電界効果型トランジスタ、表示素子、画像表示装置及びシステム
【課題】高いキャリア移動度とノーマリーオフ特性とを有する電界効果型トランジスタを提供する。
【解決手段】ゲート電圧を印加するためのゲート電極２６と、電流を取り出すためのソース電極２３及びドレイン電極２４と、ソース電極２３及びドレイン電極２４に隣接して設けられ、マグネシウム（Ｍｇ）とインジウム（Ｉｎ）を主成分とする酸化物半導体からなる活性層２２と、ゲート電極２６と活性層２２との間に設けられたゲート絶縁層２５とを備えている。そして、活性層２２を形成する際に流す酸素ガスの流量は、酸素分圧が１．７×１０−３Ｐａとなるように調整されており、活性層２２を構成する酸化物半導体は、体積抵抗率が１０Ωｃｍで、酸素が非化学量論組成であるＭｇＩｎ２Ｏ４系酸化物半導体となる。
【解決手段】ゲート電圧を印加するためのゲート電極２６と、電流を取り出すためのソース電極２３及びドレイン電極２４と、ソース電極２３及びドレイン電極２４に隣接して設けられ、マグネシウム（Ｍｇ）とインジウム（Ｉｎ）を主成分とする酸化物半導体からなる活性層２２と、ゲート電極２６と活性層２２との間に設けられたゲート絶縁層２５とを備えている。そして、活性層２２を形成する際に流す酸素ガスの流量は、酸素分圧が１．７×１０−３Ｐａとなるように調整されており、活性層２２を構成する酸化物半導体は、体積抵抗率が１０Ωｃｍで、酸素が非化学量論組成であるＭｇＩｎ２Ｏ４系酸化物半導体となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果型トランジスタ、表示素子、画像表示装置及びシステムに係り、更に詳しくは、酸化物半導体からなる活性層を有する電界効果型トランジスタ、該電界効果型トランジスタを有する表示素子及び画像表示装置、該画像表示装置を備えるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果型トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）は、ゲート電極に電圧をかけ、チャネルの電界により電子または正孔の流れに関門（ゲート）を設ける原理で、ソース電極とドレイン電極間の電流を制御するトランジスタである。
【０００３】
ＦＥＴはその特性から、スイッチング素子や増幅素子として利用されている。そして、ＦＥＴは、ゲート電流が低いことに加え、構造が平面的であるため、バイポーラトランジスタと比較して作製や集積化が容易である。そのため、現在の電子機器で使用される集積回路では必要不可欠な素子となっている。
【０００４】
ＦＥＴは、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）として、アクティブマトリックス方式のディスプレイに応用されている。
【０００５】
近年、平面薄型ディスプレイ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）として、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ、電子ペーパー等が実用化されている。
【０００６】
これらＦＰＤは、非晶質シリコンや多結晶シリコンを活性層に用いたＴＦＴを含む駆動回路により駆動されている。そして、ＦＰＤは、さらなる大型化、高精細化、高速駆動性が求められており、それに伴って、キャリア移動度が高く、特性の経時変化が小さく、素子間のばらつきが小さいＴＦＴが求められている。
【０００７】
しかしながら、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）や多結晶シリコン（特に低温ポリシリコン：ＬＴＰＳ）を活性層に用いたＴＦＴは、それぞれに一長一短があり、同時に全ての要求を満たすことは困難であった。
【０００８】
例えば、ａ−ＳｉＴＦＴは大画面のＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）を高速駆動するには移動度が不足しており、また連続駆動時の閾値電圧シフトが大きいという欠点を抱えている。ＬＴＰＳ−ＴＦＴは移動度は大きいが、エキシマレーザーアニーリングによって活性層を結晶化するプロセスのために閾値電圧のバラツキが大きく、量産ラインのマザーガラスサイズを大きくできないという弱点が存在する。
【０００９】
また、軽量、フレキシブル性、高い耐衝撃性、低コストといった特徴を持つディスプレイの実現に向け、プラスチックフィルム等のフレキシブル基板を用いることが検討されている。
【００１０】
この場合、製造時において、比較的高温でのプロセスが必要となるシリコンは、基板の耐熱性の点から用いることはできなかった。
【００１１】
そこで、これらの要求に応えるため、非晶質シリコンを超えるキャリア移動度が期待できる酸化物半導体を用いたＴＦＴの開発が活発に行われた。（例えば、特許文献１〜５、非特許文献１及び２参照）。
【００１２】
特許文献１には、３ｄ遷移金属元素をドープした酸化亜鉛等の透明チャネル層を用い、熱処理を不要とした透明な半導体デバイスが開示されている。
【００１３】
特許文献２には、活性層にＺｎＯを用いたＴＦＴが開示されている。
【００１４】
特許文献３及び特許文献４には、亜鉛（Ｚｎ）−ガリウム（Ｇａ）、カドミウム（Ｃｄ）−ガリウム（Ｇａ）及びカドミウム（Ｃｄ）−インジウム（Ｉｎ）を含む金属酸化物のうちの１つ又は複数を含むチャネルを有する半導体デバイスが開示されている。
【００１５】
特許文献５には、ホモロガス化合物ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（Ｍ＝Ｉｎ，Ｆｅ，Ｇａ，又はＡｌ，ｍ＝１以上５０未満の整数）薄膜を活性層として用いた透明薄膜電界効果型トランジスタが開示されている。
【００１６】
非特許文献１には、チャネルに単結晶のＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）５を用いたＴＦＴが開示されている。
【００１７】
非特許文献２には、活性層に非晶質のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用いたＴＦＴが開示されている。
【００１８】
ところで、非特許文献３には、ＭｇＩｎ２Ｏ４−ｘ焼結体の化学的状態と光学的・電気的性質が開示されている。また、非特許文献４には、高い電気伝導性を有するＭｇＩｎ２Ｏ４が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ディスプレイの駆動回路に用いられるＴＦＴは、いわゆるノーマリーオフの特性を有することが必須である。しかしながら、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｃｄ−Ｉｎ系酸化物、及びＣｄ−Ｇａ系酸化物を活性層に用いた場合には、酸素欠損或いは格子間金属原子が生じ易く、電子キャリア濃度が高くなり、ノーマリーオフを実現することは困難であった。
【００２０】
そこで、電子キャリア濃度を下げるために微量金属をドーピングをすることが提案されたが（特許文献１参照）、この微量金属のドーピングを広い面積にわたって均一に行うことは困難であった。
【００２１】
また、特許文献２に開示されているＴＦＴでは、活性層の成膜時に酸素量を精密に制御することによって、ノーマリーオフを実現しているが、プロセスマージンが狭く実用的ではなかった。
【００２２】
ＴＦＴにおけるもう一つの重要な特性として、ソース電極及びドレイン電極と活性層との間の接触抵抗が上げられる。特許文献３及び４に開示されている半導体デバイスでは、Ｚｎ−Ｇａ系酸化物の伝導帯の底のエネルギーレベルが非常に高く、電子キャリアの注入は困難で、良好な接合を得ることは困難であった。（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６４，１０７７（１９９４）参照）
また、ＺｎＯ及びＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物の結晶構造は、ウルツ型及びホモロガス型の六方晶系で異方性が強いため、薄膜の配向制御が必須で、大面積のディスプレイへの応用には困難が予想される。
【００２３】
そこで、活性層の非晶質化が提案されているが、ＺｎＯは容易に結晶化してしまい、また、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物も高移動度にするためにＺｎ濃度を高めると容易に結晶化することが知られている。
【００２４】
また、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物は、三つの金属元素から成る系である為に組成の制御が難しく、スパッタリング法によって成膜した場合に、膜組成がターゲット組成から大きくずれるという不都合があった。
【００２５】
更に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物では、ソース電極及びドレイン電極と活性層との間の接触抵抗が比較的大きく、接触抵抗分の電圧降下が生じるためにトランジスタのオン電流が低下したり、個々のＴＦＴで接触抵抗の大きさがばらつくためにトランジスタの特性にもばらつきが生じたりする等の特性劣化が発生し易く問題となっていた。
【００２６】
本発明では、主に二つの金属元素から成り組成の制御が容易な活性層材料を用い、ソース電極及びドレイン電極と活性層との間の接触抵抗を小さく抑えて特性を向上させた、キャリア移動度の高い電界効果型トランジスタを提示する。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
非特許文献３及び非特許文献４に開示されているＭｇ−Ｉｎ系酸化物は、高い電気伝導度を有しているため、ＴＦＴの材料には不適であるとされていた。
【００２８】
しかしながら、発明者等は、種々の実験等を繰り返し行った結果、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物を用いた電界効果型トランジスタが可能であることを見出した。
【００２９】
本発明は、上述した発明者等の得た新規知見に基づいてなされたもので、第１の観点からすると、ゲート電圧を印加するためのゲート電極と；電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と；前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、マグネシウム（Ｍｇ）とインジウム（Ｉｎ）を主成分とする酸化物半導体からなる活性層と；前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と；を備える電界効果型トランジスタである。
【００３０】
これによれば、高いキャリア移動度とノーマリーオフ特性とを実現することが可能となる。
【００３１】
本発明は、第２の観点からすると、駆動信号に応じて光出力が制御される光制御素子と；本発明の電界効果型トランジスタを含み、前記光制御素子を駆動する駆動回路と；を備える表示素子である。
【００３２】
これによれば、本発明の電界効果型トランジスタを備えているため、高速駆動が可能で素子間のばらつきを小さくすることが可能となる。
【００３３】
本発明は、第３の観点からすると、画像データに応じた画像を表示する画像表示装置であって、マトリックス状に配置された複数の本発明の表示素子と；前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧を個別に印加するための複数の配線と；前記画像データに応じて、前記各電界効果型トランジスタのゲート電圧を前記複数の配線を介して個別に制御する表示制御装置と；を備える画像表示装置である。
【００３４】
これによれば、本発明の表示素子を有しているため、結果として、大画面で高品質の画像を表示することが可能となる。
【００３５】
本発明は、第４の観点からすると、本発明の画像表示装置と；表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、該画像データを前記画像表示装置に出力する画像データ作成装置と；を備えるシステムである。
【００３６】
これによれば、本発明の画像表示装置を備えているため、その結果、画像情報を高精細に表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係るテレビジョン装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１における画像表示装置を説明するための図（その１）である。
【図３】図１における画像表示装置を説明するための図（その２）である。
【図４】図１における画像表示装置を説明するための図（その３）である。
【図５】表示素子を説明するための図である。
【図６】有機ＥＬ素子を説明するための図である。
【図７】電界効果型トランジスタを説明するための図である。
【図８】実施例１の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【図９】比較例３の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【図１０】比較例４の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【図１１】有機ＥＬ素子と電界効果型トランジスタの配置を説明するための図である。
【図１２】表示制御装置を説明するための図である。
【図１３】有機ＥＬ素子と電界効果型トランジスタの配置の変形例を説明するための図である。
【図１４】「ボトムコンタクト・ボトムゲート型」の電界効果型トランジスタを説明するための図である。
【図１５】「トップコンタクト・トップゲート型」の電界効果型トランジスタを説明するための図である。
【図１６】「ボトムコンタクト・トップゲート型」の電界効果型トランジスタを説明するための図である。
【図１７】電界効果型トランジスタが「トップコンタクト・トップゲート型」のときの、有機ＥＬ素子と電界効果型トランジスタの配置例１を説明するための図である。
【図１８】電界効果型トランジスタが「トップコンタクト・トップゲート型」のときの、有機ＥＬ素子と電界効果型トランジスタの配置例２を説明するための図である。
【図１９】変形例１の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【図２０】変形例２の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【図２１】変形例３の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【図２２】液晶ディスプレイを説明するための図である。
【図２３】図２２における表示素子を説明するための図である。
【図２４】比較例１の電界効果型トランジスタを説明するための図である。
【図２５】実施例２の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【図２６】比較例２の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１２に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係るシステムとしてのテレビジョン装置１００の概略構成が示されている。なお、図１における接続線は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。
【００３９】
このテレビジョン装置１００は、主制御装置１０１、チューナ１０３、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）１０４、復調回路１０５、ＴＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｔｒｅａｍ）デコーダ１０６、音声デコーダ１１１、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１１２、音声出力回路１１３、スピーカ１１４、映像デコーダ１２１、映像・ＯＳＤ合成回路１２２、映像出力回路１２３、画像表示装置１２４、ＯＳＤ描画回路１２５、メモリ１３１、操作装置１３２、ドライブインターフェース（ドライブＩＦ）１４１、ハードディスク装置１４２、光ディスク装置１４３、ＩＲ受光器１５１、及び通信制御装置１５２などを備えている。
【００４０】
主制御装置１０１は、テレビジョン装置１００の全体を制御し、ＣＰＵ、フラッシュＲＯＭ、及びＲＡＭなどから構成されている。フラッシュＲＯＭには、ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム、及びＣＰＵでの処理に用いられる各種データなどが格納されている。また、ＲＡＭは、作業用のメモリである。
【００４１】
チューナ１０３は、アンテナ２１０で受信された放送波の中から、予め設定されているチャンネルの放送を選局する。
【００４２】
ＡＤＣ１０４は、チューナ１０３の出力信号（アナログ情報）をデジタル情報に変換する。
【００４３】
復調回路１０５は、ＡＤＣ１０４からのデジタル情報を復調する。
【００４４】
ＴＳデコーダ１０６は、復調回路１０５の出力信号をＴＳデコードし、音声情報及び映像情報を分離する。
【００４５】
音声デコーダ１１１は、ＴＳデコーダ１０６からの音声情報をデコードする。
【００４６】
ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１１２は、音声デコーダ１１１の出力信号をアナログ信号に変換する。
【００４７】
音声出力回路１１３は、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１１２の出力信号をスピーカ１１４に出力する。
【００４８】
映像デコーダ１２１は、ＴＳデコーダ１０６からの映像情報をデコードする。
【００４９】
映像・ＯＳＤ合成回路１２２は、映像デコーダ１２１の出力信号とＯＳＤ描画回路１２５の出力信号を合成する。
【００５０】
映像出力回路１２３は、映像・ＯＳＤ合成回路１２２の出力信号を画像表示装置１２４に出力する。
【００５１】
ＯＳＤ描画回路１２５は、画像表示装置１２４の画面に文字や図形を表示するためのキャラクタ・ジェネレータを備えており、操作装置１３２やＩＲ受光器１５１からの指示に応じて表示情報が含まれる信号を生成する。
【００５２】
メモリ１３１には、ＡＶ（Ａｕｄｉｏ−Ｖｉｓｕａｌ）データ等が一時的に蓄積される。
【００５３】
操作装置１３２は、例えばコントロールパネルなどの入力媒体（図示省略）を備え、ユーザから入力された各種情報を主制御装置１０１に通知する。
【００５４】
ドライブＩＦ１４１は、双方向の通信インターフェースであり、一例としてＡＴＡＰＩ（ＡＴ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ Ｐａｃｋｅｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に準拠している。
【００５５】
ハードディスク装置１４２は、ハードディスクと、該ハードディスクを駆動するための駆動装置などから構成されている。駆動装置は、ハードディスクにデータを記録するとともに、ハードディスクに記録されているデータを再生する。
【００５６】
光ディスク装置１４３は、光ディスク（例えば、ＤＶＤ）にデータを記録するとともに、光ディスクに記録されているデータを再生する。
【００５７】
ＩＲ受光器１５１は、リモコン送信機２２０からの光信号を受信し、主制御装置１０１に通知する。
【００５８】
通信制御装置１５２は、インターネットとの通信を制御する。インターネットを介して各種情報を取得することができる。
【００５９】
画像表示装置１２４は、一例として図２に示されるように、表示器３００、及び表示制御装置４００を有している。
【００６０】
表示器３００は、一例として図３に示されるように、複数（ここでは、ｎ×ｍ個）の表示素子３０２がマトリックス状に配置されたディスプレイ３１０を有している。
【００６１】
また、ディスプレイ３１０は、一例として図４に示されるように、Ｘ軸方向に沿って等間隔に配置されているｎ本の走査線（Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・・・・、Ｘｎ−２、Ｘｎ−１）、Ｙ軸方向に沿って等間隔に配置されているｍ本のデータ線（Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・・・、Ｙｍ−１）、Ｙ軸方向に沿って等間隔に配置されているｍ本の電流供給線（Ｙ０ｉ、Ｙ１ｉ、Ｙ２ｉ、Ｙ３ｉ、・・・・・、Ｙｍ−１ｉ）を有している。
そして、走査線とデータ線とによって、表示素子を特定することができる。
【００６２】
各表示素子は、一例として図５に示されるように、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子３５０と、該有機ＥＬ素子３５０を発光させるためのドライブ回路３２０とを有している。すなわち、ディスプレイ３１０は、いわゆるアクティブマトリックス方式の有機ＥＬディスプレイである。また、ディスプレイ３１０は、カラー対応の３２インチ型のディスプレイである。なお、大きさは、これに限定されるものではない。
【００６３】
有機ＥＬ素子３５０は、一例として図６に示されるように、有機ＥＬ薄膜層３４０と、陰極３１２と、陽極３１４とを有している。
【００６４】
陰極３１２には、アルミニウム（Ａｌ）が用いられている。なお、マグネシウム（Ｍｇ）−銀（Ａｇ）合金、アルミニウム（Ａｌ）−リチウム（Ｌｉ）合金、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などを用いても良い。
【００６５】
陽極３１４には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が用いられている。なお、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどの導電性を有する酸化物、銀（Ａｇ）−ネオジウム（Ｎｄ）合金などを用いても良い。
【００６６】
有機ＥＬ薄膜層３４０は、電子輸送層３４２と発光層３４４と正孔輸送層３４６とを有している。そして、電子輸送層３４２に陰極３１２が接続され、正孔輸送層３４６に陽極３１４が接続されている。陽極３１４と陰極３１２との間に所定の電圧を印加すると発光層３４４が発光する。
【００６７】
図５に戻り、ドライブ回路３２０は、２つの電界効果型トランジスタ（１０、２０）、及びコンデンサ３０を有している。
【００６８】
電界効果型トランジスタ１０は、スイッチ素子として動作する。ゲート電極Ｇは、所定の走査線に接続され、ソース電極Ｓは、所定のデータ線に接続されている。また、ドレイン電極Ｄは、コンデンサ３０の一方の端子に接続されている。
【００６９】
コンデンサ３０は、電界効果型トランジスタ１０の状態、すなわちデータを記憶しておくためのものである。コンデンサ３０の他方の端子は、所定の電流供給線に接続されている。
【００７０】
電界効果型トランジスタ２０は、有機ＥＬ素子３５０に大きな電流を供給するためのものである。ゲート電極Ｇは、電界効果型トランジスタ１０のドレイン電極Ｄと接続されている。そして、ドレイン電極Ｄは、有機ＥＬ素子３５０の陽極３１４に接続され、ソース電極Ｓは、所定の電流供給線に接続されている。
【００７１】
そこで、電界効果型トランジスタ１０が「オン」状態になると、電界効果型トランジスタ２０によって、有機ＥＬ素子３５０は駆動される。
【００７２】
各電界効果型トランジスタは、一例として図７に示されるように、基板２１、活性層２２、ソース電極２３、ドレイン電極２４、ゲート絶縁層２５、及びゲート電極２６を有している。
【００７３】
ここでは、各電界効果型トランジスタは、いわゆる「トップコンタクト・ボトムゲート型」である。
【００７４】
各電界効果型トランジスタの作製方法について簡単に説明する。
（１）ガラス製の基板２１上に、１００ｎｍの厚さになるようにアルミニウム（Ａｌ）を蒸着する。そして、フォトリソグラフィを行ってライン状にパターニングし、ゲート電極２６を形成する。
（２）プラズマＣＶＤにより、２００ｎｍの厚さになるようにＳｉＯ２を成膜し、ゲート絶縁膜２５を形成する。
（３）ゲート絶縁膜２５上へのレジストの塗布、露光、現像を行い、活性層２２に対応した形状にパターニングされたレジスト層を形成する。
（４）高周波スパッタ法により、活性層２２となるＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜を形成する。
【００７５】
ここでは、ターゲットとして、Ｉｎ２ＭｇＯ４の組成を有する多結晶焼結体（サイズ：直径４インチ）を用いた。スパッタチャンバー内の到達真空度は２×１０−５Ｐａとした。スパッタ時に流すアルゴンガスと酸素ガスの流量を調整し、全圧を０．３Ｐａ、酸素分圧を１．７×１０−３Ｐａとした。スパッタ中は、基板２１を保持するホルダを水冷により冷却することで、基板２１の温度を１５度〜３５度の範囲内に制御した。スパッタパワーを１５０Ｗ、スパッタ時間を３０分とし、厚さ１００ｎｍのＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜を形成した。
（５）レジストの除去によってリフトオフを行い、活性層２２を所望の形状とする。
（６）フォトリソグラフィとリフトオフ法により、厚さ１００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）からなるソース電極とドレイン電極を形成する。ここでは、チャネル長は５０μｍ、チャネル幅は２ｍｍとした。
【００７６】
ところで、上記と同じ条件でガラス基板上に成膜したＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率を測定したところ、１０Ωｃｍであった。また、平行光学系を有するＸ線回折装置を用いて、上記Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜を銅（Ｃｕ）のＫα線でスキャン（入射角＝１度、２θ＝１０度〜７０度）したところ、結晶性を示すシャープなピークは観測されず、非晶質状態であることが確認された。
【００７７】
上述した作製方法で作製された電界効果型トランジスタは、電子をキャリアとする典型的なｎ型トランジスタであった。この電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン間電圧ＶＤＳを２０Ｖとした場合の、ゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン間電流ＩＤＳとの関係が図８に示されている。これによると、ゲート電圧ＶＧを１Ｖとしたときに、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳは最小値４ｐＡとなっている。そして、ゲート電圧ＶＧが０Ｖのときには、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳは上記最小値に近い値であった。すなわち、良好なノーマリーオフ特性を示している。
【００７８】
また、ゲート電圧ＶＧを２０Ｖとしたときに、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳは９０μＡとなっている。そして、飽和領域において算出した電界効果移動度は、２．１ｃｍ２／Ｖｓであった。
【００７９】
すなわち、本実施形態における電界効果型トランジスタは、高いキャリア移動度とノーマリーオフ特性とを実現している。
【００８０】
比較例１として、図２４に示されるような、非晶質シリコンを活性層とする電界効果型トランジスタを下記の方法で作製した。
（１）ガラス製の基板５００上に、２００ｎｍの厚さになるようにモリブデン（Ｍｏ）をスパッタする。そして、フォトリソグラフィによってライン状にパターニングし、ゲート電極５０１を形成する。
（２）プラズマＣＶＤにより、ゲート絶縁膜５０２となるＳｉＮｘ、活性層５０３となる非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、及びリンのドープされた非晶質シリコン５０４（ｎ＋−ａ−Ｓｉ：Ｈ）の３層を続けて成膜する。膜厚はそれぞれ、３００ｎｍ、２００ｎｍ、５０ｎｍである。活性層５０３の成膜時は、基板温度を２５０℃とし、ＳｉＨ４流量３５ｓｃｃｍ、H２流量３５ｓｃｃｍ、圧力０．１Ｔｏｒｒ、パワー密度１００ｍＷ／ｃｍ２とした。ｎ＋−ａ−Ｓｉ：Ｈは、活性層５０３とソース・ドレイン電極５０５及び５０６との間のコンタクトを良くするために設けている。続いて、フォトリソグラフィにより、ＴＦＴをアイランド化する。
（３）厚さ１００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）層を形成し、フォトリソグラフィによりソース電極５０５及びドレイン電極５０６の形状にこれをパターニングする。
（４）ソース・ドレイン電極５０５及び５０６をマスクとして、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によりバックチャネルをエッチングする。これによりソース電極とドレイン電極の間（チャネル部）のｎ＋−ａ−Ｓｉ：Ｈを除去し、図２４の電界効果型トランジスタを得る。チャネル長は５０μm、チャネル幅は０．２ｍｍとした。
【００８１】
上述した電界効果型トランジスタは典型的なｎ型トランジスタの特性を示した。ソース・ドレイン間電圧ＶＤＳを１０Ｖとした時、ゲート電圧ＶＧ＝０Ｖではトランジスタはオフ状態にあり、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳは約１０ｐＡであった。また、ＶＧ＝２０Ｖとした時のＩＤＳは３μＡであり、飽和領域において算出した電界効果移動度は０．３ｃｍ２／Ｖｓとなった。
【００８２】
以上の実施例１と比較例１より、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜を活性層とする電界効果型トランジスタにおいて、ａ−Ｓｉを活性層とする典型的なトランジスタよりも高いキャリア移動度が達成できることが示された。
【００８３】
本発明の第二の実施形態として、図１４に示すようなボトムゲート・ボトムコンタクト型のトランジスタを以下の手順で作製した。
（１）ガラス製の基板２１上に、１００ｎｍの厚さになるようにアルミニウム（Ａｌ）を蒸着する。そして、フォトリソグラフィによりライン状にパターニングし、ゲート電極２６を形成する。
（２）プラズマＣＶＤにより、２００ｎｍの厚さになるようにＳｉＯ２を成膜し、ゲート絶縁膜２５を形成する。
（３）ＤＣスパッタ法により、ソース電極２３、ドレイン電極２４となるＩＴＯ膜を形成する。フォトリソグラフィにより、所望の電極形状にパターニングする。
（４）レジストの塗布、露光、現像を行い、活性層２２に対応した形状にパターニングされたレジスト層を形成する。
（５）高周波スパッタ法により、活性層２２となるＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜を形成する。成膜条件は実施例１と同様とする。
（６）レジストの除去によってリフトオフを行い、活性層２２を所望の形状とする。
なお、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜の成膜条件は実施例１と同じであるため、実施例２の膜も非晶質状態であり約１０Ωｃｍの体積抵抗率を持つ。
【００８４】
以上の工程により、チャネル長５μｍ、チャネル幅１．５ｍｍの電界効果型トランジスタを得た。また、同工程を繰り返し行い、４つのサンプルを作製した。
【００８５】
これら４つの電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン電圧ＶＤＳを２０Ｖとした時のゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン電流ＩＤＳとの関係を図２５に示す。１つの実線及び３つの異なるパターンの点線でそれぞれ示す４つのトランジスタの特性は良く一致しており、再現性良く良好な特性のトランジスタが実現できている。飽和領域において算出した電界効果移動度は０．８〜１．１ｃｍ２／Ｖｓであった。
【００８６】
また、ソース電極と活性層及びドレイン電極と活性層との間の接触抵抗を測定したところ、約２kΩであった。
【００８７】
比較例２として、活性層を形成する材料を非晶質Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とした他は実施例２と同様に電界効果型トランジスタを作製した。
【００８８】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物膜はＤＣスパッタ法で成膜した。ターゲットには、ＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する多結晶焼結体（サイズ：直径４インチ）を用いた。スパッタチャンバー内の到達真空度は２×１０−５Ｐａとした。スパッタ時に流すアルゴンガスと酸素ガスの流量を調整し、全圧を０．７Ｐａ、酸素分圧を１．１６×１０−２Ｐａとした。スパッタ中は、基板２１を保持するホルダを水冷により冷却することで、基板２１の温度を１５度〜３５度の範囲内に制御した。スパッタパワーを１４０Ｗ、スパッタ時間を３０分とし、厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物膜を形成した。
【００８９】
実施例２と同様の工程により、チャネル長５μｍ、チャネル幅１．５ｍｍの電界効果型トランジスタを得た。また、同工程を繰り返し行い、４つのサンプルを作製した。
【００９０】
これら４つの電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン電圧ＶＤＳを２０Ｖとした時のゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン電流ＩＤＳとの関係を図２６に示す。１つの実線及び３つの異なるパターンの点線でそれぞれ示す４つのトランジスタの特性は、明らかにばらついており、例えばトランジスタがオン状態の時の電流値にはサンプル間で大きな差が見られる。飽和領域において算出した電界効果移動度も０．８ｃｍ２／Ｖｓから３．０ｃｍ２／Ｖｓの間でばらついていた。
【００９１】
ソース電極と活性層及びドレイン電極と活性層との間の接触抵抗は５０kΩ前後であった。一方で、トランジスタがオン状態（例えばＶＧ=２０Ｖ）の時のチャネルの抵抗を調べると、約５ｋΩと見積もられる。このサンプルでは、チャネル抵抗よりも接触抵抗の方が大きいために接触抵抗の影響が無視できず、特性が不安定になっている。接触抵抗の大きさはサンプルによってばらつく傾向があり、これがトランジスタ特性のばらつきの原因となっている。
【００９２】
実施例２と比較例２より、活性層にＭｇ−Ｉｎ系酸化物を用いることで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物よりも接触抵抗を１桁以上小さくでき、特性の均一なトランジスタが得られることがわかる。
【００９３】
比較例３として、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜をスパッタする際の酸素分圧を、上述した作製方法での酸素分圧よりも小さい１．３×１０−３Ｐａとした以外は実施例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。比較例３の電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン間電圧ＶＤＳを２０Ｖとした場合の、ゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン間電流ＩＤＳとの関係が図９に示されている。これによると、ゲート電圧ＶＧを−４０Ｖから２０Ｖまで変化させてもソース・ドレイン間電流ＩＤＳの変化は非常に小さく、このゲート電圧ＶＧの電圧範囲内では「オフ」状態が実現できなかった。なお、この条件で形成されたＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率は４×１０−３Ωｃｍであった。
【００９４】
種々の実験から、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜をスパッタする際の酸素分圧を下げるほど、得られるＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率は下がり、作製された電界効果型トランジスタの閾値電圧はマイナス方向にシフトすることが判明した。そして、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率とノーマリーオフ特性との関連性について検討した結果、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率が１０−２Ωｃｍ未満の場合には、ノーマリーオフ特性が実現できないことが判明した。
【００９５】
比較例４として、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜をスパッタする際の酸素分圧を、上述した作製方法での酸素分圧よりも大きい５．０×１０−３Ｐａとした以外は実施例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。比較例４の電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン間電圧ＶＤＳを２０Ｖとした場合の、ゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン間電流ＩＤＳとの関係が図１０に示されている。これによると、ゲート電圧ＶＧを５Ｖとしたときに、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳが最小値０．５ｐＡとなり、ゲート電圧ＶＧを２０Ｖとしたときに、ＩＤＳ＝０．１４ｎＡとなっている。そして、飽和領域において算出した電界効果移動度は７×１０−６ｃｍ２／Ｖｓであり、電界効果型トランジスタとして必要とされる値よりも小さかった。なお、この条件で形成されたＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率は２×１０９Ωｃｍであった。
【００９６】
種々の実験から、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜をスパッタする際の酸素分圧を上げるほど、得られるＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率は上がり、作製された電界効果型トランジスタの「オン」電流の値と電界効果移動度が減少する傾向にあることが判明した。そして、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率と電界効果移動度との関連性について検討した結果、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率が１０９Ωｃｍを超えると、電界効果移動度は１×１０−５ｃｍ２／Ｖｓを下回り、実用に適さないほどトランジスタ特性が悪化することが判明した。
【００９７】
実施例１、２、比較例３、４、変形例１〜３について、活性層であるＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率とトランジスタ特性をまとめたものを表１に示す。
【００９８】
【表１】
ノーマリーオフの特性と高いキャリア移動度を実現する為には、活性層とするＭｇ−Ｉ
ｎ系酸化物膜の体積抵抗率を１０−２Ωｃｍ以上１０９Ωｃｍ以下とすることが好ましい。
【００９９】
抵抗率は主にキャリア密度と移動度に依存するため、これらを意図的に変えることによって抵抗率を制御することができる。Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜の抵抗率の制御方法としては、膜中の酸素量（酸素欠陥の密度）を調整することによってキャリア密度を変える方法が有効である。上述のように、スパッタ成膜時の酸素分圧を変えると形成される膜の抵抗率が変化する。スパッタ以外の方法で膜を形成する場合においても、プロセス中の雰囲気を制御することで目的の抵抗率を持つ膜が形成できる。また、膜を形成した後のアニールによっても抵抗率は変化するため、アニール温度や雰囲気を最適化する方法も有効である。或いは、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜を構成する各元素の一部を他の元素で置換することによっても抵抗率を変えることが出来る。
【０１００】
図１１には、表示素子３０２における有機ＥＬ素子３５０と実施例１に記載の電界効果型トランジスタ２０との位置関係が示されている。ここでは、電界効果型トランジスタ２０の横に有機ＥＬ素子３５０が配置されている。なお、電界効果型トランジスタ１０及びコンデンサ３０も同一基板上に形成されている。
【０１０１】
表示素子３０２は、従来と同様の装置を用いて、従来と同様の工程（製造プロセス）によって製造することができる。
【０１０２】
表示制御装置４００は、一例として図１２に示されるように、画像データ処理回路４０２、走査線駆動回路４０４、及びデータ線駆動回路４０６を有している。
【０１０３】
画像データ処理回路４０２は、映像出力回路１２３の出力信号に基づいて、ディスプレイ３１０における複数の表示素子３０２の輝度を判断する。
【０１０４】
走査線駆動回路４０４は、画像データ処理回路４０２の指示に応じてｎ本の走査線に個別に電圧を印加する。
【０１０５】
データ線駆動回路４０６は、画像データ処理回路４０２の指示に応じてｍ本のデータ線に個別に電圧を印加する。
【０１０６】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るテレビジョン装置１００では、映像デコーダ１２１と映像・ＯＳＤ合成回路１２２と映像出力回路１２３とＯＳＤ描画回路１２５とによって画像データ作成装置が構成されている。
【０１０７】
以上説明したように、本実施形態に係る電界効果型トランジスタによると、ゲート電圧を印加するためのゲート電極２６と、電流を取り出すためのソース電極２３及びドレイン電極２４と、ソース電極２３及びドレイン電極２４に隣接して設けられ、マグネシウム（Ｍｇ）とインジウム（Ｉｎ）を主成分とする酸化物半導体からなる活性層２２と、ゲート電極２６と活性層２２との間に設けられたゲート絶縁層２５とを備えている。
【０１０８】
そして、活性層２２を形成する際に流す酸素ガスの流量は、酸素分圧が１．７×１０−３Ｐａとなるように調整されており、活性層２２を構成する酸化物半導体は、体積抵抗率が１０Ωｃｍで、酸素が非化学量論組成であるＭｇＩｎ２Ｏ４系酸化物半導体である。
【０１０９】
この場合、高いキャリア移動度とノーマリーオフ特性とを両立させることが可能である。
【０１１０】
また、本実施形態に係る表示素子３０２によると、電界効果型トランジスタ１０及び電界効果型トランジスタ２０を備えているため、高速駆動が可能で素子間のばらつきを小さくすることが可能である。
【０１１１】
また、本実施形態に係る画像表示装置１２４によると、表示素子３０２を有しているため、結果として、大画面で高品質の画像を表示することが可能である。
【０１１２】
また、本実施形態に係るテレビジョン装置１００によると、画像表示装置１２４を備えているため、その結果、画像情報を高精細に表示することが可能である。
【０１１３】
なお、上記実施形態では、有機ＥＬ薄膜層が、電子輸送層と発光層と正孔輸送層とからなる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、電子輸送層と発光層が１つの層であっても良い。また、電子輸送層と陰極との間に電子注入層が設けられても良い。さらに、正孔輸送層と陽極との間に正孔注入層が設けられても良い。
【０１１４】
また、上記実施形態では、基板側から発光を取り出すいわゆる「ボトムエミッション」の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、陽極３１４に銀（Ａｇ）−ネオジウム（Ｎｄ）合金などの高反射率電極、陰極３１２にマグネシウム（Ｍｇ）−銀（Ａｇ）合金などの半透明電極或いはＩＴＯ等の透明電極を用いて基板と反対側から光を取り出しても良い。
【０１１５】
また、上記実施形態では、表示素子３０２において、電界効果型トランジスタ２０の横に有機ＥＬ素子３５０が配置される場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１３に示されるように、電界効果型トランジスタ２０の上に有機ＥＬ素子３５０が配置されても良い。この場合には、ゲート電極２６に透明性が要求されるので、ゲート電極２６には、ＩＴＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、Ｇａが添加されたＺｎＯ、Ａｌが添加されたＺｎＯ、Ｓｂが添加されたＳｎＯ２などの導電性を有する透明な酸化物が用いられる。
【０１１６】
また、上記実施形態では、電界効果型トランジスタがいわゆる「トップコンタクト・ボトムゲート型」の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１４に示されるように、いわゆる「ボトムコンタクト・ボトムゲート型」であっても良い。また、図１５に示されるように、いわゆる「トップコンタクト・トップゲート型」であっても良い。さらに、図１６に示されるように、いわゆる「ボトムコンタクト・トップゲート型」であっても良い。
【０１１７】
そして、電界効果型トランジスタが「トップコンタクト・トップゲート型」のときの電界効果型トランジスタ２０と有機ＥＬ素子３５０の配置例が、図１７及び図１８に示されている。なお、図１７及び図１８における符号３６０は絶縁層である。
【０１１８】
また、上記実施形態では、基板２１がガラス製の平板である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、セラミックス製やプラスチック製の平板、あるいはプラスチック製のフィルムを用いることができる。
【０１１９】
また、上記実施形態では、各電極の材料がアルミニウム（Ａｌ）の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、各電極に、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、インジウム（Ｉｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）などの単体の金属膜、これらの金属膜を複数積層した金属積層膜、前記金属を含む合金膜、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどの導電性酸化物膜、すず（Ｓｎ）が添加されたＩｎ２Ｏ３（ＩＴＯ）、ガリウム（Ｇａ）が添加されたＺｎＯ、アルミニウム（Ａｌ）が添加されたＺｎＯ、アンチモン（Ｓｂ）が添加されたＳｎＯ２などの導電性酸化物膜、上記材料が微粒子として分散されている膜を用いることができる。
【０１２０】
また、上記実施形態では、ゲート絶縁層２５にＳｉＯ２が用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ゲート絶縁層２５の材料として、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ３、ＺｒＯ２などの絶縁性を有する酸化物や、有機絶縁材料、及びＳｉＮｘを用いることができる。
【０１２１】
また、上記実施形態では、活性層２２を構成する酸化物半導体が非晶質の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、スピネル構造（いわゆる逆スピネル構造を含む）あるいはオリビン構造を有していても良い。また、活性層２２を構成する酸化物半導体は、結晶質と非晶質とが混在しても良い。さらに、活性層２２を構成する酸化物半導体は、スピネル構造を有する相とオリビン構造を有する相とが混在しても良い。
【０１２２】
変形例１として、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜をスパッタする際の酸素分圧を２．７×１０−３Ｐａとし、基板２１の温度を３００℃に保った以外は実施例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。変形例１の条件でガラス基板上に形成されたＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜に対して上記実施形態と同様にしてＸ線回折測定を行ったところ、複数のピークが観測された。具体的には、２θが約３３度のところに最も強いピークがあり、これはスピネル構造を有するＭｇＩｎ２Ｏ４の（３１１）ピークに相当するものである。これにより、基板２１を加熱しながら成膜したことによって、結晶性のＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜が得られたことが確認できた。
【０１２３】
変形例１の電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン間電圧ＶＤＳを２０Ｖとした場合の、ゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン間電流ＩＤＳとの関係が図１９に示されている。これによると、ゲート電圧ＶＧを５Ｖとしたときに、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳが最小値１．９ｐＡとなり、ゲート電圧ＶＧを２０Ｖとしたときに、ＩＤＳ＝６３μＡとなっている。そして、飽和領域において算出した電界効果移動度は２．６ｃｍ２／Ｖｓであった。すなわち、上記実施形態の電界効果型トランジスタと同様に、高いキャリア移動度とノーマリーオフ特性とを実現している。なお、変形例１の条件で形成されたＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率は４０Ωｃｍであった。
【０１２４】
この場合、スピネル構造は立方晶で、ＢＯ６八面体が稜共有した１次元鎖（ルチル鎖）が三次元的に様々な方向に走っており、ＡＯ４四面体がルチル鎖同士をつなぐ役割をしている。そこで、キャリアの輸送特性は、薄膜の配向性に依存しない。すなわち、電子の移動方向は等方的である。従って、ＺｎＯ系酸化物半導体のように、結晶構造の異方性に起因する不都合はない。また、伝導帯の底部はインジウムの５ｓ軌道から構成されるので、電子キャリアの輸送特性に対する結晶粒界の影響は非常に小さい。
【０１２５】
また、上記実施形態において、活性層２２を構成する酸化物半導体は、インジウム（Ｉｎ）の一部がアルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）の少なくともいずれかに置換されても良い。この場合、置換元素の種類及び置換量によって、バンドギャップ、伝導帯の底部のエネルギ−、酸素原子の格子エネルギ−を制御することができる。例えば、置換量を増大させると、紫外の透明領域を拡大することができる。また、置換量を増大させると、伝導帯のエネルギ−レベルが高くなり、電子キャリアが生成しにくくなる。
【０１２６】
変形例２として、活性層２２にインジウム（Ｉｎ）の一部をガリウム（Ｇａ）で置換したＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜を用い、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜をスパッタする際の酸素分圧を１．８×１０−３Ｐａとした以外は実施例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。
【０１２７】
この場合には、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜は、２つのターゲット（ターゲット１、ターゲット２）を用いた同時スパッタ法により形成した。ターゲット１はＩｎ２ＭｇＯ４の組成を有する多結晶焼結体（サイズ：直径４インチ）であり、ターゲット２はＧａ２ＭｇＯ４の組成を有する多結晶焼結体（サイズ：直径４インチ）である。スパッタパワーを、Ｉｎ２ＭｇＯ４に対しては４０Ｗ、Ｇａ２ＭｇＯ４に対しては６０Ｗとし、厚さ１００ｎｍのＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜を形成した。
【０１２８】
変形例２の電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン間電圧ＶＤＳを２０Ｖとした場合の、ゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン間電流ＩＤＳとの関係が図２０に示されている。これによると、ゲート電圧ＶＧを１１Ｖとしたときに、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳが最小値０．９ｐＡとなり、ゲート電圧ＶＧを２０Ｖとしたときに、ＩＤＳ＝９．１μＡとなっている。そして、飽和領域において算出した電界効果移動度は１．３ｃｍ２／Ｖｓであった。すなわち、上記実施形態の電界効果型トランジスタと同様に、高いキャリア移動度とノーマリーオフ特性とを実現している。なお、変形例２の条件で形成されたＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率は１１００Ωｃｍであった。
【０１２９】
また、上記実施形態において、活性層２２を構成する酸化物半導体は、マグネシウム（Ｍｇ）の一部がカルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）及びバリウム（Ｂａ）の少なくともいずれかに置換されても良い。
【０１３０】
変形例３として、活性層２２にマグネシウム（Ｍｇ）の一部をストロンチウム（Ｓｒ）で置換したＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜を用いる以外は実施例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。
【０１３１】
この場合には、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜は、２つのターゲット（ターゲット１、ターゲット２）を用いた同時スパッタ法により形成した。ターゲット１はＩｎ２ＭｇＯ４の組成を有する多結晶焼結体（サイズ：直径４インチ）であり、ターゲット２はＩｎ２ＳｒＯ４の組成を有する多結晶焼結体（サイズ：直径４インチ）である。スパッタパワーを、Ｉｎ２ＭｇＯ４に対しては２００Ｗ、Ｉｎ２ＳｒＯ４に対しては３０Ｗとし、厚さ１００ｎｍのＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜を形成した。
【０１３２】
図２１には、変形例３の電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン間電圧ＶＤＳが２０Ｖのときの、ゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン間電流ＩＤＳとの関係が示されている。ゲート電圧ＶＧを２Ｖとした時に、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳが最小値２ｐＡとなり、ＶＧ＝２０Ｖとした時に、ＩＤＳ＝９９μＡとなった。そして、飽和領域において算出した電界効果移動度は２．６ｃｍ２／Ｖｓであった。すなわち、上記実施形態の電界効果型トランジスタ（１０、２０）と同様に、高いキャリア移動度とノーマリーオフ特性とを実現している。なお、変形例３の条件で形成されたＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率は９Ωｃｍであった。
【０１３３】
また逆スピネル構造で観測されるように、４面体サイトを３価カチオン（ＹIII）が、８面体サイトを２価カチオン（ＸII）が占有することが可能であり、２価カチオン（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）と３価カチオン（Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ）の組成比には幅を持たせることができる。可能なカチオン比ＸII／ＹIIIは０．２〜１程度で、必要なＴＦＴ特性、バンドギャップ（紫外光領域の透明性）、酸素空孔の安定性、プロセスマージンなどを考慮して、適切にカチオン種と組成比を選択することができる。
【０１３４】
また、上記実施形態において、活性層２２を構成する酸化物半導体は、酸素の一部が窒素及びフッ素の少なくともいずれかに置換されても良い。この場合、酸化物半導体における酸素量をさらに精度良く制御することが可能となる。
【０１３５】
また、上記実施形態では、光制御素子が有機ＥＬ素子の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、光制御素子が液晶素子であっても良い。この場合は、上記ディスプレイ３１０は、液晶ディスプレイとなる。そして、一例として図２２に示されるように、表示素子３０２´に対する電流供給線は不要である。
【０１３６】
この場合は、また、一例として図２３に示されるように、ドライブ回路３２０´は、前述した電界効果型トランジスタ（１０、２０）と同様な１つの電界効果型トランジスタ４０のみで構成することができる。電界効果型トランジスタ４０では、ゲート電極Ｇが所定の走査線に接続され、ソース電極Ｓが所定のデータ線に接続されている。また、ドレイン電極Ｄが液晶素子３７０の画素電極に接続されている。なお、図２３における符号３７２は、液晶素子３７０の対向電極（コモン電極）である。
【０１３７】
また、光制御素子が無機ＥＬ素子であっても良い。
【０１３８】
また、上記実施形態では、ディスプレイがカラー対応の場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【０１３９】
また、上記実施形態では、システムがテレビジョン装置の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに画像や情報を表示する装置として上記画像表示装置１２４を備えていれば良い。例えば、コンピュータ（パソコンを含む）と画像表示装置１２４とが接続されたコンピュータシステムであっても良い。
【０１４０】
また、携帯電話、携帯型音楽再生装置、携帯型動画再生装置、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯情報機器、スチルカメラやビデオカメラなどの撮像機器における表示手段に画像表示装置１２４を用いることができる。また、車、航空機、電車、船舶等の移動体システムにおける各種情報の表示手段に画像表示装置１２４を用いることができる。さらに、計測装置、分析装置、医療機器における各種情報の表示手段に画像表示装置１２４を用いることができる。
【０１４１】
なお、本実施形態に係る電界効果型トランジスタは、表示素子以外のもの（例えば、ＩＣカード、ＩＤタグ）にも用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
以上説明したように、本発明の電界効果型トランジスタによれば、高いキャリア移動度とノーマリーオフ特性とを実現させるのに適している。また、本発明の表示素子によれば、高速駆動が可能で素子間のばらつきを小さくするのに適している。また、本発明の画像表示装置によれば、大画面で高品質の画像を表示するのに適している。また、本発明のシステムによれば、画像情報を高精細に表示するのに適している。
【符号の説明】
【０１４３】
１０…電界効果型トランジスタ、２０…電界効果型トランジスタ、４０…電界効果型トランジスタ、１００…テレビジョン装置（システム）、１２１…映像デコーダ（画像データ作成装置の一部）、１２２…映像・ＯＳＤ合成回路（画像データ作成装置の一部）、１２３…映像出力回路（画像データ作成装置の一部）、１２４…画像表示装置、１２５…ＯＳＤ描画回路（画像データ作成装置の一部）、３０２…表示素子、３０２´…表示素子、３５０…有機ＥＬ素子（光制御素子）、３７０…液晶素子（光制御素子）、４００…表示制御装置、Ｘ０〜Ｘｎ−１…走査線（配線の一部）、Ｙ０〜Ｙｍ−１…データ線（配線の一部）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４４】
【特許文献１】特開２００２−７６３５６号公報
【特許文献２】米国特許第７０６７８４３号明細書
【特許文献３】特表２００７−５２９１１９号公報
【特許文献４】米国特許第７２９７９７７号明細書
【特許文献５】特開２００４−１０３９５７号公報
【非特許文献】
【０１４５】
【非特許文献１】Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，他５名、「Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｉｎ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ」、ＳＣＩＥＮＣＥ、ＶＯＬ３００、２３、ＭＡＹ、２００３、ｐ．１２６９−１２７２
【非特許文献２】Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，他５名、「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、ＮＡＴＵＲＥ、ＶＯＬ４３２、２５、ＮＯＶＥＭＢＥＲ、２００４、ｐ．４８８−４９２
【非特許文献３】引馬尚子，他４名、「新透明電子伝導性酸化物．２．ＭｇＩｎ２Ｏ４−ｘ焼結体の化学的状態と光学的・電気的性質」、第３９回応用物理学関係連合講演会（１９９２年春季）、講演予稿集、Ｎｏ．３、３０ｐ−Ｃ−２、ｐ．８５１
【非特許文献４】Ｎ．Ｕｅｄａ，他６名、「Ｎｅｗ ｏｘｉｄｅ ｐｈａｓｅ ｗｉｔｈ ｗｉｄｅ ｂａｎｄ ｇａｐ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｅｌｅｃｔｒｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ＭｇＩｎ２Ｏ４」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６１（１６）、１９、Ｏｃｔｏｂｅｒ、１９９２、ｐ．１９５４−１９５５
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果型トランジスタ、表示素子、画像表示装置及びシステムに係り、更に詳しくは、酸化物半導体からなる活性層を有する電界効果型トランジスタ、該電界効果型トランジスタを有する表示素子及び画像表示装置、該画像表示装置を備えるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果型トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）は、ゲート電極に電圧をかけ、チャネルの電界により電子または正孔の流れに関門（ゲート）を設ける原理で、ソース電極とドレイン電極間の電流を制御するトランジスタである。
【０００３】
ＦＥＴはその特性から、スイッチング素子や増幅素子として利用されている。そして、ＦＥＴは、ゲート電流が低いことに加え、構造が平面的であるため、バイポーラトランジスタと比較して作製や集積化が容易である。そのため、現在の電子機器で使用される集積回路では必要不可欠な素子となっている。
【０００４】
ＦＥＴは、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）として、アクティブマトリックス方式のディスプレイに応用されている。
【０００５】
近年、平面薄型ディスプレイ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）として、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ、電子ペーパー等が実用化されている。
【０００６】
これらＦＰＤは、非晶質シリコンや多結晶シリコンを活性層に用いたＴＦＴを含む駆動回路により駆動されている。そして、ＦＰＤは、さらなる大型化、高精細化、高速駆動性が求められており、それに伴って、キャリア移動度が高く、特性の経時変化が小さく、素子間のばらつきが小さいＴＦＴが求められている。
【０００７】
しかしながら、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）や多結晶シリコン（特に低温ポリシリコン：ＬＴＰＳ）を活性層に用いたＴＦＴは、それぞれに一長一短があり、同時に全ての要求を満たすことは困難であった。
【０００８】
例えば、ａ−ＳｉＴＦＴは大画面のＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）を高速駆動するには移動度が不足しており、また連続駆動時の閾値電圧シフトが大きいという欠点を抱えている。ＬＴＰＳ−ＴＦＴは移動度は大きいが、エキシマレーザーアニーリングによって活性層を結晶化するプロセスのために閾値電圧のバラツキが大きく、量産ラインのマザーガラスサイズを大きくできないという弱点が存在する。
【０００９】
また、軽量、フレキシブル性、高い耐衝撃性、低コストといった特徴を持つディスプレイの実現に向け、プラスチックフィルム等のフレキシブル基板を用いることが検討されている。
【００１０】
この場合、製造時において、比較的高温でのプロセスが必要となるシリコンは、基板の耐熱性の点から用いることはできなかった。
【００１１】
そこで、これらの要求に応えるため、非晶質シリコンを超えるキャリア移動度が期待できる酸化物半導体を用いたＴＦＴの開発が活発に行われた。（例えば、特許文献１〜５、非特許文献１及び２参照）。
【００１２】
特許文献１には、３ｄ遷移金属元素をドープした酸化亜鉛等の透明チャネル層を用い、熱処理を不要とした透明な半導体デバイスが開示されている。
【００１３】
特許文献２には、活性層にＺｎＯを用いたＴＦＴが開示されている。
【００１４】
特許文献３及び特許文献４には、亜鉛（Ｚｎ）−ガリウム（Ｇａ）、カドミウム（Ｃｄ）−ガリウム（Ｇａ）及びカドミウム（Ｃｄ）−インジウム（Ｉｎ）を含む金属酸化物のうちの１つ又は複数を含むチャネルを有する半導体デバイスが開示されている。
【００１５】
特許文献５には、ホモロガス化合物ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（Ｍ＝Ｉｎ，Ｆｅ，Ｇａ，又はＡｌ，ｍ＝１以上５０未満の整数）薄膜を活性層として用いた透明薄膜電界効果型トランジスタが開示されている。
【００１６】
非特許文献１には、チャネルに単結晶のＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）５を用いたＴＦＴが開示されている。
【００１７】
非特許文献２には、活性層に非晶質のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用いたＴＦＴが開示されている。
【００１８】
ところで、非特許文献３には、ＭｇＩｎ２Ｏ４−ｘ焼結体の化学的状態と光学的・電気的性質が開示されている。また、非特許文献４には、高い電気伝導性を有するＭｇＩｎ２Ｏ４が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ディスプレイの駆動回路に用いられるＴＦＴは、いわゆるノーマリーオフの特性を有することが必須である。しかしながら、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｃｄ−Ｉｎ系酸化物、及びＣｄ−Ｇａ系酸化物を活性層に用いた場合には、酸素欠損或いは格子間金属原子が生じ易く、電子キャリア濃度が高くなり、ノーマリーオフを実現することは困難であった。
【００２０】
そこで、電子キャリア濃度を下げるために微量金属をドーピングをすることが提案されたが（特許文献１参照）、この微量金属のドーピングを広い面積にわたって均一に行うことは困難であった。
【００２１】
また、特許文献２に開示されているＴＦＴでは、活性層の成膜時に酸素量を精密に制御することによって、ノーマリーオフを実現しているが、プロセスマージンが狭く実用的ではなかった。
【００２２】
ＴＦＴにおけるもう一つの重要な特性として、ソース電極及びドレイン電極と活性層との間の接触抵抗が上げられる。特許文献３及び４に開示されている半導体デバイスでは、Ｚｎ−Ｇａ系酸化物の伝導帯の底のエネルギーレベルが非常に高く、電子キャリアの注入は困難で、良好な接合を得ることは困難であった。（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６４，１０７７（１９９４）参照）
また、ＺｎＯ及びＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物の結晶構造は、ウルツ型及びホモロガス型の六方晶系で異方性が強いため、薄膜の配向制御が必須で、大面積のディスプレイへの応用には困難が予想される。
【００２３】
そこで、活性層の非晶質化が提案されているが、ＺｎＯは容易に結晶化してしまい、また、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物も高移動度にするためにＺｎ濃度を高めると容易に結晶化することが知られている。
【００２４】
また、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物は、三つの金属元素から成る系である為に組成の制御が難しく、スパッタリング法によって成膜した場合に、膜組成がターゲット組成から大きくずれるという不都合があった。
【００２５】
更に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物では、ソース電極及びドレイン電極と活性層との間の接触抵抗が比較的大きく、接触抵抗分の電圧降下が生じるためにトランジスタのオン電流が低下したり、個々のＴＦＴで接触抵抗の大きさがばらつくためにトランジスタの特性にもばらつきが生じたりする等の特性劣化が発生し易く問題となっていた。
【００２６】
本発明では、主に二つの金属元素から成り組成の制御が容易な活性層材料を用い、ソース電極及びドレイン電極と活性層との間の接触抵抗を小さく抑えて特性を向上させた、キャリア移動度の高い電界効果型トランジスタを提示する。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
非特許文献３及び非特許文献４に開示されているＭｇ−Ｉｎ系酸化物は、高い電気伝導度を有しているため、ＴＦＴの材料には不適であるとされていた。
【００２８】
しかしながら、発明者等は、種々の実験等を繰り返し行った結果、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物を用いた電界効果型トランジスタが可能であることを見出した。
【００２９】
本発明は、上述した発明者等の得た新規知見に基づいてなされたもので、第１の観点からすると、ゲート電圧を印加するためのゲート電極と；電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と；前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、マグネシウム（Ｍｇ）とインジウム（Ｉｎ）を主成分とする酸化物半導体からなる活性層と；前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と；を備える電界効果型トランジスタである。
【００３０】
これによれば、高いキャリア移動度とノーマリーオフ特性とを実現することが可能となる。
【００３１】
本発明は、第２の観点からすると、駆動信号に応じて光出力が制御される光制御素子と；本発明の電界効果型トランジスタを含み、前記光制御素子を駆動する駆動回路と；を備える表示素子である。
【００３２】
これによれば、本発明の電界効果型トランジスタを備えているため、高速駆動が可能で素子間のばらつきを小さくすることが可能となる。
【００３３】
本発明は、第３の観点からすると、画像データに応じた画像を表示する画像表示装置であって、マトリックス状に配置された複数の本発明の表示素子と；前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧を個別に印加するための複数の配線と；前記画像データに応じて、前記各電界効果型トランジスタのゲート電圧を前記複数の配線を介して個別に制御する表示制御装置と；を備える画像表示装置である。
【００３４】
これによれば、本発明の表示素子を有しているため、結果として、大画面で高品質の画像を表示することが可能となる。
【００３５】
本発明は、第４の観点からすると、本発明の画像表示装置と；表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、該画像データを前記画像表示装置に出力する画像データ作成装置と；を備えるシステムである。
【００３６】
これによれば、本発明の画像表示装置を備えているため、その結果、画像情報を高精細に表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係るテレビジョン装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１における画像表示装置を説明するための図（その１）である。
【図３】図１における画像表示装置を説明するための図（その２）である。
【図４】図１における画像表示装置を説明するための図（その３）である。
【図５】表示素子を説明するための図である。
【図６】有機ＥＬ素子を説明するための図である。
【図７】電界効果型トランジスタを説明するための図である。
【図８】実施例１の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【図９】比較例３の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【図１０】比較例４の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【図１１】有機ＥＬ素子と電界効果型トランジスタの配置を説明するための図である。
【図１２】表示制御装置を説明するための図である。
【図１３】有機ＥＬ素子と電界効果型トランジスタの配置の変形例を説明するための図である。
【図１４】「ボトムコンタクト・ボトムゲート型」の電界効果型トランジスタを説明するための図である。
【図１５】「トップコンタクト・トップゲート型」の電界効果型トランジスタを説明するための図である。
【図１６】「ボトムコンタクト・トップゲート型」の電界効果型トランジスタを説明するための図である。
【図１７】電界効果型トランジスタが「トップコンタクト・トップゲート型」のときの、有機ＥＬ素子と電界効果型トランジスタの配置例１を説明するための図である。
【図１８】電界効果型トランジスタが「トップコンタクト・トップゲート型」のときの、有機ＥＬ素子と電界効果型トランジスタの配置例２を説明するための図である。
【図１９】変形例１の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【図２０】変形例２の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【図２１】変形例３の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【図２２】液晶ディスプレイを説明するための図である。
【図２３】図２２における表示素子を説明するための図である。
【図２４】比較例１の電界効果型トランジスタを説明するための図である。
【図２５】実施例２の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【図２６】比較例２の電界効果型トランジスタの特性を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１２に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係るシステムとしてのテレビジョン装置１００の概略構成が示されている。なお、図１における接続線は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。
【００３９】
このテレビジョン装置１００は、主制御装置１０１、チューナ１０３、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）１０４、復調回路１０５、ＴＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｔｒｅａｍ）デコーダ１０６、音声デコーダ１１１、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１１２、音声出力回路１１３、スピーカ１１４、映像デコーダ１２１、映像・ＯＳＤ合成回路１２２、映像出力回路１２３、画像表示装置１２４、ＯＳＤ描画回路１２５、メモリ１３１、操作装置１３２、ドライブインターフェース（ドライブＩＦ）１４１、ハードディスク装置１４２、光ディスク装置１４３、ＩＲ受光器１５１、及び通信制御装置１５２などを備えている。
【００４０】
主制御装置１０１は、テレビジョン装置１００の全体を制御し、ＣＰＵ、フラッシュＲＯＭ、及びＲＡＭなどから構成されている。フラッシュＲＯＭには、ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム、及びＣＰＵでの処理に用いられる各種データなどが格納されている。また、ＲＡＭは、作業用のメモリである。
【００４１】
チューナ１０３は、アンテナ２１０で受信された放送波の中から、予め設定されているチャンネルの放送を選局する。
【００４２】
ＡＤＣ１０４は、チューナ１０３の出力信号（アナログ情報）をデジタル情報に変換する。
【００４３】
復調回路１０５は、ＡＤＣ１０４からのデジタル情報を復調する。
【００４４】
ＴＳデコーダ１０６は、復調回路１０５の出力信号をＴＳデコードし、音声情報及び映像情報を分離する。
【００４５】
音声デコーダ１１１は、ＴＳデコーダ１０６からの音声情報をデコードする。
【００４６】
ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１１２は、音声デコーダ１１１の出力信号をアナログ信号に変換する。
【００４７】
音声出力回路１１３は、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１１２の出力信号をスピーカ１１４に出力する。
【００４８】
映像デコーダ１２１は、ＴＳデコーダ１０６からの映像情報をデコードする。
【００４９】
映像・ＯＳＤ合成回路１２２は、映像デコーダ１２１の出力信号とＯＳＤ描画回路１２５の出力信号を合成する。
【００５０】
映像出力回路１２３は、映像・ＯＳＤ合成回路１２２の出力信号を画像表示装置１２４に出力する。
【００５１】
ＯＳＤ描画回路１２５は、画像表示装置１２４の画面に文字や図形を表示するためのキャラクタ・ジェネレータを備えており、操作装置１３２やＩＲ受光器１５１からの指示に応じて表示情報が含まれる信号を生成する。
【００５２】
メモリ１３１には、ＡＶ（Ａｕｄｉｏ−Ｖｉｓｕａｌ）データ等が一時的に蓄積される。
【００５３】
操作装置１３２は、例えばコントロールパネルなどの入力媒体（図示省略）を備え、ユーザから入力された各種情報を主制御装置１０１に通知する。
【００５４】
ドライブＩＦ１４１は、双方向の通信インターフェースであり、一例としてＡＴＡＰＩ（ＡＴ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ Ｐａｃｋｅｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に準拠している。
【００５５】
ハードディスク装置１４２は、ハードディスクと、該ハードディスクを駆動するための駆動装置などから構成されている。駆動装置は、ハードディスクにデータを記録するとともに、ハードディスクに記録されているデータを再生する。
【００５６】
光ディスク装置１４３は、光ディスク（例えば、ＤＶＤ）にデータを記録するとともに、光ディスクに記録されているデータを再生する。
【００５７】
ＩＲ受光器１５１は、リモコン送信機２２０からの光信号を受信し、主制御装置１０１に通知する。
【００５８】
通信制御装置１５２は、インターネットとの通信を制御する。インターネットを介して各種情報を取得することができる。
【００５９】
画像表示装置１２４は、一例として図２に示されるように、表示器３００、及び表示制御装置４００を有している。
【００６０】
表示器３００は、一例として図３に示されるように、複数（ここでは、ｎ×ｍ個）の表示素子３０２がマトリックス状に配置されたディスプレイ３１０を有している。
【００６１】
また、ディスプレイ３１０は、一例として図４に示されるように、Ｘ軸方向に沿って等間隔に配置されているｎ本の走査線（Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・・・・、Ｘｎ−２、Ｘｎ−１）、Ｙ軸方向に沿って等間隔に配置されているｍ本のデータ線（Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・・・、Ｙｍ−１）、Ｙ軸方向に沿って等間隔に配置されているｍ本の電流供給線（Ｙ０ｉ、Ｙ１ｉ、Ｙ２ｉ、Ｙ３ｉ、・・・・・、Ｙｍ−１ｉ）を有している。
そして、走査線とデータ線とによって、表示素子を特定することができる。
【００６２】
各表示素子は、一例として図５に示されるように、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子３５０と、該有機ＥＬ素子３５０を発光させるためのドライブ回路３２０とを有している。すなわち、ディスプレイ３１０は、いわゆるアクティブマトリックス方式の有機ＥＬディスプレイである。また、ディスプレイ３１０は、カラー対応の３２インチ型のディスプレイである。なお、大きさは、これに限定されるものではない。
【００６３】
有機ＥＬ素子３５０は、一例として図６に示されるように、有機ＥＬ薄膜層３４０と、陰極３１２と、陽極３１４とを有している。
【００６４】
陰極３１２には、アルミニウム（Ａｌ）が用いられている。なお、マグネシウム（Ｍｇ）−銀（Ａｇ）合金、アルミニウム（Ａｌ）−リチウム（Ｌｉ）合金、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などを用いても良い。
【００６５】
陽極３１４には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が用いられている。なお、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどの導電性を有する酸化物、銀（Ａｇ）−ネオジウム（Ｎｄ）合金などを用いても良い。
【００６６】
有機ＥＬ薄膜層３４０は、電子輸送層３４２と発光層３４４と正孔輸送層３４６とを有している。そして、電子輸送層３４２に陰極３１２が接続され、正孔輸送層３４６に陽極３１４が接続されている。陽極３１４と陰極３１２との間に所定の電圧を印加すると発光層３４４が発光する。
【００６７】
図５に戻り、ドライブ回路３２０は、２つの電界効果型トランジスタ（１０、２０）、及びコンデンサ３０を有している。
【００６８】
電界効果型トランジスタ１０は、スイッチ素子として動作する。ゲート電極Ｇは、所定の走査線に接続され、ソース電極Ｓは、所定のデータ線に接続されている。また、ドレイン電極Ｄは、コンデンサ３０の一方の端子に接続されている。
【００６９】
コンデンサ３０は、電界効果型トランジスタ１０の状態、すなわちデータを記憶しておくためのものである。コンデンサ３０の他方の端子は、所定の電流供給線に接続されている。
【００７０】
電界効果型トランジスタ２０は、有機ＥＬ素子３５０に大きな電流を供給するためのものである。ゲート電極Ｇは、電界効果型トランジスタ１０のドレイン電極Ｄと接続されている。そして、ドレイン電極Ｄは、有機ＥＬ素子３５０の陽極３１４に接続され、ソース電極Ｓは、所定の電流供給線に接続されている。
【００７１】
そこで、電界効果型トランジスタ１０が「オン」状態になると、電界効果型トランジスタ２０によって、有機ＥＬ素子３５０は駆動される。
【００７２】
各電界効果型トランジスタは、一例として図７に示されるように、基板２１、活性層２２、ソース電極２３、ドレイン電極２４、ゲート絶縁層２５、及びゲート電極２６を有している。
【００７３】
ここでは、各電界効果型トランジスタは、いわゆる「トップコンタクト・ボトムゲート型」である。
【００７４】
各電界効果型トランジスタの作製方法について簡単に説明する。
（１）ガラス製の基板２１上に、１００ｎｍの厚さになるようにアルミニウム（Ａｌ）を蒸着する。そして、フォトリソグラフィを行ってライン状にパターニングし、ゲート電極２６を形成する。
（２）プラズマＣＶＤにより、２００ｎｍの厚さになるようにＳｉＯ２を成膜し、ゲート絶縁膜２５を形成する。
（３）ゲート絶縁膜２５上へのレジストの塗布、露光、現像を行い、活性層２２に対応した形状にパターニングされたレジスト層を形成する。
（４）高周波スパッタ法により、活性層２２となるＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜を形成する。
【００７５】
ここでは、ターゲットとして、Ｉｎ２ＭｇＯ４の組成を有する多結晶焼結体（サイズ：直径４インチ）を用いた。スパッタチャンバー内の到達真空度は２×１０−５Ｐａとした。スパッタ時に流すアルゴンガスと酸素ガスの流量を調整し、全圧を０．３Ｐａ、酸素分圧を１．７×１０−３Ｐａとした。スパッタ中は、基板２１を保持するホルダを水冷により冷却することで、基板２１の温度を１５度〜３５度の範囲内に制御した。スパッタパワーを１５０Ｗ、スパッタ時間を３０分とし、厚さ１００ｎｍのＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜を形成した。
（５）レジストの除去によってリフトオフを行い、活性層２２を所望の形状とする。
（６）フォトリソグラフィとリフトオフ法により、厚さ１００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）からなるソース電極とドレイン電極を形成する。ここでは、チャネル長は５０μｍ、チャネル幅は２ｍｍとした。
【００７６】
ところで、上記と同じ条件でガラス基板上に成膜したＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率を測定したところ、１０Ωｃｍであった。また、平行光学系を有するＸ線回折装置を用いて、上記Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜を銅（Ｃｕ）のＫα線でスキャン（入射角＝１度、２θ＝１０度〜７０度）したところ、結晶性を示すシャープなピークは観測されず、非晶質状態であることが確認された。
【００７７】
上述した作製方法で作製された電界効果型トランジスタは、電子をキャリアとする典型的なｎ型トランジスタであった。この電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン間電圧ＶＤＳを２０Ｖとした場合の、ゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン間電流ＩＤＳとの関係が図８に示されている。これによると、ゲート電圧ＶＧを１Ｖとしたときに、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳは最小値４ｐＡとなっている。そして、ゲート電圧ＶＧが０Ｖのときには、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳは上記最小値に近い値であった。すなわち、良好なノーマリーオフ特性を示している。
【００７８】
また、ゲート電圧ＶＧを２０Ｖとしたときに、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳは９０μＡとなっている。そして、飽和領域において算出した電界効果移動度は、２．１ｃｍ２／Ｖｓであった。
【００７９】
すなわち、本実施形態における電界効果型トランジスタは、高いキャリア移動度とノーマリーオフ特性とを実現している。
【００８０】
比較例１として、図２４に示されるような、非晶質シリコンを活性層とする電界効果型トランジスタを下記の方法で作製した。
（１）ガラス製の基板５００上に、２００ｎｍの厚さになるようにモリブデン（Ｍｏ）をスパッタする。そして、フォトリソグラフィによってライン状にパターニングし、ゲート電極５０１を形成する。
（２）プラズマＣＶＤにより、ゲート絶縁膜５０２となるＳｉＮｘ、活性層５０３となる非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、及びリンのドープされた非晶質シリコン５０４（ｎ＋−ａ−Ｓｉ：Ｈ）の３層を続けて成膜する。膜厚はそれぞれ、３００ｎｍ、２００ｎｍ、５０ｎｍである。活性層５０３の成膜時は、基板温度を２５０℃とし、ＳｉＨ４流量３５ｓｃｃｍ、H２流量３５ｓｃｃｍ、圧力０．１Ｔｏｒｒ、パワー密度１００ｍＷ／ｃｍ２とした。ｎ＋−ａ−Ｓｉ：Ｈは、活性層５０３とソース・ドレイン電極５０５及び５０６との間のコンタクトを良くするために設けている。続いて、フォトリソグラフィにより、ＴＦＴをアイランド化する。
（３）厚さ１００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）層を形成し、フォトリソグラフィによりソース電極５０５及びドレイン電極５０６の形状にこれをパターニングする。
（４）ソース・ドレイン電極５０５及び５０６をマスクとして、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によりバックチャネルをエッチングする。これによりソース電極とドレイン電極の間（チャネル部）のｎ＋−ａ−Ｓｉ：Ｈを除去し、図２４の電界効果型トランジスタを得る。チャネル長は５０μm、チャネル幅は０．２ｍｍとした。
【００８１】
上述した電界効果型トランジスタは典型的なｎ型トランジスタの特性を示した。ソース・ドレイン間電圧ＶＤＳを１０Ｖとした時、ゲート電圧ＶＧ＝０Ｖではトランジスタはオフ状態にあり、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳは約１０ｐＡであった。また、ＶＧ＝２０Ｖとした時のＩＤＳは３μＡであり、飽和領域において算出した電界効果移動度は０．３ｃｍ２／Ｖｓとなった。
【００８２】
以上の実施例１と比較例１より、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜を活性層とする電界効果型トランジスタにおいて、ａ−Ｓｉを活性層とする典型的なトランジスタよりも高いキャリア移動度が達成できることが示された。
【００８３】
本発明の第二の実施形態として、図１４に示すようなボトムゲート・ボトムコンタクト型のトランジスタを以下の手順で作製した。
（１）ガラス製の基板２１上に、１００ｎｍの厚さになるようにアルミニウム（Ａｌ）を蒸着する。そして、フォトリソグラフィによりライン状にパターニングし、ゲート電極２６を形成する。
（２）プラズマＣＶＤにより、２００ｎｍの厚さになるようにＳｉＯ２を成膜し、ゲート絶縁膜２５を形成する。
（３）ＤＣスパッタ法により、ソース電極２３、ドレイン電極２４となるＩＴＯ膜を形成する。フォトリソグラフィにより、所望の電極形状にパターニングする。
（４）レジストの塗布、露光、現像を行い、活性層２２に対応した形状にパターニングされたレジスト層を形成する。
（５）高周波スパッタ法により、活性層２２となるＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜を形成する。成膜条件は実施例１と同様とする。
（６）レジストの除去によってリフトオフを行い、活性層２２を所望の形状とする。
なお、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜の成膜条件は実施例１と同じであるため、実施例２の膜も非晶質状態であり約１０Ωｃｍの体積抵抗率を持つ。
【００８４】
以上の工程により、チャネル長５μｍ、チャネル幅１．５ｍｍの電界効果型トランジスタを得た。また、同工程を繰り返し行い、４つのサンプルを作製した。
【００８５】
これら４つの電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン電圧ＶＤＳを２０Ｖとした時のゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン電流ＩＤＳとの関係を図２５に示す。１つの実線及び３つの異なるパターンの点線でそれぞれ示す４つのトランジスタの特性は良く一致しており、再現性良く良好な特性のトランジスタが実現できている。飽和領域において算出した電界効果移動度は０．８〜１．１ｃｍ２／Ｖｓであった。
【００８６】
また、ソース電極と活性層及びドレイン電極と活性層との間の接触抵抗を測定したところ、約２kΩであった。
【００８７】
比較例２として、活性層を形成する材料を非晶質Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とした他は実施例２と同様に電界効果型トランジスタを作製した。
【００８８】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物膜はＤＣスパッタ法で成膜した。ターゲットには、ＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する多結晶焼結体（サイズ：直径４インチ）を用いた。スパッタチャンバー内の到達真空度は２×１０−５Ｐａとした。スパッタ時に流すアルゴンガスと酸素ガスの流量を調整し、全圧を０．７Ｐａ、酸素分圧を１．１６×１０−２Ｐａとした。スパッタ中は、基板２１を保持するホルダを水冷により冷却することで、基板２１の温度を１５度〜３５度の範囲内に制御した。スパッタパワーを１４０Ｗ、スパッタ時間を３０分とし、厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物膜を形成した。
【００８９】
実施例２と同様の工程により、チャネル長５μｍ、チャネル幅１．５ｍｍの電界効果型トランジスタを得た。また、同工程を繰り返し行い、４つのサンプルを作製した。
【００９０】
これら４つの電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン電圧ＶＤＳを２０Ｖとした時のゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン電流ＩＤＳとの関係を図２６に示す。１つの実線及び３つの異なるパターンの点線でそれぞれ示す４つのトランジスタの特性は、明らかにばらついており、例えばトランジスタがオン状態の時の電流値にはサンプル間で大きな差が見られる。飽和領域において算出した電界効果移動度も０．８ｃｍ２／Ｖｓから３．０ｃｍ２／Ｖｓの間でばらついていた。
【００９１】
ソース電極と活性層及びドレイン電極と活性層との間の接触抵抗は５０kΩ前後であった。一方で、トランジスタがオン状態（例えばＶＧ=２０Ｖ）の時のチャネルの抵抗を調べると、約５ｋΩと見積もられる。このサンプルでは、チャネル抵抗よりも接触抵抗の方が大きいために接触抵抗の影響が無視できず、特性が不安定になっている。接触抵抗の大きさはサンプルによってばらつく傾向があり、これがトランジスタ特性のばらつきの原因となっている。
【００９２】
実施例２と比較例２より、活性層にＭｇ−Ｉｎ系酸化物を用いることで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物よりも接触抵抗を１桁以上小さくでき、特性の均一なトランジスタが得られることがわかる。
【００９３】
比較例３として、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜をスパッタする際の酸素分圧を、上述した作製方法での酸素分圧よりも小さい１．３×１０−３Ｐａとした以外は実施例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。比較例３の電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン間電圧ＶＤＳを２０Ｖとした場合の、ゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン間電流ＩＤＳとの関係が図９に示されている。これによると、ゲート電圧ＶＧを−４０Ｖから２０Ｖまで変化させてもソース・ドレイン間電流ＩＤＳの変化は非常に小さく、このゲート電圧ＶＧの電圧範囲内では「オフ」状態が実現できなかった。なお、この条件で形成されたＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率は４×１０−３Ωｃｍであった。
【００９４】
種々の実験から、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜をスパッタする際の酸素分圧を下げるほど、得られるＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率は下がり、作製された電界効果型トランジスタの閾値電圧はマイナス方向にシフトすることが判明した。そして、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率とノーマリーオフ特性との関連性について検討した結果、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率が１０−２Ωｃｍ未満の場合には、ノーマリーオフ特性が実現できないことが判明した。
【００９５】
比較例４として、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜をスパッタする際の酸素分圧を、上述した作製方法での酸素分圧よりも大きい５．０×１０−３Ｐａとした以外は実施例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。比較例４の電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン間電圧ＶＤＳを２０Ｖとした場合の、ゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン間電流ＩＤＳとの関係が図１０に示されている。これによると、ゲート電圧ＶＧを５Ｖとしたときに、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳが最小値０．５ｐＡとなり、ゲート電圧ＶＧを２０Ｖとしたときに、ＩＤＳ＝０．１４ｎＡとなっている。そして、飽和領域において算出した電界効果移動度は７×１０−６ｃｍ２／Ｖｓであり、電界効果型トランジスタとして必要とされる値よりも小さかった。なお、この条件で形成されたＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率は２×１０９Ωｃｍであった。
【００９６】
種々の実験から、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜をスパッタする際の酸素分圧を上げるほど、得られるＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率は上がり、作製された電界効果型トランジスタの「オン」電流の値と電界効果移動度が減少する傾向にあることが判明した。そして、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率と電界効果移動度との関連性について検討した結果、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率が１０９Ωｃｍを超えると、電界効果移動度は１×１０−５ｃｍ２／Ｖｓを下回り、実用に適さないほどトランジスタ特性が悪化することが判明した。
【００９７】
実施例１、２、比較例３、４、変形例１〜３について、活性層であるＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率とトランジスタ特性をまとめたものを表１に示す。
【００９８】
【表１】
ノーマリーオフの特性と高いキャリア移動度を実現する為には、活性層とするＭｇ−Ｉ
ｎ系酸化物膜の体積抵抗率を１０−２Ωｃｍ以上１０９Ωｃｍ以下とすることが好ましい。
【００９９】
抵抗率は主にキャリア密度と移動度に依存するため、これらを意図的に変えることによって抵抗率を制御することができる。Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜の抵抗率の制御方法としては、膜中の酸素量（酸素欠陥の密度）を調整することによってキャリア密度を変える方法が有効である。上述のように、スパッタ成膜時の酸素分圧を変えると形成される膜の抵抗率が変化する。スパッタ以外の方法で膜を形成する場合においても、プロセス中の雰囲気を制御することで目的の抵抗率を持つ膜が形成できる。また、膜を形成した後のアニールによっても抵抗率は変化するため、アニール温度や雰囲気を最適化する方法も有効である。或いは、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜を構成する各元素の一部を他の元素で置換することによっても抵抗率を変えることが出来る。
【０１００】
図１１には、表示素子３０２における有機ＥＬ素子３５０と実施例１に記載の電界効果型トランジスタ２０との位置関係が示されている。ここでは、電界効果型トランジスタ２０の横に有機ＥＬ素子３５０が配置されている。なお、電界効果型トランジスタ１０及びコンデンサ３０も同一基板上に形成されている。
【０１０１】
表示素子３０２は、従来と同様の装置を用いて、従来と同様の工程（製造プロセス）によって製造することができる。
【０１０２】
表示制御装置４００は、一例として図１２に示されるように、画像データ処理回路４０２、走査線駆動回路４０４、及びデータ線駆動回路４０６を有している。
【０１０３】
画像データ処理回路４０２は、映像出力回路１２３の出力信号に基づいて、ディスプレイ３１０における複数の表示素子３０２の輝度を判断する。
【０１０４】
走査線駆動回路４０４は、画像データ処理回路４０２の指示に応じてｎ本の走査線に個別に電圧を印加する。
【０１０５】
データ線駆動回路４０６は、画像データ処理回路４０２の指示に応じてｍ本のデータ線に個別に電圧を印加する。
【０１０６】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るテレビジョン装置１００では、映像デコーダ１２１と映像・ＯＳＤ合成回路１２２と映像出力回路１２３とＯＳＤ描画回路１２５とによって画像データ作成装置が構成されている。
【０１０７】
以上説明したように、本実施形態に係る電界効果型トランジスタによると、ゲート電圧を印加するためのゲート電極２６と、電流を取り出すためのソース電極２３及びドレイン電極２４と、ソース電極２３及びドレイン電極２４に隣接して設けられ、マグネシウム（Ｍｇ）とインジウム（Ｉｎ）を主成分とする酸化物半導体からなる活性層２２と、ゲート電極２６と活性層２２との間に設けられたゲート絶縁層２５とを備えている。
【０１０８】
そして、活性層２２を形成する際に流す酸素ガスの流量は、酸素分圧が１．７×１０−３Ｐａとなるように調整されており、活性層２２を構成する酸化物半導体は、体積抵抗率が１０Ωｃｍで、酸素が非化学量論組成であるＭｇＩｎ２Ｏ４系酸化物半導体である。
【０１０９】
この場合、高いキャリア移動度とノーマリーオフ特性とを両立させることが可能である。
【０１１０】
また、本実施形態に係る表示素子３０２によると、電界効果型トランジスタ１０及び電界効果型トランジスタ２０を備えているため、高速駆動が可能で素子間のばらつきを小さくすることが可能である。
【０１１１】
また、本実施形態に係る画像表示装置１２４によると、表示素子３０２を有しているため、結果として、大画面で高品質の画像を表示することが可能である。
【０１１２】
また、本実施形態に係るテレビジョン装置１００によると、画像表示装置１２４を備えているため、その結果、画像情報を高精細に表示することが可能である。
【０１１３】
なお、上記実施形態では、有機ＥＬ薄膜層が、電子輸送層と発光層と正孔輸送層とからなる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、電子輸送層と発光層が１つの層であっても良い。また、電子輸送層と陰極との間に電子注入層が設けられても良い。さらに、正孔輸送層と陽極との間に正孔注入層が設けられても良い。
【０１１４】
また、上記実施形態では、基板側から発光を取り出すいわゆる「ボトムエミッション」の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、陽極３１４に銀（Ａｇ）−ネオジウム（Ｎｄ）合金などの高反射率電極、陰極３１２にマグネシウム（Ｍｇ）−銀（Ａｇ）合金などの半透明電極或いはＩＴＯ等の透明電極を用いて基板と反対側から光を取り出しても良い。
【０１１５】
また、上記実施形態では、表示素子３０２において、電界効果型トランジスタ２０の横に有機ＥＬ素子３５０が配置される場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１３に示されるように、電界効果型トランジスタ２０の上に有機ＥＬ素子３５０が配置されても良い。この場合には、ゲート電極２６に透明性が要求されるので、ゲート電極２６には、ＩＴＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、Ｇａが添加されたＺｎＯ、Ａｌが添加されたＺｎＯ、Ｓｂが添加されたＳｎＯ２などの導電性を有する透明な酸化物が用いられる。
【０１１６】
また、上記実施形態では、電界効果型トランジスタがいわゆる「トップコンタクト・ボトムゲート型」の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１４に示されるように、いわゆる「ボトムコンタクト・ボトムゲート型」であっても良い。また、図１５に示されるように、いわゆる「トップコンタクト・トップゲート型」であっても良い。さらに、図１６に示されるように、いわゆる「ボトムコンタクト・トップゲート型」であっても良い。
【０１１７】
そして、電界効果型トランジスタが「トップコンタクト・トップゲート型」のときの電界効果型トランジスタ２０と有機ＥＬ素子３５０の配置例が、図１７及び図１８に示されている。なお、図１７及び図１８における符号３６０は絶縁層である。
【０１１８】
また、上記実施形態では、基板２１がガラス製の平板である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、セラミックス製やプラスチック製の平板、あるいはプラスチック製のフィルムを用いることができる。
【０１１９】
また、上記実施形態では、各電極の材料がアルミニウム（Ａｌ）の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、各電極に、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、インジウム（Ｉｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）などの単体の金属膜、これらの金属膜を複数積層した金属積層膜、前記金属を含む合金膜、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどの導電性酸化物膜、すず（Ｓｎ）が添加されたＩｎ２Ｏ３（ＩＴＯ）、ガリウム（Ｇａ）が添加されたＺｎＯ、アルミニウム（Ａｌ）が添加されたＺｎＯ、アンチモン（Ｓｂ）が添加されたＳｎＯ２などの導電性酸化物膜、上記材料が微粒子として分散されている膜を用いることができる。
【０１２０】
また、上記実施形態では、ゲート絶縁層２５にＳｉＯ２が用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ゲート絶縁層２５の材料として、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ３、ＺｒＯ２などの絶縁性を有する酸化物や、有機絶縁材料、及びＳｉＮｘを用いることができる。
【０１２１】
また、上記実施形態では、活性層２２を構成する酸化物半導体が非晶質の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、スピネル構造（いわゆる逆スピネル構造を含む）あるいはオリビン構造を有していても良い。また、活性層２２を構成する酸化物半導体は、結晶質と非晶質とが混在しても良い。さらに、活性層２２を構成する酸化物半導体は、スピネル構造を有する相とオリビン構造を有する相とが混在しても良い。
【０１２２】
変形例１として、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜をスパッタする際の酸素分圧を２．７×１０−３Ｐａとし、基板２１の温度を３００℃に保った以外は実施例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。変形例１の条件でガラス基板上に形成されたＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜に対して上記実施形態と同様にしてＸ線回折測定を行ったところ、複数のピークが観測された。具体的には、２θが約３３度のところに最も強いピークがあり、これはスピネル構造を有するＭｇＩｎ２Ｏ４の（３１１）ピークに相当するものである。これにより、基板２１を加熱しながら成膜したことによって、結晶性のＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜が得られたことが確認できた。
【０１２３】
変形例１の電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン間電圧ＶＤＳを２０Ｖとした場合の、ゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン間電流ＩＤＳとの関係が図１９に示されている。これによると、ゲート電圧ＶＧを５Ｖとしたときに、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳが最小値１．９ｐＡとなり、ゲート電圧ＶＧを２０Ｖとしたときに、ＩＤＳ＝６３μＡとなっている。そして、飽和領域において算出した電界効果移動度は２．６ｃｍ２／Ｖｓであった。すなわち、上記実施形態の電界効果型トランジスタと同様に、高いキャリア移動度とノーマリーオフ特性とを実現している。なお、変形例１の条件で形成されたＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率は４０Ωｃｍであった。
【０１２４】
この場合、スピネル構造は立方晶で、ＢＯ６八面体が稜共有した１次元鎖（ルチル鎖）が三次元的に様々な方向に走っており、ＡＯ４四面体がルチル鎖同士をつなぐ役割をしている。そこで、キャリアの輸送特性は、薄膜の配向性に依存しない。すなわち、電子の移動方向は等方的である。従って、ＺｎＯ系酸化物半導体のように、結晶構造の異方性に起因する不都合はない。また、伝導帯の底部はインジウムの５ｓ軌道から構成されるので、電子キャリアの輸送特性に対する結晶粒界の影響は非常に小さい。
【０１２５】
また、上記実施形態において、活性層２２を構成する酸化物半導体は、インジウム（Ｉｎ）の一部がアルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）の少なくともいずれかに置換されても良い。この場合、置換元素の種類及び置換量によって、バンドギャップ、伝導帯の底部のエネルギ−、酸素原子の格子エネルギ−を制御することができる。例えば、置換量を増大させると、紫外の透明領域を拡大することができる。また、置換量を増大させると、伝導帯のエネルギ−レベルが高くなり、電子キャリアが生成しにくくなる。
【０１２６】
変形例２として、活性層２２にインジウム（Ｉｎ）の一部をガリウム（Ｇａ）で置換したＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜を用い、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜をスパッタする際の酸素分圧を１．８×１０−３Ｐａとした以外は実施例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。
【０１２７】
この場合には、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜は、２つのターゲット（ターゲット１、ターゲット２）を用いた同時スパッタ法により形成した。ターゲット１はＩｎ２ＭｇＯ４の組成を有する多結晶焼結体（サイズ：直径４インチ）であり、ターゲット２はＧａ２ＭｇＯ４の組成を有する多結晶焼結体（サイズ：直径４インチ）である。スパッタパワーを、Ｉｎ２ＭｇＯ４に対しては４０Ｗ、Ｇａ２ＭｇＯ４に対しては６０Ｗとし、厚さ１００ｎｍのＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜を形成した。
【０１２８】
変形例２の電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン間電圧ＶＤＳを２０Ｖとした場合の、ゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン間電流ＩＤＳとの関係が図２０に示されている。これによると、ゲート電圧ＶＧを１１Ｖとしたときに、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳが最小値０．９ｐＡとなり、ゲート電圧ＶＧを２０Ｖとしたときに、ＩＤＳ＝９．１μＡとなっている。そして、飽和領域において算出した電界効果移動度は１．３ｃｍ２／Ｖｓであった。すなわち、上記実施形態の電界効果型トランジスタと同様に、高いキャリア移動度とノーマリーオフ特性とを実現している。なお、変形例２の条件で形成されたＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率は１１００Ωｃｍであった。
【０１２９】
また、上記実施形態において、活性層２２を構成する酸化物半導体は、マグネシウム（Ｍｇ）の一部がカルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）及びバリウム（Ｂａ）の少なくともいずれかに置換されても良い。
【０１３０】
変形例３として、活性層２２にマグネシウム（Ｍｇ）の一部をストロンチウム（Ｓｒ）で置換したＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜を用いる以外は実施例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。
【０１３１】
この場合には、Ｍｇ−Ｉｎ系酸化物膜は、２つのターゲット（ターゲット１、ターゲット２）を用いた同時スパッタ法により形成した。ターゲット１はＩｎ２ＭｇＯ４の組成を有する多結晶焼結体（サイズ：直径４インチ）であり、ターゲット２はＩｎ２ＳｒＯ４の組成を有する多結晶焼結体（サイズ：直径４インチ）である。スパッタパワーを、Ｉｎ２ＭｇＯ４に対しては２００Ｗ、Ｉｎ２ＳｒＯ４に対しては３０Ｗとし、厚さ１００ｎｍのＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜を形成した。
【０１３２】
図２１には、変形例３の電界効果型トランジスタにおいて、ソース・ドレイン間電圧ＶＤＳが２０Ｖのときの、ゲート電圧ＶＧとソース・ドレイン間電流ＩＤＳとの関係が示されている。ゲート電圧ＶＧを２Ｖとした時に、ソース・ドレイン間電流ＩＤＳが最小値２ｐＡとなり、ＶＧ＝２０Ｖとした時に、ＩＤＳ＝９９μＡとなった。そして、飽和領域において算出した電界効果移動度は２．６ｃｍ２／Ｖｓであった。すなわち、上記実施形態の電界効果型トランジスタ（１０、２０）と同様に、高いキャリア移動度とノーマリーオフ特性とを実現している。なお、変形例３の条件で形成されたＭｇ−Ｉｎ系酸化物膜の体積抵抗率は９Ωｃｍであった。
【０１３３】
また逆スピネル構造で観測されるように、４面体サイトを３価カチオン（ＹIII）が、８面体サイトを２価カチオン（ＸII）が占有することが可能であり、２価カチオン（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）と３価カチオン（Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ）の組成比には幅を持たせることができる。可能なカチオン比ＸII／ＹIIIは０．２〜１程度で、必要なＴＦＴ特性、バンドギャップ（紫外光領域の透明性）、酸素空孔の安定性、プロセスマージンなどを考慮して、適切にカチオン種と組成比を選択することができる。
【０１３４】
また、上記実施形態において、活性層２２を構成する酸化物半導体は、酸素の一部が窒素及びフッ素の少なくともいずれかに置換されても良い。この場合、酸化物半導体における酸素量をさらに精度良く制御することが可能となる。
【０１３５】
また、上記実施形態では、光制御素子が有機ＥＬ素子の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、光制御素子が液晶素子であっても良い。この場合は、上記ディスプレイ３１０は、液晶ディスプレイとなる。そして、一例として図２２に示されるように、表示素子３０２´に対する電流供給線は不要である。
【０１３６】
この場合は、また、一例として図２３に示されるように、ドライブ回路３２０´は、前述した電界効果型トランジスタ（１０、２０）と同様な１つの電界効果型トランジスタ４０のみで構成することができる。電界効果型トランジスタ４０では、ゲート電極Ｇが所定の走査線に接続され、ソース電極Ｓが所定のデータ線に接続されている。また、ドレイン電極Ｄが液晶素子３７０の画素電極に接続されている。なお、図２３における符号３７２は、液晶素子３７０の対向電極（コモン電極）である。
【０１３７】
また、光制御素子が無機ＥＬ素子であっても良い。
【０１３８】
また、上記実施形態では、ディスプレイがカラー対応の場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【０１３９】
また、上記実施形態では、システムがテレビジョン装置の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに画像や情報を表示する装置として上記画像表示装置１２４を備えていれば良い。例えば、コンピュータ（パソコンを含む）と画像表示装置１２４とが接続されたコンピュータシステムであっても良い。
【０１４０】
また、携帯電話、携帯型音楽再生装置、携帯型動画再生装置、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯情報機器、スチルカメラやビデオカメラなどの撮像機器における表示手段に画像表示装置１２４を用いることができる。また、車、航空機、電車、船舶等の移動体システムにおける各種情報の表示手段に画像表示装置１２４を用いることができる。さらに、計測装置、分析装置、医療機器における各種情報の表示手段に画像表示装置１２４を用いることができる。
【０１４１】
なお、本実施形態に係る電界効果型トランジスタは、表示素子以外のもの（例えば、ＩＣカード、ＩＤタグ）にも用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
以上説明したように、本発明の電界効果型トランジスタによれば、高いキャリア移動度とノーマリーオフ特性とを実現させるのに適している。また、本発明の表示素子によれば、高速駆動が可能で素子間のばらつきを小さくするのに適している。また、本発明の画像表示装置によれば、大画面で高品質の画像を表示するのに適している。また、本発明のシステムによれば、画像情報を高精細に表示するのに適している。
【符号の説明】
【０１４３】
１０…電界効果型トランジスタ、２０…電界効果型トランジスタ、４０…電界効果型トランジスタ、１００…テレビジョン装置（システム）、１２１…映像デコーダ（画像データ作成装置の一部）、１２２…映像・ＯＳＤ合成回路（画像データ作成装置の一部）、１２３…映像出力回路（画像データ作成装置の一部）、１２４…画像表示装置、１２５…ＯＳＤ描画回路（画像データ作成装置の一部）、３０２…表示素子、３０２´…表示素子、３５０…有機ＥＬ素子（光制御素子）、３７０…液晶素子（光制御素子）、４００…表示制御装置、Ｘ０〜Ｘｎ−１…走査線（配線の一部）、Ｙ０〜Ｙｍ−１…データ線（配線の一部）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４４】
【特許文献１】特開２００２−７６３５６号公報
【特許文献２】米国特許第７０６７８４３号明細書
【特許文献３】特表２００７−５２９１１９号公報
【特許文献４】米国特許第７２９７９７７号明細書
【特許文献５】特開２００４−１０３９５７号公報
【非特許文献】
【０１４５】
【非特許文献１】Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，他５名、「Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｉｎ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ」、ＳＣＩＥＮＣＥ、ＶＯＬ３００、２３、ＭＡＹ、２００３、ｐ．１２６９−１２７２
【非特許文献２】Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，他５名、「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、ＮＡＴＵＲＥ、ＶＯＬ４３２、２５、ＮＯＶＥＭＢＥＲ、２００４、ｐ．４８８−４９２
【非特許文献３】引馬尚子，他４名、「新透明電子伝導性酸化物．２．ＭｇＩｎ２Ｏ４−ｘ焼結体の化学的状態と光学的・電気的性質」、第３９回応用物理学関係連合講演会（１９９２年春季）、講演予稿集、Ｎｏ．３、３０ｐ−Ｃ−２、ｐ．８５１
【非特許文献４】Ｎ．Ｕｅｄａ，他６名、「Ｎｅｗ ｏｘｉｄｅ ｐｈａｓｅ ｗｉｔｈ ｗｉｄｅ ｂａｎｄ ｇａｐ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｅｌｅｃｔｒｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ＭｇＩｎ２Ｏ４」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６１（１６）、１９、Ｏｃｔｏｂｅｒ、１９９２、ｐ．１９５４−１９５５
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電圧を印加するためのゲート電極と；
電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と；
前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、マグネシウム（Ｍｇ）とインジウム（Ｉｎ）を主成分とする酸化物半導体からなる活性層と；
前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と；を備える電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
前記酸化物半導体は、体積抵抗率が１０−２Ωｃｍ以上、１０９Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
前記酸化物半導体は、前記インジウムの一部がアルミニウム及びガリウムの少なくともいずれかに置換されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
前記酸化物半導体は、前記マグネシウムの一部がカルシウム、ストロンチウム及びバリウムの少なくともいずれかに置換されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記酸化物半導体は、少なくとも一部がスピネル構造あるいはオリビン構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
前記酸化物半導体は、少なくとも一部が非晶質であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
前記酸化物半導体は、酸素の一部が窒素及びフッ素の少なくともいずれかに置換されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項８】
駆動信号に応じて光出力が制御される光制御素子と；
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタを含み、前記光制御素子を駆動する駆動回路と；を備える表示素子。
【請求項９】
前記光制御素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子を含むことを特徴とする請求項８に記載の表示素子。
【請求項１０】
前記光制御素子は、液晶素子を含むことを特徴とする請求項８に記載の表示素子。
【請求項１１】
画像データに応じた画像を表示する画像表示装置であって、
マトリックス状に配置された複数の請求項８〜１０のいずれか一項に記載の表示素子と；
前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧を個別に印加するための複数の配線と；
前記画像データに応じて、前記各電界効果型トランジスタのゲート電圧を前記複数の配線を介して個別に制御する表示制御装置と；
を備える画像表示装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の画像表示装置と；
表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、該画像データを前記画像表示装置に出力する画像データ作成装置と；を備えるシステム。
【請求項１】
ゲート電圧を印加するためのゲート電極と；
電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と；
前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、マグネシウム（Ｍｇ）とインジウム（Ｉｎ）を主成分とする酸化物半導体からなる活性層と；
前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と；を備える電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
前記酸化物半導体は、体積抵抗率が１０−２Ωｃｍ以上、１０９Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
前記酸化物半導体は、前記インジウムの一部がアルミニウム及びガリウムの少なくともいずれかに置換されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
前記酸化物半導体は、前記マグネシウムの一部がカルシウム、ストロンチウム及びバリウムの少なくともいずれかに置換されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記酸化物半導体は、少なくとも一部がスピネル構造あるいはオリビン構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
前記酸化物半導体は、少なくとも一部が非晶質であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
前記酸化物半導体は、酸素の一部が窒素及びフッ素の少なくともいずれかに置換されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項８】
駆動信号に応じて光出力が制御される光制御素子と；
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタを含み、前記光制御素子を駆動する駆動回路と；を備える表示素子。
【請求項９】
前記光制御素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子を含むことを特徴とする請求項８に記載の表示素子。
【請求項１０】
前記光制御素子は、液晶素子を含むことを特徴とする請求項８に記載の表示素子。
【請求項１１】
画像データに応じた画像を表示する画像表示装置であって、
マトリックス状に配置された複数の請求項８〜１０のいずれか一項に記載の表示素子と；
前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧を個別に印加するための複数の配線と；
前記画像データに応じて、前記各電界効果型トランジスタのゲート電圧を前記複数の配線を介して個別に制御する表示制御装置と；
を備える画像表示装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の画像表示装置と；
表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、該画像データを前記画像表示装置に出力する画像データ作成装置と；を備えるシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図１１】
【図１３】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図１１】
【図１３】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−７４１４８（Ｐ２０１０−７４１４８Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８０６００（Ｐ２００９−１８０６００）
【出願日】平成２１年８月３日（２００９．８．３）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月３日（２００９．８．３）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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