錄商標))，終極真空度：8.2×10-4 Pa，濺鍍真空度：1.9×10-1 Pa，濺鍍氣體：Ar 32sccm，濺鍍輸出：50W，基板加熱則未實施。濺鍍製膜後，再於大氣環境下以300℃進行1小時之熱處理。曝露於大氣下進行UV臭氧處理15分鐘後，再藉真空蒸鍍法於氧化物半導體層11之上側成膜形成並四苯(tetracene)。
其次，藉真空蒸鍍法使用金屬遮罩而成膜形成Au，並形成第2及第3之二電極4、5。
如上而製成之半導體裝置之Si/SiO2 膜：300nm(基板(第1電極)及絕緣體層)，Au膜：50nm(第2及第3電極)，In2 O3 -ZnO膜(多晶體)：5nm(氧化物半導體層11)，並四苯(tetracene)膜：50nm(有機半導體層10)，通道長L(第2電極4及第3電極5間之距離)：200μm。另，通道寬W則為2mm。
本實施例之半導體裝置之配線一如第11A圖及第11B圖所示，第1電極2作為閘極使用，第2電極4作為源極(電洞注入電極)使用，第3電極5則作為汲極(電子注入電極)使用。
第12~16圖則顯示該半導體裝置之電晶體特性與發光特性。
依據該半導體裝置，可藉閘電壓或汲極電壓控制發光 亮度(第11圖及第12圖)。又，該半導體裝置可表現雙極性(第13圖)。
又，本實施例之半導體裝置之EL(電致發光)頻譜與並四苯(tetracene)之PL(光致發光)頻譜相當一致(第15圖)，故可推論本裝置係自In2 O3 -ZnO膜朝並四苯(tetracene)膜進行電子注入，而於並四苯(tetracene)膜中進行再結合而發光。
又，隨著閘電壓之增加，而觀測到EL外部量子效率之增加(第16a圖)。此則可推論因閘電壓較低時，朝有機半導體層10中注入之電洞之量較小(第16b圖)，但逐漸提高閘電壓，對有機半導體層10中注入之電洞量亦增大之故(第16c圖)。
即，依據該半導體裝置，藉改變閘電壓或汲極電壓，即可增減對發光部1注入之載子之量，而控制發光亮度。
[第2實施例](底部接觸)
如第1圖所示，本實施例之半導體裝置係藉以下步驟而製成。
首先，使用導電性之Si基板作為基板6，再加以熱氧化處理而設置絕緣體層3。其次，於絕緣體層3上旋塗正型之光阻劑，並以預定溫度預烤光阻劑而使之固化，而曝光基板6中央。然後，以清洗液去除基板6中央以外之部分之光阻劑，並加以後烤，以使無用之清洗液汽化。接著，藉真空蒸鍍法於該基板6上成膜形成Cr及Au，再藉溶劑於基板6中央以外之部分形成第2及第3之二電極4、5。
繼之，使用濺鍍裝置於形成有上述第2及第3電極4、5 之基板6上成膜形成氧化物半導體層11。成膜條件係對靶材使用In2 O3 -ZnO(元素比為In=93at%、Zn=7at%之氧化物)，終極真空度：8.2×10-4 Pa，濺鍍真空度：1.9×10-1 Pa，濺鍍氣體：Ar 10sccm O2 1sccm，濺鍍輸出：50W，基板加熱則未實施。濺鍍製膜後，再於大氣環境下以300℃進行1小時之熱處理。曝露於大氣下進行UV臭氧處理15分鐘後，再藉真空蒸鍍法於氧化物半導體層11之上側成膜形成1,4-bis(4-methylstyryl)benzene(4MSB)。
另，4MSB之螢光量子產率約為40%。
如上而製成之半導體裝置之Si/SiO2 膜：300nm(基板(第1電極)及絕緣體層)，Cr膜：1nm，Au膜：39nm(第2及第3電極)，In2 O3 -ZnO膜(多晶體)：1.5nm(氧化物半導體層11)，4MSB膜：50nm(有機半導體層10)，通道長L(第2電極4及第3電極5間之距離)：25μm。另，通道寬W則為4mm。
本實施例之半導體裝置亦與上述實施例相同，第1電極作為閘極使用，第2電極作為源極使用，第3電極則作為汲極使用。
第17A圖、第17B圖及第18圖則顯示該半導體裝置之電晶體特性與發光特性。依據該半導體裝置，可藉閘電壓或汲極電壓控制發光亮度(第17B圖)。又，該半導體裝置可表現雙極性(第18圖)。
[比較例1]
除未設氧化物半導體層以外，其它皆與第1、2實施例相同，而製成半導體裝置。該半導體裝置雖表現電晶體特 性，但未表現雙極性及發光特性。
以上，已就本發明之半導體裝置、半導體裝置之製造方法及顯示裝置之較佳實施例加以說明，惟本發明之裝置並不僅限於上述之實施例，在本發明範圍內可行各種變更實施，自不待言。
舉例言之，雖說明顯示裝置為列設有第2實施例之半導體裝置之構造，但並不限於此，亦可使用上述其它實施例之半導體裝置，而進行適當之設計變更。
1‧‧‧發光部
2‧‧‧第1電極
2a、4a、5a‧‧‧導電體
3‧‧‧絕緣層
4‧‧‧第2電極
5‧‧‧第3電極
6‧‧‧基板
10‧‧‧有機半導體層
11‧‧‧氧化物半導體層
15‧‧‧有機發光層
110‧‧‧層狀氧化物
第1A圖係本發明第1實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第1B圖係本發明第1實施例之半導體裝置之要部放大截面圖。
第2圖係本發明第2實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第3圖係本發明第3實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第4圖係本發明第4實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第5圖係本發明第5實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第6圖係本發明第6實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第7圖係本發明第7實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第8圖係本發明第8實施例之半導體裝置之概略截面圖。
第9圖係顯示本發明第7實施例之半導體裝置之變形例之概略截面圖。
第10圖係顯示本發明之一實施例之顯示裝置者，(a)係橫截面圖，(b)係顯示第10a圖中A線方向觀察所得之第1～第3電極之配線者。
第11圖係顯示本發明第1實施例之半導體裝置者，(a)係顯示半導體裝置內之載子之狀態之概念者，(b)係顯示各電極之電位差之圖形。
第12圖係顯示本發明第1實施例之半導體裝置中汲極電壓-汲極電流特性之圖表。
第13圖係顯示本發明第1實施例之半導體裝置中閘極．源極間電壓-汲極．源極間電流之特性之圖表。
第14圖係本發明第1實施例之半導體裝置中汲極．源極間電壓-亮度特性之圖表。
第15圖係同時顯示本發明第1實施例之半導體裝置中電致發光頻譜及並四苯之光致發光頻譜之圖表。
第16圖顯示本發明第1實施例之半導體裝置中，(a)係汲極．源極間電壓-亮度特性之圖表，(b)為閘極．源極間之電壓較低時(VGS =-20V)之半導體裝置內之載子狀態之概念圖，(c)係閘極．源極間之電壓較高時(VGS =-80V)之半導體裝置之載子狀態之概念圖。
第17A圖係顯示本發明第2實施例之半導體裝置中汲極電壓-汲極電流特性之圖表。
第17B圖係顯示本發明第2實施例之半導體裝置中汲極電壓-亮度特性之圖表。
第18圖係顯示本發明第2實施例之半導體裝置中閘電壓-汲極電流特性之圖表。
1‧‧‧發光部
2‧‧‧第1電極
3‧‧‧絕緣層
4‧‧‧第2電極
5‧‧‧第3電極
6‧‧‧基板
10‧‧‧有機半導體層
11‧‧‧氧化物半導體層

Claims (17)

  1. 一種半導體裝置，具有：包含有機半導體層及氧化物半導體層並可發光之發光部；隔著絕緣體層設於前述發光部之第1電極；與前述發光部相接並與前述第1電極分開設置之第2電極；與前述發光部相接並與前述第1及第2電極分開設置之第3電極，其中，第1電極為閘極，第2及第3電極之任一者為汲極之電子注入電極，而另一者為源極之電洞注入電極，前述氧化物半導體層係由包含In、Zn、Sn、Ga之任一種之多晶體氧化物所形成。
  2. 一種半導體裝置，具有：包含有機半導體層及氧化物半導體層之發光部；隔著絕緣體層設於前述發光部之第1電極；與前述發光部相接並與前述第1電極分開設置之第2電極；與前述發光部相接並與前述第1及第2電極分開設置之第3電極，其中，第1電極為閘極，第2及第3電極之任一者為汲極之電子注入電極，而另一者為源極之電洞注入電極， 前述有機半導體層可發光，前述有機半導體層包含：稠五苯、寡噻吩聚合體、聚噻吩、金屬複合物、富勒烯類、碳奈米管類、1,4-雙(4-甲基苯乙烯基)苯(4MSB)、1,4-雙(2-甲基苯乙烯基)苯(2MSB)、稠四苯、蒽、酞花青(Phthalocyanine)、α-六噻吩、α,ω-二己基-六噻吩、苯撐低聚物(Oligophenylene)、二己基-二噻吩蒽(Dihexyl-Anthradithiophene)、雙(二噻吩並噻吩(Bis(dithienothiophene))、聚(3-己基噻吩)、聚(3-丁基噻吩)、聚伸噻吩乙烯(Poly(thienylenevinylene))、聚乙炔、α,ω-二己基-五噻吩、紅螢烯、銅鈦菁素、或並四苯。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置，其中前述發光係藉電洞及電子之再結合而發生。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置，其係表現n型及p型之雙極性之電晶體。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置，其中前述氧化物半導體層係由n型非退化氧化物所構成，且電子載子濃度小於1018 /cm3 。
  6. 如申請專利範圍第2項之半導體裝置，其中前述氧化物半導體層係由包含In、Zn、Sn及Ga之至少任一種之非晶質氧化物所形成。
  7. 如申請專利範圍第6項之半導體裝置，其中前述氧化物半導體層係由包含In、Ga、Zn之非晶質氧化物；包含Sn、Zn、Ga之非晶質氧化物；包含In、Zn之非晶質氧化物； 包含In、Sn之非晶質氧化物；包含In、Ga之非晶質氧化物；及包含Zn、Sn之非晶質氧化物中之任一種所形成。
  8. 如申請專利範圍第2項之半導體裝置，其中前述氧化物半導體層係由包含In、Zn、Sn、Ga之任一種之多晶體氧化物所形成。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置，其中前述氧化物半導體層係由包含In及正二價元素之多晶體氧化物所形成。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置，其中前述氧化物半導體層係重疊複數種類之層狀氧化物而成之積層構造，且該積層構造中，最接近前述有機半導體層側之層狀氧化物之材料係使用工作函數大於其它層狀氧化物之工作函數者。
  11. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中前述有機半導體層係由具有p型特性之有機物、具有雙極性型特性之有機物或具有n型特性之有機物、或者由該等有機物中任二種以上所構成之積層物或混合物所形成。
  12. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中前述有機半導體層係由藉電洞及電子之再結合而發光之有機物所構成。
  13. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置，其中前述有機半導體層及氧化物半導體層相互接觸。
  14. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置，其中前述有機半導體層及氧化物半導體層形成為薄膜。
  15. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置，其中n型驅動時之場效遷移率μ(n)與p型驅動時之場效遷移率μ(p)之比μ(n)/μ(p)在10-5 ≦μ(n)/μ(p)≦105 之範圍內。
  16. 一種半導體裝置之製造方法，係前述申請專利範圍第1~15項中任一項之半導體裝置之製造方法，該方法係進行成膜而於第1電極上形成絕緣體層，於該絕緣體層上形成第2及第3電極，形成氧化物半導體層，並將該氧化物半導體層放置於氧及/或臭氧環境下，然後形成有機半導體層。
  17. 一種顯示裝置，使用申請專利範圍第1~15項中任一項之半導體裝置。
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