(57)【要約】【課題】波長が４００〜４２０ｎｍの可視光短波長領域にある光に対して、光吸収を低減させる。【解決手段】Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを含有する非晶質の酸化物半導体からなり、前記酸化物半導体の元素組成比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、かつｂ＜２、ｃ＜４ｂ−３．２、かつｃ＞−５ｂ＋８、かつ１≦ｃ≦２の範囲で規定される非晶質酸化物半導体材料とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを含有する非晶質の酸化物半導体からなり、
前記酸化物半導体の元素組成比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、
前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、かつｂ＜２、ｃ＜４ｂ−３．２、かつｃ＞−５ｂ＋８、かつ１≦ｃ≦２の範囲で規定される非晶質酸化物半導体材料。
【請求項２】
光学バンドギャップが３．７９ｅＶ以上である請求項１に記載の非晶質酸化物半導体材料。
【請求項３】
Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを含有する非晶質の酸化物半導体からなり、
前記酸化物半導体の元素組成比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、
前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、かつｃ＜４ｂ−３．２、かつｃ＜−５ｂ＋８、かつ１≦ｃの範囲で規定され、かつ光学バンドギャップが３．７９ｅＶ以上である非晶質酸化物半導体材料。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の非晶質酸化物半導体材料からなり、電気伝導度σが１０−９≦σ≦１０−２（Ｓ／ｃｍ）である活性層を有した電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記非晶質酸化物半導体材料は、熱処理されている請求項４に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の電界効果型トランジスタを備えた表示装置。
【請求項７】
基板と、
前記基板上に配置され、ボトムゲート構造を有する請求項４又は請求項５に記載の電界効果型トランジスタと、
前記基板上で、前記電界効果型トランジスタに電気的に接続されている有機電界発光素子と、
を備え、前記有機電界発光素子から発せられる光が、前記基板側から取り出されるボトムエミッション型の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非晶質酸化物半導体材料、電界効果型トランジスタ及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果型トランジスタは、半導体メモリ用集積回路の単位素子、高周波信号増幅素子、液晶などの表示素子駆動用素子として広く用いられており、特に薄膜化したものは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）と呼ばれている。そして、フラットパネルディスプレイにおいては、大面積で形成可能な非晶質シリコンからなる活性層を有したシリコン系ＴＦＴが用いられている。
【０００３】
近年、フラットパネルディスプレイ技術(大画面・薄型・軽量化)は、目覚しい進歩を遂げ、更なる薄型・軽量化に向け、フレキシブル基板への応用（軽量かつ曲がるディスプレイ）が試みられている。一方で、ディスプレイを駆動させるＴＦＴとして現在主流のシリコン系ＴＦＴは、製造温度が高くフレキシブル基板への形成は困難である。
【０００４】
そのような背景の中で、現在、ＴＦＴの活性層として酸化物半導体に注目が集められている。特に、東京工業大学の細野らにより報告されたＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（以下、「ＩＧＺＯ」と呼称する）系の酸化物は、室温形成可能で非晶質でも半導体として良好な特性を示すことから、新規ＴＦＴの有望な材料として、非常に活発に研究が行われている（非特許文献１、２参照）。
【０００５】
これら研究の中で、非晶質ＩＧＺＯの光学特性に関しては、非晶質ＩＧＺＯからなる活性層を有したＴＦＴが有機ＥＬディスプレイ等の表示装置に適用されると、当該活性層に光が照射される場合があるため、非特許文献３〜６に示すように、非晶質ＩＧＺＯの光照射特性に関する研究結果が多数報告されている。
【０００６】
非特許文献３、４では、Ｎ型Ｓｉをゲート電極、熱酸化膜をゲート絶縁膜、Ａｌをソース・ドレイン電極、非晶質ＩＧＺＯ (Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１）を活性層としたＴＦＴに対して、暗所で単色光（モノクロ光）を照射した時のＴＦＴ特性に関して報告がなされている。
具体的には、照射量を一定にして、モノクロ光の波長を変化させた場合、４６０ｎｍ≦λ≦６６０ｎｍのモノクロ光照射では、ＴＦＴ特性はほとんど変化していない（わずかにドレイン電流がシフトしている）が、λ≦４２０ｎｍのモノクロ光を照射するとＴＦＴ特性が大きく変化（λ＝３６５ｎｍ(３．４ｅＶ)のモノクロ光照射で閾値電圧Ｖｔｈが７Ｖマイナスシフト）することが確認できる。また、モノクロ光波長を固定（λ＝４２０ｎｍ）して照射強度を変化させた場合も、照射強度が増すにつれてＴＦＴ特性の変化（Ｖｔｈのマイナスシフト）も大きくなっていることが確認できる。さらに、Ｖｔｈ以外にも、移動度、サブスレッショルドスイング（Ｓ値）、オフ電流も大きく変化しており、ＩＧＺＯが可視光短波長領域により影響を受けることがわかる。
同文献中では、青色カラーフィルターの透過波長ピークと有機電界発光素子（有機ＥＬ素子）の青色光の波長ピークが４５０ｎｍなので、遮光膜を用いることなく有機ＥＬ素子を駆動させることが可能と記載している。しかし、青色カラーフィルターは４００ｎｍの光を７０％程度は通すこと、有機ＥＬ素子の青色光の発光スペクトルの裾は４２０ｎｍまで続いていること、さらに透明デバイスの作製を考えると、デバイスが太陽光にさらされることを考慮すると、これらの文献で作製されたＩＧＺＯを活性層として有するＴＦＴが十分であるとは言い切れない。
【０００７】
同様に、非特許文献５、６においても、非晶質ＩＧＺＯの光照射特性に対する研究結果が報告されている。
具体的には、まず、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の多結晶ＩＧＺＯをターゲットとして、非晶質ＩＧＺＯ膜を成膜している（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１．０１：１．００：０．７６）。ＴＦＴは基板側からガラス／Ｍｏ(ゲート電極)／ＳｉＯ２ 又は ＳｉＮｘ:Ｈ(ゲート絶縁層)／ＩＧＺＯ(活性層)／ＳｉＯ２／ＳｉＮ(パシベーション層)／Ｍｏ(ソース・ドレイン電極)の構成になっている。このＴＦＴにλ≦４４０ｎｍのモノクロ光を照射することにより、ＴＦＴ特性が変化している(Ｖｔｈのマイナスシフト)ことが確認できる。さらに、モノクロ光の照射時間を長くするにつれて、ＴＦＴ特性の変化量が大きくなることも確認できる。また、１２０℃で熱処理を施すことによりＴＦＴ特性が回復して初期特性と同じ特性が得られるという結果が得られている。
【０００８】
以上の研究結果の結論として、ＴＦＴの非晶質ＩＧＺＯからなる活性層に対して可視光を照射すると、可視光短波長領域の光（波長４００ｎｍ-４２０ｎｍ近傍の光）に対してＴＦＴ特性(オフ電流の増加、Ｖｔｈシフト等)が大きく変化することが分かる。そして、このような特性の変化はＴＦＴ駆動時の安定動作に大きな影響を及ぼすこととなる。
【０００９】
そこで、非晶質ＩＧＺＯを活性層に用いたＴＦＴを、表示素子駆動用ＴＦＴとして使用する場合、ＴＦＴを安定に動作させるため、特許文献１では、非晶質ＩＧＺＯに対する遮光手段を採用している。また、特許文献２では、非晶質ＩＧＺＯを青色光（可視光短波長領域の光）にさらさない構造を採用している。
【００１０】
しかしながら、特許文献１及び２の発明では、活性層としての非晶質ＩＧＺＯに光を照射させないことを目的としており、非晶質ＩＧＺＯ自体の光照射特性の向上に関しては記載がない。
【００１１】
ここで、非晶質ＩＧＺＯの光照射特性を向上させるためには、Ｉｎ，Ｇａ，Ｚｎの組成比を制御することが考えられる。そこで、非晶質ＩＧＺＯの組成比を特定の範囲に限定した材料も提案されている（例えば、特許文献３〜６参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Science, 300 (2003) 1269頁〜1272頁
【非特許文献２】Nature, 432 (2004) 488頁〜492頁
【非特許文献３】Journal of Information Display, 9 (2008) 21頁〜29頁
【非特許文献４】SID08 Digest (2008) 1215頁〜1218頁
【非特許文献５】Japanese Journal of Applied Physics, 48 (2009) 03B018-1頁〜03B018-5頁
【非特許文献６】“Instability of Amorphous IGZO TFTs under light Illumination” The 15th Int. Workshop on active-Matrix Flatpanel Display and Devices[AM-FPD08]〜TFT Technologies and FPD Materials〜(July 2-4 , 2008 Tokyo Japan)
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開2007-115902号公報
【特許文献２】特開2007-250984号公報
【特許文献３】特許第4170454号公報
【特許文献４】特開2007−281409号公報
【特許文献５】米国特許出願公開第2007/0252147号明細書
【特許文献６】特開2009-253204号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献３では、Ｚｎｘ［Ａｌ，Ｇａ］ｙＩｎｚＯ（ｘ＋３ｙ／２＋３ｚ／２）：[比率ｘ／ｙが０．２〜２の範囲にあり、比率ｚ／ｙが０．４〜１．４の範囲にある]で表される非晶質酸化物が報告されている。実施例としてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１近傍での作製例が示されている。
しかしながら、透明導電膜即ち電極として非晶質ＩＧＺＯを使用することを目的としており、非晶質ＩＧＺＯを半導体として使用することを目的としていない。また、電子濃度が１×１０１８〜１０２２／ｃｍ３以上（実施例に関しても１０１９／ｃｍ３）であることから相当高密度でのキャリア濃度を想定している。この非晶質酸化物をトランジスタの活性層として用いた場合、ノーマリーオフの実現が非常に困難であると考えられる。
【００１５】
特許文献４では、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）で表される原子組成比率が３５原子％以上５５原子％以下であり、且つＧａ ／(Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｚｎ)で表される原子組成比率が３０原子％以下である組成の非晶質酸化物半導体材料が報告されている。
しかしながら、実施例として光吸収に関する実験データは一切示されていない。
【００１６】
特許文献５では、長時間安定に一定電流を流すことの可能な非晶質ＩＧＺＯを活性層として有したＴＦＴが報告されている。この文献には、光照射時のＴＦＴ特性(Ｖｇ−Ｉｄ特性)の変化を示すグラフが記載されている。
しかしながら、特許文献５では、Ｉｎ−ｒｉｃｈ，Ｇａ−ｐｏｏｒ，Ｚｎ−ｐｏｏｒな領域において光照射に対して特性変化のないＴＦＴが作製されており、Ｇａ−ｒｉｃｈ領域での光安定性を示唆する記載はない。
また、光源に関する詳細な記載がないため、どの波長域の光がＴＦＴに影響を与えているのか不明であり、また可視光短波長領域、特に４００〜４２０ｎｍの可視光短波長領域に対して光安定性があるか否かは不明である。したがって、ＩＧＺＯの中に欠陥等があると可視光短長波長領域の光でも影響を受けることもあるので、可視光長波長領域の光照射に対して特性変化のないＴＦＴを作製している可能性もある。また、４００〜４２０ｎｍの範囲以外の可視光短波長領域の光照射に対して特性変化のないＴＦＴを作製している可能性もある。
さらに、各ＴＦＴの活性層を構成する非晶質ＩＧＺＯは、それぞれＩＣＰ（Inductively coupled plasma）の結果からＩｎ，Ｇａ，Ｚｎの組成比が異なっているが、結局何の組成量が光安定性の向上に影響を与えているのか不明である。
さらにまた、同一のターゲットを用いてそれぞれの非晶質ＩＧＺＯを作製しているため、ＩＣＰの誤差（±０．２）を考慮すると、ほぼ同組成の非晶質ＩＧＺＯからなる活性層を有したＴＦＴが複数作製されていることになるが、各ＴＦＴの光照射に対するＴＦＴ特性は大きく異なっており、再現性は低いものと考えられる。
【００１７】
特許文献６では、Ｉｎ元素及びＺｎ元素及び元素Ｘ（元素Ｘの候補の一つにＧａ元素が含まれる）を含有し、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）＝０．２００〜０．６００かつＺｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）＝０．２００〜０．８００を満たすアモルファス酸化物半導体を活性層に持つ電界効果型トランジスタが報告されている。実施例にてＧａ濃度を変化させたＩＧＺＯを活性層に有するＴＦＴの電気特性が示されているが、光学特性に関するデータ、Ｇａ−ｒｉｃｈ領域における光安定性を示唆する結果はない。そして、光安定性の良いＧａ−ｒｉｃｈ領域も含めて組成範囲を請求しているが、明細書によると、半導体相を遮光する構造をとる必要があることから、光学特性は良くないと考えられる。活性層に保護層を有する点、膜厚が１ｎｍ以上１５ｎｍ以下と非常に薄い点でも本発明と異なっている。
【００１８】
本発明は、波長が４００〜４２０ｎｍの可視光短波長領域にある光に対して、光吸収が低減される非晶質酸化物半導体材料を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の上記課題は下記の手段によって解決された。
【００２０】
＜１＞Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを含有する非晶質の酸化物半導体からなり、前記酸化物半導体の元素組成比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、かつｂ＜２、ｃ＜４ｂ−３．２、かつｃ＞−５ｂ＋８、かつ１≦ｃ≦２の範囲で規定される非晶質酸化物半導体材料。
＜２＞光学バンドギャップが３．７９ｅＶ以上である＜１＞に記載の非晶質酸化物半導体材料。
＜３＞Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを含有する非晶質の酸化物半導体からなり、前記酸化物半導体の元素組成比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、かつｃ＜４ｂ−３．２、かつｃ＜−５ｂ＋８、かつ１≦ｃの範囲で規定され、かつ光学バンドギャップが３．７９ｅＶ以上である非晶質酸化物半導体材料。
＜４＞＜１＞〜＜３＞に記載の非晶質酸化物半導体材料からなり、電気伝導度σが１０−９≦σ≦１０−２（Ｓ／ｃｍ）である活性層を有した電界効果型トランジスタ。
＜５＞前記非晶質酸化物半導体材料は、熱処理されている＜４＞に記載の電界効果型トランジスタ。
＜６＞＜４＞又は＜５＞に記載の電界効果型トランジスタを備えた表示装置。
＜７＞基板と、前記基板上に配置され、ボトムゲート構造を有する＜４＞又は＜５＞に記載の電界効果型トランジスタと、前記基板上で、前記電界効果型トランジスタに電気的に接続されている有機電界発光素子と、を備え、前記有機電界発光素子から発せられる光が、前記基板側から取り出されるボトムエミッション型の表示装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、波長が４００〜４２０ｎｍの可視光短波長領域にある光に対して、光吸収が低減される非晶質酸化物半導体材料を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、ボトムゲート構造のＴＦＴの一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、トップゲート構造のＴＦＴの一例を示す模式図である。
【図３】ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置であって、本発明の実施形態に係る表示装置の一例を示す模式図である。
【図４】実施例１〜４に係るＩＧＺＯ膜１〜４、及び比較例１〜４に係る比較ＩＧＺＯ膜１〜４の組成比の分析結果を相図内にまとめて示した図である。
【図５】実施例１〜４に係るＩＧＺＯ膜１〜４、及び比較例１〜４に係る比較ＩＧＺＯ膜１〜４の光学バンドギャップの算出結果を、横軸：Ｇａの組成比（ｂ値）、縦軸：光学バンドギャップとしてプロットしたグラフである。
【図６】実施例１〜４に係るＩＧＺＯ膜１〜４、及び比較例１〜４に係る比較ＩＧＺＯ膜１〜４の電気伝導度σと、Ｇａの組成比ｂとの関係を示す図である。
【図７】実施例５、６のＴＦＴ１、２及び比較例６の比較ＴＦＴ２のＶｇ−Ｉｄ特性を示した図である。
【図８】実施例７、８のＴＦＴ３、４及び比較例８の比較ＴＦＴ４のＶｇ−Ｉｄ特性を示した図である。
【図９】実施例５、６のＴＦＴ１、２及び比較例６の比較ＴＦＴ２の移動度μを示した図である。
【図１０】実施例７、８のＴＦＴ３、４及び比較例８の比較ＴＦＴ４の移動度μを示した図である。
【図１１】実施例５、６のＴＦＴ１、２及び比較例６の比較ＴＦＴ２の閾値電圧Ｖｔｈを示した図である。
【図１２】実施例７、８のＴＦＴ３、４及び比較例８の比較ＴＦＴ４の閾値電圧Ｖｔｈを示した図である。
【図１３】光照射時のＴＦＴ特性測定の概略構成を示す図である。
【図１４】移動度変化の測定結果を、横軸：波長（ｎｍ）、縦軸：移動度変化（μ／μ０）としてプロットしたグラフである。
【図１５】閾値電圧の経時変化の測定結果を、横軸：光照射時間（ｍｉｎ）、縦軸：閾値電圧の経時変化（ΔＶｔｈ）としてプロットしたグラフである。
【図１６】閾値電圧の測定結果を、横軸：波長（ｎｍ）、縦軸：閾値電圧（Ｖｔｈ）としてプロットしたグラフである。
【図１７】比較ＴＦＴ１の活性層に対して、モノクロ光の波長を変化させて照射した時のＶｇ−Ｉｄ特性を測定した結果を示す図である。
【図１８】ＴＦＴ１の活性層に対して、モノクロ光の波長を変化させて照射した時のＶｇ−Ｉｄ特性を測定した結果を示す図である。
【図１９】ＴＦＴ２の活性層に対して、モノクロ光の波長を変化させて照射した時のＶｇ−Ｉｄ特性を測定した結果を示す図である。
【図２０】比較ＴＦＴ３の活性層に対して、モノクロ光の波長を変化させて照射した時のＶｇ−Ｉｄ特性を測定した結果を示す図である。
【図２１】ＴＦＴ３の活性層に対して、モノクロ光の波長を変化させて照射した時のＶｇ−Ｉｄ特性を測定した結果を示す図である。
【図２２】ＴＦＴ４の活性層に対して、モノクロ光の波長を変化させて照射した時のＶｇ−Ｉｄ特性を測定した結果を示す図である。
【図２３】組成比がａ＝０．７、ｂ＝１．３、ｃ＝１．０であるＩＧＺＯ膜を活性層に有したＴＦＴの熱処理前後（ＴＦＴ１、ＴＦＴ５）でのＶｇ−Ｉｄ特性を測定した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の非晶質酸化物半導体材料、電界効果型トランジスタ及び表示装置の一の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、実質的に同様の機能を有するものには、全図面を通して同じ符号を付して説明し、場合によってはその説明を省略することがある。
【００２４】
１．非晶質酸化物半導体材料
まず、本発明の実施形態に係る非晶質酸化物半導体材料について説明する。
【００２５】
＜構成＞
本発明の実施形態に係る非晶質酸化物半導体材料の構成は以下の通りである。
非晶質酸化物半導体材料は、Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを含有する非晶質の酸化物半導体からなり、前記酸化物半導体の元素組成比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、かつｂ＜２、ｃ＜４ｂ−３．２、かつｃ＞−５ｂ＋８、かつ１≦ｃ≦２の範囲で規定される。
このような組成であると、波長が４００〜４２０ｎｍの可視光短波長領域にある光に対して、光吸収が低減される。
酸化物半導体の元素組成比は、ａ＋ｂ＝２、かつ１．３≦ｂ＜２、かつｃ＞−５ｂ＋８、かつ１≦ｃ≦２の範囲で規定されることが好ましい。また、光吸収がより低減されるという理由から、ａ＋ｂ＝２、かつ１．３≦ｂ≦１．５、かつｃ＞−５ｂ＋８、かつ１≦ｃ≦２の範囲で規定されることがより好ましい。
【００２６】
非晶質酸化物半導体材料の光学バンドギャップは、３．７ｅＶ以上であり、光吸収がより低減されるという理由から、３．７９ｅＶ以上であることが好ましい。
【００２７】
また、ａ＋ｂ＝２、かつｃ＜４ｂ−３．２、かつｃ＜−５ｂ＋８、かつ１≦ｃの範囲で規定される非晶質酸化物半導体材料に関しても、光学バンドギャップが３．７ｅＶ以上、より好ましくは３．７９ｅＶ以上と十分広いことで、波長４００ｎｍ〜４２０ｎｍの可視光短波長領域にある光に対して、光吸収を低減することができる。光吸収がより低減されるという理由から、ａ＋ｂ＝２、かつ１．３≦ｂ、かつｃ＜−５ｂ＋８、かつ１≦ｃの範囲で規定されることがより好ましい。
【００２８】
＜製造方法＞
本発明の実施形態に係る非晶質酸化物半導体材料の製造方法は、以下の通りである。
非晶質酸化物半導体材料の製造方法としては、例えば、固相反応法、ゾルゲル法、しゅう酸塩法、アルコキシド法、共沈法等の粉末製造法や、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、化学的気相成長（ＣＶＤ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の薄膜製造法等の各種の方法が挙げられる。
【００２９】
粉末製造法では、Ｉｎを含有する化合物と、Ｇａを含有する化合物と、Ｚｎを含有する化合物を混ぜ合わせることにより非晶質酸化物半導体材料を作製することができる。
【００３０】
Ｉｎを含有する化合物としては、Ｉｎ２Ｏ３、Ｉｎ（ＮＯ３）３、Ｉｎ（ＮＯ３）３・ｎＨ２Ｏ、Ｉｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）３、Ｉｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２（ＯＨ）、Ｉｎ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏ、ＩｎＮ、Ｉｎ（ＯＨ）３、ＩｎＯ（ＯＨ）、Ｉｎ２（Ｃ２Ｏ４）３、Ｉｎ２（Ｃ２Ｏ４）３・４Ｈ２Ｏ、Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５ＯＣＳ２）３、Ｉｎ２（ＳＯ４）３・ｎＨ２Ｏ等が挙げられる。
【００３１】
Ｇａを含有する化合物としては、Ｇａ２Ｏ３、Ｇａ（ＮＯ３）３、Ｇａ（ＮＯ３）３・ｎＨ２Ｏ、Ｇａ（ＣＨ３ＣＯＯ）３、Ｇａ（ＣＨ３ＣＯＯ）２（ＯＨ）、Ｇａ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏ、ＧａＮ、Ｇａ（ＯＨ）３、ＧａＯ（ＯＨ）、Ｇａ２（Ｃ２Ｏ４）３、Ｇａ２（Ｃ２Ｏ４）３・４Ｈ２Ｏ、Ｇａ（Ｃ２Ｈ５ＯＣＳ２）３、Ｇａ２（ＳＯ４）３・ｎＨ２Ｏ等が挙げられる。
【００３２】
Ｚｎを含有する化合物としては、ＺｎＯ、Ｚｎ（Ｃ２Ｈ３Ｏ２）２、Ｚｎ（Ｃ２Ｈ３Ｏ２）２・２Ｈ２Ｏ、ＺｎＢｒ２、ＺｎＣＯ３、ＺｎＳ、ＺｎＣｌ２、ＺｎＦ２、ＺｎＦ２・４Ｈ２Ｏ、Ｚｎ（ＯＨ）２、ＺｎＩ２、Ｚｎ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＺｎＣ２Ｏ４、Ｚｎ（ＣＮ）２、Ｚｎ（ＯＣＨ３）２、Ｚｎ（ＯＣ２Ｈ５）２、ＺｎＳＯ４等が挙げられる。
【００３３】
非晶質酸化物半導体材料の組成比は、上述した原料の投入量により調整することができる。
【００３４】
一方、薄膜製造法では、酸化物半導体の多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法を用いるのが良い。気相成膜法の中でも、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）が適している。さらに、量産性の観点から、スパッタリング法が好ましい。
例えば、ＲＦマグネトロンスパッタリング蒸着法により、真空度及び酸素流量を制御して成膜される。酸素流量が多いほど電気伝導度を小さくすることができる。
【００３５】
非晶質酸化物半導体材料の組成比は、ターゲットの選択や組み合わせ、ターゲット毎のスパッタ方法の選択、スパッタ投入電力、成膜圧力等により調整することができる。
【００３６】
粉末製造法や薄膜製造法で作製した非晶質酸化物半導体材料は、熱処理（アニール）を施すこともできる。この熱処理を施すことで、非晶質酸化物半導体材料のキャリア濃度、電気伝導度等を調整することが可能である。
非晶質酸化物半導体材料の熱処理の温度は、室温（例えば２５℃）超７００℃未満であり、熱処理時間や熱処理コスト削減の観点から、より低温で熱処理することが好ましい。
熱処理温度が、室温超である理由は非晶質酸化物半導体材料の電気伝導度を調整するためであり、７００℃未満である理由は、非晶質酸化物半導体材料を結晶化させないためである。
なお、熱処理を施しても、非晶質酸化物半導体材料は、波長が４００〜４２０ｎｍの可視光短波長領域にある光に対して、光吸収が低減される。また、非晶質酸化物半導体材料の光学バンドギャップも、若干ではあるが増加する傾向にあるため、熱処理前の非晶質酸化物半導体材料に比べて低下することは無い。
【００３７】
粉末製造法や薄膜製造法で作製した非晶質酸化物半導体材料は、周知のＸ線回折法により非晶質であることが確認できる。また、薄膜製造法で作製した非晶質酸化物半導体材料の膜厚は、触針式表面形状測定により求めることができる。組成比は、蛍光Ｘ線分析で求めることができる。また、光学バンドギャップは、分光光度計を用いて求めることができる。さらに、電気伝導度は、抵抗率計を用いて求めることができる。
【００３８】
２．電界効果型トランジスタ
本発明の実施形態に係る電界効果型トランジスタは、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有し、ゲート電極に電圧を印加して、活性層に流れる電流を制御し、ソース電極とドレイン電極間の電流をスイッチングする機能を有するアクテイブ素子である。電界効果型トランジスタの構造として、スタガ構造（トップゲート構造とも呼ばれる）及び逆スタガ構造（ボトムゲート構造とも呼ばれる）のいずれをも形成することができる。
電界効果型トランジスタの活性層は、上述した非晶質酸化物半導体材料からなり、電気伝導度σが１０−９≦σ≦１０−２（Ｓ／ｃｍ）であることが好ましい。
【００３９】
＜電界効果型トランジスタの構造＞
次に、電界効果型トランジスタの構造についてより具体的に説明する。なお、以下では、電界効果型トランジスタのうち薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を一例に挙げる。
【００４０】
図１は、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、ボトムゲート構造のＴＦＴの一例を示す模式図である。ＴＦＴ１０は、基板１２の上にゲート電極１４と、ゲート絶縁層１６と、活性層１８とを順に積層して有し、活性層１８の表面上にソース電極２０及びドレイン電極２２が互いに離間して設置された構成である。そして、活性層１８は、上述した非晶質酸化物半導体材料からなる。
【００４１】
このようにＴＦＴがボトムゲート構造のＴＦＴ１０のときに、ＴＦＴ１０をボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置に適用した場合、活性層１８に対して有機ＥＬ表示装置の発光層から青色光を含む光が照射される場合があるが、ＴＦＴ１０は上述の可視光短波長領域に対して光吸収が低減される非晶質酸化物半導体材料からなる活性層１８を有しているため、照射される光に対して影響を受けることなく安定に動作することができる。
【００４２】
一方、図２は、本実施形態に係るＴＦＴであって、トップゲート構造のＴＦＴの一例を示す模式図である。ＴＦＴ３０は、基板３２の表面上に活性層３４を積層し、活性層３４上にソース電極３６及びドレイン電極３８が互いに離間して設置され、更にこれらの上にゲート絶縁層４０と、ゲート電極４２とを順に積層した構成である。
【００４３】
このようにＴＦＴがトップゲート構造のＴＦＴ３０のときに、ＴＦＴ３０をボトムエミッション型の有機ＥＬ素子に適用した場合、ボトムゲート構造のＴＦＴ１０に比べ、活性層３４上にソース電極３６、ドレイン電極３８、ゲート絶縁層４０及びゲート電極４２があるため、ボトムゲート構造のＴＦＴ１０に比べれば、活性層３４に対して有機ＥＬ表示装置の発光層から青色光を含む光が照射され難い。しかしながら、活性層３４にゲート絶縁層４０等で覆われていない露出箇所が存在したり、活性層３４を覆うソース電極３６、ドレイン電極３８、ゲート絶縁層４０及びゲート電極４２に光透過性がある場合は、活性層３４に対して有機ＥＬ表示装置の発光層から青色光を含む光が照射されることになる。本実施形態では、このような場合であっても、ＴＦＴ３０は上述の可視光短波長領域に対して光吸収が低減される非晶質酸化物半導体材料からなる活性層３４を有しているため、照射される光に対して影響を受けることなく安定に動作することができる。
【００４４】
なお、本実施形態に係るＴＦＴは、上記以外にも、様々な構成をとることが可能であり、適宜、活性層上に保護層や基板上に絶縁層等を備える構成であってもよい。
【００４５】
＜電界効果型トランジスタの製造方法＞
次に、上述したＴＦＴ１０，３０の製造方法について簡単に説明する。
ボトムゲート構造のＴＦＴ１０の製造方法では、まず、ＴＦＴ１０を形成するための基板１２を用意し、この基板１２上にゲート電極１４、ゲート絶縁層１６を順次形成する。次に、ゲート絶縁層１６上にＩｎ，Ｇａ及びＺｎを含む酸化物半導体膜を成膜し、この酸化物半導体膜に対してパターン加工を行って活性層１８を形成する。そして、活性層１８上にソース・ドレイン電極２０、２２を形成する。以上により、ボトムゲート構造のＴＦＴ１０が作製される。なお、酸化物半導体膜の成膜直後、パターン加工直後又はＴＦＴ１０の作製後に酸化物半導体膜（あるいは活性層１８）を熱処理してもよい。
【００４６】
トップゲート構造のＴＦＴ３０の製造方法では、まず、ＴＦＴ３０を形成するための基板３２を用意し、この基板上３２上にＩｎ，Ｇａ及びＺｎを含む酸化物半導体膜を成膜し、この酸化物半導体膜に対してパターン加工を行って活性層３４を形成する。そして、活性層３４上にソース・ドレイン電極３６、３８を形成し、その後、ゲート絶縁層４０及びゲート電極４２を順次形成する。以上により、トップゲート構造のＴＦＴ３０が作製される。なお、この場合も酸化物半導体膜の成膜直後、パターン加工直後又はＴＦＴ３０の作製後に酸化物半導体膜（あるいは活性層３４）を熱処理してもよい。
【００４７】
その他にも、Ｓｉをゲート電極、熱酸化膜をゲート絶縁膜とする簡易構造のボトムゲート構造ＴＦＴを適用することも可能である。この場合、熱酸化膜上に活性層を形成して、パターン加工を行った後、ソース・ドレイン電極を形成すればよい。なお、この場合も酸化物半導体膜の成膜直後、パターン加工直後又はＴＦＴ３０の作製後に酸化物半導体膜（あるいは活性層３４）を熱処理してもよい。
【００４８】
＜電界効果型トランジスタの各構成の詳細＞
以下、ＴＦＴの各構成の素材や、厚み、パターン形成方法等について詳述する。
（基板）
基板は、少なくともＴＦＴを形成する面が絶縁性を有し、寸法安定性、耐溶剤性、加工性などを有するほか、熱処理に対して耐熱性を有するものを用いる。また、最終製品として、例えば有機ＥＬ表示装置を製造する場合は、水分や酸素の透過を抑制し、また、基板側から光を透過させて発光や表示を行う場合は、光透過性を有する基板を用いる。上記の条件を満たす基板としては、ガラス、ジルコニア安定化酸化イットリウム（ＹＳＺ）等の無機材料が好適である。なお、ガラスからの溶出イオンを少なくするため、無アルカリガラスを用いることが好ましい。また、ソーダライムガラスを用いる場合には、シリカなどのバリアコートを施したものを使用することが好ましい。
後述する過程での熱処理温度が低い場合は、飽和ポリエステル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)系樹脂、ポリエチレンナフタレート(ＰＥＮ)系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリスチレン、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）、架橋フマル酸ジエステル系樹脂、ポリカーボネート(ＰＣ)系樹脂、ポリエーテルスルフォン(ＰＥＳ)樹脂、ポリスルフォン(ＰＳＦ，ＰＳＵ)樹脂、ポリアリレート(ＰＡＲ)樹脂、環状ポリオレフィン(ＣＯＰ，ＣＯＣ)樹脂、セルロース系樹脂、ポリイミド(ＰＩ)樹脂、ポリアミドイミド(ＰＡＩ)樹脂、マレイミド−オレフィン樹脂、ポリアミド(ＰＡ)樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂フィルム、ポリベンズアゾール系樹脂、エピスルフィド化合物、液晶ポリマー(ＬＣＰ)、シアネート系樹脂、芳香族エーテル系樹脂などの有機材料を使用することも可能である。その他にも酸化ケイ素粒子との複合プラスチック材料、金属ナノ粒子・無機酸化物ナノ粒子・無機窒化物ナノ粒子などとの複合プラスチック材料、金属系・無機系のナノファイバー及び／又はマイクロファイバーとの複合プラスチック材料、カーボン繊維、カーボンナノチューブとの複合プラスチック材料、ガラスフェレーク・ガラスファイバー・ガラスビーズとの複合プラスチック材料、粘土鉱物や雲母派生結晶構造を有する粒子との複合プラスチック材料、薄いガラスと上記単独有機材料との間に少なくとも１回の接合界面を有する積層プラスチック材料や無機層（例えばＳｉＯ２, Ａｌ２Ｏ３, ＳｉＯｘＮｙ）と上述した材料からなる有機層を交互に積層することで、少なくとも１回以上の接合界面を有するバリア性能を有する複合材料などを使用することもできる。
【００４９】
基板側から光を取り出す必要がない場合は、例えば、ステンレス，Ｆｅ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｕやこれらの合金等の金属基板やＳｉなどの半導体基板を用い、基板上に電気絶縁性を確保するための絶縁膜を設けてもよい。金属製の基板であれば、安価なものもあり、厚みが薄くても、強度が高く、大気中の水分や酸素に対して高いバリア性を有するものとなる。基板の形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、目的等に応じて適宜選択することができる。一般的には、基板の形状としては、取り扱い性、ＴＦＴの形成容易性等の観点から、板状であることが好ましい。基板の構造は、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。また、基板は、単一部材で構成されていてもよいし、２つ以上の部材で構成されていてもよい。
【００５０】
（ゲート電極）
ゲート電極は、導電性及び耐熱性を有するものを用い、例えば、Ａｌ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｔｉ，Ａｕ，Ａｇなどの金属、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣなどの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜等を用いて形成することができる。例えば、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式などの中から使用する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って基板上に成膜する。ゲート電極の厚みは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。
成膜後、フォトリソグラフィ法によって所定の形状にパターニングを行う。このとき、ゲート電極及びゲート配線を同時にパターニングすることが好ましい。
【００５１】
（ゲート絶縁膜）
ゲート絶縁膜は、絶縁性及び耐熱性を有するものとし、例えば、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，ＳｉＯＮ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＨｆＯ２等の絶縁膜、又はこれらの化合物を少なくとも二つ以上含む絶縁膜としてもよい。ゲート絶縁膜も、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から使用する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って基板上に成膜し、必要に応じてフォトリソグラフィ法によって所定の形状にパターニングを行う。
【００５２】
なお、ゲート絶縁膜は、リーク電流の低下及び電圧耐性の向上のための厚みを有する必要がある一方、厚みが大き過ぎると駆動電圧の上昇を招いてしまう。ゲート絶縁膜の材質にもよるが、ゲート絶縁膜の厚みは１０ｎｍ〜１０μｍが好ましく、５０ｎｍ〜１０００ｎｍがより好ましい。
【００５３】
（活性層）
Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを含む酸化物半導体の多結晶焼結体をターゲットとして気相成膜法を用いて成膜することが好ましい。気相成膜法の中でも、スパッタリング法及びパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）がより好ましく、量産性の観点から、スパッタリング法が特に好ましい。
【００５４】
例えば、スパッタリング法又はＰＬＤ法によりＩＧＺＯの非晶質膜を２０〜１５０ｎｍの厚みで成膜する。成膜したＩＧＺＯ膜は、Ｘ線回折法により非晶質膜であることを確認することができる。また、膜厚は、触針式表面形状測定により求めることができ、組成比は、蛍光Ｘ線分析により求めることができる。
【００５５】
非晶質ＩＧＺＯ膜を形成した後、エッチングによってパターニング加工を行う必要がある。活性層のパターン加工以降に用いるエッチング液に耐性がない場合、例えば、いわゆるリフトオフ等でパターン形成する方法が最も簡便である。
ＩＧＺＯ膜のパターン加工は、フォトリソグラフィ法とエッチング法により行うことができる。具体的には、ゲート絶縁膜上に成膜したＩＧＺＯ膜を、活性層として残存させる部分にフォトリソグラフィによってレジストマスクをパターン形成し、塩酸、硝酸、希硫酸、又は、燐酸、硝酸、及び酢酸の混合液（Ａｌエッチング液；関東化学（株）製）等の酸溶液によりエッチングすることにより活性層を形成する。例えば、燐酸、硝酸、及び酢酸を含む水溶液を用いれば、ＩＧＺＯ膜の露出部分を確実に除去することができるため好ましい。
【００５６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ＩＧＺＯ膜をウエットエッチングしてパターン加工する場合について説明したが、ドライエッチングによりパターン加工してもよい。
また、非晶質ＩＧＺＯ膜は、成膜直後、パターン加工直後又はＴＦＴの作製後に、非晶質ＩＧＺＯ膜（あるいは活性層）を熱処理してもよい。この熱処理を施すことで、非晶質ＩＧＺＯ膜のキャリア濃度、電気伝導度、閾値電圧、移動度又はＳ値等のＴＦＴ特性を向上させることが可能である。
非晶質ＩＧＺＯ膜の熱処理の温度は、室温（２５℃）超７００℃未満であり、熱処理時間や熱処理コスト削減の観点及びＴＦＴに利用可能な基板の種類を増やすという観点からより低温で熱処理することが好ましい。
さらに、上述の熱処理を施しても、活性層を構成する非晶質ＩＧＺＯ膜は、波長が４００〜４２０ｎｍの可視光短波長領域にある光に対して、光吸収が低減される。また、非晶質ＩＧＺＯ膜の光学バンドギャップも、若干ではあるが増加する傾向にあるため、熱処理前の非晶質ＩＧＺＯ膜に比べて低下することは無い。
【００５７】
（ソース・ドレイン電極）
活性層及びゲート絶縁膜の上にソース・ドレイン電極を形成すための金属膜を形成する。
金属膜は、電極及び配線としての導電性を有し、エッチングによってパターン加工することができる金属により活性層を覆うように形成すればよい。具体的には、Ａｌ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｔｉ，Ａｕ，Ａｇなどの金属、Ａｌ−Ｎｄ，ＡＰＣなどの合金、酸化錫，酸化亜鉛，酸化インジウム，酸化インジウム錫（ＩＴＯ），酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン，ポリチオフェン，ポリピロールなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物が挙げられる。
【００５８】
特に、成膜性、導電性、パターニング性などの観点から、Ａｌ又はＡｌを主成分としてＮｄ，Ｙ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｓｉ，Ｗ，及びＮｉ少なくとも一種を含む金属より成る層（Ａｌ系金属膜）、あるいは、酸化物半導体膜側から、Ａｌ又はＡｌを主成分としてＮｄ，Ｙ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｓｉ，Ｗ，及びＮｉの少なくとも一種を含む金属より成る第１の層と、Ｍｏ又はＴｉを主成分とする第２の層をそれぞれスパッタリング、蒸着等の手法により成膜して積層することが好ましい。ここで「主成分」とは、金属膜を構成する成分のうち最も含有量（質量比）が多い成分であり、５０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることがより好ましい。
【００５９】
トップコンタクト型の場合は、既に活性層が形成されているため、金属膜の厚みは、ソース・ドレイン電極の後で活性層を形成する場合のような制限はなく、厚く形成することができる。成膜性、エッチングによるパターン加工性、導電性（低抵抗化）などを考慮すると、ソース・ドレイン電極及びそれに接続する配線となる金属膜の総厚は、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。なお、トップコンタクト型とは、活性層がソース・ドレイン電極よりも先に形成されて活性層の上面がソース・ドレイン電極に接触する形態である。
また、Ａｌ系金属膜（第１の層）と、Ｍｏ又はＴｉを主成分とするＭｏ系金属膜又はＴｉ系金属膜（第２の層）を積層させる場合は、第１の層の厚みは１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とし、第２の層の厚みは１ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００６０】
次いで、金属膜をエッチングしてパターン加工することにより活性層と接触するソース電極及びドレイン電極を形成する。ここでは、金属膜を残留させる部分にフォトリソグラフィ法によってレジストマスクを形成し、例えば、燐酸及び硝酸に酢酸又は硫酸を加えた酸溶液を用いてエッチングを行い、ソース電極及びドレイン電極の少なくとも一方を形成する。工程の簡略化などの観点から、ソース・ドレイン電極及びこれらの電極に接続する配線（データ配線など）を同時にパターン加工することが好ましい。
【００６１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、金属膜をウエットエッチングしてパターン加工する場合について説明したが、ドライエッチングによりパターン加工してもよい。
【００６２】
３．表示装置
次に、本発明の実施形態に係る表示装置について、ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置を一例に挙げて説明する。
【００６３】
ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置では、基板と、前記基板上に配置され、ボトムゲート構造を有する上述の電界効果型トランジスタと、前記基板上で、前記電界効果型トランジスタに電気的に接続されている有機電界発光素子と、を備え、前記有機電界発光素子から発せられる光が、前記基板側から取り出される。
【００６４】
図３は、ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置であって、本発明の実施形態に係る表示装置の一例を示す模式図である。
【００６５】
ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置１００において、基板１０２は、ＰＥＮフィルムなどの可撓性支持体上に基板絶縁膜１０４を有する。その上にパターニングされたカラーフィルター層１０６が設置される。駆動ＴＦＴ部にゲート電極１０８を有し、さらにゲート絶縁膜１１０がゲート電極１０８上に設けられている。ゲート絶縁膜１１０の一部には電気的接続のためにコネクションホールが開けられている。駆動ＴＦＴ部に本実施形態に係る活性層１１２が設けられ、その上にソース電極１１４及びドレイン電極１１６が設けられる。ドレイン電極１１６と有機ＥＬ素子の画素電極（陽極）１１８とは、連続した一体であって、同一材料・同一工程で形成される。スイッチングＴＦＴのドレイン電極と駆動ＴＦＴは、コネクション電極１２０によってコネクションホールで電気的に接続される。さらに、画素電極部の有機ＥＬ素子が形成される部分を除いて、全体が絶縁膜１２２で覆われる。画素電極部の上に、発光層を含む有機層１２４および陰極１２６が設けられ有機ＥＬ素子部が形成される。
【００６６】
そして、図３に示すような、ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置１００では、発光層で発生した光は画素電極１１８を透過し、カラーフィルター層１０６で変更されて、基板１０２を透過して外部に取り出される。
【００６７】
ここで、本発明の実施形態の有機ＥＬ表示装置１００によれば、活性層１１２に対して発光層から発生した青色光を含む光が照射されることになるが、ＴＦＴは上述の可視光短波長領域に対して光吸収が低減される非晶質酸化物半導体材料からなる活性層１１２を有するため、照射される光に対して影響を受けることなく安定に動作することができる。また、特許文献１のように、ＴＦＴに向かう光を遮光する手段を用いる必要がなくなるので作製工程数の削減及びコストの低減が期待できる。
【００６８】
４．応用
上述した有機ＥＬ表示装置１００は、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明を含む広い分野で幅広い分野で応用される。
また、上述した有機ＥＬ表示装置１００以外にも、本発明の実施形態に係る電界効果型トランジスタを用いると、透明な基板上にデバイス作製を行う際、光透過性に優れたデバイスが提供可能である。なお、光透過性に優れたデバイスとしては、例えば透明ディスプレイや電子ペーパーのような透明表示装置が挙げられる。
その他にも、本発明の実施形態に係る電界効果型トランジスタは、光センサー、Ｘ線撮像装置等に適用することも可能である。
【実施例】
【００６９】
以下に、本発明に係る非晶質酸化物半導体材料について、実施例により説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
【００７０】
−非晶質酸化物半導体材料の作製−
＜実施例１＞
本発明の実施例１に係る非晶質酸化物半導体材料として、Ｉｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝０．７:１．３:１．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜１を作製した。
【００７１】
具体的には、実施例１に係るＩＧＺＯ膜１は、ＩｎＧａＺｎＯ４,ＺｎＯ及びＧａ２Ｏ３の各ターゲットによる共スパッタ法によって２５ｍｍ角石英ガラス上に作製した。これらターゲットは、豊島製作所社製（純度９９．９９％）のものを使用した。なお、ＩｎＧａＺｎＯ４ターゲット及びＧａ２Ｏ３ターゲットを用いる場合はＲＦスパッタにより、ＺｎＯターゲットを用いる場合はＤＣスパッタにより成膜を行った。ＺｎＯターゲットを用いる場合は、一般的にＺｎＯターゲットの抵抗が高くＲＦスパッタにより成膜を行うことも多いが、ＤＣスパッタによる成膜が可能であったことや量産性の観点からＤＣスパッタを採用した。
【００７２】
＜実施例２＞
本発明の実施例２に係る非晶質酸化物半導体材料として、Ｉｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝０．５:１．５:１．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜２を作製した。なお、このＩＧＺＯ膜２は、組成比の変更以外は実施例１と同一の成膜方法を用いて作製している。
【００７３】
＜実施例３＞
本発明の実施例３に係る非晶質酸化物半導体材料として、Ｉｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝０．７:１．３:２．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜３を作製した。なお、このＩＧＺＯ膜３は、組成比の変更以外は実施例１と同一の成膜方法を用いて作製している。
【００７４】
＜実施例４＞
本発明の実施例４に係る非晶質酸化物半導体材料として、Ｉｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝０．５:１．５:２．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜４を作製した。なお、このＩＧＺＯ膜４は、組成比の変更以外は実施例１と同一の成膜方法を用いて作製している。
【００７５】
＜比較例１＞
比較例１に係る非晶質酸化物半導体材料として、Ｉｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝１．１:０．９:１．０の組成比を有する比較ＩＧＺＯ膜１を作製した。なお、この比較ＩＧＺＯ膜１は、組成比の変更以外は実施例１と同一の成膜方法を用いて作製している。
【００７６】
＜比較例２＞
比較例２に係る非晶質酸化物半導体材料として、Ｉｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝１．０:１．０:１．０の組成比を有する比較ＩＧＺＯ膜２を作製した。なお、この比較ＩＧＺＯ膜２は、組成比の変更以外は実施例１と同一の成膜方法を用いて作製している。
【００７７】
＜比較例３＞
比較例３に係る非晶質酸化物半導体材料として、Ｉｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝１．１:０．９:２．０の組成比を有する比較ＩＧＺＯ膜３を作製した。なお、この比較ＩＧＺＯ膜３は、組成比の変更以外は実施例１と同一の成膜方法を用いて作製している。
【００７８】
＜比較例４＞
比較例４に係る非晶質酸化物半導体材料として、Ｉｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝１．０:１．０:２．０の組成比を有する比較ＩＧＺＯ膜４を作製した。なお、この比較ＩＧＺＯ膜４は、組成比の変更以外は実施例１と同一の成膜方法を用いて作製している。
【００７９】
なお、実施例１〜４及び比較例１〜４に係るＩＧＺＯ膜１〜４及び比較ＩＧＺＯ膜１〜４の成膜条件は、表１に示す通りである。
【００８０】
【表１】
2011066375.tif 000003
【００８１】
−電界効果型トランジスタの作製−
＜実施例５＞
本発明の実施例５に係る電界効果型トランジスタとして、活性層がＩｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝０．７:１．３:１．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜からなるＴＦＴ１を作製した。
【００８２】
具体的には、熱酸化膜付きＳｉ基板上に上記各組成比を有するＩＧＺＯ膜（膜厚５０ｎｍ）を成膜した後、混酸系のアルミエッチング液によりパターニングを施して活性層を作製した。なお、活性層を構成するＩＧＺＯ膜の成膜方法・条件は、実施例１と同一である。但し、膜厚に関しては、実施例１にて成膜したＩＧＺＯ膜の膜厚および成膜時間を基準として、膜厚が５０ｎｍとなるように成膜時間を調整している。後述の組成比を変えた電界効果型トランジスタに関しても膜厚は５０ｎｍになるよう成膜時間を調整している。その後、ＩＴＯをソース・ドレイン電極として成膜を行うことによりＳｉ基板をゲート電極、熱酸化膜(１００ｎｍ)をゲート絶縁膜としたＴＦＴ１を作製した。
【００８３】
＜実施例６＞
本発明の実施例６に係る電界効果型トランジスタとして、活性層がＩｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝０．５:１．５:１．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜からなるＴＦＴ２を作製した。なお、このＴＦＴ２は、活性層の組成比及び成膜時間の変更以外は実施例５と同一の作製方法・条件を用いて作製している。
【００８４】
＜実施例７＞
本発明の実施例７に係る電界効果型トランジスタとして、活性層がＩｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝０．７:１．３:２．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜からなるＴＦＴ３を作製した。なお、このＴＦＴ３は、活性層の組成比及び成膜時間の変更以外は実施例５と同一の作製方法・条件を用いて作製している。
【００８５】
＜実施例８＞
本発明の実施例８に係る電界効果型トランジスタとして、活性層がＩｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝０．５:１．５:２．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜からなるＴＦＴ４を作製した。なお、このＴＦＴ４は、活性層の組成比及び成膜時間の変更以外は実施例５と同一の作製方法・条件を用いて作製している。
【００８６】
＜比較例５＞
比較例５に係る電界効果型トランジスタとして、活性層がＩｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝１．１:０．９:１．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜からなる比較ＴＦＴ１を作製した。なお、この比較ＴＦＴ１は、活性層の組成比及び成膜時間の変更以外は実施例５と同一の作製方法・条件を用いて作製している。
【００８７】
＜比較例６＞
比較例６に係る電界効果型トランジスタとして、活性層がＩｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝１．０:１．０:１．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜からなる比較ＴＦＴ２を作製した。なお、この比較ＴＦＴ２は、活性層の組成比及び成膜時間の変更以外は実施例５と同一の作製方法・条件を用いて作製している。
【００８８】
＜比較例７＞
比較例７に係る電界効果型トランジスタとして、活性層がＩｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝１．１:０．９:２．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜からなる比較ＴＦＴ３を作製した。なお、この比較ＴＦＴ３は、活性層の組成比及び成膜時間の変更以外は実施例５と同一の作製方法・条件を用いて作製している。
【００８９】
＜比較例８＞
比較例８に係る電界効果型トランジスタとして、活性層がＩｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝１．０:１．０:２．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜からなる比較ＴＦＴ４を作製した。なお、この比較ＴＦＴ４は、活性層の組成比及び成膜時間の変更以外は実施例５と同一の作製方法・条件を用いて作製している。
【００９０】
−非晶質酸化物半導体材料及び電界効果型トランジスタの熱処理−
【００９１】
＜実施例９＞
本発明の実施例９に係る非晶質酸化物半導体材料として、実施例１の非晶質酸化物半導体材料（ｂ＝１．３,ｃ＝１．０）に熱処理を施し、ＩＧＺＯ膜５を作製した。
非晶質酸化物半導体材料の熱処理は、酸素雰囲気制御炉（富士フイルム株式会社特注炉）に非晶質酸化物半導体材料を設置後、流量２００ｓｃｃｍで酸素置換した後行った。熱処理条件は、昇温レートを８．３℃／ｍｉｎとして室温から１８０℃まで昇温し、１８０℃を１時間保持した後自然冷却し、熱処理開始から非晶質酸化物半導体材料の取り出しまで、上記の酸素は流し続けることとした。
【００９２】
＜実施例１０＞
本発明の実施例１０に係る非晶質酸化物半導体材料として、実施例２の非晶質酸化物半導体材料（ｂ＝１．５,ｃ＝１．０）に熱処理を施し、ＩＧＺＯ膜６を作製した。
非晶質酸化物半導体材料の熱処理の方法及び条件は、実施例９の方法及び条件と同一である。
【００９３】
＜比較例９＞
比較例９に係る非晶質酸化物半導体材料として、比較例１の非晶質酸化物半導体材料（ｂ＝０．９,ｃ＝１．０）に熱処理を施し、比較ＩＧＺＯ膜５を作製した。
非晶質酸化物半導体材料の熱処理の方法及び条件は、実施例５の方法及び条件と同一である。
【００９４】
＜比較例１０＞
比較例１０に係る非晶質酸化物半導体材料として、比較例２の非晶質酸化物半導体材料（ｂ＝１．０,ｃ＝１．０）に熱処理を施し、比較ＩＧＺＯ膜６を作製した。
非晶質酸化物半導体材料の熱処理の方法及び条件は、実施例５の方法及び条件と同一である。
【００９５】
＜実施例１１＞
本発明の実施例１１に係る電界効果型トランジスタとして、実施例５の電界効果型トランジスタ（活性層の組成ｂ＝１．３,ｃ＝１．０）に熱処理を施し、ＴＦＴ５を作製した。
電界効果型トランジスタの熱処理は、卓上マッフル炉（デンケン社製ＫＤＦ−７５）に電界効果型トランジスタを設置後、流量２００ｓｃｃｍで酸素置換した後行った。熱処理条件は、昇温レートを８．３℃／ｍｉｎとして室温から１８０℃まで昇温し、１８０℃を１時間保持した後自然冷却し、熱処理開始から電界効果型トランジスタの取り出しまで、上記の酸素は流し続けることとした。
【００９６】
＜比較例１１＞
比較例１１に係る電界効果型トランジスタとして、比較例５の電界効果型トランジスタ（活性層の組成ｂ＝０．９,ｃ＝１．０）に熱処理を施し、比較ＴＦＴ５を作製した。
電界効果型トランジスタの熱処理の方法及び条件は、実施例１１の方法及び条件と同一である。
【００９７】
−薄膜評価−
実施例１〜４及び比較例１〜４に係るＩＧＺＯ膜１〜４及び比較ＩＧＺＯ膜１〜４に対して、それぞれＸ線回折測定、組成比、膜厚、光学特性、電気特性の各評価を行った。各評価結果を、表２に示す。以下、各評価について、それぞれ詳述する。
【００９８】
【表２】
2011066375.tif 000004
【００９９】
（Ｘ線回折測定）
作製した全てのＩＧＺＯ膜の回折強度は、測定装置Ｒｉｎｔ−ＵｌｔｉｍａＩＩＩ（リガク社製）を用い、周知のＸ線回折法により測定を行った。表２に示すように、測定の結果、全てのＩＧＺＯ膜は非晶質であることが確認できた。
【０１００】
（組成比の評価）
作製した全てのＩＧＺＯ膜の組成比は、蛍光Ｘ線分析（装置：パナリティカル社製ＡＸＩＯＳ型）により決定した。具体的には、まずＩＣＰにより各Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎ元素の元素濃度が決定された標準試料の蛍光Ｘ線強度を測定する。次に標準試料の各元素濃度と蛍光Ｘ線強度との間に検量線を作製する。最後に未知試料の蛍光Ｘ線分析を行い、作製した検量線を用いて組成比を決定した。
表２に示すように、組成比を決定した結果、ＩＧＺＯ膜１〜４及び比較ＩＧＺＯ膜１〜４は、それぞれ上述に示した組成比となることが確認できた。
【０１０１】
図４は、ＩＧＺＯ膜１〜４及び比較ＩＧＺＯ膜１〜４の組成比の分析結果を相図内にまとめて示した図である。
図中の範囲Ａは、本発明の実施例に係るＩＧＺＯ膜の組成範囲であり、範囲Ｂは、実施例のＩＧＺＯ膜のうち好ましい組成範囲である。一方、範囲Ｃは、特許文献３に記載されているＩＧＺＯ膜の組成範囲であり、範囲Ｄは、特許文献４に記載されているＩＧＺＯ膜の組成範囲である。また、範囲Ｅは、特許文献５に記載されているＩＧＺＯ膜の組成範囲である。さらに、範囲Ｆは、特許文献６に記載されているＩＧＺＯ膜の組成範囲である。
【０１０２】
図４に示すように、実施例１〜４に係るＩＧＺＯ膜１〜４の組成比は、相図内の範囲Ａに含まれている。また、実施例１〜４に係るＩＧＺＯ膜１〜４の組成比は、相図内の好ましい範囲である範囲Ｂにも含まれている。特に、実施例２〜４に係るＩＧＺＯ膜２〜４の組成比は、範囲Ｆには含まれない。すなわち、ａ＋ｂ＝２、かつ１．３≦ｂ≦１．５、かつｃ＞−５ｂ＋８、かつ１≦ｃ≦２の範囲にある。
一方、比較例１〜４に係る比較ＩＧＺＯ膜１〜４の組成比は、相図内の範囲Ａ及びＢには含まれず、相図内の範囲Ｃ、Ｄ又はＦに含まれている。
【０１０３】
（膜厚評価）
作製した全てのＩＧＺＯ膜の膜厚は、組成比の決定と同様、蛍光Ｘ線分析により決定した。表２に示すように、膜厚を決定した結果、全ての膜が約１００ｎｍであることが確認できた。
【０１０４】
（光学特性）
全てのＩＧＺＯ膜の光学バンドギャップは、下記の参考文献１、２等を参考に、(αｈν)2vs ｈνによるＴａｕｃ  Ｐｌｏｔを外挿して算出した。このＴａｕｃ  Ｐｌｏｔを作成するため、分光光度計（日立社製 U3310、U4000）を用いて透過・反射測定を行った。
参考文献１：Journal of Non-Crystalline Solids, 8-10 (1972) 569頁〜585頁
参考文献２：Journal of Applied Physics, 102, 113525 (2007) 1頁〜8頁
【０１０５】
各ＩＧＺＯ膜の光学バンドギャップの算出結果を、横軸：Ｇａの組成比（ｂ値）、縦軸：光学バンドギャップとしてプロットしたグラフを、図５に示す。
【０１０６】
図５及び表２に示すように、ＩＧＺＯ膜のＧａの組成比ｂが増加するにつれて、光学バンドギャップが拡大していることが確認できた。また、非晶質であるＩＧＺＯ膜は結晶質のＩＧＺＯ膜（不図示）より広い範囲で光学バンドギャップが拡大可能であることが確認できた。これは、非晶質相は結晶相と異なり固溶という概念が無く、事実上無限にＧａ濃度を増やすことが可能であるからである。
【０１０７】
（電気特性）
作製した全てのＩＧＺＯ膜の電気伝導度は、抵抗率計（三菱化学社 ハイレスタ MCP−HT450）によりシート抵抗を決定して算出した。
【０１０８】
図６に、算出したＩＧＺＯ膜の電気伝導度σとＧａの組成比ｂとの関係を示す。
図６及び表２に示すように、Ｇａの組成比ｂが増加するにつれて、電気伝導度σが減少することが確認できた。
【０１０９】
ここで、非特許文献２や下記参考文献３、４におけるトランジスタＶｇ−Ｉｄ特性を参考にすると、トランジスタの活性層として有効な比抵抗の範囲は、１０２≦ρ≦１０９ (Ω・ｃｍ)となる。すなわちトランジスタの活性層として有効な電気伝導度σは、１０−９≦σ≦１０−２(Ｓ／ｃｍ)となる。
そして、作製した全てのＩＧＺＯ膜の電気伝導度は、上述した１０−９≦σ≦１０−２(Ｓ／ｃｍ)の範囲内である。
参考文献３：Thin Solid Films, 516 (2008) 1516.
参考文献４：Appl. Phys. Lett90 212114 (2007)
【０１１０】
−光照射前のＴＦＴ特性−
実施例５〜８及び比較例５〜８に係るＴＦＴ１〜４及び比較ＴＦＴ１〜４に関して、光照射前のＴＦＴ特性（Ｖｇ−Ｉｄ特性、移動度μ、閾値電圧Ｖｔｈ）を評価した。ＴＦＴ特性の評価は、乾燥大気を２０分以上流した後、暗所・乾燥大気雰囲気下にて行った。なお、Ｖｇ−Ｉｄ特性は、Ｖｄ＝１０Ｖ時に評価している。
【０１１１】
表３に、ＴＦＴ１〜４及び比較ＴＦＴ１〜４におけるＴＦＴ特性の評価結果を示す。
【０１１２】
【表３】
2011066375.tif 000005
【０１１３】
また、図７〜図１２に、ＴＦＴ１〜４及び比較ＴＦＴ２、４におけるＴＦＴ特性を示す。
【０１１４】
図７は、ｃ値をｃ＝１とした時に、ｂ値を変更させた時の各ＴＦＴのＶｇ−Ｉｄ特性を示した図である。図８は、ｃ値をｃ＝２とした時に、ｂ値を変更させた時の各ＴＦＴのＶｇ−Ｉｄ特性を示した図である。
図７、図８及び表３に示すように、Ｚｎの組成比ｃがｃ＝１、ｃ＝２のいずれの場合においても、Ｇａの組成比ｂが増加するにつれて、Ｖｇ−Ｉｄ特性のグラフはプラス側にシフトしていることが確認できた。
【０１１５】
また、図９は、ｃ値をｃ＝１とした時に、ｂ値を変更させた時の各ＴＦＴの移動度μを示した図である。図１０は、ｃ値をｃ＝２とした時に、ｂ値を変更させた時の各ＴＦＴの移動度μを示した図である。
図９、図１０及び表３に示すように、Ｚｎの組成比ｃがｃ＝１、ｃ＝２のいずれの場合においても、Ｇａの組成比ｂが増加するにつれて、移動度μは減少することが確認できた。
【０１１６】
さらに、図１１は、ｃ値をｃ＝１とした時に、ｂ値を変更させた時の各ＴＦＴの閾値電圧Ｖｔｈを示した図である。図１２は、ｃ値をｃ＝２とした時に、ｂ値を変更させた時の各ＴＦＴの閾値電圧Ｖｔｈを示した図である。
図１１、図１２及び表３に示すように、Ｚｎの組成比ｃがｃ＝１、ｃ＝２のいずれの場合においても、Ｇａの組成比ｂが増加するにつれて、閾値電圧Ｖｔｈは増加することが確認できた。
【０１１７】
−光照射時のＴＦＴ特性−
実施例５〜８及び比較例５、７に係るＴＦＴ１〜４及び比較ＴＦＴ１、３に関して、モノクロ光照射時のＴＦＴ特性を測定した。ＴＦＴ特性測定の概略を図１３に示す。
【０１１８】
具体的には、図１３に示すように、プローブステージ台２００に各ＴＦＴを置き、乾燥大気を２時間以上流した後、当該乾燥大気雰囲気下にてＴＦＴ特性（Ｖｇ−Ｉｄ特性、Ｖｇ−Ｉｇ特性、移動度μ、閾値Ｖｔｈ）を測定した。モノクロ光照射ＴＦＴ特性の測定条件は、Ｖｄｓ＝１０Ｖ、モノクロ光源の照射強度を１０μＷ／ｃｍ２、波長λの範囲を３８０〜７００ｍとした。なお、以下で特に言及している場合を除き、全ての測定は、モノクロ光を１０分照射した時に行っている。
【０１１９】
（移動度）
ＴＦＴ１〜４及び比較ＴＦＴ１、３の活性層に対して、モノクロ光の波長を４２０ｎｍ付近で変化させて照射した。この時の移動度変化（μ／μ０）を測定した結果を表４に示す。また、この測定結果を、横軸：波長（ｎｍ）、縦軸：移動度変化（μ／μ０）としてプロットしたグラフを図１４に示す。
なお、μは波長を変化させてモノクロ光を照射した時の各ＴＦＴ（活性層）の移動度であり、μ０は６００μｍの波長を有したモノクロ光を照射した時の各ＴＦＴ（活性層）の移動度である。
【０１２０】
【表４】
2011066375.tif 000006
【０１２１】
表４及び図１４に示す結果から、モノクロ光の波長が４２０ｎｍ付近では、Ｇａの組成比ｂが増加するにつれて、移動度変化は低減していることが確認できた。また、モノクロ光の波長が４２０ｎｍ付近において、ＴＦＴ１〜３の移動度変化はほとんど見られないことが分かった。
【０１２２】
（閾値電圧の経時変化）
ＴＦＴ１〜４及び比較ＴＦＴ１、３の活性層に対して、波長が４２０ｎｍのモノクロ光を、光照射時間を変えて照射した。この時の閾値電圧の経時変化ΔＶｔｈを測定した結果を表５に示す。また、この測定結果を、横軸：光照射時間（ｍｉｎ）、縦軸：閾値電圧の経時変化（ΔＶｔｈ）としてプロットしたグラフを図１５に示す。なお、ΔＶｔｈは、光照射前の閾値電圧Ｖｔｈを基準（ゼロ）として測定したものである。
【０１２３】
【表５】
2011066375.tif 000007
【０１２４】
表５及び図１５に示す結果から、実施例５に係るＴＦＴ１及び実施例８に係るＴＦＴ４は、光照射時間が１０分を経過しても、△Ｖｔｈ（Ｖ）の変化がほとんどなかった。
【０１２５】
（閾値電圧の変化）
ＴＦＴ１〜４及び比較ＴＦＴ１、３の活性層に対して、モノクロ光の波長を変化させて照射した。この時の閾値電圧Ｖｔｈを測定した結果を表６に示す。また、この測定結果を、横軸：波長（ｎｍ）、縦軸：閾値電圧（Ｖｔｈ）としてプロットしたグラフを図１６に示す。なお、図１６では、Ｚｎの組成比ｃがｃ＝２の時における閾値電圧の測定結果は省略している。
【０１２６】
【表６】
2011066375.tif 000008
【０１２７】
（Ｖｇ−Ｉｄ特性）
ＴＦＴ１〜４及び比較ＴＦＴ１、３の活性層に対して、モノクロ光の波長を変化させて照射した。この時のＶｇ−Ｉｄ特性をそれぞれ測定した結果を図１７〜図２２に示す。
【０１２８】
また、図１７〜図２２に示す結果に基づき、Ｖｇ＝−５Ｖの時の電流値をオフ電流（Ｉoff）と定義して、ＴＦＴ１〜４及び比較ＴＦＴ１、３の波長毎のオフ電流を求めた。求めたオフ電流を、表７に示す。
【０１２９】
【表７】
2011066375.tif 000009
【０１３０】
以上の全ての結果から、以下の結論を得た。
【０１３１】
比較例５に係る比較ＴＦＴ１（ｂ＝０．９，ｃ＝１）では、波長４６０ｎｍ以上のモノクロ光を照射しても、オフ電流にほとんど変化は見られず、活性層は波長４６０ｎｍ以上の可視光では影響を受けていないことが言える（図１７、表７参照）。しかし、波長４４０ｎｍ以下のモノクロ光によりオフ電流が増加し始めていることが確認できる。例えば、有機ＥＬ駆動用のＴＦＴとして用いる場合、有機ＥＬの青色光の発光ピークの裾がおよそ４２０ｎｍであることを考えると、活性層がｂ＝０．９，ｃ＝１のＩＧＺＯ膜では青色光によりＴＦＴ特性に変化が生じるので、適していないといえる。
【０１３２】
同様に、比較例７に係る比較ＴＦＴ３（ｂ＝０．９，ｃ＝２）では、波長４６０ｎｍ以下のモノクロ光を照射すると、オフ電流の増加が確認できる（図２０、表７参照）。移動度、ΔＶｔｈに関しても共に大きく変化が見られることから（図１４、図１５参照）、有機ＥＬ駆動用のＴＦＴには適していないといえる。
【０１３３】
一方、実施例５に係るＴＦＴ１（ｂ＝１．３，ｃ＝１）では、波長４２０ｎｍ以上のモノクロ光を照射した場合においても、オフ電流に変化は見られない（図１８、表７参照）。また、光照射時の移動度、Ｖｔｈに関しても波長４２０ｎｍ以上の光で変化はしていない（図１４、図１６参照）。したがって、４２０ｎｍ以上の波長の光に対して影響を受けない結果が得られたので、有機ＥＬ駆動用のＴＦＴとして十分な光応答特性を示しているといえる。
【０１３４】
また、実施例６に係るＴＦＴ２（ｂ＝１．５，ｃ＝１）では、波長３８０ｎｍ、４００ｎｍといった短波長のモノクロ光を照射した場合においてもオフ電流に変化は見られない（図１９、表７参照）。移動度に関しては、波長３８０ｎｍのモノクロ光を照射した場合においても移動度の低下は５％であり、可視光全域において移動度に影響は見られない。したがって、有機ＥＬ駆動用のＴＦＴとして十分な光応答特性を示しているといえる。
【０１３５】
さらに、実施例７に係るＴＦＴ３（ｂ＝１．３，ｃ＝２）では、波長４００ｎｍ以下のモノクロ光を照射した場合、オフ電流の増加が顕著である。波長４２０ｎｍのモノクロ光を照射した場合に関しても、オフ電流がわずかに増加しているが、オン領域ではＩｄシフトは見られず、移動度や閾値にもほとんど変化は見られない（図２１、表７参照）。したがって、有機ＥＬ駆動用のＴＦＴとして十分な光応答特性を示しているといえる。
【０１３６】
さらにまた、実施例８に係るＴＦＴ４（ｂ＝１．５，ｃ＝２）では、波長３８０ｎｍのモノクロ光を照射した場合、ＴＦＴ特性がマイナスシフトし、オフ電流が増加している。しかし、波長４００ｎｍ、４２０ｎｍといった短波長のモノクロ光を照射した場合においてもオフ電流に変化は見られない（図２２、表７参照）。波長４２０ｎｍのモノクロ光を照射した場合、移動度に低下が見られ始めるが（図１４参照）、Ｖｔｈやオフ電流には変化がほとんど見られないことから（表６、７参照）、有機ＥＬに使用可能であると考えられる。
【０１３７】
また、Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを含有する（Ｉｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝ａ:ｂ：ｃ， ａ＋ｂ＝２）非晶質酸化物半導体材料において、ｃ＝１，ｃ＝２ともにＧａ組成比の増加に伴い光吸収が短波長側へシフトし、バンドギャップ値が増加する傾向が見られた（図５参照）。モノクロ光照射時におけるＴＦＴ特性を測定した結果、Ｇａの組成比ｂを増加させてバンドギャップを拡大すること等により、ＴＦＴの光照射特性が改善して、光安定性の高いＴＦＴの実現が可能であるという結果が得られた。特に、図１４〜図２２に示す結果から、活性層がｂ＝１．３，ｃ＝１の組成比を有するＴＦＴ１においては、可視光短波長領域に対して最も安定なＴＦＴ特性を示しているため、ｂ＝１．３，ｃ＝１付近の組成範囲が好ましい範囲であると言える。
【０１３８】
−熱処理後の各種評価−
（薄膜評価）
実施例９、１０及び比較例９、１０に係る熱処理後のＩＧＺＯ膜５、６及び比較ＩＧＺＯ膜５、６に対して、それぞれＸ線回折測定、組成比、光学特性、電気特性の各評価を行った。各種評価の方法は、上述した方法と同一である。各評価結果を、表８に示す。なお、熱処理前後の評価の比較を容易にするために、表８には、表２で既に示した熱処理前の各ＩＧＺＯ膜の評価も掲載している。
【０１３９】
【表８】
2011066375.tif 000010
【０１４０】
Ｘ線回折測定の結果、表８に示すように、熱処理後の各ＩＧＺＯ膜の構造は、全て非晶質と考えられるブロードなパターンを示した。
熱処理後の各ＩＧＺＯ膜の光学バンドギャップに関しても、若干ではあるが増加する傾向にあり、熱処理前のＩＧＺＯ膜１，２及び比較ＩＧＺＯ膜１、２に比べて低下することが無いことを確認した。
電気特性に関しては、熱処理前後で変化が顕著であった。
【０１４１】
（ＴＦＴ特性）
次に、実施例１１及び比較例１１に係る熱処理後のＴＦＴ５及び比較ＴＦＴ５に関して、ＴＦＴ特性（Ｖｇ−Ｉｄ特性、Ｖｏｎ、閾値電圧Ｖｔｈ、移動度μ、Ｓ値）を評価した。ＴＦＴ特性の評価は、乾燥大気を２０分以上流した後、暗所・乾燥大気雰囲気下にて行った。なお、Ｖｇ−Ｉｄ特性は、Ｖｄ＝１０Ｖ時に評価している。また、Ｖｏｎは、実施例１１に関しては、Ｉｄ＝１×１０−１１Ａが得られた時の電圧値（Ｖｇ）であり、比較例１１に関しては、Ｉｄ=１×１０−１０Ａが得られた時のＶｇ値としている。
【０１４２】
表９に、ＴＦＴ５及び比較ＴＦＴ５におけるＴＦＴ特性の評価結果を示す。なお、熱処理前後の評価の比較を容易にするために、表９には、表３で既に示した熱処理前の各ＴＦＴの評価も掲載している。
【０１４３】
【表９】
2011066375.tif 000011
【０１４４】
また、図２３に、組成比がａ＝０．７、ｂ＝１．３、ｃ＝１．０であるＩＧＺＯ膜を活性層に有したＴＦＴの熱処理前後（ＴＦＴ１、ＴＦＴ５）でのＶｇ−Ｉｄ特性の測定結果を示す。なお、この際活性層へは光照射していない。
【０１４５】
表９、図２３に示す結果から、熱処理後のＴＦＴ５は、熱処理前のＴＦＴ１に比べて、Ｖｇ−Ｉｄ特性が大きくマイナスシフトしていることが分かった。またＴＦＴ５は、ＴＦＴ１に比べて、オフ電流がほぼ同じ値を示し、オン電流が増加している。さらに立ち上がり電圧Ｖｏｎ及び、Ｓ値は熱処理により向上していることも確認できた。
【符号の説明】
【０１４６】
１０、３０  ＴＦＴ（電界効果型トランジスタ）
１８、３４、１１２  活性層
１００  表示装置
１０２  基板
【図１】
2011066375.tif 000012
【図２】
2011066375.tif 000013
【図３】
2011066375.tif 000014
【図４】
2011066375.tif 000015
【図５】
2011066375.tif 000016
【図６】
2011066375.tif 000017
【図７】
2011066375.tif 000018
【図８】
2011066375.tif 000019
【図９】
2011066375.tif 000020
【図１０】
2011066375.tif 000021
【図１１】
2011066375.tif 000022
【図１２】
2011066375.tif 000023
【図１３】
2011066375.tif 000024
【図１４】
2011066375.tif 000025
【図１５】
2011066375.tif 000026
【図１６】
2011066375.tif 000027
【図１７】
2011066375.tif 000028
【図１８】
2011066375.tif 000029
【図１９】
2011066375.tif 000030
【図２０】
2011066375.tif 000031
【図２１】
2011066375.tif 000032
【図２２】
2011066375.tif 000033
【図２３】
2011066375.tif 000034
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月20日(2010.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
特許文献６では、Ｉｎ元素及びＺｎ元素及び元素Ｘ（元素Ｘの候補の一つにＧａ元素が含まれる）を含有し、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）＝０．２００〜０．６００かつＺｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）＝０．２００〜０．８００を満たすアモルファス酸化物半導体を活性層に持つ電界効果型トランジスタが報告されている。実施例にてＧａ濃度を変化させたＩＧＺＯを活性層に有するＴＦＴの電気特性が示されているが、光学特性に関するデータ、Ｇａ−ｒｉｃｈ領域における光安定性を示唆する結果はない。そして、光安定性の良いＧａ−ｒｉｃｈ領域も含めて組成範囲を請求しているが、明細書によると、半導体相を遮光する構造をとる必要があることから、光学特性は良くないと考えられる。活性層の膜厚が１ｎｍ以上１５ｎｍ以下と非常に薄い点でも本発明と異なっている。
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
＜１＞Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを含有する非晶質の酸化物半導体からなり、前記酸化物半導体の元素組成比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、かつ１．３≦ｂ＜２、かつｃ＞−５ｂ＋８、かつ１≦ｃ≦２の範囲（ただし、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１／３：５／３：４／３を除く）で規定される非晶質酸化物半導体材料。
＜２＞前記元素組成比がさらに、ｂ≦１．５の範囲で規定される＜１＞に記載の非晶質酸化物半導体材料。
＜３＞光学バンドギャップが３．７９ｅＶ以上である＜１＞又は＜２＞に記載の非晶質酸化物半導体材料。
＜４＞＜１＞〜＜３＞の何れか１つに記載の非晶質酸化物半導体材料からなり、電気伝導度σが１０−９≦σ≦１０−２（Ｓ／ｃｍ）である活性層を有した電界効果型トランジスタ。
＜５＞＜４＞に記載の電界効果型トランジスタを備えた表示装置。
＜６＞基板と、前記基板上に配置され、ボトムゲート構造を有する＜４＞に記載の電界効果型トランジスタと、前記基板上で、前記電界効果型トランジスタに電気的に接続されている有機電界発光素子と、を備え、前記有機電界発光素子から発せられる光が、前記基板側から取り出されるボトムエミッション型の表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
＜構成＞
本発明の実施形態に係る非晶質酸化物半導体材料の構成は以下の通りである。
非晶質酸化物半導体材料は、Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを含有する非晶質の酸化物半導体からなり、前記酸化物半導体の元素組成比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、かつ１．３≦ｂ＜２、かつｃ＞−５ｂ＋８、かつ１≦ｃ≦２の範囲で規定される。
このような組成であると、波長が４００〜４２０ｎｍの可視光短波長領域にある光に対して、光吸収が低減される。
酸化物半導体の元素組成比は、光吸収がより低減されるという理由から、さらにｂ≦１．５の範囲で規定されることがより好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
また、ａ＋ｂ＝２、かつ１．３≦ｂ、かつｃ＜−５ｂ＋８、かつ１≦ｃの範囲で規定される非晶質酸化物半導体材料に関しても、光学バンドギャップが３．７ｅＶ以上、より好ましくは３．７９ｅＶ以上と十分広いことで、波長４００ｎｍ〜４２０ｎｍの可視光短波長領域にある光に対して、光吸収を低減することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
図４に示すように、実施例１〜４に係るＩＧＺＯ膜１〜４の組成比は、相図内の範囲Ａに含まれている。また、実施例２〜４に係るＩＧＺＯ膜２〜４の組成比は、相図内の好ましい範囲である範囲Ｂにも含まれている。特に、範囲Ｂ内の実施例２〜４に係るＩＧＺＯ膜２〜４の組成比は、範囲Ｆには含まれない。すなわち、ａ＋ｂ＝２、かつ１．３≦ｂ≦１．５、かつｃ＞−５ｂ＋８、かつ１≦ｃ≦２の範囲にある。
一方、比較例１〜４に係る比較ＩＧＺＯ膜１〜４の組成比は、相図内の範囲Ａ及びＢには含まれず、相図内の範囲Ｃ、Ｄ又はＦに含まれている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを含有する非晶質の酸化物半導体からなり、
前記酸化物半導体の元素組成比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、かつ１．３≦ｂ＜２、かつｃ＞−５ｂ＋８、かつ１≦ｃ≦２の範囲（ただし、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１／３：５／３：４／３を除く）で規定される非晶質酸化物半導体材料。
【請求項２】
前記元素組成比がさらに、ｂ≦１．５の範囲で規定される請求項１に記載の非晶質酸化物半導体材料。
【請求項３】
光学バンドギャップが３．７９ｅＶ以上である請求項１又は請求項２に記載の非晶質酸化物半導体材料。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の非晶質酸化物半導体材料からなり、電気伝導度σが１０−９≦σ≦１０−２（Ｓ／ｃｍ）である活性層を有した電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
請求項４に記載の電界効果型トランジスタを備えた表示装置。
【請求項６】
基板と、
前記基板上に配置され、ボトムゲート構造を有する請求項４に記載の電界効果型トランジスタと、
前記基板上で、前記電界効果型トランジスタに電気的に接続されている有機電界発光素子と、
を備え、前記有機電界発光素子から発せられる光が、前記基板側から取り出されるボトムエミッション型の表示装置。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2011066375.tif 000035