(57)【要約】【課題】熱にも可視光にも強いZnO系ダイオードを提供する。【解決手段】本発明によるZnO系ダイオードでは活性層が第１電極と第２電極との間に挟まれている。第１電極と第２電極とが活性層の上に設置されていても良い。活性層はMxIn1-xZnOを含む。ここで、Mは３族元素を表し、xはその成分比を表す。第１電極は活性層より仕事関数が小さく、第２電極は活性層より仕事関数が大きい。活性層に含まれる３族元素Mは好ましくは、Ga、Al、Tiのいずれかである。活性層に含まれる３族元素Mの成分比xは好ましくは0.2〜0.8である。第１電極は好ましくは、Ti、Al、Ca、Liの少なくともいずれかを含む。第２電極は好ましくは、Pt、Mo、W、Irの少なくともいずれかを含む。【選択図】図３
2008153656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
MxIn1-xZnO（Mは３族元素を表し、xは成分比を表す）を含む活性層、
前記活性層に接触している、前記活性層より仕事関数の小さい第１電極、及び、
前記第１電極から離れた位置で前記活性層に接触している、前記活性層より仕事関数の大きい第２電極、
を有するZnO系ダイオード。
【請求項２】
前記活性層が前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれている、請求項１に記載のZnO系ダイオード。
【請求項３】
前記第１電極と前記第２電極とが前記活性層の上に設置されている、請求項１に記載のZnO系ダイオード。
【請求項４】
前記活性層に含まれる３族元素Mは、Ga、Al、Tiのいずれかである、請求項１に記載のZnO系ダイオード。
【請求項５】
前記活性層に含まれる３族元素Mの成分比xは0.2〜0.8である、請求項１に記載のZnO系ダイオード。
【請求項６】
前記第１電極は、Ti、Al、Ca、Liの少なくともいずれかを含む、請求項１に記載のZnO系ダイオード。
【請求項７】
前記第２電極は、Pt、Mo、W、Irの少なくともいずれかを含む、請求項１に記載のZnO系ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイオードに関し、特にZnO系の活性層を含むダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ダイオードは整流作用を持ち、様々な分野で利用されている。特にスイッチングダイオードはスイッチング特性に優れ、すなわちその動作が速いので、トランジスタの代わりにメモリ素子として利用されている。近年開発されているメモリデバイスでは各ユニットセルに、ZnO系の活性層、特に酸化インジウム亜鉛（InZnO）を含む活性層を持つダイオードと抵抗体とが一つずつ組み込まれている。InZnOは透明な導電体であり、フラットパネルディスプレイを始め、様々な電子機器に広く利用されている。従って、メモリ素子用ダイオードへのInZnOの応用は透明なメモリ素子を実現可能にし、例えば表示パネルへのＶＲＡＭの集積化を容易にする等、InZnOを利用する様々な電子機器に新たな効果を与えるものとして注目されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
トランジスタがInZnOをソース電極とドレイン電極との間のチャンネル層として含む場合、そのトランジスタは一般に高熱や可視光に弱いことが知られている。例えば図１に示されているように、環境温度が室温から150℃程度までであるときはそのトランジスタは良好なスイッチング特性を維持しているが、環境温度が200℃以上に達すると、そのスイッチング作用を失う。これは主に、150℃を超える高温環境下ではInZnOの構造が不安定であることによる。また、図２に示されているように、そのトランジスタは可視光を受けたときもスイッチング作用を失う。これは主に、InZnOの構造が可視光によって容易に変化することによる。このようにInZnOは熱にも可視光にも弱いので、それを活性層として含むスイッチング素子を環境の変化に対して更に強くすることは困難である。
本発明の目的は、熱にも可視光にも強いZnO系ダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によるZnO系ダイオードは、第１電極、第２電極、及び活性層を有する。第１電極と第２電極とは互いに分離され、異なる位置で活性層に接触している。ここで、活性層が第１電極と第２電極との間に挟まれていても、第１電極と第２電極とが活性層の上に設置されていても良い。活性層はMxIn1-xZnOを含む。ここで、Mは３族元素を表し、xはその成分比を表す。第１電極は活性層より仕事関数が小さく、第２電極は活性層より仕事関数が大きい。好ましくは、活性層に含まれる３族元素Mは、Ga、Al、Tiのいずれかである。また、活性層に含まれる３族元素Mの成分比xは好ましくは0.2〜0.8である。第１電極は好ましくは、Ti、Al、Ca、Liの少なくともいずれかを含む。一方、第２電極は好ましくは、Pt、Mo、W、Irの少なくともいずれかを含む。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によるZnO系ダイオードでは、活性層に含まれるInZnOが３族元素を含むので、その構造が熱にも可視光にも強い。それにより、このダイオードは従来のダイオードより環境の変化に対する特性の安定性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、添付された図面を参照しながら、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
図３に、本発明の第１実施形態によるダイオード100の断面図を示す。図３に示されているように、このダイオード100では、下部電極110の上に活性層120が形成され、その活性層120の上に上部電極130が形成されている。すなわち、活性層120が下部電極110と上部電極130との間に挟まれている。
【０００７】
活性層120は好ましくはGaxIn1-xZnO（0.2≦x≦0.8）を含む。ここで、GaはInに比べ、酸素との化学結合力が強いことが知られている。従って、GaxIn1-xZnOはInZnOより、環境の変化に対する構造の安定性が高い。好ましくは、Gaの成分比x、すなわち、Gaの原子数NGaとInの原子数NInとの和に対するGaの原子数NGaの比NGa／（NGa＋NIn）は20〜80％である。Gaの成分比xが80％以下であれば、活性層120には十分に多量のキャリアが確保される。一方、Gaの成分比xが20％以上であれば、活性層120の構造が高熱に対しても十分に安定化される。尚、活性層120はGaに代え、酸化熱が高い他の３族元素、例えばAl又はTiを含んでいても良い。活性層120は好ましくは、ＲＦスパッタリング法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、又はイオンビーム蒸着法で形成される。活性層120の厚さは好ましくは約1000Åである。
【０００８】
下部電極110は好ましくは、活性層120より仕事関数が大きい物質、更に好ましくは、Pt、Mo、W、又はIrの少なくともいずれかを含む。一方、上部電極130は好ましくは、活性層120より仕事関数が小さい物質、更に好ましくは、Ti、Al、Ca、又はLiの少なくともいずれかを含む。下部電極110は好ましくは電気伝導度の高い金属、更に好ましくはPtの十分に薄い膜から成り、その光透過率が高い。一方、上部電極130は好ましくは耐食性の高い金属、更に好ましくはTiの十分に小さい膜から成り、活性層120の全体の面積に占める上部電極130の面積の割合が十分に低い。こうして、ダイオード100は十分に透明に製造可能である。
【０００９】
図３に示されているように、上部電極130の上面は好ましくは保護層140で覆われている。保護層140は好ましくは、Pt、Ru、Au、又はWで形成され、上部電極130の酸化を防止している。
【００１０】
上記の構造から明らかなとおり、ダイオード100はショットキーバリアダイオードである。すなわち、下部電極110の電圧より上部電極130の電圧を高くしたときは電流が上部電極130から活性層120を通して下部電極130に流れる。逆に下部電極110の電圧を上部電極130の電圧より高くしたときは下部電極110と上部電極130との間には電流が流れない。
【００１１】
図４は、本発明の第１実施形態によるダイオード100の電流I−電圧V特性を示すグラフである。ここで、活性層120の直径は100μmであり、厚さは1000Åであり、GaとInとの間の成分比が1：1である。図４に示されているように、環境温度が300℃である時にもダイオード100は良好な整流特性を維持している。具体的には、順方向電圧が印加された時に流れる電流量が、逆方向電圧が印加された時に流れる電流量より約３桁多い。ダイオード100の整流作用がこのように高温でも安定しているのは、活性層120の中でGa原子と酸素原子との間に強い結合力が作用していることによると考えられる。この強い結合力はまた、活性層120の可視光に対する耐性も強化している。実際、活性層120をトランジスタのチャンネル層に適用したとき、そのトランジスタの特性は可視光の有無に関わらず、良好に維持されていた。
【００１２】
このように、本発明の第１実施形態によるダイオード100は熱にも可視光にも強く、整流作用を十分に安定に維持できる。従って、本発明の第１実施形態によるダイオード100は、メモリ素子用のスイッチング素子に適している。
【００１３】
活性層120に接触する二つの電極の配置は、図３に示されている配置の他にも多様に変更可能である。図５は、本発明の第２実施形態によるダイオード200の断面図である。図５に示されているように、このダイオード200では、活性層220の上に第１電極210と第２電極230とが所定の距離を隔てて形成されている。活性層220は図３に示されている活性層120と同様に、GaxIn1-xZnO（0.2≦x≦0.8）を含む。尚、Gaに代え、酸化熱の高い他の３族元素、例えばAl又はTiが含まれていても良い。第１電極210は好ましくは活性層220より仕事関数が大きい物質、更に好ましくは、Pt、Mo、W、又はIrの少なくともいずれかを含む。第２電極230は好ましくは活性層220より仕事関数が小さい物質、更に好ましくは、Ti、Al、Ca、又はLiの少なくともいずれかを含む。第２電極230の上には好ましくは保護層240が形成されている。保護層240は好ましくはPtで形成され、第２電極230の酸化を防止している。このダイオード200も第１実施形態によるダイオード100と同様、熱にも可視光にも強く、整流作用を十分に安定に維持できる。更に、活性層220の全体の面積に対して両方の電極210、230の占める面積の割合を十分に低くできるので、ダイオード200は十分に透明に製造可能である。
【００１４】
以上、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明した。しかし、それらの実施形態は例示的なものに過ぎない。実際、当業者であれば、それらの多様な変形及びそれらに均等な他の実施形態を想到可能であろう。それらの変形や均等物も本発明の技術的範囲に含まれると解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明は明らかにメモリ素子に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】InZnOをチャンネル層として含むトランジスタのゲート電圧−ドレイン電流特性を環境温度ごとに示すグラフ
【図２】InZnOをチャンネル層として含むトランジスタに可視光を照射したときと照射していないときとでのゲート電圧−ドレイン電流特性を示すグラフ
【図３】本発明の第１実施形態によるダイオードの断面図
【図４】図３に示されているダイオードの電流I−電圧V特性を示すグラフ
【図５】本発明の第２実施形態によるダイオードの断面図
【符号の説明】
【００１７】
100    ダイオード
110    下部電極
120    活性層
130    上部電極
140    保護層
【図３】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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