(57)【要約】      （修正有）【課題】素子特性を向上させることが可能な有機半導体装置を提供する。【解決手段】この有機半導体装置は、ＳｉＯ２基板１の主表面上に形成された第１ゲート電極２と、第１ゲート電極２の一部上に第１ゲート絶縁膜３を介して形成されたドレイン電極４と、ドレイン電極４上に第２ゲート絶縁膜５を介して形成された第２ゲート電極６と、少なくとも第２ゲート電極６上に形成されたソース電極１０と、ドレイン電極４およびソース電極１０に接触するように形成された有機半導体層９とを備える。【選択図】図２
2006093308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主表面上に形成された第１ゲート電極と、
前記第１ゲート電極の一部上に、第１ゲート絶縁膜を介して形成されたドレイン／ソース電極と、
前記ドレイン／ソース電極上に第２ゲート絶縁膜を介して形成された第２ゲート電極と、
少なくとも前記第２ゲート電極上に形成されたソース／ドレイン電極と、
前記ドレイン／ソース電極および前記ソース／ドレイン電極に接触するように形成された有機半導体層とを備えた、有機半導体装置。
【請求項２】
前記第２ゲート電極は、前記ドレイン／ソース電極の上面を覆うように形成されており、
前記有機半導体層は、前記ドレイン／ソース電極の上面には接触せずに内側面に接触するように形成されている、請求項１に記載の有機半導体装置。
【請求項３】
前記有機半導体層は、少なくとも前記第１ゲート電極上の前記ドレイン／ソース電極が形成されていない領域に、前記第１ゲート絶縁膜を介して形成されており、
前記ソース／ドレイン電極は、前記ドレイン／ソース電極が形成されていない領域に位置する前記有機半導体層の上面に接触するように延びて形成されている、請求項２に記載の有機半導体装置。
【請求項４】
前記第１ゲート電極と前記ソース／ドレイン電極とは、前記有機半導体層を挟み込むように配置されているとともに、前記ソース／ドレイン電極は、前記有機半導体層を介して、前記第１ゲート電極に対向するように配置されている、請求項３に記載の有機半導体装置。
【請求項５】
前記ドレイン／ソース電極および前記第２ゲート電極には、前記第１ゲート絶縁膜に達する開口部が形成されており、
前記有機半導体層は、前記開口部を埋め込むように形成されており、
前記ドレイン／ソース電極および前記第２ゲート電極は、平面的に見て、前記有機半導体層の電流が流れる部分の周囲を取り囲むように形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機半導体装置。
【請求項６】
前記第２ゲート電極の上面および側面に接触するように形成された第３ゲート絶縁膜をさらに備え、
前記有機半導体層は、前記第３ゲート絶縁膜を介して前記第２ゲート電極を覆うように形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機半導体装置。
【請求項７】
前記有機半導体層は、前記第２ゲート電極の上面に接触するように延びて形成されており、
前記ソース／ドレイン電極は、前記第２ゲート電極の上面上に位置する前記有機半導体層の上面に接触するように形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機半導体装置。
【請求項８】
前記第２ゲート電極の上面および側面に接触するように形成された第３ゲート絶縁膜をさらに備え、
前記ソース／ドレイン電極は、前記第２ゲート電極の上面上に位置する第３ゲート絶縁膜の上面に接触するように形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機半導体装置。
【請求項９】
前記有機半導体層は、ｐ型の有機半導体層であり、
前記ドレイン／ソース電極と前記ソース／ドレイン電極との間に電流を流すオン時には、前記第１ゲート電極、前記第２ゲート電極および前記ドレイン／ソース電極は、負電位に保持されているとともに、前記ソース／ドレイン電極は、接地電位に保持されており、
前記ドレイン／ソース電極と前記ソース／ドレイン電極との間に電流を流さないオフ時には、前記第１ゲート電極、前記第２ゲート電極および前記ソース／ドレイン電極は、接地電位に保持されているとともに、前記ドレイン／ソース電極は、負電位に保持されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体装置に関し、特に、有機半導体層を備えた有機半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機半導体層を含む有機トランジスタ素子として、基板上に、ドレイン電極、ゲート電極およびソース電極を順次形成した縦型有機トランジスタ素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
図９は、上記特許文献１に開示された従来の縦型有機トランジスタ素子の構造を示した断面図である。図９を参照して、従来の縦型有機トランジスタ素子では、基板１０１上に、ドレイン電極１０２が形成されている。ドレイン電極１０２上の所定領域には、ゲート絶縁膜１０３を介してゲート電極１０４が形成されている。このゲート電極１０４の上面および側面は、ゲート絶縁膜１０３により覆われている。また、ドレイン電極１０２上のゲート電極１０４が形成されない領域には、有機半導体層１０５が形成されている。この有機半導体層１０５とゲート電極１０４とは、ゲート電極１０４の内側面上に位置するゲート絶縁膜１０３により電気的に絶縁されている。また、ゲート電極１０４の上面上に位置するゲート絶縁膜１０３の上面および有機半導体層１０５の上面上には、後述するソース電極１０７から注入されるキャリアを輸送し、かつ、そのキャリアを有機半導体層１０５に注入する機能を有するキャリア輸送／注入層１０６が形成されている。キャリア輸送／注入層１０６上には、ソース電極１０７が形成されている。このソース電極１０７は、キャリア輸送／注入層１０６および有機半導体層１０５を介して、ドレイン電極１０２に対向するように形成されている。
【０００４】
なお、図９に示した従来の縦型有機トランジスタ素子の動作としては、有機半導体層１０５がｐ型の有機半導体からなる場合、たとえば、ソース電極１０７は、接地電位（ＧＮＤ電位）に保持されるとともに、ドレイン電極１０２は、負電位に保持される。そして、有機トランジスタ素子をオン状態にする場合には、ゲート電極１０４を負電位にする。これにより、ゲート絶縁膜１０３と有機半導体層１０５との界面にキャリア（正孔）が誘起されるので、ゲート絶縁膜１０３と有機半導体層１０５との界面にチャネル領域が形成される。そして、このチャネル領域を介して、ソース電極１０７からドレイン電極１０２にキャリア（正孔）が移動する。これにより、ソース電極１０７とドレイン電極１０２との間に電流が流れる。
【０００５】
その一方、有機トランジスタ素子をオフ状態にする場合には、ゲート電極１０４を接地電位（ＧＮＤ電位）にする。この場合には、ゲート絶縁膜１０３と有機半導体層１０５との界面にキャリア（正孔）が誘起されないので、ゲート絶縁膜１０３と有機半導体層１０５との界面にチャネル領域が形成されない。これにより、有機トランジスタ素子がオフ状態の場合には、ソース電極１０７とドレイン電極１０２との間に電流が流れるのを抑制することが可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−８６８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図９に示した従来の縦型有機トランジスタ素子では、ドレイン電極１０２とソース電極１０７とが有機半導体層１０５を介して対向するように配置されているとともに、有機トランジスタ素子がオフ状態のときにドレイン電極１０２およびソース電極１０７には、それぞれ、負電位および接地電位（ＧＮＤ電位）が印加されるため、有機トランジスタ素子がオフ状態である場合にも、ソース電極１０７とドレイン電極１０２との間に電位勾配が生じる。このため、有機トランジスタ素子がオフ状態である場合にも、ソース電極１０７から有機半導体層１０５にキャリアが注入されるとともに、その注入されたキャリアがドレイン電極１０２に向かって移動するので、ソース電極１０７とドレイン電極１０２との間に電流が流れるという不都合がある。その結果、有機トランジスタ素子（有機半導体装置）がオフ状態のときにソース電極１０７とドレイン電極１０２との間に電流が流れることに起因して、有機トランジスタ素子（有機半導体装置）の特性が低下するという問題点がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、素子特性を向上させることが可能な有機半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による有機半導体装置は、基板の主表面上に形成された第１ゲート電極と、第１ゲート電極の一部上に、第１ゲート絶縁膜を介して形成されたドレイン／ソース電極と、ドレイン／ソース電極上に第２ゲート絶縁膜を介して形成された第２ゲート電極と、少なくとも第２ゲート電極上に形成されたソース／ドレイン電極と、ドレイン／ソース電極およびソース／ドレイン電極に接触するように形成された有機半導体層とを備えている。なお、ドレイン／ソース電極は、ドレイン電極またはソース電極の意味であり、ソース／ドレイン電極は、ソース電極またはドレイン電極の意味である。
【００１０】
この一の局面による有機半導体装置では、上記のように、第１ゲート電極の一部上に第１ゲート絶縁膜を介してドレイン／ソース電極を形成するとともに、ドレイン／ソース電極上に第２ゲート絶縁膜を介して第２ゲート電極を形成することによって、ドレイン／ソース電極を、第１ゲート絶縁膜および第２ゲート絶縁膜を介して、第１ゲート電極および第２ゲート電極により挟み込むことができる。ここで、ｐ型の有機半導体層を含む有機トランジスタ素子に本発明を適用する場合、たとえば、ソース電極となるソース／ドレイン電極は、接地電位に保持されるとともに、ドレイン電極となるドレイン／ソース電極は、負電位に保持される。そして、第１ゲート電極および第２ゲート電極を負電位にすることにより有機トランジスタ素子がオン状態になるとともに、第１ゲート電極および第２ゲート電極を接地電位にすることにより有機トランジスタ素子がオフ状態となる。この場合、有機トランジスタ素子がオフ状態のときに、負電位に保持されたドレイン／ソース電極（ドレイン電極）が、接地電位に保持された第１ゲート電極および第２ゲート電極により挟み込まれるので、接地電位に保持されたソース／ドレイン電極（ソース電極）の周辺に電位勾配が生じるのを抑制することができる。これにより、有機トランジスタ素子がオフ状態のときに、ソース／ドレイン電極（ソース電極）とドレイン／ソース電極（ドレイン電極）との間の電位勾配に起因してソース／ドレイン電極（ソース電極）から有機半導体層にキャリア（正孔）が注入されるのを抑制することができる。その結果、有機トランジスタ素子がオフ状態のときに、ソース／ドレイン電極（ソース電極）とドレイン／ソース電極（ドレイン電極）との間に電流が流れるのを抑制することができるので、有機トランジスタ素子（有機半導体装置）の特性を向上させることができる。また、ｎ型の有機半導体層を含む有機トランジスタ素子に本発明を適用する場合、たとえば、ソース電極となるソース／ドレイン電極は、接地電位に保持されるとともに、ドレイン電極となるドレイン／ソース電極は、正電位に保持される。そして、第１ゲート電極および第２ゲート電極を正電位にすることにより有機トランジスタ素子がオン状態になるとともに、第１ゲート電極および第２ゲート電極を接地電位にすることにより有機トランジスタ素子がオフ状態となる。この場合、有機トランジスタ素子がオフ状態のときに、正電位に保持されたドレイン／ソース電極（ドレイン電極）が、接地電位に保持された第１ゲート電極および第２ゲート電極により挟み込まれるので、接地電位に保持されたソース／ドレイン電極（ソース電極）の周辺に電位勾配が生じるのを抑制することができる。これにより、有機トランジスタ素子がオフ状態のときに、ソース／ドレイン電極（ソース電極）とドレイン／ソース電極（ドレイン電極）との間の電位勾配に起因してソース／ドレイン電極（ソース電極）から有機半導体層にキャリア（電子）が注入されるのを抑制することができる。その結果、有機トランジスタ素子がオフ状態のときに、ソース／ドレイン電極（ソース電極）とドレイン／ソース電極（ドレイン電極）との間に電流が流れるのを抑制することができるので、有機トランジスタ素子（有機半導体装置）の特性を向上させることができる。
【００１１】
上記一の局面による有機半導体装置において、好ましくは、第２ゲート電極は、ドレイン／ソース電極の上面を覆うように形成されており、有機半導体層は、ドレイン／ソース電極の上面には接触せずに内側面に接触するように形成されている。このように構成すれば、有機トランジスタ素子（有機半導体装置）がオフ状態の場合、負電位に保持されたドレイン／ソース電極の内側面が第２ゲート電極の内側面よりも積層方向と直交する方向に突出することに起因する接地電位に保持されたソース／ドレイン電極の周辺での電位勾配の発生を抑制することができる。
【００１２】
この場合、好ましくは、有機半導体層は、少なくとも第１ゲート電極上のドレイン／ソース電極が形成されていない領域に、第１ゲート絶縁膜を介して形成されており、ソース／ドレイン電極は、ドレイン／ソース電極が形成されていない領域に位置する有機半導体層の上面に接触するように延びて形成されている。このように構成すれば、ソース／ドレイン電極と有機半導体層との接触面積を大きくすることができるので、有機トランジスタ素子（有機半導体装置）がオン状態のときにソース／ドレイン電極から有機半導体層に流れる電流量を増加させることができる。また、この場合、好ましくは、第１ゲート電極とソース／ドレイン電極とは、有機半導体層を挟み込むように配置されているとともに、ソース／ドレイン電極は、有機半導体層を介して、第１ゲート電極に対向するように配置されている。このように構成すれば、ソース／ドレイン電極と有機半導体層との接触面積が大きくなることに加えて、ソース／ドレイン電極と、第１ゲート電極とにより挟み込まれる有機半導体層の部分を大きくすることができる。これにより、有機トランジスタ素子（有機半導体装置）がオン状態の場合、負電位に保持された第１ゲート電極と接地電位に保持されたソース／ドレイン電極との間に位置する有機半導体層の全域に渡って電位勾配が生じるので、ソース／ドレイン電極から有機半導体層に多くのキャリア（正孔）を注入することができ、かつ、その注入された多くのキャリアを第１ゲート絶縁膜と有機半導体層との界面に蓄積することができる。その結果、ソース／ドレイン電極とドレイン／ソース電極との間に流れる電流量をより増加させることができる。
【００１３】
上記一の局面による有機半導体装置において、好ましくは、ドレイン／ソース電極および第２ゲート電極には、第１ゲート絶縁膜に達する開口部が形成されており、有機半導体層は、開口部を埋め込むように形成されており、ドレイン／ソース電極および第２ゲート電極は、平面的に見て、有機半導体層の電流が流れる部分の周囲を取り囲むように形成されている。このように構成すれば、有機半導体層とドレイン／ソース電極の側面とが周状に接触するので、有機半導体層とドレイン／ソース電極との接触面積を増加させることができる。これにより、有機半導体層からドレイン／ソース電極に流れる電流量を増加させることができる。
【００１４】
上記一の局面による有機半導体装置において、第２ゲート電極の上面および側面に接触するように形成された第３ゲート絶縁膜をさらに備え、有機半導体層は、第３ゲート絶縁膜を介して第２ゲート電極を覆うように形成されていてもよい。このように構成すれば、第３ゲート絶縁膜により有機半導体層と第２ゲート電極とを電気的に絶縁することができる。
【００１５】
上記一の局面による有機半導体装置において、有機半導体層は、第２ゲート電極の上面に接触するように延びて形成されており、ソース／ドレイン電極は、第２ゲート電極の上面上に位置する有機半導体層の上面に接触するように形成されていてもよい。このように構成すれば、第２ゲート電極の上面と有機半導体層との間に絶縁膜が存在しない分、ソース／ドレイン電極とドレイン／ソース電極との間の距離を小さくすることができるので、ソース／ドレイン電極とドレイン／ソース電極との間に流れる電流に対する抵抗を低くすることができる。これにより、ソース／ドレイン電極とドレイン／ソース電極との間に流れる電流量をより増加させることができる。この場合、有機半導体層がｐ型であれば、第２ゲート電極として小さい仕事関数を有する金属を用いることにより、第２ゲート電極と有機半導体層との接合をショットキー接合にすることができる。また、有機半導体層がｎ型であれば、第２ゲート電極として大きい仕事関数を有する金属を用いることにより、第２ゲート電極と有機半導体層との接合をショットキー接合にすることができる。これにより、第２ゲート電極と有機半導体層との界面にショットキー障壁（電流障壁）が形成されるので、絶縁膜を設けることなく第２ゲート電極と有機半導体層との間に電流が流れるのを抑制することができる。また、第２ゲート電極と有機半導体層との間に電流が流れるのを抑制するための絶縁膜を形成する必要がないので、製造プロセスを簡略化することができる。
【００１６】
上記一の局面による有機半導体装置において、第２ゲート電極の上面および側面に接触するように形成された第３ゲート絶縁膜をさらに備え、ソース／ドレイン電極は、第２ゲート電極の上面上に位置する第３ゲート絶縁膜の上面に接触するように形成されていてもよい。このように構成すれば、第２ゲート電極の側面に接触する第３ゲート絶縁膜により有機半導体層と第２ゲート電極とを電気的に絶縁することができるとともに、第２ゲート電極の上面に接触する第３ゲート絶縁膜により第２ゲート電極とソース／ドレイン電極とを電気的に絶縁することができる。また、第２ゲート電極の上面上に位置する第３ゲート絶縁膜とソース／ドレイン電極との間に有機半導体層が存在しない分、ソース／ドレイン電極とドレイン／ソース電極との間の距離を小さくすることができるので、ソース／ドレイン電極とドレイン／ソース電極との間に流れる電流に対する抵抗を低くすることができる。これにより、第３ゲート絶縁膜によりソース／ドレイン電極および有機半導体層と第２ゲート電極とを電気的に絶縁しながら、ソース／ドレイン電極とドレイン／ソース電極との間に流れる電流量をより増加させることができる。
【００１７】
上記一の局面による有機半導体装置において、好ましくは、有機半導体層は、ｐ型の有機半導体層であり、ドレイン／ソース電極とソース／ドレイン電極との間に電流を流すオン時には、第１ゲート電極、第２ゲート電極およびドレイン／ソース電極は、負電位に保持されるとともに、ソース／ドレイン電極は、接地電位に保持されており、ドレイン／ソース電極とソース／ドレイン電極との間に電流を流さないオフ時には、第１ゲート電極、第２ゲート電極およびソース／ドレイン電極は、接地電位に保持されているとともに、ドレイン／ソース電極は、負電位に保持されている。このように第１ゲート電極、第２ゲート電極、ドレイン／ソース電極およびソース／ドレイン電極の電位を制御すれば、有機トランジスタ素子（有機半導体装置）がオフ状態のときに、負電位に保持されたドレイン／ソース電極が接地電位に保持された第１ゲート電極および第２ゲート電極に挟み込まれた状態になるので、容易に、ソース／ドレイン電極の周辺に電位勾配が生じるのを抑制することができる。また、有機トランジスタ素子（有機半導体装置）がオン状態のときには、容易に、負電位に保持された第１ゲート電極と接地電位に保持されたソース／ドレイン電極との間に電位勾配を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による縦型有機トランジスタ素子の構造を示した平面図であり、図２は、図１の１００−１００線に沿った断面図である。まず、図１および図２を参照して、第１実施形態による縦型有機トランジスタ素子の構造について説明する。
【００２０】
この第１実施形態による縦型有機トランジスタ素子では、図２に示すように、ＳｉＯ２基板１の主表面上に、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するＡｌからなる第１ゲート電極２が形成されている。第１ゲート電極２上には、約５ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜からなる第１ゲート絶縁膜３を介して、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するＡｕからなるドレイン電極４が形成されている。このドレイン電極４の構成材料であるＡｕは、後述する有機半導体層９の構成材料であるポリチオフェンよりも大きい仕事関数を有する。このため、ドレイン電極４と有機半導体層９との接触がオーミック接触となっている。ドレイン電極４上には、約５ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜からなる第２ゲート絶縁膜５を介して、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するＡｌからなる第２ゲート電極６が形成されている。すなわち、第１実施形態では、ドレイン電極４が、第１ゲート電極２と第２ゲート電極６との間に形成されている。なお、ＳｉＯ２基板１は、本発明の「基板」の一例である。また、ドレイン電極４は、本発明の「ドレイン／ソース電極」の一例である。
【００２１】
ここで、第１実施形態では、第２ゲート電極６の上面からドレイン電極４までの所定領域が除去されることにより、第１ゲート絶縁膜３の上面に達する開口部７が形成されている。この開口部７は、図１に示すように、平面的に見て、円形形状に形成されている。このように開口部７が形成されていることにより、ドレイン電極４、第２ゲート絶縁膜５および第２ゲート電極６は、第１ゲート電極２の一部上のみに、第１ゲート絶縁膜３を介して順次形成された形状になる。また、第２ゲート電極６およびドレイン電極４の開口部７側の内側面は、積層方向の同一線上に配置されている。また、図２に示すように、第２ゲート電極６の上面と、第２ゲート電極６の開口部７側の内側面とを覆うように、Ａｌ２Ｏ３膜からなる第３ゲート絶縁膜８が形成されている。この第３ゲート絶縁膜８は、第２ゲート電極６の表面が酸化されることにより形成されている。
【００２２】
また、第１実施形態では、開口部７内を埋め込むとともに、第３ゲート絶縁膜８を介して第２ゲート電極６上に延びるように、ポリチオフェンからなるｐ型の有機半導体層９が形成されている。この有機半導体層９は、開口部７内に位置するドレイン電極４の内側面に接触するように形成されている。
【００２３】
また、第１実施形態では、有機半導体層９の平坦な上面に接触するように、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するＡｕからなるソース電極１０が形成されている。なお、ソース電極１０は、本発明の「ソース／ドレイン電極」の一例である。また、開口部７内に位置する有機半導体層９の部分９ａは、ソース電極１０と、第１ゲート電極２上に形成された第１ゲート絶縁膜３とにより挟み込まれているとともに、ソース電極１０は、有機半導体層９の部分９ａを介して、第１ゲート電極２に対向するように配置されている。そして、有機半導体層９の部分９ａが、ソース電極１０とドレイン電極４との間を流れる電流の通路（チャネル領域）となる。この有機半導体層９の部分９ａ（チャネル領域）は、図１に示すように、平面的に見て、第２ゲート電極６およびドレイン電極４に取り囲まれるように配置されている。なお、部分９ａは、本発明の「電流が流れる部分」の一例である。
【００２４】
次に、図２に示した第１実施形態による縦型有機トランジスタ素子の動作について説明する。
【００２５】
まず、図２に示すように、ｐ型の有機半導体層９（部分９ａ）がチャネル領域となる第１実施形態による縦型有機トランジスタ素子では、ソース電極１０が接地電位（ＧＮＤ電位）に保持されるとともに、ドレイン電極４が負電位に保持される。
【００２６】
そして、第１実施形態による縦型有機トランジスタ素子をオフ状態にする場合には、第１ゲート電極２および第２ゲート電極６をソース電極１０と同じ接地電位（ＧＮＤ電位）にする。この際、第１実施形態では、接地電位（ＧＮＤ電位）に保持された第１ゲート電極２および第２ゲート電極６と負電位に保持されたドレイン電極４との間に電位勾配が生じる。その一方、負電位に保持されたドレイン電極４が、接地電位（ＧＮＤ電位）に保持された第１ゲート電極２および第２ゲート電極６により挟み込まれるので、接地電位（ＧＮＤ電位）に保持されたソース電極１０の周辺には電位勾配が実質的に生じない。このため、ソース電極１０とドレイン電極４との間の電位勾配に起因してソース電極１０から有機半導体層９にキャリア（正孔）が注入されるのを抑制することができる。その結果、ソース電極１０とドレイン電極４との間に電流が流れるのを抑制することができるので、有機トランジスタ素子がオフ状態となる。
【００２７】
また、第１実施形態による縦型有機トランジスタ素子をオン状態にする場合には、ソース電極１０が接地電位に保持されるとともに、ドレイン電極４が負電位に保持された状態を維持しながら、第１ゲート電極２および第２ゲート電極６をドレイン電極４と同じ負電位にする。この際、第１実施形態では、負電位に保持された第１ゲート電極２と接地電位に保持されたソース電極１０との間に位置する有機半導体層９の部分９ａの全域に渡って電位勾配が生じる。これにより、ソース電極１０から有機半導体層９に多くのキャリア（正孔）を注入することができ、かつ、その注入された多くのキャリア（正孔）を第１ゲート絶縁膜３と有機半導体層９との界面に蓄積することができる。その結果、ソース電極１０とドレイン電極４との間に大きい電流が流れるので、有機トランジスタ素子がオン状態となる。
【００２８】
第１実施形態では、上記のように、第１ゲート電極２の一部上に第１ゲート絶縁膜３を介してドレイン電極４を形成するとともに、ドレイン電極４上に第２ゲート絶縁膜５を介して第２ゲート電極６を形成することによって、ドレイン電極４を、第１ゲート絶縁膜３および第２ゲート絶縁膜５を介して、第１ゲート電極２および第２ゲート電極６により挟み込むことができる。この場合、有機トランジスタ素子がオフ状態のときに、負電位に保持されたドレイン電極４が、接地電位に保持された第１ゲート電極２および第２ゲート電極６により挟み込まれるので、接地電位に保持されたソース電極１０の周辺に電位勾配が生じるのを抑制することができる。これにより、有機トランジスタ素子がオフ状態のときに、ソース電極１０とドレイン電極４との間の電位勾配に起因してソース電極１０から有機半導体層９にキャリア（正孔）が注入されるのを抑制することができる。その結果、有機トランジスタ素子がオフ状態のときに、ソース電極１０とドレイン電極４との間に電流が流れるのを抑制することができるので、有機トランジスタ素子（有機半導体装置）の特性を向上させることができる。
【００２９】
また、第１実施形態では、開口部７内を埋め込むとともに、第２ゲート電極６上に第３ゲート絶縁膜８を介して延びるように有機半導体層９を形成し、かつ、その有機半導体層９の上面に接触するようにソース電極１０を形成することによって、ソース電極１０と有機半導体層９との接触面積を大きくすることができるので、有機トランジスタ素子がオン状態のときにソース電極１０から有機半導体層９に流れる電流量を増加させることができる。
【００３０】
また、第１実施形態では、開口部７内に位置する有機半導体層９の部分９ａを、ソース電極１０と、第１ゲート電極２上に形成された第１ゲート絶縁膜３とにより挟み込むとともに、ソース電極１０を、有機半導体層９の部分９ａを介して、第１ゲート電極２に対向するように配置することによって、ソース電極１０と有機半導体層９との接触面積が大きくなることに加えて、ソース電極１０と、第１ゲート電極２上に形成された第１ゲート絶縁膜３とにより挟み込まれる有機半導体層９の部分９ａを大きくすることができる。これにより、有機トランジスタ素子がオン状態の場合、負電位に保持された第１ゲート電極２と接地電位に保持されたソース電極１０との間に位置する有機半導体層９の部分９ａの全域に渡って電位勾配が生じるので、ソース電極１０から有機半導体層９に多くのキャリア（正孔）を注入することができ、かつ、その注入された多くのキャリア（正孔）を第１ゲート絶縁膜３と有機半導体層９との界面に蓄積することができる。その結果、ソース電極１０とドレイン電極４との間に流れる電流量をより増加させることができる。
【００３１】
また、第１実施形態では、第２ゲート電極６およびドレイン電極４の開口部７側の側端部を、積層方向の同一線上に配置するとともに、開口部７内に位置するドレイン電極４の内側面に接触するように有機半導体層９を形成することによって、有機トランジスタ素子がオフ状態の場合、負電位に保持されたドレイン電極４の内側面が第２ゲート電極６の内側面よりも開口部７側に突出することに起因する接地電位に保持されたソース電極１０の周辺での電位勾配の発生を抑制することができる。
【００３２】
また、第１実施形態では、第２ゲート電極６の上面と、第２ゲート電極６の開口部７側の内側面とを覆うように第３ゲート絶縁膜８を形成することによって、第３ゲート絶縁膜８により有機半導体層９と第２ゲート電極６とを電気的に絶縁することができる。
【００３３】
また、第１実施形態では、ドレイン電極４および第２ゲート電極６を、平面的に見て、有機半導体層９の部分９ａの周囲を取り囲むように形成することによって、有機半導体層９の部分９ａとドレイン電極４の側面とが周状に接触するので、有機半導体層９の部分９ａとドレイン電極４との接触面積を増加させることができる。これにより、有機半導体層９からドレイン電極４に流れる電流量を増加させることができる。
【００３４】
図３〜図６は、図１および図２に示した第１実施形態による縦型有機トランジスタ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１〜図６を参照して、第１実施形態による縦型有機トランジスタ素子の製造プロセスについて説明する。
【００３５】
まず、図３に示すように、真空蒸着法などを用いて、ＳｉＯ２基板１上に、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するＡｌからなる第１ゲート電極２を形成する。この後、第１ゲート電極２上に、約５ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜からなる第１ゲート絶縁膜３を形成する。第１ゲート絶縁膜３上に、真空蒸着法などを用いて、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するＡｕからなるドレイン電極４を形成する。続いて、ドレイン電極４上に、約５ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜からなる第２ゲート絶縁膜５を形成する。第２ゲート絶縁膜５上に、真空蒸着法などを用いて、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するＡｌからなる第２ゲート電極６を形成する。
【００３６】
次に、図４に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、第２ゲート電極６の上面からドレイン電極４までの所定領域を除去することによって、第１ゲート絶縁膜３の上面に達する開口部７を形成する。この際、第２ゲート電極６およびドレイン電極４の開口部７側の側端部が、積層方向の同一線上に配置されるように形成する。また、図１に示したように、開口部７が、平面的に見て、円形形状を有するように形成する。
【００３７】
次に、図５に示すように、陽極酸化法を用いて、第２ゲート電極６の上面および開口部７側の内側面を酸化する。これにより、第２ゲート電極６の上面および開口部７側の内側面を覆うように、Ａｌ２Ｏ３膜からなる第３ゲート絶縁膜８が形成される。この酸化処理の際、第２ゲート電極６の体積が膨張することにより、酸化処理後の第２ゲート電極６および第３ゲート絶縁膜８の厚みの合計は、酸化処理前の第２ゲート電極６の厚みよりも大きくなる。
【００３８】
次に、図６に示すように、スピンコート法を用いて、第１ゲート電極２上の開口部７を埋め込むとともに、第２ゲート電極６の上面上に位置する第３ゲート絶縁膜８の上面上に沿って延びるように、ポリチオフェンからなるｐ型の有機半導体層９を形成する。この際、有機半導体層９が、開口部７内のドレイン電極４の内側面に接触するように形成する。
【００３９】
最後に、図２に示したように、真空蒸着法などを用いて、有機半導体層９の上面上に、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するＡｕからなるソース電極１０を形成する。このようにして、第１実施形態による縦型有機トランジスタ素子が形成される。
【００４０】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態による縦型有機トランジスタ素子の構造を示した断面図である。図７を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、第２ゲート電極と有機半導体層とを電気的に絶縁するための第３ゲート絶縁膜を形成しない場合について説明する。
【００４１】
すなわち、この第２実施形態では、図７に示すように、ドレイン電極４上に、第２ゲート絶縁膜５を介して、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するＡｌからなる第２ゲート電極１６が形成されている。そして、この第２ゲート電極１６と第１ゲート電極２との間に、ドレイン電極４が形成されている。また、第２ゲート電極１６の構成材料であるＡｌは、後述する有機半導体層１９の構成材料であるポリチオフェンよりも小さい仕事関数を有する。
【００４２】
また、第２実施形態では、開口部７を埋め込むとともに、第２ゲート電極１６の上面に接触するように、ポリチオフェンからなるｐ型の有機半導体層１９が形成されている。この有機半導体層１９は、開口部７内に位置するドレイン電極４の内側面に接触するように形成されている。また、有機半導体層１９の上面に接触するように、上記第１実施形態のソース電極１０と同様の組成および厚みを有するソース電極１０が形成されている。また、開口部７内に位置する有機半導体層１９の部分１９ａは、ソース電極１０と、第１ゲート電極２上に形成された第１ゲート絶縁膜３とにより挟み込まれているとともに、ソース電極１０は、有機半導体層１９の部分１９ａを介して、第１ゲート電極２に対向するように配置されている。そして、有機半導体層１９の部分１９ａが、ソース電極１０とドレイン電極４との間を流れる電流の通路（チャネル領域）となる。この有機半導体層１９の部分１９ａ（チャネル領域）の周囲は、図１に示した第１実施形態と同様、平面的に見て、第２ゲート電極１６およびドレイン電極４に取り囲まれるように配置されている。なお、部分１９ａは、本発明の「電流が流れる部分」の一例である。
【００４３】
なお、第２実施形態における上記した構造以外の構造は、上記第１実施形態と同様である。
【００４４】
第２実施形態では、上記のように、第１ゲート電極２の一部上に第１ゲート絶縁膜３を介してドレイン電極４を形成するとともに、ドレイン電極４上に第２ゲート絶縁膜５を介して第２ゲート電極１６を形成することによって、上記第１実施形態と同様、有機トランジスタ素子がオフ状態のときに、負電位に保持されたドレイン電極４が、接地電位に保持された第１ゲート電極２および第２ゲート電極１６により挟み込まれるので、接地電位に保持されたソース電極１０の周辺に電位勾配が生じるのを抑制することができる。これにより、有機トランジスタ素子がオフ状態のときに、ソース電極１０とドレイン電極４との間の電位勾配に起因してソース電極１０から有機半導体層１９にキャリア（正孔）が注入されるのを抑制することができるので、ソース電極１０とドレイン電極４との間に電流が流れるのを抑制することができる。
【００４５】
また、第２実施形態では、開口部７を埋め込むとともに、第２ゲート電極１６の上面に接触するように有機半導体層１９を形成し、かつ、有機半導体層１９の上面に接触するようにソース電極１０を形成することによって、第２ゲート電極１６の上面と有機半導体層１９との間に絶縁膜が存在しない分、ソース電極１０とドレイン電極４との間の距離を小さくすることができるので、ソース電極１０とドレイン電極４との間に流れる電流に対する抵抗を低くすることができる。これにより、ソース電極１０とドレイン電極４との間に流れる電流量をより増加させることができる。この場合、有機半導体層１９の構成材料であるポリチオフェンよりも小さい仕事関数を有するＡｌからなる第２ゲート電極１６を用いることによって、第２ゲート電極１６と有機半導体層１９との接合をショットキー接合にすることができる。これにより、第２ゲート電極１６と有機半導体層１９との界面にショットキー障壁（電流障壁）が形成されるので、絶縁膜を設けることなく第２ゲート電極１６と有機半導体層１９との間に電流が流れるのを抑制することができる。また、第２ゲート電極１６と有機半導体層１９との間に電流が流れるのを抑制するための絶縁膜を形成する必要がないので、製造プロセスを簡略化することができる。
【００４６】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００４７】
次に、第２実施形態による縦型有機トランジスタ素子の製造プロセスについて説明する。
【００４８】
まず、図３および図４に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、開口部７までを形成する。次に、この第２実施形態では、図７に示したように、第２ゲート電極１６を覆う第３ゲート絶縁膜を形成せずに、スピンコート法を用いて、第１ゲート電極２上の開口部７を埋め込むとともに、第２ゲート電極１６の上面上に沿って延びるように、ポリチオフェンからなるｐ型の有機半導体層１９を形成する。この際、有機半導体層１９が、開口部７内のドレイン電極４の内側面に接触するように形成する。
【００４９】
最後に、真空蒸着法などを用いて、有機半導体層１９の上面上に、上記第１実施形態と同様の組成および厚みを有するソース電極１０を形成する。このようにして、第２実施形態による縦型有機トランジスタ素子が形成される。
【００５０】
（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態による縦型有機トランジスタ素子の構造を示した断面図である。図８を参照して、この第３実施形態では、上記第１実施形態と異なり、第２ゲート電極の上面上に位置する第３ゲート絶縁膜の上面に、ソース電極の下面を接触させる場合について説明する。
【００５１】
すなわち、この第３実施形態では、図８に示すように、開口部７内にのみ、ポリチオフェンからなるｐ型の有機半導体層２９が形成されており、第２ゲート電極６上に位置する第３ゲート絶縁膜８の上面上には有機半導体層２９は形成されていない。また、有機半導体層２９の上面と、第２ゲート電極６の上面上に位置する第３ゲート絶縁膜８の上面とに接触するように、上記第１実施形態のソース電極１０と同様の組成および厚みを有するソース電極１０が形成されている。また、開口部７内に位置する有機半導体層２９は、ソース電極１０と、第１ゲート電極２上に形成された第１ゲート絶縁膜３とにより挟み込まれているとともに、ソース電極１０は、有機半導体層２９の部分２９ａを介して、第１ゲート電極２に対向するように配置されている。そして、有機半導体層２９の部分２９ａが、ソース電極１０とドレイン電極４との間を流れる電流の通路（チャネル領域）となる。この有機半導体層２９の部分２９ａ（チャネル領域）の周囲は、図１に示した第１実施形態と同様、平面的に見て、第２ゲート電極６およびドレイン電極４に取り囲まれるように配置されている。なお、部分２９ａは、本発明の「電流が流れる部分」の一例である。
【００５２】
なお、第３実施形態における上記した構造以外の構造は、上記第１実施形態と同様である。
【００５３】
第３実施形態では、上記のように、第１ゲート電極２の一部上に第１ゲート絶縁膜３を介してドレイン電極４を形成するとともに、ドレイン電極４上に第２ゲート絶縁膜５を介して第２ゲート電極６を形成することによって、上記第１実施形態と同様、有機トランジスタ素子がオフ状態のときに、負電位に保持されたドレイン電極４が、接地電位に保持された第１ゲート電極２および第２ゲート電極６により挟み込まれるので、接地電位に保持されたソース電極１０の周辺に電位勾配が生じるのを抑制することができる。これにより、有機トランジスタ素子がオフ状態のときに、ソース電極１０とドレイン電極４との間の電位勾配に起因してソース電極１０から有機半導体層２９にキャリア（正孔）が注入されるのを抑制することができるので、ソース電極１０とドレイン電極４との間に電流が流れるのを抑制することができる。
【００５４】
また、第３実施形態では、開口部７内にのみ有機半導体層２９を形成するとともに、有機半導体層２９の上面と、第２ゲート電極６の上面上に位置する第３ゲート絶縁膜８の上面とに接触するようにソース電極１０を形成することによって、第２ゲート電極６の側面に接触する第３ゲート絶縁膜８により有機半導体層２９と第２ゲート電極６とを電気的に絶縁することができるとともに、第２ゲート電極６の上面に接触する第３ゲート絶縁膜８により第２ゲート電極６とソース電極１０とを電気的に絶縁することができる。また、第２ゲート電極６の上面上に位置する第３ゲート絶縁膜８とソース電極１０との間に有機半導体層２９が存在しない分、ソース電極１０とドレイン電極４との間の距離を小さくすることができるので、ソース電極１０とドレイン電極４との間に流れる電流に対する抵抗を低くすることができる。これにより、第３ゲート絶縁膜８によりソース電極１０および有機半導体層２９と第２ゲート電極６とを電気的に絶縁しながら、ソース電極１０とドレイン電極４との間に流れる電流量をより増加させることができる。
【００５５】
なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００５６】
次に、第３実施形態による縦型有機トランジスタ素子の製造プロセスについて説明する。
【００５７】
まず、図３〜図５に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、第３ゲート絶縁膜８までを形成する。次に、この第３実施形態では、図８に示したように、スピンコート法を用いて、第１ゲート電極２上の開口部７内にのみ、ポリチオフェンからなるｐ型の有機半導体層２９を埋め込むように形成する。この際、有機半導体層２９が、開口部７内のドレイン電極４の内側面に接触するように形成する。
【００５８】
最後に、真空蒸着法などを用いて、有機半導体層２９の上面と、第２ゲート電極６の上面上に位置する第３ゲート絶縁膜８の上面とに接触するように、上記第１実施形態のソース電極１０と同様の組成および厚みを有するソース電極１０を形成する。このようにして、第３実施形態による縦型有機トランジスタ素子が形成される。
【００５９】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６０】
たとえば、上記第１〜第３実施形態では、ポリチオフェンからなるｐ型の有機半導体層を用いたが、本発明はこれに限らず、ポリチオフェン以外のｐ型の有機半導体からなる有機半導体層を用いてもよい。ポリチオフェン以外のｐ型の有機半導体としては、たとえば、ポリアセチレン、ペンタセン、フタロシアニン（ＣｕＰＣ）およびオリゴチオフェンなどがある。
【００６１】
また、上記第１〜第３実施形態では、ｐ型の有機半導体層を用いたが、本発明はこれに限らず、ｎ型の有機半導体からなる有機半導体層を用いてもよい。ｎ型の有機半導体としては、たとえば、ＴＣＮＱ（テトラシアノキノジメタン）、Ｃ６０、Ｃ７０（フラーレン）、Ｆ−ＣｕＰＣおよびＮＴＣＤＡ（ナフタレンテトラカルボン酸二無水物）などがある。
【００６２】
また、上記第１〜第３実施形態では、ＳｉＯ２基板を用いたが、本発明はこれに限らず、基板材料として、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂およびＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂などを用いてもよい。このような樹脂からなる基板を用いた場合、基板の柔軟性を向上させることができる。
【００６３】
また、上記第１〜第３実施形態では、Ａｌからなる第１ゲート電極および第２ゲート電極を用いたが、本発明はこれに限らず、Ａｌ以外の材料からなるゲート電極を用いてもよい。ゲート電極の構成材料としては、導電性が有り、かつ、組成および形状を安定に保つことが可能な材料が好ましい。ゲート電極の構成材料としては、Ａｌ以外に、たとえば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｓｉ、グラファイト、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）およびＺｎＯなどがある。なお、第１ゲート電極および第２ゲート電極の厚みは、約５０ｎｍ以上約２００ｎｍ以下に設定するのが好ましい。ゲート電極の厚みを約２００ｎｍ以下に設定することにより、ゲート電極の厚みが大きすぎることに起因して、素子の柔軟性が低下するのを抑制することができる。また、ゲート電極の厚みを約５０ｎｍ以上に設定することにより、ゲート電極の厚みが小さすぎることに起因して、ゲート電極にひびや割れが生じるのを抑制することができる。この場合、ゲート電極のひびや割れに起因してゲート電極で断線が発生するのを抑制することができるので、素子の信頼性が低下するのを抑制することができる。また、約５０ｎｍ以上約２００ｎｍ以下の範囲内でソース電極とドレイン電極との間に位置する第２ゲート電極の厚みを小さくした場合には、上記した効果に加えて、ソース電極とドレイン電極との間の距離を小さくすることができるという効果も得ることができる。
【００６４】
また、上記第１〜第３実施形態では、ＳｉＯ２膜からなる第１ゲート絶縁膜および第２ゲート絶縁膜を用いたが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ２以外の材料からなるゲート絶縁膜を用いてもよい。ゲート絶縁膜の構成材料としては、誘電率が高く、かつ、小さい厚みで形成することが可能な材料が好ましい。ゲート絶縁膜として使用可能なＳｉＯ２以外の材料としては、たとえば、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５およびＨｆＯ２などがある。なお、第１ゲート絶縁膜および第２ゲート絶縁膜の厚みは、約５ｎｍ以上約２００ｎｍ以下に設定するのが好ましい。ゲート絶縁膜の厚みを約２００ｎｍ以下に設定することにより、ゲート絶縁膜の厚みが大きすぎることに起因して、素子の柔軟性が低下するのを抑制することができる。また、ゲート絶縁膜の厚みを約５ｎｍ以上に設定することにより、ゲート絶縁膜の厚みが小さすぎることに起因して、絶縁耐圧が低下するのを抑制することができる。この場合、ゲート絶縁膜の絶縁耐圧の低下に起因するリーク電流の増大を抑制することができる。また、約５ｎｍ以上約２００ｎｍ以下の範囲内でゲート絶縁膜の厚みを小さくした場合には、低電圧動作が可能となるので、素子特性をより向上させることができるという効果も得ることができる。
【００６５】
また、上記第１〜第３実施形態では、Ａｕからなるソース電極およびドレイン電極を用いたが、本発明はこれに限らず、Ａｕ以外の材料からなるソース電極およびドレイン電極を用いてもよい。ソース電極およびドレイン電極の構成材料としては、有機半導体と化学反応を起こしにくく、かつ、低抵抗であるとともに、形状を安定に保つことが可能な材料が好ましい。ソース電極およびドレイン電極として使用可能なＡｕ以外の材料としては、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｉ、グラファイト、ＩＴＯおよびＺｎＯなどがある。ここで、有機半導体層がｐ型の場合には、ＡｕやＰｔなどの仕事関数が大きい材料からなるソース電極およびドレイン電極を用いるのが好ましく、有機半導体層がｎ型の場合には、ＡｌやＷなどの仕事関数が小さい材料からなるソース電極およびドレイン電極を用いるのが好ましい。これにより、ソース電極およびドレイン電極と有機半導体層との接触をオーミック接触にすることができる。なお、ソース電極およびドレイン電極の厚みは、約５０ｎｍ以上約２００ｎｍ以下に設定するのが好ましい。ソース電極およびドレイン電極の厚みを約２００ｎｍ以下に設定することにより、ソース電極およびドレイン電極の厚みが大きすぎることに起因して、素子の柔軟性が低下するのを抑制することができる。また、ドレイン電極の厚みを約２００ｎｍ以下に設定することにより、ドレイン電極の厚みが大きすぎることに起因して、ドレイン電極を挟み込むように配置された第１ゲート電極と第２ゲート電極との間隔が大きくなるのを抑制することができる。この場合、ドレイン電極の周辺の電位勾配を第１ゲート電極および第２ゲート電極により制御するのが困難になるのを抑制することができる。したがって、素子がオフ状態のときにソース電極とドレイン電極との間に流れる電流が増大するのを容易に抑制することができる。また、ドレイン電極の厚みを約５０ｎｍ以上に設定することにより、ドレイン電極の厚みが小さすぎることに起因して、有機半導体層と接触するドレイン電極の内側面の面積が小さくなるのを抑制することができる。これにより、ドレイン電極と有機半導体層との接触抵抗が高くなるのを抑制することができる。
【００６６】
また、上記第１〜第３実施形態では、第２ゲート電極およびドレイン電極の開口部側の内側面を、積層方向の同一線上に配置したが、本発明はこれに限らず、第２ゲート電極の開口部側の内側面を、ドレイン電極の開口部側の内側面よりも開口部側に突出するように配置してもよい。このように構成すれば、有機トランジスタ素子がオフ状態の場合、接地電位に保持された第２ゲート電極の内側面が、負電位に保持されたドレイン電極の内側面よりも開口部側に突出することにより、接地電位に保持されたソース電極の周辺に電位勾配が生じるのを容易に抑制することができる。
【００６７】
また、上記第１〜第３実施形態では、開口部を、平面的に見て円形形状に形成したが、本発明はこれに限らず、開口部を、平面的に見て星型またはくし型などの凹凸形状を有する形状に形成してもよい。このように構成すれば、開口部の内側面を構成するドレイン電極の内側面と、有機半導体層との接触面積を増大させることができる。
【００６８】
また、上記第１および第３実施形態では、第２ゲート電極の上面と、第２ゲート電極の開口部側の内側面とを覆うように第３ゲート絶縁膜を形成したが、本発明はこれに限らず、第２ゲート電極の上面と、第２ゲート電極の開口部側の内側面とに加えて、第２ゲート絶縁膜の開口部側の内側面の一部を覆うように第３ゲート絶縁膜を形成してもよい。
【００６９】
また、上記第２実施形態では、ｐ型の有機半導体層の構成材料（ポリチオフェン）よりも小さい仕事関数を有するＡｌからなる第２ゲート電極を用いたが、本発明はこれに限らず、ｐ型の有機半導体よりも小さい仕事関数を有していれば、Ａｌ以外の材料からなる第２ゲート電極を用いてもよい。ｐ型の有機半導体よりも小さい仕事関数を有する材料としては、Ａｌ以外に、たとえば、ＷおよびＭｇなどがある。また、ｎ型の有機半導体層を用いる場合には、ｎ型の有機半導体よりも大きい仕事関数を有するＡｕやＰｔからなる第２ゲート電極を用いるのが好ましい。このような材料からなる第２ゲート電極を用いれば、第２ゲート電極と有機半導体層との接合をショットキー接合にすることができるので、ショットキー障壁（電流障壁）を形成することができる。また、電流障壁を形成するために、ｐ型の有機半導体層を用いる場合には、ｎ型の半導体からなる第２ゲート電極を用いてもよいし、ｎ型の有機半導体層を用いる場合には、ｐ型の半導体からなる第２ゲート電極を用いてもよい。
【００７０】
また、上記第１〜第３実施形態では、第１ゲート電極、第２ゲート電極、ドレイン電極およびソース電極を、真空蒸着法により形成したが、本発明はこれに限らず、第１ゲート電極、第２ゲート電極、ドレイン電極およびソース電極を形成する際に、スパッタリング法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法および無電解メッキ法などを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態による縦型有機トランジスタ素子の構造を示した平面図である。
【図２】図１の１００−１００線に沿った断面図である。
【図３】図１および図２に示した第１実施形態による縦型有機トランジスタ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４】図１および図２に示した第１実施形態による縦型有機トランジスタ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５】図１および図２に示した第１実施形態による縦型有機トランジスタ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】図１および図２に示した第１実施形態による縦型有機トランジスタ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態による縦型有機トランジスタ素子の構造を示した断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態による縦型有機トランジスタ素子の構造を示した断面図である。
【図９】従来の縦型有機トランジスタ素子の構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  ＳｉＯ２基板（基板）
２  第１ゲート電極
３  第１ゲート絶縁膜
４  ドレイン電極（ドレイン／ソース電極）
５  第２ゲート絶縁膜
６、１６  第２ゲート電極
７  開口部
８  第３ゲート絶縁膜
９、１９、２９  有機半導体層
９ａ、１９ａ、２９ａ  部分（電流が流れる部分）
１０  ソース電極（ソース／ドレイン電極）
【図１】
2006093308.tif 000003
【図２】
2006093308.tif 000004
【図３】
2006093308.tif 000005
【図４】
2006093308.tif 000006
【図５】
2006093308.tif 000007
【図６】
2006093308.tif 000008
【図７】
2006093308.tif 000009
【図８】
2006093308.tif 000010
【図９】
2006093308.tif 000011