(57)【要約】【課題】分子配列を有する有機半導体層の製造方法を提供する。【解決手段】基板または誘電層上に感光配列有機層を形成し、つぎに、マスクを介して偏光を照射し、感光配列有機層を、分子配列を有する配向膜としたのち、有機半導体層を配向膜上に形成して、配向膜の分子配列にしたがった分子配列を有する有機半導体層を得ることにより、同じ基板上の異なる領域に異なる分子配列を有する有機半導体層を製造する方法。【選択図】図１
2004088096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板または誘電層上に感光配列有機層を形成する工程、
マスクを介して偏光を照射し、感光配列有機層を、分子配列を有する配向膜とする工程、および
配向膜上に配向膜の分子配列にしたがった分子配列を有する有機半導体層を形成する工程
からなる分子配列を有する有機半導体層の製造方法。
【請求項２】
基板が、シリコンウェハー、ガラス、石英、プラスチックまたは可撓性材料である請求項１記載の有機半導体層の製造方法。
【請求項３】
有機半導体層が、堆積法によって形成される請求項１記載の有機半導体層の製造方法。
【請求項４】
堆積法が、真空蒸着法、気相蒸着法、溶液堆積法または方向性堆積法である請求項３記載の有機半導体層の製造方法。
【請求項５】
有機半導体層を形成する工程ののちに、さらにアニーリングの工程を含む請求項１記載の有機半導体層の製造方法。
【請求項６】
マスクを介して偏光を照射し、感光配列有機層を、分子配列を有する配向膜とする工程が、
マスクを介して同一または異なる偏光を感光配列有機層の２以上の異なる領域に２回以上照射し、２以上の異なる領域に２種類以上の分子配列を有する配向膜を形成させる工程を含む請求項１記載の有機半導体層の製造方法。
【請求項７】
基板または誘電層上に感光配列有機層を形成する工程、
マスクを介して偏光を照射し、感光配列有機層を、分子配列を有する配向膜とする工程、
配向膜上に配向膜の分子配列にしたがった分子配列を有する有機半導体層を形成する工程、および
電極を形成する工程
からなる有機デバイスの製造方法。
【請求項８】
アノードおよびホール輸送層を順次形成する工程、
ホール輸送層上に感光配列有機層を形成する工程、
マスクを介して偏光を照射し、感光配列有機層を、分子配列を有する配向膜とする工程、
配向膜上に配向膜の分子配列にしたがった分子配列を有する有機半導体層を形成する工程、ならびに
有機半導体層上に電子輸送層およびカソードを順次形成する工程
からなる有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項９】
基板または誘電層上に感光配列有機層を形成する工程、
マスクを介して偏光を照射し、感光配列有機層を、分子配列を有する配向膜とする工程、
配向膜上に配向膜の分子配列にしたがった分子配列を有する有機半導体層を形成する工程、ならびに
誘電層、ゲート、ソースおよびドレインを形成する工程
からなる有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
誘電層の誘電率が３以上である請求項９記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
誘電層が、無機材料または高分子材料である請求項９記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
有機薄膜トランジスタが、トップゲート有機薄膜トランジスタである請求項９記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
有機薄膜トランジスタが、ボトムゲート有機薄膜トランジスタである請求項９記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、分子配列を有する有機半導体層を製造する方法に関する。本発明は、とくに、マスクを介して偏光を照射することにより、分子配列を有する有機半導体層を製造する方法に関する。また、本発明は、有機デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　近年、有機半導体材料は、多くの研究者に注目され、薄膜トランジスタ（ＴＦＴｓ）や様々な電子・光電子工学デバイスの製造において、最も一般的な材料候補の１つとなっている。ケンブリッジ大学のシリングハウス（Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ）などは、有機分子の自己組織化を利用して、異なる異方性配列を有する有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）を製造し、分子鎖のよりよい配列が、電荷輸送効率を向上させること、たとえば、キャリア移動度を１００倍向上させることを見出した。このことは、有機分子の分子配列がＴＦＴｓの電気特性の改善に、非常に重要であることを証明している（非特許文献１参照）。
【０００３】
　有機分子の分子配列を制御する技術について、下記のように３種類に分類して説明する。
【０００４】
（１）自己組織化（Ｓｅｌｆ−Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）：シリングハウスらは、有機薄膜トランジスタや有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などの有機集積デバイスを製造している。有機分子中の官能基を、基板内の（ケイ素のような）原子と相互作用させると、この相互作用により有機分子は自己組織化し、より優れた分子配列を有することができる。これにより、トランジスタ構造中の有機分子配列を制御する方法である（非特許文献１参照）。
【０００５】
（２）研磨（Ｒｕｂｂｉｎｇ）または延伸（Ｐｕｌｌｉｎｇ）：最初に、機械研磨や、電場または磁場延伸によって配向膜を形成し、次に有機層を配向膜上に形成することにより、有機分子を配向膜の配列にしたがって配列させる方法である（特許文献１参照）。
【０００６】
（３）溶剤を用いるアニーリング：最初に印刷法またはスピンコーティング法により基板上に有機半導体膜を堆積させ、そののち、特定の溶剤の蒸気により有機半導体分子を再配置させ、有機薄膜トランジスタの電気特性を改善する方法である（特許文献２参照）。
【０００７】
　しかし、上記の従来技術では、基板全体に有機半導体分子を同じ方向に配列させることはできても、同じ基板上の異なる領域で異なる分子配列を形成させることはできなかった。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，３２６，６４０号明細書
【０００９】
【特許文献２】米国特許第６，３１２，９７１号明細書
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．４０１、ｐ．６８５、１９９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
　本発明は、有機半導体分子の分子配列を制御し、同じ基板上の異なる領域で異なる分子配列を有する有機半導体層を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
　本発明は、基板または誘電層上に感光配列有機層を形成する工程、
マスクを介して偏光を照射し、感光配列有機層を、分子配列を有する配向膜とする工程、および
配向膜上に配向膜の分子配列にしたがった分子配列を有する有機半導体層を形成する工程
からなる分子配列を有する有機半導体層の製造方法に関する。
【００１２】
　基板は、シリコンウェハー、ガラス、石英、プラスチックまたは可撓性材料であることが好ましい。
【００１３】
　有機半導体層は、真空蒸着法、気相蒸着法、溶液堆積法または方向性堆積法によって形成されることが好ましい。
【００１４】
　有機半導体層を形成する工程ののちに、さらにアニーリングの工程を含むことが好ましい。
【００１５】
　マスクを介して偏光を照射し、感光配列有機層を、分子配列を有する配向膜とする工程は、
マスクを介して同一または異なる偏光を感光配列有機層の２以上の異なる領域に２回以上照射し、２以上の異なる領域に２種類以上の分子配列を有する配向膜を形成させる工程を含むことが好ましい。
【００１６】
　また、本発明は、基板または誘電層上に感光配列有機層を形成する工程、
マスクを介して偏光を照射し、感光配列有機層を、分子配列を有する配向膜とする工程、
配向膜上に配向膜の分子配列にしたがった分子配列を有する有機半導体層を形成する工程、および
電極を形成する工程
からなる有機デバイスの製造方法に関する。
【００１７】
　有機デバイスは、有機発光ダイオードであることが好ましい。
【００１８】
　有機デバイスは、有機薄膜トランジスタであることが好ましい。
【００１９】
　本発明により、有機半導体層の分子配列を制御し、同じ基板上の異なる領域で、異なる分子配列を有する有機半導体層を製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
　本発明によれば、有機半導体層の分子配列を制御し、同じ基板上の異なる領域で、異なる分子配列を有する有機半導体層を製造することが可能となるため、トランジスタチャネル内の有機分子の配列が精確に決定され、有機デバイスの特性および回路設計を改善することができる。さらに、有機半導体層が異なる領域で異なる分子配列を有することにより、有機薄膜トランジスタチャネル領域において、有機分子をよりよい配列に制御することができるため、有機薄膜トランジスタ動作時に、より高いキャリア移動度を得ることができる。同時に、非チャネル領域において、有機分子の配列をキャリア移動に不利となるよう制御して、導電率を低下させることも可能となる。したがって、画素間の漏電やクロストークの発生を減少させることができ、また有機材料を直接パターン化する必要をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
　本発明の目的、特徴および長所をいっそう明瞭にするため、以下に本発明の好ましい実施の形態をあげ、図を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００２２】
　本発明において、分子配列を有する有機半導体層は、基板または誘電層上に感光配列有機層を形成する工程、
マスクを介して偏光を照射し、感光配列有機層を、分子配列を有する配向膜とする工程、および
配向膜上に配向膜の分子配列にしたがった分子配列を有する有機半導体層を形成する工程
により製造される。
【００２３】
　図１ａ〜ｃは、本発明の好ましい実施形態による分子配列を有する有機半導体層を形成する工程を示す図である。
【００２４】
　図１ａにおいて、基板としては、シリコンウェハー、ガラス、石英、プラスチックまたは可撓性材料を用いることが好ましい。また、感光配列有機層を形成する材料としては、感光性ポリイミドなどが用いられる。感光配列有機層を形成する材料を、基板または誘電層１上に堆積させることにより、感光配列有機層２が形成される。続いて、感光配列有機層２を８０℃でソフトベークしたのち、マスクを介して偏光を照射することにより、感光配列有機層２は分子配列を有する配向膜３となる。
【００２５】
　必要に応じて、感光配列有機層２の２以上の異なる領域に、同一または異なる偏光を２回以上照射し、２以上の異なる領域に２種類以上の分子配列を有する配向膜３を形成させることができる。たとえば、図１ｂに、感光配列有機層２の領域Ｉに、第１マスク（領域ＩＩ〜Ｖを覆う）を介して第１偏光が照射された場合を示す。形成された配向膜３の領域Ｉは、第１分子配列を有することになる。続いて、感光配列有機層２の領域ＩＩに、第２マスク（領域ＩおよびＩＩＩ〜Ｖを覆う）を介して第２偏光が照射される。こうして形成された配向膜３の領域ＩＩは、第２分子配列を有する。次に、感光配列有機層２の領域ＩＩＩに、第３マスク（領域Ｉ、ＩＩ、ＩＶおよびＶを覆う）を介して第３偏光が照射される。形成された配向膜３の領域ＩＩＩは、第３分子配列を有する。さらに、感光配列有機層２の領域ＩＶには、第４マスク（領域Ｉ〜ＩＩＩおよびＶを覆う）を介して第４偏光が照射される。形成された配向膜３の領域ＩＶは、第４分子配列を有する。配向膜３の領域Ｖは分子配列を示さず、ランダムになる。
【００２６】
　つぎに、有機半導体層が配向膜３上に形成される。有機半導体層を形成する材料としては、ペンタセン、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）などが用いられる。有機半導体層は、真空蒸着法、気相蒸着法、溶液堆積法または方向性堆積法（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの堆積法によって形成させることが可能である。有機半導体層の分子は配向膜３の分子配列にしたがって配列し、図１ｃに示すような分子配列を有する有機半導体層４が製造される。有機半導体層４の形成後、２０〜５０℃の条件下でアニーリングを行なうことにより、より好ましい分子配列を有する有機半導体層を得ることができる。
【００２７】
　図１ｃに示すように、有機半導体層４は、領域Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩおよびＩＶにおいて配向膜３の分子配列と同じ方向の分子配列を有し、領域Ｖの分子配列はランダムになる。このように、有機半導体層４は、同じ基板上の異なる領域で異なる分子配列を有する。したがって、本発明においては、１つの基板上において、分子配列の制御を行なうことができる。
【００２８】
　本発明の分子配列を有する有機半導体層の製造方法は、有機発光ダイオードや有機薄膜トランジスタのような様々な有機デバイスの製造に応用することができる。
【００２９】
　本発明において、有機デバイスは、基板または誘電層上に感光配列有機層を形成する工程、
マスクを介して偏光を照射し、感光配列有機層を、分子配列を有する配向膜とする工程、
配向膜上に配向膜の分子配列にしたがった分子配列を有する有機半導体層を形成する工程、および
電極を形成する工程
により製造される。
【００３０】
　図２ａ〜ｃは、本発明の好ましい実施形態による有機発光ダイオードの製造工程を示す図である。図２ａにおいて、まず、アノード５およびホール輸送層６が順次基板または誘電層１上に形成される。アノード５としては、スパッタリングによって形成されるインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような半透明電極を用いることができる。つぎに、感光配列有機層２がホール輸送層６上に形成される。
【００３１】
　続いて、感光配列有機層２の領域ＩＩに、第１マスク（領域ＩおよびＩＩＩを覆う）を介して偏光が照射され、感光配列有機層２の領域ＩＩは分子配列を有し、図２ｂに示すような配向膜３が形成される。必要に応じて、感光配列有機層２の２以上の異なる領域に、同一または異なる偏光を２回以上照射することが可能である。この場合、形成される配向膜３は、異なる領域で異なる分子配列を有することになる。
【００３２】
　図２ｃにおいては、配向膜３上に有機半導体層が形成されて発光層となる。この場合、有機半導体層を形成する材料としては、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレン、トリス（８−ヒドロキシキノリノ）アルミニウム（Ａｌｑ３）などが用いられる。この有機半導体層は、配向膜３の分子配列にしたがった分子配列を有する有機半導体層４となる。有機半導体層４は、領域ＩＩにおいて配向膜３と同じ分子配列を有し、領域ＩおよびＩＩＩにおいて分子配列はランダムになる。
【００３３】
　最後に、図２ｃに示すように、電子輸送層８およびカソード７が順次有機半導体層４上に形成され、有機発光ダイオードが製造される。
【００３４】
　本発明の製造方法で得られる有機発光ダイオードは、偏光有機発光ダイオード（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ　ＯＬＥＤ）などに用いられる。
【００３５】
　図３は、本発明の製造方法によって得られるトップゲート有機薄膜トランジスタの断面図である。図３に示すトップゲート有機薄膜トランジスタは、次のように製造される。
【００３６】
　感光配列有機層を基板１上に形成したのち、感光配列有機層２の領域ＩＩにマスクを介して偏光を照射することにより、感光配列有機層２の領域ＩＩは分子配列を有し、配向膜３が形成される。つぎに、有機半導体層が配向膜３上に形成されると、有機半導体層は、配向膜３の分子配列にしたがった分子配列を有し、分子配列を有する有機半導体層４が形成される。図３に示すように、有機半導体層４は、領域ＩＩにおいて配向膜３と同じ分子配列を有し、領域ＩおよびＩＩＩにおいて分子配列はランダムになる。続いて、金属層が有機半導体層４上に形成される。エッチングにより、ソース１０およびドレイン１１が形成されたのち、誘電層９が形成される。誘電層９を形成する材料としては、無機材料または高分子材料を用いることができる。また、誘電層９は、誘電率が３以上であることが好ましい。最後に、ゲート１２が形成される。
【００３７】
　図４は、本発明の製造方法によって得られるボトムゲート有機薄膜トランジスタの断面図である。図４に示すボトムゲート有機薄膜トランジスタは、次のように製造される。
【００３８】
　ゲート１２が、誘電層９の片側表面上に形成され、感光配列有機層が、誘電層９のもう一方の片側表面に形成される。誘電層９としては、前述のトップゲート有機薄膜トランジスタと同様の材料が用いられる。つぎに、感光配列有機層の領域ＩＩにマスクを介して偏光を照射することにより、感光配列有機層の領域ＩＩは分子配列を有し、配向膜３が形成される。続いて、有機半導体層が配向膜３上に形成され、配向膜３の分子配列にしたがった分子配列を有する有機半導体層４が形成される。有機半導体層としては、前述のトップゲート有機薄膜トランジスタと同様の材料が用いられる。図４に示すように、有機半導体層４の領域ＩＩの分子配列は、配向膜３の領域ＩＩの分子配列と同じ配列となり、領域ＩおよびＩＩＩの分子配列はランダムになる。最後に、金属層が有機半導体層４上に形成され、エッチングにより、ソース１０およびドレイン１１が形成される。
【００３９】
　本発明の製造方法で得られるトップゲート有機薄膜トランジスタやボトムゲート有機薄膜トランジスタなどの有機薄膜トランジスタは、従来の有機薄膜トランジスタに比べて、様々な機能の改善を図ることができる。
【００４０】
　以上本発明の好適な実施例を例示したが、これらは本発明を限定するものではなく、本発明の精神および範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行ないうる少々の変更や修飾を付加することは可能である。したがって、本発明が保護を請求する範囲は特許請求の範囲を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ａ〜ｃは、本発明の好ましい実施形態による分子配列を有する有機半導体層の製造工程を示す図である。
【図２】ａ〜ｃは、本発明の好ましい実施形態による有機発光ダイオードの製造工程を示す図である。
【図３】本発明の製造方法によって得られるトップゲート有機薄膜トランジスタの断面図である。
【図４】本発明の製造方法によって得られるボトムゲート有機薄膜トランジスタの断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
　　１　基板または誘電層
　　２　感光配列有機層
　　３　配向膜
　　４　分子配列を有する有機半導体層
　　５　アノード
　　６　ホール輸送層
　　７　カソード
　　８　電子輸送層
　　９　誘電層
　１０　ソース
　１１　ドレイン
　１２　ゲート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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