(57)【要約】【課題】プロセスウィンドウが広く、特性安定性が高い電界効果型トランジスタを提供する。【解決手段】ゲート電圧を印加するためのゲート電極と；電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と；前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、ｎ型酸化物半導体からなる活性層と；前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と；を備える電界効果型トランジスタであって、前記酸化物半導体が、３価、４価、５価および６価の少なくとも１つのカチオンを導入することによりｎ型ドーピングされた結晶組成化合物であることを特徴とする電界効果型トランジスタを提供することにより上記課題を解決する。【選択図】  図１７
2011192971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電圧を印加するためのゲート電極と；
電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と；
前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、ｎ型酸化物半導体からなる活性層と；
前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と；
を備える電界効果型トランジスタであって、前記酸化物半導体が、３価、４価、５価および６価の１種または複数種のカチオンを導入することによりｎ型ドーピングされた結晶組成化合物であることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
前記酸化物半導体は、３価、４価、５価および６価の１種または複数種のカチオンを導入することによりｎ型ドーピングされた立方晶組成化合物であることを特徴とする、請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
前記酸化物半導体はＡＢ２Ｏ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＢはＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋の１種または複数種の３価カチオン）で表されるスピネル組成化合物であって、前記Ａの２価カチオンへの前記ｎ型ドーピングが、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、請求項２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
前記酸化物半導体はＡＢ２Ｏ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＢはＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋の１種または複数種の３価カチオン）で表されるスピネル組成化合物であって、Ｂカチオンへの前記ｎ型ドーピングが、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、請求項２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記酸化物半導体はＡ２ＤＯ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＤはＴｉ４＋、Ｓｎ４＋の１種または複数種の４価カチオン）で表されるスピネル組成化合物であって、Ａカチオンへの前記ｎ型ドーピングが、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｓｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、請求項２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
前記酸化物半導体はＡ２ＤＯ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＤはＴｉ４＋、Ｓｎ４＋の１種または複数種の４価カチオン）で表されるスピネル組成化合物であって、Ｄカチオンへの前記ｎ型ドーピングが、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、請求項２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
前記酸化物半導体はＩｎ３＋、Ｓｃ３＋、Ｙ３＋、Ｌｎ３＋（Ｌｎは希土類元素）より選ばれた１種または複数種の３価カチオンを含むビクスバイト組成化合物であって、前記ｎ型ドーピングが、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、請求項２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項８】
前記酸化物半導体は、３価、４価、５価および６価の少なくとも１つのカチオンを導入することによりｎ型ドーピングされた正方晶組成化合物であることを特徴とする、請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項９】
前記酸化物半導体はＡＥ２Ｏ６（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＥはＳｂ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋の１種または複数種の５価カチオン）で表されるトリルチル組成化合物であって、前記ｎ型ドーピングが、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｙ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、請求項８に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１０】
前記酸化物半導体は、３価、４価、５価および６価の１種または複数種のカチオンを導入することによりｎ型ドーピングされた斜方晶組成化合物であることを特徴とする、請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１１】
前記酸化物半導体はＡＧ２Ｏ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＧはＳｉ４＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋の１種または複数種の４価カチオン）で表されるオリビン組成化合物であって、前記ｎ型ドーピングが、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｙ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、請求項１０に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１２】
前記酸化物半導体は、３価、４価、５価および６価の１種または複数種のカチオンを導入することによりｎ型ドーピングされた六方晶組成化合物であることを特徴とする、請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１３】
前記酸化物半導体はＲＥ２Ｏ６（ＲはＣａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｃｄ２＋、Ｐｂ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＥはＳｂ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋の１種または複数種の５価カチオン）で表されるＰｂＳｂ２Ｏ６構造組成化合物であって、前記ｎ型ドーピングが、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｙ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、請求項１２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１４】
前記酸化物半導体はＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ  （ｍ＝２以上６未満の整数）で表されるホモロガス組成化合物であって、前記ｎ型ドーピングが、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、請求項１２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１５】
駆動信号に応じて光出力が制御される光制御素子と；
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタを含み、前記光制御素子を駆動する駆動回路と；を備える表示素子。
【請求項１６】
前記光制御素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子、エレクトロクロミック素子、液晶素子または電気泳動素子を含むことを特徴とする請求項１５に記載の表示素子。
【請求項１７】
画像データに応じた画像を表示する画像表示装置であって、
マトリックス状に配置された複数の請求項１５〜１６のいずれか一項に記載の表示素子と；
前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧を個別に印加するための複数の配線と；
前記画像データに応じて、前記各電界効果型トランジスタのゲート電圧を前記複数の配線を介して個別に制御する表示制御装置と；
を備える画像表示装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の画像表示装置と；
表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、該画像データを前記画像表示装置に出力する画像データ作成装置と；を備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果型トランジスタ、表示素子、画像表示装置及びシステムに係り、更に詳しくは、酸化物半導体からなる活性層を有する電界効果型トランジスタ、該電界効果型トランジスタを有する表示素子及び画像表示装置、該画像表示装置を備えるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果型トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）は、ゲート電極に電圧をかけ、チャネルの電界により電子または正孔の流れに関門（ゲート）を設ける原理で、ソース電極とドレイン電極間の電流を制御するトランジスタである。
【０００３】
ＦＥＴはその特性から、スイッチング素子や増幅素子として利用されている。そして、ＦＥＴは、ゲート電流が低いことに加え、構造が平面的であるため、バイポーラトランジスタと比較して作製や集積化が容易である。そのため、現在の電子機器で使用される集積回路では必要不可欠な素子となっている。
【０００４】
ＦＥＴは、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）として、アクティブマトリックス方式のディスプレイ等に応用されている。
【０００５】
近年、平面薄型ディスプレイ（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）として、液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ（ＯＬＥＤ）、電子ペーパー等が実用化されている。
【０００６】
これらＦＰＤは、非晶質シリコンや多結晶シリコンを活性層に用いたＴＦＴを含む駆動回路により駆動されている。そして、ＦＰＤは、さらなる大型化、高精細化、高速駆動性が求められており、それに伴って、キャリア移動度が高く、特性の経時変化が小さく、素子間のばらつきが小さいＴＦＴが求められている。
【０００７】
しかしながら、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）や多結晶シリコン（特に低温ポリシリコン：ＬＴＰＳ）を活性層に用いたＴＦＴは、それぞれに一長一短があり、同時に全ての要求を満たすことは困難であった。
【０００８】
例えば、ａ−Ｓｉ ＴＦＴは大画面のＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）を高速駆動するには移動度が不足しており、また連続駆動時の閾値電圧シフトが大きいという欠点を抱えている。ＬＴＰＳ−ＴＦＴは移動度は大きいが、エキシマレーザーアニーリングによって活性層を結晶化するプロセスのために閾値電圧のバラツキが大きく、量産ラインのマザーガラスサイズを大きくできないという問題が存在する。
【０００９】
そこで、ａ−Ｓｉ ＴＦＴの長所とＬＴＰＳ ＴＦＴの長所を合わせ持つ新たなＴＦＴ技術が要求されている。この要求に応えるため、近年、ａ−Ｓｉを超えるキャリア移動度が期待できる酸化物半導体を用いたＴＦＴの開発が活発に行われている。
【００１０】
特に、室温成膜が可能でアモルファス状態でａ−Ｓｉ以上の移動度を示すＩｎＧａＺｎＯ４（ａ−ＩＧＺＯ）が提案され（非特許文献１参照）、これをきっかけとして、移動度の高いアモルファス酸化物半導体が精力的に研究されるに至った。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、これら酸化物半導体においては、キャリア電子を酸素空孔によってつくりだしているため、成膜プロセスにおいて酸素濃度を厳密に制御する必要があった。高い移動度を実現しようとするとデプレッション状態になりやすく、ノーマリーオフを実現するプロセスウィンドウは非常に狭い。更に、成膜後のパターンニング工程やパッシベーション工程等で膜中の酸素濃度が変化し、特性が劣化しやすいという問題が存在した。
【００１２】
このような問題を解決するために、従来は２つの観点から対策が検討された。その一つは、キャリア濃度を低く保つために、ｐ型ドーパントを導入して、酸素空孔によって生成したキャリアを補償する方策であり（特許文献１及び２参照）、いま一つは、酸素との親和性の高い金属元素（Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ等）を一定量導入して、キャリア生成を抑制する方法である。（非特許文献２参照）  しかしいずれの方法とも、安定性が不十分であったり、移動度の低下を招いたりするなど、なお問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明はかかる問題を鑑みてなされたもので、電界効果型トランジスタの活性層の酸化物半導体にｎ型の置換ドーピングを行うことによってキャリアを生成し、成膜時に充分な酸素量を導入して酸素濃度の厳密な制御を不要にするとともに、酸素空孔を低減して格子の安定性を高め、後工程での特性安定性を実現するものである。
【００１４】
即ち、本発明は、第１の観点からすると、
＜１＞  ゲート電圧を印加するためのゲート電極と；
電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と；
前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、ｎ型酸化物半導体からなる活性層と；
前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と；
を備える電界効果型トランジスタであって、前記酸化物半導体が３価、４価、５価および６価の少なくとも１つのカチオンを導入することによりｎ型ドーピングされた結晶組成化合物であることを特徴とする電界効果型トランジスタである。
【００１５】
＜２＞  前記酸化物半導体が３価、４価、５価および６価の少なくとも１つのカチオンを導入することによりｎ型ドーピングされた立方晶組成化合物であることを特徴とする前記＜１＞に記載の電界効果型トランジスタである。
【００１６】
＜３＞  前記酸化物半導体はＡＢ２Ｏ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＢはＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋の１種または複数種の３価カチオン）で表されるスピネル組成化合物であって、前記Ａの２価カチオンへの前記ｎ型ドーピングが、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、前記＜２＞に記載の電界効果型トランジスタである。
【００１７】
＜４＞  前記酸化物半導体はＡＢ２Ｏ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＢはＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋の１種または複数種の３価カチオン）で表されるスピネル組成化合物であって、Ｂカチオンへの前記ｎ型ドーピングが、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、前記＜２＞に記載の電界効果型トランジスタである。
【００１８】
＜５＞  前記酸化物半導体はＡ２ＤＯ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＤはＴｉ４＋、Ｓｎ４＋の１種または複数種の４価カチオン）で表されるスピネル組成化合物であって、Ａカチオンへの前記ｎ型ドーピングが、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、前記＜２＞に記載の電界効果型トランジスタである。
【００１９】
＜６＞  前記酸化物半導体はＡ２ＤＯ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＤはＴｉ４＋、Ｓｎ４＋の１種または複数種の４価カチオン）で表されるスピネル組成化合物であって、Ｄカチオンへの前記ｎ型ドーピングが、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、前記＜２＞に記載の電界効果型トランジスタである。
【００２０】
＜７＞  前記酸化物半導体はＩｎ３＋、Ｓｃ３＋、Ｙ３＋、Ｌｎ３＋（Ｌｎは希土類元素）より選ばれた１種または複数種の３価カチオンを含むビクスバイト組成化合物であって、前記ｎ型ドーピングが、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、前記＜２＞に記載の電界効果型トランジスタである。
【００２１】
＜８＞  また、前記酸化物半導体が３価、４価、５価および６価の少なくとも１つのカチオンを導入することによりｎ型ドーピングされた正方晶組成化合物であることを特徴とする前記＜１＞に記載の電界効果型トランジスタである。
【００２２】
＜９＞  前記酸化物半導体はＡＥ２Ｏ６（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＥはＳｂ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋の１種または複数種の５価カチオン）で表されるトリルチル組成化合物であって、前記ｎ型ドーピングが、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｙ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、前記＜８＞に記載の電界効果型トランジスタである。
【００２３】
＜１０＞  前記酸化物半導体が３価、４価、５価および６価の少なくとも１つのカチオンを導入することによりｎ型ドーピングされた斜方晶組成化合物であることを特徴とする前記＜１＞に記載の電界効果型トランジスタである。
【００２４】
＜１１＞  前記酸化物半導体はＡ２ＧＯ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＧはＳｉ４＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋の１種または複数種の４価カチオン）で表されるオリビン組成化合物であって、前記ｎ型ドーピングが、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｙ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、前記＜１０＞に記載の電界効果型トランジスタである。
【００２５】
＜１２＞  また、前記酸化物半導体が３価、４価、５価および６価の少なくとも１つのカチオンを導入することによりｎ型ドーピングされた六方晶組成化合物であることを特徴とする前記＜１＞に記載の電界効果型トランジスタである。
【００２６】
＜１３＞  前記酸化物半導体はＲＥ２Ｏ６（ＲはＣａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｃｄ２＋、Ｐｂ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＥはＳｂ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋の１種または複数種の５価カチオン）で表されるＰｂＳｂ２Ｏ６型結晶組成化合物であって、前記ｎ型ドーピングが、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｙ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、前記＜１２＞に記載の電界効果型トランジスタである。
【００２７】
＜１４＞  前記酸化物半導体はＩｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ  （ｍ＝２以上６未満の整数）で表されるホモロガス組成化合物であって、前記ｎ型ドーピングが、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によることを特徴とする、前記＜１２＞に記載の電界効果型トランジスタである。
【００２８】
ここで結晶組成化合物とは、相図において結晶が熱力学的安定状態として存在する組成の化合物を意味する。このような組成であれば熱力学的準安定状態にあっても良い。
【００２９】
また、立方晶組成化合物とは、相図において立方晶結晶が熱力学的安定状態として存在する組成の化合物を意味する。このような組成であれば熱力学的準安定状態にあっても良い。
【００３０】
同様にまた、正方晶組成化合物、斜方晶組成化合物、及び六方晶組成化合物とは、相図において、各々、正方晶結晶、斜方晶結晶、六方晶結晶が熱力学的安定状態として存在する組成の化合物を意味する。このような組成であれば熱力学的準安定状態にあっても良い。
【００３１】
更にまた、スピネル組成化合物とは、相図においてスピネル結晶が熱力学的安定状態として存在する組成の化合物を意味する。このような組成であれば熱力学的準安定状態にあっても良い。
【００３２】
同様に、ビクスバイト組成化合物、パイロクロア組成化合物、フローライト組成化合物、トリルチル組成化合物、オリビン組成化合物、ＰｂＳｂ２Ｏ６型結晶組成化合物、及びホモロガス組成化合物とは、相図において各々、ビクスバイト結晶、パイロクロア結晶、フローライト結晶、トリルチル結晶、オリビン結晶、ＰｂＳｂ２Ｏ６結晶、及びホモロガス結晶が熱力学的安定状態として存在する組成の化合物を意味する。このような組成であれば熱力学的準安定状態にあっても良い。
【００３３】
ｎ型の置換ドーピングが成立するためには、被置換カチオンサイトに価数がより大きい置換カチオンが導入され、尚且つ局所構造が維持されることが必要である。この観点からスピネルやビクスバイト組成化合物は特に好適である。パイロクロアやフローライト組成化合物等も好ましい。アモルファス性が高い化合物の場合、ドーピングすると局所構造変化が起きドーパントは安定な局所構造に落ち着くためキャリアを生成しない。スピネルやビクスバイト酸化物のように堅牢な構造の場合、仮にＸ線回折でアモルファスに見える（長距離構造に周期性がない）ような場合であっても、短距離及び中距離構造は保持されているため、適切なエネルギーレベルのドーパントを被置換カチオンサイトに導入できればキャリアが生成する。キャリア生成という観点からは、勿論、結晶化していても良く、ＺｎＯやＩＧＺＯが六方晶であるのと異なり、立方晶化合物では移動度に異方性はないため、大面積のアプリケーションに対しても問題が起こらない。
【００３４】
スピネル組成化合物はＡＢ２Ｏ４で表され、酸素が面心立方格子を取るリジッドな構造を有する。スピネル組成化合物の中で特に好ましいのは、２価と３価のカチオンから構成されるＡＢ２Ｏ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＢはＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋の１種または複数種の３価カチオン）で表される化合物である。例えば、ＭｇＧａ２Ｏ４、ＭｇＩｎ２Ｏ４、ＺｎＡｌ２Ｏ４、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＣｄＧａ２Ｏ４等である。或いはこれらの化合物の固溶体であっても良い。これらのスピネル組成化合物においては、Ａの２価カチオンに対しＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンを導入することによって、ｎ型ドーピングを行うことができる。また、Ｂの３価カチオンに対しＧｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンを導入することによっても電子キャリアを生成することができる。
【００３５】
更に、スピネル組成化合物には２価と４価のカチオンで構成される化合物も存在する。この中で特に好ましいのは、Ａ２ＤＯ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＤはＳｎ４＋、Ｔｉ４＋の１種または複数種の４価カチオン）で表される化合物である。例えば、Ｍｇ２ＴｉＯ４、Ｍｇ２ＳｎＯ４、Ｚｎ２ＴｉＯ４、Ｚｎ２ＳｎＯ４、Ｃｄ２ＳｎＯ４等である。或いはこれらの化合物の固溶体であっても良い。これらのスピネル組成化合物においては、Ａの２価カチオンに対しＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンを導入することによって、ｎ型ドーピングを行うことができる。また、Ｄの４価カチオンに対しＶ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンを導入することによっても電子キャリアを生成することができる。
【００３６】
他のｎ型ドーピングが可能な立方晶組成化合物の例は、Ｉｎ３＋、Ｓｃ３＋、Ｙ３＋、Ｌｎ３＋（Ｌｎは希土類元素）より選ばれた１種または複数種の３価カチオンを含むビクスバイト組成化合物である。例えばＩｎ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等で、或いはこれらの化合物の固溶体であっても良い。また、一例としてＩｎ１．４Ｚｎ０．３Ｚｒ０．３Ｏ３のように３価カチオンの一部を２価と４価のカチオンで置換した固溶体も有用である。ビクスバイトは体心立方構造で、これらカチオンサイトに対しＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンを導入することによってｎ型ドーピングを行い、電子キャリアを生成することができる。
【００３７】
ｎ型ドーピングが可能な正方晶組成化合物の例として、ＡＥ２Ｏ６（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＥはＳｂ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋の１種または複数種の５価カチオン）で表されるトリルチル組成化合物がある。例えばＺｎＳｂ２Ｏ６のカチオンサイトに対しＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｙ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンを導入することによってｎ型ドーピングを行い、電子キャリアを生成することができる。
【００３８】
ｎ型ドーピングが可能な斜方晶組成化合物の例として、Ａ２ＧＯ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＥはＳｉ４＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋の１種または複数種の４価カチオン）で表されるオリビン組成化合物がある。例えばＣｄ２ＧｅＯ4のカチオンサイトに対しＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｙ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンを導入することによってｎ型ドーピングを行い、電子キャリアを生成することができる。
【００３９】
ｎ型ドーピングが可能な六方晶組成化合物の例として、ＲＥ２Ｏ６（ＡはＣａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｃｄ２＋、Ｐｂ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＥはＳｂ５＋、Ｔａ５＋の１種または複数種の５価カチオン）で表されるＰｂＳｂ２Ｏ６型結晶組成化合物がある。例えばＣｄ２ＳｂＯ６のカチオンサイトに対しＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｙ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンを導入することによってｎ型ドーピングを行い、電子キャリアを生成することができる。
【００４０】
また、ｎ型ドーピングが可能な六方晶組成化合物の例として、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ  （ｍ＝２以上６未満の整数）で表されるホモロガス組成化合物がある。この化合物は君塚等によって系統的に結晶構造が研究された一群の六方晶層状化合物の内の一つであり、ｍ値が異なる多数のバリエーションが存在する柔軟な系である。Ｚｎ２＋サイトをＡｌ３＋やＧａ３＋等の３価カチオンＭで置換しようとしてもＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ'と表される同型化合物になりキャリアは生成しない。ＩＧＺＯはまさにこの同型化合物である。４価のＳｎ４＋をドーピングしてもアモルファス性が増すばかりで、有効なｎ型ドーパントにならない。しかし、発明者等は、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンを注意深く導入するとキャリア生成が可能になることを見出した。
【００４１】
本発明は、第２の観点からすると、駆動信号に応じて光出力が制御される光制御素子と；本発明の電界効果型トランジスタを含み、前記光制御素子を駆動する駆動回路と；を備える表示素子である。
【００４２】
これによれば、本発明の電界効果型トランジスタを備えているため、高速駆動が可能で素子間のばらつきを小さくすることが可能となる。
【００４３】
本発明は、第３の観点からすると、画像データに応じた画像を表示する画像表示装置であって、マトリックス状に配置された複数の本発明の表示素子と；前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧を個別に印加するための複数の配線と；前記画像データに応じて、前記各電界効果型トランジスタのゲート電圧を前記複数の配線を介して個別に制御する表示制御装置と；を備える画像表示装置である。
【００４４】
これによれば、本発明の表示素子を有しているため、結果として、大画面で高品質の画像を表示することが可能となる。
【００４５】
本発明は、第４の観点からすると、本発明の画像表示装置と；表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、該画像データを前記画像表示装置に出力する画像データ作成装置と；を備えるシステムである。
【００４６】
これによれば、本発明の画像表示装置を備えているため、その結果、画像情報を高精細に表示することが可能となる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、電界効果型トランジスタの活性層であるｎ型酸化物半導体にｎ型の置換ドーピングを行うことによって電子キャリアを生成し、成膜時に充分な酸素量を膜中に導入することで、酸素濃度の厳密な制御を不要にし、プロセスマージンを拡大するとともに、酸素空孔を低減して格子の安定性を高め、後工程での特性安定化を実現するものである。従って、素子間のばらつきも小さくすることが可能になり、大面積で高精細、高品質の電界効果型トランジスタ、該電界効果型トランジスタを有する表示素子、及び該表示素子を用いた画像表示装置、並びに該画像表示装置を備えるシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係るテレビジョン装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１における画像表示装置を説明するための図（その１）である。
【図３】図１における画像表示装置を説明するための図（その２）である。
【図４】図１における画像表示装置を説明するための図（その３）である。
【図５】表示素子を説明するための図である。
【図６】有機ＥＬ素子を説明するための図である。
【図７】電界効果型トランジスタを説明するための図である。
【図８】有機ＥＬ素子と電界効果型トランジスタの配置を説明するための図である。
【図９】表示制御装置を説明するための図である。
【図１０】有機ＥＬ素子と電界効果型トランジスタの配置の変形例を説明するための図である。
【図１１】「ボトムコンタクト・ボトムゲート型」の電界効果型トランジスタを説明するための図である。
【図１２】「トップコンタクト・トップゲート型」の電界効果型トランジスタを説明するための図である。
【図１３】「ボトムコンタクト・トップゲート型」の電界効果型トランジスタを説明するための図である。
【図１４】液晶ディスプレイを説明するための図である。
【図１５】図１４における表示素子を説明するための図である。
【図１６】実施例１と比較例１の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【図１７】実施例１と比較例１の電界効果型トランジスタの特性の成膜中の酸素濃度と電界効果移動度の関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１２に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係るシステムとしてのテレビジョン装置１００の概略構成が示されている。なお、図１における接続線は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。
【００５０】
このテレビジョン装置１００は、主制御装置１０１、チューナ１０３、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）１０４、復調回路１０５、ＴＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｓｔｒｅａｍ）デコーダ１０６、音声デコーダ１１１、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１１２、音声出力回路１１３、スピーカ１１４、映像デコーダ１２１、映像・ＯＳＤ合成回路１２２、映像出力回路１２３、画像表示装置１２４、ＯＳＤ描画回路１２５、メモリ１３１、操作装置１３２、ドライブインターフェース（ドライブＩＦ）１４１、ハードディスク装置１４２、光ディスク装置１４３、ＩＲ受光器１５１、及び通信制御装置１５２などを備えている。
【００５１】
主制御装置１０１は、テレビジョン装置１００の全体を制御し、ＣＰＵ、フラッシュＲＯＭ、及びＲＡＭなどから構成されている。フラッシュＲＯＭには、ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム、及びＣＰＵでの処理に用いられる各種データなどが格納されている。また、ＲＡＭは、作業用のメモリである。
【００５２】
チューナ１０３は、アンテナ２１０で受信された放送波の中から、予め設定されているチャンネルの放送を選局する。
【００５３】
ＡＤＣ１０４は、チューナ１０３の出力信号（アナログ情報）をデジタル情報に変換する。
【００５４】
復調回路１０５は、ＡＤＣ１０４からのデジタル情報を復調する。
【００５５】
ＴＳデコーダ１０６は、復調回路１０５の出力信号をＴＳデコードし、音声情報及び映像情報を分離する。
【００５６】
音声デコーダ１１１は、ＴＳデコーダ１０６からの音声情報をデコードする。
【００５７】
ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１１２は、音声デコーダ１１１の出力信号をアナログ信号に変換する。
【００５８】
音声出力回路１１３は、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１１２の出力信号をスピーカ１１４に出力する。
【００５９】
映像デコーダ１２１は、ＴＳデコーダ１０６からの映像情報をデコードする。
【００６０】
映像・ＯＳＤ合成回路１２２は、映像デコーダ１２１の出力信号とＯＳＤ描画回路１２５の出力信号を合成する。
【００６１】
映像出力回路１２３は、映像・ＯＳＤ合成回路１２２の出力信号を画像表示装置１２４に出力する。
【００６２】
ＯＳＤ描画回路１２５は、画像表示装置１２４の画面に文字や図形を表示するためのキャラクタ・ジェネレータを備えており、操作装置１３２やＩＲ受光器１５１からの指示に応じて表示情報が含まれる信号を生成する。
【００６３】
メモリ１３１には、ＡＶ（Ａｕｄｉｏ−Ｖｉｓｕａｌ）データ等が一時的に蓄積される。
【００６４】
操作装置１３２は、例えばコントロールパネルなどの入力媒体（図示省略）を備え、ユーザから入力された各種情報を主制御装置１０１に通知する。
【００６５】
ドライブＩＦ１４１は、双方向の通信インターフェースであり、一例としてＡＴＡＰＩ（ＡＴ  Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ  Ｐａｃｋｅｔ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に準拠している。
【００６６】
ハードディスク装置１４２は、ハードディスクと、該ハードディスクを駆動するための駆動装置などから構成されている。駆動装置は、ハードディスクにデータを記録するとともに、ハードディスクに記録されているデータを再生する。
【００６７】
光ディスク装置１４３は、光ディスク（例えば、ＤＶＤ）にデータを記録するとともに、光ディスクに記録されているデータを再生する。
【００６８】
ＩＲ受光器１５１は、リモコン送信機２２０からの光信号を受信し、主制御装置１０１に通知する。
【００６９】
通信制御装置１５２は、インターネットとの通信を制御する。インターネットを介して各種情報を取得することができる。
【００７０】
画像表示装置１２４は、一例として図２に示されるように、表示器３００、及び表示制御装置４００を有している。
【００７１】
表示器３００は、一例として図３に示されるように、複数（ここでは、ｎ×ｍ個）の表示素子３０２がマトリックス状に配置されたディスプレイ３１０を有している。
【００７２】
また、ディスプレイ３１０は、一例として図４に示されるように、Ｘ軸方向に沿って等間隔に配置されているｎ本の走査線（Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・・・・、Ｘｎ−２、Ｘｎ−１）、Ｙ軸方向に沿って等間隔に配置されているｍ本のデータ線（Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・・・、Ｙｍ−１）、Ｙ軸方向に沿って等間隔に配置されているｍ本の電流供給線（Ｙ０ｉ、Ｙ１ｉ、Ｙ２ｉ、Ｙ３ｉ、・・・・・、Ｙｍ−１ｉ）を有している。そして、走査線とデータ線とによって、表示素子を特定することができる。
【００７３】
各表示素子は、一例として図５に示されるように、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子３５０と、該有機ＥＬ素子３５０を発光させるためのドライブ回路３２０とを有している。すなわち、ディスプレイ３１０は、いわゆるアクティブマトリックス方式の有機ＥＬディスプレイである。また、ディスプレイ３１０は、カラー対応の３２インチ型のディスプレイである。なお、大きさは、これに限定されるものではない。
【００７４】
有機ＥＬ素子３５０は、一例として図６に示されるように、有機ＥＬ薄膜層３４０と、陰極３１２と、陽極３１４とを有している。
【００７５】
陰極３１２には、アルミニウム（Ａｌ）が用いられている。なお、マグネシウム（Ｍｇ）−銀（Ａｇ）合金、アルミニウム（Ａｌ）−リチウム（Ｌｉ）合金、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）などを用いても良い。
【００７６】
陽極３１４には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）が用いられている。なお、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）等の導電性酸化物、銀（Ａｇ）−ネオジウム（Ｎｄ）合金などを用いても良い。
【００７７】
有機ＥＬ薄膜層３４０は、電子輸送層３４２と発光層３４４と正孔輸送層３４６とを有している。そして、電子輸送層３４２に陰極３１２が接続され、正孔輸送層３４６に陽極３１４が接続されている。陽極３１４と陰極３１２との間に所定の電圧を印加すると発光層３４４が発光する。
【００７８】
図５に戻り、ドライブ回路３２０は、２つの電界効果型トランジスタ（１０、２０）、及びコンデンサ３０を有している。
【００７９】
電界効果型トランジスタ１０は、スイッチ素子として動作する。ゲート電極Ｇは、所定の走査線に接続され、ソース電極Ｓは、所定のデータ線に接続されている。また、ドレイン電極Ｄは、コンデンサ３０の一方の端子に接続されている。
【００８０】
コンデンサ３０は、電界効果型トランジスタ１０の状態、すなわちデータを記憶しておくためのものである。コンデンサ３０の他方の端子は、所定の電流供給線に接続されている。
【００８１】
電界効果型トランジスタ２０は、有機ＥＬ素子３５０に大きな電流を供給するためのものである。ゲート電極Ｇは、電界効果型トランジスタ１０のドレイン電極Ｄと接続されている。そして、ドレイン電極Ｄは、有機ＥＬ素子３５０の陽極３１４に接続され、ソース電極Ｓは、所定の電流供給線に接続されている。
【００８２】
そこで、電界効果型トランジスタ１０が「オン」状態になると、電界効果型トランジスタ２０によって、有機ＥＬ素子３５０は駆動される。
【００８３】
各電界効果型トランジスタは、一例として図７に示されるように、基板２１、活性層２２、ソース電極２３、ドレイン電極２４、ゲート絶縁層２５、及びゲート電極２６を有している。
【００８４】
ここでは、各電界効果型トランジスタは、いわゆる「トップコンタクト・ボトムゲート型」であるが、その他の構造（トップゲート型、コプラナー型等）であってもよい。
【００８５】
各電界効果型トランジスタの作製方法の一例について簡単に説明する。
【００８６】
まず、基板２１を準備する。材料としては、既にフラットパネルディスプレイに広く利用されている無アルカリガラスやシリカガラスの他にも、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のプラスチック基板も適宜利用できる。なお、表面の清浄化や密着性向上のために酸素プラズマ、ＵＶオゾン、ＵＶ照射洗浄等の前処理を行うことが好ましい。
【００８７】
次に、基板２１上にゲート電極２６を形成する。様々な材料、プロセス、パターニング方法が利用可能である。材料としては、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属や合金、ＩＴＯ、ＡＴＯ等の透明導電性酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）等の有機導電体などが利用できる。プロセスとしては、スパッタ法やディップコーティング法等による成膜後、フォトリソグラフィーによってパターニングしたり、インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷プロセスによって、所望の形状を直接成膜することも可能である。
【００８８】
次に、ゲート絶縁膜を形成する。様々な材料、プロセス、パターニング方法が利用可能である。材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ等の既に広く量産に利用されている材料や、Ｌａ２Ｏ３、ＨｆＯ２等の高誘電率材料、ポリイミド（ＰＩ）やフッ素系樹脂などの有機材料等が利用できる。プロセスとしてはスパッタ、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）等の真空成膜法やスピンコート、ダイコート、インクジェット等の溶液プロセスも適宜利用できる。
【００８９】
次に活性層２２を形成する。作製方法には特に限定されず、スパッタ法、パルスレーザーデポジッション（ＰＬＤ）法、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法等の真空プロセス、或いはディップコーティング、インクジェット、ナノインプリントなどの印刷法等を適宜利用できる。
【００９０】
活性層の材料は、本発明によれば、３価、４価、５価および６価の少なくとも１つのカチオンを導入することによりｎ型ドーピングされた結晶組成化合物であることを特徴とする酸化物半導体である。
【００９１】
立方晶組成化合物としては、スピネル組成化合物、ビクスバイト組成化合物、パイロクロア組成化合物、フローライト組成化合物、等が挙げられるがこの限りではない。
【００９２】
第一の候補は、ＡＢ２Ｏ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＢはＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋の１種または複数種の３価カチオン）で表されるスピネル組成化合物であって、Ａの２価カチオンに対しＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によってｎ型ドーピングが為されていることを特徴とする。母相のスピネル組成化合物としてはＭｇＧａ２Ｏ４、ＭｇＩｎ２Ｏ４、ＺｎＡｌ２Ｏ４、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＣｄＧａ２Ｏ４等が利用できる。或いはこれらの固溶体であっても良い。ここでは組成を整数で示しているが、予期しないノンストイキオメトリーや微量の不純物は、以下に記述するドーピングを妨げない限り許容される。特に酸素空孔は生じ易く、通常、酸素の組成は４より小さくなっている。２価カチオンであるＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋に対するｎ型ドーピングとしては３価のＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、４価のＧｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、５価のＶ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋及び６価のＭｏ６＋、Ｗ６＋が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしても良い。イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮してドーパントを選択することが好ましい。ドーピング濃度は、母相の材料、ドーパントの種類や置換するサイト、成膜プロセス、所望のＴＦＴ特性等に応じて、適切に選択することができる。例えばスパッタ法により、ＡｌをドープしたＭｇＩｎ２Ｏ４膜を作製する場合、１％程度Ａｌをドープしたターゲットを用意すればよい。このターゲットは導電性があるのでＤＣスパッタが可能である。Ｍｇサイトを置換したＡｌがドナーをつくるので、ノンドープのＭｇＩｎ２Ｏ４を作製する時よりもスパッタガスの酸素濃度を高濃度にして、酸素空孔を減少させることができる。更に、その場合にもキャリア濃度を維持しソース・ドレイン電極との接触抵抗を低く保つことができるので、移動度の低下を抑制することができる。また、スパッタプロセスでは高励起状態を経由しているため、基板加熱をせずともキャリアを生成できる。Ｘ線回折（ＸＲＤ）等で回折線が観測されず長距離秩序が存在しない場合（一般にはこれをアモルファス状態と呼んでいる。）であっても、スピネルのようなリジッドな構造を有する酸化物の場合、酸素配位多面体（例えばＺｎＯ４四面体やＩｎＯ６八面体）やその連結様式（例えばルチル鎖と呼ばれるＩｎＯ６稜共有鎖）は維持されているので、置換ドーピングが有効に作用する。このような構造においてはアモルファス状態特有の裾状態（Ｔａｉｌ Ｓｔａｔｅｓ）の状態密度は小さいため、サブギャップ吸収は少なく光劣化特性はアモルファス性の高い材料よりも優れる。一方、結晶状態であれば勿論ドーピングは有効であって、重金属イオンの４ｓ、５ｓバンドから構成される伝導帯に対しては粒界の影響も少ない。但し、ドープ量が過多でドーパントが粒界に偏析するような場合には、ドーパント濃度を下げることが好ましい。更に、スピネルは立方晶で伝導帯の底部は等方性であるから、多結晶状態でもばらつきの少ない大面��アクティブマトリックスパネルを作製することができる。即ち、スピネル組成化合物においては、アモルファスか多結晶かということに本質的な違いはない。また、ソース・ドレイン電極と活性層との界面の密着性や電気的な接触を良好にするために、２００〜３００℃でポストアニールすることも好ましい。また、より高温でアニールして結晶性を高めても良い。
【００９３】
第二の候補は、ＡＢ２Ｏ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＢはＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋の１種または複数種の３価カチオン）で表されるスピネル組成化合物であって、Ｂの３価カチオンに対しＧｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によってｎ型ドーピングが為されていることを特徴とする。母相のスピネル組成化合物は第一の発明と同様である。３価カチオンであるＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋に対するｎ型ドーピングとしては４価のＧｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、５価のＶ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋及び６価のＭｏ６＋、Ｗ６＋が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしても良い。イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮してドーパントを選択することが好ましい。ドーピング濃度やポストアニール等については第一の候補の場合と同様である。例えばスパッタ法により、ＳｎをドープしたＭｇＩｎ２Ｏ４膜を作製する場合、１％程度Ｓｎをドープしたターゲットを用意すればよい。このターゲットは導電性があるのでＤＣスパッタが可能である。Ｉｎサイトを置換したＳｎがドナーをつくるので、ノンドープのＭｇＩｎ２Ｏ４を作製する時よりもスパッタガスの酸素濃度を高濃度にして、酸素空孔を減少させることができる。
【００９４】
第三の候補は、Ａ２ＤＯ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＤはＴｉ４＋、Ｓｎ４＋の１種または複数種の４価カチオン）で表されるスピネル組成化合物であって、Ａの２価カチオンに対しＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によってｎ型ドーピングが為されていることを特徴とする。母相のスピネル組成化合物としてはＭｇ２ＳｎＯ４、Ｚｎ２ＴｉＯ４、Ｚｎ２ＳｎＯ４、Ｃｄ２ＳｎＯ４等が利用できる。或いはこれらの固溶体であっても良い。ここでは組成を整数で示しているが、予期しないノンストイキオメトリーや微量の不純物は以下に記述するドーピングを妨げない限り許容される。特に酸素空孔は生じ易く、通常酸素の組成は４より小さくなっている。２価カチオンであるＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋に対するｎ型ドーピングとしては３価のＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、４価のＧｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、５価のＶ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋及び６価のＭｏ６＋、Ｗ６＋が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしても良い。イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮してドーパントを選択することが好ましい。ドーピング濃度やポストアニール等については第一の候補の場合と同様である。例えばスパッタ法により、ＡｌをドープしたＺｎ２ＳｎＯ４膜を作製する場合、１％程度Ａｌをドープしたターゲットを用意すればよい。このターゲットは導電性があるのでＤＣスパッタが可能である。濃度が高すぎると局所構造変化が起きてアモルファス性が高まり、置換ドーピングでは無くなるので注意が必要である。このような場合、Ａｌの酸素に対する親和性が高いので安定性は増すが、Ａｌはドナーを生成せず、キャリアは酸素空孔からのみつくられているので、キャリア濃度は成膜時の酸素濃度に対し敏感である。
【００９５】
第四の候補は、Ａ２ＤＯ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＤはＴｉ４＋、Ｓｎ４＋の１種または複数種の４価カチオン）で表されるスピネル組成化合物であって、Ｄの４価カチオンに対しＶ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によってｎ型ドーピングが為されていることを特徴とする。母相のスピネル組成化合物は第三の発明と同様である。４価カチオンであるＴｉ４＋、Ｓｎ４＋に対するｎ型ドーピングとしてはＶ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋の５価カチオン及びＭｏ６＋、Ｗ６＋の６価カチオンが利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしても良い。イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮してドーパントを選択することが好ましい。ドーピング濃度やポストアニール等については第一の候補の場合と同様である。例えばスパッタ法により、ＮｂをドープしたＺｎ２ＴｉＯ４膜を作製する場合、１％程度Ｎｂをドープしたターゲットを用意すればよい。このターゲットは導電性があるのでＤＣスパッタが可能である。Ｔｉサイトを置換したＮｂがドナーをつくるので、ノンドープのＺｎ２ＴｉＯ４を作製する時よりもスパッタガスの酸素濃度を高濃度にして、酸素空孔を減少させることができる。
【００９６】
第五の候補は、Ｉｎ３＋、Ｓｃ３＋、Ｙ３＋、Ｌｎ３＋（Ｌｎは希土類元素）より選ばれた少なくとも１種または複数種の元素を含むビクスバイト組成化合物であり、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の中の１種または複数種の元素の導入によるｎ型ドーピングをしていることを特徴とする。母相のビクスバイト組成化合物としてはＩｎ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３やそれらの固溶体を使用することができる。また、Ｉｎ１．４Ｚｎ０．３Ｚｒ０．３Ｏ３のように３価カチオンの一部を２価と４価のカチオンで置換した固溶体も有用である。予期しないノンストイキオメトリーや微量の不純物は以下に記述するドーピングを妨げない限り許容される。前記固溶した２価カチオンに対しては３価のＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、４価のＳｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、５価のＶ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、６価のＭｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンで、３価カチオンに対しては４価のＧｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、５価のＶ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、６価のＭｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンで、前記固溶した４価カチオンに対しては５価のＶ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、６価のＭｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンで置換することによってｎ型ドーピングを行うことができる。イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮してドーパントを選択することが好ましい。ドーピング濃度やポストアニール等については第一の候補の場合と同様であり、ビクスバイト組成化合物においても、アモルファスか多結晶かということに本質的な違いはない。例えばスパッタ法により、ＷをドープしたＩｎ１．６Ｙ０．４Ｏ３膜を作製する場合、０．５％程度Ｗをドープしたターゲットを用意すればよい。このターゲットも導電性があるのでＤＣスパッタが可能である。
【００９７】
正方晶組成化合物としては、トリルチル組成化合物、ミニウム組成化合物、等が挙げられるがこの限りではない。
【００９８】
第六の候補は、ＡＥ２Ｏ６（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＥはＳｂ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋の１種または複数種の５価カチオン）で表されるトリルチル組成化合物であり、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｙ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の中の１種または複数種の元素の導入によるｎ型ドーピングをしていることを特徴とする。母相のトリルチル組成化合物としてはＺｎＳｂ２Ｏ６、ＭｇＳｂ２Ｏ６、ＭｇＴａ２Ｏ６やそれらの固溶体を使用することができる。予期しないノンストイキオメトリーや微量の不純物は以下に記述するドーピングを妨げない限り許容される。２価カチオンに対しては３価のＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｙ３＋、４価のＧｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、５価のＶ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋及び６価のＭｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンで、５価カチオンに対しては６価のＭｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンで置換することによってｎ型ドーピングを行うことができる。イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮してドーパントを選択することが好ましい。ソース・ドレイン電極との界面の密着性や電気的な接触を良好にするためのポストアニールは有効である。高温アニールは結晶性を上げキャリア生成効率を高めるが、この結晶はｃ軸方向に対して異方性があるため、特性ばらつきが懸念されることから、アプリケーションの要求仕様との兼ね合いを考慮する必要がある。例えばスパッタ法により、ＷをドープしたＺｎＳｂ２Ｏ６膜を作製する場合、１％程度Ｗをドープしたターゲットを用意すればよい。このターゲットも導電性があるのでＤＣスパッタが可能である。
【００９９】
斜方晶組成化合物としては、オリビン組成化合物、カルシウムフェライト組成化合物、等が挙げられるがこの限りではない。
【０１００】
第七の候補は、Ａ２ＧＯ４（ＡはＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＧはＳｉ４＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋の１種または複数種の４価カチオン）で表されるオリビン組成化合物であり、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｙ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の中の１種または複数種の元素の導入によるｎ型ドーピングをしていることを特徴とする。母相のオリビン組成化合物としてはＣｄ２ＧｅＯ４、Ｍｇ２ＧｅＯ４やそれらの固溶体を使用することができる。予期しないノンストイキオメトリーや微量の不純物は以下に記述するドーピングを妨げない限り許容される。２価カチオンに対しては３価のＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｙ３＋、４価のＧｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、５価のＶ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋及び６価のＭｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンで、４価カチオンに対しては５価のＶ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋及び６価のＭｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンで置換することによってｎ型ドーピングを行うことができる。イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮してドーパントを選択することが好ましい。ソース・ドレイン電極との界面の密着性や電気的な接触を良好にするためのポストアニールは有効である。高温アニールは結晶性を上げキャリア生成効率を高めるが、この結晶は異方性があるため、特性ばらつきが懸念されることから、アプリケーションの要求仕様との兼ね合いを考慮する必要がある。例えばスパッタ法により、ＮｂをドープしたＣｄ２ＧｅＯ４膜を作製する場合、１％程度Ｎｂをドープしたターゲットを用意すればよい。このターゲットも導電性があるのでＤＣスパッタが可能である。
【０１０１】
六方晶組成化合物としては、ＰｂＳｂ２Ｏ６型結晶組成化合物、ホモロガス組成化合物、等が挙げられるがこの限りではない。
【０１０２】
第八の候補は、ＲＥ２Ｏ６（ＲはＣａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｃｄ２＋、Ｐｂ２＋の１種または複数種の２価カチオン、ＥはＳｂ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋の１種または複数種の５価カチオン）で表されるＰｂＳｂ２Ｏ６型結晶組成化合物であり、Ａｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｙ３＋、Ｇｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の中の１種または複数種の元素の導入によるｎ型ドーピングをしていることを特徴とする。母相のＰｂＳｂ２Ｏ６型結晶組成化合物としてはＣｄＳｂ２Ｏ６、ＰｂＳｂ２Ｏ６やそれらの固溶体を使用することができる。予期しないノンストイキオメトリーや微量の不純物は以下に記述するドーピングを妨げない限り許容される。２価カチオンに対しては３価のＡｌ３＋、Ｇａ３＋、Ｉｎ３＋、Ｙ３＋、４価のＧｅ４＋、Ｓｎ４＋、Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋、Ｈｆ４＋、５価のＶ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋及び６価のＭｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンで、５価カチオンに対しては６価のＭｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンで置換することによってｎ型ドーピングを行うことができる。イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮してドーパントを選択することが好ましい。ソース・ドレイン電極との界面の密着性や電気的な接触を良好にするためのポストアニールは有効である。高温アニールは結晶性を上げキャリア生成効率を高めるが、この結晶は異方性があるため、特性ばらつきが懸念されることから、アプリケーションの要求仕様との兼ね合いを考慮する必要がある。例えばスパッタ法により、ＭｏをドープしたＣｄＳｂ２Ｏ６膜を作製する場合、１％程度Ｍｏをドープしたターゲットを用意すればよい。このターゲットも導電性があるのでＤＣスパッタが可能である。
【０１０３】
第九の候補は、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ  （ｍ＝２以上６未満の整数）で表されるホモロガス組成化合物であり、Ｖ５＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、Ｓｂ５＋、Ｍｏ６＋、Ｗ６＋の１種または複数種のカチオンの導入によるｎ型ドーピングをしていることを特徴とする。イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮してドーパントを選択することが好ましい。ドーピング濃度等については第一の発明の場合と同様である。例えばスパッタ法により、ＳｂをドープしたＩｎ２Ｚｎ２Ｏ５膜を作製する場合、１％程度Ｓｂをドープしたターゲットを用意すればよい。このターゲットは導電性があるのでＤＣスパッタが可能である。濃度が高すぎると局所構造変化が起きてアモルファス性が高まり、キャリアドーピングの効果が無くなるので注意が必要である。このような場合、アモルファス性は増すが、Ｓｂはドナーを生成せず、キャリアは酸素空孔からのみつくられているので、キャリア濃度は成膜時の酸素濃度に対し敏感である。また、ソース・ドレイン電極との界面の密着性や電気的な接触を良好にするためのポストアニールは有効である。高温アニールは結晶性を上げキャリア生成効率を高めるが、この結晶はｃ軸方向に対して異方性が強いため、特性ばらつきが懸念されることから、アプリケーションの要求仕様との兼ね合いを考慮する必要がある。
【０１０４】
次にソース・ドレイン電極２３、２４を形成する。ここでも様々な材料、プロセス、パターニング方法が利用可能である。材料としては、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｇ等の金属や合金、ＩＴＯ、ＡＴＯ等の透明導電性酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）等の有機導電体などが利用できる。ｎ型酸化物半導体へキャリアを効率よく注入するという観点からは、Ｍｏ、ＴｉＮ、ＩＴＯ等の比較的仕事関数の低い材料を使用することが好ましい。プロセスとしては、スパッタ法やディップコーティング法等による成膜後フォトリソグラフィーによってパターニングしたり、インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷プロセスによって、所望の形状を直接成膜することも可能である。
【０１０５】
以上の工程により電界効果型トランジスタが得られた。
【０１０６】
図８には、表示素子３０２における有機ＥＬ素子３５０と電界効果型トランジスタ２０との位置関係が示されている。ここでは、電界効果型トランジスタ２０の横に有機ＥＬ素子３５０が配置されている。なお、電界効果型トランジスタ１０及びコンデンサ３０も同一基板上に形成されている。
【０１０７】
図８には図示されていないが、活性層２２の上部に保護膜を設けることも好適である。材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、フッ素系ポリマー等、適宜利用できる。ＣＶＤやスパッタプロセスを使用する場合、活性層がプラズマや高真空状態にさらされるため、活性層である酸化物半導体の酸素が抜けやすく、ＴＦＴ特性が劣化しやすいが、本発明の酸化物半導体はこのような後工程における安定性が高く、特性劣化を抑制できる。
【０１０８】
表示素子３０２は、従来と同様の装置を用いて、従来と同様の工程（製造プロセス）によって製造することができる。
【０１０９】
表示制御装置４００は、一例として図９に示されるように、画像データ処理回路４０２、走査線駆動回路４０４、及びデータ線駆動回路４０６を有している。
【０１１０】
画像データ処理回路４０２は、映像出力回路１２３の出力信号に基づいて、ディスプレイ３１０における複数の表示素子３０２の輝度を判断する。
【０１１１】
走査線駆動回路４０４は、画像データ処理回路４０２の指示に応じてｎ本の走査線に個別に電圧を印加する。
【０１１２】
データ線駆動回路４０６は、画像データ処理回路４０２の指示に応じてｍ本のデータ線に個別に電圧を印加する。
【０１１３】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るテレビジョン装置１００では、映像デコーダ１２１と映像・ＯＳＤ合成回路１２２と映像出力回路１２３とＯＳＤ描画回路１２５とによって画像データ作成装置が構成されている。
【０１１４】
以上説明したように、本実施形態に係る電界効果型トランジスタによると、ゲート電圧を印加するためのゲート電極２６と、電流を取り出すためのソース電極２３及びドレイン電極２４と、ソース電極２３及びドレイン電極２４に隣接して設けられ、ｎ型ドーピングされた酸化物半導体からなる活性層２２と、ゲート電極２６と活性層２２との間に設けられたゲート絶縁層２５とを備えている。
【０１１５】
また、本実施形態に係る表示素子３０２によると、電界効果型トランジスタ１０及び電界効果型トランジスタ２０を備えているため、高速駆動が可能で素子間のばらつきを小さくすることが可能である。
【０１１６】
また、本実施形態に係る画像表示装置１２４によると、表示素子３０２を有しているため、結果として、大画面で高品質の画像を表示することが可能である。
【０１１７】
また、本実施形態に係るテレビジョン装置１００によると、画像表示装置１２４を備えているため、その結果、画像情報を高精細に表示することが可能である。
【０１１８】
なお、上記実施形態では、有機ＥＬ薄膜層が、電子輸送層と発光層と正孔輸送層とからなる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、電子輸送層と発光層が１つの層であっても良い。また、電子輸送層と陰極との間に電子注入層が設けられても良い。さらに、正孔輸送層と陽極との間に正孔注入層が設けられても良い。
【０１１９】
また、上記実施形態では、基板側から発光を取り出すいわゆる「ボトムエミッション」の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、陽極３１４に銀（Ａｇ）−ネオジウム（Ｎｄ）合金などの高反射率電極、陰極３１２にマグネシウム（Ｍｇ）−銀（Ａｇ）合金などの半透明電極或いはＩＴＯ等の透明電極を用いて基板と反対側から光を取り出しても良い。
【０１２０】
また、上記実施形態では、表示素子３０２において、電界効果型トランジスタ２０の横に有機ＥＬ素子３５０が配置される場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１０に示されるように、電界効果型トランジスタ２０の上に有機ＥＬ素子３５０が配置されても良い。この場合には、ゲート電極２６に透明性が要求されるので、ゲート電極２６には、ＩＴＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、Ｇａが添加されたＺｎＯ、Ａｌが添加されたＺｎＯ、Ｓｂが添加されたＳｎＯ２などの導電性を有する透明な酸化物が用いられる。本発明の酸化物半導体はバンドギャップが広く可視光に対して透明であり、アモルファス半導体特有の裾状態の状態密度が少ないため、この配置の場合、Ｓｉ系半導体や有機半導体、アモルファス性の高い酸化物半導体に対して有利である。なお、符号３６０は層間絶縁膜（平坦化膜）である。この絶縁膜にはポリイミドやアクリル系の樹脂等を利用できる。本発明の酸化物半導体はプロセス安定性が高いため、このプロセスに対しても特性劣化が抑制される。
【０１２１】
また、上記実施形態では、電界効果型トランジスタがいわゆる「トップコンタクト・ボトムゲート型」の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１１に示されるように、いわゆる「ボトムコンタクト・ボトムゲート型」であっても良い。また、図１２に示されるように、いわゆる「トップコンタクト・トップゲート型」であっても良い。さらに、図１３に示されるように、いわゆる「ボトムコンタクト・トップゲート型」であっても良い。
【０１２２】
また、上記実施形態では、光制御素子が有機ＥＬ素子の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、光制御素子がエレクトロクロミック素子であっても良い。この場合は、上記ディスプレイ３１０は、エレクトロクロミックディスプレイとなる。
【０１２３】
また、光制御素子が液晶素子であっても良い。この場合は、上記ディスプレイ３１０は、液晶ディスプレイとなる。そして、一例として図１４に示されるように、表示素子３０２´に対する電流供給線は不要である。
【０１２４】
この場合は、また、一例として図１５に示されるように、ドライブ回路３２０´は、前述した電界効果型トランジスタ（１０、２０）と同様な１つの電界効果型トランジスタ４０とキャパシタ３６０で構成することができる。電界効果型トランジスタ４０では、ゲート電極Ｇが所定の走査線に接続され、ソース電極Ｓが所定のデータ線に接続されている。また、ドレイン電極Ｄが液晶素子３７０の画素電極、及びキャパシタ３６０に接続されている。なお、図１５における符号３６２、３７２は、それぞれキャパシタ３６０、液晶素子３７０の対向電極（コモン電極）である。
【０１２５】
また、光制御素子が電気泳動素子であっても良い。
【０１２６】
また、光制御素子が無機ＥＬ素子であっても良い。
【０１２７】
また、上記実施形態では、ディスプレイがカラー対応の場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【０１２８】
また、上記実施形態では、システムがテレビジョン装置の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに画像や情報を表示する装置として上記画像表示装置１２４を備えていれば良い。例えば、コンピュータ（パソコンを含む）と画像表示装置１２４とが接続されたコンピュータシステムであっても良い。
【０１２９】
また、携帯電話、携帯型音楽再生装置、携帯型動画再生装置、電子ＢＯＯＫ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯情報機器、スチルカメラやビデオカメラなどの撮像機器における表示手段に画像表示装置１２４を用いることができる。また、車、航空機、電車、船舶等の移動体システムにおける各種情報の表示手段に画像表示装置１２４を用いることができる。さらに、計測装置、分析装置、医療機器、広告媒体における各種情報の表示手段に画像表示装置１２４を用いることができる。
【０１３０】
なお、本実施形態に係る電界効果型トランジスタは、表示素子以外のもの（例えば、ＩＣカード、ＩＤタグ）にも用いることができる。
【実施例】
【０１３１】
以下、本発明の具体的な実施例１〜２３、およびこれらの実施例に対する比較例１〜２、さらには各実施例および比較例で作製した電界効果型トランジスタの評価結果を説明する。
【０１３２】
＜実施例１＞
無アルカリガラス基板を、中性洗剤、純水、イソプロピルアルコールを用いて超音波洗浄した。この基板を乾燥後、さらにＵＶ−オゾン処理を９０℃１０分間行った。
前記基材にＤＣマグネトロンスパッタリング法でＭｏを１００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィー法によりパターニングし、ゲート電極を形成した。次に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法でＳｉＯ２を２００ｎｍ成膜してゲート絶縁膜とした。次に、Ｍｇ０．９９Ａｌ０．０１Ｉｎ２Ｏ４焼結体ターゲットを用い、ＤＣマグネトロンスパッタリング法でＡｌをドーピングしたＭｇＩｎ２Ｏ４を１００ｎｍ成膜した。スパッタガスとしてアルゴンガスと酸素ガスを導入した。全圧を１．１Ｐａに固定し、酸素濃度をパラメータとして１．２％〜１０％の範囲で変化させ、活性層を作製した。パターニングはメタルマスクを介して成膜することで行った。次にソース・ドレイン電極として、メタルマスクを介してＡｌを１００ｎｍ蒸着した。チャネル長は５０μｍ、チャネル幅は４００μｍとした。最後に、大気中で３００℃１ｈのアニールを行い、電界効果型トランジスタを作製した。
【０１３３】
＜実施例２〜９＞
上述した実施例１の電界効果型トランジスタ作製手順において、活性層作製プロセスの焼結体ターゲットを下記表１に示すように変えて活性層を成膜したこと以外は、実施例１と同様にして、電界効果型トランジスタを作製した。
【０１３４】
＜比較例１＞
上述した実施例１の電界効果型トランジスタ作製手順において、活性層作製時の焼結体ターゲットを下記表１に示すように変えて活性層を成膜したこと以外は、実施例１と同様にして、電界効果型トランジスタを作製した。なお、表１には活性層成膜時の酸素濃度が２％と６％の時の電界効果型トランジスタの移動度の評価結果も示す。
【０１３５】
【表１】
2011192971.tif 000003
【０１３６】
＜実施例１０＞
無アルカリガラス基板を、中性洗剤、純水、イソプロピルアルコールを用いて超音波洗浄した。この基板を乾燥後、さらにＵＶ−オゾン処理を９０℃１０分間行った。
前記基材にＤＣマグネトロンスパッタリング法でＭｏを１００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィー法によりパターニングし、ゲート電極を形成した。次に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法でＳｉＯ２を２００ｎｍ成膜してゲート絶縁膜とした。次に、Ｃｄ０．９９Ｎｂ０．０１Ａｌ２Ｏ４焼結体ターゲットを用い、ＤＣマグネトロンスパッタリング法でＮｂをドーピングしたＣｄＡｌ２Ｏ４を５０ｎｍ成膜した。スパッタガスとしてアルゴンガスと酸素ガスを導入した。全圧を１．１Ｐａに固定し、酸素濃度をパラメータとして６０％〜１００％の範囲で変化させ、活性層を作製した。パターニングはメタルマスクを介して成膜することで行った。次にソース・ドレイン電極として、メタルマスクを介してＡｌを１００ｎｍ蒸着した。チャネル長は５０μｍ、チャネル幅は４００μｍとした。最後に、大気中で２００℃１ｈのアニールを行い、電界効果型トランジスタを作製した。
【０１３７】
＜実施例１１〜２３＞
上述した実施例１０の電界効果型トランジスタ作製手順において、活性層作製プロセスの焼結体ターゲットを下記表２に示すように変えて活性層を成膜したこと以外は、実施例１０と同様にして、電界効果型トランジスタを作製した。
【０１３８】
＜比較例２＞
上述した実施例１０の電界効果型トランジスタ作製手順において、活性層作製時の焼結体ターゲットを下記表２に示すように変えて活性層を成膜したこと以外は、実施例１０と同様にして、電界効果型トランジスタを作製した。なお、表２には活性層成膜時の酸素濃度が６０％と１００％の時の電界効果型トランジスタの移動度の評価結果も示す。
【０１３９】
【表２】
2011192971.tif 000004
【０１４０】
＜評価結果＞
図１６に実施例１と比較例１における酸素濃度６％のサンプルの電界効果型トランジスタのトランスファー特性（Ｖｄｓ＝２０Ｖ）を示す。活性層にＡｌをドーピングした実施例１では立ち上がりのオン電圧（Ｖｏｎ）０Ｖ、移動度６．４ｃｍ２/Ｖｓ、オンオフ比８桁と、ノーマリーオフの良好な特性を示した。一方、活性層にドーピングをしていない比較例１では、オン電圧（Ｖｏｎ）１Ｖ、移動度３．１ｃｍ２/Ｖｓ、オンオフ比８桁と、実施例１と比較して、オン電圧がプラス側にシフトし移動度が低下した。この原因は、実施例１と比較して比較例１の方が、キャリア濃度が低い為と考察される。
【０１４１】
次に、図１７に実施例１と比較例１の電界効果型トランジスタの成膜中の酸素濃度と電界効果移動度の関係を示す。実施例１では酸素濃度１．６％〜６．０％までは約６．４ｃｍ２/Ｖｓでほぼ一定で、酸素濃度８％以上で若干低下した。一方、比較例１では酸素濃度１．６％では実施例１と同等の移動度を示すが、酸素濃度の増大とともに移動度は単調に減少し、酸素濃度６％では約半分に低下した。この原因は、実施例１ではＡｌを導入してｎ型ドーピングしたことによって、キャリアがＭｇサイトを置換したＡｌから生成されるため、酸素濃度を増加させてもほぼ一定に保たれるのに対し、ドーピングをしていない比較例１では酸素濃度の増大とともに活性層中の酸素空孔が減少することによって、キャリア濃度が減少してソース・ドレイン電極との接触抵抗が増加したため、移動度の低下が観測されたと考えられる。
【０１４２】
また、表１に示すように、実施例２〜９でも同様に、酸素濃度２％と６％の時の移動度に変化がないことがわかった。即ち、置換したカチオンがｎ型ドーパントとして働き電子キャリアが生成して、酸素量に関わらず一定の特性を示した考察される。
【０１４３】
更にまた、表２に示すように、比較例２では酸素濃度を６０％から１００％に増加すると移動度は約４割低下するが、実施例１０〜２３では酸素濃度を６０％から１００％に増加しても移動度は低下しないことがわかった。即ち、置換したカチオンがｎ型ドーパントとして働き電子キャリアが生成して、酸素量に関わらず一定の特性を示した考察される。
【０１４４】
即ち、カチオンを置換ドープして電子キャリアを生成した酸化物半導体を活性層として備える電界効果型トランジスタは、酸素量のみを制御してキャリアを生成している酸化物半導体を活性層として備える電界効果型トランジスタと比較して、広いプロセス範囲で安定して高い移動度を示し、ノーマリーオフの良好な特性が得られることが示された。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
以上説明したように、本発明の電界効果型トランジスタによれば、 プロセスマージンを拡大し、ＴＦＴ特性を高いレベルで安定させるのに適している。また、本発明の表示素子によれば、高速駆動が可能で素子間のばらつきを小さくし信頼性を向上するのに適している。また、本発明の画像表示装置によれば、大画面で高品質の画像を表示するのに適している。また、本発明のシステムによれば、画像情報を高精細に表示するのに適している。
【符号の説明】
【０１４６】
１０…電界効果型トランジスタ、２０…電界効果型トランジスタ、４０…電界効果型トランジスタ、１００…テレビジョン装置（システム）、１２１…映像デコーダ（画像データ作成装置の一部）、１２２…映像・ＯＳＤ合成回路（画像データ作成装置の一部）、１２３…映像出力回路（画像データ作成装置の一部）、１２４…画像表示装置、１２５…ＯＳＤ描画回路（画像データ作成装置の一部）、３０２…表示素子、３０２´…表示素子、３５０…有機ＥＬ素子（光制御素子）、３７０…液晶素子（光制御素子）、４００…表示制御装置、Ｘ０〜Ｘｎ−１…走査線（配線の一部）、Ｙ０〜Ｙｍ−１…データ線（配線の一部）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４７】
【特許文献１】特開２００２−７６３５６号公報
【特許文献２】特開２００６−１６５５２９号公報
【非特許文献】
【０１４８】
【非特許文献１】Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，他５名、「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｕｓｉｎｇ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、ＮＡＴＵＲＥ、ＶＯＬ４３２、Ｎｏ．２５、ＮＯＶＥＭＢＥＲ、２００４、ｐ．４８８−４９２
【非特許文献２】Ｊ．  Ｓ．  Ｐａｒｋ，他５名、  「Ｎｏｖｅｌ  ＺｒＩｎＺｎＯ  Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ」、  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、  ＶＯＬ２１、Ｎｏ．３、２００９、ｐ．３２９−３３３
【図１】
2011192971.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
2011192971.tif 000012
【図１１】
2011192971.tif 000013
【図１２】
2011192971.tif 000014
【図１３】
2011192971.tif 000015
【図１４】
2011192971.tif 000016
【図１５】
2011192971.tif 000017
【図１６】
2011192971.tif 000018
【図１７】
2011192971.tif 000019
【図８】
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【図１０】
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