[发明专利]p型氧化物、p型氧化物制造用组合物、p型氧化物制造方法、半导体器件、显示器件、图像显示设备和系统

说明书

技术领域

本发明涉及p型氧化物、p型氧化物制造用组合物、用于制造所述p型氧化物的方法、半导体器件、显示器件、图像显示设备、和系统。本发明进一步具体地涉及呈现p型导电性的p型氧化物、用于制造所述p型氧化物的p型氧化物制造用组合物、用于制造所述p型氧化物的方法、在活性(有源，active)层中使用所述p型氧化物的半导体器件、具有所述半导体器件的显示器件、使用所述显示器件的图像显示设备、和包括所述图像显示设备的系统。

背景技术

在非晶状态下具有比a-Si高的迁移率的InGaZnO₄(a-IGZO)薄膜晶体管(TFT)的发展已经促进了全世界范围内致力于使氧化物半导体实用的研究和开发。然而，几乎所有的这些氧化物半导体都是其中电子充当载流子的n型氧化物半导体。

如果性质比得上n型氧化物半导体的性质的p型氧化物半导体变得可用，则p型氧化物半导体可与n型氧化物半导体组合以形成p-n结，其导致，例如，二极管、光学传感器、太阳能电池、LED和双极晶体管(bipolar transistor)。可将所述氧化物半导体制成宽带隙半导体，其容许包括所述半导体的器件为透明的。

在有源矩阵有机EL显示器中，基础驱动电路是如图7中所示的2T1C电路。在此情况下，作为n型晶体管的驱动晶体管(场效应晶体管20)导致所谓的源极跟随器(source follower)连接。因此，有机EL器件性质依赖于时间的变化(特别是电压升高)导致该驱动晶体管的工作点(操作点，operating point)移向处于不同栅电压的另一工作点，这缩短了该显示器的半寿命(half-life)。这是为何使用具有高迁移率的a-IGZO TFT作为底板(backplane)的AM-OLED(有源矩阵有机EL显示器)仍未实用化而目前仅采用p型LTPS-TFT(低温多晶硅薄膜晶体管)的原因。结果，再次强烈期望高性能p型氧化物半导体。

从20世纪50年代就已知晓，Cu₂O晶体呈现p型导电性(参见例如NPL1)。该晶体基于O-Cu-O哑铃结构，并且在该结构中，Cu3d与O2p的杂化轨道构成了价带顶。氧过量的非化学计量在前述价带中导致空穴，这导致p型导电性。

基于哑铃结构的晶体的实例包括SrCu₂O₂晶体和由下式表示的赤铜铁矿(delafossite)晶体：CuMO₂(其中M=Al、Ga或In)。为了呈现出p型导电性，其氧化物应具有高的结晶性。因此，实际报道呈现出p型导电性的仅有CuAlO₂、CuInO₂和SrCu₂O₂(参见例如NPL2-4)。

难以呈现出p型导电性的一个原因是无法容易地控制Cu化合价和氧量。在致力于形成由具有优异结晶性的含Cu⁺的氧化物组成的单相膜时，含Cu²⁺的晶相例如CuO、SrCuO₂和SrCu₂O₃经常污染。这样的被污染的膜无法呈现出优异的p型导电性并且在性质方面无法容易地控制。这意味着，当将这些p型氧化物材料用于半导体器件中的活性层时，无法优化例如载流子浓度和载流子迁移率的性质。

此外，已经提出包含一价Cu或Ag的赤铜铁矿氧化物(参见PTL1)。然而，该以上提出的技术需要在500℃或更高的高温下热处理，这是不实际的。

已经提出了包含结晶SrCu₂O₂的p型导电性薄膜(参见PTL2)。在该以上提出的技术中，无法在300℃的相对低的温度下形成该薄膜。然而，该薄膜可仅呈现最高达4.8×10^-2Scm^-1的电导率，这是不够的。而且，无法合适地控制导电性。

即，以上提出的技术既不能以实用方式制造p型氧化物，也不能导致呈现出合适地控制的且足够的导电性的p-氧化物材料。

已经提出了使用具有包含一价Cu或Ag的赤铜铁矿晶体结构的p型氧化物材料作为活性层的TFT(参见PTL3)。

然而，以上提出的技术尚未公开关于例如活性层的材料性质、制造所述活性层的方法和晶体管性质的足够信息。