WO2007119490A1

WO2007119490A1 - トランジスタ素子及びその製造方法並びに発光素子及びディスプレイ

Info

Publication number: WO2007119490A1
Application number: PCT/JP2007/055891
Authority: WO
Inventors: Masaaki Yokoyama; Kenichi Nakayama
Original assignee: Osaka University; Sumitomo Chemical Company Ltd.; Dai Nippon Printing Co., Ltd.; Pioneer Corporation; Ricoh Company, Ltd.
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2007-10-25
Also published as: CN101432883A; EP2009700A1; JP2007258308A; CN102130299A; EP2009700A4; US20090108749A1; US8120242B2; KR20090009818A; US20120112318A1; KR101255407B1; TW200810111A; CN101432883B; JP5182775B2

Abstract

　エミッタ電極－コレクタ電極間において、低電圧で大電流変調を可能とするトランジスタ素子を提供する。また、そうしたトランジスタ素子の製造方法、また、そのトランジスタ素子有する発光素子及びディスプレイを提供する。　トランジスタ素子はエミッタ電極３とコレクタ電極２とを有している。エミッタ電極３とコレクタ電極２との間に、半導体層５（５Ａ，５Ｂ）とシート状のベース電極４が設けられている。半導体層５は、エミッタ電極３とベース電極４との間及びコレクタ電極２とベース電極４との間に設けられて、それぞれ第２半導体層５Ｂ及び第１半導体層５Ａを構成し、さらに、ベース電極の厚さが８０ｎｍ以下であることが好ましい。また、少なくともエミッタ電極とベース電極との間又はコレクタ電極とベース電極との間には、暗電流抑制層が設けられている。

Description

明細書

トランジスタ素子及びその製造方法並びに発光素子及びディスプレイ技術分野

[0001] 本発明は、トランジスタ素子及びその製造方法並びに発光素子及びディスプレイに関し、更に詳しくは、ェミッタ一コレクタ間に低電圧で大電流変調を可能とするトランジスタ素子及びその製造方法、並びにそのトランジスタ素子を有する発光素子及びディスプレイに関する。背景技術

[0002] 近年、有機トランジスタを用いたディスプレイの試作例カ^ヽくつか報告されてヽるが、その多くは、有機電界効果型トランジスタ (有機 FET)と液晶又は電気泳動セルとを組合せたものであり、有機 ELを用いた例はほとんど報告されていない。これは、現状の有機 FETでは、電流駆動デバイスである有機 ELをスイッチングするだけの大電流を流すのが難しいためである。そのため、より低電圧かつ大電流で動作する有機 FE Tの開発が望まれている。

[0003] 現在までに知られている有機材料の移動度を前提にした場合、それを実現するためにはチャネル長を短くすることが必要である力ディスプレイの大量生産を視野に入れたパターユング技術では、チャネル長を数/ z m以下にすることは難しい。この問題を解決するため、膜厚方向に電流を流すことにより低電圧かつ大電流で動作可能な「縦型トランジスタ構造」が研究されている。一般にサンドイッチデバイスに用いられる膜厚は数十 nmであり、しかも数 Aオーダーの高い精度で制御可能であることから、チャネルを膜厚方向にすることによって、 1 m以下の短いチャネル長を容易に実現できる。このような縦型の有機トランジスタとして、これまでに、ポリマーグリッドトライオード構造、静電誘導型トランジスタ（Static Induction Transistor, SIT)等が提案されている。

[0004] 最近、単純な半導体 Z金属 Z半導体の積層構造を作製するだけで、高性能なトランジスタ特性を発現する有機トランジスタ素子が提案されてヽる（非特許文献 1を参照)。この有機トランジスタ素子では、ェミッタ電極から注入された電子が中間金属電極を透過することにより、ノイポーラトランジスタに似た電流増幅が観測され、その中間金属電極がベース電極のように働くことから、メタルベース有機トランジスタ（Meta卜 Base Organic Transistor, MBOT)と呼んでいる。

j¾l： S.Fujimoto, K.Nakayama, and M.Yokoyama, Appl. Phys. Lett., 87, 13 3503(2005). し力しながら、上記トランジスタ動作は半導体 Z金属 Z半導体の積層構造を作製すれば必ず観測されるというものではな力つた。

発明の開示

[0005] 本発明の目的は、ェミッタ電極コレクタ電極間において、低電圧で大電流変調を可能とするトランジスタ素子を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そうしたトランジスタ素子の製造方法を提供すること、また、当該トランジスタ素子有する発光素子及びディスプレイを提供することにある。

[0006] (第 1のトランジスタ素子）

本発明の第 1のトランジスタ素子は、ェミッタ電極と、コレクタ電極と、ェミッタ電極とコレクタ電極との間に設けられた、半導体層およびシート状のベース電極とを備えたことを特徴とするトランジスタ素子である。

[0007] 本発明の第 1のトランジスタ素子は、前記半導体層が、前記コレクタ電極と前記べース電極との間に設けられた第 1半導体層と、前記ェミッタ電極と前記ベース電極との間に設けられた第 2半導体層とからなることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0008] この発明によれば、ェミッタ電極とコレクタ電極との間に半導体層が設けられ、且つその半導体層中にシート状ベース電極が設けられて、るので、ェミッタ電極とコレクタ電極との間にコレクタ電圧を印加し、さらにェミッタ電極とベース電極と間にベース電圧を印加すれば、そのベース電圧の作用により、ェミッタ電極から注入された電荷（電子又は正孔）が著しく加速されてベース電極を透過し、コレクタ電極に到達する。すなわち、ベース電圧の印加によってェミッタ電極コレクタ電極間に流れる電流を増幅させることができる。そして、この発明によれば、シート状のベース電極は、ェミツタ電極カゝら供給された電荷をベース電圧で加速して弾道電子又は弾道正孔とし、その弾道電子又は弾道正孔をコレクタ電極側の半導体層内に容易に透過することができる範囲の厚さで全面に形成されるので、形成された全面で電荷が著しく加速され、しカゝも加速された電荷がベース電極を容易に透過することができる。一方、本発明者の研究によれば、ベース電極がシート状に設けられて、な、場合 (すなわちベース電極が穴やクラック等の欠陥部を含む場合）、その欠陥部では、ェミッタ電極力も注入された電荷はあまり加速されな、ので、その部分の電荷はベース電極を透過し難くなり、その結果、ェミッタ電極一コレクタ電極間に流れる電流は全体としてあまり増幅させることができないとともに、各部位での電流量の増加にムラが生じてしまう。したがって、本発明のトランジスタ素子によれば、バイポーラトランジスタと同じような電流増幅作用を安定して得ることができる。

[0009] 本発明の第 1のトランジスタ素子は、前記ベース電極の厚さが、 80nm以下であることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0010] この発明によれば、ベース電極の厚さが 80nm以下であるので、ベース電圧 Vbで加速された弾道電子又は弾道正孔を容易に透過することができる。その結果、シート状のベース電極の全面で電荷が著しく加速され、し力も加速された電荷がベース電極を容易に透過することができる。なお、ベース電極は半導体層中に切れ目なく（穴やクラック等の欠陥部なく）設けられて、ればよ、ので、その厚さの下限は特に限定されないが、通常、 lnm程度であればよい。

[0011] 本発明の第 1のトランジスタ素子は、前記ベース電極の表面が、凹凸形状を有することを特徴とするトランジスタ素子である。

[0012] 凹凸形状を有するベース電極 (又は、表面粗さが粗!、ベース電極と!/ヽうこともできる。）は所定の平均厚さのベース電極を形成した場合であっても薄いところと厚いところを有するが、本発明によれば、ベース電極が凹凸形状を有する場合に、電流増幅作用を安定して得ることができる。

[0013] 本発明の第 1のトランジスタ素子は、前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に設けられた半導体層が、結晶性の半導体層であることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0014] コレクタ電極とベース電極との間に設けられた結晶性の半導体層はその表面が凹凸形状 (又は、表面粗さが粗いということもできる。）であるので、その結晶性の半導体層上に設けられたベース電極も凹凸形状で形成される。凹凸形状を有するベース電極は所定の平均厚さのベース電極を形成した場合であっても薄、ところと厚、ところを有するが、本発明によれば、ベース電極が凹凸形状を有する場合に、電流増幅作用を安定して得ることができる。

[0015] 本発明の第 1のトランジスタ素子は、前記半導体層の結晶粒径が、前記ベース電極の厚さ以上又は厚さ程度の大きさであって、前記ベース電極の表面に凹凸形状を付与することができる大きさであることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0016] この発明によれば、上記結晶性の半導体層の結晶粒径がベース電極の厚さ以上又は厚さ程度の大きさであって該ベース電極に凹凸形状を付与することができる大きさであるので、その上にベース電極を形成すれば、凹凸形状を有するベース電極を容易に形成できる。

[0017] 本発明の第 1のトランジスタ素子は、前記ベース電極が金属力もなり、当該ベース電極の片面又は両面に当該ベース電極の酸ィ匕膜が形成されていることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0018] 本発明の第 1のトランジスタ素子は、前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に設けられた第 1半導体層と、前記ェミッタ電極と前記ベース電極との間に設けられた第 2 半導体層とが、異なる半導体材料で形成されていることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0019] 本発明の第 1のトランジスタ素子は、前記第 1半導体層及び前記第 2半導体層が、正孔輸送材料又は電子輸送材料で形成されてなることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0020] 本発明の第 1のトランジスタ素子は、前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に設けられた第 1半導体層、又は前記ェミッタ電極と前記ベース電極との間に設けられた第 2半導体層が、有機化合物で形成されていることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0021] 本発明の第 1のトランジスタ素子は、前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に設けられた第 1半導体層の厚さ T1と、前記ェミッタ電極と前記ベース電極との間に設けられた第 2半導体層の厚さ T2との比 (T1ZT2)が、 1Z1〜： LOZ1の範囲内であることを特徴とするトランジスタ素子である。 [0022] 本発明の第 1のトランジスタ素子は、前記ェミッタ電極と当該ェミッタ電極に隣接する半導体層との間に、電荷注入層を有することを特徴とするトランジスタ素子である。

[0023] 本発明の第 1のトランジスタ素子は、前記電荷注入層が、 LiF、 Ca等のアルカリ金属又はその化合物を含むことを特徴とするトランジスタ素子である。

[0024] (第 2のトランジスタ素子）

本発明の第 2のトランジスタ素子は、ェミッタ電極と、コレクタ電極と、ェミッタ電極とコレクタ電極との間に設けられた、半導体層およびシート状のベース電極とを備え、少なくとも前記ェミッタ電極と前記ベース電極との間又は前記コレクタ電極と前記べース電極との間に暗電流抑制層が設けられていることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0025] この第 2のトランジスタ素子は、上記第 1のトランジスタ素子のェミッタ電極コレクタ電極間に例えば 5Vの電圧 Vcを印加したとき、ェミッタ電極ベース電極間に小さい電圧 Vbを印加した場合又は電圧 Vbを印加しない場合に、ベース電極一コレクタ電極間に動作に必要な電流成分以外の漏れ電流が流れ、 ONZOFF比が低下することがあるという問題を解決したものであり、その目的は、半導体層中に薄いシート状のベース電極を挿入したトランジスタ素子にぉ、て、動作に必要な漏れ電流を抑制して ONZOFF比を向上させたトランジスタ素子を提供することにある。

[0026] この発明によれば、少なくともェミッタ電極とベース電極との間又はコレクタ電極とベース電極との間に暗電流抑制層が設けられているので、その暗電流抑制層により、ェミッタ電極ベース電極間に小さい電圧 Vbを印加した場合又は電圧 Vbを印加しない場合に、ベース電極コレクタ電極間にトランジスタ動作に必要な電流成分以外の漏れ電流（「暗電流」（スィッチ OFF時に流れる電流）と、う。）が流れるのを効果的に抑制することができ、その結果、 ONZOFF比を向上させることができる。なお、暗電流抑制層は、例えばェミッタ電極ベース電極間に電圧 Vbを印加しない場合の暗電流は効果的に抑制できる力ェミッタ電極ベース電極間に電圧 Vbを印加した場合の、わゆる ON電流はあまり妨げな、ように機能する。

[0027] 本発明の第 2のトランジスタ素子は、前記暗電流抑制層が、前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に設けられていることを特徴とするトランジスタ素子である。 [0028] 本発明の第 2のトランジスタ素子は、前記暗電流抑制層と前記ベース電極とが隣接して設けられていることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0029] これらの発明によれば、暗電流抑制層がコレクタ電極とベース電極との間に設けられていることにより、暗電流が流れるのを効果的に抑制することができ、その結果、 O

NZOFF比を向上させることができる。

[0030] 本発明の第 2のトランジスタ素子は、前記暗電流抑制層が、有機系絶縁層又は無機系絶縁層であることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0031] 本発明の第 2のトランジスタ素子は、前記暗電流抑制層が、有機系半導体層又は無機系半導体層であることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0032] 本発明の第 2のトランジスタ素子は、前記暗電流抑制層が、酸化ケィ素又は酸化ァルミ-ゥムで形成されていることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0033] 本発明の第 2のトランジスタ素子は、前記暗電流抑制層が、前記ベース電極の化学反応によって形成されていることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0034] 本発明の第 2のトランジスタ素子は、前記暗電流抑制層の厚さが、 20nm以下であることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0035] 本発明の第 2のトランジスタ素子は、前記ェミッタ電極と前記ベース電極との間又は前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に設けられた半導体層が、有機化合物で形成されていることを特徴とするトランジスタ素子である。

[0036] (トランジスタ素子の製造方法）

本発明のトランジスタ素子の製造方法は、ェミッタ電極と、コレクタ電極と、ェミッタ電極とコレクタ電極との間に設けられた、半導体層及びシート状のベース電極とを備えたトランジスタ素子の製造方法であって、ベース電極を設ける工程と、前記ベース電極をィ匕学反応させることにより、少なくとも前記ェミッタ電極と前記ベース電極との間又は前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に暗電流抑制層を形成する工程とを有することを特徴とするトランジスタ素子の製造方法である。

[0037] 本発明のトランジスタ素子の製造方法は、前記ベース電極を設けた後に当該べ一ス電極の一部を酸ィ匕させて前記暗電流抑制層を形成することを特徴とするトランジスタ素子の製造方法である。 [0038] 本発明のトランジスタ素子の製造方法は、前記ベース電極を設けた後に当該べ一ス電極を加熱処理して前記暗電流抑制層を形成することを特徴とするトランジスタ素子の製造方法である。

[0039] これらの発明によれば、暗電流抑制層を容易に形成することができ、漏れ電流を抑制して ONZOFF比を向上させたトランジスタ素子を容易に提供することができる。

[0040] (電子デバイス）

本発明の電子デバイスは、トランジスタ素子をスイッチング素子として有する電子デバイスにおいて、トランジスタ素子は、ェミッタ電極と、コレクタ電極と、ェミッタ電極とコレクタ電極との間に設けられた、半導体層およびシート状のベース電極とを備えたことを特徴とする電子デバイスである。

[0041] 本発明の電子デバイスは、トランジスタ素子をスイッチング素子として有する電子デバイスにおいて、トランジスタは、ェミッタ電極と、コレクタ電極と、ェミッタ電極とコレクタ電極との間に設けられた、半導体層およびシート状のベース電極とを備え、少なくとも前記ェミッタ電極と前記ベース電極との間又は前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に暗電流抑制層が設けられていることを特徴とする電子デバイスである。

[0042] 本発明は、本発明の第 1又は第 2のトランジスタ素子をスイッチング素子として、例えば有機 EL素子と組み合わせた電子デバイスとすることができる。

[0043] これらの発明によれば、上記第 1又は第 2のトランジスタ素子が低電圧で大電流変調が可能であることから、例えば有機 ELのスイッチング素子である駆動トランジスタとして好ましく組み合わせてなる電子デバイスを提供できる。

[0044] (発光素子）

本発明の第 1の発光素子は、ェミッタ電極と、コレクタ電極と、ェミッタ電極とコレクタ電極との間に設けられた、半導体層およびシート状のベース電極と、ベース電極とコレクタ電極との間に設けられた有機 EL層とを備え、有機 EL層が少なくとも 1層以上の発光層を含むことを特徴とする発光素子である。

[0045] 本発明の第 2の発光素子は、ェミッタ電極と、コレクタ電極と、ェミッタ電極とコレクタ電極との間に設けられた、半導体層およびシート状のベース電極と、少なくともェミツタ電極とベース電極との間又はコレクタ電極とベース電極との間に設けられた暗電流抑制層と、ベース電極とコレクタ電極との間に設けられた有機 EL層とを備え、有機 E L層が少なくとも 1層以上の発光層を含むことを特徴とする発光素子である。

[0046] 近年、実用的な性能を示す有機発光トランジスタとしては、縦型の有機 SITを用いたものが知られている（工藤一浩、「有機トランジスタの現状と将来展望」、応用物理、第 72卷、第 9号、第 1151頁〜第 1156頁、 2003年）が、その性能は未だ十分とはいえず、今後さらなる性能の向上が課題とされている。本発明の発光素子は、ベース電極とコレクタ電極との間に有機 EL層を有し、その有機 EL層が少なくとも 1層以上の発光層を含むので、大電流による面状発光が可能になる。し力も、その場合、従来の SI T構造のようなベース電極の微細パターユングが不必要であるとともに、低電圧で大電流変調が可能であり、さらに ONZOFF比を向上させることができるので、簡単な構造からなる実用的な発光素子を提供できる。

[0047] 本発明の第 1及び第 2の発光素子において、（a)前記有機 EL層が、正孔輸送層、電子輸送層、正孔注入層及び電子注入層から選ばれる 1又は 2以上の層を有すること、又は、（b)前記有機 EL層が、励起子ブロック層を有すること、が好ましい。

[0048] (ディスプレイ）

本発明のディスプレイは、基板と、基板上の発光素子とを備え、発光素子は、ェミツタ電極と、コレクタ電極と、ェミッタ電極とコレクタ電極との間に設けられた、半導体層およびシート状のベース電極と、ベース電極とコレクタ電極との間に設けられた有機 EL層とを備え、有機 EL層が少なくとも 1層以上の発光層を含むことを特徴とするディスプレイである。

[0049] この発明によれば、実用的なディスプレイとなる。

[0050] 本発明の第 1のトランジスタ素子によれば、シート状のベース電極はベース電圧 Vb で加速された弾道電子又は弾道正孔を容易に透過することができる範囲の厚さで全面に形成されるので、形成された全面で電荷が著しく加速され、しかも加速された電荷がベース電極を容易に透過することができる。その結果、本発明の第 1のトランジスタ素子は、バイポーラトランジスタと同じような電流増幅作用を安定して得ることができる。

[0051] 本発明の第 2のトランジスタ素子によれば、暗電流抑制層により、ェミッタ電極一べース電極間に小さい電圧 Vbを印加した場合又は電圧 Vbを印加しない場合に、喑電流が流れるのを効果的に抑制することができるので、 ONZOFF比を向上させることができ、トランジスタとしてのコントラストを向上させることができる。

[0052] また、本発明の第 2のトランジスタ素子の製造方法によれば、暗電流抑制層を容易に形成することができ、漏れ電流を抑制して ONZOFF比を向上させたトランジスタ素子を容易に提供することができる。

[0053] また、本発明の電子デバイスによれば、上記第 1又は第 2のトランジスタ素子が低電圧で大電流変調が可能であることから、例えば有機 ELのスイッチング素子である駆動トランジスタとして好ましく組み合わせてなる電子デバイスを提供できる。

[0054] また、本発明の発光素子によれば、上記第 1又は第 2のトランジスタ素子を構成するベース電極とコレクタ電極との間に有機 EL層を有し、その有機 EL層が少なくとも 1層以上の発光層を含むので、大電流による面状発光が可能になる。し力も、その場合、従来の SIT構造のようなベース電極の微細パターユングが不必要であるとともに、低電圧で大電流変調が可能であり、さらに ONZOFF比を向上させることができるので、簡単な構造からなる実用的な発光素子を提供できる。

図面の簡単な説明

[0055] [図 1]図 1は本発明の第 1のトランジスタ素子の一例を示す模式的な断面図である。

[図 2]図 2はコレクタ電圧に対するコレクタ電流の変化を示すグラフである。

[図 3]図 3はコレクタ電流の変化に対するベース電流の変化の比率 (電流増幅率 (hF E) )を示すグラフである。

[図 4]図 4 (A) (B)はベース電極の厚さ以外は図 2及び図 3で測定したトランジスタ素子と同じ構成のものを用いた場合において、変調電流量 Ic (A)及び電流増幅率 hF E (B)のベース電極の膜厚依存性を示したグラフである。

[図 5]図 5はベース電極の厚さを変化させた際における電流透過率 aを示したグラフである。

[図 6]図 6 (A) (B)はベース電極の形成材料を変更した場合の、ェミッタ電極からの注入電流 (A)と、コレクタ電極への到達電流 (B)とに対するベース電圧依存性を示すグラフである。 [図 7]図 7は本発明のトランジスタ素子のエネルギーダイアグラムである。

圆 8]図 8は本発明の第 2のトランジスタ素子の一例を示す模式的な断面図である。圆 9]図 9は本発明の第 2のトランジスタ素子の他の一例を示す模式的な断面図である。

[図 10]図 10は図 8の第 2のトランジスタ素子の場合における ON電流と OFF電流の経路を示したものである。

[図 11]図 11は図 9の第 2のトランジスタ素子の場合における ON電流と OFF電流の経路を示したものである。

[図 12]図 12は暗電流抑制層として酸化ケィ素膜を形成した場合での ON電流と、 O NZOFF比の実験結果を示すグラフである。

[図 13]図 13は暗電流抑制層が形成されて!ヽな、場合のコレクタ電流のグラフを示したものである。

[図 14]図 14は暗電流抑制層を自然酸ィ匕により形成した後のコレクタ電流のグラフを示したものである。

[図 15]図 15は大気環境中に放置した時間と、 ONZOFF比の関係である。

[図 16]図 16は第 1のトランジスタ素子のベース電極とコレクタ電極との間に有機 EL層を有し、その有機 EL層が少なくとも発光層を 1層以上含む発光素子の一例を示す模式断面図である。

[図 17]図 17は第 2のトランジスタ素子のベース電極とコレクタ電極との間に有機 EL層を有し、その有機 EL層が少なくとも発光層を 1層以上含む発光素子の一例を示す模式断面図である。

[図 18]図 18は図 16に示す構成の発光素子の実験例であり、コレクタ電圧 Vcとして一定の電圧を印加しながらベース電圧 Vbを変化させたときの EL輝度の変化を示すグラフである。

[図 19]図 19は本発明のトランジスタ素子を用ヽた有機 ELのスイッチング構造を示す模式的な断面図である。

[図 20]図 20はコブラナー型デバイスにトータル電圧 VDDを印加しながらベース電圧 Vbを印加したときの、電流経路を示す模式図である。 [図 21]図 21は図 19に示すコブラナー型の直列デバイスにおける、輝度変調特性を示すグラフである。

発明を実施するための最良の形態

[0056] 以下、本発明のトランジスタ素子及びその製造方法並びに発光素子及びディスプレイについて、第 1のトランジスタ素子、第 2のトランジスタ素子、第 2のトランジスタ素子の製造方法、発光素子及びディスプレイの順で説明する。なお、これらの発明は、それぞれの技術的特徴を有すれば、種々の変形が可能であり、以下に具体的に示す実施形態に限定されるものではな、。

[0057] (第 1のトランジスタ素子）

図 1は、本発明の第 1のトランジスタ素子の一例を示す模式的な断面図である。本発明の第 1のトランジスタ素子 10は、図 1に示すように、ェミッタ電極 3と、コレクタ電極 2と、ェミッタ電極 3とコレクタ電極 2との間に配置された、半導体層 5 (5A, 5B)とシート状のベース電極 4とを備えている。この半導体層 5は、詳しくは、コレクタ電極 2とべース電極 4との間に設けられた第 1半導体層 5Aと、ェミッタ電極 3とベース電極 4との間に設けられた第 2半導体層 5Bとを有している。なお、符号 1は、基板を表している。こうした形態力もなる第 1のトランジスタ素子 10は、縦型のトランジスタ素子でありながら、グリッドやストライプ等の微細電極のパターユングが必要なヽと、う利点がある。

[0058] この第 1のトランジスタ素子の具体例としては、例えば、厚さ lOOnmの透明 ITO電極をコレクタ電極 2とし、その上に、 n型有機半導体であるペリレン顔料 (Me— PTC、平均厚さ 500nm)からなる第 1半導体層 5Aと、酸化ケィ素からなる厚さ 2. 5nm又は 5nmの喑電流抑制層 6と、アルミニウムからなる平均厚さ 20nmのベース電極 4と、フラーレン (C60、平均厚さ lOOnm)からなる第 2半導体層 5Bと、銀力なる平均厚さ 3 Onmのェミッタ電極 3とを、真空蒸着等の成膜手段でその順に積層した。 ON電流と OFF電流は、ェミッタ電極一コレクタ電極間にコレクタ電圧 Vcを 5V印加し、さらにェミッタ電極ベース電極間にベース電圧 Vbを印加したときと、印加しないときの、コレクタ電流 Ic及びベース電流 lbの変化量を測定して行った。

[0059] 図 2に示すように、ベース電圧 Vbが印加されないとき（Vb = 0)は、ェミッタ電極ーコレクタ電極間にほとんど電流が流れないが、ベース電圧 Vbの印加によって大幅に電流量が増加し、電流が変調されていることがわかる。そして、図 2に示すように、 Vc = 5V及び Vb = 3Vのときの電流密度は、 350mAZcm²に達しており、この電流密度は例えば有機 ELを数千 cdZm²発光させるのに十分な大きな電流量である。一般的に、 FET構造の場合には、ソース'ドレイン電圧、ゲート電圧ともに数十ボルトを要することからも、本発明に係る第 1のトランジスタ素子 10が低電圧で大電流変調を実現できていることが容易に理解できる。また、このとき、ベース電極 4は半導体層 5に対して直接接触してヽるにもかかわらず、ほとんどベース電極 4への電流の流入が起こらない。その結果、図 3に示すように、コレクタ電流の変化に対するベース電流の変化の比率、すなわち電流増幅率 (hFE)は 1を超え、最大で 170に達していた。このように本発明の第 1のトランジスタ素子は、見かけ上パイポーラトランジスタと同様の電流増幅型のトランジスタ素子として有効に機能することが確認できた。

[0060] すなわち、第 1のトランジスタ素子 10は、ェミッタ電極 3とコレクタ電極 2との間に半導体層 5 (5A, 5B)が設けられ、且つその半導体層 5中にシート状ベース電極 4が設けられているので、図 2及び図 3に示すような本発明の第 1のトランジスタ素子 10のトランジスタ性能は、ェミッタ電極 3とコレクタ電極 2との間にコレクタ電圧 Vcを印加し、さらにェミッタ電極 3とベース電極 4と間にベース電圧 Vbを印加すれば、そのベース電圧 Vbの作用により、ェミッタ電極 3から注入された電荷 (電子又は正孔）が著しく加速されてベース電極 4を透過し、コレクタ電極 2に到達するという原理に基づくものである。すなわち、ベース電圧 Vbの印加によってェミッタ電極コレクタ電極間に流れる電流を増幅させることができる。そして、この第 1のトランジスタ素子 10では、シート状のベース電極 4はベース電圧 Vbで加速された弾道電子又は弾道正孔を容易に透過することができる範囲の厚さで全面（図 1においては所定の有効幅 Wのことである。 )に形成されるので、形成された全面で電荷が著しく加速され、しかも加速された電荷がベース電極 4を容易に透過することができる。したがって、本発明の第 1のトランジスタ素子 10によれば、バイポーラトランジスタと同じような電流増幅作用を安定して得ることができる。

[0061] 以下に、本発明の第 1のトランジスタ素子を構成する各層及び各電極について説明する。 [0062] (基板）

図 1においては、基板上に本発明の第 1のトランジスタ素子が形成されている力その基板 1の種類や構造は特に限定されるものではなぐ積層する各層の材質等により適宜決めることができ、例えば、 A1等の金属、ガラス、石英又は榭脂等の各種の材料力もなるものを用いることができる。後述する本発明に係る発光素子のように、光を基板 1側から出射させるボトムェミッション構造の有機発光素子の場合には、透明又は半透明になる材料で基板が形成されることが好ましいが、光をェミッタ電極 3側力ゝら出射させるトップェミッション構造の有機発光素子を作製した場合には、必ずしも透明又は半透明になる材料を用いる必要はなぐ不透明材料で基板を形成してもよヽ。

[0063] 特に、有機 EL素子の基板として一般的に用いられているもの、すなわち、有機 EL 素子を強度的に支持しているものを好ましく用いることができる。基板の材質は、用途に応じてフレキシブルな材質や硬質な材質等が選択される。具体的に用いることができる材料としては、例えば、ガラス、石英、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタタリレート、ポリメチルメタタリレート、ポリメチルアタリレート、ポリエステル、ポリカーボネート等を挙げることができる。また、基板 1の形状としては、枚葉状でも連続状でもよぐ具体的な形状としては、例えばカード状、フィルム状、デイスク状、チップ状等を挙げることができる。

[0064] (電極）

本発明の第 1のトランジスタ素子を構成する電極としては、コレクタ電極 2、ェミッタ電極 3及びベース電極 4があり、図 1に示すように、通常、コレクタ電極 2は基板 1上に設けられ、ベース電極 4は半導体層 5 (第 1半導体層 5A及び第 2半導体層 5B)内に埋め込まれるように設けられ、ェミッタ電極 3はコレクタ電極 2と対向する位置に半導体層 5とベース電極 4を挟むように設けられる。電極材料としては、金属、導電性酸化物、導電性高分子等の薄膜が用いられる。なお、基板 1とコレクタ電極 2との間にはバリア層や平滑層等が設けられて、てもよ、。

[0065] 例えば本発明の第 1のトランジスタ素子を構成する半導体層 5が有機化合物力ゝらなる電子輸送層である場合、コレクタ電極 2の形成材料としては、例えば、 ITO (インジゥム錫オキサイド）、酸化インジウム、 IZO (インジウム亜鉛オキサイド）、 SnO、 ZnO 等の透明導電膜、金、クロムのような仕事関数の大きな金属、ポリア-リン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子等を挙げることができる。一方、ェミッタ電極 3の形成材料としては、アルミ、銀等の単体金属、 MgAg等のマグネシウム合金、 AlLi、 AlCa、 AlMg等のアルミニウム合金、 Li、 Caをはじめとするアルカリ金属類、それらアルカリ金属類の合金のような仕事関数の小さな金属等を挙げることができる。

[0066] 一方、本発明の第 1のトランジスタ素子を構成する半導体層 5が有機化合物力もなる正孔輸送層である場合には、上記のコレクタ電極 2の形成材料と上記のェミッタ電極 3の形成材料とは逆になる。

[0067] また、ベース電極 4は半導体層 5の構成材料とショットキー接触を形成するので、ベース電極 4の形成材料としては、上記コレクタ電極 2ゃェミッタ電極 3に用いられる電極と同様の電極を挙げることができる。ベース電極 4は、ェミッタ電極 3から供給された電荷をコレクタ電極 2側の第 1半導体層 5A内に強制的に供給するように作用するので、ベース電極 4の形成材料としては、必ずしも第 1半導体層 5Aに電荷を注入し易い材料である必要はない。しかし、コレクタ電極 2側の第 1半導体層 5Aが正孔注入層又は正孔注入材料を有する層である場合には、仕事関数が小さ、材料でベース電極 4を形成することが好ましぐ一方、その第 1半導体層 5Aが電子注入層又は電子注入材料を有する層である場合には、仕事関数が大きヽ材料でベース電極 4を形成することが好ましい。こうしたベース電極 4の形成材料としては、例えば、アルミ、銀等の単体金属、 MgAg等のマグネシウム合金、 AlLi、 AlCa、 AlMg等のアルミニウム合金、 Li、 Caをはじめとするアルカリ金属類、 LiF等のアルカリ金属類の合金のような仕事関数の小さな金属等を好ましく使用することができるが、電荷 (正孔、電子)注入層とショットキー接触を形成することが可能であれば、 ITO (インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、 IZO (インジウム亜鉛オキサイド）、 SnO、 ZnO等の透明導電膜、

2

金、クロムのような仕事関数の大きな金属、ポリア-リン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子等も使用することができる。

[0068] なお、後述する本発明に係る発光素子のように、光を基板 1側力出射させるボトムェミッション構造の有機発光素子の場合には、少なくともコレクタ電極 2を透明又は半透明の材料で形成することが好ましぐ一方、光をェミッタ電極 3側から出射させるトツプェミッション構造の有機発光素子を作製する場合には、ベース電極 4とェミッタ電極 3を透明又は半透明の材料で形成することが好ましい。こうした構成により、光取り出し効率を向上させることができ。透明又は半透明の電極材料としては、 ITO (インジゥム錫オキサイド）、酸化インジウム、 IZO (インジウム亜鉛オキサイド）、 SnO、 ZnO

2 等の透明導電膜が好ましく用いられる。

[0069] 上記の各電極のうちコレクタ電極 2とェミッタ電極 3については、真空蒸着、スパッタリング、 CVD等の真空プロセスあるいは塗布により形成され、その膜厚は使用する材料等によっても異なる力例えば ΙΟηπ！〜 lOOOnm程度であることが好ましい。これらの膜厚は、厚さ方向の試料断面を透過型電子顕微鏡 (TEM)により 5箇所の平均値を測定したものである。

[0070] 図 4は、ベース電極 4の厚さ以外は上記図 2及び図 3で測定したトランジスタ素子と同じ構成のものを用いた場合にぉ、て、変調電流量 Ic (図 4 (A) )及び電流増幅率 h FE (図 4 (B) )の、ベース電極 4の膜厚依存性を示したグラフである。また、図 5は、ベース電極 4の厚さを変化させた際における電流透過率 aを示したグラフである。図 5 に示す電流透過率 αは、 [Ic (コレクタ電極に到達した電荷）] Z[Ic + Ib (ェミッタ電極から注入された電荷) ]により表される。

[0071] 図 4に示すように、変調電流量 Ic及び電流増幅率 hFEは、 V、ずれもベース電極 4が厚くなるのにともなって急激に減少しており、十分なトランジスタ性能を得るためには、薄いベース電極 4が必要不可欠であることが分かる。このとき、コレクタ電極 2に到達した電荷に対する、ェミッタ電極 3から注入された電荷の比率である、電流透過率 αを算出すると、図 5に示すように、ベース電極 4の厚さが 40nm以下では、 99%程度の非常に高い値を示していることが分かった。これは、ェミッタ電極 3からの電荷がほとんど全てベース電極 4を透過していることを意味しており、その結果、パイポーラトランジスタと同様の電流増幅作用が得られているものと考えられる。

[0072] したがって、ベース電極 4につ!/、ては、その厚さを 40nm以下とすることが好まし!/ヽ力図 4に示すように、 80nm未満とした場合であっても使用可能である。 40nm以下の厚さはベース電圧 Vbで加速された弾道電子又は弾道正孔を半導体層内に容易に透過させる厚さであるので、シート状のベース電極 4の全面で電荷（電子又は正孔 )が著しく加速され、しカゝも加速された電荷がベース電極 4を容易に透過することができる。なお、ベース電極 4は半導体層 5中に切れ目なく（穴やクラック等の欠陥部なく）設けられていればよいので、その厚さの下限は特に限定されないが、通常、 lnm程度であればよい。ベース電極 4の厚さは、厚さ方向の試料断面を透過型電子顕微鏡により測定した。

[0073] 図 6は、ベース電極 4の形成材料を変更した場合の、ェミッタ電極 3からの注入電流

(図 6 (A) )と、コレクタ電極 2への到達電流（図 6 (B) )とに対するベース電圧依存性を示すグラフである。なお、このグラフは、ベース電極 4の厚さを 40nmとした以外は上記図 2及び図 3で測定したトランジスタ素子と同じ構成のものを用いて測定したものである。図 6に示すように、ベース電圧 Vbを変化させた場合であっても、ェミッタ電極 3からの注入電流とコレクタ電極 2への到達電流とはほぼ同じであり、電流透過率 α [ IcZ (Ic +Ib) ]は、ベース電極 4の材料を LiFZAl、 Au、 Agとした各試料において、 0. 99の高確率でベース電極 4を透過して!/、ることがわかった。

[0074] また、図 6に示すように、ベース電極 4の材料を LiF (厚さ 0. 5nm) ZAl (厚さ ΙΟΟη m)、 Au (厚さ 30nm)、 Ag (厚さ 30nm)とした各試料を対比すると、電流値の大きさが異なり、 LiFZAlが最も高ぐ Ag、 Auの順に低くなつていた。この結果から、ベース電極 4の材料により電流値の大きさはことなる力電流透過率 αに対する材料依存性は小さいことがわ力つた。

[0075] ベース電極 4がシート状に設けられ、且つその厚さが所定の厚さ以下である場合に高、電流透過率 aを示すメカニズムは必ずしも明確ではな!/、が、現時点では以下のメカニズムが考えられる。

[0076] 本発明にお!/、ては、ベース電極 4がシート状に設けられて!/、る場合（すなわちベース電極 4が穴やクラック等の欠陥部を含まない場合）、ェミッタ電極 3から注入された電荷がシート状のベース電極 4全面で加速され、ェミッタ電極 3から注入された電荷のほとんど全てが弾道電子又は弾道正孔となってベース電極 4を透過すると考えられる。その結果、コレクタ電極に到達した電荷の量がェミッタ電極から注入された電荷の量とほぼ同じになって、全体として著しい電流増幅作用を示すと考えられる。一方、本発明者の研究によれば、ベース電極 4がシート状に設けられていない試料 (すなわちベース電極 4が穴やクラック等の欠陥部を含む試料)を作製した場合においては、結果として、コレクタ電極に到達した電荷の量はェミッタ電極から注入された電荷の量よりも少なぐ ONZOFF比も小さくなることを確認している。その原因としては、その欠陥部ではェミッタ電極 3から注入された電荷を加速できず、その部分の電荷はベース電極 4を透過し難くなり、各部位での電流量の増加にムラが生じてしまうと考えられる。

[0077] また、ベース電極 4が所定の厚さ以下である場合に高、電流透過率 aを示すが、これは、ェミッタ電極 3から注入された電荷がベース電極 4を弾道電子又は弾道正孔として透過すること〖こよるものと考えられる。つまり、薄いベース電極 4力パイポーラトランジスタのベース層と同じような働き（すなわち、ベースへのキャリア流入を防ぎつつェミッタ電流の増加だけを引き起こすという作用）を受け持つと考え、図 7に示すエネルギーダイアグラムを提案する。図 7からもわ力るように、ェミッタ電極一ベース電極間に印加されたベース電圧 Vbによって、ェミッタ電極 3から C60からなる第 2半導体層 5Bへの電荷注入電流が増大し、その電荷がベース電極 4に落ち込むことなぐ M e PCTからなる第 1半導体層 5 Aの伝導帯に高ヽ確率で到達してコレクタ電極 2に収集された結果、大きなコレクタ電流変調が得られたものと考えられる。電荷がベース電極 4中を弾道的に透過できる距離 (電子又は正孔の平均自由行程）は一般的には数 nm力数十 nm程度と言われて!/、るが、これは上記 40nm以下の厚さが好まし V、と、う本発明の実験結果とほぼ一致する。

[0078] また、ベース電極 4の表面を凹凸形状を有するものとすることができる。この凹凸形状を有するベース電極 4は、表面粗さが粗いベース電極ということもできる力こうしたベース電極 4は、所定の平均厚さのベース電極を形成した場合であっても薄ヽところと厚いところを有する。こうした構成力もなるベース電極は、電流増幅作用を安定して得ることができる点で好ましい。なお、凹凸形状力もなる表面形状は、接触式表面形状測定装置（メーカー： SLOAN THECHNOLOGY、型番： DEKTAK3)又は、 AFM (Se iko Instruments, SPI3800)で評価した。 [0079] 例えば、コレクタ電極 2とベース電極 4との間に設けられた第 1半導体層 5Aを、結晶性の有機化合物で真空蒸着した場合には、ベース電極 4が形成される側の第 1半導体層 5Aの表面は凹凸形状となっている。そのため、その結晶性の第 1半導体層 5A 上に設けられたベース電極 4も凹凸形状で形成される。凹凸形状を有するベース電極 4は所定の平均厚さのベース電極 4を形成した場合であっても薄、ところと厚、ところを有するが、本発明によれば、ベース電極 4が凹凸形状を有する場合に、電流増幅作用を安定して得ることができる。

[0080] 結晶性の半導体層を構成する材料としては、上記図 2又は図 3の結果を示すトランジスタ素子の構成材料である、 n型有機半導体であるペリレン顔料 (Me— PTC)を好ましく挙げることができる。また、他の材料としては、後述の化学式で示す C60、 NTC DA、 PTCDA若しくは Ph— Et— PTCを挙げることができる。また、これら以外の有機化合物であってもよい。この n型有機半導体であるペリレン顔料 (Me— PTC、厚さ 400nm)を真空蒸着で形成した際の、ベース電極 4側の表面は、 X線回折法で測定した結果、明確な結晶性ピークが得られた。また、 C60、 NTCDA、 PTCDA若しくは Ph—Et— PTCにおいても、 X線回折法で測定した結果、結晶性ピークが得られた。なお、上記図 2又は図 3の結果を示すトランジスタ素子の結晶性の半導体層 5Aの表面粗さはその上に設けられるベース電極 4の表面粗さに反映された。したがって、上記図 2又は図 3の結果を示すトランジスタ素子のベース電極 4が所定の表面粗さ（凹凸形状)を有する場合に、電流増幅作用を安定して得ることができることを確認できた。

[0081] なお、結晶性の半導体層の結晶粒径は、透過型電子顕微鏡で測定でき、その結晶粒径は、ベース電極 4の厚さ以上又は厚さ程度の 50nm又はそれ以上であった。このように、結晶性の第 1半導体層 5Aの結晶粒径をベース電極 4の厚さ以上となるようにすれば、その第 1半導体層 5A上にベース電極 4を形成することにより、凹凸形状を有するベース電極を容易に形成できる。結晶性の半導体層の表面粗さ Rzは、 AF M (Seiko Instruments, SPI3800)で評価し、 Me- PTCでは 200nm〜400nm程度であり、 NTCDAでは 300nm〜500nmであり、 C60では 50nm〜100nmであった。 Rzは、 JIS B 0601に準拠した。 [0082] また、ベース電極 4が金属からなり、そのベース電極 4の片面又は両面にベース電極 5の酸ィ匕物薄膜が形成されているように構成することもできる。また、半導体層 5 (5 A, 5B)上に電極を成膜する場合は、電極成膜時にその半導体層 5に加わるダメージを軽減するための保護層（図示しない)を半導体層 5上に設けてもよい。保護層としては、例えば Au、 Ag、 A1等の半透明膜や ZnS、 ZnSe等の無機半導体膜等の蒸着膜又はスパッタ膜のように、成膜時にダメージを与え難いものが l〜500nm程度の厚さで予め成膜されることが好まし、。

[0083] (半導体層）

本発明の第 1のトランジスタ素子を構成する半導体層 5としては、種々の半導体材料を例示でき、通常は電荷輸送特性の良い電荷輸送材料を例示できる。その形態としては、（0コレクタ電極 2とベース電極 4との間に設けられた第 1半導体層 5Aと、ェミツタ電極 3とベース電極 4との間に設けられた第 2半導体層 5Bとが、異なる半導体材料で形成されていること、 GO第 1半導体層 5A及び第 2半導体層 5Bが正孔輸送材料又は電子輸送材料で形成されてなること、（m)ェミッタ電極 3とベース電極 4との間又はコレクタ電極 2とベース電極 4との間に設けられた半導体層 5 A, 5Bのいずれも力有機化合物で形成されていること、 Gv)コレクタ電極 2とベース電極 4との間に設けられた第 1半導体層 5 Aの厚さ T1と、ェミッタ電極 3とベース電極 4との間に設けられた第 2 半導体層 5Bの厚さ T2との比（T1ZT2)力 1Z1〜： LOZ1の範囲内であること、好ましくは 3Zl〜7Zlの範囲内であること、（V)ェミッタ電極 3と、ェミッタ電極 3に隣接する第 2半導体層 5Bとの間に、電荷注入層を有すること、又は、（vi)その電荷注入層が、 LiF、 Ca等のアルカリ金属又はその化合物で形成されていること、が好ましい。

[0084] 半導体層 5 (5A, 5B)の形成材料としては、後述の実験例で用いた Alq 、 C60、 N

3

TCDA、 PTCDA、 Me -PTC,若しくは Ph— Et— PTCを挙げることができ、また、アントラキノジメタン、フルォレニリデンメタン、テトラシァノエチレン、フルォレノン、ジフエノキノンォキサジァゾーノレ、アントロン、チォピランジオキシド、ジフエノキノン、ベンゾキノン、マロノ-トリル、 -ジトロベンゼン、ニトロアントラキノン、無水マレイン酸若しくはペリレンテトラカルボン酸、又はこれらの誘導体等、電荷輸送材料として通常使用されるものを用いることができる。また、コレクタ電極 2とベース電極 4との間に設けられた第 1半導体層 5Aにおいては、後述する本発明の発光素子の説明欄で列記した発光層形成材料を用いてもょヽ。

[0085] 半導体層 5 (5A, 5B)の電荷移動度は、なるべく高いことが望ましぐ少なくとも、 0.

001cm²ZVs以上であることが望ましい。また、コレクタ電極 2側の第 1半導体層 5A の厚さは、通常、 300ηπ！〜 lOOOnm程度を挙げることができる力好ましくは 400η m〜700nm程度である。なお、その厚さが 300nm未満の場合又は lOOOnmを超える場合は、トランジスタ動作を生じないことがある。一方、ェミッタ電極 3側の第 2半導体層 5Bの厚さは、第 2半導体層 5Bに比べて基本的に薄いことが望ましぐ通常、 50 Onm程度以下を挙げることができる力好ましくは 50ηπ！〜 150nm程度である。なお、その厚さが 50nm未満の場合は、導通の問題が発生して歩留まりが低下することがある。

[0086] コレクタ電極 2とベース電極 4との間に設けられる第 1半導体層 5Aの形成材料として、下記の各有機化合物を用いて実験を行った。実験は、厚さ lOOnmの透明 ITO 電極をコレクタ電極 2とし、その上に、下記の 5種の化合物（Alq、 C60、 NTCDA、 P

3

TCDA、 Me— PTC)から選択した 1種力なる第 1半導体層 5Aと、アルミニウムからなる平均厚さ 20nmのベース電極 4と、フラーレン（C60、平均厚さ lOOnm)からなる第 2半導体層 5Bと、銀力もなる平均厚さ 30nmのェミッタ電極 3とを、真空蒸着等の成膜手段でその順に積層したトランジスタ素子を用いた。第 1半導体層 5Aの厚さは、 Alq、 C60においては lOOnmとし、 NTCDA、 PTCDA、 Me— PTCにおいては 10

3

Onmとした。

[0087] こうして作製した 5種のトランジスタ素子について、コレクタ電圧 Vcを 5Vとし、ベース電圧 Vbを OV〜3Vの範囲で変調させた。出力変調特性の測定は、図 2及び図 3の場合と同様、ェミッタ電極一コレクタ電極間にコレクタ電圧 Vcを印加し、さら〖こェミッタ電極ベース電極間にベース電圧 Vbを印加した時の、コレクタ電流 Ic及びベース電流 lbの変化量を測定して行った。また、コレクタ電流の変化に対するベース電流の変化の比率、すなわち電流増幅率 (hFE)を算出した。表 1は、その結果を示している。

[化 1]

[化 2]

PTCDA Me-PTC

[表 1]

[0088] 表 1に示すように、 C60からなる第 2半導体層 5Bに対して、 Alq3や C60からなる第 1半導体層 5Aを形成した場合には、十分な結果を得ることができな力つた。また、 N TCDAや PTCDAからなる第 1半導体層 5Aを形成した場合の電流増幅率 (hFE)は、電流増幅が認められ、それぞれ 15、 46であった。一方、 Me— PTCからなる第 1半導体層 5Aを形成した場合の電流増幅率 (hFE)は、 200という著しく高い値を示した。このように、本発明の第 1のトランジスタ素子を構成する半導体層 5 (5A, 5B)には、電荷輸送材料を用いることができる力詳細には、材料の組み合わせにより高い電流増幅作用を生じさせることができる。そして、その組み合わせは、現時点では、図 7に示すように、半導体材料の LUMOの位置が関係していると考えられるので、その点を考慮して組み合わせることが望まし、。

[0089] 表 1には、コレクタ電圧 Vcを 5Vとし、ベース電圧 Vbの ON電圧を 3V、 OFF電圧を 0Vとしたときの、 ONZOFF比の測定結果も併せて示した。表 1に示したように、 ON ,OFF比は、 NTCDAや PTCDAからなる第 1半導体層 5Aを形成した場合は、大きな値となり、それぞれ 40、 20であった。一方、 Me— PTC力もなる第 1半導体層 5Aを形成した場合の ONZOFF比は、 100と、う著しく高ヽ値を示した。

[0090] このように本発明の第 1のトランジスタ素子は、見かけ上パイポーラトランジスタと同様の電流増幅型のトランジスタ素子として有効に機能することが確認できた。

[0091] (第 2のトランジスタ素子）

次に、本発明の第 2のトランジスタ素子について説明する。図 8は、本発明の第 2のトランジスタ素子の一例を示す模式的な断面図であり、図 9は、本発明の第 2のトランジスタ素子の他の一例を示す模式的な断面図である。本発明の第 2のトランジスタ素子 20, 30は、ェミッタ電極 3とコレクタ電極 2とを備えている。ェミッタ電極 3とコレクタ電極 2との間に、半導体層 5とシート状のベース電極 4が設けられ、少なくともェミッタ電極 3とベース電極 4との間又はコレクタ電極 2とベース電極 4との間に、暗電流抑制層 6, 7が設けられている。図 8においては、コレクタ電極 2とベース電極 4との間に暗電流抑制層 6が設けられており、図 9においては、コレクタ電極 2とベース電極 4との間に暗電流抑制層 6が設けられ、さらにェミッタ電極 3とベース電極 4との間にも喑電流抑制層 7が設けられて、る。

[0092] なお、第 2のトランジスタ素子は、上記第 1のトランジスタ素子と比較して、暗電流抑制層が設けられている点が異なりその他の点は上記第 1のトランジスタ素子と同じであるので、図 8及び図 9並びに以下の説明においては、同一の符号を用いてその説明を省略する。また、図 8及び図 9では基板は省略して図示している。

[0093] 図 10は、図 8の第 2のトランジスタ素子 20の場合における ON電流と OFF電流の経路を示したものであり、図 11は、図 9の第 2のトランジスタ素子 30の場合における ON 電流と OFF電流の経路を示したものである。これらの第 2のトランジスタ素子 20, 30 は、上記第 1のトランジスタ素子 10のェミッタ電極コレクタ電極間に例えば 5 Vのコレクタ電圧 Vcを印加したとき、ェミッタ電極—ベース電極間に小さいベース電圧 Vbを印加した場合又はベース電圧 Vbを印加しない場合 (Vb = 0V)にベース電極ーコレクタ電極間に動作に必要な電流成分以外の漏れ電流が流れ、 ONZOFF比が低下することがあるという問題を解決したものである、そして、上記のように、半導体層 5中に形成された薄いシート状のベース電極 4の一方又は両面に暗電流抑制層（6, 7) を形成することにより、動作に必要な漏れ電流を抑制して ONZOFF比を向上させたトランジスタ素子である。

[0094] 本発明の第 2のトランジスタ素子 20, 30によれば、図 10及び図 11に示すように、少なくともェミッタ電極 3とベース電極 4との間又はコレクタ電極 2とベース電極 4との間に暗電流抑制層（6, 7)が設けられているので、その暗電流抑制層により、ェミッタ電極一ベース電極間に小さい電圧 Vbを印加した場合又は電圧 Vbを印加しない場合に、ベース電極コレクタ電極間にトランジスタ動作に暗電流が流れるのを効果的に抑制することができ、その結果、 ONZOFF比を向上させることができる。なお、喑電流抑制層 6, 7は、例えばェミッタ電極ベース電極間に電圧 Vbを印加しない場合の暗電流は効果的に抑制できる力ェミッタ電極ベース電極間に電圧 Vbを印加した場合の、わゆる ON電流はあまり妨げな、ものを用いることが望ま、。

[0095] 暗電流抑制層 6, 7は、ベース電圧 Vbを OFFにした際に、コレクタ電圧 Vcによって生じたェミッタ電流がベース電極 4を透過しないように作用するので、図 8に示すように少なくともコレクタ電極 2とベース電極 4との間に設けられる。なお、必要に応じてべース電極 4の両面に暗電流抑制層 7を設けることができる。また、形成する暗電流抑制層は、ベース電極 4に隣接して（すなわち、ベース電極 4に接触するように)設けられていることが好ましい。

[0096] 暗電流抑制層としては、ベース電極 4に一様に形成されていることが好ましい。ここで、「一様に」とは、穴や切れ目がなく全面に形成されていることをいう。暗電流抑制層の厚さが薄すぎると、一様な暗電流抑制層を成膜し難いという難点があり、暗電流抑制層の厚さが厚すぎると、ベース電圧 Vbを ON状態にしたときの電流も顕著に抑制されることがある。

[0097] 暗電流抑制層の形成材料としては、有機系絶縁層や無機系絶縁層を挙げることができるが、上記厚さで成膜できることと暗電流抑制層としての作用効果を奏することを条件に以下の具体例を挙げることができる。例えば、 Si02、 SiNx、 A1203等の無機材料や、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビ- ルクロライド、ポリフッ化ビ-リデン、シァノエチルプルラン、ポリメチルメタタリレート、ポリビニルフエノール、ポリサルホン、ポリカーボネート、ポリイミド等の有機材料等を挙げることができる。なお、これらの形成材料は、単独で用いてもよいし、 2種以上の材料を用いてもよい。

[0098] また、暗電流抑制層の形成材料として、有機系半導体材料を用いてもよいし、無機系半導体材料を用いてもよい。これらの材料から、上記厚さで成膜できることと喑電流抑制層としての作用効果を奏することを条件に最適なものが選定される。これらの形成材料も上記同様、単独で用いてもよいし、 2種以上の材料を用いてもよい。

[0099] 図 12は、暗電流抑制層として酸ィ匕ケィ素膜を形成した場合での ON電流と、 ON/ OFF比の実験結果を示すグラフである。実験は、厚さ lOOnmの透明 ITO電極をコレクタ電極 2とし、その上に、 Me— PTC力もなる第 1半導体層 5A (厚さ 400nm)と、ァルミ-ゥムからなる平均厚さ 20nmのベース電極 4と、フラーレン（C60、平均厚さ 100 nm)からなる第 2半導体層 5Bと、銀力もなる平均厚さ 30nmのェミッタ電極 3とを、真空蒸着等の成膜手段でその順に積層したトランジスタ素子を用いた。なお、比較試料として、酸ィ匕ケィ素を設けなヽトランジスタ素子を作製した。

[0100] 前記の試料について、 ON電流と OFF電流を測定した。測定は、ェミッタ電極ーコレクタ電極間にコレクタ電圧 Vcを 5V印加し、さらにェミッタ電極ベース電極間にべース電圧 Vbを印加したときに測定したコレクタ電流を ON電流とし、印加しないときに測定したコレクタ電流を OFF電流とした。図 12に示したように、暗電流抑制層である酸化ケィ素の厚さが 5nmのときの ONZOFF比は、約 250であった。なお、このときの ON電流は、酸ィ匕ケィ素膜を設けないときに比べて低下していたものの、厚さ 2. 5 nmの酸ィ匕ケィ素膜を設けた場合と比べてあまり変化がな力つた。こうしたことは、 ON 電流をあまり低下させずに ONZOFFを向上させることができるので好ましい。

[0101] 図 13及び図 14は、暗電流抑制層を自然酸ィ匕により形成した場合のコレクタ電流の経時変化を示したものであり、図 13は、暗電流抑制層が形成されていない場合のコレクタ電流のグラフを示したものであり、図 14は、暗電流抑制層を自然酸ィ匕により形成した後のコレクタ電流のグラフを示したものである。実験は、厚さ lOOnmの透明 IT O電極をコレクタ電極 2とし、その上に、 Me— PTCからなる平均厚さ 400nmの第 1半導体層 5Aと、アルミニウムからなる平均厚さ 20nmのベース電極 4と、フラーレン（C6 0、平均厚さ lOOnm)からなる第 2半導体層 5Bと、銀からなる平均厚さ 30nmのェミツタ電極 3とを、真空蒸着等の成膜手段でその順に積層したトランジスタ素子を用いた

[0102] 前記の試料について、ェミッタ電極コレクタ電極間にコレクタ電圧 Vcを OV〜5V まで印加し、さらにェミッタ電極一ベース電極間にベース電圧 Vbを 3V印加した場合と 4V印加した場合に測定したコレクタ電流を ON電流とし、印加しないときに測定したコレクタ電流を OFF電流とした。図 13の結果は、上記トランジスタ素子を形成した直後に測定したものであり、ベース電極 4の両面には暗電流抑制層 6, 7は生じていない場合のものである。一方、図 14の結果は、上記トランジスタ素子を形成し、温度 2 0〜25°C、湿度 30〜70%の室内での大気環境中に 37分間放置した後に測定したものであり、ベース電極 4の両面には酸化アルミニウムからなる暗電流抑制層 6, 7が生じていた。

[0103] このときの酸化アルミニウムは、アルミニウムからなるベース電極 4の自然酸化膜であり、 TEMによる厚さ測定により確認した。

[0104] 図 13において、コレクタ電圧 Vcが 5Vで、ベース電圧 Vbが OVのときの OFF電流は 2. 89mA/cm2であったのに対し、図 14において、コレクタ電圧 Vcが 5Vで、ベース電圧 Vbが 0Vのときの OFF電流は 0. 0025mAZcm2であり、 ONZOFF比は、図 13での 36力ら、図 14での 330にまで著しく向上した。図 15ίま、上記のように温度 20〜25°C、湿度 30〜70%の室内での大気環境中に放置した時間と、 ON/OFF 比の関係である。 ONZOFF比は、放置時間が 20分までは顕著に向上し、 20分経過後に 300を超える高い値で安定した。なお、酸ィ匕アルミニウム膜の厚さは、時間の経過とともに厚くなることが確認され、放置時間 20分のときの酸ィ匕アルミニウムの厚さよりも、放置時間 37分のときの酸ィ匕アルミニウムの厚さが厚力つた。こうした結果は、上記図 12での実験と合わせて考えれば、主にコレクタ電極 2側に設けられた酸ィ匕ァルミ-ゥム膜の作用効果によるものと考えられる。

[0105] この第 2のトランジスタ素子におけるその他の構成、すなわち、各電極の形成材料や半導体層の形成材料等は、上記第 1のトランジスタ素子の欄で説明したものと同じである。 [0106] (トランジスタ素子の製造方法）

本発明のトランジスタ素子の製造方法は、上記第 2のトランジスタ素子の製造方法に係るものであって、ェミッタ電極 3とコレクタ電極 2との間に半導体層 5 (5A, 5B)及びシート状のベース電極 4が設けられ、少なくともェミッタ電極 3とベース電極 4との間又はコレクタ電極 2とベース電極 4との間に暗電流抑制層（6, 7)を形成する方法である。そして、その特徴は、ベース電極 4をィ匕学反応させることにより、暗電流抑制層を形成する。こうした化学反応としては、図 12〜図 14の実験結果のところで示したように、ベース電極 4を形成した後に該ベース電極 4の一部（半導体層側に接する側の面）を酸化させて暗電流抑制層（6, 7)を形成する方法、又は、ベース電極 4を形成した後に該ベース電極 4を加熱処理して暗電流抑制層（6, 7)を形成する方法、を挙げることができる。こうした方法により、暗電流抑制層（6, 7)を容易に形成することができ、漏れ電流を抑制して ONZOFF比を向上させたトランジスタ素子を容易に提供することがでさる。

[0107] なお、暗電流抑制層をコレクタ電極 2側にのみ設ける場合には、第 1半導体層 5A 上にベース電極 4を形成した後、そのベース電極 4上に酸化等の化学反応を防止することを目的の保護層を設ければ、上暗電流抑制層をコレクタ電極 2側にのみ、ベース電極 4の自然酸ィ匕膜もしくは加熱酸ィ匕膜を設けることができる。

[0108] (電子デバイス）

本発明の電子デバイスは、上記本発明の第 1のトランジスタ素子をスイッチング素子として有するもの、又は、上記本発明の第 2のトランジスタ素子をスイッチング素子として有するもの、であることが好ましい。本発明は、第 1又は第 2のトランジスタ素子をスイッチング素子として、例えば有機 EL素子と組み合わせた電子デバイスとすることができる。第 1又は第 2のトランジスタ素子が低電圧で大電流変調が可能であることから、例えば有機 ELのスイッチング素子である駆動トランジスタとして好ましく組み合わせてなる電子デバイスを提供できる。

[0109] 本発明のトランジスタ素子を n型トランジスタとして用いる場合において、ベース電極 4とコレクタ電極 2との間に有機 EL層を設け、ベース電極 4を陰極として用いて電子デバイスを構成すれば、従来のように電子を注入し易ヽが酸ィ匕し易、アルカリ金属を陰極として用ヽなくても、有機 EL層を構成する電荷輸送層中に電荷を効果的に注入することができるという優れた効果を奏する。

[0110] (発光素子）

次に、発光素子について説明する。図 16は、第 1のトランジスタ素子のベース電極 4とコレクタ電極 2との間に有機 EL層 41を有し、その有機 EL層 41が少なくとも発光層 42を 1層以上含む発光素子 40の一例を示す模式断面図である。この第 1の発光素子 40は、図 16に示すように、例えば厚さ lOOnmの透明 ITO電極をコレクタ電極 2 とし、その上に、 CuPcからなる厚さ 2nmの正孔注入層 44と、 NPDからなる厚さ 30η mの正孔輸送層 43と、 Alq3からなる厚さ 30nmの発光層 42と、 BCP力なる厚さ 10 nmの励起子ブロック層 45と、 n型有機半導体のペリレン顔料（Me— PTC、厚さ 500 nm)からなる電子輸送性の第 1半導体層 5Aと、アルミニウムからなる厚さ 20nmのべース電極 4と、フラーレン（C60、厚さ lOOnm)からなる第 2半導体層 5Bと、銀からなる厚さ 30nmのェミッタ電極 3とを、真空蒸着等の成膜手段でその順に積層したものである。

[0111] また、図 17は、第 2のトランジスタ素子のベース電極 4とコレクタ電極 2との間に有機 EL層 41を有し、その有機 EL層 41が少なくとも発光層 42を 1層以上含む発光素子 5 0の一例を示す模式断面図である。この第 2の発光素子 40は、図 17に示すように、第 1半導体層 5 Aとベース電極 4との間に、酸ィ匕ケィ素からなる厚さ 5nmの暗電流抑制層 6を形成した他は、上記第 1の発光素子 40と同じ構成である。

[0112] なお、図 16及び図 17に示す本発明の発光素子 40, 50のトランジスタとしての構成は、上記第 1及び第 2のトランジスタ素子の基本的な構成と同じであるので、既に説明した同じ構成については、同一の符号を用いて詳しい説明を省略する。また、図 1 6及び図 17に示す発光素子 40, 50を構成する有機 EL層の構成材料の化学式を以下に示す。

[化 3]

[0113] 図 18は、図 16に示す構成の発光素子の実験例であり、コレクタ電圧 Vcとして一定の電圧を印加しながらベース電圧 Vbを変化させたときの EL輝度の変化を示すダラフである。図 18に示すように、ベース電圧 Vbの印加によって有機 EL層に力かる電圧は減少しているにもかかわらず、 EL輝度は増大し、 Vc= 12V、 Vb = 2. 5Vの低電圧で、約 100cdZm2の輝度の変調を達成した。

[0114] このように、本発明の発光素子は、トランジスタ素子の第 1半導体層 5 Aとコレクタ電極 2との間に有機 EL層 41を有し、全体としてその有機 EL層 41と同様の面状の積層構造となるので、面状の電流を変調できる。こうした構造の発光素子は、駆動素子であるトランジスタ素子と、有機 EL素子を一度に作製できるだけでなぐ駆動トランジスタの占有面積が実質ゼロとなることから開口率を大きくできるというメリットがある。近年において、有機 FET構造でも発光が観測されるようになったが、まだその性能は低ぐ実用的な性能を示す有機発光トランジスタとしては、縦型の有機 SITを用いたものが知られている。本発明の発光素子は、コレクタ電極 2側に有機 EL層を積層するだけで電流変調可能な発光素子を実現できた。し力も、本発明の発光素子は、中間電極等の微細パター-ングが不必要であり、極めて実用的である。

[0115] 有機 EL層 41は、上記のように、少なくとも 1層以上の発光層 42を有し、さらに、正孔注入層 44、正孔輸送層 43、電子輸送層、及び電子注入層から選ばれる 1又は 2 以上の層を有することが好ましい。図 16及び図 17の例では、発光層 42のコレクタ電極 2側に正孔輸送層 43と正孔注入層 44が設けられている。また、発光層 42のべ一ス電極 4側には励起子ブロック層 45が設けられている。この発光素子 40, 50はトランジスタ素子により多くの電荷が加速されて有機 EL層 41の発光層 42に到達するので、ベース電極 4からの電荷の注入は容易である。したがって、有機 EL層 41は必ずしも電荷注入層を有していなくてもよいという利点がある。そのため、従来のように電子を注入し易ヽが酸ィ匕し易、アルカリ金属を陰極として用いなくてもよヽとヽぅ効果がある。

[0116] 発光層 42の形成材料としては、有機 EL素子の発光層として一般的に用いられている材料であれば特に限定されず、例えば色素系発光材料、金属錯体系発光材料、高分子系発光材料等を挙げることができる。

[0117] 色素系発光材料としては、例えば、シクロペンタジェン誘導体、テトラフエニルブタジェン誘導体、トリフエ-ルァミン誘導体、ォキサジァゾール誘導体、ピラゾ口キノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルァリーレン誘導体、シロール誘導体、チォフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチォフェン誘導体、トリフマニルァミン誘導体、ォキサジァゾールダイマー、ピラゾリンダイマ一等を挙げることができる。

[0118] 金属錯体系発光材料としては、例えば、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾォキサゾール亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、ァゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロピウム錯体等、中心金属に、 Al、 Zn、 Be等、又は Tb、 Eu、 Dy等の希土類金属を有し、配位子にォキサジァゾール、チアジァゾール、フエ-ルビリジン、フエ-ルペンゾイミダゾール、キノリン構造等を有する金属錯体等を挙げることができる。

[0119] 高分子系発光材料としては、例えば、ポリパラフエ-レンビ-レン誘導体、ポリチォフェン誘導体、ポリバラフヱ-レン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリビュルカルバゾール、ポリフルォレノン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリキノキサリン誘導体、及びそれらの共重合体等を挙げることができる。 [0120] 発光層 42中には、発光効率の向上や発光波長を変化させる等の目的でドーピング剤等の添加剤を添加するようにしてもよい。ドーピング剤としては、例えば、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクァリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル色素、テトラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、デカシタレン、フノキサゾン、キノキサリン誘導体、力ルバゾール誘導体、フルオレン誘導体等を挙げることができる。

[0121] 正孔輸送層 43の形成材料としては、フタロシアニン、ナフタロシアニン、ポリフィリン、ォキサジァゾール、トリフエ-ルァミン、トリァゾール、イミダゾール、イミダゾロン、ビラゾリン、テトラヒドロイミダゾール、ヒドラゾン、スチルベン、ペンタセン、ポリチォフェン若しくはブタジエン、又はこれらの誘導体等、正孔輸送材料として通常使用されるものを用いることができる。また、正孔輸送層 43の形成材料として市販されている、例えばポリ（3、 4)エチレンジォキシチォフェン Zポリスチレンスルホネート（略称 PEDO TZPSS、バイエル社製、商品名； Baytron P AI4083、水溶液として市販。）等も使用することができる。正孔輸送層 43は、こうした化合物を含有した正孔輸送層形成用塗液を用いて形成される。なお、これらの正孔輸送材料は、上記の発光層 42内に混ぜてもよいし、正孔注入層 44内に混ぜてもよい。

[0122] また、図 16及び図 17では、 Me— PTC力もなる第 1半導体層 5Aが電子輸送性の層であるので、別個に電子輸送層として設けていないが、必要に応じて発光層 42のベース電極 4側に設けてもよい。電子輸送層の形成材料としては、アントラキノジメタン、フルォレニリデンメタン、テトラシァノエチレン、フルォレノン、ジフエノキノンォキサジァゾール、アントロン、チォピランジオキシド、ジフエノキノン、ベンゾキノン、マロノ二トリル、 -ジトロベンゼン、ニトロアントラキノン、無水マレイン酸若しくはペリレンテトラカルボン酸、又はこれらの誘導体等、電子輸送材料として通常使用されるものを用いることができる。電子輸送層は、こうした化合物を含有した電子輸送層形成用塗液を用いて形成される。なお、これらの電子輸送材料は、上記の発光層 42内に混ぜてもよいし、電子注入層内に混ぜてもよい。

[0123] 正孔注入層 44の形成材料としては、例えば、発光層 42の発光材料に例示したィ匕合物の他、フエ-ルァミン系、スターバースト型ァミン系、フタロシアニン系、酸化バナジゥム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウムなどの酸化物、ァモルファスカーボン、ポリア-リン、ポリチォフェンなどの誘導体等を挙げることができる。

[0124] 図 16及び図 17には含まれないが、必要であれば電子注入層を設けてもよい。電子注入層の形成材料としては、発光層の発光材料に例示した化合物の他、アルミ- ゥム、フッ化リチウム、ストロンチウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、酸化アルミニウム、酸化ストロンチゥム、カルシウム、ポリメチルメタタリレートポリスチレンスルホン酸ナトリウム、リチウム、セシウム、フッ化セシウム等のようにアルカリ金属類、及びアルカリ金属類のハロゲン化物、アルカリ金属の有機錯体等を挙げることができる。

[0125] なお、上述した発光層や電荷輸送層等の有機層中には、必要に応じてオリゴマー材料又はデンドリマー材料の発光材料若しくは電荷輸送注入材料を含有させてもよい。

[0126] 上述した各層は、真空蒸着法によって成膜するか、あるいは、それぞれの形成材料をトルエン、クロ口ホルム、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、ジォキサン等の溶媒に溶解又は分散させて塗布液を調整し、その塗布液を塗布装置等を用いて塗布又は印刷等することで形成される。

[0127] 励起子ブロック層 45は、正孔ブロック層、電子ブロック層等として機能する層であり、キャリア (正孔、電子）のっきぬけを防止し、効率よくキャリアの再結合させるためのブロック層である。図 16及び図 17においては、トランジスタ素子が n型半導体材料で構成されているので、コレクタ電極 2が陽極として作用する。その結果、コレクタ電極 2 力正孔が注入されるので、発光層 42のベース電極 4側の隣接面には正孔ブロック層としての励起子ブロック層 45を形成することが好ま、。図 16及び図 17に示す発光素子では、励起子ブロック層 45の形成材料として、 BCP (1-ブロモ -3-クロ口プロパン）を用いた。

[0128] 図 16及び図 17に示す BCPからなる励起子ブロック層 45は、エネルギーダイアグラムにお、て、 LUMOが Me - PTCとほぼ同じなので Me - PTCからの電子をブロックしないが、 HOMOが Alq3よりも高いので Alq3からの正孔はブロックする。

[0129] BCPの励起状態は Alq3の励起状態よりもエネルギーが高いので、 Alq3で発生した励起子は BCPに拡散しな、。

[0130] なお、トランジスタ素子が p型半導体材料で構成され他場合には、コレクタ電極 2が陰極として作用することになり、その結果、コレクタ電極 2から電子が注入されるので、発光層 42のベース電極 4側の隣接面には電子ブロック層としての励起子ブロック層 4 5を形成することが好ましい。

[0131] (コブラナー型デバイス）

次に、トランジスタ素子を有機 ELの駆動トランジスタとして用いたコブラナー型デバイスについて説明する。有機 ELを用いたフレキシブルディスプレイでは、有機トランジスタによるアクティブマトリックス回路を構成する必要がある。単一ピクセルレベルでは、これまでに有機 FETと有機 ELとを組み合わせたものが報告されている力大きな電流を流すことが難しい有機 FETでは、数十ボルトの大きな電圧や、大電流をかせぐための広ヽ櫛形電極が必要であつたが、上述した本発明のトランジスタ素子は、低電圧で大電流変調が可能であることから、有機 ELの駆動用トランジスタとして最適である。

[0132] 図 19は、本発明のトランジスタ素子を用いた有機 ELのスイッチング構造を示す模式的な断面図である。このコブラナー型デバイスは、同一の ITO電極ガラス基板上に、第 1半導体層 5Aである Me— PTC (厚さ 500nm)と、ベース電極 4である A1 (厚さ 2 Onm)と、第 2半導体層 5Bである C60 (厚さ lOOnm)と、ェミッタ電極 3である Ag (30 nm)とをその順で積層した構造を持つトランジスタ素子と、有機 ELデバイスを並置し、トランジスタ素子のコレクタ電極 2と重なるように有機 ELの陰極である LiF (厚さ 0. 5 nm) ZAl (厚さ lOOnm)を蒸着し接続した。有機 ELデバイスとしては、同一の ITO 電極ガラス基板上に、 CuPcからなる厚さ 7nmの正孔注入層 44と、 NPD力なる厚さ 40nmの正孔輸送層 43と、 Alq3からなる厚さ 70nmの発光層 42とをその順で積層した構造とした。

[0133] 図 20は、コブラナー型デバイスにトータル電圧 VDDを印加しながらベース電圧 Vb を印加したときの、電流経路を示す模式図である。また、図 21は、図 19に示すコブラナー型の直列デバイスにおける、輝度変調特性を示すグラフである。これは、トータル電圧 VDDを印加しながらベース電圧 Vbを印加したときの、有機 EL出力光強度の変調を輝度計で測定したものである。

[0134] 図 21に示すように、トータル電圧 14Vのときには、制御電圧わずか 4Vで 1200cd /m2以上の輝度変調を得ることができた。また、トータル電圧 VDDが 12Vのときには、ベース電圧 Vbが 0の OFF状態における発光が目視では確認できないレベルに抑えられたため、完全な ONZOFFを実現することができた。これらの電圧は、現在報告きれている有機 FETと有機 ELの組み合わせ素子よりも力なり低ぐ本発明のトランジスタ素子を用いることにより大幅な低電圧化を実現することができた。

[0135] このように、本発明のトランジスタ素子は、その低電圧'大電流変調の特性から、有機 ELの駆動用トランジスタとして高い性能を示すことが分力つた。大電流変調が可能であるということは、一つのピクセル内におけるトランジスタの占有面積を小さくできることを意味しており、ディスプレイにおける開口率の向上につながる。そのような観点力もも、本発明のトランジスタ素子はフレキシブルディスプレイの駆動用トランジスタとして期待できる。

[0136] 以上説明したように、本発明の発光素子は、ベース電極とコレクタ電極との間に設けた有機 EL層による大電流面状発光が可能になり、し力も、その場合、従来の SIT 構造のようなベース電極の微細パターユングが不必要であるとともに、低電圧で大電流変調が可能であり、さらに ONZOFF比を向上させることができるので、簡単な構造力もなる実用的な発光素子を提供できる。

[0137] (ディスプレイ）

本発明のディスプレイは、上記本発明の発光素子を基板上に形成し、輝度の高いディスプレイとすることができる。基板は、上記第 1のトランジスタ素子のところで説明した種々のものを用いることができる。また、フレキシブル基板としては、例えば、ガラス、石英、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタタリレート、ポリメチルメタタリレート、ポリメチルアタリレート、ポリエステル、ポリカーボネート等からなるフレキシブル基板を挙げることができる。また、基板の形状としては、枚葉状でも連続状でもよぐ具体的な形状としては、例えばカード状、フィルム状、ディスク状、チップ状等を挙げることができる。

Claims

請求の範囲

[I] ェミッタ電極と、

コレクタ電極と、

ェミッタ電極とコレクタ電極との間に設けられた、半導体層およびシート状のベース電極とを備えたことを特徴とするトランジスタ素子。

[2] 前記半導体層が、前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に設けられた第 1半導体層と、前記ェミッタ電極と前記ベース電極との間に設けられた第 2半導体層とからなることを特徴とする請求項 1に記載のトランジスタ素子。

[3] 前記ベース電極の厚さが、 80nm以下であることを特徴とする請求項 1又は 2に記載のトランジスタ素子。

[4] 前記ベース電極の表面が、凹凸形状を有することを特徴とする請求項 1に記載のトランジスタ素子。

[5] 前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に設けられた半導体層力結晶性の半導体層であることを特徴とする請求項 2に記載のトランジスタ素子。

[6] 前記半導体層の結晶粒径力前記ベース電極の厚さ以上又は厚さ程度の大きさであって、前記ベース電極の表面に凹凸形状を付与することができる大きさであることを特徴とする請求項 5に記載のトランジスタ素子。

[7] 前記ベース電極が金属力なり、当該ベース電極の片面又は両面に当該ベース電極の酸ィ匕膜が形成されてヽることを特徴とする請求項 1に記載のトランジスタ素子。

[8] 前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に設けられた第 1半導体層と、前記エミッタ電極と前記ベース電極との間に設けられた第 2半導体層とが、異なる半導体材料で形成されていることを特徴とする請求項 2に記載のトランジスタ素子。

[9] 前記第 1半導体層及び前記第 2半導体層が、正孔輸送材料又は電子輸送材料で形成されてなることを特徴とする請求項 8に記載のトランジスタ素子。

[10] 前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に設けられた第 1半導体層、又は前記ェミッタ電極と前記ベース電極との間に設けられた第 2半導体層が、有機化合物で形成されていることを特徴とする請求項 2に記載のトランジスタ素子。

[II] 前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に設けられた第 1半導体層の厚さ T1と、前記ェミッタ電極と前記ベース電極との間に設けられた第 2半導体層の厚さ T2との比（T1ZT2)力 1Z1〜： LOZ1の範囲内であることを特徴とする請求項 1〜10のいずれかに記載のトランジスタ素子。

[12] 前記ェミッタ電極と当該ェミッタ電極に隣接する半導体層との間に、電荷注入層を有することを特徴とする請求項 1に記載のトランジスタ素子。

[13] 前記電荷注入層が、 LiF、 Ca等のアルカリ金属又はその化合物を含むことを特徴とする請求項 12に記載のトランジスタ素子。

[14] トランジスタ素子をスイッチング素子として有する電子デバイスにおいて、

トランジスタ素子は、

ェミッタ電極と、

コレクタ電極と、

ェミッタ電極とコレクタ電極との間に設けられた、半導体層およびシート状のベース電極とを備えたことを特徴とする電子デバイス。

[15] ェミッタ電極と、

コレクタ電極と、

ェミッタ電極とコレクタ電極との間に設けられた、半導体層およびシート状のベース電極とを備え、

少なくとも前記ェミッタ電極と前記ベース電極との間又は前記コレクタ電極と前記べース電極との間に暗電流抑制層が設けられていることを特徴とするトランジスタ素子。

[16] 前記暗電流抑制層が、前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に設けられていることを特徴とする請求項 15に記載のトランジスタ素子。

[17] 前記暗電流抑制層と前記ベース電極とが隣接して設けられていることを特徴とする請求項 15に記載のトランジスタ素子。

[18] 前記暗電流抑制層が、有機系絶縁層又は無機系絶縁層であることを特徴とする請求項 15に記載のトランジスタ素子。

[19] 前記暗電流抑制層が、有機系半導体層又は無機系半導体層であることを特徴とする請求項 15に記載のトランジスタ素子。

[20] 前記暗電流抑制層が、酸ィ匕ケィ素又は酸ィ匕アルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項 15に記載のトランジスタ素子。

[21] 前記暗電流抑制層が、前記ベース電極の化学反応によって形成されていることを特徴とする請求項 15に記載のトランジスタ素子。

[22] 前記暗電流抑制層の厚さが、 20nm以下であることを特徴とする請求項 15に記載のトランジスタ素子。

[23] 前記ェミッタ電極と前記ベース電極との間又は前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に設けられた半導体層が、有機化合物で形成されていることを特徴とする請求項 15に記載のトランジスタ素子。

[24] トランジスタ素子をスイッチング素子として有する電子デバイスにお、て、

トランジスタは、

ェミッタ電極と、

コレクタ電極と、

少なくとも前記ェミッタ電極と前記ベース電極との間又は前記コレクタ電極と前記べース電極との間に暗電流抑制層が設けられていることを特徴とする電子デバイス。

[25] ェミッタ電極と、コレクタ電極と、ェミッタ電極とコレクタ電極との間に設けられた、半導体層及びシート状のベース電極とを備えたトランジスタ素子の製造方法であって、ベース電極を設ける工程と、

前記ベース電極をィ匕学反応させることにより、少なくとも前記ェミッタ電極と前記べース電極との間又は前記コレクタ電極と前記ベース電極との間に暗電流抑制層を形成する工程とを有することを特徴とするトランジスタ素子の製造方法。

[26] 前記ベース電極を設けた後に当該ベース電極の一部を酸化させて前記暗電流抑制層を形成することを特徴とする請求項 25に記載のトランジスタ素子の製造方法。

[27] 前記ベース電極を設けた後に当該ベース電極を加熱処理して前記暗電流抑制層を形成することを特徴とする請求項 25に記載のトランジスタ素子の製造方法。

[28] ェミッタ電極と、

コレクタ電極と、ェミッタ電極とコレクタ電極との間に設けられた、半導体層およびシート状のベース電極と、

ベース電極とコレクタ電極との間に設けられた有機 EL層とを備え、

有機 EL層が少なくとも 1層以上の発光層を含むことを特徴とする発光素子。

[29] ェミッタ電極と、

コレクタ電極と、

ェミッタ電極とコレクタ電極との間に設けられた、半導体層およびシート状のベース電極と、

少なくともェミッタ電極とベース電極との間又はコレクタ電極とベース電極との間に設けられた暗電流抑制層と、

[30] 前記有機 EL層が、正孔輸送層、電子輸送層、正孔注入層及び電子注入層から選ばれる 1又は 2以上の層を有することを特徴とする請求項 28又は 29に記載の発光素子。

[31] 前記有機 EL層が、励起子ブロック層を有することを特徴とする請求項 28又は 29に記載の発光素子。

[32] 基板と、

基板上の発光素子とを備え、

発光素子は、

ェミッタ電極と、

コレクタ電極と、

有機 EL層が少なくとも 1層以上の発光層を含むことを特徴とするディスプレイ。