(57)【要約】【課題】多様なデバイスを実現可能な有機半導体装置を提供する。【解決手段】基板２の上にはゲート電極３が形成されており、ゲート電極３の上には絶縁体層４が形成されている。絶縁体層４の上には、基板２に平行な方向に間隔を開けて配置された電子注入電極５および正孔注入電極６が形成されている。ゲート電極３は、電子注入電極５および正孔注入電極６の間の領域を含む領域に対向して設けられている。電子注入電極５および正孔注入電極６の上ならびに電子注入電極５と正孔注入電極６との間には、有機半導体層７が形成されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
この基板上に形成された有機半導体層と、
第１の電極材料からなり、上記有機半導体層に電子を注入する電子注入電極と、
上記第１の電極材料よりも仕事関数が高い第２の電極材料からなり、上記有機半導体層に正孔を注入する正孔注入電極とを含み、
上記電子注入電極および正孔注入電極が、上記基板に平行な方向に間隔を開けて配置されていることを特徴とする有機半導体装置。
【請求項２】
上記有機半導体層は、上記正孔注入電極から注入された正孔と上記電子注入電極から注入された電子との再結合により発光する発光層を含むことを特徴とする請求項１記載の有機半導体装置。
【請求項３】
上記有機半導体層に積層され、この有機半導体層から発生する光の波長を変換する波長変換層をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の有機半導体装置。
【請求項４】
上記有機半導体層において上記電子注入電極と上記正孔注入電極との間の領域に対向して設けられたゲート電極をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の有機半導体装置。
【請求項５】
上記ゲート電極と上記有機半導体層との間に介在された絶縁膜をさらに含むことを特徴とする請求項４記載の有機半導体装置。
【請求項６】
上記電子注入電極および正孔注入電極が、上記有機半導体層に対して上記基板とは反対側に配置されたトップコンタクト構造を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の有機半導体装置。
【請求項７】
上記電子注入電極および正孔注入電極が、上記有機半導体層に対して上記基板と同じ側に配置されたボトムコンタクト構造を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の有機半導体装置。
【請求項８】
上記電子注入電極は、上記正孔注入電極に対向する端面に凹湾曲面を有しており、
上記正孔注入電極は、上記電子注入電極に対向する端面に凸湾曲面を有していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の有機半導体装置。
【請求項９】
上記電子注入電極および上記正孔注入電極は、互いに嵌め合わされるように配置された櫛歯形状部をそれぞれ有していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の有機半導体装置。
【請求項１０】
基板上に二次元配列された複数の画素から選択した任意の画素を発光させることによって表示を行う表示装置であって、
上記複数の画素が、上記有機半導体層としての発光層を含む請求項４ないし９のいずれかに記載の有機半導体装置をそれぞれ備えていることを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
上記複数の画素が上記基板上に行方向および列方向に沿ってマトリクス状に配列されており、
上記行方向に沿って整列した複数の画素にそれぞれ共通に接続され、行単位で画素を選択するための複数の走査線と、
上記列方向に沿って整列した複数の画素にそれぞれ共通に接続され、上記有機半導体装置の発光強度に対応したデータ信号を与える複数のデータ線と、
上記複数の走査線を循環的に順次選択し、選択された走査線である選択走査線に接続された複数の画素をデータ書き込み対象の画素として共通に選択する走査制御手段と、
上記走査制御手段による走査線の選択と同期して、選択走査線に接続された複数の画素に対応したデータ信号を上記データ線に並列に出力するデータ信号生成手段とを含むことを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１２】
各画素は、当該画素に備えられた有機半導体装置のゲート電極に一端が接続された選択トランジスタと、上記有機半導体装置のゲート電極に対して上記選択トランジスタと並列に接続され、上記ゲート電極の電位を保持するためのキャパシタとを備えており、
上記走査線は、行方向に沿って整列した複数の画素の選択トランジスタのゲートに共通に接続されており、
上記データ線は、上記列方向に沿って整列した複数の画素の選択トランジスタの他端に共通に接続されており、
上記走査制御手段は、選択走査線に接続された複数の画素の上記選択トランジスタを導通させ、選択された走査線以外の非選択走査線に接続された複数の画素の上記トランジスタを遮断状態とするための制御信号を生成するものであることを特徴とする請求項１１記載の表示装置。
【請求項１３】
基板上に、第１の電極材料からなる第１の電極膜を形成する工程と、
上記第１の電極膜の上に第１のレジスト膜を形成する工程と、
上記第１のレジスト膜の上に、所定の現像液に対する溶解速度が、上記第１のレジスト膜の上記現像液に対する溶解速度より小さい第２のレジスト膜を形成する工程と、
上記所定の現像液を用いて、上記第１および第２のレジスト膜の所定の領域を除去する現像工程と、
この現像工程の後、上記第１および第２のレジストを残したまま、上記第１の電極膜をウェットエッチングするエッチング工程と、
このエッチング工程の後、上記半導体基板の上記第１および第２のレジスト膜が形成された面に、上記第１の電極材料とは異なる第２の電極材料を供給して、当該第２の電極材料からなる第２の電極膜を形成する工程と、
上記基板上に、有機半導体層を形成する工程とを含むことを特徴とする有機半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
上記有機半導体層を形成する工程が、上記第１の電極膜を形成する工程および上記第２の電極膜を形成する工程の前に実施されることを特徴とする請求項１３記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
上記有機半導体層を形成する工程が、上記第１の電極膜を形成する工程および上記第２の電極膜を形成する工程の後に実施されることを特徴とする請求項１３記載の有機半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、有機半導体層に電子および正孔を注入することにより動作する有機半導体装置およびその製造方法、ならびに有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機半導体装置として、有機半導体層中における電子と正孔との再結合による発光を利用した有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）がある。有機ＥＬ素子は、有機半導体層と、有機半導体層に電子を注入するための電子注入電極と、有機半導体層に正孔を注入するための正孔注入電極とを備えており、電子注入電極および正孔注入電極から有機半導体層にそれぞれ注入された電子および正孔が再結合して、励起子（励起分子）が生成されるようになっている。
【０００３】
電子注入電極および正孔注入電極は、有機半導体層にそれぞれ電子および正孔を注入しやすい材料からなることが好ましい。このような材料は、たとえば、下記特許文献１に開示されている。
従来の有機ＥＬ素子では、基板上に、電子注入電極、有機半導体層、および正孔注入電極が積層されていた。すなわち、電子注入電極と正孔注入電極とは、基板に垂直な方向に有機半導体層を挟んで配置されていた。
【０００４】
しかし、このような構造では、実現可能なデバイスの種類が限定されてしまい、たとえば、ＦＥＴ構造の素子や有機半導体層に別の層を積層した多層構造の素子の実現が困難であった。
また、電子と正孔との再結合を効率的に生じさせるためには、電子注入電極と正孔注入電極とのギャップは小さいことが好ましい。小さなギャップをあけて配置された２つの電極を形成する方法は、たとえば、下記特許文献２に開示されている。
【０００５】
この特許文献２によれば、基板上に第１の電極膜（導電性蒸着材）が形成され、第１の電極膜の上にレジスト膜が形成される。第１の電極膜上にはレジスト膜の端部が位置するようにされる。その後、第１の電極膜がレジスト膜を介してウェットエッチングされる。これにより、第１の電極膜のレジスト膜から露出した部分が除去される。
この際、エッチング液は、レジスト膜端部からレジスト膜の下に回り込むので、レジスト膜端部近傍の第１の電極膜がオーバーエッチングされる。
【０００６】
続いて、レジスト膜をマスクとして、基板上に第２の電極膜が蒸着形成された後、レジスト膜が除去される。この状態で、基板上において、レジスト膜の下には第１の電極膜が存在しており、レジスト膜に覆われていない領域には第２の電極膜が存在している。第１の電極膜が、ウェットエッチング時にオーバーエッチングされていることにより、第１の電極膜と第２の電極膜とは接触せず、短いギャップ長で対向する。
【０００７】
しかし、この製造方法では、第１の電極膜のオーバーエッチング量は、エッチング処理時間に大きく依存するため、正確に制御できなかった。このため、第１の電極膜と第２の電極膜とのギャップ長を正確に制御できなかった。
また、有機ＥＬ素子を用いた従来の表示装置は、電子注入電極と正孔注入電極との間に印加する電圧の大きさを変化させることにより、発光強度の制御を行っているが、このような表示装置のインピーダンスは大きい。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−１８９２５２号公報
【特許文献２】
特開平１０−９８２０８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、多様なデバイスを実現可能な有機半導体装置を提供することである。
この発明の他の目的は、第１の電極膜と第２の電極膜とのギャップを小さく、かつ、高い精度で形成できる有機半導体装置の製造方法を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、インピーダンスが低い表示装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（２）と、この基板上に形成された有機半導体層（７）と、第１の電極材料からなり、上記有機半導体層に電子を注入する電子注入電極（５，４８）と、上記第１の電極材料よりも仕事関数が高い第２の電極材料からなり、上記有機半導体層に正孔を注入する正孔注入電極（６）とを含み、上記電子注入電極および正孔注入電極が、上記基板に平行な方向に間隔を開けて配置されていることを特徴とする有機半導体装置（１，２１，４１，４５）である。
【００１１】
なお、括弧内の数字は後述の実施形態における対応構成要素等を示す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、電子注入電極と正孔注入電極とは、半導体基板に平行な方向に間隔を開けて配置（配列）されている。したがって、電子注入電極および正孔注入電極が有機半導体層に対して同じ側に配置された有機半導体装置を容易に実現できる。このため、たとえば、有機半導体層上にゲート電極を形成したＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）構造の素子や、有機半導体層に別の層を積層した多層構造の素子を容易に実現できる。すなわち、この発明の有機半導体装置により、多様なデバイスを実現できる。
【００１２】
有機半導体層には、電子注入電極から電子が注入されるとともに、正孔注入電極から正孔が注入される。したがって、有機半導体層がバイポーラ性の材料からなる場合、電子および正孔により半導体動作が可能である。
第１の電極材料の仕事関数は、有機半導体層を構成する有機半導体材料のＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ  Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ）準位に近いことが好ましい。この場合、電子注入電極と有機半導体層との間のエネルギー障壁は小さくなるので、有機半導体層に容易に電子を注入できる。
【００１３】
また、第２の電極材料の仕事関数は、有機半導体層を構成する有機半導体材料のＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ  Ｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ）準位に近いことが好ましい。この場合、正孔注入電極と有機半導体層との間のエネルギー障壁は小さくなるので、有機半導体層に容易に正孔を注入できる。
しかし、使用可能な材料の制約により、電子注入電極と有機半導体層との間のエネルギー障壁および／または正孔注入電極と有機半導体層との間のエネルギー障壁が大きくなる場合がある。この場合、電子注入電極および／または正孔注入電極から有機半導体層に、直接電子および／または正孔を注入しにくくなる。
【００１４】
この場合、電子注入電極および／または正孔注入電極と有機半導体層との間に、電子注入電極と有機半導体層との間のエネルギー障壁および／または正孔注入電極と有機半導体層との間のエネルギー障壁を緩和するように作用するバッファ層を介装することにより、電子注入電極および／または正孔注入電極から有機半導体層へ容易に電子および／または正孔を注入できる。
請求項２記載の発明は、上記有機半導体層は、上記正孔注入電極から注入された正孔と上記電子注入電極から注入された電子との再結合により発光する発光層（７）を含むことを特徴とする請求項１記載の有機半導体装置である。
【００１５】
この発明によれば、基板に平行な方向に間隔を開けて配置された電子注入電極と正孔注入電極との間に、適当な電圧を印加することにより、有機半導体層に電子および正孔を注入して、これらの再結合により発光層を発光させることができる。
発光層は、たとえば、バイポーラ性の有機半導体材料、たとえば、Ａｌｑ３（Ｔｒｉｓ−（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）、ＢＳＡ−１ｍ（９，１０−Ｂｉｓ（３−ｃｙａｎｏｓｔｉｌｉｌ）ａｎｔｈｒａｃｅｎｅ）、ＭＥＨＰＰＶ（Ｐｏｌｙ［２−Ｍｅｔｈｏｘｙ−５−（２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌｏｘｙ）−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ］）、ＣＮ−ＰＰＰ（Ｐｏｌｙ［２−（６−ｃｙａｎｏ−６−ｍｅｔｈｙｌｈｅｐｔｙｌｏｘｙ）−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ］）、Ｂｉｓ（２−（２−ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）−ｂｅｎｚ−１，３−ｔｈｉａｚｏｌａｔｏ）ｚｉｎｃ  ｃｏｍｐｌｅｘ、Ｐｏｌｙ［（９，９−ｄｉｈｅｘｙｌｆｌｕｏｒｅｎ−２，７−ｄｉｙｌ）−ｃｏ−（ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９，１０−ｄｉｙｌ）］などからなるものとすることができる。
【００１６】
発光層が、たとえば、ＭＥＨＰＰＶからなる場合、上述のバッファ層として、たとえば、ＰＥＤＯＴ（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙ）ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）からなるものを設けることができる。ＰＥＤＯＴからなるバッファ層は、ＭＥＨＰＰＶからなる発光層と、たとえば、ＩＴＯ（酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）と酸化錫（ＳｎＯ２）との固溶体）からなる正孔注入電極との間のエネルギー障壁を緩和するように作用するとともに、ＭＥＨＰＰＶからなる発光層と、たとえば、マグネシウム（Ｍｇ）／銀（Ａｇ）合金からなる電子注入電極との間のエネルギー障壁を緩和するように作用する。
【００１７】
したがって、電子注入電極および正孔注入電極から、直接発光層に電子および正孔が注入されるようになっていた場合と比べて、電子注入電極と正孔注入電極との間に印加する電圧（バイアス電圧）を低くして発光層を発光させることができる。
請求項３記載の発明は、上記有機半導体層に積層され、この有機半導体層から発生する光の波長を変換する波長変換層（３５）をさらに含むことを特徴とする請求項２または３に記載の有機半導体装置である。
【００１８】
この発明によれば、波長変換層により発光層で発生した光の波長を変換できるので、発光層で発生可能な光の波長に制約されることなく、様々な波長の光を取り出すことができる。
基板に平行な方向に間隔を開けて電子注入電極および正孔注入電極が配置されていることにより、有機半導体層に積層して波長変換層を設けることが可能である。この場合、有機半導体層のほぼ全面を波長変換層で覆うことが可能であるので、波長の変換効率を高くすることができる。
【００１９】
請求項４記載の発明は、上記有機半導体層において上記電子注入電極と上記正孔注入電極との間の領域に対向して設けられたゲート電極（３，３６）をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の有機半導体装置である。
この発明によれば、ＦＥＴ構造の素子が実現され、電子注入電極と正孔注入電極との間に印加する電圧を一定とし、ゲート電極の電位を変化させることにより、有機半導体層に注入される電子および正孔の量を変化させることができる。したがって、たとえば、有機半導体層が発光層を含む場合、ゲート電極の電位を変化させることにより、発光層の発光強度を変化させることができる。この場合、ゲート電極の電位を段階的に変化させることにより、発光強度の階調制御が可能である。
【００２０】
このように、ゲート電極の電位を変化させて発光強度を制御する場合は、電子注入電極と正孔注入電極との間に印加する電圧の大きさを変化させて発光強度を制御する場合と比べて、有機半導体装置のインピーダンスを低くすることができ、周辺の回路を簡単にできる。
上記ゲート電極と上記有機半導体層との間には、請求項５記載のように、絶縁膜が介在されていてもよい。これにより、ゲート電極と有機半導体層との間を絶縁できる。
【００２１】
上記電子注入電極および正孔注入電極は、請求項６記載のように、上記有機半導体層に対して上記基板とは反対側に配置されていてもよい。このような有機半導体装置を製造する際、有機半導体層の上に、電子注入電極を構成する材料および正孔注入電極を構成する材料を供給して、電子注入電極および正孔注入電極を形成できる。この場合、電子注入電極を構成する材料および正孔注入電極を構成する材料を、たとえば、スパッタリング法により有機半導体層上に供給することにより、これらの材料は有機半導体層の表層部に打ち込まれる。
【００２２】
これにより、電子注入電極および正孔注入電極から有機半導体層に、それぞれ電子および正孔が注入されやすくなる。したがって、有機半導体層の発光効率が高くなる。
また、上記電子注入電極および正孔注入電極は、請求項７記載のように、上記有機半導体層に対して上記基板と同じ側に配置されていてもよい。このような有機半導体装置を製造する際、電子注入電極および正孔注入電極は、有機物からなる所定のパターンのレジスト膜を用いたエッチングにより整形するものとすることができる。
【００２３】
レジスト膜の下地層が無機物からなる場合は、この下地層は、レジスト膜を除去するための現像液やエッチング液によってダメージを受けることはない。このため、電子注入電極と正孔注入電極とのギャップを狭く（たとえば、数十μｍ程度）にすることができる。
請求項８記載の発明は、上記電子注入電極は、上記正孔注入電極に対向する端面に凹湾曲面を有しており、上記正孔注入電極は、上記電子注入電極に対向する端面に凸湾曲面を有していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の有機半導体装置である。
【００２４】
この発明によれば、電子注入電極および正孔注入電極は、これらの対向部において、それぞれ、凹湾曲面および凸湾曲面を有している。電子注入電極は、凹湾曲面の縁部で先の尖った先鋭部となっているものとすることができる。この場合、正孔注入電極は、先鋭部に対向する部分で、基板にほぼ垂直な面を有しているものとすることができる。この場合、電子注入電極と正孔注入電極との間に電圧が印加されると、電子注入電極の先鋭部で強度な電界集中が起こるため、電子注入電極からの電界電子放出効果が高くなり、電子の有機半導体層への注入量を増やすことができる。
【００２５】
請求項９記載の発明は、上記電子注入電極および上記正孔注入電極は、互いに嵌め合わされるように配置された櫛歯形状部（５ａ，６ａ）をそれぞれ有していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の有機半導体装置である。
この発明によれば、電子注入電極と正孔注入電極とは、広い領域に渡って対向するので、有機半導体層に注入される電子および正孔の量を多くすることができる。このため、有機半導体層が発光層を含む場合、広い領域に渡って発光層を発光させることができる。また、この場合、櫛歯形状部の幅を充分狭くすることにより、肉眼的に面発光しているように視認される有機ＥＬ素子を実現できる。
【００２６】
請求項１０記載の発明は、基板上に二次元配列された複数の画素から選択した任意の画素を発光させることによって表示を行う表示装置（６０）であって、上記複数の画素が、上記有機半導体層としての発光層を含む請求項４ないし９のいずれかに記載の有機半導体装置をそれぞれ備えていることを特徴とする表示装置である。
この発明によれば、有機半導体装置に備えられた発光層を発光させることにより、各画素を発光させて、表示装置に画像を表示できる。各画素に備えられた有機半導体装置は、有機半導体層（発光層）に別の層を積層した多層構造の素子を容易に実現できるので、たとえば、発光層に波長変換層を積層して、様々な波長の光を取り出すことができる。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、上記複数の画素が上記基板上に行方向および列方向に沿ってマトリクス状に配列されており、上記行方向に沿って整列した複数の画素にそれぞれ共通に接続され、行単位で画素を選択するための複数の走査線（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３）と、上記列方向に沿って整列した複数の画素にそれぞれ共通に接続され、上記有機半導体装置の発光強度に対応したデータ信号を与える複数のデータ線（ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３）と、上記複数の走査線を循環的に順次選択し、選択された走査線である選択走査線に接続された複数の画素をデータ書き込み対象の画素として共通に選択する走査制御手段（５１）と、上記走査制御手段による走査線の選択と同期して、選択走査線に接続された複数の画素に対応したデータ信号を上記データ線に並列に出力するデータ信号生成手段（５２）とを含むことを特徴とする請求項１０記載の表示装置である。
【００２８】
この発明によれば、データ信号生成手段により、選択走査線に接続された各画素に、有機半導体装置の発光強度に対応したデータ信号を与えて発光させることができる。そして、走査制御手段により、複数の走査線を循環的に順次選択しながら、各走査線に接続された画素を発光させることにより、表示装置に画像を表示させることができる。
請求項１２記載の発明は、各画素は、当該画素に備えられた有機半導体装置のゲート電極に一端が接続された選択トランジスタ（ＴＳ）と、上記有機半導体装置のゲート電極に対して上記選択トランジスタと並列に接続され、上記ゲート電極の電位を保持するためのキャパシタ（Ｃ）とを備えており、上記走査線は、行方向に沿って整列した複数の画素の選択トランジスタのゲートに共通に接続されており、上記データ線は、上記列方向に沿って整列した複数の画素の選択トランジスタの他端に共通に接続されており、上記走査制御手段は、選択走査線に接続された複数の画素の上記選択トランジスタを導通させ、選択された走査線以外の非選択走査線に接続された複数の画素の上記トランジスタを遮断状態とするための制御信号を生成するものであることを特徴とする請求項１１記載の表示装置である。
【００２９】
この発明によれば、走査線により当該走査線に接続された選択トランジスタのゲートを所定の電位にして当該選択トランジスタをオン状態にすることができる。この状態で各データ線を有機半導体装置の発光強度に対応する電位にすることにより、オン状態の選択トランジスタに接続された有機半導体装置のゲート電極をその電位にすることができる。この際、有機半導体装置の電子注入電極と正孔注入電極との間に適当なバイアス電圧（ゲート電極が所定の電位にされることにより発光層に電子および正孔が注入されて発光層が発光する電圧）が印加されていると、ゲート電極の電位に応じた発光強度で有機半導体装置（発光層）が発光する。
【００３０】
データ信号生成手段は、有機半導体装置のゲート電極の電位を、二値で変化するように制御するものであってもよく、この場合、各画素の発光強度を二値で変化させる（発光または非発光の状態にする）ことができる。また、データ信号生成手段は、有機半導体装置のゲート電極の電位を、多値で変化するように制御するものであってもよく、この場合、各画素の発光強度を階調制御して表示装置に画像を表示させることができる。
【００３１】
いずれの場合でも、有機半導体装置のゲート電極の電位を変化させて発光強度を制御することにより、電子注入電極と正孔注入電極との間に印加する電圧の大きさを変化させて発光強度を制御する場合と比べて、有機半導体装置のインピーダンスを低くすることができる。すなわち、この表示装置のインピーダンスは低い。
選択トランジスタがオン状態のとき、データ線により有機半導体装置のゲート電極が適当な電位にされると、その電位に対応する電荷がキャパシタに蓄えられる。選択トランジスタがオフ状態にされると、キャパシタに蓄えられた電荷は維持されるので、有機半導体装置のゲート電極の電位は維持され、当該有機半導体装置（発光層）の発光強度は維持される。
【００３２】
請求項１３記載の発明は、基板（２）上に、第１の電極材料からなる第１の電極膜（８）を形成する工程と、上記第１の電極膜の上に第１のレジスト膜（９）を形成する工程と、上記第１のレジスト膜の上に、所定の現像液に対する溶解速度が、上記第１のレジスト膜の上記現像液に対する溶解速度より小さい第２のレジスト膜（１０）を形成する工程と、上記所定の現像液を用いて、上記第１および第２のレジスト膜の所定の領域を除去する現像工程と、この現像工程の後、上記第１および第２のレジストを残したまま、上記第１の電極膜をウェットエッチングするエッチング工程と、このエッチング工程の後、上記半導体基板の上記第１および第２のレジスト膜が形成された面に、上記第１の電極材料とは異なる第２の電極材料を供給して、当該第２の電極材料からなる第２の電極膜（１２）を形成する工程と、上記基板上に、有機半導体層（７，３０，３４）を形成する工程とを含むことを特徴とする有機半導体装置（１，２１，３１，４１，４５）の製造方法である。
【００３３】
この発明によれば、第１のレジスト膜の現像液に対する溶解速度は、第２のレジスト膜の現像液に対する溶解速度より大きいので、現像工程において、第１のレジスト膜がオーバーエッチングされた状態、すなわち、第２のレジスト膜端部付近の下方（基板側）にある第１のレジスト膜が除去された状態にできる。
エッチング工程では、第１の電極膜のうち、第１のレジスト膜からの露出部が除去されるから、第２の電極膜を形成する工程において、第２のレジスト膜をマスクとして、基板上に第２の電極膜を形成すると、基板上において、第１の電極膜と第２の電極膜とは、第１のレジスト膜のオーバーエッチング幅にほぼ等しい間隙を開けて対向する。
【００３４】
第１のレジスト膜のオーバーエッチング量は、たとえば、数十μｍまたはそれ以下に制御できる。したがって、第１の電極膜と第２の電極膜とのギャップを、数十μｍまたはそれ以下にすることができる。
この製造方法において、現像液に対する第１のレジスト膜の溶解速度と第２のレジスト膜の現像液に対する溶解速度との差により、第１のレジスト膜がオーバーエッチングされ、このオーバーエッチング量により第１の電極膜と第２の電極膜とのギャップ長が制御される。
【００３５】
一方、上記特許文献２に開示された電極の形成方法では、エッチング液に対する第１の電極膜の溶解速度とレジスト膜の溶解速度との差により、第１の電極膜がオーバーエッチングされ、このオーバーエッチング量により第１の電極膜と第２の電極膜とのギャップ長が制御される。レジスト膜を構成する材料と第１の電極膜を構成する材料とは大きく異なり、エッチング液に対する溶解速度の差は大きい。したがって、第１の電極膜のオーバーエッチング量を正確に制御できない。
【００３６】
これに対して、第１および第２のレジスト膜はともに有機物からなるものとすることができ、この場合、現像液に対する第１のレジスト膜の溶解速度と第２の現像液に対する溶解速度との差を小さくすることができる。したがって、第１のレジスト膜のオーバーエッチング量、すなわち、第１の電極膜と第２の電極膜とのギャップ長を正確に制御できる。
エッチング工程でエッチングされた第１の電極膜の残部は、有機半導体層に電子を注入する電子注入電極、および有機半導体層に正孔を注入する正孔注入電極の一方とすることができる。また、第２の電極膜を形成する工程において、基板上に形成された第２の電極膜は、上記電子注入電極および正孔注入電極の他方とすることができる。この場合、基板に平行な方向に間隔を開けて配置された電子注入電極および正孔注入電極が得られる。したがって、この発明に係る製造方法により、請求項１記載の有機半導体装置を製造できる。
【００３７】
上記第１のレジスト膜は、たとえば、上記第２のレジスト膜を剥離（リフトオフ）させるためのリフトオフ層であってもよい。
請求項１４記載の発明は、上記有機半導体層を形成する工程が、上記第１の電極膜を形成する工程および上記第２の電極膜を形成する工程の前に実施されることを特徴とする請求項１３記載の有機半導体装置の製造方法である。
この発明により請求項６記載の有機半導体装置を製造でき、請求項６記載の有機半導体装置と同様の効果を奏することができる。
【００３８】
請求項１５記載の発明は、上記有機半導体層を形成する工程が、上記第１の電極膜を形成する工程および上記第２の電極膜を形成する工程の後に実施されることを特徴とする請求項１３記載の有機半導体装置の製造方法である。
この発明により請求項７記載の有機半導体装置を製造でき、請求項７記載の有機半導体装置と同様の効果を奏することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る有機半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
この有機半導体装置１は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子であり、注入された電子および正孔の再結合により発光する有機半導体層７を備えている。基板２の上にはゲート電極３が形成されており、ゲート電極３の上には絶縁体層４が形成されている。絶縁体層４の上には、基板２に平行な方向に間隔を開けて配置された電子注入電極（ソース電極）５および正孔注入電極（ドレイン電極）６が形成されている。ゲート電極３は、電子注入電極５および正孔注入電極６の間の領域を含む領域に対向して設けられている。
【００４０】
電子注入電極５および正孔注入電極６の厚さは、その端部で薄くなっている。電子注入電極５と正孔注入電極６との対向部において、電子注入電極５の端面は凹湾曲面となっているが、正孔注入電極６の端面は凸湾曲面となっている。
電子注入電極５の凹湾曲面縁部の基板２側は、先の尖った先鋭部となっている。また、正孔注入電極６において先鋭部に対向する部分（絶縁体層４近傍の部分）は、基板２にほぼ垂直な面となっている。これにより、電子注入電極５と正孔注入電極６との間に電圧が印加されると、電子注入電極５の先鋭部で強度な電界集中が起こるため、電子注入電極５からの電界電子放出効果が高くなり、電子の有機半導体層７への注入量を増やすことができる。
【００４１】
電子注入電極５および正孔注入電極６の上ならびに電子注入電極５と正孔注入電極６との間には、有機半導体層７が形成されている。このように、この有機半導体装置１は、電子注入電極５および正孔注入電極６が、有機半導体層７に対して基板２と同じ側に配置された、いわゆるボトムコンタクト型の構造を有している。
基板２は、たとえば、シリコン（Ｓｉ）基板上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）層が形成されたもの、窒化珪素（ＳｉＮ）、ガラス、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）などからなるものとすることができる。ゲート電極３は、たとえば、高濃度に不純物がドープされて低抵抗化されたシリコン、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）などからなるものとすることができる。絶縁体層４は、たとえば、酸化シリコン、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ポリマー（たとえば、ノボラック樹脂、ポリイミド等）などからなるものとすることができる。
【００４２】
電子注入電極５は、たとえば、マグネシウム（Ｍｇ）／銀（Ａｇ）合金、リチウム（Ｌｉ）／アルミニウム合金、カルシウム（Ｃａ）などからなるものとすることができる。正孔注入電極６は、たとえば、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）と酸化錫（ＳｎＯ２）との固溶体（いわゆるＩＴＯ）、白金（Ｐｔ）、金などからなるものとすることができる。
有機半導体層７は、電子および正孔の注入により単層で発光するバイポーラ性の有機半導体材料、たとえば、Ａｌｑ３（Ｔｒｉｓ−（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）、ＢＳＡ−１ｍ（９，１０−Ｂｉｓ（３−ｃｙａｎｏｓｔｉｌｉｌ）ａｎｔｈｒａｃｅｎｅ）、ＭＥＨＰＰＶ（Ｐｏｌｙ［２−Ｍｅｔｈｏｘｙ−５−（２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌｏｘｙ）−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ］）、ＣＮ−ＰＰＰ（Ｐｏｌｙ［２−（６−ｃｙａｎｏ−６−ｍｅｔｈｙｌｈｅｐｔｙｌｏｘｙ）−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ］、Ｂｉｓ（２−（２−ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）−ｂｅｎｚ−１，３−ｔｈｉａｚｏｌａｔｏ）ｚｉｎｃ  ｃｏｍｐｌｅｘ、Ｐｏｌｙ［（９，９−ｄｉｈｅｘｙｌｆｌｕｏｒｅｎ−２，７−ｄｉｙｌ）−ｃｏ−（ａｎｔｈｒａｃｅｎ−９，１０−ｄｉｙｌ）］などからなる。
【００４３】
正孔注入電極６を構成する材料の仕事関数は、電子注入電極５を構成する材料の仕事関数より高い。電子注入電極５を構成する材料は、その仕事関数が有機半導体層７を構成する有機半導体材料のＬＵＭＯ準位に近くなるように選択されている。また、正孔注入電極６を構成する材料は、その仕事関数が有機半導体層７を構成する有機半導体材料のＨＯＭＯ準位に近くなるように選択されている。
この有機半導体装置１は、電子注入電極５と正孔注入電極６との間に所定の電圧を印加し、ゲート電極３を適当な電位にすることにより、電子注入電極５から有機半導体層７に電子が注入されるとともに、正孔注入電極６から有機半導体層７に正孔が注入される。これらの電子と正孔とが有機半導体層７内で再結合することにより、有機半導体層７が発光する。
【００４４】
電子注入電極５から有機半導体層７に注入される電子の量および正孔注入電極６から有機半導体層７に注入される正孔の量（電子注入電極５と正孔注入電極６との間に流れる電流値）は、ゲート電極３の電位により変化する。したがって、この有機半導体装置１は、有機半導体層７の発光強度をゲート電極３の電位によって制御できる。ゲート電極３の電位を段階的にまたは無段階に（つまり連続的に）変化させることにより、発光強度の階調制御が可能である。
【００４５】
このように、ゲート電極３の電位を変化させて発光強度を制御する場合は、電子注入電極５と正孔注入電極６との間に印加する電圧の大きさを変化させて発光強度を制御する場合と比べて、有機半導体装置１のインピーダンスを低くすることができ、有機半導体装置１周辺の回路を簡単にできる。
図２は、電子注入電極５および正孔注入電極６の形状および配置を示す図解的な平面図である。
【００４６】
電子注入電極５および正孔注入電極６は櫛形の形状を有しており、互いにわずかな間隔を開けて嵌め合わされるように配置された櫛歯形状部５ａ，６ａを有している。櫛歯形状部５ａ，６ａは、図２には７本のみ示しているが、より多く（たとえば、６０本程度）設けられていてもよい。
電子注入電極５の幅および正孔注入電極６の幅は、たとえば、５０μｍ程度である。電子注入電極５と正孔注入電極６との間隔は、たとえば、２５μｍ程度であり、電子注入電極５と正孔注入電極６との対向部のすべて部分においてほぼ一定している。このように、電子注入電極５と正孔注入電極６とのギャップ長が短くされていることにより、電子と正孔との再結合が効率的に生じる。
【００４７】
ゲート電極３（図２に破線で示す。）は、電子注入電極５と正孔注入電極６との対向部の大部分を含むほぼ矩形の領域に形成されており、これらの対向部を同時にほぼ一定の電位にすることができる。
上述のように有機半導体層７は、電子注入電極５から注入された電子と正孔注入電極６から注入された正孔との再結合により発光する。このため、有機半導体層７において発光する領域は、電子注入電極５と正孔注入電極６とに挟まれた領域にほぼ一致する。すなわち、有機半導体層７は、微視的には、細い（たとえば、幅２５μｍ程度の）ライン状の領域が発光するが、櫛歯形状部５ａ，６ａが上述のように多数設けられており、かつ、櫛歯形状部５ａ，６ａの幅が充分狭いため、巨視的（肉眼的）には、面発光しているものと視認される。
【００４８】
図３は、図１に示す有機半導体装置１の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
先ず、基板２の上にゲート電極３が形成され、ゲート電極３の上に絶縁体層４が形成される。続いて、基板２の絶縁体層４が形成された面に、電子注入電極５を構成する材料が供給されて、当該材料からなる第１の電極膜８が形成される（図３（ａ）参照）。この工程は、たとえば、蒸着やスパッタリングにより行うことができる。
【００４９】
次に、第１の電極膜８の上にリフトオフ層９が形成され（図３（ｂ）参照）、さらに、リフトオフ層９の上にレジスト膜１０が形成される（図３（ｃ）参照）。レジスト膜１０は、現像液により現像して所定のパターンに整形できる。リフトオフ層９の当該現像液に対する溶解速度は、レジスト膜１０の当該現像液に対する溶解速度より大きい。リフトオフ層９やレジスト膜１０は、たとえば、スピンコート法により形成できる。
【００５０】
続いて、レジスト膜１０の上方に、図１および図２の正孔注入電極６に相当する領域に開口１１ａを有するマスク１１が配置される（図３（ｄ）参照。）。そして、マスク１１を介して紫外線（ＵＶ）が照射されて、レジスト膜１０およびリフトオフ層９が露光される。形成直後のレジスト膜１０およびリフトオフ層９は、現像液に対する耐性を有しているが、露光された領域は現像液に対する耐性を失う。
【００５１】
次に、現像液によりレジスト膜１０およびリフトオフ層９が現像される。これにより、レジスト膜１０およびリフトオフ層９において、露光された領域が溶解されて、開口１０ａ，９ａがそれぞれ形成される。
リフトオフ層９の現像液に対する溶解速度が、レジスト膜１０の現像液に対する溶解速度より大きいことにより、リフトオフ層９はオーバーエッチングされる。これにより、リフトオフ層９の開口９ａの幅は、レジスト膜１０の開口１０ａの幅よりわずかに幅が広くなる。
【００５２】
リフトオフ層９のオーバーエッチング量、すなわち、基板２を垂直に見下ろす平面視において、開口１０ａの縁部と開口９ａの縁部との間隔は、たとえば、数十μｍになるようにされる。現像時間は、リフトオフ層９とレジスト膜１０との現像液に対する溶解速度の差を考慮して、所定のオーバーエッチング量が実現されるように決定される。
続いて、開口１０ａ，９ａを介して、第１の電極膜８がウェットエッチングされる。エッチング液を用いたウェットエッチングにより、リフトオフ層９がオーバーエッチングされていても、このオーバーエッチングされた部分（レジスト膜１０の下）にエッチング液を回り込ませて、第１の電極膜８をエッチングできる。これにより、第１の電極膜８においてほぼ開口９ａに相当する領域（リフトオフ層９からの露出部）が除去されて、第１の電極膜８の残部は電子注入電極５となる。
【００５３】
第１の電極膜８は、その表面からエッチング液に溶解されていくことにより、その厚さ方向に関して、上部がより大きくエッチングされる。これにより、電子注入電極５の厚さは、その端部で薄くなる。また、電子注入電極５の端面は凹湾曲面になる。この状態が、図３（ｅ）に示されている。
さらに、この状態の基板２のレジスト膜１０が形成された面に、正孔注入電極６を構成する材料が供給されて、基板２（絶縁体層４）上およびレジスト膜１０上に、当該材料からなる第２の電極膜１２が形成される。基板２（絶縁体層４）上の第２の電極膜１２は、正孔注入電極６となる。この状態が、（図３（ｆ）参照）に示されている。
【００５４】
この工程は、たとえば、スパッタリング法により実施することができる。この場合、正孔注入電極６を構成する材料（原子）は、基板２に対してほぼ垂直に直進して基板２（絶縁体層４）上およびレジスト膜１０上に堆積するようにされる。このため、基板２（絶縁体層４）上では、正孔注入電極６を構成する材料（原子）は、レジスト膜１０の開口１０ａの幅にほぼ等しい幅で堆積する。すなわち、正孔注入電極６の幅は、開口１０ａの幅にほぼ等しくなる。
【００５５】
正孔注入電極６を構成する材料（原子）は、わずかにレジスト膜１０の下方に回り込むので、正孔注入電極６の厚さは、その端部で薄くなる。また、正孔注入電極６の端面は凸湾曲面になる。
開口１０ａの幅は、リフトオフ層９がオーバーエッチングされていることにより、開口９ａの幅より狭くなっているので、電子注入電極５と正孔注入電極６とは接することなく、リフトオフ層９のオーバーエッチング幅にほぼ等しいギャップを開けて形成される。
【００５６】
その後、リフトオフ層９およびレジスト膜１０が除去される。この際、レジスト膜１０より大きなエッチング速度でリフトオフ層９を溶解するエッチング液を用いることにより、レジスト膜１０を容易に基板２から剥離（リフトオフ）させることができる。
最後に、基板２（絶縁体層４）、電子注入電極５、および正孔注入電極６の上に、有機半導体層７が形成されて図１および図２に示す有機半導体装置１が得られる。すなわち、有機半導体層７を形成する工程を、第１の電極膜８を形成する工程および第２の電極膜１２を形成する工程の後に実施することにより、ボトムコンタクト型の半導体装置１を製造することができる。
【００５７】
以上の製造方法において、リフトオフ層９のオーバーエッチング量は、上述のように数十μｍに制御できる。また、リフトオフ層９の下地である絶縁体層４が無機物からなる場合は、絶縁膜４は、リフトオフ層９やレジスト膜１０を除去するための現像液やエッチング液によってダメージを受けることはない。以上のことから、電子注入電極５と正孔注入電極６とのギャップを、数十μｍにすることができる。
【００５８】
以上の製造方法において、現像液に対するリフトオフ層９の溶解速度とレジスト膜１０の溶解速度との差により、リフトオフ層９がオーバーエッチングされ、このオーバーエッチング量により電子注入電極５と正孔注入電極６とのギャップ長が制御される。リフトオフ層９およびレジスト膜１０は、ともに有機物からなるものとすることができ、この場合、現像液に対するリフトオフ層９の溶解速度とレジスト膜１０の現像液に対する溶解速度との差を小さくすることができる。したがって、リフトオフ層９のオーバーエッチング量、すなわち、電子注入電極５と正孔注入電極６とのギャップ長を正確に制御できる。
【００５９】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る有機半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。図１および図２に示す有機半導体装置１の構成要素等に対応する構成要素等には、同一符号を付して説明を省略する。
基板２の上にはゲート電極３が形成されており、ゲート電極３の上には絶縁体層４が形成されている。絶縁体層４の上には有機半導体層７が形成されており、有機半導体層７の上には、基板２に平行な方向に間隔を開けて配置された電子注入電極５および正孔注入電極６が形成されている。すなわち、この有機半導体装置２１は、電子注入電極５および正孔注入電極６が、有機半導体層７に対して基板２とは反対側に配置された、いわゆるトップコンタクト型の構造を有している。
【００６０】
この有機半導体装置２１は、電子注入電極５と正孔注入電極６との間に所定の電圧を印加し、ゲート電極３を適当な電位にすることにより、電子注入電極５から有機半導体層７に電子が注入されるとともに、正孔注入電極６から有機半導体層７に正孔が注入される。これらの電子と正孔とが有機半導体層７内で再結合することにより発光する。
図１に示すボトムコンタクト型の有機半導体装置１では、ゲート電極３が、有機半導体層７に対して電子注入電極５および正孔注入電極６と同じ側に配置されている。このため、電子注入電極５から注入された電子および正孔注入電極６から注入された正孔は、有機半導体層７において、絶縁体層４との界面近傍のごく薄い領域のみを移動する。
【００６１】
一方、図４に示すトップコンタクト型の有機半導体装置２１では、ゲート電極３が有機半導体層７に対して電子注入電極５および正孔注入電極６とは反対側に配置されている。このため、電界がゲート電極３側に引っ張られるので、電子注入電極５から注入された電子および正孔注入電極６から注入された正孔は、有機半導体層７内をその厚さ方向に移動し、さらに、絶縁体層４との界面近傍を移動する。
【００６２】
これにより、有機半導体層７と別の層とが積層されていた場合でも、これらの層を横断するように電子および正孔を移動させることができる。
図５は、図４に示す有機半導体装置２１の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
先ず、基板２の上にゲート電極３が形成され、ゲート電極３の上に絶縁体層４が形成される（図５（ａ）参照）。続いて、絶縁体層４の上に有機半導体層７が形成される（図５（ｂ）参照）。
【００６３】
その後、第１の電極膜を形成する工程（図３（ａ）参照）以下が、有機半導体装置１の製造方法と同様に実施される。ただし、第２の電極膜１２（正孔注入電極６）を形成（図３（ｆ）参照）し、リフトオフ層９およびレジスト膜１０が除去された後、有機半導体層７を形成する工程は実施されない。
このように、有機半導体層７を形成する工程を、第１の電極膜８を形成する工程および第２の電極膜１２を形成する工程の前に実施することにより、トップコンタクト型の半導体装置２１を製造することができる。
【００６４】
以上の製造方法の第１の電極膜８を形成する工程および第２の電極膜１２を形成する工程において、電子注入電極５を構成する材料および正孔注入電極６を構成する材料は、有機半導体層７表層部に打ち込まれる。これにより、電子注入電極５および正孔注入電極６から有機半導体層７に、それぞれ電子および正孔が注入されやすくなる。したがって、有機半導体層７の発光効率が高くなる。
図６は、本発明の第３の実施形態に係る有機半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。図１に示す有機半導体装置１の構成要素等に対応する構成要素等には、同一符号を付して説明を省略する。
【００６５】
この有機半導体装置３１は、電子と正孔とが導入されて再結合することにより発光する発光層３０と、発光層３０から発せられた光の波長を他の波長に変換する波長変換層３５とを含んでいる。
基板２の上には、電子注入電極５および正孔注入電極６が形成されている。基板２、電子注入電極５、および正孔注入電極６の表面を覆うように、たとえば、ＭＥＨＰＰＶからなる発光層３０が形成されている。発光層３０の厚さは、電子注入電極５の厚さや正孔注入電極６の厚さより薄い。
【００６６】
発光層３０の上には波長（色）変換層３５が形成されており、波長変換層３５の上には、絶縁体層４が形成されている。絶縁体層４の上で、平面視において、電子注入電極５と正孔注入電極６との間隙を覆う領域には、ゲート電極３６が形成されている。すなわち、ゲート電極３６は、電子注入電極５と正孔注入電極６との間の領域に対向して設けられている。
電子注入電極５と正孔注入電極６との間に所定の電圧を印加し、ゲート電極３６を適当な電位にすると、電子注入電極５から発光層３０に電子が注入されるとともに、正孔注入電極６から発光層３０に正孔が注入される。電子および正孔は、発光層３０中で再結合して発光する。発光層３０で生じた光は、波長変換層３５を通過して外部に取り出される。この際、発光層３０で生じた光の波長は、他の波長に変換される。すなわち、発光層３０による発光色は、他の色に変換される。
【００６７】
以上のように、この半導体装置３１は、発光層３０および波長変換層３５が積層された多層構造を有する。電子注入電極５および正孔注入電極６が、基板２に平行な方向に間隔を開けて配置されていることにより、このような多層構造を有する有機半導体装置３１が形成可能となっている。すなわち、電子注入電極５および正孔注入電極６が、発光層３０に対して同じ側に配置されていることにより、このような積層構造を容易に形成できる。
【００６８】
図７は、本発明の第４の実施形態に係る有機半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。図６に示す有機半導体装置３１の構成要素等に対応する構成要素等には、同一符号を付して説明を省略する。
基板２の上には、電子注入電極５および正孔注入電極６が形成されている。基板２、電子注入電極５および正孔注入電極６を覆うように、ＰＥＤＯＴ層３３が形成されており、ＰＥＤＯＴ層３３の上には、ＭＥＨＰＰＶ層３４が形成されている。ＰＥＤＯＴ層３３は、電子注入電極５および正孔注入電極６とＭＥＨＰＰＶ層３４との間に形成されており、電子注入電極５および正孔注入電極６とＭＥＨＰＰＶ層３４とは直接接していない。
【００６９】
ＰＥＤＯＴ層３３は、基板２上にはほとんど形成されていない。ＰＥＤＯＴ層３３およびＭＥＨＰＰＶ層３４のトータル厚さは、電子注入電極５の厚さや正孔注入電極６の厚さより薄い。
ＭＥＨＰＰＶ層３４の上には波長（色）変換層３５が形成されており、波長変換層３５の上には、絶縁体層４が形成されている。
ＰＥＤＯＴ層３３は、ＭＥＨＰＰＶ層３４と、たとえば、ＩＴＯからなる正孔注入電極６との間のエネルギー障壁を緩和するように作用するとともに、ＭＥＨＰＰＶ層３４と、たとえば、マグネシウム／銀合金からなる電子注入電極５との間のエネルギー障壁を緩和するように作用する。
【００７０】
具体的には、電子注入電極５とＰＥＤＯＴ層３３との間のエネルギー障壁、および正孔注入電極６とＰＥＤＯＴ層３３との間のエネルギー障壁は小さいので、電子注入電極５および正孔注入電極６からＰＥＤＯＴ層３３へと、それぞれ電子および正孔を容易に注入できる。したがって、電子注入電極５および正孔注入電極６から直接ＭＥＨＰＰＶ層３４に電子および正孔が注入されるように構成されていた場合と比べて、電子注入電極５と正孔注入電極６との間に印加する電圧を低くしてＭＥＨＰＰＶ層３４を発光させることができる。
【００７１】
図８は、図７に示す有機半導体装置４１の変形例に係る有機半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。図７に示す有機半導体装置４１の構成要素等に対応する構成要素等には、同一符号を付して説明を省略する。
この有機半導体装置４５は、図７に示す有機半導体装置４１と類似した構造を有するが、電子注入電極５の代わりに、下層（基板２側）に形成されたアルミニウム層４６と、上層（基板２から遠い側）に形成されたマグネシウム／銀合金層４７とを含む電子注入電極４８が設けられている。
【００７２】
また、ＰＥＤＯＴ層３３は設けられておらず、ＭＥＨＰＰＶ層３４が電子注入電極４８および正孔注入電極６を直接覆うように形成されている。ＭＥＨＰＰＶ層３４は、電子注入電極５と正孔注入電極６との間の基板２上に連続して形成されている。
マグネシウム／銀合金層４７の仕事関数は低く、マグネシウム／銀合金層４７とＭＥＨＰＰＶ層３４との間のエネルギー障壁は小さいので、マグネシウム／銀合金層４７からＭＥＨＰＰＶ層３４に容易に電子を注入できる。したがって、正孔注入電極６とＭＥＨＰＰＶ層３４との間のエネルギー障壁が充分小さい場合、このような電子注入電極４８および正孔注入電極６により、ＰＥＤＯＴ層３３を設けることなく、電子および正孔をＭＥＨＰＰＶ層３４に容易に注入できる。
【００７３】
図９は、ＥＬ素子が複数個備えられた表示装置の回路図である。
この表示装置６０は、画素を構成する各有機ＥＬ素子が、行方向および列方向にマトリクス状に二次元配列されてなる。各有機ＥＬ素子は、たとえば、図１に示す有機半導体装置１とすることができる。また、各有機ＥＬ素子はＦＥＴ５０であり、ゲートＧ、ソースＳ、およびドレインＤ（たとえば、それぞれ図１の有機半導体装置１のゲート電極３、電子注入電極５、および正孔注入電極６）を備えている。
【００７４】
この表示装置６０は、コントローラ５３、走査線駆動回路５１、およびデータ線駆動回路５２を備えており、コントローラ５３に画像データが入力されると、その画像データに対応した制御信号が、コントローラ５３から走査線駆動回路５１およびデータ線駆動回路５２に出力されるようになっている。
走査線駆動回路５１には、行方向に配設された複数本の走査線ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３・・・が接続されており、データ線駆動回路５２には、列方向に配設された複数本のデータ線ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３・・・が接続されている。
【００７５】
走査線ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３・・・およびデータ線ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３・・・には、選択トランジスタＴＳがマトリクス状に接続されている。選択トランジスタＴＳは、ソース、ドレインおよびゲートを備えており、ソースおよびドレインの一方がデータ線ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３・・・に接続されており、ゲートが走査線ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３・・・に接続されている。また、各選択トランジスタＴＳのソースおよびドレインの他方には、ＦＥＴ５０のゲートＧが接続されている。選択トランジスタＴＳとＦＥＴ５０のゲートＧとの間には、キャパシタＣの一方の端子が接続されている。キャパシタＣは、有機ＥＬ素子のゲートＧに対して選択トランジスタＴＳと並列に接続されている。
【００７６】
この表示装置６０を駆動するときは、すべてのＦＥＴ５０のソースＳとドレインＤとの間に、バイアス電圧が印加される。バイアス電圧は、有機ＥＬ素子（ＦＥＴ５０）のゲートＧが所定の電位にされることにより、その有機ＥＬ素子の発光層に電子および正孔が注入されて発光層が発光するような電圧（たとえば、１０Ｖ）にされる。
先ず、走査線駆動回路５１により、最初の走査線ＬＳ１に接続された選択トランジスタＴＳに所定のゲート電圧が印加されて、当該選択トランジスタＴＳがオン状態にされる。他の走査線ＬＳ２，ＬＳ３・・・に接続された選択トランジスタＴＳにはゲート電圧は印加されず、オフ状態にされる。
【００７７】
この状態で、データ線駆動回路５２により、各データ線ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３・・・を介して、有機ＥＬ素子の発光強度に対応するゲート電圧が並列に印加される。このゲート電圧は、オン状態の選択トランジスタＴＳに接続されたＦＥＴ５０、すなわち、走査線ＬＳ１に接続された各ＦＥＴ５０のみに印加される。すなわち、走査線ＬＳ１により、画素が行単位で選択され、選択された走査線ＬＳ１に接続された各画素に、発光強度に対応した電圧が与えられる。
【００７８】
これにより、走査線ＬＳ１およびデータ線ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３・・・に接続されたＦＥＴ５０に相当する有機ＥＬ素子のゲートＧが、有機ＥＬ素子の発光強度に対応する電位にされ、各有機ＥＬ素子は、その電位に対応する発光強度で発光する。この際、当該ＦＥＴ５０に接続されたキャパシタＣには、その電位に対応する電荷が蓄えられる。
その後、走査線ＬＳ１に接続された選択トランジスタＴＳのゲート電圧が、選択トランジスタＴＳがオフ状態になるような電圧（たとえば、ゼロ）にされて、当該選択トランジスタＴＳがオフ状態にされる。これにより、走査線ＬＳ１に対応するキャパシタＣにおいて、有機ＥＬ素子のゲートＧに接続された端子が電気的に絶縁されるので、キャパシタＣに蓄えられた電荷は保持されて、当該有機ＥＬ素子のゲートＧの電位は保持される。したがって、有機ＥＬ素子の発光強度は、一定の大きさに維持される。
【００７９】
そして、走査線ＬＳ２に接続された選択トランジスタＴＳに所定のゲート電圧が印加されて、当該選択トランジスタＴＳがオン状態にされる。
この状態で、各データ線ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３・・・により、有機ＥＬ素子の発光強度に対応するゲート電圧が、走査線ＬＳ２に接続された各ＦＥＴ５０に印加される。これにより、走査線ＬＳ２およびデータ線ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３・・・に接続されたＦＥＴ５０に相当するＥＬ素子が、それぞれのゲート電圧の大きさに対応する発光強度で発光する。
【００８０】
以下、各走査線ＬＳ３・・・に関して同様の制御が行われる。最後の走査線について、同様の制御が行われると、最初の走査線ＬＳ１に戻って同様の制御が行われる。このように、走査線駆動回路５１は、走査線ＬＳ２，ＬＳ３・・・を循環的に順次選択し、選択された走査線である選択走査線に接続された複数の画素（有機ＥＬ素子）をデータ書き込み対象の画素として共通に選択する。
このような制御により、各有機ＥＬ素子を任意の発光強度で発光させて、表示装置６０に任意の画像を表示させることができる。有機ＥＬ素子のゲートＧの電位を二値で制御することにより、有機ＥＬ素子の発光強度を二値（たとえば、発光状態または非発光状態）に制御できる。また、有機ＥＬ素子のゲートＧの電位を多値で制御することにより、有機ＥＬ素子の発光強度を階調制御できる。
【００８１】
有機ＥＬ素子が、たとえば、図６ないし図８に示す有機半導体装置３１，４１，４５のように、波長変換層３５を含む場合、各画素を様々な波長の光で発光させることができる。
この発明の実施形態の説明は、以上の通りであるが、この発明は他の形態でも実施できる。たとえば、第１の実施形態の有機半導体装置１において、有機半導体層７は、電子注入電極５と正孔注入電極６との間にのみ配置され、電子注入電極５および正孔注入電極６の上には設けられていなくてもよい。
【００８２】
第２の実施形態の有機半導体装置２１において、有機半導体層７と電子注入電極５および正孔注入電極６との間に、ＰＥＤＯＴ層３３（図６参照）が介装されていてもよい。ＰＥＤＯＴ層３３により、電子注入電極５および正孔注入電極６とＰＥＤＯＴ層３３との間のエネルギー障壁を小さくして、ＰＥＤＯＴ層３３に電子および正孔を注入できる。
また、この場合、ゲート電極３が有機半導体層７に対して、電子注入電極５および正孔注入電極６とは反対側に配置されていることにより、ＰＥＤＯＴ層３３に注入された電子および正孔は、有機半導体層７に移動し、再結合して励起子を生じ、有機半導体層７が発光する。
【００８３】
第３の実施形態の有機半導体装置３１およびその変形例に係る有機半導体装置４１，４５において、ＭＥＨＰＰＶ層３４による発光色（波長）を有する光をそのまま取り出したい場合は、波長変換層３５は設けられていなくてもよい。
図７に示す有機半導体装置４１において、ＰＥＤＯＴ層３３は、ＭＥＨＰＰＶ層３４や波長変換層３５と同様に、電子注入電極５と正孔注入電極６との間の基板２上に連続して形成されていてもよい。この場合でも、電子注入電極５および正孔注入電極６から、それぞれ電子および正孔がＰＥＤＯＴ層３３を介してＭＥＨＰＰＶ層３４に注入されて、これらの電子および正孔がＭＥＨＰＰＶ層３４中で再結合して発光する。
【００８４】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る有機半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
【図２】電子注入電極および正孔注入電極の形状および配置を示す図解的な平面図である。
【図３】図１に示す有機半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る有機半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
【図５】図４に示す有機半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る有機半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る有機半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
【図８】図７に示す有機半導体装置の変形例に係る有機半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
【図９】ＥＬ素子が複数備えられた表示装置の回路図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１，４５    有機半導体装置
２    基板
３，３６    ゲート電極
４    絶縁体層
５，４８    電子注入電極
５ａ，６ａ    櫛歯形状部
６    正孔注入電極
７    有機半導体層
８    第１の電極膜
９    リフトオフ層
１０    レジスト膜
１２    第２の電極膜
３０    発光層
３３    ＰＥＤＯＴ層
３４    ＭＥＨＰＰＶ層
３５    波長変換層
５１    走査線駆動回路
５２    データ線駆動回路
６０    表示装置
Ｃ    キャパシタ
ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３    データ線
ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３    走査線
ＴＳ    選択トランジスタ
【図１】
2005038631.tif 000003
【図２】
2005038631.tif 000004
【図３】
2005038631.tif 000005
【図４】
2005038631.tif 000006
【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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