(57)【要約】【課題】上面への発光効率が優れた発光素子の構造を提供する。【解決手段】発光層を挟んで基板面に平行な方向に２つの電極を並べる構造とする。発光層の下方にも電極が配置されない。従って、発光層の下方に反射膜を設けて、上面への発光効率を向上させることもできる。例えば、発光層よりも屈折率の低い膜を設け、屈折率に差がある積層の界面で発光層の下方への発光を反射し、上面への発光効率を向上させることができる。また、発光層の下方に反射率の高い金属膜（固定電位またはフローティング状態の反射金属膜）を配置することもできる。【選択図】図２
2007242594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面上に離間して並べられた第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の電極及び第２の電極を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜上に無機材料を含む発光層とを有し、
前記発光層は、前記第１の電極の側面と、該側面に対向する前記第２の電極の側面との間に形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
絶縁表面上に第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に離間して並べられた第１の電極と第２の電極と、
前記第１の電極及び第２の電極を覆う第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に無機材料を含む発光層とを有し、
前記発光層は、前記第１の電極の側面と、該側面に対向する前記第２の電極の側面との間に形成され、
前記第１の絶縁膜において前記第１の電極及び前記第２の電極と重なる領域は、前記第１の電極と前記第２の電極の間の領域よりも膜厚が厚いことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２において、前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜よりも屈折率が高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
絶縁表面上に第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に反射性を有する金属膜と、
前記反射性を有する金属膜上に離間して並べられた第１の電極と第２の電極と、
前記第１の電極及び第２の電極を覆う第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に無機材料を含む発光層とを有し、
前記発光層は、前記第１の電極の側面と、該側面に対向する前記第２の電極の側面との間に形成され、
前記反射性を有する金属膜と前記第１の電極との間、及び前記反射性を有する金属膜と前記第２の電極との間には第３の絶縁膜を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４において、前記第３の絶縁膜の側面は、前記第２の絶縁膜と接していることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、前記反射性を有する金属膜は、電気的にフローティング、或いは、前記第１の電極及び前記第２の電極とは異なる電位に固定されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一において、前記発光層を構成する物質は、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＧａＮ、ＳｉＣ、又はＭｇｘＺｎ１−ＸＯであることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一において、前記発光層は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｆから選ばれる少なくとも１種または複数種が添加されることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一において、前記第２の絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法または塗布法により形成される酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、酸化アルミニウム膜、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）膜から選ばれる単層またはそれらの積層であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一において、前記第１の電極及び前記第２の電極は、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｉｎから選ばれる元素を含む導電膜、またはこれらの積層膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
絶縁表面上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜上に離間して並べられた第１の電極と第２の電極を形成し、
前記第１の電極及び第２の電極をマスクとして前記第１の絶縁膜の一部をエッチングして膜厚の薄い部分を形成し、
前記第１の絶縁膜の膜厚の薄い部分、前記第１の電極、及び前記第２の電極を覆う第２の絶縁膜を形成し、
前記第２の絶縁膜上に無機材料を含む発光層を形成して、前記発光層が、前記第１の電極の側面と、該側面に対向する前記第２の電極の側面との間に配置することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無機材料を用いた発光素子に関し、発光素子を含む回路を有する半導体装置およびその作製方法に関する。例えば、無機発光素子を有する発光表示装置を部品として搭載した電子機器に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
従来の無機材料を用いた発光素子の構造を図１０に示す。図１０に示す発光素子は、基板２０００上に、下部電極２００２、第１絶縁膜２００４、無機半導体材料からなる発光層２００６、第２絶縁膜２００８、及び上部電極２０１０を順に積層した構造である。下部電極２００２及び上部電極２０１０のそれぞれに所定の電位を与えると、それらの電極間に生じる電位差によって加速されたキャリア（電子）が発光層２００６中の不純物原子またはそれらが作る不純物準位に捕獲されてエネルギー緩和するときにそのエネルギーが光として射出される。
【０００４】
下部電極２００２及び上部電極２０１０の材料として金属材料を用いた場合、光を基板２０００表面と平行な方向にしか取り出せないため、製品への使用用途が限られてしまう。
【０００５】
また、金属材料を用いた上部電極２０１０の膜厚を５〜２０ｎｍとすることにより、上面から光を放出させる方法が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２２１１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の構造では、上部電極の材料として透明導電膜を用いたとしても、上面への発光が上部電極を通過することになるため、射出する発光輝度が低減する構造であった。また、透明導電膜は、金属材料に比べて電気抵抗が高いため、電圧降下が生じて発光素子の発光効率が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、上面への発光効率が優れた発光素子の構造を提供し、その発光素子を有する半導体装置、表示装置、電子機器、およびそれらの作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、発光層の上下に２つの電極を配置する従来の構造ではなく、発光層を挟んで基板面に平行な方向に２つの電極を並べる構造とする。
【０００９】
本発明においては、発光層の上方には電極が配置されないため、上面から発光を効率よく放出させることができる。
【００１０】
加えて、発光層の下方にも電極が配置されない。従って、発光層の下方に反射膜を設けて、上面への発光効率を向上させることもできる。例えば、発光層よりも屈折率の低い膜を設け、屈折率に差がある積層の界面で発光層の下方への発光を反射し、上面への発光効率を向上させることができる。また、発光層の下方に反射率の高い金属膜（固定電位またはフローティング状態の反射金属膜）を配置することもできる。
【００１１】
本明細書で開示する発明の構成は、絶縁表面上に離間して並べられた第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極及び第２の電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に無機材料を含む発光層とを有し、前記発光層は、前記第１の電極の側面と、該側面に対向する前記第２の電極の側面との間に形成されることを特徴とする半導体装置である。
【００１２】
また、発光効率を向上させるため、発光層の下方に屈折率の異なる積層を設けて界面で発光を反射させてもよく、他の発明の構成は、絶縁表面上に第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に離間して並べられた第１の電極と第２の電極と、前記第１の電極及び第２の電極を覆う第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に無機材料を含む発光層とを有し、前記発光層は、前記第１の電極の側面と、該側面に対向する前記第２の電極の側面との間に形成され、前記第１の絶縁膜において前記第１の電極及び前記第２の電極と重なる領域は、前記第１の電極と前記第２の電極の間の領域よりも膜厚が厚いことを特徴とする半導体装置である。
【００１３】
また、上記構成において、前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜よりも屈折率が高いことを特徴としている。第２の絶縁膜と第１の絶縁膜の屈折率を調節することで、より発光効率を向上させることができる。
【００１４】
また、発光効率を向上させるため、発光層の下方に反射性を有する金属膜を設けて鏡面で発光を反射させてもよく、他の発明の構成は、絶縁表面上に第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に反射性を有する金属膜と、前記反射性を有する金属膜上に離間して並べられた第１の電極と第２の電極と、前記第１の電極及び第２の電極を覆う第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に無機材料を含む発光層とを有し、前記発光層は、前記第１の電極の側面と、該側面に対向する前記第２の電極の側面との間に形成され、前記反射性を有する金属膜と前記第１の電極との間、及び前記反射性を有する金属膜と前記第２の電極との間には第３の絶縁膜を有することを特徴とする半導体装置である。
【００１５】
また、上記構成において、前記第３の絶縁膜の側面は、前記第２の絶縁膜と接していることを特徴としている。また、上記構成において、前記反射性を有する金属膜は、電気的にフローティング、或いは、前記第１の電極及び前記第２の電極とは異なる電位に固定されていることを特徴としている。また、前記反射性を有する金属膜は、Ａｌ、Ａｇなどを用いればよい。
【００１６】
また、上記各構成において、発光層は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｆなどの元素、またはそれら複数種の元素を添加した無機化合物半導体材料を構成物質として用いる。無機化合物半導体材料としては、ＺｎとＳ、Ｓｅ、Ｔｅから選ばれる少なくとも一つの元素を含む材料を用いればよく、具体的には、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ等が挙げられる。また、他の無機化合物半導体材料としてＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＭｇｘＺｎ１−ＸＯなどを挙げることができる。
【００１７】
また、上記各構成において、第１の絶縁膜、第２の絶縁膜、または第３の絶縁膜としては、ＰＣＶＤ法またはスパッタ法または塗布法により形成される酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、酸化アルミニウム膜、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）膜から選ばれる単層またはそれらの積層を用いればよい。
【００１８】
また、上記各構成において、第１の電極、及び第２の電極としては、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｉｎから選ばれる元素を含む導電膜、またはこれらの積層膜を用いればよい。
【００１９】
なお、本明細書中での屈折率は、空気中（真空中）の屈折率を１．０とし、その数値が高いほど高屈折率と呼ぶこととする。
【００２０】
また、本発明の発光素子をマトリクス状に配置してアクティブマトリクス型の発光表示装置を作製することができる。また、本発明は、アクティブマトリクス型の発光装置に限らず、パッシブマトリクス型の発光装置にも適用できる。
【００２１】
また、上記各構成において、フルカラー表示をする場合、前記発光素子は、赤色、緑色、または青色のうち、いずれか一色を発光することを特徴としている。また、上記各構成において、単色表示をする場合、全ての前記複数の発光素子は、赤色、緑色、青色、あるいは白色を発光することを特徴としている。また、単一の発光色の発光素子と蛍光（カラー）フィルタとを組み合わせてフルカラー表示を行う構成としてもよい。
【００２２】
また、上記構成を得るための作製方法も本発明の一つであり、その作製方法に関する構成は、絶縁表面上に第１の絶縁膜を形成し、前記第１の絶縁膜上に離間して並べられた第１の電極と第２の電極を形成し、前記第１の電極及び第２の電極をマスクとして前記第１の絶縁膜の一部をエッチングして膜厚の薄い部分を形成し、前記第１の絶縁膜の膜厚の薄い部分、前記第１の電極、及び前記第２の電極を覆う第２の絶縁膜を形成し、前記第２の絶縁膜上に無機材料を含む発光層を形成して、前記発光層が、前記第１の電極の側面と、該側面に対向する前記第２の電極の側面との間に配置することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の構成により、発光素子の効率（輝度／電流）向上を図り、低消費電力を実現できる。さらに、発光層の下方に反射多層膜、または反射金属膜を設けることにより発光効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施形態について、以下に説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
まず、基板１０上に膜厚５００ｎｍ〜１０００ｎｍの第１の絶縁膜１１を形成する。基板１０としては、光透過性を有するガラス基板や石英基板を用いればよい。また、処理温度に耐えうる耐熱性を有する光透過性のプラスチック基板を用いてもよい。また、基板１０側とは逆の面を表示面（発光を取り出す面）として発光を取り出す場合は、前述の基板の他にシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。ここでは基板１０としてガラス基板を用いる。なお、ガラス基板の屈折率は１．５５前後である。
【００２６】
第１の絶縁膜１１としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成る下地膜を形成する。ここでは下地膜として単層構造を用いた例を示すが、絶縁膜を２層以上積層させた構造を用いても良い。ここでは、ＣＶＤ法を用いて酸化珪素膜を５００ｎｍ形成する。
【００２７】
次いで、第１の絶縁膜１１上に膜厚１００ｎｍ〜５００ｎｍの金属層１２を形成する（図１（Ａ））。ここでは、金属層１２として、スパッタ法を用い、膜厚５００ｎｍのＡｌからなる導電膜を形成する。なお、ここでは金属層をＡｌ膜の単層としたが、特に限定されず、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｉｎから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料の単層、またはこれらの積層で形成してもよい。また、金属層１２として、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。
【００２８】
次いで、第１のフォトマスクを用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いてエッチングを行う。このエッチング工程によって、金属層１２をエッチングして、第１の電極１３、及び第２の電極１４を得る（図１（Ｂ））。また、インクジェットなどの液滴吐出法を用いて導電材料を含む液滴を選択的に吐出し、焼成して第１の電極１３、及び第２の電極１４を形成してもよい。また、レジストマスクを液滴吐出法で形成し、金属層１２のエッチングを行ってもよい。
【００２９】
次いで、レジストマスクを除去した後、第１の電極１３、及び第２の電極１４をマスクとして第１の絶縁膜１１を部分的に薄くエッチングする（図１（Ｃ））。エッチングは、ドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いて行う。ここでは、自己整合的にエッチングを行い、例えば、第１の絶縁膜１１が部分的に膜厚４００ｎｍとなるようにする。即ち、第１の絶縁膜１１において第１の電極１３及び第２の電極１４と重なる領域（５００ｎｍの領域）は、エッチングされず、前記第１の電極と前記第２の電極の間の領域（膜厚４００ｎｍの領域）よりも膜厚が厚くなる。
【００３０】
次いで、第１の電極１３、第２の電極１４、及び露呈している第１の絶縁膜１１上に膜厚１００ｎｍの第２の絶縁膜１５を形成する（図１（Ｄ））。ここでは、第２の絶縁膜１５として、スパッタ法を用い、膜厚１００ｎｍのＢａＴｉＯ３膜からなる絶縁膜を形成する。ここでは、発光効率を考慮し、薄くエッチングした凹部の深さが１００ｎｍであるので、第２の絶縁膜１５の膜厚も１００ｎｍとしたが、特に限定されない。
【００３１】
次いで、第２の絶縁膜１５上に膜厚１００ｎｍ〜１０００ｎｍの無機化合物半導体材料膜を形成する。ここでは、無機化合物半導体材料膜として、スパッタ法を用い、膜厚５００ｎｍのＭｎを含むＺｎＳ膜を形成する。
【００３２】
次いで、第２のフォトマスクを用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いてエッチングを行う。このエッチング工程によって、無機化合物半導体材料膜をエッチングして、発光層１６を得る（図２（Ａ））。また、レジストマスクを液滴吐出法で形成し、無機化合物半導体材料膜のエッチングを行ってもよい。
【００３３】
こうして得られた発光素子は、第１の電極１３及び第２の電極１４に交流電圧または直流電圧を印加すると、ＺｎＳ膜に含まれているＭｎが発光中心となって可視光が放出される。発光層１６は、第１の電極１３の側面と、該側面に対向する前記第２の電極１４の側面との間に挟まれて配置されており、発光層１６の上下に発光が射出する。
【００３４】
また、発光層１６の下方に射出された発光は、第１の絶縁膜１１（酸化珪素膜：屈折率１．４７）と第２の絶縁膜１５（ＢａＴｉＯ３膜：屈折率２．４）の界面で反射され、発光層１６の上方に射出する発光量が増加する。
【００３５】
また、得られた発光素子の上面図の一例を図２（Ｂ）に示す。図２（Ｂ）中の鎖線Ａ−Ｂで切断した断面図が図２（Ａ）に相当する。
【００３６】
（実施の形態２）
実施の形態１では、屈折率の異なる積層を用いて反射させた例を示したが、ここでは発光層の下方に反射性を有する金属膜を設ける例を図３に示す。
【００３７】
実施の形態１と同様に、基板３１０上に第１の絶縁膜３１１を形成する。次いで、反射性を有する金属膜３１２を形成する。反射性を有する金属膜３１２としては、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔなどを主成分とする材料が挙げられる。反射性を有する金属膜３１２の膜厚は、十分な反射性が得られる膜厚とすればよい。ここではＡｌ膜を用いる。
【００３８】
次いで、第２の絶縁膜を形成した後、第２の絶縁膜上に膜厚１００ｎｍ〜５００ｎｍの金属層を形成する。次いで、第１のフォトマスクを用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いてエッチングを行う。このエッチング工程によって、金属層をエッチングして、第１の電極３１３、及び第２の電極３１４を得た後、エッチング条件を変えて第２の絶縁膜を選択的にエッチングする。こうして絶縁物３１７、３１８が形成される。この絶縁物３１７、３１８によって、反射性を有する金属膜３１２を第１の電極３１３及び第２の電極３１４と電気的に絶縁させている。
【００３９】
次いで、レジストマスクを除去する。次いで、第１の電極３１３、第２の電極３１４、及び露呈している反射性を有する金属膜３１２上に膜厚１００ｎｍの第３の絶縁膜３１５を形成する。ここでは、第３の絶縁膜３１５として、スパッタ法を用い、膜厚１５０ｎｍのＢａＴｉＯ３膜からなる絶縁膜を形成する。
【００４０】
次いで、第３の絶縁膜３１５上に膜厚１００ｎｍ〜１０００ｎｍの無機化合物半導体材料膜を形成する。ここでは、無機化合物半導体材料膜として、スパッタ法を用い、膜厚５００ｎｍのＭｎを含むＺｎＳ膜を形成する。
【００４１】
次いで、第２のフォトマスクを用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いてエッチングを行う。このエッチング工程によって、無機化合物半導体材料膜をエッチングして、発光層３１６を得る。
【００４２】
こうして得られた発光素子は、第１の電極３１３及び第２の電極３１４に交流電圧または直流電圧を印加すると、ＺｎＳ膜に含まれているＭｎが発光中心となって可視光が放出される。発光層３１６は、第１の電極３１３の側面と、該側面に対向する前記第２の電極３１４の側面との間に挟まれて配置されており、発光層３１６の上下に発光が射出する。
【００４３】
また、発光層３１６の下方に射出された発光は、反射性を有する金属膜３１２表面で反射され、発光層３１６の上方に射出する発光量が増加する。なお、発光時において、反射性を有する金属膜３１２は電気的にフローティング状態としているが、第１の電極３１３及び第２の電極３１４と電気的に接続していなければ特に限定されず、反射性を有する金属膜３１２の電位は、発光時にある値に固定されていればよい。
【００４４】
また、本実施の形態は実施の形態１と自由に組み合わせることができる。
【００４５】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
【実施例１】
【００４６】
本実施例では、本発明の半導体装置の一構成例に関して図面を用いて説明する。より具体的には、複数の発光素子が配置された回路の構成がパッシブマトリクス型の場合に関して以下に示す。
【００４７】
基板４００上には、ストライプ状に複数の第１の配線４０１が等間隔で配置されている。そして、第２の配線４０２は、第１の配線４０１と交差する方向に伸長する互いに平行なストライプ状の電極である。一つの発光素子は、第１の配線４０１と第２の配線４０２の交点付近に配置されており、第１の配線４０１と第２の配線４０２とに電位をそれぞれ与えることによって発光させる。この一つの発光素子の上面図を図４（Ｂ）に示し、図４（Ｂ）中の鎖線ＣＤで切断した断面図を図４（Ａ）に示す。
【００４８】
図４（Ａ）に示すように、第１の電極４０４は、第１の絶縁膜４０３上に設けられ、第２の絶縁膜４０６、及び第３の絶縁膜４０８に設けられたコンタクトホールを介して第２の配線４０２と電気的に接続している。また、第２の電極４０５は、第１の絶縁膜４０３上に設けられ、第１の絶縁膜４０３に設けられたコンタクトホールを介して第１の配線４０１と電気的に接続している。
【００４９】
第１の絶縁膜４０３は第１の電極４０４と第２の電極４０５との間の領域が他の領域よりも薄くなっている。また、第２の絶縁膜４０６は、第１の電極４０４、第２の電極４０５を覆って形成する。また、第１の電極４０４と第２の電極４０５との間の領域、即ち、第１の絶縁膜４０３の薄い領域と重なる位置に無機化合物半導体材料膜からなる発光層４０７を形成する。
【００５０】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示した発光素子は、第１の電極４０４及び第２の電極４０５に交流電圧または直流電圧を印加すると、無機化合物半導体材料膜に含まれている添加物（Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｆなど）が発光中心となって図４（Ａ）に示す矢印の方向に光が放出される。発光層４０７として、Ｍｎを添加したＺｎＳ膜を用いた場合、ＺｎＳ膜に含まれているＭｎが発光中心となって可視光が放出される。
【００５１】
さらに、第２の絶縁膜４０６及び第３の絶縁膜４０８を屈折率の高い材料、例えば、屈折率２．４のＢａＴｉＯ３膜を用いると、発光層４０７（Ｍｎを添加したＺｎＳ膜）が屈折率２．４と同じであるため、効率よく発光層４０７の上方に射出する発光を取り出すことができる。従って、第２の絶縁膜４０６及び第３の絶縁膜４０８は、発光層４０７と屈折率が同じ、若しくは屈折率の差がほとんどない材料を用いることが望ましい。
【００５２】
また、発光層４０７の下方に射出された発光は、第１の絶縁膜４０３（酸化珪素膜：屈折率１．４７）と第２の絶縁膜４０６（ＢａＴｉＯ３膜：屈折率２．４）の界面で反射され、発光層４０７の上方に射出する発光量が増加する。加えて、第１の配線４０１を反射性を有する金属膜で形成すれば、発光層４０７の下方に射出された発光は、第１の配線４０１表面で反射され、発光層４０７の上方に射出する発光量がさらに増加する。
【００５３】
また、本実施例では、発光層と第１の配線を重ねた例を示したが、特に限定されず、第１の配線と第２の配線とで囲まれた領域に発光層が位置するようにしてもよい。どちらの構成であっても、本発明により、第１の配線と第２の配線の両方の材料を電気抵抗の低い金属材料、例えばＡｌ膜、Ａｇ膜、Ｃｕ膜などを用いることができるため、発光素子の駆動電圧を下げることができる。
【００５４】
また、本実施例は、実施の形態１または実施の形態２と自由に組み合わせることができる。
【実施例２】
【００５５】
実施例１ではパッシブマトリクス型の例を示したが、本実施例では、アクティブマトリクス型の一例を示す。絶縁表面を有する基板上に複数の発光素子及び複数のスイッチング素子がマトリクス状に配置された半導体装置である。
【００５６】
図５に一つのトランジスタ５０１をスイッチング素子として用いた画素部の等価回路図を示す。トランジスタ５０１は発光素子５０２のスイッチングとして用いる。ゲート線５０３にはトランジスタをオン状態、或いはオフ状態とするための直流電圧Ｖｇａｔｅを印加し、データ線５０４には発光素子５０２を駆動するための交流電圧または直流電圧Ｖｓｉｇを印加する。階調表示はＶｓｉｇの振幅の大きさを変えることにより行うことができる。
【００５７】
また、図６には、二つのトランジスタを用いた画素部の等価回路図を示す。画素部の回路にはスイッチング用トランジスタ６０１の他に発光素子６０２を駆動するための駆動用トランジスタ６０５が回路構成として加わる。そして、画素部の回路には発光素子の電源供給線６０６が追加される。図６に示す画素部の回路の場合、データ線６０４およびゲート線６０３には直流電圧を印加し、発光素子６０２に印加する電圧ＶＥＬを交流電圧または直流電圧にする。
【００５８】
また、二つのトランジスタを用いた画素部を有するアクティブマトリクス型の発光装置を作製する場合について、作製手順を以下に説明する。
【００５９】
まず、絶縁表面を有する基板８００上にタングステン膜をスパッタ法で形成する。次いで、選択的にエッチングしてゲート線６０３とゲート電極７０１を形成する。このゲート線６０３の一部はスイッチング用トランジスタ６０１のゲート電極となる。また、ゲート電極７０１は駆動用トランジスタ６０５のゲート電極として機能する。
【００６０】
次いで、ゲート線６０３及びゲート電極７０１を覆う第１の絶縁膜８０１を形成する。第１の絶縁膜８０１は酸化窒化珪素膜を用いる。次いで、第１の絶縁膜８０１を選択的にエッチングしてゲート電極７０１に達するコンタクトホールを形成する。次いで、第１の絶縁膜８０１上に半導体膜を成膜する。半導体膜としてはＺｎＯ膜を用いる。
【００６１】
次いで、ＺｎＯ膜を選択的にエッチングして第１の半導体層７０２と第２の半導体層７０３を形成する。第１の半導体層７０２は、スイッチング用トランジスタ６０１の活性層として機能する。また、第１の半導体層７０２は第１の絶縁膜８０１に設けられたコンタクトホールを介してゲート電極７０１と電気的に接続される。また、第２の半導体層７０３は駆動用トランジスタ６０５の活性層として機能する。
【００６２】
次いで、第１の半導体層７０２及び第２の半導体層７０３を覆う第２の絶縁膜８０２を形成する。第２の絶縁膜８０２には酸化珪素膜を用いる。第２の絶縁膜８０２を選択的にエッチングして第１の半導体層７０２に達するコンタクトホールを形成する。
【００６３】
次いで、第２の絶縁膜８０２上に金属膜、ここではＴｉを微量に含むＡｌ膜を形成する。次いで、金属膜を選択的にエッチングしてデータ線６０４と、電源供給線６０６を形成する。データ線６０４は第２の絶縁膜８０２に設けられたコンタクトホールを介して第１の半導体層７０２と電気的に接続される。
【００６４】
ここまでの作製工程が終わった段階での上面図を図７に示す。図７において、図６と同一の箇所には同じ符号を用いる。また、図７中の点線ＥＦで切断した断面図を図８（Ａ）に示す。なお、図８（Ａ）において、図６または図７と同一の箇所には同じ符号を用いる。
【００６５】
こうして、図８（Ａ）の構造が得られた後、実施の形態１に示した工程と同じ工程を経て発光素子を積み重ねて形成する。
【００６６】
データ線６０４及び電源供給線６０６を覆う第３の絶縁膜８１１を形成した後、実施の形態１と同様に膜厚１００ｎｍ〜５００ｎｍの金属層を形成する。本実施例では、第３の絶縁膜８１１は、ＣＶＤ法を用いて酸化珪素膜を５００ｎｍ形成する。次いで、金属層を選択的にエッチングして、第１の電極８１３、及び第２の電極８１４を得る。次いで、第１の電極８１３、及び第２の電極８１４をマスクとして第３の絶縁膜を部分的に薄くエッチングする。次いで、第１の電極８１３、及び第２の電極８１４上に膜厚１００ｎｍの第４の絶縁膜８１５を形成する。本実施例では、第４の絶縁膜８１５として、膜厚１００ｎｍのＢａＴｉＯ３膜からなる絶縁膜を形成する。
【００６７】
次いで、第４の絶縁膜８１５上に膜厚１００ｎｍ〜１０００ｎｍの無機化合物半導体材料膜を形成する。本実施例では、無機化合物半導体材料膜として、スパッタ法を用い、膜厚５００ｎｍのＭｎを含むＺｎＳ膜を形成する。次いで、無機化合物半導体材料膜を選択的にエッチングして、発光層８１６を得る。
【００６８】
こうして得られた発光素子は、第１の電極８１３及び第２の電極８１４に交流電圧または直流電圧を印加すると、ＺｎＳ膜に含まれているＭｎが発光中心となって可視光が放出される。
【００６９】
ここまでの工程終了後の断面図を図８（Ｂ）に示す。
【００７０】
また、必要があれば、発光層８１６上に可視光に対して透明な保護膜を形成してもよい。可視光に対して透明な保護膜としては、ＰＣＶＤ法による緻密な無機絶縁膜（ＳｉＮ、ＳｉＮＯ膜など）、スパッタ法による緻密な無機絶縁膜（ＳｉＮ、ＳｉＮＯ膜など）、炭素を主成分とする薄膜（ＤＬＣ膜、ＣＮ膜、アモルファスカーボン膜）、金属酸化物膜（ＷＯ２、ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３など）などを用いることが好ましい。なお、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜とも呼ばれる）は、プラズマＣＶＤ法（代表的には、ＲＦプラズマＣＶＤ法、マイクロ波ＣＶＤ法、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）ＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法など）、燃焼炎法、スパッタ法、イオンビーム蒸着法、レーザー蒸着法などで形成することができる。成膜に用いる反応ガスは、水素ガスと、炭化水素系のガス（例えばＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ６Ｈ６など）とを用い、グロー放電によりイオン化し、負の自己バイアスがかかったカソードにイオンを加速衝突させて成膜する。また、ＣＮ膜は反応ガスとしてＣ２Ｈ４ガスとＮ２ガスとを用いて形成すればよい。なお、ＤＬＣ膜やＣＮ膜は、膜厚にもよるが、可視光に対して透明もしくは半透明な絶縁膜である。可視光に対して透明とは可視光の透過率が８０〜１００％であることを指し、可視光に対して半透明とは可視光の透過率が５０〜８０％であることを指す。
【００７１】
また、スイッチング素子として機能し得るものであれば、スイッチング素子の構造に関係なく、本発明を適用することが可能である。図８（Ａ）では、絶縁性を有する基板上にＺｎＯ膜を用いたボトムゲート型（逆スタガ型）のトランジスタを用いた例を示したが、トップゲート型のトランジスタや、順スタガ型のトランジスタを用いることが可能である。また、シングルゲート構造のトランジスタに限定されず、複数のチャネル形成領域を有するマルチゲート型のトランジスタ、例えばダブルゲート型のトランジスタとしてもよい。
【００７２】
本実施例は、実施の形態１または実施の形態２と自由に組み合わせることができる。
【実施例３】
【００７３】
本実施例では、本発明で発光素子を有する発光装置を用いて完成させた様々な電気機器について説明する。本発明を適用した発光装置が低消費電力であることから、当該発光装置を用いた電気機器においても、例えば表示部や照明部に係る電力を軽減できる。
【００７４】
なお、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、発光装置にコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【００７５】
本発明を用いて形成される発光装置を用いて作製された電気機器として、テレビジョン、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話器、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置〔具体的にはＤＶＤ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置〕、照明機器などが挙げられる。電気機器のいくつかの具体例を図９により説明する。本発明の発光装置を用いた電気機器はこれら例示の具体例に限定されない。
【００７６】
図９（Ａ）は表示装置であり、筐体１００１、支持台１００２、表示部１００３、スピーカー部１００４、ビデオ入力端子１００５等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部１００３に用いることにより作製される。なお、表示装置は、パーソナルコンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
【００７７】
図９（Ｂ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体１２０１、筐体１２０２、表示部１２０３、キーボード１２０４、外部接続ポート１２０５、ポインティングマウス１２０６等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部１２０３に用いることにより作製される。
【００７８】
図９（Ｃ）はビデオカメラであり、本体１３０１、表示部１３０２、筐体１３０３、外部接続ポート１３０４、リモコン受信部１３０５、受像部１３０６、バッテリー１３０７、音声入力部１３０８、操作キー１３０９、接眼部１３１０等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部１３０２に用いることにより作製される。
【００７９】
図９（Ｄ）は卓上照明機器であり、照明部１４０１、傘１４０２、可変アーム１４０３、支柱１４０４、台１４０５、電源１４０６を含む。本発明の発光素子を用いて形成される発光装置を照明部１４０１に用いることにより作製される。なお、照明機器には天井固定型の照明機器または壁掛け型の照明機器なども含まれる。
【００８０】
また、図９（Ｅ）は携帯電話器（機）であり、本体１５０１、筐体１５０２、表示部１５０３、音声入力部１５０４、音声出力部１５０５、操作キー１５０６、外部接続ポート１５０７、アンテナ１５０８等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部１５０３に用いることにより作製される。
【００８１】
以上のようにして、本発明の発光素子、発光装置を有する電気機器を得ることができる。また、以上のような本発明を用いた電気機器は、本発明の発光素子の発光効率がよいことから、低消費電力であることから経済的でもある。
【００８２】
本実施例は、実施の形態１、実施の形態２、実施例１、または実施例２と自由に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】発光素子の作製工程を示す断面図である。
【図２】発光素子の断面図及び上面図である。
【図３】発光素子の断面図である。
【図４】半導体装置の断面図および上面図を示す図である。
【図５】等価回路を示す図である。
【図６】等価回路を示す図である。
【図７】作製途中の上面図を示す図である。
【図８】半導体装置の断面図を示す図である。
【図９】電子機器の一例を示す図。
【図１０】従来例を示す図。
【符号の説明】
【００８４】
１０  基板
１１  第１の絶縁膜
１２  金属層
１３  第１の電極
１４  第２の電極
１５  第２の絶縁膜
１６  発光層
３１０  基板
３１１  第１の絶縁膜
３１２  金属膜
３１３  第１の電極
３１４  第２の電極
３１５  第３の絶縁膜
３１６  発光層
３１７  絶縁物
３１８  絶縁物
４００  基板
４０１  第１の配線
４０２  第２の配線
４０３  第１の絶縁膜
４０４  第１の電極
４０５  第２の電極
４０６  第２の絶縁膜
４０７  発光層
４０８  第３の絶縁膜
５０１  トランジスタ
５０２  発光素子
５０３  ゲート線
５０４  データ線
６０１  スイッチング用トランジスタ
６０２  発光素子
６０３  ゲート線
６０４  データ線
６０５  駆動用トランジスタ
６０６  電源供給線
７０１  ゲート電極
７０２  第１の半導体層
７０３  第２の半導体層
８００  基板
８０１  第１の絶縁膜
８０２  第２の絶縁膜
８１１  第３の絶縁膜
８１３  第１の電極
８１４  第２の電極
８１５  第４の絶縁膜
８１６  発光層
１００１  筐体
１００２  支持台
１００３  表示部
１００４  スピーカー部
１００５  ビデオ入力端子
１２０１  本体
１２０２  筐体
１２０３  表示部
１２０４  キーボード
１２０５  外部接続ポート
１２０６  ポインティングマウス
１３０１  本体
１３０２  表示部
１３０３  筐体
１３０４  外部接続ポート
１３０５  リモコン受信部
１３０６  受像部
１３０７  バッテリー
１３０８  音声入力部
１３０９  操作キー
１３１０  接眼部
１４０１  照明部
１４０２  傘
１４０３  可変アーム
１４０４  支柱
１４０５  台
１４０６  電源
１５０１  携帯電話器の本体
１５０２  筐体
１５０３  表示部
１５０４  音声入力部
１５０５  音声出力部
１５０６  操作キー
１５０７  外部接続ポート
１５０８  アンテナ
２０００  基板
２００２  下部電極
２００４  第１絶縁膜
２００６  発光層
２００８  第２絶縁膜
２０１０  上部電極
【図１】
2007242594.tif 000003
【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】
2007242594.tif 000008
【図７】
2007242594.tif 000009
【図８】
2007242594.tif 000010
【図９】
2007242594.tif 000011
【図１０】
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