(57)【要約】【課題】有機半導体材料を含む発光効率が向上された発光トランジスタ及びそれを含む発光デバイスを提供する。【解決手段】ゲート絶縁層と有機半導体層の間に、追加の電極を更に有する有機発光トランジスタは、発光効率が向上する。追加の電極の導電性は、シート抵抗が１０ｋΩ／ｓｑ．以下であると、更に、発光効率が向上する。本発明の発光デバイスは、追加の電極を更に有する上記有機発光トランジスタを含むので、発光効率が向上する。【選択図】図１
2013168307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機半導体層、上記有機半導体層上に形成されたソース電極とドレイン電極、上記有機半導体層上に形成されたゲート絶縁層、及び上記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極を有する有機発光トランジスタであって、
上記ゲート絶縁層と上記有機半導体層の間に、追加の電極を更に有する有機発光トランジスタ。
【請求項２】
追加の電極の導電性は、シート抵抗が１０ｋΩ／ｓｑ．以下である請求項１記載の発光トランジスタ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発光トランジスタを含む発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体材料を含む新規な発光トランジスタ及びそれを含む発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体材料を用いる素子として、有機電界効果トランジスタ（Organic Field-Effect Transistor：ＯＦＥＴ）が知られている。ＯＦＥＴを構成する有機半導体材料が、キャリアとしての正孔と電子を輸送可能であり、この正孔と電子の再結合により、多少の発光を生ずることも知られている。
【０００３】
有機電界効果トランジスタとしての性能を改良するために、種々の検討がなされている。
例えば、特許文献１は、キャリアの移動性能が高い特定のチオフェン誘導体を電荷移動層として用いること、及びこの特定のチオフェン誘導体を用いたＯＦＥＴが多少の発光を生ずることを開示する。
また、非特許文献１は、特定の方法で製造された有機半導体材料の厚さの薄い結晶は、電界効果移動度を向上させることを開示する。しかし、発光効率に関しては、何ら報告されていない。
【０００４】
非特許文献２は、クインケチオフェンとＮ，Ｎ’−ジペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸ジイミドの共蒸着膜を用いてソース電極とドレイン電極間に印加する電圧に応じて発光特性が変化することを開示する。しかし、その他の発光効率の向上の方法については、何ら開示していない。
非特許文献３は、ｐ型有機半導体としてポリ（３−ヘキシルチオフェン）を用い、またｎ型有機半導体として[６，６]−フェニル−Ｃ６１−ブチリックメチルエステル（ＰＣＢＭ）を用いて、これらからなるスピンキャスト膜をゲート絶縁膜上に順次積層したトランジスタを例示する。ポリ（３−ヘキシルチオフェン）のキャリア移動度は、約０．０００１ｃｍ２／Ｖ・ｓであり、ＰＣＢＭのキャリア移動度は、それよりも１桁小さいことも開示する。しかし、このトランジスタの発光の有無については、何ら開示していない。
【０００５】
ＯＦＥＴの発光効率を向上させる方法は、学術的にも実用的にも興味深いが、ほとんど報告されておらず、また、従来のＯＦＥＴの発光効率は、必ずしも十分ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８２７３０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】T. Yamao, S. Ota, T. Miki, S. Hotta, and R. Azumi, Thin Solid Films, 516 (2008) 2527-2531.
【非特許文献２】M. A. Loi, M. Murgia, and M. Muccini, Appl. Phys. Lett., 85 (2004) 1613-1615.
【非特許文献３】K. Kaneto, M. Yano, M. Shibao, T. Morita, and W. Takashima, Jpn. J. Appl. Phys., 46 (2007) 1736-1738.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる背景により行われたものであり、その課題は、有機半導体材料を含む発光効率が向上された発光トランジスタ、及びそれを含む発光素子、照明デバイス、ディスプレイなどに応用可能な発光デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を克服するために鋭意検討を行った結果、有機半導体層とゲート絶縁層との間に追加の電極（以下、「第２ゲート電極」ともいう）を設けることで、驚くべきことに発光効率が向上することを見出して本発明を完成するに到ったものである。
即ち、本発明は一の要旨において、新たな発光トランジスタを提供し、それは、有機半導体層、上記有機半導体層上に形成されたソース電極とドレイン電極、上記有機半導体層上に形成されたゲート絶縁層、及び上記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極を有する有機発光トランジスタであって、ゲート絶縁層と有機半導体層の間に、追加の電極を更に有する有機発光トランジスタである。
【００１０】
更に、本発明は一の態様において、追加の電極の導電性は、シート抵抗が１０ｋΩ／ｓｑ．以下である上記有機発光トランジスタを提供する。
また、本発明は好ましい態様において、ソース電極とドレイン電極間の有機半導体層の全面から面発光する上記発光トランジスタを提供する。
本発明は、他の要旨において、上記トランジスタを含む発光デバイスを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発光トランジスタは、ゲート絶縁層と有機半導体層の間に、追加の電極を更に有するので、発光効率が向上される。
追加の電極の導電性は、シート抵抗が１０ｋΩ／ｓｑ．以下である場合、更に、発光効率が向上される。
ソース電極とドレイン電極間の有機半導体層の全面から面発光するので、発光部位の視認性に優れる。
本発明の発光デバイスは、上記トランジスタを含むので、発光効率が向上される。
本発明のデバイスを照明やディスプレイ等のデバイスに応用した場合、デバイスの基板面に垂直方向に強い発光強度を有するので、デバイスの視認性に優れる。本発明のデバイスは、チャネル面の全面が発光する本発明に係る発光トランジスタを有するので、視認性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明に係る一の要旨のトランジスタの断面図である。
【図２】図２は、比較のための従来のトランジスタの断面図である。
【図３】図３は、各電極と有機半導体材料のエネルギー準位とキャリアの移動、およびキャリアの再結合に伴う発光の概念図を示す。
【図４】図４は、実施例１のトランジスタの断面模式図である。
【図５】図５は、実施例１のトランジスタの電流−電圧特性を示す。
【図６】図６は、実施例１のトランジスタからの発光スペクトルを示す。
【図７】図７は、実施例１のトランジスタからの表１記号Ａの電圧印加条件での発光の様子を示す写真である。
【図８】図８は、図７の写真の明るさを強調した写真である。
【図９】図９は、実施例１のトランジスタからの表１記号Ｃの電圧印加条件での発光の様子を示す発光場所の拡大写真、および発光の幅を示す図である。
【図１０】図１０は、実施例１のトランジスタからの表１記号Ｂの電圧印加条件での発光の様子を示す発光場所の拡大写真、および発光の幅を示す図である。
【図１１】図１１は、実施例１のトランジスタからの表１記号Ａの電圧印加条件での発光の様子を示す発光場所の拡大写真、および発光の幅を示す図である。
【図１２】図１２は、実施例１のトランジスタで、電極１５に−２０Ｖ，電極１６に＋２０Ｖ、第１ゲート電極１４を接地したときの発光の様子を示す写真である。
【図１３】図１３は、図１２の写真の明るさを強調した写真である。
【図１４】図１４は、比較例１のトランジスタの断面模式図である。
【図１５】図１５は、比較例１のトランジスタの電流−電圧特性を示す。
【図１６】図１６は、実施例２のトランジスタからの発光スペクトルを示す。
【図１７】図１７は、実施例３のトランジスタからの発光スペクトルを示す。
【図１８】図１８は、実施例４のトランジスタの電流−電圧特性を示す。
【図１９】図１９は、実施例４のトランジスタからの発光スペクトルを示す。
【図２０】図２０は、実施例５のトランジスタの電流−電圧特性を示す。
【図２１】図２１は、実施例５のトランジスタからの発光スペクトルを示す。
【図２２】図２２は、本発明に係るトランジスタの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明を説明する。
本発明に係る発光トランジスタとして、例えば、図１に記載したような、層状の有機半導体材料１１を含むトランジスタ１０の断面図を模式的に示すことができる。この発光トランジスタ１０は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の基本的な構造を有する。尚、有機半導体材料は、必要に応じて、二種類以上の有機半導体材料が積層された、積層体であってもよく、また二種類以上の有機半導体材料が混合された、混合体であってもよい。
【００１４】
本発明に係るこの発光トランジスタ１０は、有機半導体層１１に相互に離間した電極１５及び電極１６が配置されている。電極１５に直流で負電圧を印加すると、電子を注入する電子注入電極になり、電極１６に直流で正電圧を印加すると、正孔を注入する正孔注入電極になると考えられる。尚、逆に電極１６が電子注入電極であり、電極１５が正孔注入電極であってよい。注入された電子と正孔が有機半導体層１１内で再結合して発光すると考えられる。電極１５と電極１６の間に設けられた間隔が電極間隔１７である。更に有機半導体層１１に、電極１５と電極１６から離間し、ゲート絶縁膜１３を介してゲート電極１４（以下、「第１ゲート電極」ともいう）が設けられている。更に、ゲート絶縁膜１３と有機半導体層１１との間に電極１５及び１６とゲート電極１４から電気的に絶縁された追加の電極１２が設けられている。ゲート電極１４に電界を印加することで、適宜、有機半導体層１１内の電子および正孔であるキャリアの分布を制御するとともに、追加の電極１２近傍にキャリアが蓄積され、電極１５から注入された電子もしくは電極１６から注入された正孔が追加の電極１２によって効果的に輸送され、それらを有機半導体層１１へ供給することができる。
【００１５】
具体的には、図１に示すように、ゲート電極１４の上に酸化シリコン等からなるゲート絶縁膜１３が設けられ、ゲート絶縁膜１３の上に追加の電極１２が設けられ、更に、有機半導体層１１が配置され、その両側に電極１５及び電極１６が間隔１７を開けて設けられる。有機半導体層１１と電極１５及び１６を設ける順番は、追加の電極１２と電極１５及び１６が電気的に接触しない限り、逆であってもよいし、交互に設けてもよい。電極１５及び１６は、追加の電極１２、ゲート絶縁膜１３及びゲート電極１４が配置される有機半導体層１１の面と、異なる面に配置されることが好ましい。
追加の電極１２は、ゲート絶縁膜１３と有機半導体層１１によって完全に覆われていることが好ましいが、完全に覆われていなくともよい。また、追加の電極１２は、有機半導体層１１を介して、電極１５と１６が離間する電極間隔１７と、対向する位置に配置されることが好ましい。追加の電極１２の一端が、電極１５又は１６と、ゲート電極１４の間に存する場合、効果は大きくなる。更に、追加の電極１２の両端が、電極１５及び１６とゲート電極１４の間に存する場合、より大きな効果が得られるので好ましい。
【００１６】
本発明に係る発光トランジスタの製造方法は、目的とするトランジスタを得ることができる限り、特に制限されるものではないが、追加の電極を設ける工程を含むことが好ましい。
【００１７】
尚、念のため従来の発光トランジスタの典型的な断面図を模式的に図２に示す。図２中の符号は、図１の符号と対応する。図２は、図１と比較すると、追加の電極がない点で異なることが理解される。
【００１８】
本発明に係る有機半導体層に含まれる有機半導体材料には、例えば、平板状結晶、薄膜状アモルファス固体、薄膜状結晶、平板状アモルファス固体、及び自己組織化単分子膜等の層状の形態の材料が含まれる。一般的に、「平板状」とは、自立性を有することを意味し、「薄膜状」とは、自立性を有さず、その形成に基板を必要とすることを意味する。更に、「結晶」とは、Ｘ線回折測定や偏光顕微鏡観察、熱的特性測定により材料が結晶であることを確認できる層状の形態を有することを意味し、「アモルファス固体」とは、結晶ではない層状の形態を有することを意味し、「平板状アモルファス固体」とは、自立性を有する結晶ではない形態を有することを意味する。更に「自己組織化単分子膜」とは、基板表面に吸着した単分子の厚さの層を形成してできる分子の膜のことを意味する。
【００１９】
有機半導体層に含まれる有機半導体材料は、半導体としての性質を有する有機材料であって、通常有機半導体材料とされるものを、公知の方法で、例えば、上述の平板状結晶、薄膜状アモルファス固体、薄膜状結晶、平板状アモルファス固体、及び自己組織化単分子膜等の層状の有機半導体材料に形成して使用することができ、本発明が目的とするトランジスタを得ることができる限り、原料となる有機半導体材料及び有機半導体材料を得るための製造方法は、特に制限されるものではない。
【００２０】
例えば、有機半導体材料の平板状結晶は、非特許文献１に開示されるような方法を用いて製造することができ、厚さの薄い結晶を得ることができる。有機半導体材料の平板状結晶は、良好なキャリア移動度を有するので、好ましい。
例えば、有機半導体材料の薄膜状アモルファス固体は、有機半導体材料を、蒸着（複数種あるときは、共蒸着や順に蒸着、もしくはこれらの組合せ）することにより得ることができる。更に、塗布法によって、製膜してもよい。
【００２１】
有機半導体層の厚さは、５〜１００００ｎｍであることが好ましく、２０〜５０００ｎｍであることがより好ましく、５０〜１０００ｎｍであることが特に好ましい。有機半導体材料は、ｐ型有機半導体材料であっても、ｎ型有機半導体材料であってもよく、電子と正孔の両方をキャリアとして伝導できる両極性有機半導体であってもよい。
【００２２】
有機半導体材料のキャリア移動度は、大きいほど半導体性が高まり、発光強度が高まり、好ましい。有機半導体材料のキャリア移動度は、ｐ型であってもｎ型であっても両極性であっても、具体的には、０．０００００１ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上であることが好ましく、０．０００１ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上であることがより好ましく、０．１ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上であることが特に好ましい。なお、キャリア移動度の上限は、特に限定されず、一般的には、１００ｃｍ２／Ｖ・ｓ程度であり得る。
【００２３】
本発明に係る「有機半導体材料」とは、一般的に有機半導体材料と呼ばれるものであって、本発明が目的とする発光トランジスタを得られる材料であれば特に制限されるものではない。
有機半導体層を得るための有機半導体材料には、低分子化合物、オリゴマー及びポリマーが含まれるが、例えば、より具体的には下記の化１〜化６に示す有機半導体材料（ａ）〜（ｚ）が含まれる。例えば、複数のベンゼン環が直線状に結合したフェニレン類（例えば、（ｃ））、複数のベンゼン環が直線状に縮環したアセン類（例えば、（ｄ）〜（ｅ）及び（ｇ））、ルブレン類（例えば、（ｆ））、複数のチオフェンが直線状に結合したチオフェン類（例えば、（ａ）、（ｂ）、（ｊ））、ペリレン類（例えば、（ｈ））、複数のチアゾールが直線状に結合したチアゾール類（例えば、（ｉ））、チオフェンとフェニレンのオリゴマーである（チオフェン／フェニレン）コオリゴマー類（例えば（ｋ）〜（ｚ））を、好ましく例示することができる。
【００２４】
有機半導体材料は、通常、ｐ型かｎ型に分類される。例えば、化１及び化３〜化５の（ａ）〜（ｆ）及び（ｋ）〜（ｖ）は、ｐ型有機半導体材料に分類され、例えば、化２及び化６の（ｇ）〜（ｊ）及び（ｗ）〜（ｚ）は、ｎ型有機半導体材料に分類される。
【００２５】
有機半導体材料として、（チオフェン／フェニレン）コオリゴマー類（置換基を有しても、有さなくてもよい（チオフェン／フェニレン）コオリゴマー、例えば（ｋ）〜（ｚ））がより好ましく、ｐ型有機半導体材料として、ｐ型（チオフェン／フェニレン）コオリゴマー類（置換基を有さない、又はアルキル基及びアルコキシ基等の電子供与性置換基を有する（チオフェン／フェニレン）コオリゴマー、より具体的には、（ｋ）〜（ｖ））がより好ましく、ｎ型有機半導体として、ｎ型（チオフェン／フェニレン）コオリゴマー類（フッ素、トリフルオロメチル基及びシアノ基等の電子吸引性置換基を有する（チオフェン／フェニレン）コオリゴマー、より具体的には、（ｗ）〜（ｚ））がより好ましい。ｐ型有機半導体材料として（ｎ）、（ｐ）、（ｕ）及び（ｖ）が特に好ましく、ｎ型有機半導体として、（ｘ）が特に好ましい。
【００２６】
二種類以上の有機半導体材料で積層体や混合体を得る場合、ｐ型有機半導体材料とｎ型有機半導体材料は、ｐ型（チオフェン／フェニレン）コオリゴマー類とｎ型（チオフェン／フェニレン）コオリゴマー類であることが好ましく、ｐ型（チオフェン／フェニレン）コオリゴマー類と（ｘ）であることがより好ましい。
【００２７】
【化１】
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【００２８】
【化２】
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【００２９】
【化３】
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【００３０】
【化４】
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【００３１】
【化５】
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【００３２】
【化６】
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【００３３】
有機半導体材料は、必要に応じて適宜、いわゆるドーパント等の副構成成分を含むことができる。その添加によって、有機半導体材料の各機能をより向上させることができる。
二種類以上の有機半導体材料で積層体や混合体を得る場合、例えば、有機半導体材料の平板状結晶の積層は、ピンセットやスタンプ等を用いて、物理的に容易に配置することができる。例えば、有機半導体材料の薄膜状アモルファス固体の積層は、蒸着や塗布等を用いて行うことができる。
【００３４】
上記電極１５及び電極１６は、有機半導体材料に電圧を印加する電極であって、電子又は正孔を上記有機半導体層に注入するための電極であり、十分な導電性をもち、本発明が目的とする発光トランジスタを得ることができる限り、特に制限されるものではない。
そのような電極は、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム−金合金（ＭｇＡｕ）、マグネシウム−銀合金（ＭｇＡｇ）、アルミニウム−リチウム合金（ＡｌＬｉ）、カルシウム（Ｃａ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、インジウム酸化物（Ｉｎ２Ｏ３）、スズ酸化物（ＳｎＯ２）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウムやガリウム、インジウムをドープした亜鉛酸化物（ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＩＺＯ）等で形成される。
【００３５】
電極１５及び電極１６は、所定の間隔１７を開けて対向するように配置される。間隔１７は、本発明に係るトランジスタが得られる限り特に制限されるものではないが、例えば、１〜１０００μｍであることが好ましく、５〜２００μｍであることがより好ましく、２０〜１００μｍであることが特に好ましい。
電極１５及び電極１６は、同種の材料を用いても良いし、よりキャリア注入が容易なように、キャリア注入に有利な異なる材料をそれぞれ用いても良い。即ち、有機半導体がｎ型かｐ型かのいずれであるかと、電極の材料の仕事関数やエネルギー準位等を考慮して選択する。
【００３６】
本発明においてゲート絶縁膜１３とは、ゲート電極１４と有機半導体層１１及び追加の電極１２を絶縁するために設けられる絶縁膜であり、本発明が目的とする発光トランジスタを得ることができる限り、特に限定されるものではない。一般にゲート絶縁膜１３は、誘電体材料で作ることができる。そのような誘電体材料とは、一般に誘電体と呼ばれるものであって、本発明が目的とする発光トランジスタを得ることができるものであれば特に制限されるものではない。誘電体材料は、発光する光に対して透明であり、誘電体材料の屈折率は、有機半導体材料の屈折率より小さいことが好ましく、有機半導体材料と誘電体材料の屈折率の差は、０．０１〜１０であることがより好ましく、１〜１０であることが特に好ましい。
そのような誘電体材料として、例えば、酸化ケイ素、石英、ソーダガラス、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、パリレン、絶縁性のフォトレジスト等を例示することができるが、ポリメタクリル酸メチル、パリレン、酸化ケイ素、石英、ソーダガラス、絶縁性のフォトレジスト等が好ましい。
【００３７】
本明細書においてゲート電極１４とは、有機半導体層内の電界を制御する電圧を印加する電極であって、十分な導電性をもち、本発明が目的とする発光トランジスタを得ることができる限り、特に制限されるものではない。
例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム−金合金（ＭｇＡｕ）、マグネシウム−銀合金（ＭｇＡｇ）、アルミニウム−リチウム合金（ＡｌＬｉ）、カルシウム（Ｃａ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、インジウム酸化物（Ｉｎ２Ｏ３）、スズ酸化物（ＳｎＯ２）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウムやガリウム、インジウムをドープした亜鉛酸化物（ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＩＺＯ）等で形成される。
ゲート絶縁体がシリコン上に形成された酸化ケイ素である場合には、ゲート電極はシリコンで形成されてもよい。
ゲート電極は、ソース電極及びドレイン電極（電極１５及び電極１６）と、対向するように配置され、それらの間に、ゲート絶縁体及び追加の電極、又はゲート絶縁体、追加の電極と有機半導体層が配置される。
【００３８】
上記「追加の電極」１２とは、電極１５から注入された電子もしくは電極１６から注入された正孔が効果的に蓄積・輸送され、それらを有機半導体層１１へ供給するという機能を有するものであり、本発明が目的とする発光トランジスタを得られる限り限定されるものではないが、十分な導電性をもち、電極として機能し得る材料で形成されればよい。従って追加の電極は、導体でできている。
そのような材料として、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム−金合金（ＭｇＡｕ）、マグネシウム−銀合金（ＭｇＡｇ）、アルミニウム−リチウム合金（ＡｌＬｉ）、カルシウム（Ｃａ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、インジウム酸化物（Ｉｎ２Ｏ３）、スズ酸化物（ＳｎＯ２）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウムやガリウム、インジウムをドープした亜鉛酸化物（ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＩＺＯ）等を例示することができる。
【００３９】
追加の電極を形成することができる材料の導電性は、シート抵抗が５００ｋΩ／ｓｑ．以下であることが好ましく、１００ｋΩ／ｓｑ．以下であることがより好ましく、１０ｋΩ／ｓｑ．以下であることが特に好ましい。なお、シート抵抗の下限は、特に限定されることはないが、一般的には、０．００１Ω／ｓｑ．程度であり得、０．０１Ω／ｓｑ．程度であり得、０．１Ω／ｓｑ．程度であり得る。
また、追加の電極の厚さは、１０〜２０００ｎｍであることが好ましく、２０〜１０００ｎｍであることがより好ましく、５０〜５００ｎｍであることが特に好ましい。
【００４０】
上記トランジスタ１０は、上記電極１５及び電極１６に電圧を印加することにより、その内部に電子および正孔の両方を注入し、その内部で電子及び正孔の両方を移動させ、有機半導体層内で、両者を再結合させる。このとき、有機半導体を通って両電極間を移動する電子及び正孔の量は、電極１５と電極１６およびゲート電極１４に印加される電圧に依存する。このため、ゲート電極１４にかける電圧及びその変化を制御することにより、上記電極１５及び電極１６の間の導通状態を制御することが可能となる。
【００４１】
具体的には、電極１５に直流で−の電位を印加して、有機半導体層に電子を注入し、電極１６に直流で＋の電位を印加して、有機半導体層に正孔を注入する。ゲート電極１４の電位を、必要に応じて適宜制御することで追加の電極１２の効果により有機半導体層内において、電子及び正孔の移動および再結合が生じて、発光する。
【００４２】
本発明の発光トランジスタは、種々の発光デバイスに利用することができる。本発明の発光トランジスタを含む発光デバイスとして、例えば、通信用デバイス、ディスプレイパネル、ライト、各種照明等を例示することができる。
【００４３】
本発明は、上述のような優れた効果を奏するものであるが、それは、以下のような理由によるものと考えられる。
ＯＦＥＴでは、有機半導体層内で、キャリアである正孔と電子が再結合して発光する。しかし、通常の有機半導体層は電気抵抗が高く、キャリア密度も低い。そのため十分な量の正孔および電子（キャリア）を有機半導体層へ注入・蓄積し、有機半導体層内を輸送し、有機半導体層内で両キャリアを再結合させて発光させるのが困難であるという問題が考えられる。
【００４４】
そこで、キャリアを蓄積するとともに、より効率的に有機半導体層にキャリアを注入し、有機半導体層にあるキャリアの通り道であるチャネルでのキャリア輸送を促進し、チャネル内でキャリアを再結合させるために、有機半導体層に接するように追加の電極を設けることが有効であると考えられる。
【００４５】
第２ゲート電極の効果は次のように考えられる。図１において第２ゲート電極１２はゲート絶縁膜１３によって第１ゲート電極１４から隔てられ、有機半導体層１１によって電子注入電極１５および正孔注入電極１６から隔てられている。このため、これらの電極から直接キャリアが注入されることはない。ところが、有機半導体層１１には電子注入電極１５および正孔注入電極１６から、それぞれ電子および正孔のキャリアが共に注入される。これら両キャリアが第２ゲート電極１２に注入されるので、第２ゲート電極１２は両キャリアを溜めるプールのような役割を果たすことが出来る。これと関連して、第２ゲート電極１２、有機半導体層１１および電子注入電極１５、正孔注入電極１６のエネルギー準位とキャリアの移動と再結合による発光の概念図を図３に示す。
図３は、電子注入電極１５より注入された電子１８が、左側の有機半導体層１１を介し、また正孔注入電極１６より注入された正孔１９が、右側の有機半導体層１１を介して、それぞれ第２ゲート電極１２へ注入される様子を示す。第２ゲート電極から、電子１８は右側の有機半導体層１１へ注入されて正孔１９と再結合し、正孔１９は左側の有機半導体層１１へ注入されて電子１８と再結合し、それぞれ効率的な発光３０を生み出す。
【００４６】
後述する図８は、発光が電子注入電極１５を通して認められると共に、電子注入電極１５および正孔注入電極１６の下辺部においても認められることを明瞭に示す。このように、チャネルから大きく隔たった場所からも強い発光が認められることは従来の発光デバイスに見られない現象であり、本発明の優位性を裏付ける。要約すると、第２ゲート電極１２の作用は電子および正孔の通り道とこれらのキャリアの有機半導体層１１への注入を兼ねており、従来のデバイスにおいて電極がどちらか一方のキャリアのみの通り道および注入の役割を果たすに過ぎないことと顕著な相違点がある。
【００４７】
このように追加の電極があることで、有機半導体層内に設けられたチャネルの両キャリアの密度が増大し、両キャリアに対するキャリア輸送性能が向上し、その結果、有機半導体層内での両キャリアの再結合確率が増大して、発光強度が向上すると考えられる。キャリアの動作のより詳細な解析は今後の課題であるが、追加の電極があることで著しく発光効率が向上することは諸実験で確認されている。
【００４８】
また本発明の発光トランジスタは、発光の際、チャネルから面発光が観測される。すなわち、図１の電極間隔１７全面から発光が観測される。図２に示すような追加の電極を有さない従来の有機発光トランジスタでは、通常、電極間隔１７のうち、正孔と電子が再結合する線状の一部の領域から、線状の発光が観測されることを考慮すると、本発明の発光トランジスタは、従来の有機発光トランジスタとは異なるメカニズムで動作していることを意味している。本発明の発光トランジスタは、面発光するので、表示デバイス等に応用した際、視認性に優れる。
【００４９】
本発明は、このような理由により、優れた効果を奏すると考えられるが、このような理由は、何ら本発明を制限するものではない。
【００５０】
以下、本発明を実施例及び比較例により具体的に説明する。但し、本発明はその要旨を逸脱しない限り以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００５１】
実施例１
実施例１の有機発光トランジスタ
実施例１の有機発光トランジスタの断面模式図である図４を参照しながら、実施例１の有機発光トランジスタ及びその製造方法を説明する。
実施例１の有機発光トランジスタ１０は、表面にシリコン酸化膜層１３を設けたシリコン基板１４、シリコン酸化膜層１３表面の一部を覆うように設置されたアルミニウムをドープした酸化亜鉛（以下ＡＺＯ）層１２、ＡＺＯ層１２を覆いシリコン酸化膜層１３の一部を覆う有機半導体層１１、有機半導体層１１上に間隔１７を設けて配置された一対の電極１５、１６で構成されている。
このとき、シリコン基板１４は第１ゲート電極として、シリコン酸化膜層１３はゲート絶縁膜として、ＡＺＯ層１２は第２ゲート電極として機能する。間隔１７は電界効果トランジスタのチャネル長に相当する。
図４に示す実施例１の有機発光トランジスタは、以下のようにして製造した。
【００５２】
ＡＺＯ層のエッチング
厚さ３００ｎｍのシリコン酸化膜層の付いた４インチのシリコンウェハーのシリコン酸化膜層の表面を覆うように、スパッタリングで厚さ約１６０ｎｍのＡＺＯ層を製膜した。このＡＺＯ層のシート抵抗は約２ｋΩ／ｓｑ．である。
このウェハーを１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさに切断したものを基板として準備した。面積約２ｍｍ×２ｍｍのマスクを、基板のＡＺＯ層表面に密着し、覆うように配置した。マスクを施したＡＺＯ層面の反対側が接着面となるように蓋付きシャーレの蓋に基板を設置した。
濃度３５−３７％の塩酸を蓋付きシャーレの本体に２０−３０ｍＬ入れ、基板が塩酸蒸気に暴露されるように上記シャーレの蓋をシャーレ本体に被せ、約１０−４０秒後、シャーレの蓋を本体から外し、基板を蒸留水で濯いだ。マスクを取り除くことにより、シリコン酸化膜層１３の表面に、面積約２ｍｍ×２ｍｍのＡＺＯ層１２が残る。
以上のＡＺＯ層のエッチングはすべて大気中で行った。
【００５３】
基板の洗浄
ＡＺＯ膜層１２の付いた基板を順番にアセトン、２−プロパノール、エタノール、蒸留水で各１０分間ずつ大気中にて超音波洗浄した後、基板に残った蒸留水を窒素ブローで除去した。その後、紫外線ランプによるオゾン洗浄を１０分間施し、基板の表面を清浄にした。
【００５４】
有機膜の蒸着
５ｍｍ×８ｍｍの長方形の穴の開いた蒸着用のマスクを、基板表面のＡＺＯ層１２が穴の中心になるように基板に被せた後、基板を真空蒸着装置に設置した。真空度約１×１０−３Ｐａで、マスクの上から化４（ｐ）で示されるＢＰ３Ｔを厚さ約１５０−２００ｎｍ蒸着した後、基板を大気暴露して取り出した。
ＢＰ３Ｔ蒸着膜１１は、ＡＺＯ層１２を完全に覆っていた。
【００５５】
金属電極の蒸着
このＢＰ３Ｔ蒸着膜１１の上に、タングステンワイヤー（幅約５０μｍ）を、図４の紙面と垂直方向に配置した後、基板を真空蒸着装置に設置した。マグネシウムと銀の質量比が約１：１となるように、図４の基板の左上側よりマグネシウムを、基板の真上から銀を、ＢＰ３Ｔ蒸着膜１１およびシリコン酸化膜層１３の上に真空蒸着し、厚さ１５ｎｍのマグネシウム銀層１５ａ及び１６ａを形成した。続けて、図４の基板の真上から銀を真空蒸着し、厚さ３５−３７ｎｍの銀層１５ｂおよび１６ｂを形成した。
さらに、図４の基板の右上方向から金を真空蒸着し、厚さ５０ｎｍの金層１５ｃおよび１６ｃを形成し、有機発光トランジスタを完成させた後、これを大気暴露して取り出した。
【００５６】
電極１５ａ、１５ｂ及び１５ｃが一体となって電子注入電極１５となり、電極１６ａ、１６ｂ及び１６ｃが一体となって正孔注入電極１６となる。
尚、図４で、Ｌ１は電子注入電極１５のうち、マグネシウム銀電極１５ａと銀電極１５ｂが表に見える範囲の幅（長さ）であって、具体的には１８μｍであり、Ｌ２は電極間隔１７（チャネル）の長さで、具体的には３３μｍであり、Ｌ３は正孔注入電極１６のうち、金電極１６ｃが１層だけの範囲の幅（長さ）であって、具体的には１５μｍである。
【００５７】
このようにして得られた有機発光トランジスタの電流−電圧特性を真空中（約１０−３Ｐａ）で測定した。電流−電圧特性を図５に示す。
図５は、接地した電極１６に対し電極１５に＋１０から−１０Ｖまでの直流電圧（ドレイン−ソース間電圧：横軸）を印加したときの電極１５と電極１６の間を流れる電流（ドレイン電流：縦軸）を、第１ゲート電極１４の電圧を接地電位に対し＋１０から−１０Ｖまで−２Ｖ毎に変化させながら測定したものである。
ドレイン電流のドレイン−ソース間電圧に対する変化は、ゲート電極の電圧を変えても変わらず、全ての曲線が重なった。正および負のドレイン電流は、おのおの正および負のドレイン−ソース間電圧の約３乗に比例した。
【００５８】
このようにして得られたトランジスタの発光を測定した。（発光測定法は、T. Yamao, Y. Shimizu, K. Terasaki, and S. Hotta, Adv. Mater. 20 (2008) 4109-4112. 参照）
発光は、トランジスタの基板面と垂直方向、すなわち図４において紙面上部方向に主に生じている。図６は、電極１５に負の直流電圧、電極１６に正の直流電圧、第１ゲート電極１４に正弦波の交流電圧を各々印加したときの上述のトランジスタからの発光スペクトルである。電極１５、１６に印加した電圧、および電極１４に印加した交流電圧振幅と周波数の具体的な数値を表１に示した。
【００５９】
【表１】
2013168307.tif 000009
【００６０】
縦軸の発光強度は１秒当たりの強度を示している。実線で示された記号Ａのスペクトルの発光は、約６１６ｎｍの波長で最大となり、その強度は約６６６８カウントであった。
図７は図６Ａのスペクトルを観測したときに同時にデバイスの基板面に垂直方向から撮影した発光の様子を示す写真である。電極間隔１７およびＡＺＯ層１２の上にある電極１６の下端の領域からの発光が認められる。図８は図７の写真の明るさを調整し、明暗の差を強調した写真である。上述の場所に加え、ＡＺＯ層１２の上にある電極１５の上端の領域からの発光、およびＡＺＯ層１２と重なった電極１５全体からの発光が認められる。
【００６１】
発光強度が弱い場合（図６C）、トランジスタからの発光は電極１６と電極間隔１７の境界近傍の領域から主に観測された。図９は表１記号Ｃの電圧印加条件での発光スペクトル（図６Ｃ）を観察したときに同時に撮影した発光場所の拡大写真、および発光の幅を示す図である。正孔注入電極１６の長さＬ３全部と電極間隔１７の長さＬ２の一部を含むＬ４の幅（３０μｍ）が発光している。
【００６２】
印加電圧の大きさを大きくし、発光強度が強くなると（図６Ｂ）徐々に電極間隔１７での発光領域が増え始める。図１０は表１記号Ｂの電圧印加条件での発光スペクトル（図６Ｂ）を観察したときに同時に撮影した発光場所の拡大写真、および発光の幅を示す図である。正孔注入電極１６の長さＬ３の全部と電極間隔１７の長さＬ２の一部を含むＬ６の幅（２２μｍ）から強い発光（Ｓ）が観測され、その周りにそれぞれ幅Ｌ５（９μｍ）と幅Ｌ７（９μｍ）の弱い発光（Ｗ）が観測される。
【００６３】
印加電圧が最も大きい場合（図６Ａ）、電極間隔１７全体、すなわちチャネル全体からの面発光が観測された。図１１は表１記号Ａの電圧印加条件での発光スペクトル（図６Ａ）を観察したときに同時に撮影した発光場所の拡大写真、および発光の幅を示す図である。正孔注入電極１６の長さＬ３全部と電極間隔１７の長さＬ２の一部を含むＬ１１の幅（３２μｍ）から強い発光（Ｓ）が観測され、その周りにそれぞれ幅Ｌ１０（１５μｍ）と幅Ｌ１２（１７μｍ）の弱い発光（Ｗ）が観測される。さらに電子注入電極１５の長さＬ１を含む幅Ｌ９（２５μｍ）からさらに弱い発光（ＷＷ）が観測される。
【００６４】
尚、このトランジスタでは、電極１５に負の直流電圧、電極１６に正の直流電圧を印加した場合、第１ゲート電極１４に交流電圧を印加しても、第１ゲート電極１４を接地しても、同様な強度の発光が観測された。図１２は、電極１５に−２０Ｖの直流電圧、電極１６に＋２０Ｖの直流電圧を印加し、第１ゲート電極１４を接地したときの発光の様子をデバイスの基板面に垂直方向から撮影した写真である。図１３は図１２の写真の明るさを調整し、明暗の差を強調した写真である。電極間隔１７全体およびＡＺＯ層１２の上にある電極１５および１６の端部からの発光、およびＡＺＯ層１２と重なった電極１５全体からの発光が認められる。
【００６５】
比較例１
比較例１の有機発光トランジスタ
比較例１の有機発光トランジスタの断面模式図である図１４を参照しながら、比較例１の有機発光トランジスタ及びその製造方法を説明する。
比較例１の有機発光トランジスタ２０は、表面にシリコン酸化膜層１３を設けたシリコン基板１４、シリコン酸化膜層１３表面の一部を覆う有機半導体層１１、有機半導体層１１上に間隔１７を設けて配置された一対の電極１５、１６で構成されている。このとき、シリコン基板１４は第１ゲート電極として、シリコン酸化膜層１３はゲート絶縁膜として機能する。間隔１７は電界効果トランジスタのチャネル長に相当する。
図１４に示す比較例１の有機発光トランジスタは、シリコン酸化膜層１３上に配置されたＡＺＯ層１２が塩酸で完全に除去されていることを除いて、上述した実施例１の有機発光トランジスタと同様の方法を用いて製造した。
【００６６】
このようにして得られた有機発光トランジスタの電流−電圧特性を真空中（約１０−３Ｐａ）で測定した。電流−電圧特性を図１５に示す。図１５は、接地した電極１６に対し電極１５に＋１０から−１００Ｖまでの直流電圧（ドレイン−ソース間電圧：横軸）を印加したときの電極１５と電極１６の間を流れる電流（ドレイン電流：縦軸）を、第１ゲート電極１４の電圧を接地電位に対し＋１０から−１００Ｖまで−１０Ｖ毎に変化させながら測定したものである。通常のｐ型有機半導体における電界効果トランジスタの出力特性が観測された。この特性から求められる正孔移動度は、４．７×１０−２ｃｍ２／Ｖ・ｓであった。
【００６７】
このようにして得られた比較例１のトランジスタの発光を、実施例１のトランジスタと同様の方法を用いて測定した。電極１５に直流電圧−８０Ｖを、電極１６に直流電圧＋８０Ｖを印加し、第１ゲート電極１４に振幅８５Ｖ、周波数２０ｋＨｚの正弦波の交流電圧を印加した。これらの電圧の大きさは、実施例１で使用したものに比べて大きい。このときの発光スペクトルを、上述の図６で、点線（記号：Ｄ）で示す。
比較例１のトランジスタで発光は観測されなかった。
【００６８】
実施例２
実施例２の有機発光トランジスタ
実施例２の有機発光トランジスタは、有機半導体層１１として、化４（ｐ）で示されるＢＰ３Ｔの代わりに、化４（ｎ）で示されるＢＰ１Ｔを用いたことを除いて、上述した実施例１の有機発光トランジスタと同様の方法を用いて製造した。
【００６９】
このようにして得られたトランジスタの発光を、実施例１の有機発光トランジスタと同様の方法を用いて測定した。図１６は、電極１５に負の直流電圧、電極１６に正の直流電圧、第１ゲート電極１４に正弦波の交流電圧を各々印加したときの上述のトランジスタからの発光スペクトルである。電極１５、１６に印加した電圧、および電極１４に印加した交流電圧振幅と周波数の具体的な数値を表２に示した。
【００７０】
【表２】
2013168307.tif 000010
【００７１】
縦軸の発光強度は１秒当たりの強度を示している。見やすさのため、実線で示された記号Ａのスペクトルは縦軸方向に２０カウント分、破線で示された記号Ｂのスペクトルは縦軸方向に１０カウント分、原点に対し上方向にずらして示している。実線で示された記号Ａのスペクトルの発光は、約４６３ｎｍの波長で最大となり、その強度は約６３カウントであった。次に大きなピークは、約４９４ｎｍの波長で、約６１カウントであった。
【００７２】
実施例３
実施例３の有機発光トランジスタ
実施例３の有機発光トランジスタは、有機半導体層１１として、化４（ｐ）で示されるＢＰ３Ｔの代わりに、化５（ｕ）で示されるＰ６Ｔ（厚さ約５００ｎｍ）を用いたこと、マグネシウム銀電極の厚さが２５ｎｍであること、銀電極の厚さが５０ｎｍであること、金電極の厚さが８０ｎｍであることを除いて、上述した実施例１の有機発光トランジスタと同様の方法を用いて製造した。
【００７３】
このようにして得られたトランジスタの発光を、実施例１の有機発光トランジスタと同様の方法を用いて測定した。図１７は、電極１５に負の直流電圧、電極１６に正の直流電圧、第１ゲート電極１４に正弦波の交流電圧を各々印加したときの上述のトランジスタからの発光スペクトルである。電極１５、１６に印加した電圧、および電極１４に印加した交流電圧振幅と周波数の具体的な数値を表３に示した。
【００７４】
【表３】
2013168307.tif 000011
【００７５】
縦軸の発光強度は１秒当たりの強度を示している。実線で示された記号Ａのスペクトルの発光は、約６２５ｎｍの波長で最大となり、その強度は約１７３７カウントであった。
発光強度が弱い場合トランジスタからの発光は、電極１５と電極間隔１７の境界近傍の領域から主に観測された。発光強度が強くなると電極間隔１７全体、すなわちチャネル全体からの面発光が観測された。
【００７６】
なお、このトランジスタでは、電極１５に負の直流電圧、電極１６に正の直流電圧を印加した場合、第１ゲート電極１４に６０Ｈｚから２００ｋＨｚの交流電圧を印加しても、第１ゲート電極１４を接地しても、同様な強度の発光が観測された。
【００７７】
比較例２
比較例２の有機発光トランジスタ
比較例２の有機発光トランジスタは、有機半導体層１１として、化４（ｐ）で示されるＢＰ３Ｔの代わりに、化５（ｕ）で示されるＰ６Ｔ（厚さ約５００ｎｍ）を用いたこと、マグネシウム銀電極の厚さが２５ｎｍであること、銀電極の厚さが５０ｎｍであること、金電極の厚さが８０ｎｍであることを除いて、上述した比較例１の有機発光トランジスタと同様の方法を用いて製造した。
すなわち、シリコン酸化膜層１３上に配置されたＡＺＯ膜層１２が塩酸で完全に除去されていることを除いて、上述した実施例３の有機発光トランジスタと同様の方法を用いて製造した。
【００７８】
このようにして得られた比較例２のトランジスタの発光を、実施例１のトランジスタと同様の方法を用いて測定した。電極１５に直流電圧−９５Ｖを、電極１６に直流電圧＋９５Ｖを印加し、第１ゲート電極１４に振幅１００Ｖ、周波数２００ｋＨｚの正弦波の交流電圧を印加した。これらの電圧の大きさは、実施例３で使用したものに比べて大きい。このときの発光スペクトルを、上述の図１７で、点線（記号：Ｃ）で示す。比較例２のトランジスタの発光スペクトル強度は、約６２５ｎｍの波長で約４８カウントが最大であった。
【００７９】
実施例４
実施例４の有機発光トランジスタ
実施例４の有機発光トランジスタは、有機半導体層１１として、化４（ｐ）で示されるＢＰ３Ｔの代わりに、化５（ｖ）で示されるＡＣ´７を用いたことを除いて、上述した実施例１の有機発光トランジスタと同様の方法を用いて製造した。
【００８０】
このようにして得られた有機発光トランジスタの電流−電圧特性を真空中（約１０−３Ｐａ）で測定した。電流−電圧特性を図１８に示す。図１８は、接地した電極１６に対し電極１５に＋９から−９Ｖまでの直流電圧（ドレイン−ソース間電圧：横軸）を印加したときの電極１５と電極１６の間を流れる電流（ドレイン電流：縦軸）を、第１ゲート電極１４の電圧を接地電位に対し＋１０から−１０Ｖまで−２Ｖ毎に変化させながら測定したものである。
ドレイン電流のドレイン−ソース間電圧に対する変化は、ゲート電極の電圧を変えてもあまり変化せず、全ての曲線がほとんど重なった。正および負のドレイン電流は、おのおの正および負のドレイン−ソース間電圧の約２．３から２．７乗に比例した。
【００８１】
このようにして得られたトランジスタの発光を、実施例１の有機発光トランジスタと同様の方法を用いて測定した。
図１９は、電極１５に負の直流電圧、電極１６に正の直流電圧、第１ゲート電極１４を接地したときの上述のトランジスタからの発光スペクトルである。
電極１５、１６に印加した電圧の具体的な数値を表４に示した。
【００８２】
【表４】
2013168307.tif 000012
【００８３】
縦軸の発光強度は１秒当たりの強度を示している。
実線で示された記号Ａのスペクトルの発光は、約５２２ｎｍの波長で最大となり、その強度は約３７７０カウントであった。
トランジスタからの発光は、電極１５と電極間隔１７の境界近傍の領域から主に観測された。
【００８４】
実施例５
実施例５の有機発光トランジスタ
実施例５の有機発光トランジスタは、ＡＺＯ層１２を設ける代わりに、実施例１のＡＺＯ層付基板と同様に洗浄したシリコン酸化膜層１３を設けたシリコン１４の基板の表面に、面積約２ｍｍ×２ｍｍの穴の開いた蒸着用のマスクを被せ、マグネシウムと銀の質量比が約１：１となるようにマグネシウム銀電極１２を真空蒸着したことを除いて、上述した実施例１の有機発光トランジスタと同様の方法を用いて製造した。
【００８５】
このようにして得られた有機発光トランジスタの電流−電圧特性を真空中（約１０−３Ｐａ）で測定した。電流−電圧特性を図２０に示す。
図２０は、接地した電極１６に対し電極１５に＋２０から−２０Ｖまでの直流電圧（ドレイン−ソース間電圧：横軸）を印加したときの電極１５と電極１６の間を流れる電流（ドレイン電流：縦軸）を、第１ゲート電極１４の電圧を接地電位に対し＋２０から−２０Ｖまで−４Ｖ毎に変化させながら測定したものである。ドレイン電流のドレイン−ソース間電圧に対する変化は、ゲート電極の電圧を変えてもあまり変化せず、全ての曲線がほとんど重なった。
【００８６】
このようにして得られたトランジスタの発光を、実施例１の有機発光トランジスタと同様の方法を用いて測定した。
図２１は、電極１５に負の直流電圧、電極１６に正の直流電圧、第１ゲート電極１４に正弦波の交流電圧を各々印加したときの上述のトランジスタからの発光スペクトルである。電極１５、１６に印加した電圧、および電極１４に印加した交流電圧振幅と周波数の具体的な数値を表５に示した。
【００８７】
【表５】
2013168307.tif 000013
【００８８】
縦軸の発光強度は１秒当たりの強度を示している。
実線で示された記号Ａのスペクトルの発光は、約５６５ｎｍの波長で最大となり、その強度は約３４４カウントであった。
このトランジスタは、第１ゲート電極に印加する交流電圧の周波数を増加するに従い、増加する発光強度を示した。
【００８９】
実施例６
実施例６の有機発光トランジスタ
図２２は本発明の有機発光トランジスタの電極構造例を示す断面図である。図中の番号は図１に示したものと同様であり、有機半導体層１１に、電極１５、電極１６が配置されている。電極１５と電極１６の間に設けられた間隔が電極間隔１７である。電極１５と電極１６から離間しゲート絶縁膜１３を介してゲート電極１４が設けられている。更に、ゲート絶縁膜１３と有機半導体層１１との間に電気的に絶縁された追加の電極１２が設けられている。
【００９０】
電極１５と１６が離間する電極間隔１７との関係において、追加の電極１２が配置される位置は、図２２（ａ）〜（ｃ）のように、三つの場合がある。
図２２（ａ）は、追加の電極１２の幅が、電極間隔１７に足りず、追加の電極１２が、電極１５又は１６と、ゲート電極１４との間に存在しない（これを、以下「重複しない」ともいう）場合である。この場合でも、発光効率を向上する効果はある。しかし、図２２（ｂ）のように、追加の電極１２の一端が、電極１５又は１６と、ゲート電極１４との間に存在する（これを、「一部重複する」ともいう）場合、発光効率を向上する効果はより大きくなる。更に、図２２（ｃ）のように、追加の電極１２の両端が、電極１５及び１６と、ゲート電極１４との間に存在する（これを、「完全に重複する」ともいう）場合、より大きな発光効率向上効果が得られることを確認した。
尚、追加の電極１２は、ゲート絶縁膜１３と有機半導体層１１によって完全に覆われていることが好ましいが、完全に覆われていなくともよいことも確認した。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明に係る有機発光トランジスタは、追加のゲート電極を有することで発光効率が向上されるので、発光素子として有用である。更に、本発明に係る有機発光トランジスタを含む発光デバイスも有用である。
【符号の説明】
【００９２】
１０  本発明に係る有機発光トランジスタ
１１  有機半導体層
１２  第２ゲート電極
１３  ゲート絶縁膜
１４  第１ゲート電極
１５  電子注入電極
１５ａ  マグネシウム銀電極
１５ｂ  銀電極
１５ｃ  金電極
１６  正孔注入電極
１６ａ  マグネシウム銀電極
１６ｂ  銀電極
１６ｃ  金電極
１７  チャンネル（電極間隔）
１８  電子
１９  正孔
２０  比較例の有機発光トランジスタ
３０  電子と正孔の再結合による発光
【００９３】
Ｓ  有機発光トランジスタの強い発光が認められた範囲
Ｗ  有機発光トランジスタの弱い発光が認められた範囲
ＷＷ  有機発光トランジスタのさらに弱い発光が認められた範囲
【００９４】
Ｌ１  実施例１のトランジスタの電子注入電極１５のうち、マグネシウム銀電極１５ａと銀電極１５ｂが表に見える範囲の幅（長さ）であって、具体的には１８μｍ
Ｌ２  実施例１のトランジスタのチャンネル（電極間隔）１７の長さで、具体的には３３μｍ
Ｌ３  実施例１のトランジスタの正孔注入電極１６のうち、金電極１６ｃが１層だけの範囲の幅（長さ）であって、具体的には１５μｍ
Ｌ４  実施例１のトランジスタの表１記号Ｃの電圧印加条件のときの発光領域の幅であって、具体的には３０μｍ
Ｌ５  実施例１のトランジスタの表１記号Ｂの電圧印加条件のときのＷの幅であって、具体的には９μｍ
Ｌ６  実施例１のトランジスタの表１記号Ｂの電圧印加条件のときのＳの幅であって、具体的には２２μｍ
Ｌ７  実施例１のトランジスタの表１記号Ｂの電圧印加条件のときのＷの幅であって、具体的には９μｍ
Ｌ８  実施例１のトランジスタで、Ｌ１とＬ５の間の距離であって、具体的には１７μｍ
Ｌ９  実施例１のトランジスタの表１記号Ａの電圧印加条件のときのＷＷの幅であって、具体的には２５μｍ
Ｌ１０  実施例１のトランジスタの表１記号Ａの電圧印加条件のときのＷの幅であって、具体的には１５μｍ
Ｌ１１  実施例１のトランジスタの表１記号Ａの電圧印加条件のときのＳの幅であって、具体的には３２μｍ
Ｌ１２  実施例１のトランジスタの表１記号Ａの電圧印加条件のときのＷの幅であって、具体的には１７μｍ
Ｌ１３  実施例１のトランジスタで、Ｌ９がチャネルの反対側にＬ１からはみ出している距離であって、具体的には３μｍ
Ｌ１４  実施例１のトランジスタで、Ｌ３とＬ１２の間の距離であって、具体的には３μｍ
【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１０】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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