[发明专利]氧化物半导体、薄膜晶体管以及显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化物半导体，其中使用了该氧化物半导体的薄膜晶体管，以及其中使用了该薄膜晶体管的显示装置。

背景技术

氢化的非晶(amorphous)硅(a-Si:H)主要被用作用于薄膜晶体管的材料。氢化的非晶硅可以在300℃或更低的低温被淀积为薄膜。但是，a-Si:H具有的缺点在于，它仅仅有约1cm²/V·sec的迁移率(在薄膜晶体管的情况下为场效应迁移率)。

公开了一种透明的薄膜场效应晶体管，其中同系化合物(homologous compound)InMO₃(ZnO)m(M是In、Fe、Ga或Al，以及m是大于或等于1且小于50的整数)的薄膜，其作为可以形成为如同a-Si:H一样的薄膜的氧化物半导体，被用作有源层(参见专利文献1)。

此外，公开了一种薄膜晶体管，其中电子载流子浓度小于10¹⁸/cm³的非晶氧化物被用于沟道层，且其是包含In、Ga和Zn的氧化物，这里In原子与Ga和Zn原子的比率是1∶1∶m(m＜6)(参见专利文献2)。

[专利文献1]

日本公布的专利申请No.2004-103957

[专利文献2]

PCT国际公开No.05/088726

发明内容

但是，利用其中使用氧化物半导体的常规薄膜晶体管仅仅获得约10³的通断比(on-off ratio)。换句话说，即使薄膜晶体管具有预定的导通电流(on current)，只要关断电流(off current)是大的，它就不能是常断型(normally-off type)。因此，薄膜晶体管不具有用作显示面板的驱动元件的优点。这是因为甚至用其中使用非晶硅的常规薄膜晶体管也可以容易地实现约10³的通断比。

本发明的目的是控制氧化物半导体的组分或缺陷。本发明的另一目的是增加薄膜晶体管的场效应迁移率以及获得足够通断比并抑制关断电流。

根据被给出作为例子的实施例，一种氧化物半导体包含作为成分的In、Ga和Zn，且还包含氢。该氧化物半导体可以包含诸如氟或氯的卤素，以便该氧化物半导体具有与氢的等效的效果。该氧化物半导体包含作为成分的In、Ga和Zn，以及Zn的浓度优选低于In的浓度和Ga的浓度。此外，该氧化物半导体优选具有非晶结构。

根据被给出作为例子的实施例，一种氧化物半导体由InMO₃(ZnO)_n表示(M是选自Ga、Fe、Ni、Mn、Co和Al的一种或多种元素，以及n是大于或等于1且小于50的非整数)，且还包含氢。在该情况下，Zn的浓度优选低于In的浓度和M的浓度(M是选自Ga、Fe、Ni、Mn、Co和Al的一种或多种元素)。此外，该氧化物半导体优选具有非晶结构。

这里，n优选是大于或等于1且小于50的非整数，更优选小于10。尽管n可以是大于或等于50的非整数，但是n的值的增加使得难以保持非晶态。结果，不能获得足够的氢的修复缺陷的效果。

根据被给出作为例子的实施例，氧化物半导体是包含In、Ga以及Zn的氧化物，其中In原子与Ga和Zn原子的比率是1∶1∶x(x＜10)，并且还包含氢。此外，该氧化物半导体优选具有非晶结构。

根据被给出作为例子的实施例，一种氧化物半导体由InMO₃(ZnO)_m表示(M是选自Ga、Fe、Ni、Mn、Co和Al的一种或多种元素，m是大于或等于1且小于50的整数)，且还包含氢。此外，该氧化物半导体优选具有非晶结构。

这里，m优选是大于或等于1且小于50的整数，更优选小于10。m值增加太多使得难以保持非晶态。结果，不能获得足够的氢的修复缺陷的效果，并增加了导电性；因此，不能获得常断晶体管。

根据被给出作为例子的实施例，在薄膜晶体管中，使用根据上述实施例的任意氧化物半导体作为沟道形成区。优选与氧化物半导体接触地提供一种含氢的氧化物绝缘层。更优选，在该氧化物半导体的上下侧中的每一侧上提供该含氢的氧化物绝缘层。优选在该氧化物半导体外面提供氮化物绝缘层。

根据被给出作为例子的实施例，在显示装置中，为至少一个像素提供任意的上述实施例的薄膜晶体管。

根据被给出作为例子的实施例，在显示装置中，为至少一个像素和驱动器电路提供上述实施例的薄膜晶体管，该驱动器电路用于控制要被传输到该像素中提供的薄膜晶体管的信号。