JPS62219665A - 超格子薄膜トランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　　　要〕 本発明は、非晶質の半導体層を持つ薄膜トランジスタ（
以下、ＴＰＴと称す）において、上記半導体層をａ−Ｓ
ｉ：Ｈとａ−ＳｉＮｘ：Ｈとからなる非晶質の超格子構
造とすることにより、従来のａｓｉＴＦＴに見られる光
導電性を抑制し、迷光の影響を受けに（いＴＦＴの実現
を図ったものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、非晶質半導体を用いて形成したＴＰＴに関す
る。

これまで、特にａ−３ｔ系のＴＰＴは、低温・大面積形
成が可能であるため、例えばマトリクス型液晶表示装置
やりニアイメージセンサ等を駆動するためのスイッチン
グ素子として、広く用いられている。

〔従来の技術〕

従来のＴＰＴとしては、ソース電極とドレイン電極との
間にａ−Ｓｉ：Ｈの単膜を備え、この単膜内を流れるキ
ャリアを、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極
によって制御するようにしたものが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来のＴＰＴに用いられたａ−３ｉ：Ｈの単膜は、
光導電性が大きいため、光があたると、例えばオフにし
ていたにもかかわらず上記光でオンに切換ねってしまう
というように、迷光による誤動作を生じ易かった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ａ−３ｉ：Ｈ層とａ−ＳｉＮｘ：Ｈ層とを交
互に多数積層して構成した超格子を半導体層として用い
たものである。

〔作　　　用〕

上記構成からなる超格子は、従来のａ−３ｉ　：Ｈの単
膜に比べて、光を当てたときに流れる電流（以下、光電
流と称す）と光を当てないときに流れる電流（以下、暗
電流と称す）との差が非常に小さい。そのため、この超
格子を半導体層として用いたＴＰＴは、光導電性が抑制
され、迷光の影響を受けにくく、非常に安定した動作特
性を示すようになる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は、本発明の第１の実施例を示す概略構成図であ
る。同図では、ガラス等でできた基板１上の所定位置に
ゲート電極Ｇを形成し、その上からａ　　ＳｉＯ２等の
ゲート絶縁膜２および後述する超格子３を層状に設けて
、さらにその上の所定位置にソース電極Ｓおよびドレイ
ン電極りを形成したものであり、ソース電極Ｓとドレイ
ン電極りとの間で超格子３内を流れるキャリアを、ゲー
ト電極Ｇに対する印加電圧によって制御するようにして
いる。

上記超格子３は、所定の層厚（例えば、１０人〜１００
人）を持つａ−３ｉ：Ｈ層およびａ−ＳｉＮｘ：Ｈ層を
交互に多数積層した構造とし、その全体の層厚を例えば
約２５００人となるようにしたものである。このような
超格子３は、プラズマＣＶＤや光ＣＶＤ等により、各層
ごとにガスを切換えて作製していく。例えば、ａ−３ｉ
：Ｈ層の作製時は水素希釈のＳｉＨ４ガスを用い、また
ａ−ＳｉＮｘ：Ｈ層の作製時は水素希釈の５ｉＨａガス
およびＮＨ３ガスを用いる。

そこで、上記構成からなる超格子３における、面内方向
の暗電流および光電流と、ａ−３ｔｒＨ層およびａ−Ｓ
ｉＮｘ：Ｈ層の各層厚く前者の層厚をＬｓ、後者の層厚
をＬＮとする）との関係を測定した結果を第４図に示す
。なおここでは、Ｌｓ＝Ｌ、とし、またａ−ＳｉＮｘｓ
Ｈ層を作る時の５ｉＨａガスとＮＨ３ガスとの流量比（
ＮＮＨ３／　Ｎｓ、Ｈｓｒ　）を１に固定した。さラニ
、この超格子３の面内方向には１００　Ｖの電圧を印加
し、また光電流を測定する時の照射光は２５　Ｌ　ｘの
白色光を用いた。

第４図において、参考のために示したａ−３ｉ：Ｈの単
膜の場合、暗電流（ム印で示す）と光電流（△印で示す
）とは３桁程度の非常に大きな差を持っており、すわな
ち光を当てただけで電流が大きく変動する（光導電性が
大きい）ことがわかる。一方、上述した超格子の場合は
、上記ａ−Ｓｉ：Ｈ単膜と比べて、暗電流（・印で示す
）と光電流（○印で示す）との差が非常に小さく、光導
電性が抑えられている。従って、このような超格子を使
用した本実施例のＴＰＴは、迷光の影響を受けにくり、
非常に安定した動作特性を持つ。

なお同図では、層厚Ｌｓ　　（−Ｌ、）を１００人。

３０人、１０人と減少させるに従って、暗電流および光
電流が共に低下するとともに、光導電性がより抑制され
るのが見られる。この点を考慮すれば、上記層厚Ｌｓ、
Ｌ、は３０Å以下であることが望ましい。

次に、本発明の第２の実施例の概略構成を第２図に示す
。同図では、ソース電極Ｓおよびドレイン電極りで超格
子１３を両端から挾んだ構成としたものである。上記超
格子１３は、前述した超格子３と同様な構成であり、第
４図に示した関係を持っている。このような構成にして
も、光導電性を非常に小さく抑えることができ、従って
迷光の影響を受けにくくなる。

次に、本発明の第３の実施例の概略構成を第３図に示す
。同図では、第１図に示したものからゲート絶縁膜２を
除去した構成となっており、すなわち、ガラス基板１お
よびゲート電極Ｇ上に超格子２３を直接形成したもので
ある。この超格子２３も、前述した超格子３．１３と同
様にして作製したものであり、第４図に示した関係を有
している。ここで、ゲート絶縁膜２を除去することがで
きるのは、以下の理由による。

まず、全体の膜厚が２４００人である超格子において、
その膜厚方向に印加された電圧と、そのときに膜厚方向
に流れる電流との関係を第３図に示す。

なお、このときの電極面積は３　ｖａ　Ｘ　３　ｖｍで
ある。

同図において、Ｌ　、　＝　Ｌ　、　＝　１００人の場
合（曲線Ｉ）は、印加電圧の大きさによらず、１０”’
Ω・ｃｍ以上の大きな抵抗率を有する。Ｌ、＝Ｌｓ＝３
０人の場合（曲線■）およびり、＝Ｌｓ＝１０人の場合
（曲線■）は、曲線Ｉの場合と比べて各層厚が序々に薄
くなり、それに従ってトンネル効果によるリーク電流を
生じるが、印加電圧が５〜ＩＯＶ付近では１０１３Ω・
印以上の大きな抵抗率を保っている。

これら膜厚方向の抵抗率は、面内方向の抵抗率が１０幻
Ω・ｃｍ以下であるのに比べると、著しく大きい。従っ
て、抵抗率のこのような非等方的な性質により、膜厚方
向は実質的に絶縁されていることになり、ゲート電極Ｇ
と超格子２３との間にはゲート絶縁膜が不要になる。

このようにゲート絶縁膜が不要になれば、構成が非常に
簡単になるため、信頼性および低価格化の面で非常に有
利になる。また、上記第１および第２の実施例と同様に
光導電性をも抑えることができるので、迷光の影響も受
けにく（なる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、超格子構造により光導電性を小さく抑
制することができるので、迷光の影響を受けない安定し
た動作特性を持つＴＰＴを実現できる。さらに、上記超
格子における電気抵抗の非等方性を利用すれば、ゲート
絶縁膜のない簡単な構成のＴＰＴを実現することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はそれぞれ本発明の第１、第２
、第３の実施例を示す概略構成図、第４図は本発明に係
る超格子における、面内方向の暗電流および光電流と、
各層厚（Ｌ、、ｔ、ｓ）との関係を示す図、 第５図は上記超格子の膜厚方向における、印加電圧と電
流との関係を示す図である。 １・・・基板、 ２・・・ゲート絶縁膜、 ３．１３．２３・・・超格子、 Ｓ・・・ソース電極、 Ｄ・・・ドレイン電極、 Ｇ・・・ゲート電極、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）非晶質の半導体層を用いた薄膜トランジスタにおい
   て、 前記半導体層をａ−Ｓｉ：Ｈとａ−ＳｉＮ＿ｘ：Ｈとを
   交互に多数積層してなる超格子（３、１３、２３）とし
   たことを特徴とする超格子薄膜トランジスタ。 ２）前記ａ−Ｓｉ：Ｈ層の層厚が３０Å以下であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超格子薄膜ト
   ランジスタ。 ３）前記ａ−Ｓｉ：Ｈ層および前記ａ−ＳｉＮ＿ｘ：Ｈ
   層の各層厚がいずれも３０Å以下であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の超格子薄膜トランジスタ
   。 ４）前記超格子とゲート電極（Ｇ）との間にゲート絶縁
   膜（２）を有しないことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第３項のいずれか１つに記載の超格子薄膜トラ
   ンジスタ。