JP6662432B2 - 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 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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等に応用されている。

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（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ（ＯＬＥＤ）、電子ペーパー等が実用化されている。

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。

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。

例えば、ａ−Ｓｉ ＴＦＴ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問題が存在する。

そこで、ａ−Ｓｉ ＴＦＴの長所とＬＴＰＳ−ＴＦＴの長所を合わせ持つ新たなＴＦＴ技術が要求されている。この要求に応えるため、近年、ａ−Ｓｉ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ている。

特に、室温成膜が可能でアモルファス状態でａ−Ｓｉ以上の移動度を示すＩｎＧａＺｎＯ_４（ａ−ＩＧＺＯ）が提案され（非特許文献１参照）、これをきっかけとして、移動度の高いアモルファス酸化物半導体が精力的に研究されるに至った。

しかしながら、これら酸化物半導体においては、キャリア電子を酸素空孔によってつくりだしているため、成膜プロセスにおいて酸素濃度を厳密に制御する必要があった。高い移動度を実現しようとするとデプレッション状態になりやすく、ノーマリーオフを実現するプロセスウィンドウは非常に狭い。更に、成膜後のパターンニング工程やパッシベーション工程等で膜中の酸素濃度が変化し、特性が劣化しやすいという問題が存在した。

このような問題を解決するために、従来は２つの観点から対策が検討された。その一つは、キャリア濃度を低く保つために、ｐ型ドーパントを導入（例えば、Ｉｎ^３＋をＺｎ^２＋で置換）して、酸素空孔によって生成したキャリアを補償する方策である（特許文献１及び２参照）。この方策については、更に、前記ｐ型ドーパントを安定化するためにカウンターカチオンを少量添加することも行われている（例えば、Ｉｎ^３＋をＺｎ^２＋で置換し、更に微量のＳｎ^４＋を添加する。［Ｚｎ^２＋］＞［Ｓｎ^４＋］）（特許文献３参照）。他の一つは、酸素との親和性の高い金属元素（Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ等）を一定量導入して、キャリア生成を抑制する方法である（非特許文献２参照）。
しかし、いずれの方法とも、安定性が不十分であったり、移動度の低下を招いたりするなど、なお問題があった。

本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、電界効果型トランジスタの活性層の酸化物半導体にｎ型の置換ドーピングを行うことによってキャリアを生成し、成膜時に充分な酸素量を導入して酸素濃度の厳密な制御を不要にするとともに、酸素空孔を低減して格子の安定性を高め、後工程での特性安定性を実現することを目的とする。

前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
本発明の電界効果型トランジスタは、
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、ｎ型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って、
前記ｎ型酸化物半導体が、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、及び６価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた、三斜晶組成化合物、単斜晶組成化合物、及び三方晶組成化合物のいずれかであり、
前記ドーパントの価数が、前記ｎ型酸化物半導体を構成する金属イオン（ただし、前記ドーパントを除く）の価数よりも大きいことを特徴とする。

本発明によると、従来における前記諸問題を解決することができ、電界効果型トランジスタの活性層であるｎ型酸化物半導体にｎ型の置換ドーピングを行うことによって電子キャリアを生成し、成膜時に充分な酸素量を膜中に導入することで、酸素濃度の厳密な制御を不要にし、プロセスマージンを拡大するとともに、酸素空孔を低減して格子の安定性を高め、後工程での特性安定化を実現することができる。従って、素子間のばらつきも小さくすることが可能になり、大面積で高精細、高品質の電界効果型トランジスタを提供することができる。

図１は、トップコンタクト・ボトムゲート型の電界効果型トランジスタの一例を示す概略構成図である。 図２は、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の一例を示す概略構成図である。 図３は、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の一例を示す概略構成図である。 図４は、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の一例を示す概略構成図である。 図５は、本発明のシステムとしてのテレビジョン装置の一例を示す概略構成図である。 図６は、図５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７は、図５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８は、図５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９は、本発明の表示素子の一例を説明するための図である。 図１０は、表示素子における有機ＥＬ素子と電界効果型トランジスタの位置関係の一例を示す概略構成図である。 図１１は、表示素子における有機ＥＬ素子と電界効果型トランジスタの位置関係の他の一例を示す概略構成図である。 図１２は、有機ＥＬ素子の一例を示す概略構成図である。 図１３は、表示制御装置を説明するための図である。 図１４は、液晶ディスプレイを説明するための図である。 図１５は、図１４における表示素子を説明するための図である。 図１６は、実施例１と比較例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１７は、実施例１と比較例１の電界効果型トランジスタの特性の成膜中の酸素濃度と電界効果移動度の関係を説明するための図である。

（電界効果型トランジスタ）
本発明の電界効果型トランジスタは、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、活性層と、ゲート絶縁層とを少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。

＜ゲート電極＞
前記ゲート電極としては、ゲート電圧を印加するための電極であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記ゲート電極の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属乃至合金、ＩＴＯ、ＡＴＯ等の透明導電性酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）等の有機導電体などが挙げられる。

前記ゲート電極の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、（ｉ）スパッタ法、ディップコーティング法等による成膜後、フォトリソグラフィーによってパターニングする方法、（ｉｉ）インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷プロセスによって、所望の形状を直接成膜する方法などが挙げられる。

前記ゲート電極の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、２０ｎｍ〜１μｍが好ましく、５０ｎｍ〜３００ｎｍがより好ましい。

＜ソース電極、及びドレイン電極＞
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極としては、電流を取り出すための電極であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記ゲート電極の説明において記載した材質と同じ材質が挙げられる。

前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記ゲート電極の説明において記載した形成方法と同じ方法が挙げられる。

前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、２０ｎｍ〜１μｍが好ましく、５０ｎｍ〜３００ｎｍがより好ましい。

＜活性層＞
前記活性層は、前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられた層である。

本発明者らの以前の研究では、対称性の高い酸化物半導体ではｎ型ドーピングによって電子キャリアが生成することが示されていた（特開２０１１−１９２９７１号公報参照）が、後述のような対称性の低い酸化物半導体ではｎ型ドーピングが有効に機能することは必ずしも明らかでなかった。しかしながら、今回、本発明者らは、以下に示すように低対称性であっても有用な、ｎ型ドーパントと酸化物半導体との組合せを見いだした。

前記活性層の材料は、本発明によれば、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、及び６価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた、三斜晶組成化合物、単斜晶組成化合物、及び三方晶組成化合物のいずれかである、ｎ型酸化物半導体である。
ここで、前記ドーパントの価数は、前記ｎ型酸化物半導体を構成する金属イオン（ただし、前記ドーパントを除く）の価数よりも大きい。
なお、前記置換ドーピングは、ｎ型ドーピングともいう。

＜＜三斜晶組成化合物＞＞
前記活性層の第一の候補は、本発明によれば、ｎ型酸化物半導体であって、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、及び６価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた三斜晶組成化合物である。

前記三斜晶組成化合物は、点群Ｃ_１及びＣ_ｉのいずれかに属することが好ましい。

前記三斜晶組成化合物は、空間群Ｎｏ．１〜２のいずれかに属することが好ましい。

前記三斜晶組成化合物は、Ｌｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｅ、Ｍｏ、及びＷの少なくともいずれかのカチオンを含むことが好ましい。

前記置換ドーピングは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｗ、及びＴｅの少なくともいずれかのカチオンの導入によることが好ましい。

これらの例としては、Ｃｕ_２ＷＯ_４、Ｃｄ_２Ｇｅ_３Ｏ_８、ＨｇＴｅＯ_３等が好適である。或いはこれらの固溶体であってもよい。ここでは、組成を整数で示しているが、予期しないノンストイキオメトリーや微量の不純物は、以下に記述するドーピングを妨げない限り許容される。特に、酸素空孔は生じ易く、通常、酸素の組成は示性式の値より小さくなっている。

ｎ型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、１価カチオンであるＣｕ^＋に対しては、より価数の大きいドーパント、即ち２価のＭｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｓｒ^２＋、Ｂａ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｃｄ^２＋、Ｈｇ^２＋、３価のＡｌ^３＋、Ｇａ^３＋、Ｉｎ^３＋、Ｔｌ^３＋、Ｙ^３＋、Ｌａ^３＋、４価のＧｅ^４＋、Ｓｎ^４＋、Ｐｂ^４＋、Ｔｉ^４＋、Ｚｒ^４＋、Ｈｆ^４＋、Ｃｅ^４＋、５価のＶ^５＋、Ｎｂ^５＋、Ｔａ^５＋、Ａｓ^５＋、Ｓｂ^５＋、Ｂｉ^５＋、及び６価のＭｏ^６＋、Ｗ^６＋、Ｔｅ^６＋が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。
また、ｎ型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、２価カチオンであるＣｄ^２＋、Ｈｇ^２＋に対しては、より価数の大きいドーパント、即ち３価のＡｌ^３＋、Ｇａ^３＋、Ｉｎ^３＋、Ｔｌ^３＋、Ｙ^３＋、Ｌａ^３＋、４価のＧｅ^４＋、Ｓｎ^４＋、Ｐｂ^４＋、Ｔｉ^４＋、Ｚｒ^４＋、Ｈｆ^４＋、Ｃｅ^４＋、５価のＶ^５＋、Ｎｂ^５＋、Ｔａ^５＋、Ａｓ^５＋、Ｓｂ^５＋、Ｂｉ^５＋、及び６価のＭｏ^６＋、Ｗ^６＋、Ｔｅ^６＋が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。
また、ｎ型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、４価カチオンであるＧｅ^４＋、Ｔｅ^４＋対しては、より価数の大きいドーパント、即ち５価のＶ^５＋、Ｎｂ^５＋、Ｔａ^５＋、Ａｓ^５＋、Ｓｂ^５＋、Ｂｉ^５＋、及び６価のＭｏ^６＋、Ｗ^６＋、Ｔｅ^６＋が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。

イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮してドーパントを選択することが好ましい。ドーピング濃度は、母相の材料、ドーパントの種類や置換するサイト、成膜プロセス、所望のＴＦＴ特性等に応じて、適切に選択することができる。例えばスパッタ法により、ＺｎをドープしたＣｕ_２ＷＯ_４膜を作製する場合、１％程度Ｚｎをドープしたターゲットを用意すればよい。Ｃｕサイトを置換したＺｎがドナーをつくるので、ノンドープのＣｕ_２ＷＯ_４を作製する時よりもスパッタガスの酸素濃度を高濃度にして、酸素空孔を減少させることができる。更に、その場合にもキャリア濃度を維持しソース・ドレイン電極との接触抵抗を低く保つことができるので、移動度の低下を抑制することができる。また、スパッタプロセスでは高励起状態を経由しているため、基板加熱をせずともキャリアを生成できる。
Ｘ線回折（ＸＲＤ）等で回折線が観測されず長距離秩序が存在しない場合（一般にはこれをアモルファス状態と呼んでいる。）であっても、リジッドな構造を有する酸化物の場合、酸素配位多面体（例えばＣｄＯ_６八面体）やその連結様式（例えばＣｄＯ_６稜共有鎖）は維持されているので、置換ドーピングが有効に作用する。このような構造においてはアモルファス状態特有の裾状態（Ｔａｉｌ Ｓｔａｔｅｓ）の状態密度は小さいため、サブギャップ吸収は少なく光劣化特性はアモルファス性の高い材料よりも優れる。一方、結晶状態であれば勿論ドーピングは有効であって、重金属イオンの４ｓ、５ｓ、６ｓバンドから構成される伝導帯に対しては粒界の影響も少ない。但し、ドープ量が過多でドーパントが粒界に偏析するような場合には、ドーパント濃度を下げることが好ましい。また、ソース・ドレイン電極と活性層との界面の密着性や電気的な接触を良好にするために、２００℃〜３００℃でポストアニールすることも好ましい。また、より高温でアニールして結晶性を高めてもよい。

＜＜単斜晶組成化合物＞＞
前記活性層の第二の候補は、本発明によれば、ｎ型酸化物半導体であって、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、及び６価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた単斜晶組成化合物である。

前記単斜晶組成化合物は、点群Ｃ_２、Ｃ_ｓ、及びＣ_２ｈのいずれかに属することが好ましい。

前記単斜晶組成化合物は、空間群Ｎｏ．３〜１５のいずれかに属することが好ましい。

前記単斜晶組成化合物は、Ｌｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｅ、Ｍｏ、及びＷの少なくともいずれかのカチオンを含むことが好ましい。

前記置換ドーピングは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｗ、及びＴｅの少なくともいずれかのカチオンの導入によることが好ましい。

これらの例としては、ＳｒＧａ_２Ｏ_４、ＢａＩｎ_２Ｏ_４、Ｚｎ_２Ｇｅ_２Ｏ_６、Ｃｄ_２Ｇｅ_２Ｏ_６等が好適である。或いはこれらの固溶体であってもよい。ここでは組成を整数で示しているが、予期しないノンストイキオメトリーや微量の不純物は、以下に記述するドーピングを妨げない限り許容される。特に、酸素空孔は生じ易く、通常、酸素の組成は示性式の値より小さくなっている。

ｎ型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、２価カチオンであるＳｒ^２＋、Ｂａ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｃｄ^２＋に対しては、より価数の大きいドーパント、即ち３価のＡｌ^３＋、Ｇａ^３＋、Ｉｎ^３＋、Ｔｌ^３＋、Ｙ^３＋、Ｌａ^３＋、４価のＧｅ^４＋、Ｓｎ^４＋、Ｐｂ^４＋、Ｔｉ^４＋、Ｚｒ^４＋、Ｈｆ^４＋、Ｃｅ^４＋、５価のＶ^５＋、Ｎｂ^５＋、Ｔａ^５＋、Ａｓ^５＋、Ｓｂ^５＋、Ｂｉ^５＋、及び６価のＭｏ^６＋、Ｗ^６＋、Ｔｅ^６＋が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。
また、ｎ型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、３価カチオンであるＧａ^３＋、Ｉｎ^３＋に対しては、より価数の大きいドーパント、即ち４価のＧｅ^４＋、Ｓｎ^４＋、Ｐｂ^４＋、Ｔｉ^４＋、Ｚｒ^４＋、Ｈｆ^４＋、Ｃｅ^４＋、５価のＶ^５＋、Ｎｂ^５＋、Ｔａ^５＋、Ａｓ^５＋、Ｓｂ^５＋、Ｂｉ^５＋、及び６価のＭｏ^６＋、Ｗ^６＋、Ｔｅ^６＋が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。
また、ｎ型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、４価カチオンであるＧｅ^４＋に対しては、より価数の大きいドーパント、即ち５価のＶ^５＋、Ｎｂ^５＋、Ｔａ^５＋、Ａｓ^５＋、Ｓｂ^５＋、Ｂｉ^５＋、及び６価のＭｏ^６＋、Ｗ^６＋、Ｔｅ^６＋が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。

イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮してドーパントを選択することが好ましい。ドーピング濃度は、母相の材料、ドーパントの種類や置換するサイト、成膜プロセス、所望のＴＦＴ特性等に応じて、適切に選択することができる。例えばスパッタ法により、ＷをドープしたＢａＩｎ_２Ｏ_４膜を作製する場合、０．５％程度Ｗをドープしたターゲットを用意すればよい。Ｉｎサイトを置換したＷがドナーをつくるので、ノンドープのＢａＩｎ_２Ｏ_４を作製する時よりもスパッタガスの酸素濃度を高濃度にして、酸素空孔を減少させることができる。更に、その場合にもキャリア濃度を維持しソース・ドレイン電極との接触抵抗を低く保つことができるので、移動度の低下を抑制することができる。また、スパッタプロセスでは高励起状態を経由しているため、基板加熱をせずともキャリアを生成できる。Ｘ線回折（ＸＲＤ）等で回折線が観測されず長距離秩序が存在しない場合（一般にはこれをアモルファス状態と呼んでいる。）であっても、リジッドな構造を有する酸化物の場合、酸素配位多面体（例えばＧａＯ_６やＩｎＯ_６八面体）やその連結様式（例えばＩｎＯ_６稜共有鎖や面共有鎖）は維持されているので、置換ドーピングが有効に作用する。このような構造においてはアモルファス状態特有の裾状態（Ｔａｉｌ Ｓｔａｔｅｓ）の状態密度は小さいため、サブギャップ吸収は少なく光劣化特性はアモルファス性の高い材料よりも優れる。一方、結晶状態であれば勿論ドーピングは有効であって、重金属イオンの４ｓ、５ｓ、６ｓバンドから構成される伝導帯に対しては粒界の影響も少ない。但し、ドープ量が過多でドーパントが粒界に偏析するような場合には、ドーパント濃度を下げることが好ましい。また、ソース・ドレイン電極と活性層との界面の密着性や電気的な接触を良好にするために、２００℃〜３００℃でポストアニールすることも好ましい。また、より高温でアニールして結晶性を高めてもよい。

＜＜三方晶組成化合物＞＞
前記活性層の第三の候補は、本発明によれば、ｎ型酸化物半導体であって、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、及び６価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた三方晶組成化合物である。

前記三方晶組成化合物は、点群Ｃ_３、Ｃ_３ｉ、Ｄ_３、Ｃ_３ｖ及びＤ_３ｄのいずれかに属することが好ましい。

前記三方晶組成化合物は、空間群Ｎｏ．１４３〜１６７のいずれかに属することが好ましい。

前記三方晶組成化合物は、Ｌｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｅ、Ｍｏ、及びＷの少なくともいずれかのカチオンを含むことが好ましい。

前記置換ドーピングは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｗ、及びＴｅの少なくともいずれかのカチオンの導入によることが好ましい。

これらの例としては、ＺｎＴｉＯ_３、Ｚｎ_２ＧｅＯ_４、Ｉｎ_２Ｚｎ_３Ｏ_６、Ｂａ_３Ｗ_２Ｏ_９、Ｔｌ_２ＴｅＯ_６等が好適である。或いはこれらの固溶体であってもよい。ここでは組成を整数で示しているが、予期しないノンストイキオメトリーや微量の不純物は、以下に記述するドーピングを妨げない限り許容される。特に、酸素空孔は生じ易く、通常、酸素の組成は示性式の値より小さくなっている。

ｎ型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、２価カチオンであるＢａ^２＋、Ｚｎ^２＋に対しては、より価数の大きいドーパント、即ち３価のＡｌ^３＋、Ｇａ^３＋、Ｉｎ^３＋、Ｔｌ^３＋、Ｙ^３＋、Ｌａ^３＋、４価のＧｅ^４＋、Ｓｎ^４＋、Ｐｂ^４＋、Ｔｉ^４＋、Ｚｒ^４＋、Ｈｆ^４＋、Ｃｅ^４＋、５価のＶ^５＋、Ｎｂ^５＋、Ｔａ^５＋、Ａｓ^５＋、Ｓｂ^５＋、Ｂｉ^５＋、及び６価のＭｏ^６＋、Ｗ^６＋、Ｔｅ^６＋が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。
また、ｎ型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、３価カチオンであるＩｎ^３＋、Ｔｌ^３＋に対してはより価数の大きいドーパント、即ち４価のＧｅ^４＋、Ｓｎ^４＋、Ｐｂ^４＋、Ｔｉ^４＋、Ｚｒ^４＋、Ｈｆ^４＋、Ｃｅ^４＋、５価のＶ^５＋、Ｎｂ^５＋、Ｔａ^５＋、Ａｓ^５＋、Ｓｂ^５＋、Ｂｉ^５＋、及び６価のＭｏ^６＋、Ｗ^６＋、Ｔｅ^６＋が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。
また、ｎ型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、４価カチオンであるＧｅ^４＋、Ｔｉ^４＋に対しては、より価数の大きいドーパント、即ち５価のＶ^５＋、Ｎｂ^５＋、Ｔａ^５＋、Ａｓ^５＋、Ｓｂ^５＋、Ｂｉ^５＋、及び６価のＭｏ^６＋、Ｗ^６＋、Ｔｅ^６＋が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。

イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮してドーパントを選択することが好ましい。ドーピング濃度は、母相の材料、ドーパントの種類や置換するサイト、成膜プロセス、所望のＴＦＴ特性等に応じて、適切に選択することができる。例えばスパッタ法により、ＮｂをドープしたＺｎＴｉＯ_３膜を作製する場合、１％程度Ｎｂをドープしたターゲットを用意すればよい。Ｔｉサイトを置換したＮｂがドナーをつくるので、ノンドープのＺｎＴｉＯ_３を作製する時よりもスパッタガスの酸素濃度を高濃度にして、酸素空孔を減少させることができる。更に、その場合にもキャリア濃度を維持しソース・ドレイン電極との接触抵抗を低く保つことができるので、移動度の低下を抑制することができる。また、スパッタプロセスでは高励起状態を経由しているため、基板加熱をせずともキャリアを生成できる。Ｘ線回折（ＸＲＤ）等で回折線が観測されず長距離秩序が存在しない場合（一般にはこれをアモルファス状態と呼んでいる。）であっても、リジッドな構造を有する酸化物の場合、酸素配位多面体（例えばＩｎＯ_６やＴｉＯ_６八面体）やその連結様式（例えばＩｎＯ_６稜共有鎖や面共有鎖）は維持されているので、置換ドーピングが有効に作用する。このような構造においてはアモルファス状態特有の裾状態（Ｔａｉｌ Ｓｔａｔｅｓ）の状態密度は小さいため、サブギャップ吸収は少なく光劣化特性はアモルファス性の高い材料よりも優れる。一方、結晶状態であれば勿論ドーピングは有効であって、重金属イオンの４ｓ、５ｓ、６ｓバンドから構成される伝導帯に対しては粒界の影響も少ない。但し、ドープ量が過多でドーパントが粒界に偏析するような場合には、ドーパント濃度を下げることが好ましい。また、ソース・ドレイン電極と活性層との界面の密着性や電気的な接触を良好にするために、２００℃〜３００℃でポストアニールすることも好ましい。また、より高温でアニールして結晶性を高めてもよい。

前記活性層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、５ｎｍ〜１μｍが好ましく、１０ｎｍ〜０．５μｍがより好ましい。

＜ゲート絶縁層＞
前記ゲート絶縁層としては、前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられた絶縁層であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記ゲート絶縁層の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ等の既に広く量産に利用されている材料や、Ｌａ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２等の高誘電率材料、ポリイミド（ＰＩ）やフッ素系樹脂等の有機材料などが挙げられる。

前記ゲート絶縁層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スパッタ、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）等の真空成膜法、スピンコート、ダイコート、インクジェット等の印刷法などが挙げられる。

前記ゲート絶縁層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、５０ｎｍ〜３μｍが好ましく、１００ｎｍ〜１μｍがより好ましい。

前記電界効果型トランジスタの構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トップコンタクト・ボトムゲート型（図１）、ボトムコンタクト・ボトムゲート型（図２）、トップコンタクト・トップゲート型（図３）、ボトムコンタクト・トップゲート型（図４）などが挙げられる。
なお、図１〜図４中、２１は基材、２２は活性層、２３はソース電極、２４はドレイン電極、２５はゲート絶縁層、２６はゲート電極を表す。

前記電界効果型トランジスタは、後述する表示素子に好適に使用できるが、これに限られるものではなく、例えば、ＩＣカード、ＩＤタグなどにも使用することができる。

＜電界効果型トランジスタの製造方法＞
前記電界効果型トランジスタの製造方法の一例を説明する。

まず、基材上にゲート電極を形成する。
前記基材の形状、構造、及び大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記基材の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス基材、プラスチック基材などが挙げられる。
前記ガラス基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、無アルカリガラス、シリカガラスなどが挙げられる。
前記プラスチック基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などが挙げられる。
なお、前記基材は、表面の清浄化及び密着性向上の点で、酸素プラズマ、ＵＶオゾン、ＵＶ照射洗浄等の前処理が行われることが好ましい。

続いて、前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する。
続いて、チャネル領域であって前記ゲート絶縁層上に、ｎ型酸化物半導体からなる活性層を形成する。
続いて、前記ゲート絶縁層上に、前記活性層を跨ぐようにソース電極及びドレイン電極を離間して形成する。
以上により、電界効果型トランジスタが製造される。この製造方法では、例えば、図１に示すようなトップコンタクト・ボトムゲート型の電界効果型トランジスタが製造される。

（表示素子）
本発明の表示素子は、少なくとも、光制御素子と、前記光制御素子を駆動する駆動回路とを有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。

＜光制御素子＞
前記光制御素子としては、駆動信号に応じて光出力を制御する素子である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、エレクトロクロミック（ＥＣ）素子、液晶素子、電気泳動素子、エレクトロウェッティング素子などが挙げられる。

＜駆動回路＞
前記駆動回路としては、本発明の前記電界効果型トランジスタを有する限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

＜その他の部材＞
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

前記表示素子は、本発明の前記電界効果型トランジスタを有しているため、高速駆動が可能、長寿命、かつ素子間のばらつきを小さくすることが可能となる。また、前記表示素子に経時変化が起きても駆動トランジスタを一定のゲート電圧で動作させることができる。

（画像表示装置）
本発明の画像表示装置は、少なくとも、複数の表示素子と、複数の配線と、表示制御装置とを有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。

＜複数の表示素子＞
前記複数の表示素子としては、マトリックス状に配置された複数の本発明の前記表示素子である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

＜複数の配線＞
前記複数の配線は、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と画像データ信号とを個別に印加可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

＜表示制御装置＞
前記表示制御装置としては、画像データに応じて、各電界効果型トランジスタのゲート電圧と信号電圧とを前記複数の配線を介して個別に制御可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

＜その他の部材＞
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

前記画像表示装置は、本発明の前記表示素子を有しているため、素子間のばらつきも小さくすることが可能になり、大画面で高品質の画像を表示することが可能となる。

（システム）
本発明のシステムは、少なくとも、本発明の前記画像表示装置と、画像データ作成装置とを有する。
前記画像データ作成装置は、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。

前記システムは、本発明の前記画像表示装置を備えているため、画像情報を高精細に表示することが可能となる。

以下、本発明の表示素子、画像表示装置、及びシステムを、図を用いて説明する。
まず、本発明のシステムとしてのテレビジョン装置を、図５を用いて説明する。

図５において、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を備える。
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とが、画像データ作成装置を構成する。

主制御装置１０１は、ＣＰＵ、フラッシュＲＯＭ、及びＲＡＭなどから構成され、テレビジョン装置１００の全体を制御する。
前記フラッシュＲＯＭには、前記ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム、及び前記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。

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。

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。

復調回路１０５は、ＡＤＣ１０４からのデジタル情報を復調する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

メモリ１３１には、ＡＶ（Ａｕｄｉｏ−Ｖｉｓｕａｌ）データ等が一時的に蓄積される。

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。

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。

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。

光ディスク装置１４３は、光ディスク（例えば、ＤＶＤなど）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。

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。

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。

図６は、本発明の画像表示装置の一例を示す概略構成図である。
図６において、画像表示装置１２４は、表示器３００と、表示制御装置４００とを有する。
表示器３００は、図７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を有する。
また、ディスプレイ３１０は、図８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）と、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）とを有する。
よって、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。

以下、本発明の表示素子を図９を用いて説明する。
図９は、本発明の表示素子の一例を示す概略構成図である。
前記表示素子は、一例として図９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。即ち、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。

図１０には、表示素子３０２における有機ＥＬ素子３５０とドライブ回路としての電界効果型トランジスタ２０との位置関係の一例が示されている。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及びキャパシタ（図示せず）も同一基材上に形成されている。

図１０には図示されていないが、活性層２２の上部に保護膜を設けることも好適である。前記保護膜の材料としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３、フッ素系ポリマー等、適宜利用できる。

また、例えば、図１１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が配置されてもよい。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、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｇａが添加されたＺｎＯ、Ａｌが添加されたＺｎＯ、Ｓｂが添加されたＳｎＯ_２などの導電性を有する透明な酸化物が用いられる。なお、符号３６０は層間絶縁膜（平坦化膜）である。この層間絶縁膜にはポリイミドやアクリル系の樹脂等を利用できる。

図１２は、有機ＥＬ素子の一例を示す概略構成図である。
図１２において、有機ＥＬ素子３５０は、陰極３１２と、陽極３１４と、有機ＥＬ薄膜層３４０とを有する。

陰極３１２の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、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）などが挙げられる。なお、マグネシウム（Ｍｇ）−銀（Ａｇ）合金は、充分厚ければ高反射率電極となり、極薄膜（２０ｎｍ程度未満）では半透明電極となる。図１２では陽極側から光を取り出しているが、陰極を透明、又は半透明電極とすることによって陰極側から光を取り出すことができる。

陽極３１４の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、銀（Ａｇ）−ネオジウム（Ｎｄ）合金などが挙げられる。なお、銀合金を用いた場合は、高反射率電極となり、陰極側から光を取り出す場合に好適である。

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とを有する。電子輸送層３４２は、陰極３１２に接続され、正孔輸送層３４６は、陽極３１４に接続されている。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。

ここで、電子輸送層３４２と発光層３４４が１つの層を形成してもよく、また、電子輸送層３４２と陰極３１２との間に電子注入層が設けられてもよく、更に、正孔輸送層３４６と陽極３１４との間に正孔注入層が設けられてもよい。

また、基材側から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、基材と反対側から光を取り出す「トップエミッション」であってもよい。

図９におけるドライブ回路３２０について説明する。
ドライブ回路３２０は、２つの電界効果型トランジスタ１０及び２０と、キャパシタ３０を有する。

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。電界効果型トランジスタ１０のゲート電極Ｇは、所定の走査線に接続され、電界効果型トランジスタ１０のソース電極Ｓは、所定のデータ線に接続されている。また、電界効果型トランジスタ１０のドレイン電極Ｄは、キャパシタ３０の一方の端子に接続されている。

電界効果型トランジスタ２０は、有機ＥＬ素子３５０に電流を供給する。電界効果型トランジスタ２０のゲート電極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、電界効果型トランジスタ２０のドレイン電極Ｄは、有機ＥＬ素子３５０の陽極３１４に接続され、電界効果型トランジスタ２０のソース電極Ｓは、所定の電流供給線に接続されている。

キャパシタ３０は、電界効果型トランジスタ１０の状態、即ちデータを記憶する。キャパシタ３０の他方の端子は、所定の電流供給線に接続されている。

そこで、電界効果型トランジスタ１０が「オン」状態になると、信号線Ｙ２を介して画像データがキャパシタ３０に記憶され、電界効果型トランジスタ１０が「オフ」状態になった後も、電界効果型トランジスタ２０を画像データに対応した「オン」状態に保持することによって、有機ＥＬ素子３５０は駆動される。

図１３は、本発明の画像表示装置の他の一例を示す概略構成図である。
図１３において、画像表示装置は、表示素子３０２と、配線（走査線、データ線、電流供給線）と、表示制御装置４００とを有する。
表示制御装置４００は、画像データ処理回路４０２と、走査線駆動回路４０４と、データ線駆動回路４０６とを有する。
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、ディスプレイにおける複数の表示素子３０２の輝度を判断する。
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。
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。

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、光制御素子がエレクトロクロミック素子であってもよい。この場合は、上記ディスプレイは、エレクトロクロミックディスプレイとなる。

また、前記光制御素子が液晶素子であってもよく、この場合ディスプレイは、液晶ディスプレイとなり、図１４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となる。また、図１５に示されるように、ドライブ回路３２０’は、電界効果型トランジスタ１０及び２０と同様の１つの電界効果型トランジスタ４０により構成することができる。電界効果型トランジスタ４０において、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、キャパシタ３６１及び液晶素子３７０の画素電極に接続されている。

また、前記光制御素子は、電気泳動素子、無機ＥＬ素子、エレクトロウェッティング素子であってもよい。

以上、本発明のシステムがテレビジョン装置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、画像及び情報を表示する装置として画像表示装置１２４を備えていればよい。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よい。

また、携帯電話、携帯型音楽再生装置、携帯型動画再生装置、電子ＢＯＯＫ、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、広告媒体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。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
無アルカリガラス基板を、中性洗剤、純水、及びイソプロピルアルコールを用いて超音波洗浄した。この基板を乾燥後、さらにＵＶ−オゾン処理を９０℃で１０分間行った。
前記基板にＤＣマグネトロンスパッタリング法でＭｏを１００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィー法によりパターニングし、ゲート電極を形成した。次に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法でＳｉＯ_２を２００ｎｍ成膜してゲート絶縁層とした。次に、ＢａＩｎ_１．９８Ｓｎ_０．０２Ｏ_４焼結体ターゲットを用い、ＲＦマグネトロンスパッタリング法でＳｎをドーピングしたＢａＩｎ_２Ｏ_４を５０ｎｍ成膜した。スパッタガスとしてアルゴンガスと酸素ガスを導入した。全圧を１．１Ｐａに固定し、酸素濃度をパラメータとして４％〜６０％の範囲で変化させ、活性層を作製した。パターニングはメタルマスクを介して成膜することで行った。次にソース・ドレイン電極として、メタルマスクを介してＡｌを１００ｎｍ蒸着した。チャネル長は５０μｍ、チャネル幅は４００μｍとした。最後に、大気中で３００℃で１時間のアニールを行い、電界効果型トランジスタを作製した。なお、活性層である、ＳｎをドーピングしたＢａＩｎ_２Ｏ_４は、点群Ｃ_２ｈ及び空間群Ｎｏ．１４の対称性を有する。

（比較例１）
上述した実施例１の電界効果型トランジスタ作製手順において、活性層作製時の焼結体ターゲットを下記表１に示すようにＢａＩｎ_２Ｏ_４に変えて活性層を成膜したこと以外は、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。

（実施例２〜３６）
上述した実施例１の電界効果型トランジスタ作製手順において、活性層作製プロセスの焼結体ターゲットを下記表２及び表３に示すように変えて活性層を成膜したこと以外は、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。

＜評価結果＞
表１に、実施例１と比較例１における活性層成膜時の酸素濃度が４％と４０％の時の電界効果型トランジスタの移動度の評価結果を示す。
なお、移動度は、トランスファー特性により算出した。

図１６には実施例１と比較例１における活性層成膜時の酸素濃度４０％のサンプルの電界効果型トランジスタのトランスファー特性（Ｖｄｓ＝２０Ｖ）を示す。活性層にＳｎをドーピングした実施例１では立ち上がりのオン電圧（Ｖｏｎ）０Ｖ、移動度４．５ｃｍ^２／Ｖｓ、オンオフ比８桁と、ノーマリーオフの良好な特性を示した。一方、活性層にドーピングをしていない比較例１では、オン電圧（Ｖｏｎ）１．５Ｖ、移動度０．２ｃｍ^２／Ｖｓ、オンオフ比７桁と、実施例１と比較して、オン電圧がプラス側にシフトし移動度が低下した。
なお、図１６において、「Ｅ」は「１０のべき乗」を表す。例えば、「Ｅ−０４」は、「０．０００１」である。

更に、図１７に実施例１と比較例１の電界効果型トランジスタの成膜中の酸素濃度と電界効果移動度の関係を示す。実施例１では酸素濃度４％〜６０％までは移動度が約４．７±０．４ｃｍ^２／Ｖｓでほぼ一定で、酸素濃度依存性はなかった。一方、比較例１では酸素濃度４％では実施例１と同等の移動度を示すが、酸素濃度の増大とともに移動度は概ね単調に減少し、酸素濃度４０％では１／１０以下に低下した。これらの原因としては、実施例１ではＳｎを導入してｎ型ドーピングしたことによって、キャリアがＢａサイトを置換したＳｎから生成されるため、酸素濃度を増加させてもほぼ一定に保たれるのに対し、ドーピングをしていない比較例１では酸素濃度の増大とともに活性層中の酸素空孔が減少することによって、キャリア濃度が減少してソース・ドレイン電極との接触抵抗が増加するとともに、移動度の低下が観測されたためと考えられる。

次に表２及び表３に、実施例２〜３６における活性層成膜時の酸素濃度が４％と４０％の時の電界効果型トランジスタの移動度の評価結果を示す。実施例１と同様に、酸素濃度４％と４０％の時の移動度に変化がないことがわかった。即ち、置換したカチオンがｎ型ドーパントとして働き電子キャリアが生成して、酸素量に関わらず一定の特性を示したと考察される。

表２及び３中、結晶系における「Ｔ」は、「三斜晶」を表し、「Ｍ」は「単斜晶」を表し、「Ｒ」は、「菱面体（三方晶）」を表す。

即ち、カチオンを置換ドープして電子キャリアを生成したｎ型酸化物半導体を活性層として備える電界効果型トランジスタは、酸素量のみを制御してキャリアを生成している酸化物半導体を活性層として備える電界効果型トランジスタと比較して、広いプロセス範囲で安定して高い移動度を示し、ノーマリーオフの良好な特性が得られることが示された。

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、プロセスマージンを拡大し、ＴＦＴ特性を高いレベルで安定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し信頼性を向上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、本発明のシステムは、画像情報を高精細に表示することができ、テレビジョン装置、コンピュータシステムなどに好適に使用できる。

本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜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、ｎ型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って、
前記ｎ型酸化物半導体が、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、及び６価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた、三斜晶組成化合物、単斜晶組成化合物、及び三方晶組成化合物のいずれかであり、
前記ドーパントの価数が、前記ｎ型酸化物半導体を構成する金属イオン（ただし、前記ドーパントを除く）の価数よりも大きいことを特徴とする電界効果型トランジスタである。
＜２＞ 前記ｎ型酸化物半導体が、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、及び６価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた三斜晶組成化合物である前記＜１＞に記載の電界効果型トランジスタである。
＜３＞ 前記三斜晶組成化合物が、点群Ｃ_１及びＣ_ｉのいずれかに属し、
前記置換ドーピングが、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｗ、及びＴｅの少なくともいずれかのカチオンの導入による前記＜２＞に記載の電界効果型トランジスタである。
＜４＞ 前記三斜晶組成化合物が、空間群Ｎｏ．１〜２のいずれかに属し、Ｌｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｅ、Ｍｏ、及びＷの少なくともいずれかのカチオンを含む前記＜３＞に記載の電界効果型トランジスタである。
＜５＞ 前記ｎ型酸化物半導体が、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、及び６価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた単斜晶組成化合物である前記＜１＞に記載の電界効果型トランジスタである。
＜６＞ 前記単斜晶組成化合物が、点群Ｃ_２、Ｃ_ｓ、及びＣ_２ｈのいずれかに属し、
前記置換ドーピングが、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｗ、及びＴｅの少なくともいずれかのカチオンの導入による前記＜５＞に記載の電界効果型トランジスタである。
＜７＞ 前記単斜晶組成化合物が、空間群Ｎｏ．３〜１５のいずれかに属し、Ｌｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｅ、Ｍｏ、及びＷの少なくともいずれかのカチオンを含む前記＜６＞に記載の電界効果型トランジスタである。
＜８＞ 前記ｎ型酸化物半導体が、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、及び６価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた三方晶組成化合物である前記＜１＞に記載の電界効果型トランジスタである。
＜９＞ 前記三方晶組成化合物が、点群Ｃ_３、Ｃ_３ｉ、Ｄ_３、Ｃ_３ｖ及びＤ_３ｄのいずれかに属し、
前記置換ドーピングが、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｗ、及びＴｅの少なくともいずれかのカチオンの導入による前記＜８＞に記載の電界効果型トランジスタである。
＜１０＞ 前記三方晶組成化合物が、空間群Ｎｏ．１４３〜１６７のいずれかに属し、Ｌｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｅ、Ｍｏ、及びＷの少なくともいずれかのカチオンを含む前記＜９＞に記載の電界効果型トランジスタである。
＜１１＞ 駆動信号に応じて光出力が制御される光制御素子と、
前記＜１＞から＜１０＞のいずれか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、
を備えることを特徴とする表示素子である。
＜１２＞ 前記光制御素子が、エレクトロルミネッセンス素子及びエレクトロクロミック素子のいずれかを含む前記＜１１＞に記載の表示素子である。
＜１３＞ 前記光制御素子が、液晶素子及び電気泳動素子のいずれかを含む前記＜１１＞に記載の表示素子である。
＜１４＞ 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前記＜１１＞から＜１３＞のいずれか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、
を備えることを特徴とする画像表示装置である。
＜１５＞ 前記＜１４＞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、
を備えることを特徴とするシステムである。

１０ 電界効果型トランジスタ
２０ 電界効果型トランジスタ
２１ 基材
２２ 活性層
２３ ソース電極
２４ ドレイン電極
２５ ゲート絶縁層
２６ ゲート電極
３０ キャパシタ
４０ 電界効果型トランジスタ
１００ テレビジョン装置
１０１ 主制御装置
１０３ チューナ
１０４ ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）
１０５ 復調回路
１０６ ＴＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｔｒｅａｍ）デコーダ
１１１ 音声デコーダ
１１２ ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）
１１３ 音声出力回路
１１４ スピーカ
１２１ 映像デコーダ
１２２ 映像・ＯＳＤ合成回路
１２３ 映像出力回路
１２４ 画像表示装置
１２５ ＯＳＤ描画回路
１３１ メモリ
１３２ 操作装置
１４１ ドライブインターフェース（ドライブＩＦ）
１４２ ハードディスク装置
１４３ 光ディスク装置
１５１ ＩＲ受光器
１５２ 通信制御装置
２１０ アンテナ
２２０ リモコン送信機
３００ 表示器
３０２、３０２’ 表示素子
３１０ ディスプレイ
３１２ 陰極
３１４ 陽極
３２０、３２０’ ドライブ回路（駆動回路）
３４０ 有機ＥＬ薄膜層
３４２ 電子輸送層
３４４ 発光層
３４６ 正孔輸送層
３５０ 有機ＥＬ素子
３６０ 層間絶縁膜
３６１ キャパシタ
３７０ 液晶素子
４００ 表示制御装置
４０２ 画像データ処理回路
４０４ 走査線駆動回路
４０６ データ線駆動回路

特開２００２−７６３５６号公報 特開２００６−１６５５２９号公報 国際公開ＷＯ２００８−０９６７６８号パンフレット

Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，他５名、「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、ＮＡＴＵＲＥ、ＶＯＬ４３２、Ｎｏ．２５、ＮＯＶＥＭＢＥＲ、２００４、ｐ．４８８−４９２ Ｊ． Ｓ． Ｐａｒｋ，他５名、 「Ｎｏｖｅｌ ＺｒＩｎＺｎＯ Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｗｉｔｈ Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ」、 Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、 ＶＯＬ２１、Ｎｏ．３、２００９、ｐ．３２９−３３３

Claims (6)

1. ゲート電極と、
   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たｎ型酸化物半導体層と、
   前記ゲート電極と前記ｎ型酸化物半導体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って、
   前記ｎ型酸化物半導体層は、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、及び６価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた化合物を有し、
   前記ドーパントの価数が、前記化合物を構成する被置換金属カチオン（ただし、前記ドーパントを除く）の価数よりも大きく、
   前記被置換金属カチオンと、前記ドーパントのカチオンとの組み合わせ（被置換金属：ドーパント）が、（Ｃｕ：Ｚｎ）、（Ｇｅ：Ｓｂ）、（Ｈｇ：Ｔｌ）、（Ｇａ：Ｚｒ）、（Ｐｂ：Ｂｉ）、（Ｎｂ：Ｍｏ）、（Ｂｉ：Ｔｅ）（Ｌｉ：Ｍｇ）、（Ｃｄ：Ｉｎ）、（Ｖ：Ｍｏ）、（Ｔｉ：Ｖ）、（Ａｓ：Ｍｏ）、（Ｌａ：Ｈｆ）、（Ｔｌ：Ｐｂ）、（Ｔａ：Ｗ）、（Ｓｂ：Ｗ）、（Ｇｅ：Ａｓ）、（Ａｇ：Ｃｄ）、及び（Ｂａ：Ｌａ）のいずれかである、
   ことを特徴とする電界効果型トランジスタ。
2. 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、
   を備えることを特徴とする表示素子。
3. 前記光制御素子が、エレクトロルミネッセンス素子及びエレクトロクロミック素子のいずれかを含む請求項２に記載の表示素子。
4. 前記光制御素子が、液晶素子及び電気泳動素子のいずれかを含む請求項２に記載の表示素子。
5. 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２から４のいずれか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、
   を備えることを特徴とする画像表示装置。
6. 請求項５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、
   を備えることを特徴とするシステム。