(57)【要約】【課題】電極間の漏れ電流の発生を抑制した有機半導体素子を提供する。【解決手段】ソース電極及びドレイン電極間に挟持されたｐ型有機半導体層を備えた有機半導体素子において、ｐ型有機半導体層の中間に介在されたｎ型有機半導体層と、ｎ型有機半導体層に包埋されたゲート電極と、を備える。ソース電極及びドレイン電極間に挟持されたｎ型有機半導体層を備えた有機半導体素子において、ｎ型有機半導体層の中間に介在されたｐ型有機半導体層と、ｐ型有機半導体層に包埋されたゲート電極と、を備える。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極及びドレイン電極間に挟持されたｐ型有機半導体層を備えた有機半導体素子であって、前記ｐ型有機半導体層の中間に介在されたｎ型有機半導体層と、前記ｎ型有機半導体層に包埋されたゲート電極と、を備えたことを特徴とする有機半導体素子。
【請求項２】
前記ゲート電極は平板状であることを特徴とする請求項１記載の有機半導体素子。
【請求項３】
前記ゲート電極は櫛状又は簾状であることを特徴とする請求項１記載の有機半導体素子。
【請求項４】
ソース電極及びドレイン電極間に挟持されたｎ型有機半導体層を備えた有機半導体素子であって、前記ｎ型有機半導体層の中間に介在されたｐ型有機半導体層と、前記ｐ型有機半導体層に包埋されたゲート電極と、を備えたことを特徴とする有機半導体素子。
【請求項５】
前記ゲート電極は平板状であることを特徴とする請求項４記載の有機半導体素子。
【請求項６】
前記ゲート電極は櫛状又は簾状であることを特徴とする請求項４記載の有機半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャリア移動性の有機化合物からなる有機半導体層を備えた有機半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機半導体層に電圧を加えると有機半導体層に電荷密度が増加するので、有機半導体層上に１対の電極を設けその間に電流を流すことが可能になる。例えば、縦型構造のＳＩＴ（静電誘導形トランジスタ）構造の有機トランジスタなどの有機半導体素子においては、有機半導体層を挟むソース電極及びドレイン電極の間のゲート電極で有機半導体層の厚さ方向に電圧を印加し、有機半導体層の厚さ方向の電流をスイッチングできる。
【０００３】
ＳＩＴは、図１に示すように、有機半導体層１３を１対のソース電極１１及びドレイン電極１５で挟み、有機半導体層の厚さ方向の途中にゲート電極１４を形成した３端子構造を有する。そのゲート電極に電圧を印加し、有機半導体層にできる空乏層ＤｐＬによってソース電極及びドレイン電極間の電流を制御することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＩＴ構造の有機トランジスタでは、例えば、正電荷を印加したゲート電極１４の複数の短冊形枝部の周りに生じる有機半導体層の複数の空乏層ＤｐＬによって、ソース電極及びドレイン電極間の膜厚方向のキャリア移動を阻止する。
しかしながら、空乏層ＤｐＬ各々の拡がりが不十分であると、図２に示すゲート電極１４の短冊形枝部の間隔Ｗを空乏層ＤｐＬで埋めることができず、漏れ電流が増加する。すなわち、キャリア移動を阻止し漏れ電流減少のためにゲート電極の短冊形枝部の間隔を狭めるには、微細構造のマスクを用いたゲート電極の形成が必要となる。
【０００５】
一般に、ＳＩＴ構造の有機トランジスタにおける有機半導体層の膜厚は数百ｎｍであり、ソース電極及びドレイン電極の間に形成されるべきゲート電極も５０〜１００ｎｍといった厚さとなる。そうすると有機半導体層、ゲート電極、有機半導体層と順次成膜した際、有機トランジスタは、ゲート電極の複数の短冊形枝部が、そのまま、その後工程で積層される有機半導体層やドレイン電極に転写され、表面に凹凸が残ってしまい、漏れ電流の増加に影響する。
【０００６】
本発明の解決しようとする課題には、電極間の漏れ電流の発生を抑制した有機半導体素子を提供することが一例として挙げられる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の有機半導体素子は、ソース電極及びドレイン電極間に挟持されたｐ型有機半導体層を備えた有機半導体素子であって、前記ｐ型有機半導体層の中間に介在されたｎ型有機半導体層と、前記ｎ型有機半導体層に包埋されたゲート電極と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の有機半導体素子は、ソース電極及びドレイン電極間に挟持されたｎ型有機半導体層を備えた有機半導体素子であって、前記ｎ型有機半導体層の中間に介在されたｐ型有機半導体層と、前記ｐ型有機半導体層に包埋されたゲート電極と、を備えたことを特徴とする有機半導体素子。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明による有機半導体素子の実施形態例として有機トランジスタを図面を参照しつつ説明する。
図３は、実施形態のＳＩＴ構造の有機トランジスタの断面を示す。有機トランジスタにおいて、基板１０上のソース電極上に、第１ｐ型有機半導体層１３ｐ１、第１ｎ型有機半導体層１３ｎ１、ゲート電極１４、第２ｎ型有機半導体層１３ｎ２、第２ｐ型有機半導体層１３ｐ２及びドレイン電極１５が順に積層されている。これら有機半導体層はキャリア移動性を有しており、第１ｐ型有機半導体層１３ｐ１及び第２ｐ型有機半導体層１３ｐ２はｐ型有機半導体材料（正孔輸送性）からなり、第１ｎ型有機半導体層１３ｎ１及び第２ｎ型有機半導体層１３ｎ２はｎ型材料（電子輸送性）からなる。かかる素子はｐｎｐの接合を備え、それぞれがソース電極１１、ゲート電極１４及びドレイン電極１５に接続されている。よって、実施形態の有機トランジスタは、全体として、ソース電極１１及びドレイン電極１５間に挟持されたｐ型有機半導体層を備えた有機半導体素子であって、このｐ型有機半導体層（第１ｐ型有機半導体層１３ｐ１及び第２ｐ型有機半導体層１３ｐ２）の間に介在されたｎ型有機半導体層（第１ｎ型有機半導体層１３ｎ１及び第２ｎ型有機半導体層１３ｎ２）によって、キャリアの移動が制御される。かかるｎ型有機半導体層へ制御用の電圧を一様に印加するため、ゲート電極１４がｎ型有機半導体層に包埋されている。
【００１０】
図４に示すように、ゲート電極１４はソース電極１１及びドレイン電極１５のどちら側から見ても、これら電極を覆うように、形成されている。
この実施形態の有機トランジスタは、例えば、次のように製造される。
まず、図５に示すように、基板１０上にソース電極１１を形成する。例えばスパッタ法によりインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又はクロム（Ｃｒ）からなるソース電極１１を膜厚５０ｎｍで成膜する。なお、ソース電極に限らず各電極形成には蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの方法を用いることができる。
【００１１】
次に、図６に示すように、ソース電極１１上に、第１ｐ型有機半導体層１３ｐ１として、４，４’ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］−ビフェニル（いわゆる、α−ＮＰＤ）を膜厚２５ｎｍで抵抗加熱蒸着により成膜する。
次に、図７に示すように、第１ｐ型有機半導体層１３ｐ１上に、第１ｎ型有機半導体層１３ｎ１として、銅フタロシアニン（いわゆる、ＣｕＰｃ）などのポルフィリン化合物又はトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム錯体（いわゆる、Ａｌｑ３）などのキノリン誘導体を膜厚２５ｎｍで抵抗加熱蒸着により成膜する。
【００１２】
次に、図８に示すように、Ａｌをゲート電極１４として膜厚５０ｎｍで抵抗加熱蒸着法により平板状に形成する。なお、ゲート電極１４全体を例えばＬｉＯ２などの電子注入層の数ｎｍ膜厚で被覆するようにも構成できる。
次に、図９に示すように、ゲート電極１４上に、第２ｎ型有機半導体層１３ｎ２として、第１ｎ型有機半導体層と同じＣｕＰｃ又はＡｌｑ３を膜厚２５ｎｍで抵抗加熱蒸着により成膜する。
【００１３】
次に、図１０に示すように、第２ｎ型有機半導体層１３ｎ２上に、第２ｐ型有機半導体層１３ｐ２として第１ｐ型有機半導体層と同じα−ＮＰＤを膜厚２５ｎｍで成膜する。
最後に、図１１に示すように、第２ｐ型有機半導体層１３ｐ２上に、ドレイン電極１５としてＡｌを膜厚２００ｎｍで抵抗加熱蒸着法で成膜して有機トランジスタが作製できる。
【００１４】
得られた有機トランジスタの動作は、図１２に示すように、例えばドレイン電極１５接地して、ソース電極１１の電位を＋１０Ｖとした状態で、ゲート電極１４の電位を＋２０Ｖとすると障壁が高くなりオフ状態となる。一方、図１３に示すように、同じくドレイン電極１５接地でソース電極１１の電位を＋１０Ｖとした状態で、ゲート電極１４を開放すると有機半導体層同士の接合だけとなるのでオン状態となり、電流が流れる。
【００１５】
なお、上記実施形態では、ｐｎｐ接合の例を示したが、ｎｐｎ接合でも構成できる。この場合の素子は、図１４に示すように、基板１０上のソース電極上に、第１ｎ型有機半導体層１３ｎ１、第１ｐ型有機半導体層１３ｐ１、ゲート電極１４、第２ｐ型有機半導体層１３ｐ２、第２ｎ型有機半導体層１３ｎ２及びドレイン電極１５が順に積層される。よって、有機トランジスタは、ソース電極１１及びドレイン電極１５間に挟持された第１及び第２ｎ型有機半導体層１３ｎ１及び１３ｎ２のｎ型有機半導体層に挟持された第１ｐ型有機半導体層１３ｐ１及び第２ｐ型有機半導体層１３ｐ２のｐ型有機半導体層を備え、かつ、第１ｐ型有機半導体層１３ｐ１及び第２ｐ型有機半導体層１３ｐ２に包埋されたゲート電極１４を有するように、構成することもできる。
【００１６】
また、上記実施形態では、ゲート電極１４は平板状に成膜しているが、この他に、図１５に示すように、ゲート電極１４は複数の短冊形枝部とした櫛状又は簾状で形成され得る。この場合、ゲート電極は接触する有機半導体層にほぼ一様に電圧を印加できる形状であればよい。
さらに、図１６に示すように、上記ＳＩＴ構造の有機トランジスタの構造において、第１ｐ型有機半導体層１３ｐ１及び第２ｐ型有機半導体層１３ｐ２を正孔輸送層としてソース電極１１及び第１ｐ型有機半導体層１３ｐ１間に電子輸送性の有機発光層１６を設けることによって、有機トランジスタ一体型有機エレクトロルミネッセンス素子を構成できる。これにより、電流の注入によって発光するエレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬともいう）を呈する有機化合物材料の少なくとも１つの薄膜からなる有機発光層を含む有機材料層を各々がアクティブ素子を備えた複数の有機ＥＬ素子を、マトリクスなどの所定パターンにて表示パネル基板上に形成できる。
【００１７】
有機ＥＬ素子は、光を取り出す側を透明材料で構成して基板上の１対の電極層間に、有機材料層を順次積層されて構成される。例えば、トップエミッション構成の場合には、図１６に示すものとは、逆に、ドレイン電極１５と第２ｐ型有機半導体層１３ｐ２との間に有機発光層１６を設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機トランジスタを示す断面図。
【図２】図１の線ＡＡにおける断面図。
【図３】本発明による実施形態の有機トランジスタの断面図。
【図４】図３の線ＡＡにおける断面図。
【図５】本発明による実施形態の有機トランジスタの製造工程の一部を示す断面図。
【図６】本発明による実施形態の有機トランジスタの製造工程の一部を示す断面図。
【図７】本発明による実施形態の有機トランジスタの製造工程の一部を示す断面図。
【図８】本発明による実施形態の有機トランジスタの製造工程の一部を示す断面図。
【図９】本発明による実施形態の有機トランジスタの製造工程の一部を示す断面図。
【図１０】本発明による実施形態の有機トランジスタの製造工程の一部を示す断面図。
【図１１】本発明による実施形態の有機トランジスタの製造工程の一部を示す断面図。
【図１２】本発明による実施形態の有機トランジスタの動作説明図。
【図１３】本発明による実施形態の有機トランジスタの動作説明図。
【図１４】本発明による他の実施形態の有機トランジスタの断面図。
【図１５】本発明による他の実施形態の有機トランジスタの断面図。
【図１６】本発明による他の実施形態の有機トランジスタ一体型有機エレクトロルミネッセンス素子を示す断面図。
【符号の説明】
１０　基板
１１　ソース電極
１３　第１有機半導体層
１４　ゲート電極
１５　ドレイン電極
１６　有機発光層
【図１】
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【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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