(57)【要約】【課題】  キャリアの移動度が高く、可視光を透過することが可能であり、動作速度が高速度である、縦型トランジスタ、および当該縦型トランジスタを用いた発光素子を提供する。【解決手段】  キャリアを放出するソース領域と、当該ソース領域から当該キャリアを受け取るドレイン領域と、当該キャリア領域とドレイン領域の間に形成されたゲート電極と、を有する縦型トランジスタであって、前記ソース領域および前記ドレイン領域が金属酸化物層よりなり、前記ゲート電極近傍に、当該金属酸化物層より誘電率が低い低誘電率絶縁層が形成されていることを特徴とする縦型トランジスタ。【選択図】  図２
2007027566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアを放出するソース領域と、
当該ソース領域から当該キャリアを受け取るドレイン領域と、
当該キャリア領域とドレイン領域の間に形成されたゲート電極と、を有する縦型トランジスタであって、
前記ソース領域および前記ドレイン領域が金属酸化物層よりなり、前記ゲート電極近傍に、当該金属酸化物層より誘電率が低い低誘電率絶縁層が形成されていることを特徴とする縦型トランジスタ。
【請求項２】
前記低誘電率絶縁層は、前記ゲート電極と前記ソース領域の間に形成されていることを特徴とする請求項１記載の縦型トランジスタ。
【請求項３】
前記低誘電率絶縁層は、前記ゲート電極と前記ドレイン領域の間に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の縦型トランジスタ。
【請求項４】
前記金属酸化物層は酸化亜鉛層からなることを特徴とする請求項１乃至３のうち、いずれか１項記載の縦型トランジスタ。
【請求項５】
前記酸化亜鉛層の優先配向が＜００２＞方向と＜００４＞方向であることを特徴とする請求項４記載の縦型トランジスタ。
【請求項６】
前記ソース領域および前記ドレイン領域が、可視光域の光を透過することを特徴とする請求項１乃至５のうち、いずれか１項記載の縦型トランジスタ。
【請求項７】
前記ソース領域および前記ドレイン領域のエネルギーバンドギャップが３．３ｅＶ〜３．６ｅＶであることを特徴とする請求項１乃至６のうち、いずれか１項記載の縦型トランジスタ。
【請求項８】
前記ソース領域には、当該ソース領域のキャリア濃度を調整するための不純物が添加されていることを特徴とする請求項１乃至７のうち、いずれか１項記載の縦型トランジスタ。
【請求項９】
前記ドレイン領域には、当該ドレイン領域のキャリア濃度を調整するための不純物が添加されていることを特徴とする請求項１乃至８のうち、いずれか１項記載の縦型トランジスタ。
【請求項１０】
前記不純物は、Ａｌ，Ｇａ，ＩｎおよびＢよりなる群より選ばれる材料を含むことを特徴とする請求項８または９記載の縦型トランジスタ。
【請求項１１】
前記ゲート電極は櫛状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のうち、いずれか１項記載の縦型トランジスタ。
【請求項１２】
前記ゲート電極は、メッシュ状、または多孔板状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のうち、いずれか１項記載の縦型トランジスタ。
【請求項１３】
前記ソース領域に電気的に接続されるソース電極と、前記ドレイン領域に電気的に接続されるドレイン電極を設けたことを特徴とする請求項１乃至１２のうち、いずれか１項記載の縦型トランジスタ。
【請求項１４】
前記ソース電極が、前記金属酸化物層を形成する金属酸化物よりなり、当該ソース電極の抵抗値が前記ソース領域の抵抗値より低くなるように、当該ソース電極に添加される不純物により、調整されていることを特徴とする請求項１３記載の縦型トランジスタ。
【請求項１５】
前記ソース電極と前記ドレイン電極は対向するように形成されていることを特徴とする請求項１３または１４記載の縦型トランジスタ。
【請求項１６】
前記ソース電極は基板上に形成され、
前記ソース電極上に前記ソース領域が形成され、
前記ソース領域上に、前記低誘電率絶縁層および前記ゲート電極が形成され、
前記低誘電率絶縁層および前記ゲート電極上に前記ドレイン領域が形成され、
前記ドレイン領域上に前記ドレイン電極が形成されていることを特徴とする請求項１３乃至１５のうち、いずれか１項記載の縦型トランジスタ。
【請求項１７】
前記第ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極が、クロム（Ｃｒ）、Ｔａ（タリウム）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、導電性金属酸化物、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチアジル、及び、導電性ポリマーよりなる群から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする請求項１３乃至１６のうち、いずれか１項に記載の縦型トランジスタ。
【請求項１８】
請求項１３乃至１７のうち、いずれか１項記載の縦型トランジスタの、前記ドレイン領域と前記ドレイン電極の間に、電圧が印加されることで発光する有機発光領域層を設け、当該ドレイン領域は当該ドレイン電極と当該有機発光領域層を介して電気的に接続される構造としたことを特徴とする発光素子。
【請求項１９】
前記有機発光領域層は、発光層、電荷輸送層および電荷注入層を有することを特徴とする請求項１８記載の発光素子。
【請求項２０】
前記発光層、電荷輸送層および電荷注入層は、
（ａ）ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、及び、それらの誘導体から選択される少なくとも１種のアセン分子材料、あるいは、
（ｂ）銅フタロシアニン系化合物（CuPc）、アゾ系化合物、ペリレン系化合物、及び、それらの誘導体から選択される少なくとも１種の顔料、あるいは、
（ｃ）ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、ジフェニルメタン化合物、スチルベン化合物、アリールビニル化合物、ピラゾリン化合物、トリフェニルアミン誘導体（TPD ）、トリアリールアミン化合物、（２，２′，７，７′−ジフェニルアミノ−スピロ−９，９′ビフルオレン（Spiro-TAD ）、Ｎ，Ｎ−７−ジ−１−ナフチル−Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−４，４′−ジアミノ−ビフェニル（Spiro-NPB ）、４，４′，４″−トリス［３−メチルフェニル−（フェニル）−アミノ］−トリフェニル−アミン（mMTDATA ）、２，２′，７，７′−テトラキス（２，２−ジフェニルビニル）スピロ−９，９′−ビフルオレン（Spiro-DPVBi ）、４，４′，ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（DPVBi）、アルミニウム−トリソキシキノリン（Alq）、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Alq３）、トリス（４−メチル−８−ヒドロキシキノレート）アルミニウム錯化合物（Almq３ ）、及び、それらの誘導体から選択される少なくとも１種の低分子化合物、あるいは、
（ｄ）ポリ−ｐ−フェニレンビニレン（PPV ）、ビフェニル基を有するポリマー（Biphenyl-Monomers ）、ジアルコキシ基を有するポリマー（Dialkoxy-Monomers）、アルコキシ−フェニル−PPV 、フェニル−PPV 、フェニル−ジアルコキシ−PPVコポリマー、 ポリ（２−メトキシ−５−（２′−エチル−ヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン）（MEH-PPV ）、PEDOT：ポリ（エチレンジオキシチオフェン）（PEDOT）、ポリスチレンスルフォン酸（PSS ）、ポリアニリン（PANI）、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ハロゲン化ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂、及び、それらの変性体から選択される少なくとも１種の高分子化合物、あるいは、
（ｅ）トリフェニルアミン誘導体（TPD ）、トリアリールアミン化合物、（２，２′，７，７′−ジフェニルアミノ−スピロ−９，９′ビフルオレン（Spiro-TAD ）、Ｎ，Ｎ−７−ジ−１−ナフチル−Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−４，４′−ジアミノ−ビフェニル（Spiro-NPB ）、４，４′，４″−トリス［３−メチルフェニル−（フェニル）−アミノ］−トリフェニル−アミン（mMTDATA ）、及び、それらの誘導体から選択される少なくとも１種の低分子化合物、あるいは、
（ｆ）ポリ（エチレンジオキシチオフェン）（PEDOT）、ポリスチレンスルフォン酸（PSS）、ポリアニリン（PANI）、及び、それらの変性体から選択される少なくとも１種の高分子化合物、のいずれかを含む材料よりなることを特徴とする請求項１９記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型トランジスタおよび当該縦型トランジスタを用いた発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高性能が求められるデバイスにおける電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ、Field Effect Transistor）としては、例えばＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタが用いられることが一般的であった。一方、大電流を流すことが可能で、高い動作速度の実現が可能な電界効果型トランジスタとしては、縦型トランジスタ（ＳＩＴ，Static Induction Transistor）が提案されていた。
【０００３】
図１は、縦型トランジスタ（ＳＩＴ）の動作機構を説明する概略断面図である。縦型トランジスタは、一般的に、ｎ+ソース電極１０１とｎ+ドレイン電極１０２に挟まれた半導体層１０４に、ｐ+ゲート１０３が挿入された構造をしている。ｐ+ゲート電極１０３に電圧を印加したとき、両側にあるｐ+ゲート１０３から半導体層１０４中に伸びてきた空乏層（図中点線で示した部分）１０５がお互いにちょうど接触するときの電圧に対して、ゲート電圧が小さい場合に、オン状態になる。オフ状態にするには、ｐ+ゲート１０３とｎ+ソース電極１０１との間に負の電圧を印加して、電位レベルを持ち上げてやる。つまり、ｎ+ソース電極１０１とｎ+ドレイン電極１０２との間に流れる電流Ｉｄｓは、ｐ+ゲート１０３に印加された電圧とドレイン電圧Ｖｄｒによって生じる電位障壁の高さによって決まる。このような動作をする縦型トランジスタは、ノーマリーオン特性のトランジスタと呼ばれているが、ノーマリーオフ特性を有するように形成することも可能である。
【０００４】
このような縦型トランジスタは、ＭＯＳなどの電界効果型トランジスタと比較した場合、導電層の水平方向に電流を流す横型に対して、導電層の垂直方向に電流を流す縦型であるので、トランジスタの電流経路であるチャネル長を導電層厚さ程度に短くすることが可能であり、且つドレイン電流を大きく取ることができるので、トランジスタを高速度で動作させることが可能である。さらに、素子構造が簡単で素子サイズを小さくできる特徴を有している。
【０００５】
縦型トランジスタはこのような特徴を有しているため、例えば、有機ＥＬ層などの発光層の制御素子（スイッチング素子と呼ぶ場合もある）として用いられる場合には、有機ＥＬ層を用いた表示装置が、高速応答性を要求されるため、横型トランジスタよりも適していると言える。
【０００６】
一方、発光層の制御素子としては、当該制御素子が可視光に対して透明であることが好ましく、さらに軽量化や携帯性や柔軟性の観点から、有機材料を用いることが提案されており、このため、有機材料を用いた様々な縦型トランジスタが提案されていた。
【０００７】
このように、有機材料からなるトランジスタと有機材料からなる発光層を組み合わせることで、発光層と当該発光層の制御素子の双方を有機材料により形成した発光素子が実現できる（非特許文献１参照。）。また、有機半導体を用いた縦型トランジスタとしては、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）をソース電極、ドレイン電極で挟み、ゲート電極にスリット状のアルミニウム薄膜をＣｕＰｃ層に埋め込んで形成したものが報告されている（非特許文献２参照。）。
【０００８】
また、有機トランジスタを有する発光素子としては、正孔輸送材料としてα-ＮＰＤ（ビス−１-NナフチルNフェニルベンジジン）、発光材料としてＡｌｑ3（8−ヒドロキシキノレートアルミニウム錯化合物）を使用し、ゲート電極をα-ＮＰＤ層中に配置した素子の性能が報告されている（非特許文献３参照。）。
【非特許文献１】Thin Solid Films 331(1998)51-54
【非特許文献２】工藤ら、T.IEE Japan,Vol.118-A,No.10,(1998) P1166-1171
【非特許文献３】池上ら、電子情報通信学会、OME2000-20、P47-51
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、このような有機材料からなる縦型トランジスタは、横型のトランジスタに対して性能は遥かに向上するものの、有機材料のキャリアの移動度は未だ低く、そのために動作速度の高速化が所望の性能を十分に満足できず、また動作電圧も高くなってしまう問題を生じていた。さらに、オン／オフ比が低い、またオン状態の抵抗値が高いなど、縦型トランジスタをスイッチング素子として用いる場合の問題が懸念されていた。
【００１０】
一方、例えば従来用いられてきたＳｉなどの無機材料を用いた場合には、キャリアの移動度は高くなるものの、可視光を透過させることが困難であり、可視光を扱う素子、例えば発光層の制御素子として用いた場合に、発光輝度の損失や発光による制御素子内部での新たなキャリア発生の問題があった。
【００１１】
また、トランジスタを高速化するにあたっては、トランジスタの電流経路の寄生容量が問題になる場合がある。特に、トランジスタを構成するソース領域やドレイン領域の材料によっては誘電率が高いものがあり、このために電流経路であるチャネル領域の寄生容量が大きくなり、動作速度の向上が困難となるとともに、動作電圧が高くなってしまう問題があった。このため、トランジスタを構成する材料に誘電率の高い材料を用いることが困難となる場合があり、これらの材料に制限が生じてしまう場合があった。
【００１２】
そこで、本発明では、上記の問題を解決した、新規で有用な縦型トランジスタ、および当該縦型トランジスタを用いた発光素子を提供することを統括的課題としている。
【００１３】
本発明の具体的な課題は、キャリアの移動度が高く、可視光を透過することが可能であり、動作速度が高速度である、縦型トランジスタ、および当該縦型トランジスタを用いた発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の観点では、上記の課題を、キャリアを放出するソース領域と、当該ソース領域から当該キャリアを受け取るドレイン領域と、当該キャリア領域とドレイン領域の間に形成されたゲート電極と、を有する縦型トランジスタであって、前記ソース領域および前記ドレイン領域が金属酸化物層よりなり、前記ゲート電極近傍に、当該金属酸化物層より誘電率が低い低誘電率絶縁層が形成されていることを特徴とする縦型トランジスタにより、解決する。
【００１５】
本発明によれば、キャリアの移動度が高く、可視光を透過することが可能であり、動作速度が高速度である縦型トランジスタを実現することが可能となる。
【００１６】
また、前記金属酸化物層は酸化亜鉛層からなると、特に当該金属酸化物層のキャリアの移動度を高くし、また、可視光を透過させることが可能な縦型トランジスタを構成することが可能になる。
【００１７】
また、前記低誘電率絶縁層は、前記ゲート電極と前記ソース領域の間に形成されていると、当該ゲート電極と当該ソース電極の間の寄生容量を低下させることが可能となり、好ましい。
【００１８】
また、前記低誘電率絶縁層は、前記ゲート電極と前記ドレイン領域の間に形成されていると、当該ゲート電極と当該ドレイン電極の間の寄生容量を低下させることが可能となり、好ましい。
【００１９】
また、前記酸化亜鉛層の優先配向が＜００２＞方向と＜００４＞方向であると、当該酸化亜鉛層の抵抗値を適切な値とすることが可能となる。
【００２０】
また、前記ソース領域および前記ドレイン領域が、可視光域の光を透過すると、可視光を透過するトランジスタを構成することが可能となる。
【００２１】
また、前記ソース領域および前記ドレイン領域のエネルギーバンドギャップが３．３ｅＶ〜３．６ｅＶであると、当該ソース領域およびドレイン領域が可視光を透過する。
【００２２】
また、前記ソース領域には、当該ソース領域のキャリア濃度を調整するための不純物が添加されていると、当該ソース領域の電気的な性質を調整することが可能となる。
【００２３】
また、前記ドレイン領域には、当該ドレイン領域のキャリア濃度を調整するための不純物が添加されていると、当該ソース領域の電気的な性質を調整することが可能となる。
【００２４】
また、前記不純物は、Ａｌ，Ｇａ，ＩｎおよびＢよりなる群より選ばれる材料を含むと、前記ソース領域または前記ドレイン領域のキャリア濃度を調整することが可能となり、好適である。
【００２５】
また、前記ゲート電極は櫛状に形成されていると、前記縦型トランジスタの特性が良好となり、好適である。
【００２６】
また、前記ゲート電極は、メッシュ状、または多孔板状に形成されていると、前記縦型トランジスタの特性が良好となり、好適である。
【００２７】
また、前記ソース領域に電気的に接続されるソース電極と、前記ドレイン領域に電気的に接続されるドレイン電極を設けると、接触抵抗を小さくして、前記ソース領域と前記ドレイン領域に効率よく電圧を印加することが可能となる。
【００２８】
また、前記ソース電極が、前記金属酸化物層を形成する金属酸化物よりなり、当該ソース電極の抵抗値が前記ソース領域の抵抗値より低くなるように、当該ソース電極に添加される不純物により、調整されていると、前記ソース電極とソース領域が容易に形成できる。
【００２９】
また、前記ソース電極と前記ドレイン電極は対向するように形成されていると、前記縦型トランジスタの特性が良好となり、好適である。
【００３０】
また、前記ソース電極は基板上に形成され、前記ソース電極上に前記ソース領域が形成され、前記ソース領域上に、前記低誘電率絶縁層および前記ゲート電極が形成され、前記低誘電率絶縁層および前記ゲート電極上に前記ドレイン領域が形成され、前記ドレイン領域上に前記ドレイン電極が形成されていると、前記縦型トランジスタの特性が良好となり、好適である。
【００３１】
また、前記第ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極が、クロム（Ｃｒ）、Ｔａ（タリウム）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、導電性金属酸化物、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチアジル、及び、導電性ポリマーよりなる群から選択される少なくとも１種の材料を含むと、接触抵抗を低減して電気特性を改善することができる。
【００３２】
また、本発明の第２の観点では、上記課題を、上記縦型トランジスタの、前記ドレイン領域と前記ドレイン電極の間に、電圧が印加されることで発光する有機発光領域層を設け、当該ドレイン領域は当該ドレイン電極と当該有機発光領域層を介して電気的に接続される構造とすることを特徴とする発光素子により、解決する。
【００３３】
上記の場合、当該発光素子の制御素子のソース領域とドレイン領域を金属酸化物で形成したことにより、キャリアの移動度が高いために動作速度が高速であり、かつ制御素子が可視光を透過させることが可能なため、構造が単純で小型化された発光素子を実現することが可能となる。
【００３４】
また、前記有機発光領域層は、発光層、電荷輸送層および電荷注入層を有することを特徴とすると、発光素子の発光効率が良好となり、好適である。
【００３５】
また、前記発光層、電荷輸送層および電荷注入層は、（ａ）ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、及び、それらの誘導体から選択される少なくとも１種のアセン分子材料、あるいは、（ｂ）銅フタロシアニン系化合物（CuPc）、アゾ系化合物、ペリレン系化合物、及び、それらの誘導体から選択される少なくとも１種の顔料、あるいは、（ｃ）ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、ジフェニルメタン化合物、スチルベン化合物、アリールビニル化合物、ピラゾリン化合物、トリフェニルアミン誘導体（TPD ）、トリアリールアミン化合物、（２，２′，７，７′−ジフェニルアミノ−スピロ−９，９′ビフルオレン（Spiro-TAD ）、Ｎ，Ｎ−７−ジ−１−ナフチル−Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−４，４′−ジアミノ−ビフェニル（Spiro-NPB ）、４，４′，４″−トリス［３−メチルフェニル−（フェニル）−アミノ］−トリフェニル−アミン（mMTDATA ）、２，２′，７，７′−テトラキス（２，２−ジフェニルビニル）スピロ−９，９′−ビフルオレン（Spiro-DPVBi ）、４，４′，ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（DPVBi）、アルミニウム−トリソキシキノリン（Alq）、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Alq３）、トリス（４−メチル−８−ヒドロキシキノレート）アルミニウム錯化合物（Almq３ ）、及び、それらの誘導体から選択される少なくとも１種の低分子化合物、あるいは、
（ｄ）ポリ−ｐ−フェニレンビニレン（PPV ）、ビフェニル基を有するポリマー（Biphenyl-Monomers ）、ジアルコキシ基を有するポリマー（Dialkoxy-Monomers）、アルコキシ−フェニル−PPV 、フェニル−PPV 、フェニル−ジアルコキシ−PPVコポリマー、 ポリ（２−メトキシ−５−（２′−エチル−ヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン）（MEH-PPV ）、PEDOT：ポリ（エチレンジオキシチオフェン）（PEDOT）、ポリスチレンスルフォン酸（PSS ）、ポリアニリン（PANI）、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ハロゲン化ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂、及び、それらの変性体から選択される少なくとも１種の高分子化合物、あるいは、（ｅ）トリフェニルアミン誘導体（TPD ）、トリアリールアミン化合物、（２，２′，７，７′−ジフェニルアミノ−スピロ−９，９′ビフルオレン（Spiro-TAD ）、Ｎ，Ｎ−７−ジ−１−ナフチル−Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−４，４′−ジアミノ−ビフェニル（Spiro-NPB ）、４，４′，４″−トリス［３−メチルフェニル−（フェニル）−アミノ］−トリフェニル−アミン（mMTDATA ）、及び、それらの誘導体から選択される少なくとも１種の低分子化合物、あるいは、（ｆ）ポリ（エチレンジオキシチオフェン）（PEDOT）、ポリスチレンスルフォン酸（PSS）、ポリアニリン（PANI）、及び、それらの変性体から選択される少なくとも１種の高分子化合物、のいずれかを含む材料よりなると、発光素子の発光効率が良好となり、好適である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、キャリアの移動度が高く、可視光を透過することが可能であり、動作速度が高速度である、縦型トランジスタ、および当該縦型トランジスタを用いた発光素子を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
次に、本発明の実施の形態に関して図面に基づき、以下に説明する。
【実施例１】
【００３８】
図２（Ａ）は、本発明による実施例１の縦型トランジスタを模式的に示した断面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示した縦型トランジスタのＡ−Ａ断面図である。
【００３９】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照するに、本実施例による縦型トランジスタ１０は、キャリアを放出するソース領域１２と、当該ソース領域１２から当該キャリアを受け取るドレイン領域１３と、当該キャリア領域とドレイン領域の間に形成されたゲート電極１４と、を有する主要部１０Ａを有する縦型トランジスタである。
【００４０】
また、前記主要部１０Ａの、前記ゲート電極１４の近傍には、低誘電率絶縁層１４Ａ，１４Ｂが形成されている。前記低誘電率絶縁層１４Ａ，１４Ｂは、前記ソース領域１２および前記ドレイン領域１３を構成する材料よりも、誘電率が低い材料により構成されている。このような低誘電率絶縁層の材料や、その効果に関しては後述する。
【００４１】
また、前記ソース領域１２に電気的に接続されるソース電極１５と、前記ドレイン領域１３に電気的に接続されるドレイン電極１６が設けられており、接触抵抗を低減して効率よく当該ソース領域１２とドレイン領域１３の間に電圧を印加することが可能となっている。この場合、前記ソース電極１５とドレイン電極１６は、前記ゲート電極１４を挟んで対向するように形成されていると好適である。
【００４２】
また、前記ソース電極１５は、例えばＩＴＯなどの導電性酸化物からなり、基板１１上に形成されている。当該基板１１は、例えば、ガラスからなるが、これに限定されるものではなく、プラスチック、石英、アンドープ・シリコン、及び、高ドープ・シリコンのいずれかの材料を用いて形成しても良い。また、前記プラスチックとしては、ポリカーボネート、マイラー、及び、ポリイミドなどを用いることができる。
【００４３】
前記ソース領域１２は、前記ソース電極１５を覆うように当該ソース電極１２上に形成され、当該ソース領域１２上には、前記ソース領域１２およびドレイン領域１３を構成する材料よりも誘電率が低い低誘電率絶縁層１４Ａ、１４Ｂに挟まれた前記ゲート電極１４が形成され、当該ゲート電極１４（前記低誘電率絶縁層１４Ｂ）上には前記ドレイン領域１３が形成され、さらに当該ドレイン領域１３上には前記ドレイン電極１６が形成されている。
【００４４】
図３は、本実施例による縦型トランジスタ１０におけるキャリアのポテンシャルエネルギーの高さを示すグラフである。
【００４５】
図３を参照するに、前記ソース電極１５とドレイン電極１６の間にバイアス電圧（Ｖｄｓ）を印加した場合、キャリアのポテンシャルエネルギーは線形の傾斜ができる。この場合、電圧を大きくした場合に傾斜は大きくなる。一方、ゲート電極１４に電圧（ゲート電圧Ｖｇ）を加えていくと、当該ゲート電極１４付近に空乏層が広がり、キャリアに対してエネルギー障壁が高くなる。
【００４６】
縦型トランジスタにおいては、このようにバイアス電圧Ｖｄｓとゲート電圧Ｖｇを制御することで、前記ソース領域１２からドレイン領域１３に移動するキャリアの量を制御する。この場合、キャリアは、前記ゲート電極１４の隙間を通ってソース領域からドレイン領域へと移動する。このため、ゲート電極にはキャリアが移動する隙間が形成されていることが好ましく、例えば前記ゲート電極１４は櫛状に形成されており、キャリアは櫛状の電極の隙間を移動する。前記ゲート電極１４はこの形状に限定されるものではなく、例えばメッシュ状や多孔板状に形成して用いることも可能である。
【００４７】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、上記の縦型トランジスタに用いるゲート電極の形状の例を模式的に示した平面図である。これらの図は、ゲート電極を、ソース電極、またはドレイン電極側から平面視した図である。
【００４８】
まず、図４（Ａ）は、上記のゲート電極１４の平面図である。前記ゲート電極１４は櫛状に形成され、櫛状の電極の隙間にはキャリアが移動する経路、すなわち電流経路１４ａが形成されている。
【００４９】
また、ゲート電極は、図４（Ｂ）に示すように形成されていてもよい。図４（Ｂ）に示すゲート電極２４は、例えば、延伸する複数の導電体が、互いに直行するようにして組み合わせれて、いわゆるメッシュ状に構成されており、メッシュの目（穴）には、キャリアが移動する電流経路２４ａが形成されている。
【００５０】
また、ゲート電極は、図４（Ｃ）に示すように形成されていてもよい。図４（Ｃ）に示すゲート電極３４は、いわゆる多孔板状に形成され、平板状の導電体に、孔状のキャリアが移動する電流経路３４ａが多数形成されている形状を有している。このように、ゲート電極は、様々な形状で形成することが可能であるが、いずれも、ゲート電圧が印加される、導電材料よりなる電圧印加部分を有し、当該電圧印加部分に隣接して電流経路が形成される構成となっている。
【００５１】
本発明は、上記の構成を有する縦型トランジスタであり、ゲート電極に隣接する、トランジスタの電流経路であるチャネル（上記電流経路１４ａ、２４ａ、３４ａ）長を、前記ソース領域１２とドレイン領域１３の膜厚に対応して薄くすることが可能であり、動作抵抗を低くして動作速度を向上させることができると共に、電流密度の向上ができる。
【００５２】
また、前記ゲート電極１４や、または前記ソース電極１２、ドレイン電極１３の接触をショットキー接触とすると、当該ショットキー接触により形成されるエネルギー障壁を利用して、ソース領域とドレイン領域の間のリーク電流を低減可能すると共に、オン／オフ比を向上させることで、より応答速度を向上させることができる。
【００５３】
また、前記ソース電極１５とソース領域１２、および前記ドレイン電極１６とドレイン領域１３の接触は、オーミック接触であると、接触抵抗が低減されてトランジスタの特性が良好となる。
【００５４】
従来は、このような縦型トランジスタを用いた場合であっても、ソース領域やドレイン領域の材料によってはキャリアの移動度を高くすることが困難であり、例えば有機材料を用いた縦型トランジスタでは、キャリアの移動度が低いため、トランジスタの動作速度を向上させることは困難であり、また動作電圧が高くなる問題が生じていた。
【００５５】
また、ソース領域やドレイン領域に、Ｓｉなど、従来用いられている無機材料を用いた場合には、キャリアの移動度を向上させることは可能であっても、常温で可視光を透過させることが困難であり、例えば、可視光を扱う素子に用いる場合に問題となる場合があった。
【００５６】
本実施例による縦型トランジスタ１０の場合、当該ソース領域１２およびドレイン領域１３が、金属酸化物層により形成されているため、キャリアの移動度が高く、かつ可視光を透過させることが可能なソース領域とドレイン領域を形成している。
【００５７】
前記金属酸化物層としては、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）層を用いると好適であり、トランジスタのキャリアの移動度が高く、可視光を透過させることが可能なソース領域とドレイン領域を形成することが可能である。
【００５８】
また、トランジスタを高速化するにあたっては、トランジスタの電流経路の寄生容量が問題になる場合がある。特に、トランジスタを構成するソース領域やドレイン領域の材料によっては誘電率が高いものがあり、このために電流経路であるチャネル領域の寄生容量が大きくなり、動作速度の向上が困難となるとともに、動作電圧が高くなってしまう問題があった。このため、トランジスタを構成する材料に誘電率の高い材料を用いることが困難となる場合があり、これらの材料に制限が生じてしまう場合があった。
【００５９】
特に、上記の金属酸化物は、キャリアの移動度は高いものの、誘電率の高い材料が多く、例えば上記の酸化亜鉛は、誘電率が９．０と高い値を示している。そのため、トランジスタの電流経路の寄生容量が大きくなり、動作速度を遅延させる懸念がある。例えば、トランジスタの応答周波数ｆは、以下の式（１）で表される。
【００６０】
【数１】
2007027566.tif 000003
上記のように、トランジスタの応答周波数ｊは、コンダクタンスｇｍに比例して、容量Ｃに反比例する。また、容量Ｃは、以下の式（２）に示すように、誘電率ε、電極面積Ａ、誘電体の厚さｄにより決まる値である。
【００６１】
【数２】
2007027566.tif 000004
このため、縦型トランジスタ構成する場合に、ソース領域とドレイン領域に、誘電率の高い金属酸化物、例えば酸化亜鉛を用いる場合には、トランジスタの寄生容量を小さくするようにトランジスタの構造を構成することが好ましい。
【００６２】
そこで、本実施例による縦型トランジスタ１０では、前記ゲート電極１４の近傍に、前記ソース領域１２と前記ドレイン領域１３を構成する金属酸化物（酸化亜鉛）より誘電率の低い、低誘電率絶縁層１４Ａ，１４Ｂを設けている。
【００６３】
このような低誘電率絶縁層は、例えば、前記ゲート電極１４を挟むように、前記ゲート電極１４の両側（前記ソース電極１５に面する側と前記ドレイン電極１６に面する側）にそれぞれ形成されることが好ましい。
【００６４】
前記低誘電率絶縁層１４Ａは、前記ソース領域１２と、前記ゲート電極１４の間に、例えば当該ゲート電極１４に接するように、前記ソース電極１５に面する側に形成される。同様に、前記低誘電率絶縁層１４Ｂは、前記ドレイン領域１３と、前記ゲート電極１４の間に、例えば当該ゲート電極１４に接するように、前記ドレイン電極１６に面する側に形成される。また、低誘電率絶縁層１４Ａ，１４Ｂは、そのいずれか一つが形成されるようにしてもよい。
【００６５】
前記低誘電率絶縁層１４Ａ、１４Ｂは、例えば、前記ソース領域１２と前記ドレイン領域１３を構成する金属酸化物（酸化亜鉛）より誘電率の低い、誘電率が３．９程度であるＳｉＯ２より構成される。ＳｉＯ２は、安定な誘電材料であって、スパッタリング法などによって容易に形成することが可能である。また、このような低誘電率絶縁層は、ＳｉＯ２に限定されるものではなく、例えばＳｉＯＦやＳｉＣＯ（Ｈ）、またはＣｘＦｙで表されるフロロカーボン系の材料など、様々な低誘電率材料を用いることが可能である。
【００６６】
上記のように、前記ゲート電極１４近傍に誘電率の低い材料を配したことにより、前記ソース電極１５と前記ドレイン電極１６の間の配線間容量を低減することが可能になっている。このため、上記式（１）のｆを大きくすることが可能となり、上記の縦型トランジスタ１０の動作速度をさらに高速度にすることが可能となり、動作電圧が抑制される効果を奏する。
【００６７】
また、前記ゲート電極１４は、例えば金（Ａu）より構成されるが、当該ゲート電極１４と前記低誘電率絶縁層１４Ａの間と、当該ゲート電極１４と前記低誘電率絶縁層１４Ｂの間のそれぞれに、すなわちＡｕとＳｉＯ２の間に、ＡｕとＳｉＯ２の密着性を高める目的で密着層を形成すると好適である。当該密着層は、例えばクロム（Ｃｒ）薄膜よりなると密着力が良好となり、好ましい。
【００６８】
また、このようにトランジスタのソース領域とドレイン領域が可視光に対して透明であると、当該トランジスタを、可視光を扱う素子の制御素子として用いた場合に特に好適である。例えば、発光層を有する発光素子の、制御素子として当該トランジスタを用いた場合、発光層と積層するようにして当該トランジスタを用いることが可能であり、当該トランジスタは当該発光層からの発光を遮ることがない。この場合、トランジスタを発光層と積層するように形成して発光素子を形成することで、当該発光素子を小型化することが可能となり、また発光素子を設計する場合にトランジスタの設置場所についての選択の自由度が向上する効果を奏する。
【００６９】
例えば、表示速度が速い特長を有する有機ＥＬ層の制御素子として本実施例によるトランジスタを用いた場合、当該トランジスタの動作速度が速く、またソース領域とドレイン領域が透明であるため、特に好ましい組み合わせとなる。
【００７０】
また、この場合、ソース電極が可視光に対して透明であると好適であり、ドレイン電極が可視光に対して透明であるとさらに好適である。
【００７１】
また、当該トランジスタは発光素子に用いることに限定されず、可視光を扱う素子に広く適用することが可能であり、例えば受光素子などに用いることが可能であり、発光素子に用いた場合と同様の効果を奏し、例えば受光素子を小型化する効果や、受光素子の設計の自由度を向上させる効果を奏する。
【００７２】
また、本実施例による縦型トランジスタの前記ソース領域１２およびドレイン領域１３に用いる金属酸化物層を形成する材料としては、以下の材料を用いることが可能である。
【００７３】
まず、（ａ）酸化亜鉛、酸化チタン、酸化錫、酸化インジウム、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、五酸化タンタル、チタン酸バリウム、及び、チタン酸ストロンチウムから選択されるｎ型半導体の性質を有する金属酸化物、（ｂ）酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化マンガン、酸化クロム、酸化ビスマスから選択されるｐ型半導体の性質を有する金属酸化物、或いは、前記（ａ）〜（ｂ）に記載された金属酸化物に不純物を添加して形成される、ｎ型半導体の性質を有する金属酸化物、又はｐ型半導体の性質を有する金属酸化物を用いることが可能である。
【００７４】
上記の材料の中で、酸化亜鉛が特に好ましく、以下に示すように、酸化亜鉛を用いた場合にはソース領域およびドレイン領域に用いた場合に好ましい電気特性が得られることが確認されている。
【００７５】
図５は、前記ソース領域１２およびドレイン領域１３を形成する、酸化亜鉛の結晶系を示した図である。このように、酸化亜鉛は、六方晶系であり、例えば（１００）面、（１１０）面、（００２）面、（００４）面、（１０３）面などを有している。前記ソース領域１２およびドレイン領域１３に用いられる金属酸化物層には好ましい形成方法があり、例えば酸化亜鉛の場合、膜厚の方向に対して、すなわちキャリアの移動方向に対して好ましい抵抗値を有するのは、＜００２＞方向と＜００４＞方向に優先配向した場合であり、この場合に縦型トランジスタの半導体層、すなわちソース領域およびドレイン領域として好ましく機能することが明らかとなっている。
【００７６】
また、本実施例でソース領域およびドレイン領域として用いる酸化亜鉛層のエネルギーバンドギャップは、常温で３．３ｅＶ〜３．６ｅＶであり、このため、当該酸化亜鉛層は、常温で可視光を透過することができる。また、本実施例による金属酸化物、例えば、酸化亜鉛は、アンドープでｎ型の半導体的な性質を示すが、ＩＩＩ族元素、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｂ(ボロン)等の不純物を添加する量を制御することにより、キャリア濃度を制御することが可能である。
【００７７】
そのため、例えば、酸化亜鉛層で前記ソース電極１５と、前記ソース領域１２の双方を形成することが可能である。この場合、酸化亜鉛層に添加される当該不純物の量によって前記ソース電極１５と、前記ソース領域１２の抵抗値を調整する。例えば、前記ソース電極１５の抵抗値が小さくなるように、前記ソース電極１５に不純物が添加される。
【００７８】
この場合、ソース電極をソース領域と同一の材料で形成することが可能となるため、縦型トランジスタを形成する場合の工程が単純となり、製造コストが低減される効果を奏する。また、酸化亜鉛層にＮ（窒素）を添加することで、ｐ型半導体として用いることも可能である。
【００７９】
また、前記ソース領域１２とドレイン領域１３で、半導体の極性を異なるものとしたり、また同一の極性でありながら不純物の添加量を変更することでキャリア濃度を変更して任意のエネルギー障壁を設け、トランジスタの特性を変更することが可能であり、例えばＯＮ／ＯＦＦ特性を改善することなどが可能である。
【００８０】
また、前記ソース電極１５、ゲート電極１４、およびドレイン電極１６は、クロム（Ｃｒ）、Ｔａ（タリウム）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、ＩＴＯ等の導電性の酸化物、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチアジル、及び、導電性ポリマーよりなる群から選択される少なくとも１種の材料で構成されている。前記ソース電極１５、ゲート電極１４およびドレイン電極１６が上記材料で構成されていると、接触抵抗を低減して電気特性を改善することができる。そして、これらの電極材料は、蒸着、スパッタリング、化学蒸着、電着、無電解メッキ、スピンコーティング、印刷、及び、塗布よりなる群から選択された方法により、形成される。
【００８１】
次に、本実施例による縦型トランジスタの製造方法について、図６（Ａ）〜（Ｅ）について、手順を追って説明する。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００８２】
図６（Ａ）に示す工程では、前記基板１の上面に電極材料を成膜して前記ソース電極１５を形成する。例えば、透明な０．７ｍｍ厚のガラス基板（コーニング社製無アルカリガラス1737Ｆ）の上面にＩｎ酸化物とＳｎ酸化物とからなるＩＴＯ透明電極をＲＦスパッタリングにより成膜して、膜厚が１１０ｎｍのソース電極１５を形成した。
【００８３】
次に、図６（Ｂ）に示す工程では、前記ソース電極１５を覆うように、当該ソース電極１５上に前記ソース領域１２を形成した。例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）層を室温、１〜３×１０−3Torrの真空条件下においてＲＦパワー３００Ｗでスパッタリングによる成膜により、膜厚が６０ｎｍとなるように形成し、ソース領域１２を形成する。この場合、図４の説明で前記したように、優先配向は、＜００２＞方向と＜００４＞方向となるように形成した。
【００８４】
次に、図６（Ｃ）に示す工程では、まず、前記ソース領域１２の上面と側面を被覆するように、前記低誘電率絶縁層１４Ａを、更に当該低誘電率絶縁層１４上に前記ゲート電極１４を形成する。例えば、前記低誘電率絶縁層１４を形成する場合には、前記前記ソース領域１２の上面に、スリット状のメタルマスクを配置して、ＳｉＯ２を１×１０−3Torrの真空条件下においてＲＦパワー８００Ｗでスパッタリングにより、膜厚が５０ｎｍとなるように形成した。つぎに、ゲート電極１４の材料であるＡｕを室温、５×１０−4Torrの真空条件下においてＲＦパワー１００Ｗでスパッタリングにより、膜厚が５０ｎｍとなるように形成した。
【００８５】
次に、図６（Ｄ）に示す工程では、前記ゲート電極１４上に、前記低誘電率絶縁層１４Ｂを、更に当該低誘電率絶縁層１４Ｂ上に前記ドレイン領域１３を形成する。例えば、前記低誘電率絶縁層１４Ｂを形成する場合には、ＳｉＯ２を１×１０−3Torrの真空条件下においてＲＦパワー８００Ｗでスパッタリングにより、膜厚が５０ｎｍとなるように、例えば櫛状に形成する。つぎに、前記ドレイン領域１３を構成する酸化亜鉛（ＺｎＯ）層を、室温、１〜３×１０−3Torrの真空条件下においてＲＦパワー３００Ｗでスパッタリングによる成膜により、膜厚が１００ｎｍとなるように形成した。この場合、図４の説明で前記したように、優先配向は、＜００２＞方向と＜００４＞方向となるように形成した。
【００８６】
次に、図６（Ｅ）に示す工程では、前記ドレイン領域１３上に、電極材料を成膜して前記ドレイン電極１６を形成する。例えば、前記ドレイン領域１３の上面にメタルマスクを配置して、電極材料であるＡｕを成膜して前記ドレイン電極１６を形成した。その結果、図２に示した構造を有する縦型トランジスタが形成されたことを確認した。
【００８７】
次に、本実施例による縦型トランジスタの、光の透過について調べた結果を図７に示す。図７は、本実施例による縦型トランジスタの、ソース電極１５とソース領域１２の積層膜（ＩＴＯ電極と酸化亜鉛層が積層された状態の薄膜）の、常温での透過特性を示す図である。
【００８８】
図７を参照するに、可視光といわれる、４００ｎｍ〜７７０ｎｍの波長域において、ソース電極とソース領域の積層膜は、透過率が８０％以上を有している。このため、酸化亜鉛の単層では、透過率が８０％以上であることは明らかであり、常温で、酸化亜鉛層が可視光に対して実質的に透明であることが確認された。
【００８９】
酸化亜鉛は、前記したように、常温でエネルギーバンドギャップが３．３ｅＶ〜３．６ｅＶであるため、高い透過率で、このように常温で可視光を透過させることができる。
【００９０】
例えばエネルギーバンドギャップが３．３ｅＶの場合には、３７６ｎｍ以上の波長域の光を、またエネルギーバンドギャップが３．６ｅＶの場合には、３４４ｎｍ以上の波長域の光を透過させることができる。
【００９１】
次に、本実施例による縦型トランジスタ１０の電気特性を測定した結果について図８（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。本実施例による縦型トランジスタ１０に対して、図７（Ａ）に示すような回路を構成して、ソース電極とドレイン電極間、さらにゲート電極に電圧を印加して電流値を測定した。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の回路において電圧を印加した場合、ソースードレイン電圧に対するドレイン電流値を示したものであり、ゲート電圧は０．１〜−０．６Ｖまで−０．１Ｖごとに測定した結果を示している。
【００９２】
図８（Ｂ）を参照するに、ソース−ドレイン電圧が、０〜１.５Ｖの範囲で、ゲート電圧０．１Ｖ〜−０．６Ｖ、−０．１Ｖステップでゲート変調されていることがわかる。ソース−ドレイン電流は、０．１μＡ〜０．５μＡの範囲で変化しており、本発明による縦型トランジスタが正常に動作していることが確認された。
【００９３】
また、ソース領域やドレイン領域を有機化合物で形成した従来の縦型トランジスタの場合、本図に示した場合と同程度の電流値を得るためには１０Ｖ〜５０Ｖ程度の電圧が必要であり、本実施例の場合には従来の場合と比べて、動作電圧が抑制されていることが確認された。
【００９４】
また、縦型トランジスタは上記図６（Ａ）〜（Ｅ）に示した以外の様々な材料、製法によっても形成することが可能である。例えば、上記図６（Ａ）〜（Ｅ）に示した、上記の製造方法の変形例を、以下に示す。なお、下記の実施例２〜実施例８は、上記実施例１で、図６（Ａ）〜（Ｅ）の説明に記載した場合と異なる部分のみを示しており、下記の実施例中に示した以外の工程は上記図６（Ａ）〜（Ｅ）の説明に記載した場合と同様にして縦型トランジスタを製造することが可能である。
【実施例２】
【００９５】
図６（Ａ）の工程において、ソース電極１５を形成する場合、Ａｌが添加された酸化亜鉛（ＡＺＯ）を、膜厚が２０ｎｍとなるように形成し、図６（Ｂ）の工程においては、酸化亜鉛を、室温、１〜３×１０−3Torrの真空条件下でスパッタリングすることにより、膜厚が４０ｎｍとなるように成膜してソース領域１２を形成した。この場合、ソース電極とソース領域が共に酸化亜鉛より構成され、当該ソース電極の抵抗値が前記ソース領域の抵抗値より低くなるように、当該ソース電極に添加される不純物により、調整されている。このため、ソース電極とソース領域を形成する場合に成膜装置を共通化することが可能となり、ソース電極とソース領域を形成することが容易となり、トランジスタの製造工程が単純となり、製造コストが低減される効果を奏する。
【実施例３】
【００９６】
図６（Ｂ）と、図６（Ｄ）に示す工程において、酸化亜鉛に換えて、酸化錫を成膜してそれぞれソース領域１２と、ドレイン領域１３を形成した。この場合においても、同様に縦型トランジスタが形成された。
【実施例４】
【００９７】
図６（Ｂ）と、図６（Ｄ）に示す工程において、酸化亜鉛に換えて、酸化クロムを成膜してそれぞれソース領域１２と、ドレイン領域１３を形成した。この場合においても、同様に縦型トランジスタが形成された。
【実施例５】
【００９８】
図６（Ｃ）に示す工程において、Ａｕに換えてＰｔを用いてゲート電極１４を形成した。この場合にも、同様に縦型トランジスタが形成された。
【実施例６】
【００９９】
図６（Ｃ）に示す工程において、Ａｕに換えてＰｄを用いてゲート電極１４を形成した。この場合にも、同様に縦型トランジスタが形成された。
【実施例７】
【０１００】
図６（Ｅ）に示す工程において、Ａｕに換えてＡｌを用いてドレイン電極１６を形成した。この場合にも、同様に縦型トランジスタが形成された。
【実施例８】
【０１０１】
図６（Ｅ）に示す工程において、Ａｕに換えて導電性ポリアニリンを用いてドレイン電極１６を形成した。この場合にも、同様に縦型トランジスタが形成された。
【０１０２】
また、実施例２〜実施例８に示した縦型トランジスタについても、実施例１に記載した縦型トランジスタの場合と同様に、図８（Ａ）、（Ｂ）に示す方法で、Ｉ−Ｖ特性を測定した。その結果、実施例１による縦型トランジスタと、ほぼ同様の測定結果が得られ、実施例１の場合と同様の効果を奏することが確認された。
【実施例９】
【０１０３】
また、実施例１〜実施例８に記載した縦型トランジスタは、前記したように、可視光を扱う素子に用いると好適であり、可視光を扱う素子の一例として、有機ＥＬ層からなる発光層を有する発光素子に、実施例１に記載した縦型トランジスタを用いた例を以下に示す。
【０１０４】
図９（Ａ）は、本発明の実施例９による発光素子の概略断面図であり、図９（Ｂ）はその構造を模式的に示した斜視図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１０５】
図９（Ａ）および図９（Ｂ）を参照するに、本実施例による発光素子３０は、図２に記載した前記縦型トランジスタ１０の、前記ドレイン領域１３と、ドレイン電極１６の間に、有機ＥＬ層からなる発光層を含む、電圧の印加により発光する有機発光領域層２０を設けた構造を有している。前記ドレイン領域１３は、前記有機発光領域層２０を介して前記ドレイン電極１６と、電気的に接続される構造となっている。
【０１０６】
本実施例による、発光素子３０では、前記有機発光領域層の制御素子（またはスイッチング素子とよぶ場合もある）として前記縦型トランジスタ１０を用いている。前記縦型トランジスタ１０では、前記ソース領域１２およびドレイン領域１３が、前記発光領域層２０からの発光を透過する。
【０１０７】
そのため、本図に示すように、縦型トランジスタを、有機発光領域層２０と積層するようにして用いることが可能であり、当該トランジスタは当該有機発光領域層２０からの発光を実質的に遮ることがない。この場合、トランジスタを発光層と積層するように形成して発光素子を形成することで、当該発光素子を小型化することが可能となり、また発光素子を設計する場合にトランジスタの設置場所についての選択の自由度が向上する効果を奏する。
【０１０８】
例えば、表示速度が速い特長を有する有機ＥＬ層の制御素子として本実施例によるトランジスタを用いた場合、当該トランジスタの動作速度が速く、またソース領域とドレイン領域が透明であるため、特に好ましい組み合わせとなる。
【０１０９】
また、この場合、ソース電極１５が可視光に対して透明であると好適であり、ドレイン電極１６が可視光に対して透明であると、発光層に対してソース領域側とドレイン領域側の両方向が透明であるため、さらに好適である。
【０１１０】
また、前記ゲート電極１４には、例えばＡｕなどの金属が用いられるが、膜厚によっては可視光を実質的に透過するため、ゲート電極には金属材料を用いることが可能である。この場合、ゲート電極１４に可視光に対して透明な材料を用いると、発光の透過率が向上し、さらに好適である。
【０１１１】
前記有機発光領域層２０は、有機ＥＬ層、例えばＡｌｑ3（８−ヒドロキシキノリンアルミニウム）層からなる発光層１７を有している。当該発光層１７は、前記ドレイン領域１３上に形成されており、当該発光層１７に電圧が印加されることで、発光する。
【０１１２】
また、前記有機発光領域層２０には、発光層と積層されるようにして、発光効率を向上させるための層が形成されていると好適である。例えば、本実施例の場合、前記発光層１７上には、α−ＮＰＤ（ビス−１-NナフチルNフェニルベンジジン）層からなる電荷輸送層１８が形成されている。
【０１１３】
さらに、当該電荷輸送層１８上に、例えばＣｕＰｃ（銅フタロシアニン系化合物）層からなる電荷注入層１９が形成されている。
【０１１４】
また、前記発光層１７と、前記ドレイン領域１３の間に、発光効率を改善するための層を設けても良い。
【０１１５】
図９（Ｂ）は、前記発光素子３０の構造を模式的に示した斜視図であるが、本実施例では、前記縦型トランジスタ１０に積層するように、前記発光層１７を有する前記有機発光領域層２０が設置され、当該有機発光領域層２０上に前記ドレイン電極１６が設置されている。また、図中Ｘ部で示す部分では、櫛状に形成された前記ゲート電極１４が確認できる。
【０１１６】
本実施例による発光素子の、有機発光層領域を構成する、発光層、電化輸送層、電化注入層に用いる有機材料は、例えば、（ａ）ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、及び、それらの誘導体から選択される少なくとも１種のアセン分子材料、あるいは、  （ｂ）銅フタロシアニン系化合物（CuPc）、アゾ系化合物、ペリレン系化合物、及び、それらの誘導体から選択される少なくとも１種の顔料、あるいは、（ｃ）ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、ジフェニルメタン化合物、スチルベン化合物、アリールビニル化合物、ピラゾリン化合物、トリフェニルアミン誘導体（TPD ）、トリアリールアミン化合物、（２，２′，７，７′−ジフェニルアミノ−スピロ−９，９′ビフルオレン（Spiro-TAD ）、Ｎ，Ｎ−７−ジ−１−ナフチル−Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−４，４′−ジアミノ−ビフェニル（Spiro-NPB ）、４，４′，４″−トリス［３−メチルフェニル−（フェニル）−アミノ］−トリフェニル−アミン（mMTDATA ）、２，２′，７，７′−テトラキス（２，２−ジフェニルビニル）スピロ−９，９′−ビフルオレン（Spiro-DPVBi ）、４，４′，ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（DPVBi）、アルミニウム−トリソキシキノリン（Alq）、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Alq３）、トリス（４−メチル−８−ヒドロキシキノレート）アルミニウム錯化合物（Almq３ ）、及び、それらの誘導体から選択される少なくとも１種の低分子化合物、あるいは、（ｄ）ポリ−ｐ−フェニレンビニレン（PPV ）、ビフェニル基を有するポリマー（Biphenyl-Monomers ）、ジアルコキシ基を有するポリマー（Dialkoxy-Monomers）、アルコキシ−フェニル−PPV、フェニル−PPV 、フェニル−ジアルコキシ−PPVコポリマー、ポリ（２−メトキシ−５−（２′−エチル−ヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン）（MEH-PPV ）、PEDOT：ポリ（エチレンジオキシチオフェン）（PEDOT）、ポリスチレンスルフォン酸（PSS ）、ポリアニリン（PANI）、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ハロゲン化ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂、及び、それらの変性体から選択される少なくとも１種の高分子化合物、あるいは、（ｅ）トリフェニルアミン誘導体（TPD ）、トリアリールアミン化合物、（２，２′，７，７′−ジフェニルアミノ−スピロ−９，９′ビフルオレン（Spiro-TAD ）、Ｎ，Ｎ−７−ジ−１−ナフチル−Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−４，４′−ジアミノ−ビフェニル（Spiro-NPB ）、４，４′，４″−トリス［３−メチルフェニル−（フェニル）−アミノ］−トリフェニル−アミン（mMTDATA ）、及び、それらの誘導体から選択される少なくとも１種の低分子化合物、あるいは、（ｆ）ポリ（エチレンジオキシチオフェン）（PEDOT）、ポリスチレンスルフォン酸（PSS）、ポリアニリン（PANI）、及び、それらの変性体から選択される少なくとも１種の高分子化合物、のいずれかを含む材料よりなると、有機発光領域層の発光効率が良好となり、好適である。
【０１１７】
次に、本実施例による発光素子の製造方法について、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に基づき、手順を追って以下に説明する。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１１８】
まず、図１０（Ａ）に示すまでの工程は、図６（Ｄ）に示すまでの工程と同一であり、ここまでの工程は、実施例１に示した縦型トランジスタの製造方法と同様である。ただし、トランジスタの大きさや電極の形状などの寸法は、発光素子の形状に合わせて任意に変更している。
【０１１９】
次に、図１０（Ｂ）に示す工程において、有機発光材料（有機ＥＬ材料）である、例えば、Ａｌｑ３を３〜５×１０−4Torrの真空条件下において、抵抗加熱により蒸着することにより、膜厚が１００ｎｍとなるように形成し、発光層１７を形成した。
【０１２０】
次に、前記発光層１７の上に、例えば、α−ＮＰＤ層を３〜５×１０−4Torrの真空条件下において、抵抗加熱により蒸着することにより、膜厚が８０ｎｍとなるように形成し、電荷輸送層１８を形成した。
【０１２１】
次に、前記電荷輸送層１８の上に、例えば、ＣｕＰｃ層を３〜５×１０−4Torrの真空条件下において、抵抗加熱により蒸着することにより、膜厚が３０ｎｍとなるように形成し、電荷注入層１９を形成した。
【０１２２】
次に、図１０（Ｃ）に示す工程において、前記電荷注入層１９の上に、メタルマスクを配置して、電極材料である、例えばＡｕを成膜してドレイン電極１６を形成した。
【０１２３】
このようにして、図９に示す発光素子３０を形成した。
【０１２４】
図１０は、本実施例による発光素子の、ソース電極１５とソース領域１２の積層膜（ＩＴＯ電極と酸化亜鉛層が積層された状態の薄膜）の、常温での透過特性と、発光層（Ａｌｑ３層）からの発光のスペクトルを示す図である。但し、発光スペクトルの強度は任意単位である。
【０１２５】
図１１を参照するに、可視光といわれる、４００ｎｍ〜７７０ｎｍの波長域において、ソース電極とソース領域の積層膜は、透過率が８０％以上であり、さらに、発光層の発光スペクトルの強度が高い波長域において、透過率が８０％以上であることがわかる。このため、本実施例による発光素子は、発光層からの発光を高効率で利用することが可能であることが確認された。
【０１２６】
次に、本実施例による発光素子３０の特性を測定した結果についてソース電極とドレイン電極間、さらにゲート電極に電圧を印加し、発光素子の特性を調べたところ、従来の発光素子、例えば有機半導体層を用いたトランジスタなどを用いた場合に比べて、良好な性能を有していることが確認された。
【０１２７】
また、発光素子は、上記図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示した以外の様々な材料、製法によっても形成することが可能である。例えば、上記図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示した、上記の製造方法の変形例を、以下に示す。なお、下記の実施例１０〜実施例１５は、上記実施例９で、図１０（Ａ）〜（Ｃ）の説明に記載した場合と異なる部分のみを示しており、下記の実施例中に示した以外の工程は上記図１０（Ａ）〜（Ｃ）の説明に記載した場合と同様にして発光素子を製造することが可能である。
【実施例１０】
【０１２８】
図１０（Ｂ）の工程において、アルコキシフェニルPPV 溶液を塗布により成膜して発光層１７を形成した以外は、実施例９同様にして発光素子を形成した。
【実施例１１】
【０１２９】
図１０（Ｂ）の工程において、Spiro-TADを成膜して電荷輸送層１８を形成した以外は、実施例９同様にして発光素子を形成した。
【実施例１２】
【０１３０】
図１０（Ｂ）の工程において、PEDOT 溶液を塗布により成膜して電荷輸送層１８を形成した以外は、実施例９同様にして有機発光トランジスタを形成した。
【実施例１３】
【０１３１】
図１０（Ｂ）の工程において、PPS 溶液を塗布により成膜して電荷輸送層１８を形成した以外は、実施例９と同様にして発光素子を形成した。
【実施例１４】
【０１３２】
図１０（Ｃ）の工程において、電化注入層１９の上面にメタルマスクを配置して、電極材料であるＡｇを成膜してドレイン電極１６を形成した以外は、実施例９と同様にして発光素子を形成した。
【実施例１５】
【０１３３】
図１０（Ｃ）の工程において、電化注入層１９の上面にメタルマスクを配置して、電極材料であるＰＡＮＩを塗布により成膜してドレイン電極１６を形成した以外は、実施例９と同様にして発光素子を形成した。
【０１３４】
また、実施例１０〜実施例１５に示した発光素子についても、実施例９に記載した発光素子の場合と同様に、電流密度に対する光出力の関係、および電圧に対する電流密度の関係を測定した。その結果、実施例９の発光素子と、略同様の測定結果が得られ、実施例９の場合と同様の効果を奏することが確認された。
【０１３５】
また、実施例９〜実施例１５では、実施例１〜実施例８に記載した縦型トランジスタを適用する素子として、発光素子の場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、受光素子や、光電変換素子、太陽電池など、受光部を有する素子にも広く適用することが可能である。また、発光素子に適用する場合にも有機ＥＬ層を有する発光素子に限定されず、他の発光素子にも適用することが可能であることは明らかである。
【０１３６】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明によれば、キャリアの移動度が高く、可視光を透過することが可能であり、動作速度が高速度である、縦型トランジスタ、および当該縦型トランジスタを用いた発光素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】従来の縦型トランジスタの概略を示す断面図である。
【図２】（Ａ）は実施例１による縦型トランジスタの概略断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の縦型トランジスタのＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２のトランジスタのキャリアポテンシャルエネルギーを示す図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、ゲート電極の形状の例を示す図である。
【図５】酸化亜鉛の結晶系を示す図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｅ）は、図２に示した縦型トランジスタの製造方法について示した図である。
【図７】図２の縦型トランジスタの、ソース電極とソース領域の、常温での光の透過特性を示す図である。
【図８】（Ａ）は、図２の縦型トランジスタの回路図であり、（Ｂ）は、図２の縦型トランジスタの特性を調べた結果を示した図である。
【図９】（Ａ）は、実施例９による発光素子の概略断面図であり、（Ｂ）はその概略を示す斜視図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、図８の発光素子の製造方法を示した図である。
【図１１】図８の発光素子の光透過特性と、発光層の発光スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３９】
１０，１００  縦型トランジスタ
１１  基板
１０１，１５  ソース電極
１０２，１６  ドレイン電極
１０３，１４  ゲート電極
１０４  半導体層
１２  ドレイン領域
１３  ソース領域
１４Ａ，１４Ｂ  低誘電率絶縁層
１７  発光層
１８  電荷輸送層
１９  電荷注入層
２０  有機発光領域層
【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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