[发明专利]晶体管元件及其制造方法以及发光元件和显示器

说明书

本申请是基于申请日为2007年3月22日、申请号为200780010021.X、发明名称为“晶体管元件及其制造方法以及发光元件和显示器”的申请所提交的分案申请。 

技术领域

本发明涉及晶体管元件及其制造方法以及发光元件和显示器，更具体地说，涉及可以在发射极-集电极之间以低电压进行大电流调制的晶体管元件及其制造方法，以及具有该晶体管元件的发光元件和显示器。

背景技术

近年来，关于使用有机晶体管的显示器的尝试例子已经有多个报道，其大多是将有机场效应晶体管(有机FET)与液晶或电泳池组合而成，使用有机EL的例子几乎未见报道。这是由于，现有的有机FET中，难以使作为电流驱动装置的有机EL流过开关的大电流。因此，人们希望开发以更低的电压且大电流动作的有机FET。

以目前已知的有机材料的迁移率为前提时，为实现上述需求而必需缩短沟道长度，但在考虑了显示器的量产的图像技术中，难以将沟道长度制成几μm以下。为解决该问题，人们正在研究通过沿膜厚方向流入电流、可以以低电压且大电流动作的“纵式晶体管结构”。通常，夹层装置中使用的膜厚是几十nm，并且能够以几 级的高精度控制，因此，通过将通道制成膜厚方向，可以容易地实现1μm以下的短的沟道长度。作为上述纵式有机晶体管，目前有人提出了聚合物栅极三级管结构、静电感应式晶体管(Static Induction Transistor，SIT)等方案。

最近有人提出：通过只制造单纯的半导体/金属/半导体叠层结构，可以获得表达高性能晶体管特性的有机晶体管元件(参照非专利文献1)。该有机晶体管元件中，通过由发射极注入的电子透过中间金属电极， 观测到与双极性晶体管类似的电流放大，其中间金属电极发挥基极的作用，因此被称为金属基极有机晶体管(Metal-Base Organic Transistor，MBOT)。

非专利文献1：S.Fujimoto，K.Nakayama，和M.Yokoyama，Appl.Phys.Lett.，87，133503(2005)。但是，上述晶体管动作并不是只要制成半导体/金属/半导体的叠层结构即可一定观测到。

发明内容

本发明的目的在于提供在发射极-集电极之间可以以低电压进行大电流调制的晶体管元件。本发明的另一目的在于提供上述晶体管元件的制造方法，还提供具有该晶体管元件的发光元件和显示器。

(第1晶体管元件)

本发明的第1晶体管元件的特征在于：具备发射极、集电极、设于发射极与集电极之间的半导体层和片状基极。

本发明的第1晶体管元件的特征在于：上述半导体层包含设置于上述集电极和上述基极之间的第1半导体层、和设置于上述发射极和上述基极之间的第2半导体层。

根据该发明，在发射极和集电极之间设有半导体层，且在该半导体层中设有片状基极，因此，如果在发射极和集电极之间施加集电极电压(コレクタ電圧)、进一步在发射极和基极之间施加基极电压(ベ一ス電圧)，则通过该基极电压的作用，由发射极注入的电荷(电子或空穴)显著加速，透过基极，到达集电极。即，通过施加基极电压，可以使在发射极-集电极之间流过的电流放大。根据该发明，片状的基极是将由发射极供给的电荷用基极电压加速，形成弹道电子或弹道空穴，并以该弹道电子或弹道空穴可容易地透过集电极一侧的半导体层内的范围的厚度全面形成，因此，电荷在所形成的整个面上被显著加速，并且加速的电荷可容易地透过基极。另一方面，根据本发明人的研究，基极未设置成片状时(即，基极包含孔洞、裂隙等缺陷部位时)，该缺陷部中，由发射极注入的电荷并未被怎么加速，因此，该部分的电荷难以透过基极，结果，在发射极-集电极之间流过的电流整体并不能大幅放大，同时，各部位的电流量增加产生不均匀。因此，根据本发明的 晶体管元件，可以稳定地获得与双极性晶体管同样的电流放大作用。

本发明的第1晶体管元件的特征在于：上述基极的厚度为80nm以下。

根据该发明，基极的厚度为80nm以下，因此可以使以基极电压Vb加速的弹道电子或弹道空穴容易地透过。结果，电荷在片状基极的整个面上显著加速，并且加速的电荷可容易地透过基极。基极只要是在半导体层中没有断开(没有孔洞或裂隙)地设置即可，因此，其厚度的下限没有特别限定，通常为1nm左右即可。

本发明的第1晶体管元件的特征在于：上述基极的表面具有凹凸形状。

具有凹凸形状的基极(或者也可称为表面粗糙度粗的基极)即使在形成规定的平均厚度的基极时也具有厚处和薄处，根据本发明，基极具有凹凸形状时，可以稳定地获得电流放大作用。