(57)【要約】【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、ゲート電極１と、ゲート電極１上にゲート絶縁膜２を介して形成され、ゲート電極１の表面に対して平行な方向に所定の間隔を隔てて互いに対向するように配置されたソース電極３およびドレイン電極４と、ゲート電極１上にゲート絶縁膜２を介して形成され、ソース電極３およびドレイン電極４の互いに対向する側面に接触する有機半導体層５と、有機半導体層５上に形成され、有機半導体層５を介してゲート電極１に対向するように配置されたキャリア注入電極７とを備えている。【選択図】図１
2006100632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極と、
前記ゲート電極の主表面上にゲート絶縁膜を介して形成され、前記ゲート電極の主表面に対して平行な方向に所定の間隔を隔てて互いに対向するように配置されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ゲート電極の表面上に前記ゲート絶縁膜を介して形成され、少なくとも前記ソース電極および前記ドレイン電極の互いに対向する側面に接触する有機半導体層と、
前記有機半導体層の表面上に形成され、前記有機半導体層を介して前記ゲート電極に対向するように配置されたキャリア注入電極とを備えた、有機半導体装置。
【請求項２】
前記キャリア注入電極は、前記ソース電極および前記ドレイン電極の互いに対向する側面間に位置する前記有機半導体層に形成されるチャネル領域のチャネル幅方向の全域に渡って配置されている、請求項１に記載の有機半導体装置。
【請求項３】
前記キャリア注入電極は、前記有機半導体層の表面および側面を覆うように形成されている、請求項１または２に記載の有機半導体装置。
【請求項４】
前記ソース電極および前記ドレイン電極の互いに対向する側面以外の表面および側面のうちの少なくとも一部を覆うように形成された絶縁膜をさらに備え、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の互いに対向する側面に接触する前記有機半導体層は、前記絶縁膜を介して、前記ソース電極および前記ドレイン電極の互いに対向する側面以外の表面および側面のうちの少なくとも一部上にも形成されている、請求項３に記載の有機半導体装置。
【請求項５】
前記有機半導体層の側端部および前記キャリア注入電極の側端部は、それぞれ、前記ソース電極および前記ドレイン電極の互いに対向する側面とは反対側の側面よりも内側に配置されている、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】
前記キャリア注入電極の側端部は、平面的に見て、前記ソース電極および前記ドレイン電極と重ならないように配置されている、請求項１または２に記載の有機半導体装置。
【請求項７】
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記ゲート絶縁膜の表面に接触するように形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機半導体装置。
【請求項８】
前記有機半導体層は、ｐ型の有機半導体層であり、
前記キャリア注入電極の電位は、前記ドレイン電極の電位よりも高く、かつ、前記ソース電極の電位以下になるように設定されている、請求項１〜７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、基板上にゲート絶縁膜を介して形成されるとともに、基板の主表面に対して平行な方向に所定の間隔を隔てて互いに対向するように配置されたソース電極およびドレイン電極を含む横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）。また、従来では、上記した横型有機トランジスタ素子の構成において、ゲート電極としての機能を有する基板を用いた横型有機トランジスタ素子も知られている。
【０００３】
図２０は、従来のゲート電極としての機能を有する基板を用いた横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２０を参照して、従来のゲート電極としての機能を有する基板を用いた横型有機トランジスタ素子では、ゲート電極（基板）１０１上の所定領域に、ゲート絶縁膜１０２を介して、ソース電極１０３およびドレイン電極１０４が形成されている。このソース電極１０３およびドレイン電極１０４は、ゲート電極１０１の主表面に対して平行な方向に所定の間隔を隔てて互いに対向するように配置されている。また、ソース電極１０３およびドレイン電極１０４の互いに対向する側面間の領域に位置するゲート絶縁膜１０２の上面と、ソース電極１０３およびドレイン電極１０４の互いに対向する側面と、ゲート電極１０３およびドレイン電極１０４の上面とに接触するように、有機半導体層１０５が形成されている。そして、ソース電極１０３およびドレイン電極１０４の互いに対向する側面間の領域に位置する有機半導体層１０５の部分１０５ａと、ゲート絶縁膜１０２との界面近傍が、ソース電極１０３とドレイン電極１０４との間を流れる電流の通路（チャネル領域）となる。
【０００４】
なお、図２０に示した従来の横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１０３は、接地電位（ＧＮＤ電位）に保持されるとともに、ドレイン電極１０４は、負電位に保持される。そして、横型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１０１を負電位にする。この際、負電位に保持されたゲート電極１０１と、接地電位（ＧＮＤ電位）に保持されたソース電極１０３との間に電界が形成される。これにより、有機半導体層１０５の部分１０５ａに接触するソース電極１０３の側面から有機半導体層１０５にキャリア（正孔）が注入されるとともに、そのソース電極１０３から注入されたキャリア（正孔）が、ゲート絶縁膜１０２と有機半導体層１０５の部分１０５ａとの界面近傍（チャネル領域）に蓄積される。そして、チャネル領域に蓄積されたキャリア（正孔）は、接地電位（ＧＮＤ電位）に保持されたソース電極１０３と、負電位に保持されたドレイン電極１０４との間に形成される弱い電界によりドレイン電極１０４側に引き寄せられる。このように、ソース電極１０３から注入されたキャリア（正孔）がドレイン電極１０４に向かって移動することにより、ソース電極１０３とドレイン電極１０４との間に電流が流れるので、横型有機トランジスタ素子がオン状態となる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１３５４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図２０に示した従来の横型有機トランジスタ素子では、有機半導体層１０５へのキャリア（正孔）の注入領域が、有機半導体層１０５の部分１０５ａに接触するソース電極１０３の側面のみであるので、素子をオン状態にしたときに有機半導体層１０５の部分１０５ａに注入されるキャリア（正孔）の量が少なくなるという不都合がある。その結果、横型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電極１０３とドレイン電極１０４との間に流れる電流量が小さくなるので、横型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。
【０００７】
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】
【０００８】
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、ゲート電極と、ゲート電極の主表面上にゲート絶縁膜を介して形成され、ゲート電極の主表面に対して平行な方向に所定の間隔を隔てて互いに対向するように配置されたソース電極およびドレイン電極と、ゲート電極の表面上にゲート絶縁膜を介して形成され、少なくともソース電極およびドレイン電極の互いに対向する側面に接触する有機半導体層と、有機半導体層の表面上に形成され、有機半導体層を介してゲート電極に対向するように配置されたキャリア注入電極とを備えている。
【０００９】
この一の局面による有機半導体装置では、上記のように、ソース電極およびドレイン電極の互いに対向する側面に接触する有機半導体層の表面上に、有機半導体層を介してゲート電極に対向するようにキャリア注入電極を配置することによって、本発明を有機トランジスタ素子に適用する場合、ゲート電極を所定の電位にすることにより有機トランジスタ素子をオン状態にしたときに、ゲート電極とソース電極との間に加えて、ゲート電極とキャリア注入電極との間にも電界を生じさせることができるので、ソース電極のみならず、キャリア注入電極からも有機半導体層にキャリアを注入することができる。これにより、有機トランジスタ素子をオン状態にしたときに、ソース電極およびキャリア注入電極の両方から有機半導体層にキャリアが注入されるので、多くのキャリアをゲート絶縁膜と有機半導体層との界面近傍（チャネル領域）に蓄積することができる。その結果、有機トランジスタ素子がオン状態のときに、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流量を増加させ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。
【００１０】
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、キャリア注入電極は、ソース電極およびドレイン電極の互いに対向する側面間に位置する有機半導体層に形成されるチャネル領域のチャネル幅方向の全域に渡って配置されている。このように構成すれば、有機半導体層に形成されるチャネル領域のチャネル幅方向の全域に渡ってキャリア注入電極からキャリアを注入することができるので、より多くのキャリアをチャネル領域（ゲート絶縁膜と有機半導体層との界面近傍）に蓄積することができる。これにより、ソース電極とドレイン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。
【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、キャリア注入電極は、有機半導体層の表面および側面を覆うように形成されている。このように構成すれば、キャリア注入電極を有機半導体層の保護層としても機能させることができるので、有機半導体層の劣化に起因する素子特性の低下を抑制することができる。
【００１２】
この場合、好ましくは、ソース電極およびドレイン電極の互いに対向する側面以外の表面および側面のうちの少なくとも一部を覆うように形成された絶縁膜をさらに備え、ソース電極およびドレイン電極の互いに対向する側面に接触する有機半導体層は、絶縁膜を介して、ソース電極およびドレイン電極の互いに対向する側面以外の表面および側面のうちの少なくとも一部上にも形成されている。このように構成すれば、平面的に見てキャリア注入電極とソース電極およびドレイン電極とが重なる部分が存在する場合に、キャリア注入電極とソース電極およびドレイン電極との間に強い電界が形成されたとしても、絶縁膜によりキャリア注入電極とソース電極および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。これにより、キャリア注入電極とソース電極およびドレイン電極との間に電流が流れることに起因して、素子特性が劣化するのを抑制することができる。
【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、有機半導体層の側端部およびキャリア注入電極の側端部は、それぞれ、ソース電極およびドレイン電極の互いに対向する側面とは反対側の側面よりも内側に配置されている。このように構成すれば、有機半導体層の側端部およびキャリア注入電極の側端部が、ソース電極およびドレイン電極の互いに対向する側面とは反対側の側面から突出している場合よりも、その突出量の分だけゲート電極（基板）上の素子形成領域を小さくすることができる。これにより、素子の集積度を向上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、好ましくは、キャリア注入電極の側端部は、平面的に見て、ソース電極およびドレイン電極と重ならないように配置されている。このように構成すれば、キャリア注入電極とソース電極およびドレイン電極との間に電界が形成されるのを抑制することができるので、キャリア注入電極とソース電極および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。これにより、キャリア注入電極とソース電極およびドレイン電極との間に電流が流れることに起因して、素子特性が劣化するのを抑制することができる。
【００１５】
上記一の局面による有機半導体装置において、好ましくは、ソース電極およびドレイン電極は、ゲート絶縁膜の表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、キャリアが蓄積されるゲート絶縁膜と有機半導体層との界面近傍に、ソース電極およびドレイン電極の互いに対向する側面を近づけることができるので、容易に、キャリアをソース電極からドレイン電極に移動させることができる。
【００１６】
上記一の局面による有機半導体装置において、好ましくは、有機半導体層は、ｐ型の有機半導体層であり、キャリア注入電極の電位は、ドレイン電極の電位よりも高く、かつ、ソース電極の電位以下になるように設定されている。このように構成すれば、たとえば、有機トランジスタ素子に本発明を適用する場合、ソース電極およびドレイン電極を、それぞれ、接地電位および負電位に保持し、かつ、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をオン状態にする際に、キャリア注入電極をソース電極と同じ接地電位、または、ドレイン電極の電位よりも高い負電位に保持することによって、容易に、ゲート電極とソース電極との間に加えて、ゲート電極とキャリア注入電極との間にも電界を生じさせることができる。これにより、容易に、ソース電極のみならず、キャリア注入電極からもｐ型の有機半導体層にキャリア（正孔）を注入することができる。また、ソース電極およびドレイン電極を、それぞれ、接地電位および負電位に保持し、かつ、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をオフ状態にする際に、キャリア注入電極をソース電極と同じ接地電位に保持することによって、接地電位であるゲート電極と接地電位であるキャリア注入電極との間には電位差が存在しないので、キャリア注入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。また、ソース電極およびドレイン電極を、それぞれ、接地電位および負電位に保持し、かつ、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をオフ状態にする際に、キャリア注入電極をドレイン電極の電位よりも高い負電位に保持すれば、キャリア注入電極の電位がゲート電極の電位よりも低電位であるので、キャリア注入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ことに加えて、有機半導体層に残留する不要なキャリア（正孔）をキャリア注入電極側に集めることができる。これにより、有機トランジスタ素子のオフ特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による横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実施形態による横型有機トランジスタ素子の構造について説明する。
【００１９】
この第１実施形態では、図２に示すように、ｎ型シリコン基板からなるゲート電極１上の所定領域に、約１００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜からなるゲート絶縁膜２を介して、ソース電極３およびドレイン電極４が形成されている。このソース電極３およびドレイン電極４は、ゲート電極１の表面に対して平行な方向に所定の間隔を隔てて互いに対向するように配置されている。また、ソース電極３およびドレイン電極４は、ゲート絶縁膜２の上面に接触している。すなわち、第１実施形態の横型有機トランジスタ素子は、ボトムコンタクト構造を有する。なお、ソース電極３およびドレイン電極４は、Ａｕからなるとともに、約５０ｎｍの厚みを有する。このソース電極３およびドレイン電極４の構成材料であるＡｕは、後述する有機半導体層５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、ソース電極３およびドレイン電極４と有機半導体層５との接触はオーミック接触となる。
【００２０】
また、ソース電極３およびドレイン電極４の互いに対向する側面間の領域に位置するゲート絶縁膜２の上面と、ソース電極３およびドレイン電極４の互いに対向する側面と、ソース電極３およびドレイン電極４の上面とに接触するように、約２５ｎｍの厚みを有するポリチオフェンからなるｐ型の有機半導体層５が形成されている。また、有機半導体層５は、その側端部５ａおよび５ｂがソース電極３およびドレイン電極４の上面に沿って素子の側端面にまで延びるように形成されている。そして、ソース電極３およびドレイン電極４の互いに対向する側面間の領域に位置する有機半導体層５の部分５ｃと、ゲート絶縁膜２との界面近傍が、ソース電極３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。
【００２１】
ここで、第１実施形態では、ソース電極３およびドレイン電極４の互いに対向する側面間の領域に位置する有機半導体層５の部分５ｃ上に、約２００ｎｍの厚みを有するＡｕからなるキャリア注入電極６が形成されている。このキャリア注入電極６の構成材料であるＡｕは、有機半導体層５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ため、キャリア注入電極６と有機半導体層５との接触はオーミック接触となる。また、キャリア注入電極６は、有機半導体層５のチャネル領域となる部分５ｃのみを覆うように、かつ、有機半導体層５のチャネル領域となる部分５ｃを介してゲート電極１に対向するように配置されている。そして、有機半導体層５の部分５ｃは、キャリア注入電極６と、ゲート電極１上に形成されたゲート絶縁膜２とにより挟み込まれている。また、図１に示すように、キャリア注入電極６のＸ方向（チャネル長方向）の側端部６ａおよび６ｂは、平面的に見て、ソース電極３およびドレイン電極４と重ならないように配置されている。また、図１に示すように、平面的に見て、キャリア注入電極６は、有機半導体層５のチャネル領域となる部分５ｃのＹ方向（チャネル幅方向）の全域に渡って配置されている。なお、図１に示すように、平面的に見て、ソース電極３、ドレイン電極４、有機半導体層５およびキャリア注入電極６のＹ方向の長さは、ゲート電極１およびゲート絶縁膜２のＹ方向の長さよりも小さくなるように形成されている。
【００２２】
図３および図４は、図１および図２に示した第１実施形態による横型有機トランジスタ素子のキャリアの動きを説明するための模式図である。次に、図２〜図４を参照して、第１実施形態による横型有機トランジスタ素子の動作について説明する。
【００２３】
まず、図２に示したｐ型の有機半導体層５の部分５ｃがチャネル領域となる第１実施形態による横型有機トランジスタ素子では、ソース電極３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。
【００２４】
ここで、第１実施形態では、キャリア注入電極６の電位は、ドレイン電極４の電位よりも高く、かつ、ソース電極３の電位以下になるように設定されている。具体的には、第１実施形態では、キャリア注入電極６の電位は、ソース電極３の電位と同じ接地電位（ＧＮＤ電位）に保持される。
【００２５】
そして、第１実施形態による横型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１をドレイン電極４の電位と同じ負電位にする。この際、図３に示すように、負電位に保持されたゲート電極１と、接地電位（ＧＮＤ電位）に保持されたソース電極３との間に電界が形成される。これにより、有機半導体層５の部分５ｃに接触するソース電極３の側面から有機半導体層５にキャリア（正孔）が注入されるとともに、そのソース電極３から注入されたキャリア（正孔）が、ゲート絶縁膜２と有機半導体層５の部分５ｃとの界面近傍に蓄積される。
【００２６】
このとき、第１実施形態では、負電位に保持されたゲート電極１と、接地電位（ＧＮＤ電位）に保持されたキャリア注入電極６との間にも強い電界が形成される。これにより、有機半導体層５の部分５ｃに接触するキャリア注入電極６の下面からも有機半導体層５にキャリア（正孔）が注入されるとともに、そのキャリア注入電極６から注入されたキャリア（正孔）が、ゲート絶縁膜２と有機半導体層５の部分５ｃとの界面近傍に蓄積される。すなわち、第１実施形態では、ソース電極３およびキャリア注入電極６の両方から有機半導体層５の部分５ｃにキャリア（正孔）が注入されるので、多くのキャリア（正孔）をゲート絶縁膜２と有機半導体層５の部分５ｃとの界面近傍に蓄積することができる。なお、この場合、ゲート電極１とゲート絶縁膜２との界面近傍にも、キャリア（電子）が蓄積される。
【００２７】
そして、図４に示すように、ゲート絶縁膜２と有機半導体層５の部分５ｃとの界面近傍に蓄積された多くのキャリア（正孔）は、接地電位に保持されたソース電極３と、負電位に保持されたドレイン電極４との間に形成される弱い電界によりドレイン電極４側に引き寄せられる。このように、ソース電極３およびキャリア注入電極６の両方から注入された多くのキャリア（正孔）がドレイン電極４に向かって移動することにより、ソース電極３とドレイン電極４との間に大きい電流が流れるので、横型有機トランジスタ素子がオン状態となる。
【００２８】
また、第１実施形態による横型有機トランジスタ素子をオフ状態にする場合には、ソース電極３およびキャリア注入電極６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、ゲート電極１をソース電極３およびキャリア注入電極６の電位と同じ接地電位にする。この場合、ゲート電極１と、ソース電極３およびキャリア注入電極６との間にはほとんど電位差が存在しないので、ソース電極３およびキャリア注入電極６から有機半導体層５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。これにより、ドレイン電極４に引き寄せられるキャリア（正孔）が減少することにより、ソース電極３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、横型有機トランジスタ素子がオフ状態となる。
【００２９】
第１実施形態では、上記のように、ソース電極３およびドレイン電極４の互いに対向する側面に接触する有機半導体層５の部分５ｃ上に、有機半導体層５の部分５ｃを介してゲート電極１に対向するようにキャリア注入電極６を配置することによって、ゲート電極１を負電位にすることにより横型有機トランジスタ素子をオン状態にしたときに、ゲート電極１とソース電極３との間に加えて、ゲート電極１とキャリア注入電極６との間にも電界を生じさせることができるので、ソース電極３のみならず、キャリア注入電極６からも有機半導体層５の部分５ｃにキャリア（正孔）を注入することができる。これにより、横型有機トランジスタ素子をオン状態にしたときに、ソース電極３およびキャリア注入電極６の両方から有機半導体層５の部分５ｃにキャリア（正孔）が注入されるので、多くのキャリア（正孔）をゲート絶縁膜２と有機半導体層５の部分５ｃとの界面近傍（チャネル領域）に蓄積することができる。その結果、横型有機トランジスタ素子がオン状態のときに、ソース電極３とドレイン電極４との間に流れる電流量を増加させることができるので、横型有機トランジスタ素子の特性を向上させることができる。
【００３０】
また、第１実施形態では、有機半導体層５のチャネル領域となる部分５ｃのチャネル幅方向（図１のＹ方向）の全域に渡ってキャリア注入電極６を配置することによって、有機半導体層５の部分５ｃに形成されるチャネル領域のチャネル幅方向の全域に渡ってキャリア注入電極６からキャリア（正孔）を注入することができるので、より多くのキャリア（正孔）をチャネル領域（ゲート絶縁膜２と有機半導体層５の部分５ｃとの界面近傍）に蓄積することができる。これにより、ソース電極３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、キャリア注入電極６の図１のＸ方向の側端部６ａおよび６ｂを、平面的に見て、ソース電極３およびドレイン電極４と重ならないように配置することによって、キャリア注入電極６とソース電極３およびドレイン電極４との間に電界が形成されるのが抑制されるので、キャリア注入電極６とソース電極３およびドレイン電極４との間に電流が流れるのを抑制することができる。これにより、キャリア注入電極６とソース電極３およびドレイン電極４との間に電流が流れることに起因して、素子特性が劣化するのを抑制することができる。
【００３２】
また、第１実施形態では、ゲート絶縁膜２の上面に接触するように、ソース電極３およびドレイン電極４を形成することによって、キャリア（正孔）が蓄積されるゲート絶縁膜２と有機半導体層５の部分５ｃとの界面近傍に、ソース電極３およびドレイン電極４の互いに対向する側面を近づけることができるので、容易に、キャリア（正孔）をソース電極３からドレイン電極４に移動させることができる。
【００３３】
図５〜図７は、図１および図２に示した第１実施形態による横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２および図５〜図７を参照して、第１実施形態による横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。
【００３４】
まず、図５に示すように、ｎ型シリコン基板からなるゲート電極１の表面を熱酸化する。これにより、ゲート電極１の表面部分に、約１００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜からなるゲート絶縁膜２を形成する。
【００３５】
次に、図６に示すように、真空蒸着法などを用いて、ゲート絶縁膜２上の所定領域に、約５０ｎｍの厚みを有するＡｕからなるソース電極３およびドレイン電極４を形成する。この際、メタルマスク（図示せず）を用いることにより、ソース電極３およびドレイン電極４が、ゲート電極１の表面に対して平行な方向に所定の間隔を隔てて互いに対向するように形成する。
【００３６】
次に、図７に示すように、スピンコート法を用いて、ソース電極３およびドレイン電極４の互いに対向する側面間の領域に位置するゲート絶縁膜２の上面と、ソース電極３およびドレイン電極４の互いに対向する側面と、ソース電極３およびドレイン電極４の上面とに接触するように、約２５ｎｍの厚みを有するポリチオフェンからなるｐ型の有機半導体層５を形成する。この際、有機半導体層５の側端部５ａおよび５ｂが、ソース電極３およびドレイン電極４の上面に沿って素子の側端面にまで延びるように形成する。
【００３７】
次に、図２に示したように、真空蒸着法などを用いて、ソース電極３およびドレイン電極４の互いに対向する側面間の領域に位置する有機半導体層５の部分５ｃ上に、約２００ｎｍの厚みを有するＡｕからなるキャリア注入電極６を形成する。この際、メタルマスク（図示せず）を用いることにより、キャリア注入電極６が、有機半導体層５のチャネル領域となる部分５ｃのみを覆うように、かつ、有機半導体層５の部分５ｃを介してゲート電極１に対向するように形成する。また、図１に示したように、キャリア注入電極６のＸ方向の側端部６ａおよび６ｂが、平面的に見て、ソース電極３およびドレイン電極４と重ならないように形成する。このようにして、第１実施形態による横型有機トランジスタ素子が形成される。
【００３８】
次に、上記した効果を確認するために行った実験について説明する。
【００３９】
この確認実験では、上記した第１実施形態の製造プロセスを用いて実際に作製したキャリア注入電極を含む横型有機トランジスタ素子の電流−電圧特性を調べた。また、従来例（比較例）として、図２０に示した従来のキャリア注入電極を含まない横型有機トランジスタ素子の電流−電圧特性も調べた。
【００４０】
図８は、キャリア注入電極を含む横型有機トランジスタ素子（第１実施形態）の電流−電圧特性図であり、図９は、キャリア注入電極を含まない横型有機トランジスタ素子（従来例）の電流−電圧特性図である。なお、図８および図９の電流−電圧特性図は、ゲート電極の電位（Ｖｇ）とドレイン電極の電位（Ｖｄｓ）とを変化させたときに、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流（Ｉｄｓ）を測定した結果が示されている。具体的には、ゲート電極の電位（Ｖｇ）を、−１０Ｖから−４０Ｖまで１０Ｖずつ変化させるとともに、ドレイン電極の電位（Ｖｄｓ）を、−１Ｖから−４０Ｖまで１Ｖずつ変化させた。また、ソース電極の電位は、接地電位（０Ｖ）に保持した。
【００４１】
図８および図９を参照して、キャリア注入電極を含む横型有機トランジスタ素子（第１実施形態）は、キャリア注入電極を含まない横型有機トランジスタ素子（従来例）よりも、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流が大きくなることが判明した。具体的には、ゲート電極の電位（Ｖｇ）が−１０Ｖ〜−４０Ｖの範囲内であり、ドレイン電極の電位（Ｖｄｓ）が−１Ｖ〜−４０Ｖまでの範囲内であれば、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流は、キャリア注入電極を含む横型有機トランジスタ素子（第１実施形態）の方がキャリア注入電極を含まない横型有機トランジスタ素子（従来例）よりも大きくなることが判明した。たとえば、ドレイン電極の電位（Ｖｄｓ）を−４０Ｖにするとともに、ゲート電極の電位（Ｖｇ）を−４０Ｖにした場合、キャリア注入電極を含む横型有機トランジスタ素子（第１実施形態）では、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流が−７．１６×１０−６Ａ（アンペア）であったのに対して、キャリア注入電極を含まない横型有機トランジスタ素子（従来例）では、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流が−１．６９×１０−６Ａ（アンペア）であった。
【００４２】
この結果から、ソース電極３およびドレイン電極４の互いに対向する側面に接触する有機半導体層５の部分５ｃ上に、有機半導体層５の部分５ｃを介してゲート電極１に対向するように配置されたキャリア注入電極６を設けた第１実施形態では、横型有機トランジスタ素子がオン状態のときに、ソース電極３とドレイン電極４との間に大きい電流を流すことができることが確認できた。
【００４３】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態による横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１１は、図１０の２００−２００線に沿った断面図である。図１０および図１１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、有機半導体層の上面および側面を覆うようにキャリア注入電極を形成する場合について説明する。
【００４４】
すなわち、この第２実施形態では、図１１に示すように、ゲート電極１上の所定領域に、ゲート絶縁膜２を介して、約５０ｎｍの厚みを有するＡｕからなるソース電極１３およびドレイン電極１４が形成されている。なお、ゲート電極１およびゲート絶縁膜２は、それぞれ、上記第１実施形態のゲート電極１およびゲート絶縁膜２と同様の組成および厚みを有する。また、ソース電極１３およびドレイン電極１４は、ゲート電極１の表面に対して平行な方向に所定の間隔を隔てて互いに対向するように配置されている。また、ソース電極１３およびドレイン電極１４は、それぞれ、素子の側端面から所定の間隔を隔てて配置されている。また、ソース電極１３およびドレイン電極１４は、ゲート絶縁膜２の上面に接触している。すなわち、第２実施形態の横型有機トランジスタ素子は、上記第１実施形態と同様、ボトムコンタクト構造を有する。
【００４５】
ここで、第２実施形態では、ソース電極１３およびドレイン電極１４の互いに対向する側面以外の上面および側面を覆うとともに、ゲート絶縁膜２の上面に沿って素子の側端面にまで延びるように、約１００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜からなる絶縁膜１５が形成されている。また、ソース電極１３およびドレイン電極１４の互いに対向する側面間の領域に位置するゲート絶縁膜２の上面と、ソース電極１３およびドレイン電極１４の互いに対向する側面と、ソース電極１３およびドレイン電極１４の上面および側面上に位置する絶縁膜１５とに接触するように、約２５ｎｍの厚みを有するポリチオフェンからなるｐ型の有機半導体層１６が形成されている。また、有機半導体層１６の側端部１６ａおよび１６ｂは、ソース電極１３およびドレイン電極１４の側面上に位置する絶縁膜１５上に配置されている。そして、ソース電極１３およびドレイン電極１４の互いに対向する側面間の領域に位置する有機半導体層１６の部分１６ｃと、ゲート絶縁膜２との界面近傍が、ソース電極１３とドレイン電極１４との間を流れる電流の通路（チャネル領域）となる。
【００４６】
また、第２実施形態では、有機半導体層１６のチャネル領域となる部分１６ｃを含む上面および側面の全てを覆うように、約２００ｎｍの厚みを有するＡｕからなるキャリア注入電極１７が形成されている。このキャリア注入電極１７は、有機半導体層１６のチャネル領域となる部分１６ｃを介してゲート電極１に対向するように配置されている。そして、有機半導体層１６の部分１６ｃは、キャリア注入電極１７と、ゲート電極１上に形成されたゲート絶縁膜２とにより挟み込まれている。また、図１０に示すように、平面的に見て、キャリア注入電極１７は、有機半導体層１６のチャネル領域となる部分１６ｃのＹ方向（チャネル幅方向）の全域のみならず、Ｘ方向（チャネル長方向）の全域に渡っても形成されている。すなわち、キャリア注入電極１７は、有機半導体層１６のチャネル領域となる部分１６ｃの全域を覆うように形成されている。
【００４７】
第２実施形態では、上記のように、ソース電極１３およびドレイン電極１４の互いに対向する側面に接触する有機半導体層１６の部分１６ｃ上に、有機半導体層１６の部分１６ｃを介してゲート電極１に対向するようにキャリア注入電極１７を配置することによって、上記第１実施形態と同様、横型有機トランジスタ素子をオン状態にしたときに、ゲート電極１とソース電極１３との間に加えて、ゲート電極１とキャリア注入電極１７との間にも電界が形成されるので、ソース電極１３およびキャリア注入電極１７の両方から有機半導体層１６の部分１６ｃにキャリア（正孔）を注入することができる。これにより、ソース電極１３とドレイン電極１４との間に流れる電流量を増加させることができるので、横型有機トランジスタ素子の特性を向上させることができる。
【００４８】
また、第２実施形態では、有機半導体層１６のチャネル領域となる部分１６ｃを含む上面および側面の全てを覆うようにキャリア注入電極１７を形成することによって、キャリア注入電極１７を有機半導体層１６の保護層としても機能させることができるので、有機半導体層１６の劣化に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、有機半導体層１６のチャネル領域となる部分１６ｃの全域を覆うようにキャリア注入電極１７を形成することによって、チャネル領域の全域に渡ってキャリア注入電極１７からキャリア（正孔）を注入することができるので、より多くのキャリア（正孔）をチャネル領域（ゲート絶縁膜２と有機半導体層１６の部分１６ｃとの界面近傍）に蓄積することができる。これにより、ソース電極１３とドレイン電極１４との間に流れる電流量をより増加させることができる。
【００４９】
また、第２実施形態では、ソース電極１３およびドレイン電極１４の互いに対向する側面以外の上面および側面を覆うように絶縁膜１５を形成することによって、平面的に見てキャリア注入電極１７とソース電極１３およびドレイン電極１４とが重なる部分が存在することにより、キャリア注入電極１７とソース電極１３およびドレイン電極１４との間に強い電界が形成されたとしても、絶縁膜１５によりキャリア注入電極１７とソース電極１３およびドレイン電極１４との間に電流が流れるのを抑制することができる。これにより、キャリア注入電極１７とソース電極１３およびドレイン電極１４との間に電流が流れることに起因して、素子特性が劣化するのを抑制することができる。
【００５０】
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。
【００５１】
図１２〜図１４は、図１０および図１１に示した第２実施形態による横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１０〜図１４を参照して、第２実施形態による横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。
【００５２】
まず、図５に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ｎ型シリコン基板からなるゲート電極１の表面部分に、約１００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜からなるゲート絶縁膜２を形成する。
【００５３】
次に、図１２に示すように、真空蒸着法などを用いて、ゲート絶縁膜２上の所定領域に、約５０ｎｍの厚みを有するＡｕ層１８を形成した後、全面を覆うように、約１００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜からなる絶縁膜１５を形成する。
【００５４】
次に、図１３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、絶縁膜１５の上面からＡｕ層１８（図１２参照）までの所定領域を除去することによって、ゲート絶縁膜２の所定領域を露出させる。これにより、ゲート電極１の表面に対して平行な方向に所定の間隔を隔てて互いに対向するように配置されるとともに、約５０ｎｍの厚みを有するＡｕからなるソース電極１３およびドレイン電極１４が形成される。
【００５５】
次に、図１４に示すように、スピンコート法を用いて、ソース電極１３およびドレイン電極１４の互いに対向する側面間の領域に位置するゲート絶縁膜２の上面と、ソース電極１３およびドレイン電極１４の互いに対向する側面と、ソース電極１３およびドレイン電極１４の上面および側面上に位置する絶縁膜１５とに接触するように、約２５ｎｍの厚みを有するポリチオフェンからなるｐ型の有機半導体層１６を形成する。この際、有機半導体層１６の側端部１６ａおよび１６ｂが、ソース電極１３およびドレイン電極１４の側面上に位置する絶縁膜１５上に配置されるように形成する。
【００５６】
次に、図１０および図１１に示したように、真空蒸着法などを用いて、有機半導体層１６のチャネル領域となる部分１６ｃを含む上面および側面の全てを覆うように、約２００ｎｍの厚みを有するＡｕからなるキャリア注入電極１７を形成する。このようにして、第２実施形態による横型有機トランジスタ素子が形成される。
【００５７】
（第３実施形態）
図１５は、本発明の第３実施形態による横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１６は、図１５の３００−３００線に沿った断面図である。図１５および図１６を参照して、この第３実施形態では、上記第１および第２実施形態と異なり、有機半導体層の側端部をソース電極およびドレイン電極の上面上の所定領域に配置し、かつ、その有機半導体層の上面および側面を覆うようにキャリア注入電極を形成する場合について説明する。
【００５８】
すなわち、この第３実施形態では、図１６に示すように、ゲート電極１上の所定領域に、ゲート絶縁膜２を介して、約５０ｎｍの厚みを有するＡｕからなるソース電極２３およびドレイン電極２４が形成されている。なお、ゲート電極１およびゲート絶縁膜２は、それぞれ、上記第１実施形態のゲート電極１およびゲート絶縁膜２と同様の組成および厚みを有する。また、ソース電極２３およびドレイン電極２４は、ゲート電極１の表面に対して平行な方向に所定の間隔を隔てて互いに対向するように配置されている。また、ソース電極２３およびドレイン電極２４は、それぞれ、素子の側端面から所定の間隔を隔てて配置されている。また、ソース電極２３およびドレイン電極２４は、ゲート絶縁膜２の上面に接触している。すなわち、第３実施形態の横型有機トランジスタ素子は、上記第１実施形態と同様、ボトムコンタクト構造を有する。
【００５９】
ここで、第３実施形態では、ソース電極２３およびドレイン電極２４の上面上に、約１００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜からなる絶縁膜２５が形成されている。また、ソース電極２３およびドレイン電極２４の互いに対向する側面間の領域に位置するゲート絶縁膜２の上面と、ソース電極２３およびドレイン電極２４の互いに対向する側面と、ソース電極２３およびドレイン電極２４の上面上に位置する絶縁膜２５の一部とに接触するように、約２５ｎｍの厚みを有するポリチオフェンからなるｐ型の有機半導体層２６が形成されている。また、有機半導体層２６のＸ方向（図１６参照）の側端部２６ａおよび２６ｂは、ソース電極２３およびドレイン電極２４の互いに対向する側面とは反対側の側面よりも内側に配置されている。そして、ソース電極２３およびドレイン電極２４の互いに対向する側面間の領域に位置する有機半導体層２６の部分２６ｃと、ゲート絶縁膜２との界面近傍が、ソース電極２３とドレイン電極２４との間を流れる電流の通路（チャネル領域）となる。
【００６０】
また、第３実施形態では、有機半導体層２６のチャネル領域となる部分２６ｃを含む上面および側面の全てを覆うように、約２００ｎｍの厚みを有するＡｕからなるキャリア注入電極２７が形成されている。このキャリア注入電極２７は、有機半導体層２６のチャネル領域となる部分２６ｃを介してゲート電極１に対向するように配置されている。また、キャリア注入電極２７のＸ方向（図１６参照）の側端部２７ａおよび２７ｂは、ソース電極２３およびドレイン電極２４の互いに対向する側面とは反対側の側面よりも内側に配置されている。そして、有機半導体層２６の部分２６ｃは、キャリア注入電極２７と、ゲート電極１上に形成されたゲート絶縁膜２とにより挟み込まれている。また、図１５に示すように、平面的に見て、キャリア注入電極２７は、有機半導体層２６のチャネル領域となる部分２６ｃのＹ方向（チャネル幅方向）の全域のみならず、Ｘ方向（チャネル長方向）の全域に渡っても形成されている。すなわち、キャリア注入電極２７は、有機半導体層２６のチャネル領域となる部分２６ｃの全域を覆うように形成されている。
【００６１】
第３実施形態では、上記のように、ソース電極２３およびドレイン電極２４の互いに対向する側面に接触する有機半導体層２６の部分２６ｃ上に、有機半導体層２６の部分２６ｃを介してゲート電極１に対向するようにキャリア注入電極２７を配置することによって、上記第１実施形態と同様、横型有機トランジスタ素子をオン状態にしたときに、ゲート電極１とソース電極２３との間に加えて、ゲート電極１とキャリア注入電極２７との間にも電界が形成されるので、ソース電極２３およびキャリア注入電極２７の両方から有機半導体層２６の部分２６ｃにキャリア（正孔）を注入することができる。これにより、ソース電極２３とドレイン電極２４との間に流れる電流量を増加させることができるので、横型有機トランジスタ素子の特性を向上させることができる。
【００６２】
また、第３実施形態では、有機半導体層２６の側端部２６ａおよび２６ｂとキャリア注入電極２７の側端部２７ａおよび２７ｂとを、それぞれ、ソース電極２３およびドレイン電極２４の互いに対向する側面とは反対側の側面よりも内側に配置することによって、有機半導体層２６の側端部２６ａおよび２６ｂとキャリア注入電極２７の側端部２７ａおよび２７ｂとが、ソース電極２３およびドレイン電極２４の互いに対向する側面とは反対側の側面から突出している場合よりも、その突出量の分だけゲート電極１上の素子形成領域を小さくすることができる。これにより、素子の集積度を向上させることができる。
【００６３】
また、第３実施形態では、ソース電極２３およびドレイン電極２４の互いに対向する側面以外の上面上に絶縁膜２５を形成することによって、平面的に見てキャリア注入電極２７とソース電極２３およびドレイン電極２４とが重なる部分が存在することにより、キャリア注入電極２７とソース電極２３およびドレイン電極２４との間に強い電界が形成されたとしても、絶縁膜２５によりキャリア注入電極２７とソース電極２３およびドレイン電極２４との間に電流が流れるのを抑制することができる。これにより、キャリア注入電極２７とソース電極２３およびドレイン電極２４との間に電流が流れることに起因して、素子特性が劣化するのを抑制することができる。
【００６４】
また、第３実施形態では、有機半導体層２６のチャネル領域となる部分２６ｃを含む上面および側面の全てを覆うようにキャリア注入電極２７を形成することによって、上記第２実施形態と同様、キャリア注入電極２７を有機半導体層２６の保護層としても機能させることができるので、有機半導体層２６の劣化に起因する素子特性の低下を抑制することができる。また、有機半導体層２６のチャネル領域となる部分２６ｃの全域を覆うようにキャリア注入電極２７を形成することによって、チャネル領域の全域に渡ってキャリア注入電極２７からキャリア（正孔）を注入することができるので、より多くのキャリア（正孔）をチャネル領域（ゲート絶縁膜２と有機半導体層２６の部分２６ｃとの界面近傍）に蓄積することができる。これにより、ソース電極２３とドレイン電極２４との間に流れる電流量をより増加させることができる。
【００６５】
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。
【００６６】
図１７〜図１９は、図１５および図１６に示した第３実施形態による横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１５〜図１９を参照して、第３実施形態による横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。
【００６７】
まず、図５に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ｎ型シリコン基板からなるゲート電極１の表面部分に、約１００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜からなるゲート絶縁膜２を形成する。
【００６８】
次に、図１７に示すように、真空蒸着法などを用いて、ゲート絶縁膜２上に、約５０ｎｍの厚みを有するＡｕ層２８を形成した後、Ａｕ層２８上に、約１００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜からなる絶縁膜２５を形成する。
【００６９】
次に、図１８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、絶縁膜２５およびＡｕ層２８（図１７参照）をパターニングする。これにより、ゲート電極１の表面に対して平行な方向に所定の間隔を隔てて互いに対向するように配置されるとともに、約５０ｎｍの厚みを有するＡｕからなるソース電極２３およびドレイン電極２４が形成される。
【００７０】
次に、図１９に示すように、スピンコート法を用いて、ソース電極２３およびドレイン電極２４の互いに対向する側面間の領域に位置するゲート絶縁膜２の上面と、ソース電極２３およびドレイン電極２４の互いに対向する側面と、ソース電極２３およびドレイン電極２４の上面上に位置する絶縁膜２５の一部とに接触するように、約２５ｎｍの厚みを有するポリチオフェンからなるｐ型の有機半導体層２６を形成する。この際、有機半導体層２６のＸ方向（図１６参照）の側端部２６ａおよび２６ｂが、ソース電極２３およびドレイン電極２４の互いに対向する側面とは反対側の側面よりも内側に配置されるように形成する。
【００７１】
次に、図１５および図１６に示したように、真空蒸着法などを用いて、有機半導体層２６のチャネル領域となる部分２６ｃを含む上面および側面の全てを覆うように、約２００ｎｍの厚みを有するＡｕからなるキャリア注入電極２７を形成する。この際、メタルマスク（図示せず）を用いることにより、キャリア注入電極２７のＸ方向の側端部２７ａおよび２７ｂが、ソース電極２３およびドレイン電極２４の互いに対向する側面とは反対側の側面よりも内側に配置されるように形成する。このようにして、第３実施形態による横型有機トランジスタ素子が形成される。
【００７２】
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。
【００７３】
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、ペンタセンおよびフタロシアニン（ＣｕＰＣ）などがある。
【００７４】
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。
【００７５】
また、上記第１〜第３実施形態では、スピンコート法を用いてポリチオフェンからなる有機半導体層を形成したが、本発明はこれに限らず、有機半導体層の構成材料が高分子であれば、ディッピング法を用いて有機半導体層を形成してもよい。なお、ペンタセン、フタロシアニン、ＴＣＮＱ、ＮＴＣＤＡおよびＣ６０などの分子量が小さい有機半導体からなる有機半導体層を形成する場合は、真空蒸着法を用いるのが好ましい。
【００７６】
また、上記第１〜第３実施形態では、有機半導体層の厚みを約２５ｎｍに設定したが、本発明はこれに限らず、有機半導体層の厚みが約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下であればよい。また、チャネル領域は、有機半導体層とゲート絶縁膜との界面近傍にのみ形成されるので、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の範囲内で有機半導体層の厚みを小さくするのが好ましい。
【００７７】
また、上記第１〜第３実施形態では、ｎ型シリコンからなるゲート電極を用いたが、本発明はこれに限らず、ｎ型シリコン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、ゲート電極上に形成されるゲート絶縁膜の安定性を確保する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、ｎ型シリコン以外に、たとえば、Ａｌ、鋼、Ａｕ、ＰｔおよびＣｕなどがある。
【００７８】
また、上記第１〜第３実施形態では、Ａｕからなるソース電極、ドレイン電極およびキャリア注入電極を用いたが、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、ドレイン電極およびキャリア注入電極を用いてもよいし、ソース電極およびドレイン電極と、キャリア注入電極とを異なる材料により形成してもよい。ソース電極、ドレイン電極およびキャリア注入電極として使用可能なＡｕ以外の材料としては、たとえば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ａｌ、ＩｎおよびＳｎなどがある。ここで、有機半導体層がｐ型の場合には、Ａｕ、Ｐｔ、ＰｄおよびＣｕなどの仕事関数が大きい材料からなるソース電極、ドレイン電極およびキャリア注入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、Ｍｇ、Ａｌ、ＩｎおよびＳｎなどの仕事関数が小さい材料からなるソース電極、ドレイン電極およびキャリア注入電極を用いるのが好ましい。この場合、ソース電極、ドレイン電極およびキャリア注入電極と、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。
【００７９】
また、上記第１〜第３実施形態では、ソース電極およびドレイン電極の厚みを約５０ｎｍに設定したが、本発明はこれに限らず、ソース電極およびドレイン電極の厚みが約５０ｎｍ以上約５００ｎｍ以下であればよい。また、約５０ｎｍ以上約５００ｎｍ以下の範囲内でソース電極およびドレイン電極の厚みを小さくすれば、ソース電極およびドレイン電極を覆うように有機半導体層を形成した場合に、有機半導体層を実質的に平坦に近づけることができる。この場合、有機半導体層上にキャリア注入電極を形成する際に、キャリア注入電極の形成が容易になる。
【００８０】
また、第１〜第３実施形態では、キャリア注入電極の厚みを約２００ｎｍに設定したが、本発明はこれに限らず、キャリア注入電極の厚みが約５０ｎｍ以上約５００ｎｍ以下であればよい。また、約５０ｎｍ以上約５００ｎｍ以下の範囲内でキャリア注入電極の厚みを小さくすれば、キャリア注入電極が上面上に形成される有機半導体層に加わる応力を小さくすることができる。
【００８１】
また、上記第１〜第３実施形態では、ソース電極、ドレイン電極およびキャリア注入電極を、真空蒸着法により形成したが、本発明はこれに限らず、ソース電極、ドレイン電極およびキャリア注入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。なお、真空蒸着法やスパッタリング法を用いてキャリア注入電極を形成すれば、キャリア注入電極の形成時に、有機半導体層に熱によるダメージが加わるのを抑制することができる。
【００８２】
また、上記第１〜第３実施形態では、ＳｉＯ２膜からなるゲート絶縁膜を用いたが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ２膜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、誘電率が高い材料が好ましい。誘電率が高い材料からなるゲート絶縁膜を用いれば、ゲート電極に印加する電圧が小さい場合にも横型有機トランジスタ素子を動作させることが可能となる。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、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５およびＨｆＯ２などがある。
【００８３】
また、上記第１〜第３実施形態では、ゲート絶縁膜の厚みを約１００ｎｍに設定したが、本発明はこれに限らず、ゲート絶縁膜の厚みが約５ｎｍ以上約２００ｎｍ以下であればよい。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すれば、ゲート電極に印加する電圧が小さい場合にも横型有機トランジスタ素子を動作させることが可能となる。
【００８４】
また、上記第１〜第３実施形態では、真空蒸着法を用いてゲート絶縁膜を形成したが、本発明はこれに限らず、ゲート絶縁膜を形成する際に、スパッタリング法およびＣＶＤ法などを用いてもよい。なお、Ａｌからなるゲート電極を用いる場合には、ゲート電極の表面を陽極酸化することにより、ゲート電極上にＡｌ２Ｏ３からなるゲート絶縁膜を形成してもよい。
【００８５】
また、上記第１〜第３実施形態では、ｐ型の有機半導体層がチャネル領域となる横型有機トランジスタ素子を動作させる際に、キャリア注入電極の電位を、ソース電極の電位と同じ接地電位（ＧＮＤ電位）に保持したが、本発明はこれに限らず、ｐ型の有機半導体層がチャネル領域となる横型有機トランジスタ素子を動作させる際に、キャリア注入電極の電位が、ドレイン電極の電位よりも高く、かつ、ソース電極の電位以下になるように設定されていればよい。たとえば、ソース電極およびドレイン電極を、それぞれ、接地電位および負電位に保持する場合において、ゲート電極を接地電位にすることにより横型有機トランジスタ素子をオフ状態にする際に、キャリア注入電極がドレイン電極の電位よりも高い負電位に保持されていれば、キャリア注入電極の電位がゲート電極の電位よりも低電位であるので、キャリア注入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ことに加えて、有機半導体層に残留する不要なキャリア（正孔）をキャリア注入電極側に集めることができる。これにより、横型有機トランジスタ素子のオフ特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１実施形態による横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実施形態による横型有機トランジスタ素子のキャリアの動きを説明するための模式図である。
【図４】図１および図２に示した第１実施形態による横型有機トランジスタ素子のキャリアの動きを説明するための模式図である。
【図５】図１および図２に示した第１実施形態による横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実施形態による横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】図１および図２に示した第１実施形態による横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８】キャリア注入電極を含む横型有機トランジスタ素子（第１実施形態）の電流−電圧特性図である。
【図９】キャリア注入電極を含まない横型有機トランジスタ素子（従来例）の電流−電圧特性図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による横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１１】図１０の２００−２００線に沿った断面図である。
【図１２】図１０および図１１に示した第２実施形態による横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１３】図１０および図１１に示した第２実施形態による横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１４】図１０および図１１に示した第２実施形態による横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１５】本発明の第３実施形態による横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１６】図１５の３００−３００線に沿った断面図である。
【図１７】図１５および図１６に示した第３実施形態による横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１８】図１５および図１６に示した第３実施形態による横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１９】図１５および図１６に示した第３実施形態による横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２０】従来のゲート電極としての機能を有する基板を用いた横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】
【００８７】
１  ゲート電極
２  ゲート絶縁膜
３、１３、２３  ソース電極
４、１４、２４  ドレイン電極
５、１６、２６  有機半導体層
２６ａ、２６ｂ  側端部
６、１７、２７  キャリア注入電極
６ａ、６ｂ、２７ａ、２７ｂ  側端部
１５、２５  絶縁膜
【図１】
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【図２】
2006100632.tif 000004
【図３】
2006100632.tif 000005
【図４】
2006100632.tif 000006
【図５】
2006100632.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006100632.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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