JP2003037268A - 半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体素子及びその製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
- H10D64/60—Electrodes characterised by their materials
- H10D64/62—Electrodes ohmically coupled to a semiconductor
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/67—Thin-film transistors [TFT]
- H10D30/674—Thin-film transistors [TFT] characterised by the active materials
- H10D30/6755—Oxide semiconductors, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide or cadmium stannate
Landscapes
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Non-Insulated Conductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体活性層の可視光の吸収を防止すること
ができるとともに、薄膜トランジスタと発光素子とを容
易に形成することができる半導体素子を提供する。 【解決手段】 基板１上に形成された発光素子１０は、
ＺｎＯから成る下部電極２上にｎ型のＺｎＯから成るｎ
型発光層３及びｐ型のＺｎＯから成るｐ型発光層４を形
成し、ｐ型発光層４上にＩＴＯから成る上部電極５を形
成する。発光素子１０をスイッチングする薄膜トランジ
スタ２０は、ＺｎＯから成るゲート１１上にＳｉＯ2か
ら成る絶縁層１２を介してｉ型のＺｎＯから成る半導体
活性層１３を形成し、半導体活性層１３上にｎ型のＺｎ
Ｏから成るコンタクト層１４を介してＩＴＯから成るド
レイン１５及びソース１６を形成する。
ができるとともに、薄膜トランジスタと発光素子とを容
易に形成することができる半導体素子を提供する。 【解決手段】 基板１上に形成された発光素子１０は、
ＺｎＯから成る下部電極２上にｎ型のＺｎＯから成るｎ
型発光層３及びｐ型のＺｎＯから成るｐ型発光層４を形
成し、ｐ型発光層４上にＩＴＯから成る上部電極５を形
成する。発光素子１０をスイッチングする薄膜トランジ
スタ２０は、ＺｎＯから成るゲート１１上にＳｉＯ2か
ら成る絶縁層１２を介してｉ型のＺｎＯから成る半導体
活性層１３を形成し、半導体活性層１３上にｎ型のＺｎ
Ｏから成るコンタクト層１４を介してＩＴＯから成るド
レイン１５及びソース１６を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は同一の基板上に発光
素子と薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)とを形成した半導体素
子及びその製造方法に関する。
素子と薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)とを形成した半導体素
子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）
素子等の発光素子と、発光素子をスイッチングする薄膜
トランジスタとを集積化した自発光型の半導体素子は、
平面型ディスプレイ等に用いられる。
素子等の発光素子と、発光素子をスイッチングする薄膜
トランジスタとを集積化した自発光型の半導体素子は、
平面型ディスプレイ等に用いられる。
【０００３】薄膜トランジスタは、ガラス等の基板上に
形成されたゲート上に絶縁層を介してアモルファスシリ
コンや多結晶シリコン等のシリコン系材料から成る半導
体活性層が形成される。半導体活性層上にはコンタクト
層を介してソース及びドレインが形成される。コンタク
ト層はソース及びドレインとのオーミック接合を確保す
るために設けられる。ゲートに電圧が印加されると、ソ
ースとドレインとが電気的に繋がって薄膜トランジスタ
から成るスイッチング素子がＯＮになる。
形成されたゲート上に絶縁層を介してアモルファスシリ
コンや多結晶シリコン等のシリコン系材料から成る半導
体活性層が形成される。半導体活性層上にはコンタクト
層を介してソース及びドレインが形成される。コンタク
ト層はソース及びドレインとのオーミック接合を確保す
るために設けられる。ゲートに電圧が印加されると、ソ
ースとドレインとが電気的に繋がって薄膜トランジスタ
から成るスイッチング素子がＯＮになる。
【０００４】発光素子は、上部電極と下部電極との間に
発光層が挟まれて構成されている。そして、スイッチン
グ素子がＯＮになると、発光素子の上部電極と下部電極
との間に電圧が印加され、発光層が発光するようになっ
ている。
発光層が挟まれて構成されている。そして、スイッチン
グ素子がＯＮになると、発光素子の上部電極と下部電極
との間に電圧が印加され、発光層が発光するようになっ
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の半導体素子によると、シリコン系の材料で形成さ
れた薄膜トランジスタの半導体活性層は可視光を吸収す
る。このため、外部からの可視光の入射による誤動作を
防止するために遮光層を設ける必要があり、構造が複雑
になる問題があった。
従来の半導体素子によると、シリコン系の材料で形成さ
れた薄膜トランジスタの半導体活性層は可視光を吸収す
る。このため、外部からの可視光の入射による誤動作を
防止するために遮光層を設ける必要があり、構造が複雑
になる問題があった。
【０００６】また、薄膜トランジスタのゲート、ソー
ス、ドレイン及び発光素子の上部電極、下部電極は導電
性材料であればよいため製造工程や製造装置の共通化が
可能である。しかし、薄膜トランジスタのコンタクト
層、半導体活性層及び発光素子の発光層はそれぞれ材料
が異なるため製造工程や製造装置の共通化が困難であ
り、製造コストがかかる問題があった。
ス、ドレイン及び発光素子の上部電極、下部電極は導電
性材料であればよいため製造工程や製造装置の共通化が
可能である。しかし、薄膜トランジスタのコンタクト
層、半導体活性層及び発光素子の発光層はそれぞれ材料
が異なるため製造工程や製造装置の共通化が困難であ
り、製造コストがかかる問題があった。
【０００７】本発明は、半導体活性層の可視光の吸収を
防止することができるとともに、薄膜トランジスタと発
光素子とを容易に形成することができる半導体素子を提
供することを目的とする。また本発明は、薄膜トランジ
スタと発光素子とを有する半導体素子を容易に形成する
ことができる半導体素子の製造方法を提供することを目
的とする。
防止することができるとともに、薄膜トランジスタと発
光素子とを容易に形成することができる半導体素子を提
供することを目的とする。また本発明は、薄膜トランジ
スタと発光素子とを有する半導体素子を容易に形成する
ことができる半導体素子の製造方法を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の半導体素子は、可視光を透過する半導体活性
層を有した薄膜トランジスタと、前記半導体活性層と主
成分が同じ発光層を有する発光素子とを同一の基板上に
形成したことを特徴としている。この構成によると、半
導体活性層と発光層とを同じ成膜装置によって形成する
ことができるとともに、可視光の吸収のない薄膜トラン
ジスタを有する自発光型の半導体素子が得られる。
に本発明の半導体素子は、可視光を透過する半導体活性
層を有した薄膜トランジスタと、前記半導体活性層と主
成分が同じ発光層を有する発光素子とを同一の基板上に
形成したことを特徴としている。この構成によると、半
導体活性層と発光層とを同じ成膜装置によって形成する
ことができるとともに、可視光の吸収のない薄膜トラン
ジスタを有する自発光型の半導体素子が得られる。
【０００９】また本発明は、上記構成の半導体素子にお
いて、前記発光層が可視光を透過することを特徴として
いる。この構成によると、透明な自発光型の半導体素子
を得ることが可能となる。
いて、前記発光層が可視光を透過することを特徴として
いる。この構成によると、透明な自発光型の半導体素子
を得ることが可能となる。
【００１０】また本発明は、上記各構成の半導体素子に
おいて、前記半導体活性層及び前記発光層は酸化亜鉛を
主成分とすることを特徴としている。この構成による
と、紫外から青色の短波長の光を発光可能な半導体素子
が得られる。
おいて、前記半導体活性層及び前記発光層は酸化亜鉛を
主成分とすることを特徴としている。この構成による
と、紫外から青色の短波長の光を発光可能な半導体素子
が得られる。
【００１１】また本発明は、上記各構成の半導体素子に
おいて、前記発光素子は電圧を印加する上部電極及び下
部電極を有し、前記下部電極が酸化亜鉛を主成分とする
ことを特徴としている。この構成によると、酸化亜鉛か
ら成る下部電極は良好な結晶性を示し、下部電極がバッ
ファ層となってその上に発光層が形成されることにより
発光層の良好な発光特性が得られる。
おいて、前記発光素子は電圧を印加する上部電極及び下
部電極を有し、前記下部電極が酸化亜鉛を主成分とする
ことを特徴としている。この構成によると、酸化亜鉛か
ら成る下部電極は良好な結晶性を示し、下部電極がバッ
ファ層となってその上に発光層が形成されることにより
発光層の良好な発光特性が得られる。
【００１２】また本発明の半導体素子の製造方法は、半
導体活性層を有する薄膜トランジスタと、発光層を有す
る発光素子とを同一の基板上に形成した半導体素子の製
造方法において、前記半導体活性層と前記発光層とが同
じ主成分の材料から成ることを特徴としている。この構
成によると、半導体活性層と発光層とを同じ成膜装置に
よって形成することができる。
導体活性層を有する薄膜トランジスタと、発光層を有す
る発光素子とを同一の基板上に形成した半導体素子の製
造方法において、前記半導体活性層と前記発光層とが同
じ主成分の材料から成ることを特徴としている。この構
成によると、半導体活性層と発光層とを同じ成膜装置に
よって形成することができる。
【００１３】尚、本発明において、「主成分が同じ」と
いう場合、半導体活性層及び発光層について構成材料が
全く同じ場合だけでなく、それぞれの構成材料組成の化
学量論比が互いに異なり互いに異なる物性を示す場合
や、少なくとも一方の母材に副成分がドーピングされて
いる場合をも含む。例えば、ｉ型の酸化亜鉛により半導
体活性層を形成し、微量の不純物を母材の酸化亜鉛にド
ーピングしたり酸素を欠損させたりすることでｎ型の酸
化亜鉛により発光層を形成した場合、半導体活性層及び
発光層の主成分（酸化亜鉛）は同じである。
いう場合、半導体活性層及び発光層について構成材料が
全く同じ場合だけでなく、それぞれの構成材料組成の化
学量論比が互いに異なり互いに異なる物性を示す場合
や、少なくとも一方の母材に副成分がドーピングされて
いる場合をも含む。例えば、ｉ型の酸化亜鉛により半導
体活性層を形成し、微量の不純物を母材の酸化亜鉛にド
ーピングしたり酸素を欠損させたりすることでｎ型の酸
化亜鉛により発光層を形成した場合、半導体活性層及び
発光層の主成分（酸化亜鉛）は同じである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１、図２は第１実施形態の半導体
素子を示す平面図及び回路図である。本実施形態の半導
体素子３０は、平面型ディスプレイに搭載されている。
半導体素子３０はマトリクス状に配列され、それぞれが
平面型ディスプレイの一画素になっている。
参照して説明する。図１、図２は第１実施形態の半導体
素子を示す平面図及び回路図である。本実施形態の半導
体素子３０は、平面型ディスプレイに搭載されている。
半導体素子３０はマトリクス状に配列され、それぞれが
平面型ディスプレイの一画素になっている。
【００１５】一画素の半導体素子３０は、薄膜トランジ
スタ２０と発光素子１０とから成っている。薄膜トラン
ジスタ２０（図２のＴ１〜Ｔ４に対応する）のゲート１
１（図２のＧに対応する）は列選択線３３に接続されて
いる。薄膜トランジスタ２０のソース１６（図２のＳに
対応する）は行選択線３１に接続されている。
スタ２０と発光素子１０とから成っている。薄膜トラン
ジスタ２０（図２のＴ１〜Ｔ４に対応する）のゲート１
１（図２のＧに対応する）は列選択線３３に接続されて
いる。薄膜トランジスタ２０のソース１６（図２のＳに
対応する）は行選択線３１に接続されている。
【００１６】ゲート１１がハイレベルの時、ソース１６
とドレイン１５（図２のＤに対応する）とが電気的に接
続される。これにより、薄膜トランジスタ２０がスイッ
チング素子として機能するようになっている。ゲート１
１がローレベルの時、薄膜トランジスタ２０はＯＦＦと
なる。
とドレイン１５（図２のＤに対応する）とが電気的に接
続される。これにより、薄膜トランジスタ２０がスイッ
チング素子として機能するようになっている。ゲート１
１がローレベルの時、薄膜トランジスタ２０はＯＦＦと
なる。
【００１７】また、ドレイン１５は発光素子２０の下部
電極２に接続されている。発光素子１０の上部電極５は
電流源である駆動電源線３２に接続されている。従っ
て、行ドライブ回路３５によって一の行選択線３１にロ
ーレベルの信号が与えられると、その行選択線３１に接
続されている薄膜トランジスタ（例えばＴ１、Ｔ２）が
選択される。
電極２に接続されている。発光素子１０の上部電極５は
電流源である駆動電源線３２に接続されている。従っ
て、行ドライブ回路３５によって一の行選択線３１にロ
ーレベルの信号が与えられると、その行選択線３１に接
続されている薄膜トランジスタ（例えばＴ１、Ｔ２）が
選択される。
【００１８】所定の画素が接続された列選択線３３に列
ドライブ回路３６によって信号電圧を印加すると、所定
の画素の発光素子２０の下部電極２と上部電極５との間
に電圧が印加される。これにより、所定の位置の発光素
子１０（図２のＬに対応する）が発光する。そして、行
ドライブ回路３５によって隣接する行選択線３１に順次
信号電圧が印加されて各行の所定の画素が発光して１画
面が形成されるようになっている。
ドライブ回路３６によって信号電圧を印加すると、所定
の画素の発光素子２０の下部電極２と上部電極５との間
に電圧が印加される。これにより、所定の位置の発光素
子１０（図２のＬに対応する）が発光する。そして、行
ドライブ回路３５によって隣接する行選択線３１に順次
信号電圧が印加されて各行の所定の画素が発光して１画
面が形成されるようになっている。
【００１９】図３は半導体素子３０の断面図を示してい
る。半導体素子３０はサファイヤから成る基板１上に発
光素子１０及び薄膜トランジスタ２０が形成されてい
る。発光素子１０は、ｎ型のＺｎＯ（酸化亜鉛）から成
る下部電極２上にｎ型のＺｎＯから成るｎ型発光層３及
びｐ型のＺｎＯから成るｐ型発光層４が形成されてい
る。ｐ型発光層４上にはＩＴＯ（酸化インジウム錫）か
ら成る上部電極５が形成されている。
る。半導体素子３０はサファイヤから成る基板１上に発
光素子１０及び薄膜トランジスタ２０が形成されてい
る。発光素子１０は、ｎ型のＺｎＯ（酸化亜鉛）から成
る下部電極２上にｎ型のＺｎＯから成るｎ型発光層３及
びｐ型のＺｎＯから成るｐ型発光層４が形成されてい
る。ｐ型発光層４上にはＩＴＯ（酸化インジウム錫）か
ら成る上部電極５が形成されている。
【００２０】薄膜トランジスタ２０はＺｎＯから成るゲ
ート１１上にＳｉＯ2から成る絶縁層１２を介してｉ型
のＺｎＯから成る半導体活性層１３が形成されている。
半導体活性層１３上には、ｎ型のＺｎＯから成るコンタ
クト層１４を介してＩＴＯから成るドレイン１５及びソ
ース１６が形成されている。また、ドレイン１５は発光
素子１０の下部電極２に接続されている。
ート１１上にＳｉＯ2から成る絶縁層１２を介してｉ型
のＺｎＯから成る半導体活性層１３が形成されている。
半導体活性層１３上には、ｎ型のＺｎＯから成るコンタ
クト層１４を介してＩＴＯから成るドレイン１５及びソ
ース１６が形成されている。また、ドレイン１５は発光
素子１０の下部電極２に接続されている。
【００２１】上記構成の半導体素子３０の製造方法を図
４〜図１２を参照して以下に説明する。図４、図５は下
部電極形成工程を示している。図４に示すように、基板
１上にはｎ型のＺｎＯ膜２２がパルスレーザーデポジシ
ョン（Pulsed Laser Deposition：以下、「ＰＬＤ」と
いう）等の方法により成膜される。
４〜図１２を参照して以下に説明する。図４、図５は下
部電極形成工程を示している。図４に示すように、基板
１上にはｎ型のＺｎＯ膜２２がパルスレーザーデポジシ
ョン（Pulsed Laser Deposition：以下、「ＰＬＤ」と
いう）等の方法により成膜される。
【００２２】ＰＬＤは、レーザーを真空チャンバー内に
置かれたターゲット物質の表面に断続的に照射し、ター
ゲットの構成物質を励起状態で放出させ、その飛散粒子
を対向に設置された基板上に堆積させて薄膜を形成する
方法である。高融点の物質の成膜が可能、装置の自由度
が高い、結晶性の優れた膜を得やすい等の特徴を有して
いる。
置かれたターゲット物質の表面に断続的に照射し、ター
ゲットの構成物質を励起状態で放出させ、その飛散粒子
を対向に設置された基板上に堆積させて薄膜を形成する
方法である。高融点の物質の成膜が可能、装置の自由度
が高い、結晶性の優れた膜を得やすい等の特徴を有して
いる。
【００２３】サファイアから成る基板１上にＺｎＯを成
膜するとエピタキシャル成長させることができる。Ｚｎ
Ｏ膜２２は電極に使用されるので、低抵抗にするために
Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ等の不純物をドーピングして形成
される。
膜するとエピタキシャル成長させることができる。Ｚｎ
Ｏ膜２２は電極に使用されるので、低抵抗にするために
Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ等の不純物をドーピングして形成
される。
【００２４】ＺｎＯ膜２２上には、レジスト２１がスピ
ンナー等により塗布され、所定形状に露光現像してパタ
ーニングされる。そして、図５に示すように、ＲＩＥ(R
eactive Ion Etching)等の方法によりＺｎＯ膜２２をエ
ッチングした後、レジスト２１を除去する。これによ
り、下部電極２及びゲート１１が形成される。
ンナー等により塗布され、所定形状に露光現像してパタ
ーニングされる。そして、図５に示すように、ＲＩＥ(R
eactive Ion Etching)等の方法によりＺｎＯ膜２２をエ
ッチングした後、レジスト２１を除去する。これによ
り、下部電極２及びゲート１１が形成される。
【００２５】図６、図７は絶縁膜／活性層形成工程を示
している。図６に示すように、下部電極２及びゲート１
１上にはプラズマＣＶＤ等の方法によりＳｉＯ2膜２３
が成膜される。ＳｉＯ2膜２３上には、略真性半導体
（ｉ型半導体）から成るｉ−ＺｎＯ膜２４がＰＬＤ等に
より成膜される。通常ＺｎＯは酸素欠損に基づく準位の
存在によりｎ型の導電性を示す。しかし、成膜時に酸素
ラジカル等を導入することで酸素の欠損を補償でき、真
性半導体に近いＺｎＯ膜を成膜することができる。
している。図６に示すように、下部電極２及びゲート１
１上にはプラズマＣＶＤ等の方法によりＳｉＯ2膜２３
が成膜される。ＳｉＯ2膜２３上には、略真性半導体
（ｉ型半導体）から成るｉ−ＺｎＯ膜２４がＰＬＤ等に
より成膜される。通常ＺｎＯは酸素欠損に基づく準位の
存在によりｎ型の導電性を示す。しかし、成膜時に酸素
ラジカル等を導入することで酸素の欠損を補償でき、真
性半導体に近いＺｎＯ膜を成膜することができる。
【００２６】ｉ−ＺｎＯ膜２４上には、レジスト２１が
スピンナー等により塗布され、所定形状に露光現像して
パターニングされる。そして、図７に示すように、ＲＩ
Ｅ等の方法によりＳｉＯ2膜２３及びｉ−ＺｎＯ膜２４
をエッチングした後、レジスト２１を除去する。これに
より、絶縁層１２及び半導体活性層１３が形成される。
スピンナー等により塗布され、所定形状に露光現像して
パターニングされる。そして、図７に示すように、ＲＩ
Ｅ等の方法によりＳｉＯ2膜２３及びｉ−ＺｎＯ膜２４
をエッチングした後、レジスト２１を除去する。これに
より、絶縁層１２及び半導体活性層１３が形成される。
【００２７】図８、図９はｎ型半導体膜形成工程を示し
ている。図８に示すように、半導体活性層１３及び下部
電極２上には、ｎ型半導体から成るｎ−ＺｎＯ膜２５が
ＰＬＤ等により成膜される。上記のように、ｎ型のＺｎ
Ｏ膜は酸素欠損または不純物の添加により容易に形成す
ることができる。
ている。図８に示すように、半導体活性層１３及び下部
電極２上には、ｎ型半導体から成るｎ−ＺｎＯ膜２５が
ＰＬＤ等により成膜される。上記のように、ｎ型のＺｎ
Ｏ膜は酸素欠損または不純物の添加により容易に形成す
ることができる。
【００２８】ｎ−ＺｎＯ膜２５上には、レジスト２１が
スピンナー等により塗布され、所定形状に露光現像して
パターニングされる。そして、図９に示すように、ＲＩ
Ｅ等の方法によりｎ−ＺｎＯ膜２５をエッチングした
後、レジスト２１を除去する。これにより、ｎ型発光層
３及びコンタクト層１４が形成される。
スピンナー等により塗布され、所定形状に露光現像して
パターニングされる。そして、図９に示すように、ＲＩ
Ｅ等の方法によりｎ−ＺｎＯ膜２５をエッチングした
後、レジスト２１を除去する。これにより、ｎ型発光層
３及びコンタクト層１４が形成される。
【００２９】尚、ｎ−ＺｎＯ膜２５のエッチングにより
半導体活性層１３がオーバーエッチングされ、膜厚が薄
くなって所望の特性が得られない場合がある。このた
め、半導体活性層１３となるｉ−ＺｎＯ膜２４の膜厚を
予め厚くしておくとより望ましい。
半導体活性層１３がオーバーエッチングされ、膜厚が薄
くなって所望の特性が得られない場合がある。このた
め、半導体活性層１３となるｉ−ＺｎＯ膜２４の膜厚を
予め厚くしておくとより望ましい。
【００３０】図１０、図１１はｐ型半導体膜形成工程を
示している。図１０に示すように、ｎ型発光層３及びコ
ンタクト層１４上には、ｐ型半導体から成るｐ−ＺｎＯ
膜２６がＰＬＤ等により成膜される。ＺｎＯは亜酸化窒
素をプラズマ化してチャンバー内に導入することによ
り、酸素欠損を補償するのと同時にアクセプターとして
Ｎを導入することができる。これに加えて、Ｇａを少量
添加したＺｎＯターゲットを用いることでＧａとＮとが
同時に導入され、ｐ型のＺｎＯ膜を形成することができ
る。
示している。図１０に示すように、ｎ型発光層３及びコ
ンタクト層１４上には、ｐ型半導体から成るｐ−ＺｎＯ
膜２６がＰＬＤ等により成膜される。ＺｎＯは亜酸化窒
素をプラズマ化してチャンバー内に導入することによ
り、酸素欠損を補償するのと同時にアクセプターとして
Ｎを導入することができる。これに加えて、Ｇａを少量
添加したＺｎＯターゲットを用いることでＧａとＮとが
同時に導入され、ｐ型のＺｎＯ膜を形成することができ
る。
【００３１】ｐ−ＺｎＯ膜２６上には、レジスト２１が
スピンナー等により塗布され、所定形状に露光現像して
パターニングされる。そして、図１１に示すように、Ｒ
ＩＥ等の方法によりｐ−ＺｎＯ膜２６をエッチングした
後、レジスト２１を除去する。これにより、ｐ型発光層
４が形成される。従って、ｎ型発光層３及びｐ型発光層
４によりｐｎ接合が形成され、発光ダイオードが構成さ
れる。
スピンナー等により塗布され、所定形状に露光現像して
パターニングされる。そして、図１１に示すように、Ｒ
ＩＥ等の方法によりｐ−ＺｎＯ膜２６をエッチングした
後、レジスト２１を除去する。これにより、ｐ型発光層
４が形成される。従って、ｎ型発光層３及びｐ型発光層
４によりｐｎ接合が形成され、発光ダイオードが構成さ
れる。
【００３２】図１２は上部電極形成工程を示している。
ｐ型発光層４及びコンタクト層１４上には、ＩＴＯ膜２
７がプラズマＣＶＤ等により成膜される。ＩＴＯ膜２７
上には、レジスト２１がスピンナー等により塗布され、
所定形状に露光現像してパターニングされる。そして、
ＲＩＥ等の方法によりＩＴＯ膜２７をエッチングした
後、レジスト２１を除去する。これにより、前述の図３
に示すように、上部電極５、ドレイン１５、ソース１６
が形成され、半導体素子３０が得られる。
ｐ型発光層４及びコンタクト層１４上には、ＩＴＯ膜２
７がプラズマＣＶＤ等により成膜される。ＩＴＯ膜２７
上には、レジスト２１がスピンナー等により塗布され、
所定形状に露光現像してパターニングされる。そして、
ＲＩＥ等の方法によりＩＴＯ膜２７をエッチングした
後、レジスト２１を除去する。これにより、前述の図３
に示すように、上部電極５、ドレイン１５、ソース１６
が形成され、半導体素子３０が得られる。
【００３３】下部電極２、上部電極５、ゲート１１、ド
レイン１５及びソース１６は、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃｒ等の金
属薄膜により形成してもよい。また、透明に形成する場
合には、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫等の酸化物
材料や、ＡＺＯ（酸化アルミニウム亜鉛）等を用いても
よい。
レイン１５及びソース１６は、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃｒ等の金
属薄膜により形成してもよい。また、透明に形成する場
合には、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫等の酸化物
材料や、ＡＺＯ（酸化アルミニウム亜鉛）等を用いても
よい。
【００３４】また、薄膜トランジスタ２０はゲート１１
が下方に配され、ドレイン１５及びソース１６が上方に
配された所謂ボトムゲート型になっているが、ゲート１
１が上方に配され、ドレイン１５及びソース１６が下方
に配された所謂トップゲート型にしてもよい。
が下方に配され、ドレイン１５及びソース１６が上方に
配された所謂ボトムゲート型になっているが、ゲート１
１が上方に配され、ドレイン１５及びソース１６が下方
に配された所謂トップゲート型にしてもよい。
【００３５】図１３は第２実施形態の半導体素子３１を
示す断面図である。説明の便宜上、前述の図１〜図１２
に示す第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し
ている。第１実施形態と異なる点は、半導体活性層１３
の上面にＳｉＮから成るストッパ層１７を設けている点
である。その他の構成は第１実施形態と同一である。
示す断面図である。説明の便宜上、前述の図１〜図１２
に示す第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し
ている。第１実施形態と異なる点は、半導体活性層１３
の上面にＳｉＮから成るストッパ層１７を設けている点
である。その他の構成は第１実施形態と同一である。
【００３６】図１４はストッパ層形成工程を示してい
る。前述の図７に示す絶縁膜／活性層形成工程の後、Ｓ
ｉＮ膜をプラズマＣＶＤ等により成膜する。そして、レ
ジストをスピンナー等により塗布し、所定形状に露光現
像してパターニングする。その後、ＲＩＥ等の方法によ
りＳｉＮ膜をエッチングし、レジストを除去する。これ
により、半導体活性層１３の上面にストッパ層１７が形
成される。
る。前述の図７に示す絶縁膜／活性層形成工程の後、Ｓ
ｉＮ膜をプラズマＣＶＤ等により成膜する。そして、レ
ジストをスピンナー等により塗布し、所定形状に露光現
像してパターニングする。その後、ＲＩＥ等の方法によ
りＳｉＮ膜をエッチングし、レジストを除去する。これ
により、半導体活性層１３の上面にストッパ層１７が形
成される。
【００３７】コンタクト層１４を形成するｎ−ＺｎＯ膜
２５（図８参照）のエッチング時において、使用するガ
スによりＲＩＥは選択性を持たせることができるためス
トッパ層１７を設けることにより半導体活性層１３がオ
ーバーエッチングされない。これにより、薄膜トランジ
スタ２０の特性劣化を防止することができる。
２５（図８参照）のエッチング時において、使用するガ
スによりＲＩＥは選択性を持たせることができるためス
トッパ層１７を設けることにより半導体活性層１３がオ
ーバーエッチングされない。これにより、薄膜トランジ
スタ２０の特性劣化を防止することができる。
【００３８】第１、第２実施形態によると、薄膜トラン
ジスタ２０の半導体活性層１３がｉ型のＺｎＯにより形
成されている。ｉ型のＺｎＯは透明材料であるため、可
視光を透過する。従って、半導体活性層１３の可視光の
吸収がないため、遮光層がなくても外光を吸収すること
による誤動作を防止することができる。
ジスタ２０の半導体活性層１３がｉ型のＺｎＯにより形
成されている。ｉ型のＺｎＯは透明材料であるため、可
視光を透過する。従って、半導体活性層１３の可視光の
吸収がないため、遮光層がなくても外光を吸収すること
による誤動作を防止することができる。
【００３９】そして、半導体活性層１３がｉ型のＺｎＯ
から成り、発光素子１０の発光層（３、４）がｎ型及び
ｐ型のＺｎＯから成るため半導体活性層１３及び発光層
（３、４）の成膜装置を共通化することができる。これ
により、遮光層を設けることなく外光の吸収による誤動
作を防止できる自発光型の半導体素子を簡単に製造する
ことができる。
から成り、発光素子１０の発光層（３、４）がｎ型及び
ｐ型のＺｎＯから成るため半導体活性層１３及び発光層
（３、４）の成膜装置を共通化することができる。これ
により、遮光層を設けることなく外光の吸収による誤動
作を防止できる自発光型の半導体素子を簡単に製造する
ことができる。
【００４０】更に、各電極、コンタクト層、絶縁層を透
明な材料（ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ 2）により形成し、
透明なサファイア基板を用いているので半導体素子全体
が透明に形成されている。これにより、例えば自動車の
フロントガラス等の一部に上記各実施形態の半導体素子
を取り付けて情報を表示させることができ、半導体素子
の使用用途を拡大することができる。
明な材料（ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ 2）により形成し、
透明なサファイア基板を用いているので半導体素子全体
が透明に形成されている。これにより、例えば自動車の
フロントガラス等の一部に上記各実施形態の半導体素子
を取り付けて情報を表示させることができ、半導体素子
の使用用途を拡大することができる。
【００４１】また、ＺｎＯは青色光の発光材料として一
般に知られるＧａＮとほぼ同じバンドギャップを持ち、
励起子結合エネルギーがＧａＮより大きい。このため、
ＺｎＯから成る発光ダイオードはＧａＮから成る発光ダ
イオードよりも高い発光効率で青色光を発光させること
ができる。また、ＺｎＯにＣｄやＭｇ等の不純物を添加
することによってバンドギャップを制御でき、青色等の
可視光の発光も可能である。
般に知られるＧａＮとほぼ同じバンドギャップを持ち、
励起子結合エネルギーがＧａＮより大きい。このため、
ＺｎＯから成る発光ダイオードはＧａＮから成る発光ダ
イオードよりも高い発光効率で青色光を発光させること
ができる。また、ＺｎＯにＣｄやＭｇ等の不純物を添加
することによってバンドギャップを制御でき、青色等の
可視光の発光も可能である。
【００４２】上記各実施形態によると、紫外から青色の
短波長光を発光できる自発光型の半導体素子を簡単に製
造することができる。従って、データ通信の情報密度を
増大させることができる光通信装置等を容易に構成する
ことができる。また、自発光型の半導体素子を搭載した
自発光型の平面型ディスプレイを容易に構成することが
できる。
短波長光を発光できる自発光型の半導体素子を簡単に製
造することができる。従って、データ通信の情報密度を
増大させることができる光通信装置等を容易に構成する
ことができる。また、自発光型の半導体素子を搭載した
自発光型の平面型ディスプレイを容易に構成することが
できる。
【００４３】上記各実施形態において、基板１の材料と
してサファイアを用いている。サファイア基板を用いる
とＺｎＯをエピタキシャル成長させることができ、結晶
性の良好なｎ型半導体を容易に形成することができる。
また、サファイアに替えてガラスから成る基板を用いる
と安価に半導体素子を形成することができる。
してサファイアを用いている。サファイア基板を用いる
とＺｎＯをエピタキシャル成長させることができ、結晶
性の良好なｎ型半導体を容易に形成することができる。
また、サファイアに替えてガラスから成る基板を用いる
と安価に半導体素子を形成することができる。
【００４４】この場合に、ガラスは結晶性を持たない
が、下部電極２をＺｎＯで形成し、バッファ層として機
能させることにより結晶性の良好な発光層（３、４）を
形成することができる。即ち、ＺｎＯは、ガラス基板上
に成膜してもｃ軸配向した結晶が容易に得られ、膜厚が
厚くなるに従って配向性が良好になる。このため、下部
電極２の膜厚を１０００Å以上成膜することにより、発
光層の下地となる下部電極２がバッファ層となって発光
層となるｎ型のＺｎＯを結晶性よく成膜することができ
る。
が、下部電極２をＺｎＯで形成し、バッファ層として機
能させることにより結晶性の良好な発光層（３、４）を
形成することができる。即ち、ＺｎＯは、ガラス基板上
に成膜してもｃ軸配向した結晶が容易に得られ、膜厚が
厚くなるに従って配向性が良好になる。このため、下部
電極２の膜厚を１０００Å以上成膜することにより、発
光層の下地となる下部電極２がバッファ層となって発光
層となるｎ型のＺｎＯを結晶性よく成膜することができ
る。
【００４５】半導体素子全体が透明ではなくなるが、基
板１の材料としてシリコンを用いても安価に半導体素子
を形成することができる。この場合も上記と同様に、下
部電極２をＺｎＯで形成してバッファ層として機能させ
ることによって結晶性の良好な発光層（３、４）を形成
することができる。
板１の材料としてシリコンを用いても安価に半導体素子
を形成することができる。この場合も上記と同様に、下
部電極２をＺｎＯで形成してバッファ層として機能させ
ることによって結晶性の良好な発光層（３、４）を形成
することができる。
【００４６】尚、上記の具体的実施形態には以下の構成
を有する発明が含まれている。
を有する発明が含まれている。
【００４７】（１）可視光を透過する半導体活性層を有
した薄膜トランジスタと、前記半導体活性層と主成分が
同じ発光層を有する発光素子とをサファイアから成る同
一の基板上に形成したことを特徴とする半導体素子。こ
の構成によると、半導体活性層が外光を吸収することに
よる誤動作を防止して自発光できる半導体素子を容易に
得ることができるとともに、結晶性の良好な発光層を容
易に得ることができる。
した薄膜トランジスタと、前記半導体活性層と主成分が
同じ発光層を有する発光素子とをサファイアから成る同
一の基板上に形成したことを特徴とする半導体素子。こ
の構成によると、半導体活性層が外光を吸収することに
よる誤動作を防止して自発光できる半導体素子を容易に
得ることができるとともに、結晶性の良好な発光層を容
易に得ることができる。
【００４８】（２）可視光を透過する半導体活性層を有
した薄膜トランジスタと、前記半導体活性層と主成分が
同じ発光層を有する発光素子とをガラスから成る同一の
基板上に形成したことを特徴とする半導体素子。この構
成によると、半導体活性層が外光を吸収することによる
誤動作を防止して自発光できる半導体素子を容易且つ安
価に得ることができる
した薄膜トランジスタと、前記半導体活性層と主成分が
同じ発光層を有する発光素子とをガラスから成る同一の
基板上に形成したことを特徴とする半導体素子。この構
成によると、半導体活性層が外光を吸収することによる
誤動作を防止して自発光できる半導体素子を容易且つ安
価に得ることができる
【００４９】（３）半導体活性層を有する薄膜トランジ
スタと、発光層を有する発光素子とを同一の基板上に形
成した半導体素子の製造方法において、前記半導体活性
層と前記発光層とは主成分が同じ材料から成るととも
に、前記薄膜トランジスタ薄膜の一の積層膜と前記発光
層の一の積層膜とを同時に形成したことを特徴とする半
導体素子の製造方法。
スタと、発光層を有する発光素子とを同一の基板上に形
成した半導体素子の製造方法において、前記半導体活性
層と前記発光層とは主成分が同じ材料から成るととも
に、前記薄膜トランジスタ薄膜の一の積層膜と前記発光
層の一の積層膜とを同時に形成したことを特徴とする半
導体素子の製造方法。
【００５０】この構成によると、例えば、薄膜トランジ
スタのコンタクト層と発光素子の発光層や、薄膜トラン
ジスタのゲートと発光素子の下部電極や、薄膜トランジ
スタのドレイン及びソースと発光素子の上部電極等をそ
れぞれ同じ材料にして同時に成膜し、製造工数を削減す
ることができる。
スタのコンタクト層と発光素子の発光層や、薄膜トラン
ジスタのゲートと発光素子の下部電極や、薄膜トランジ
スタのドレイン及びソースと発光素子の上部電極等をそ
れぞれ同じ材料にして同時に成膜し、製造工数を削減す
ることができる。
【００５１】
【発明の効果】請求項１の発明の半導体素子によると、
薄膜トランジスタの半導体活性層が可視光を透過し、該
半導体活性層及び発光素子の発光層の主成分が同じであ
るので、半導体活性層及び発光層を同じ成膜装置により
形成することができる。従って、半導体活性層が外光を
吸収することによる誤動作を防止して自発光できる半導
体素子を容易に得ることができる。
薄膜トランジスタの半導体活性層が可視光を透過し、該
半導体活性層及び発光素子の発光層の主成分が同じであ
るので、半導体活性層及び発光層を同じ成膜装置により
形成することができる。従って、半導体活性層が外光を
吸収することによる誤動作を防止して自発光できる半導
体素子を容易に得ることができる。
【００５２】また請求項２の発明の半導体素子による
と、発光素子の発光層が可視光を透過するので、自発光
できる透明な半導体素子を形成することが可能となる。
これにより、自発光型の半導体素子の使用用途を拡大す
ることができる。
と、発光素子の発光層が可視光を透過するので、自発光
できる透明な半導体素子を形成することが可能となる。
これにより、自発光型の半導体素子の使用用途を拡大す
ることができる。
【００５３】また請求項３の発明の半導体素子による
と、薄膜トランジスタの半導体活性層及び発光素子の発
光層の主成分が酸化亜鉛から成るので、半導体活性層及
び発光層を同じ成膜装置により形成することができ、紫
外から青色の短波長の光を自発光できる半導体素子を容
易に得ることができる。これにより、データ通信の情報
密度を増大させることができる光通信装置や、自発光型
の半導体素子を搭載した自発光型の平面型ディスプレイ
を容易に構成することができる。
と、薄膜トランジスタの半導体活性層及び発光素子の発
光層の主成分が酸化亜鉛から成るので、半導体活性層及
び発光層を同じ成膜装置により形成することができ、紫
外から青色の短波長の光を自発光できる半導体素子を容
易に得ることができる。これにより、データ通信の情報
密度を増大させることができる光通信装置や、自発光型
の半導体素子を搭載した自発光型の平面型ディスプレイ
を容易に構成することができる。
【００５４】また請求項４の発明の半導体素子による
と、発光素子の下部電極が酸化亜鉛から成るので、発光
層を形成する面の結晶性を確保することができ、安価な
ガラス基板等の上に発光素子を形成することができる。
と、発光素子の下部電極が酸化亜鉛から成るので、発光
層を形成する面の結晶性を確保することができ、安価な
ガラス基板等の上に発光素子を形成することができる。
【００５５】また請求項５の発明の半導体素子の製造方
法によると、半導体活性層及び発光素子の発光層の主成
分が同じであるので、半導体活性層及び発光層を同じ成
膜装置により形成することができる。これにより、製造
コストを削減することができる。
法によると、半導体活性層及び発光素子の発光層の主成
分が同じであるので、半導体活性層及び発光層を同じ成
膜装置により形成することができる。これにより、製造
コストを削減することができる。
【図１】 本発明の第１実施形態の半導体素子を示す
平面図である。
平面図である。
【図２】 本発明の第１実施形態の半導体素子を示す
回路図である。
回路図である。
【図３】 本発明の第１実施形態の半導体素子を示す
断面図である。
断面図である。
【図４】 本発明の第１実施形態の半導体素子の下部
電極形成工程を示す図である。
電極形成工程を示す図である。
【図５】 本発明の第１実施形態の半導体素子の下部
電極形成工程を示す図である。
電極形成工程を示す図である。
【図６】 本発明の第１実施形態の半導体素子の絶縁
膜／活性層形成工程を示す図である。
膜／活性層形成工程を示す図である。
【図７】 本発明の第１実施形態の半導体素子の絶縁
膜／活性層形成工程を示す図である。
膜／活性層形成工程を示す図である。
【図８】 本発明の第１実施形態の半導体素子のｎ型
半導体膜形成工程を示す図である。
半導体膜形成工程を示す図である。
【図９】 本発明の第１実施形態の半導体素子のｎ型
半導体膜形成工程を示す図である。
半導体膜形成工程を示す図である。
【図１０】 本発明の第１実施形態の半導体素子のｐ型
半導体膜形成工程を示す図である。
半導体膜形成工程を示す図である。
【図１１】 本発明の第１実施形態の半導体素子のｐ型
半導体膜形成工程を示す図である。
半導体膜形成工程を示す図である。
【図１２】 本発明の第１実施形態の半導体素子の上部
電極形成工程を示す図である。
電極形成工程を示す図である。
【図１３】 本発明の第２実施形態の半導体素子を示す
断面図である。
断面図である。
【図１４】 本発明の第２実施形態の半導体素子のスト
ッパ層形成工程を示す図である。
ッパ層形成工程を示す図である。
１ 基板
２ 下部電極
３ ｎ型発光層
４ ｐ型発光層
５ 上部電極
１０ 発光素子
１１ ゲート
１２ 絶縁層
１３ 半導体活性層
１４ コンタクト層
１５ ドレイン
１６ ソース
２０ 薄膜トランジスタ
３０、４０ 半導体素子
３１ 行選択線
３２ 駆動電源線
３３ 列選択線
３５ 行ドライブ回路
３６ 列ドライブ回路
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5C094 AA31 BA03 BA29 CA19 DA14
DA15 DB04 EA04 EA05 EA07
EB02 FB12 FB14 FB15
5F041 AA42 BB26 CA02 CA12 CA46
CA55 CA57 CA67 CA74 CA82
CA88 CB13 CB33 DB08 FF06
FF14
5F110 AA16 BB01 CC01 CC05 CC07
DD02 DD04 DD05 EE01 EE02
EE03 EE04 EE07 EE42 FF02
FF30 GG04 GG35 GG42 HK01
HK02 HK03 HK04 HK07 HK11
HK21 HK35 NN12 NN24 NN35
NN71
Claims (5)
- 【請求項１】 可視光を透過する半導体活性層を有した
薄膜トランジスタと、前記半導体活性層と主成分が同じ
発光層を有する発光素子とを同一の基板上に形成したこ
とを特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】 前記発光層が可視光を透過することを特
徴とする請求項１に記載の半導体素子。 - 【請求項３】 前記半導体活性層及び前記発光層は酸化
亜鉛を主成分とすることを特徴とする請求項１または請
求項２に記載の半導体素子。 - 【請求項４】 前記発光素子は電圧を印加する上部電極
及び下部電極を有し、前記下部電極が酸化亜鉛を主成分
とすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか
に記載の半導体素子。 - 【請求項５】 半導体活性層を有する薄膜トランジスタ
と、発光層を有する発光素子とを同一の基板上に形成し
た半導体素子の製造方法において、 前記半導体活性層と前記発光層とが同じ主成分の材料か
ら成ることを特徴とする半導体素子の製造方法。
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