JP6289822B2 - 発光装置及び電子機器 - Google Patents

Description

有機エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、以下ＥＬとも記す）を用いた発光装置及び電子機器に関する。特に、トランジスタ及び有機ＥＬ素子を有する発光装置及び電子機器に関する。

薄型軽量化が容易であること、入力信号に対し高速に応答可能であること、直流低電圧電源を用いて駆動可能であること等の特徴を有する、有機化合物を発光体として用いた発光素子（有機ＥＬ素子）は、次世代のフラットパネルディスプレイへの応用が検討されている。

フラットパネルディスプレイの多くに用いられているトランジスタは、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン、単結晶シリコン、又は多結晶シリコン等のシリコン半導体によって構成されている。また、該シリコン半導体を用いたトランジスタは集積回路（ＩＣ）等にも利用されている。

近年、シリコン半導体に代わって、半導体特性を示す金属酸化物をトランジスタに用いる技術が注目されている。なお、本明細書中では、半導体特性を示す金属酸化物を酸化物半導体と記す。

半導体への電圧もしくは電流の印加により発生する電気的ストレスや、外部からの加熱もしくは半導体の通電によるジュール熱によって発生する熱的ストレス等により、トランジスタの閾値電圧は変化する。これは、酸化物半導体を用いたトランジスタについてもあてはまる。

有機ＥＬを用いた発光装置等で用いられる画素の駆動用トランジスタでは、有機ＥＬ素子の駆動に伴うトランジスタへの電気的ストレスや熱的ストレスにより、閾値電圧が経時的に変化することが問題となっている。

特許文献１では、発光素子と該発光素子の駆動用のＴＦＴとを少なくとも有し、該発光素子から放射される光のうち所定の波長よりも長い波長の光の少なくとも一部を、該ＴＦＴを構成する半導体に照射する機構が設けられてなる発光表示装置が開示されている。また、該機構として、遮光膜に、発光素子から放射される光の少なくとも一部を透過する透過性領域が設けられている構成が挙げられている。

特開２０１０−１４９４２号公報

特許文献１に記載の実施例２では、電気的ストレスによって発生した閾値電圧の変化を光照射によって補填又は抑制できるかを調べた結果が開示されている。具体的には、ＴＦＴに電気的ストレスを与えている間に、４００ｎｍ、０．０２ｍＷ／ｃｍ^２の条件で光照射を行ったＴＦＴでは、光照射を行わない条件のＴＦＴに比べて、閾値電圧変化が小さかった（閾値電圧変化が発生しなかった）という結果が開示されている。また、ＴＦＴに電気的ストレスを与えている間に、４００ｎｍ、０．２ｍＷ／ｃｍ^２の条件で光照射を行ったＴＦＴでは、マイナス側に大きく閾値電圧が変化したという結果が開示されている。

ｎチャネル型のトランジスタの閾値電圧がマイナス側に大きく変化すると、ノーマリーオンになる場合がある。トランジスタがノーマリーオンになると、動作時に動作不良が発生しやすくなる、又は非動作時の消費電力が高くなる等の、様々な問題が生じる。

特許文献１で例示された、電気的ストレスによって閾値電圧変化が生じる酸化物半導体を用いたＴＦＴでは、光照射の条件によって、光照射を行わない場合に比べて閾値電圧変化が補填又は抑制できるときと、光照射を行わない場合に比べてマイナス側に大きく閾値電圧が変化するときと、があることがわかる。そのため、適切な範囲でＴＦＴの閾値電圧を変化させるには、光照射の条件（例えば、透過性領域の透光率や、透過性領域の遮光膜に対する面積比、位置等）をＴＦＴの特性に応じて最適化する必要がある。特許文献１には、例えば、ＴＦＴの閾値電圧のシフト量が大きくなるときは、透光性領域の面積を小さくすることによって、半導体膜に到達する光の量を減少させることが求められる旨の記載がある。

このように、特許文献１に開示された発光表示装置において、光照射によってトランジスタの閾値電圧変化を補填又は抑制するためには、トランジスタを構成する半導体に照射する光を適切な条件に設定する必要があり、制御が困難である。

そこで、本発明の一態様は、有機ＥＬ素子が発する光を照射することにより、該有機ＥＬ素子の駆動用トランジスタの閾値電圧の変化を抑制できる発光装置を提供することを課題の一とする。

本発明の一態様の発光装置は、有機ＥＬ素子と、酸化物半導体を用いた、該有機ＥＬ素子の駆動用トランジスタとを備え、該酸化物半導体には、該有機ＥＬ素子が発する光が照射される構成である。なお、本明細書等において、有機ＥＬ素子の駆動用トランジスタとは、有機ＥＬ素子に供給する電流値を制御するトランジスタを指す。

本発明の一態様の発光装置では、有機ＥＬ素子の駆動用トランジスタとして、ゲートに印加される電位がソースの電位よりも高い場合に、以下の２つの特性を有するｎチャネル型トランジスタを用いる。１つは、閾値電圧がプラス側に変動する（閾値電圧がマイナス側に変動しない）特性である。もう１つは、酸化物半導体に有機ＥＬ素子が発する光を照射することで、光を照射しない場合に比べて該閾値電圧の変化が抑制される特性である。

上記トランジスタが備える酸化物半導体に有機ＥＬ素子が発する光を照射することで、光の照射条件によらず、光を照射しない場合に比べて、該トランジスタの閾値電圧の変化を抑制することができる。

なお、本明細書中におけるトランジスタは、特に記載の無い限り、ｎチャネル型トランジスタを指す。つまり、有機ＥＬ素子が光を発する際、該有機ＥＬ素子の駆動用トランジスタでは、オン状態であり、ゲートに印加される電位がソースの電位よりも高い。

ここで、酸化物半導体を用いたトランジスタにおいて、酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損は、トランジスタの電気特性の不良に繋がる。例えば、膜中に酸素欠損が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタは、閾値電圧がマイナス側に変動しやすく、ノーマリーオンになりやすい。これは、酸化物半導体に含まれる酸素欠損に起因して電荷が生じてしまい、低抵抗化するためである。

また、酸化物半導体膜に酸素欠損が含まれると、経時変化やバイアス温度ストレス試験（Ｂｉａｓ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅストレス試験、ＢＴストレス試験）により、トランジスタの電気特性、代表的には閾値電圧の変動量が増大してしまうという問題がある。

そこで、本発明の一態様の発光装置では、有機ＥＬ素子の駆動用トランジスタとして、酸化物半導体膜の酸素欠損の含有量が低減されたトランジスタを用いる。

該トランジスタは、プラスＢＴストレス試験及び光プラスＢＴストレス試験によって閾値電圧がプラス側に変動する（閾値電圧がマイナス側に変動しない）という特性を有する。さらに、該トランジスタでは、プラスＢＴストレス試験における閾値電圧の変動量に比べて、光プラスＢＴストレス試験における閾値電圧の変動量が少ない。つまり、酸化物半導体膜に光を照射することで、光を照射しない場合に比べて閾値電圧の変化が抑制される。

なお、本明細書中において、ゲート電極に印加する電位がソース及びドレインの電位よりも高い場合をプラスＢＴストレス試験という。また、光を照射しながらＢＴストレス試験を行うことを光ＢＴストレス試験といい、光が照射され、かつゲート電極に印加する電位がソース及びドレインの電位よりも高い場合を光プラスＢＴストレス試験という。

本発明の一態様の発光装置では、酸化物半導体膜上に化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化絶縁膜（第２の酸化絶縁膜とも記す）を有する。これにより、第２の酸化絶縁膜に含まれる酸素を酸化物半導体膜に拡散させることができる。この結果、酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損量を低減することができる。

したがって、本発明の一態様は、絶縁表面上に、発光素子と、発光素子の駆動用トランジスタと、駆動用トランジスタを覆う絶縁膜（第２の酸化絶縁膜）と、を有し、駆動用トランジスタは、絶縁表面上に設けられたゲート電極、ゲート電極を覆うゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と重なる酸化物半導体膜、及び酸化物半導体膜に接する一対の電極を有し、酸化物半導体膜には、発光素子が発する光が照射され、絶縁膜は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化絶縁膜であり、発光素子は、一対の電極の一方と電気的に接続された第１の電極、第１の電極上に設けられた発光性の有機化合物を含む層、及び有機化合物を含む層上に設けられた第２の電極を有し、駆動用トランジスタでは、ゲート電極に印加される電位がソースの電位よりも高い場合、閾値電圧がプラス側に変動する発光装置である。

また、本発明の一態様は、絶縁表面上に、発光素子と、発光素子の駆動用トランジスタと、駆動用トランジスタを覆う絶縁膜（第２の酸化絶縁膜）と、を有し、駆動用トランジスタは、絶縁表面上に設けられたゲート電極、ゲート電極を覆うゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と重なる酸化物半導体膜、及び酸化物半導体膜に接する一対の電極を有し、絶縁膜は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化絶縁膜であり、発光素子は、一対の電極の一方と電気的に接続された第１の電極、第１の電極上に設けられた発光性の有機化合物を含む層、及び有機化合物を含む層上に設けられた第２の電極を有し、第１の電極は、酸化物半導体膜と重なり、可視光を透過する領域を有し、駆動用トランジスタでは、ゲート電極に印加される電位がソースの電位よりも高い場合、閾値電圧がプラス側に変動する発光装置である。

また、本発明の別の態様の発光装置では、酸化物半導体膜上に酸素が拡散する酸化絶縁膜（第１の酸化絶縁膜とも記す）を有し、第１の酸化絶縁膜上に第２の酸化絶縁膜を有する。これにより、第２の酸化絶縁膜に含まれる酸素を第１の酸化絶縁膜を介して酸化物半導体膜に拡散させることができる。この結果、酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損量を低減することができる。また、第１の酸化絶縁膜を形成することで、第２の酸化絶縁膜を形成する際に酸化物半導体膜に与えるダメージを低減することができる。

具体的には、上記発光装置において、酸化物半導体膜と絶縁膜との間に、酸素が拡散する酸化絶縁膜（第１の酸化絶縁膜）を有することが好ましい。

また、上記発光装置において、酸化物半導体膜は、電子スピン共鳴測定によるｇ値＝１．９３のスピン密度が検出下限以下であることが好ましい。

ｇ値＝１．９３に現れる信号は、酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損に由来する。したがって、ｇ値＝１．９３のスピン密度は検出下限以下であることが好ましい。これにより、酸素欠損に由来するトランジスタの電気特性の不良を抑制できる。

また、上記発光装置において、発光素子と酸化物半導体膜の間に、酸化物半導体膜に照射される光の少なくとも一部を遮る機構が設けられていないことが好ましい。

上記発光装置では、照射条件によらず、有機ＥＬ素子からの光を照射することで、該光が照射されない場合に比べて、該トランジスタの閾値電圧の変化を抑制できるため、照射する光を適切な条件にするための機構（例えば、遮光膜やカラーフィルタ等）を設ける必要がない。よって、該機構を設けることによる発光装置の構成や作製工程の増加を防止できるため、好ましい。

また、上記発光装置を表示部に備える電子機器、表示装置も本発明の一態様である。

本発明の一態様の発光装置では、有機ＥＬ素子の駆動用トランジスタとして、ゲートに印加される電位がソースの電位よりも高い場合に、閾値電圧がプラス側に変動する（閾値電圧がマイナス側に変動しない）特性、及び、酸化物半導体膜に有機ＥＬ素子が発する光を照射することで、光を照射しない場合に比べて該閾値電圧の変化が抑制される特性を有するｎチャネル型トランジスタを用いる。

したがって、本発明の一態様では、トランジスタが備える酸化物半導体膜に有機ＥＬ素子が発する光を照射することで、光の照射条件によらず、光を照射しない場合に比べて、該トランジスタの閾値電圧の変化を抑制できる発光装置を提供できる。

本発明の一態様の発光装置の一例を示す図。 トランジスタの一例を示す図。 トランジスタの作製方法の一例を示す図。 トランジスタの一例を示す図。 発光素子の一例を示す図。 電子機器の一例を示す図。 実施例１の試料の作製方法を示す図。 実施例１で用いたＬＥＤの分光照射強度を示す図。 実施例１のトランジスタの閾値電圧を示す図。 実施例１の閾値電圧の定義を示す図。 実施例２のＳＳＤＰ−ＳＩＭＳの測定結果を示す図。 実施例３の試料を示す図。 実施例３のＥＳＲの測定結果を示す図。 実施例３のＥＳＲの測定結果を示す図。 画素４５０１の等価回路及び実施例４の発光素子を示す図。 実施例４の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例４の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例４の発光素子の発光スペクトルを示す図。 表示装置の一例を示す図。 表示装置の一例を示す図。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。

なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、膜の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置について図１及び図１５（Ｂ）を用いて説明する。

本発明の一態様の発光装置は、有機ＥＬ素子と、酸化物半導体を用いた、該有機ＥＬ素子の駆動用トランジスタと、を備え、該酸化物半導体には、該有機ＥＬ素子が発する光が照射される構成である。

本発明の一態様の発光装置では、有機ＥＬ素子の駆動用トランジスタとして、ゲートに印加される電位がソースの電位よりも高い場合に、以下の２つの特性を有するｎチャネル型トランジスタを用いる。１つは、閾値電圧がプラス側に変動する（閾値電圧がマイナス側に変動しない）特性である。もう１つは、酸化物半導体に有機ＥＬ素子が発する光を照射することで、光を照射しない場合に比べて該閾値電圧の変化が抑制される特性である。

上記トランジスタが備える酸化物半導体に有機ＥＬ素子が発する光を照射することで、光の照射条件によらず、光を照射しない場合に比べて、該トランジスタの閾値電圧の変化を抑制することができる。

なお、上記特性を有するトランジスタは、有機ＥＬ素子の駆動用トランジスタ以外にも適用できる。例えば、本発明の一態様の発光装置の画素部に含まれるトランジスタ（スイッチング用トランジスタ等）に上記特性を有するトランジスタを用い、有機ＥＬ素子の光を酸化物半導体に照射する構成としてもよい。また、発光装置や表示装置の駆動回路部に含まれるトランジスタに上記特性を有するトランジスタを用い、有機ＥＬ素子の光を酸化物半導体に照射する構成としてもよい。また、酸化物半導体に照射する光として、有機ＥＬ素子の光以外を用いてもよい。

図１（Ａ）に本発明の一態様の発光装置の平面図を示す。本発明の一態様の発光装置は、基板１０１上に、画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３、走査線駆動回路４５０４、及びＦＰＣ４５０５を有する。基板１０１及び基板１１５は、封止材４５０６で貼り合わされている。

封止材４５０６としては、熱硬化樹脂、又は光硬化樹脂などの有機樹脂や、低融点ガラス（ガラスフリット等）などを用いることができる。また、封止材４５０６に乾燥剤が含まれていてもよい。例えば、アルカリ土類金属の酸化物（酸化カルシウムや酸化バリウム等）のように、化学吸着によって水分を吸収する物質を用いることができる。その他の乾燥剤として、ゼオライトやシリカゲル等のように、物理吸着によって水分を吸着する物質を用いてもよい。乾燥剤が含まれていると、封止領域内の水分などの不純物を低減し、発光素子の信頼性が向上するため好ましい。

基板１０１上には、駆動回路に外部からの信号（ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、又はリセット信号等）や電位を伝達する外部入力端子を接続するための引き回し配線が設けられる。ここでは、外部入力端子としてＦＰＣ４５０５（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を設ける例を示している。なお、ＦＰＣ４５０５にはプリント配線基板（ＰＷＢ）が取り付けられていてもよい。本明細書における発光装置は、発光装置本体だけでなく、発光装置本体にＦＰＣ又はＰＷＢが取り付けられた状態のものも範疇に含むものとする。

信号線駆動回路４５０３及び走査線駆動回路４５０４は、トランジスタを複数有する。信号線駆動回路４５０３及び走査線駆動回路４５０４には、種々のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路又はＮＭＯＳ回路を用いることができる。本実施の形態では、画素部が形成された基板上に駆動回路が形成されたドライバー一体型を示すが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、画素部が形成された基板とは別の基板に駆動回路を形成することもできる。

画素部４５０２は、スイッチング用トランジスタと、駆動用トランジスタと、該駆動用トランジスタの配線と電気的に接続された画素電極（第１の電極）を備える発光素子と、を有する。

画素部４５０２が備える画素構成の一例を図１５（Ｂ）に示す。図１５（Ｂ）では、１つの画素４５０１にｎチャネル型のトランジスタを２つ用いる例を示す。

画素４５０１は、スイッチング用トランジスタ１５１、駆動用トランジスタ１０５、発光素子１１７、及び容量素子１５３を有する。

スイッチング用トランジスタ１５１では、ゲートが走査線１５７に接続され、第１の電極（ソース電極又はドレイン電極の一方）が信号線１５５に接続され、第２の電極（ソース電極又はドレイン電極の他方）が駆動用トランジスタ１０５のゲートに接続されている。駆動用トランジスタ１０５では、ゲート電極が容量素子１５３を介して電源線１５９に接続され、第１の電極が電源線１５９に接続され、第２の電極が発光素子１１７の第１の電極（画素電極）に接続されている。発光素子１１７の第２の電極は共通電極１５８に相当する。共通電極１５８は、同一基板上に形成される共通電位線と電気的に接続される。

なお、発光素子１１７の第２の電極（共通電極１５８）には低電源電位が設定されている。なお、低電源電位とは、電源線１５９に設定される高電源電位を基準にして低電源電位＜高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばＧＮＤ、０Ｖなどが設定されていてもよい。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子１１７に印加して、発光素子１１７に電流を流して発光素子１１７を発光させるため、高電源電位と低電源電位との電位差が発光素子１１７の順方向閾値電圧以上となるようにそれぞれの電位を設定する。

なお、容量素子１５３は駆動用トランジスタ１０５のゲート容量を代用して省略することも可能である。駆動用トランジスタ１０５のゲート容量については、チャネル領域とゲートとの間で容量が形成されていてもよい。

ここで、電圧入力電圧駆動方式の場合には、駆動用トランジスタ１０５のゲートには、駆動用トランジスタ１０５が十分にオンするか、オフするかのいずれかの状態となるようなビデオ信号を入力する。つまり、駆動用トランジスタ１０５は線形領域で動作させる。駆動用トランジスタ１０５は線形領域で動作させるため、電源線１５９の電圧よりも高い電圧を駆動用トランジスタ１０５のゲートにかける。なお、信号線１５５には、（電源線電圧＋駆動用トランジスタ１０５の閾値電圧Ｖｔｈ）以上の電圧をかける。

また、上述のデジタル時間階調駆動に代えて、アナログ階調駆動を行う場合、異なる信号を入力することで、図１５（Ｂ）と同じ画素構成を用いることができる。

アナログ階調駆動を行う場合、駆動用トランジスタ１０５のゲートに（発光素子１１７の順方向電圧＋駆動用トランジスタ１０５のＶｔｈ）以上の電圧をかける。発光素子１１７の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向閾値電圧よりも大きい。なお、駆動用トランジスタ１０５が飽和領域で動作するようなビデオ信号を入力することで、発光素子１１７に電流を流すことができる。駆動用トランジスタ１０５を飽和領域で動作させるため、電源線１５９の電位は、駆動用トランジスタ１０５のゲート電位よりも高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子１１７にビデオ信号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる。

なお、画素構成はこれに限定されない。例えば、図１５（Ｂ）に示す画素４５０１にさらにスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。

図１（Ａ）における一点鎖線Ａ−Ｂ間の断面図の一例を図１（Ｂ）乃至（Ｄ）に示す。

本発明の一態様の発光装置が備える有機ＥＬ素子は、駆動用トランジスタが備える酸化物半導体膜に光を照射できる構造であれば、構造は特に限定されない。例えば、図１（Ｂ）では、発光装置がボトムエミッション構造（下面射出構造）の発光素子１１７を備える構成を示し、図１（Ｃ）では、発光装置がトップエミッション構造（上面射出構造）の発光素子１２７ａ及びデュアルエミッション構造（両面射出構造）の発光素子１２７ｂを備える構成を示す。なお、有機ＥＬ素子の構成例は、実施の形態３で詳述する。

また、本発明の一態様の発光装置は、カラーフィルタ方式、塗り分け方式、色変換方式のいずれを適用してもよい。図１（Ｂ）では、塗り分け方式を適用した発光装置を示し、図１（Ｃ）（Ｄ）では、カラーフィルタ方式を適用した発光装置を示す。

図１（Ｂ）乃至（Ｄ）に示す発光装置は、それぞれ、基板１０１上に下地膜１０３が設けられ、下地膜１０３上に駆動用トランジスタ１０５が設けられている。駆動用トランジスタ１０５は、ゲート電極１５、ゲート絶縁膜１８、酸化物半導体膜２０、及び一対の電極２１（ソース電極及びドレイン電極）を有する。駆動用トランジスタ１０５上には、該トランジスタを覆う保護膜１０７及び平坦化膜１０９が設けられている。

図１（Ｂ）では、信号線駆動回路４５０３に駆動用トランジスタ１０５と同様の構成のトランジスタを適用する例を示すが、信号線駆動回路４５０３に備えるトランジスタの構成は特に限定されない。

ＦＰＣ４５０５と電気的に接続する配線は、発光装置を構成する導電膜のいずれかと同一工程、同一材料で作製することが好ましい。図１（Ｂ）では、第１の電極１３１と同じ工程、同じ材料で形成された配線４５０７ａを備える構成を示す。図１（Ｃ）では、駆動用トランジスタ１０５のゲート電極１５と同じ工程、同じ材料で形成された配線４５０７ｂを備える構成を示す。図１（Ｄ）では、駆動用トランジスタ１０５の一対の電極２１と同じ工程、同じ材料で形成された配線４５０７ｃを備える構成を示す。

図１（Ｂ）では、平坦化膜１０９上に発光素子１１７が設けられている。発光素子１１７は、第１の電極１３１、ＥＬ層１３３、及び第２の電極１３５を有する。第１の電極１３１は、一対の電極２１の一方と電気的に接続している。第１の電極１３１の端部は隔壁１１１で覆われている。

発光素子１１７は、ボトムエミッション構造である。第１の電極１３１は可視光を透過する材料で形成されている。第２の電極１３５は、可視光を反射する材料で形成されている。

発光素子１１７の発光領域は、駆動用トランジスタ１０５が備える酸化物半導体膜２０と重なる。よって、発光素子１１７の発する光を酸化物半導体膜２０に照射することができる。

駆動用トランジスタ１０５は、ゲート電極１５に印加される電位がソース電極の電位よりも高い場合に、閾値電圧がプラス側に変動する（閾値電圧がマイナス側に変動しない）特性を有する。かつ、駆動用トランジスタ１０５は、ゲート電極１５に印加される電位がソース電極の電位よりも高い場合に、酸化物半導体膜２０に発光素子１１７が発する光を照射することで、該光を照射しないときに比べて該閾値電圧の変化が抑制される特性を有する。

駆動用トランジスタ１０５が備える酸化物半導体膜２０に発光素子１１７が発する光を照射することで、光の照射条件によらず、光を照射しない場合に比べて、駆動用トランジスタ１０５の閾値電圧の変化を抑制することができる。

上記特性を備える駆動用トランジスタ１０５及び該トランジスタの保護膜１０７の具体的な構成や作製方法の一例は、実施の形態２で詳述する。

図１（Ｃ）では、平坦化膜１０９上に発光素子１２７ａ及び発光素子１２７ｂが設けられている。

発光素子１２７ａはトップエミッション構造であり、第１の電極（可視光を透過する導電膜１４１ａ及び可視光を反射する導電膜１４１ｂ）、ＥＬ層１４３、及び第２の電極１４５を有する。第１の電極は、一対の電極２１の一方と電気的に接続している。第１の電極の端部は隔壁１１１で覆われている。第２の電極１４５は、可視光を透過する材料で形成されている。

発光素子１２７ｂは、デュアルエミッション構造であり、第１の電極（可視光を透過する導電膜１４１ａ）、ＥＬ層１４３、及び第２の電極１４５を有する。第１の電極は、一対の電極２１の一方と電気的に接続している。第２の電極１４５は、可視光を透過する材料で形成されている。

発光素子１２７ｂの発光領域は、駆動用トランジスタ１０５が備える酸化物半導体膜２０と重なる。よって、発光素子１２７ｂの発する光を酸化物半導体膜２０に照射することができる。

駆動用トランジスタ１０５は前述の特性を有するため、駆動用トランジスタ１０５が備える酸化物半導体膜２０に発光素子１２７ｂが発する光を照射することで、光の照射条件によらず、光を照射しない場合に比べて、駆動用トランジスタ１０５の閾値電圧の変化を抑制することができる。

図１（Ｃ）に示す基板１１５上には、発光素子１２７ａ及び発光素子１２７ｂの発光領域と重なる領域に、カラーフィルタ１１９が設けられている。また、基板１１５上には、発光素子１２７ａ及び発光素子１２７ｂの発光領域と重ならない領域にブラックマトリクス１１８が設けられている。さらにブラックマトリクス１１８は信号線駆動回路４５０３に設けられていてもよい。

図１（Ｃ）に示す発光装置では、さらに、基板１０１及び基板１１５の間隔を調整するスペーサや、有機ＥＬ素子の上部電極（第２の電極１４５）と電気的に接続する補助配線を隔壁１１１上に設けてもよい。

また、発光素子１２７ｂの発光を取り出さない場合は、図１（Ｄ）に示すように、カラーフィルタ１１９を、発光素子１２７ａの発光領域のみに重ねて形成すればよい。このとき、ブラックマトリクス１１８を、発光素子１２７ｂの発光領域と重ねて形成すればよい。

また、図１（Ｄ）に示すように、発光素子１２７ｂの発光領域において、第２の電極１４５上に接して遮光膜１４７を設けてもよい。遮光膜１４７は、少なくとも発光素子１２７ａの発光領域と重ならなければよく、隔壁１１１上に形成されていてもよい。遮光膜１４７と第２の電極１４５が重なる領域では、発光素子１２７ｂの発光が、下面射出となる。

遮光膜１４７は、可視光の反射率が高い材料で形成することが好ましい。遮光膜１４７は、絶縁膜であっても導電膜であってもよいが、導電膜を用いることが好ましい。第２の電極１４５に比べて抵抗が低い遮光膜１４７を形成することで、遮光膜１４７を第２の電極１４５の補助配線として用いることができる。例えば、銀は、可視光の反射率が高く、かつ、抵抗が低いため、遮光膜１４７として好適に用いることができる。遮光膜は、スパッタリング法や蒸着法等を用いて形成することができる。特に、ＥＬ層へのダメージを低減できるため、蒸着法等を用いることが好ましい。

本発明の一態様の発光装置に用いることができる材料の一例を記す。なお、前述の通り、有機ＥＬ素子、有機ＥＬ素子の駆動用トランジスタ、及び該駆動用トランジスタの保護膜については、実施の形態２、３にて詳述する。

［基板］
基板１０１及び基板１１５としては、少なくとも作製工程中の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有する材料を用いる。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等を用いることができる。また、シリコンや炭化シリコン等の単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、ＳＯＩ基板等を適用することも可能である。

また、基板１０１として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、下地膜１０３や駆動用トランジスタ１０５を形成してもよい。また、基板１０１と下地膜１０３の間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に素子を一部あるいは全部完成させた後、基板１０１より分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その際、駆動用トランジスタ１０５は耐熱性の劣る基板や可撓性基板にも転載できる。

［下地膜］
下地膜１０３は、必要で無ければ設けなくてもよいが、駆動用トランジスタ１０５の特性安定化等のため、設けることが好ましい。下地膜１０３としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜等を用いることができる。なお、窒化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化アルミニウム膜等を用いることで、基板１０１から不純物（代表的にはアルカリ金属、水、水素等）が酸化物半導体膜２０へ拡散することを抑制できる。なお、本明細書中において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い膜を指し、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜を指す。

［平坦化膜］
平坦化膜１０９としては、トランジスタ起因の表面凹凸を低減するために平坦化機能を有する絶縁膜を選択するのが好適である。例えば、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン系樹脂等の有機材料を用いることができる。また、上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、平坦化膜１０９を形成してもよい。

［隔壁］
隔壁１１１としては、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。

［空間］
空間１１３は、希ガスもしくは窒素ガスなどの不活性ガス、又は有機樹脂などの固体で充填されていてもよく、減圧雰囲気であってもよい。また、空間１１３に、乾燥剤を有していてもよい。

［カラーフィルタ、ブラックマトリクス］
カラーフィルタは、有機ＥＬ素子からの発光色を調色する目的で設けられる。例えば、白色発光の発光素子を用いてフルカラーの発光装置とする場合には、それぞれ異なる色のカラーフィルタと重なる複数の有機ＥＬ素子を用いる。その場合、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色を用いてもよいし、これに黄色（Ｙ）を加えた４色とすることもできる。

ブラックマトリクスは、隣接するカラーフィルタの間に設けられている。ブラックマトリクスは、有機ＥＬ素子からの発光を遮光する材料を用いることができ、金属や、有機樹脂などの材料を用いて形成することができる。なお、ブラックマトリクスは、駆動回路部などの画素部以外の領域に設けてもよい。

また、カラーフィルタ及びブラックマトリクスを覆うオーバーコート層を設けてもよい。オーバーコート層を設けることで、カラーフィルタに含有された不純物等の有機ＥＬ素子への拡散を防止することができる。オーバーコート層は、有機ＥＬ素子からの発光を透過する材料から構成され、例えば窒化シリコン、酸化シリコン等の無機絶縁膜や、アクリル、ポリイミド等の有機絶縁膜を用いることができる。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置に用いることができる駆動用トランジスタ及び該トランジスタの保護膜について図２乃至図４を用いて説明する。

本実施の形態で示すトランジスタは、ゲートに印加される電位がソースの電位よりも高い場合に、以下の２つの特性を有するｎチャネル型トランジスタである。１つは、閾値電圧がプラス側に変動する（閾値電圧がマイナス側に変動しない）特性である。もう１つは、酸化物半導体に有機ＥＬ素子が発する光を照射することで、光を照射しない場合に比べて該閾値電圧の変化が抑制される特性である。

図２（Ａ）にトランジスタの平面図を示す。図２（Ａ）の一点鎖線Ｃ−Ｄ間の断面図を図２（Ｂ）に示し、一点鎖線Ｅ−Ｆ間の断面図を図２（Ｃ）に示す。なお、図２（Ａ）では、明瞭化のため、トランジスタの構成要素の一部（ゲート絶縁膜１８等）や、トランジスタを覆う絶縁膜等を省略している。

図２（Ｂ）では、基板１０１上に下地膜１０３が設けられ、下地膜１０３上に駆動用トランジスタ１０５が設けられている。駆動用トランジスタ１０５は、下地膜１０３上に設けられたゲート電極１５、ゲート電極１５を覆うゲート絶縁膜１８、ゲート絶縁膜１８を介してゲート電極１５と重なる酸化物半導体膜２０、並びに酸化物半導体膜２０に接する一対の電極２１（ソース電極及びドレイン電極）を有する。また、駆動用トランジスタ１０５上には、絶縁膜２３及び絶縁膜２４で構成される保護膜１０７が設けられている。

絶縁膜２３は、酸化物半導体膜２０に接するように設けられている。絶縁膜２３は、酸素が拡散する酸化絶縁膜である。なお、ここでの酸素の拡散とは、絶縁膜２３を通過して酸化物半導体膜２０に酸素が移動することのほか、絶縁膜２３に留まる酸素の移動も含まれる。

絶縁膜２３として酸素が拡散する酸化絶縁膜を形成すると、絶縁膜２３上に設けられる化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化絶縁膜（絶縁膜２４）から放出される酸素を、絶縁膜２３を介して酸化物半導体膜２０に拡散させることができる。

絶縁膜２３としては、厚さが５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上３０ｎ以下の酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を用いることができる。

絶縁膜２３に接するように絶縁膜２４が形成されている。絶縁膜２４は化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化絶縁膜である。

絶縁膜２４としては、厚さが３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を用いることができる。

化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化絶縁膜は、加熱処理により酸素の一部が脱離する酸化絶縁膜である。このため、加熱処理により酸素の一部が脱離する酸化絶縁膜を絶縁膜２４として絶縁膜２３上に設けることで、酸化物半導体膜２０に酸素を拡散させ、酸化物半導体膜２０に含まれる酸素欠損を補填することが可能である。又は、基板を加熱しながら絶縁膜２４を絶縁膜２３上に形成することで、酸化物半導体膜２０に酸素を拡散させ、酸化物半導体膜２０に含まれる酸素欠損を補填することが可能である。又は、絶縁膜２３上に絶縁膜２４を形成した後、加熱処理をすることにより、酸素を酸化物半導体膜２０に拡散させ、酸化物半導体膜２０に含まれる酸素欠損を補填することが可能である。この結果、酸化物半導体膜２０に含まれる酸素欠損量を低減することができる。

酸化物半導体膜２０のバックチャネル（酸化物半導体膜２０において、ゲート電極１５と対向する面と反対側の面）に、酸素が拡散する酸化絶縁膜を介して、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化絶縁膜を設けることで、酸化物半導体膜２０のバックチャネル側に酸素を拡散させることが可能であり、当該領域の酸素欠損を低減することができる。

このような構造を有するトランジスタは、ゲート電極に印加される電位がソースの電位よりも高い場合に、閾値電圧がプラス側に変動する（閾値電圧がマイナス側に変動しない）。かつ、ゲート電極に印加される電位がソースの電位よりも高い場合に、酸化物半導体に光を照射することで、光の照射条件によらず、光を照射しない場合に比べて該閾値電圧の変化が抑制される特性を有する。

なお、絶縁膜２４の形成工程において、酸化物半導体膜２０にダメージが入らない場合は、絶縁膜２３を設けず、加熱処理により酸素の一部が脱離する酸化絶縁膜である絶縁膜２４のみを保護膜１０７として設けてもよい（図４（Ａ）のトランジスタ６０参照）。

さらに、絶縁膜２４上に、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜を設けることで、酸化物半導体膜２０からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体膜２０への水素、水等の侵入を防ぐことができる。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜としては、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化窒化ガリウム膜、酸化イットリウム膜、酸化窒化イットリウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化窒化ハフニウム膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等がある。

ここで、プラスＢＴストレス試験及び光プラスＢＴストレス試験おける閾値電圧の変動量が少ないトランジスタの電気特性を、図２（Ｄ）を用いて説明する。

ＢＴストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化（即ち、経年変化）を、短時間で評価することができる。特に、ＢＴストレス試験前後におけるトランジスタの閾値電圧の変動量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。ＢＴストレス試験前後において、閾値電圧の変動量が少ないほど、信頼性が高いトランジスタであるといえる。

次に、具体的なＢＴストレス試験方法について説明する。はじめに、トランジスタの初期特性を測定する。次に、トランジスタが形成されている基板の温度（基板温度）を一定に維持し、トランジスタのソース電極及びドレイン電極として機能する一対の電極を同電位とし、該一対の電極とは異なる電位をゲート電極に一定時間印加する。基板温度は、試験目的に応じて適宜設定すればよい。次に、基板の温度を、初期特性を測定したときと同様の温度とし、トランジスタの電気特性を測定する。この結果、初期特性における閾値電圧、及びＢＴストレス試験後の電気特性における閾値電圧の差を、閾値電圧の変動量として得ることができる。

ＢＴストレス試験の試験強度は、基板温度、ゲート絶縁膜に加えられる電界強度、電界印加時間により決定することができる。ゲート絶縁膜に加えられる電界強度は、ゲートと、ソース及びドレインとの電位差をゲート絶縁膜の厚さで除して決定される。例えば、厚さが１００ｎｍのゲート絶縁膜に印加する電界強度を３ＭＶ／ｃｍとしたい場合は、ゲートと、ソース及びドレインとの電位差を３０Ｖとすればよい。

図２（Ｄ）はトランジスタの電気特性を示す図であり、横軸がゲート電圧、縦軸がドレイン電流である。トランジスタの初期特性が破線４１であり、プラスＢＴストレス試験後の電気特性が実線４３である。本実施の形態に示すトランジスタは、閾値電圧がプラス側に変動する（閾値電圧がマイナス側に変動しない）という特性を有する。このため、本実施の形態に示すトランジスタは、プラスＢＴストレス試験後の電気特性において、閾値電圧がマイナス側に変動しない。即ち、例えば、長期間使用しても、ノーマリーオフのトランジスタがノーマリーオンのトランジスタにはならない。この結果、本実施の形態に示す駆動用トランジスタ１０５は、信頼性が高いことが分かる。

なお、本明細書において、本発明の一態様で適用する有機ＥＬ素子の駆動用トランジスタは、ｎチャネル型トランジスタであるため、ゲート電圧が０Ｖの場合、ドレイン電流が流れていないとみなすことができるトランジスタを、ノーマリーオフのトランジスタと定義する。また、ゲート電圧が０Ｖの場合、ドレイン電流が流れているとみなすことができるトランジスタを、ノーマリーオンのトランジスタと定義する。

さらに、本実施の形態に示すトランジスタは、ゲート電極に印加される電位がソースの電位よりも高い場合、酸化物半導体膜に光を照射することで、光を照射しない場合に比べて該閾値電圧の変化が抑制される。

本実施の形態に示すトランジスタは、ｎチャネル型トランジスタであるため、有機ＥＬ素子の駆動用トランジスタとして用いる場合、有機ＥＬ素子が発光するときの該トランジスタのゲート電極に印加される電位はソースの電位よりも高い。よって、酸化物半導体膜に有機ＥＬ素子が発する光を照射することで、光の照射条件によらず、光を照射しない場合に比べて、該トランジスタの閾値電圧の変化を抑制することができる。

以下に駆動用トランジスタ１０５の他の構成の詳細について説明する。

〈ゲート電極〉
ゲート電極１５は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金、又は上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて単層構造又は積層構造で形成することができる。また、マンガンやジルコニウムを用いてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜又は窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を成膜する三層構造等が挙げられる。

また、ゲート電極１５は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。

また、ゲート電極１５とゲート絶縁膜１８との間に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｓｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｇａ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜、Ｓｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ系酸窒化物半導体膜、金属窒化膜（ＩｎＮ膜、ＺｎＮ膜等）等を設けてもよい。これらの膜の仕事関数は５ｅＶ以上（好ましくは５．５ｅＶ以上）で、酸化物半導体の電子親和力よりも大きい値であるため、酸化物半導体を用いたトランジスタの閾値電圧をプラスにシフトすることができ、所謂ノーマリーオフの素子を実現できる。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜を用いる場合、少なくとも酸化物半導体膜２０より高い窒素濃度、具体的には７原子％以上のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜を用いる。

〈ゲート絶縁膜〉
ゲート絶縁膜１８としては、例えば酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ガリウム膜又はＧａ−Ｚｎ系金属酸化物膜等を単層又は積層することができる。また、ゲート絶縁膜１８として、加熱処理により酸素が脱離する酸化絶縁膜を用いてもよい。ゲート絶縁膜１８に加熱処理により酸素が脱離する膜を用いることで、酸化物半導体膜２０及びゲート絶縁膜１８の界面における界面準位を低減することが可能であり、電気特性の劣化の少ないトランジスタを得ることができる。また、ゲート絶縁膜１８に、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜を設けることで、酸化物半導体膜２０からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体膜２０への水素、水等の侵入を防ぐことができる。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜としては、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化窒化ガリウム膜、酸化イットリウム膜、酸化窒化イットリウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化窒化ハフニウム膜等が挙げられる。

また、ゲート絶縁膜１８として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ_ｘ）膜、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）膜、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜などのｈｉｇｈ−ｋ材料を含む膜を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。

ゲート絶縁膜１８の厚さは、５ｎｍ以上４００ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とするとよい。

〈酸化物半導体膜〉
酸化物半導体膜２０に用いる酸化物半導体は、少なくともインジウム（Ｉｎ）もしくは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。又は、ＩｎとＺｎの双方を含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすため、それらと共に、スタビライザーの一又は複数を有することが好ましい。

スタビライザーとしては、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）、又はジルコニウム（Ｚｒ）等が挙げられる。また、他のスタビライザーとしては、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）等が挙げられる。

例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系金属酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｗ系金属酸化物、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系金属酸化物、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系金属酸化物を用いることができる。

なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。

また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０、かつ、ｍは整数でない）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素又は複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ_２ＳｎＯ_５（ＺｎＯ）_ｎ（ｎ＞０、かつ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。

例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１（＝２／５：２／５：１／５）、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２（＝１／２：１／６：１／３）の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３（＝１／３：１／６：１／２）あるいはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５（＝１／４：１／８：５／８）の原子数比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系金属酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。

しかし、これらに限られず、必要とする半導体特性及び電気特性（電界効果移動度、閾値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性及び電気特性を得るために、キャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。

例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系金属酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしながら、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物でも、バルク内欠陥密度を低くすることにより移動度を上げることができる。

また、酸化物半導体膜２０に形成することが可能な金属酸化物は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。

酸化物半導体膜２０は、非晶質構造、単結晶構造、又は多結晶構造であってもよい。

酸化物半導体膜２０は、例えば非単結晶を有してもよい。非単結晶は、例えば、ＣＡＡＣ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、多結晶、微結晶、非晶質部の一以上を有する。非晶質部は、微結晶、ＣＡＡＣよりも欠陥準位密度が高い。また、微結晶は、ＣＡＡＣよりも欠陥準位密度が高い。なお、ＣＡＡＣを有する酸化物半導体を、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼ぶ。酸化物半導体膜２０は、例えばＣＡＡＣ−ＯＳを有してもよい。ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、ｃ軸配向し、ａ軸または／およびｂ軸はマクロに揃っていない。

酸化物半導体膜２０は、例えば微結晶を有してもよい。なお、微結晶を有する酸化物半導体を、微結晶酸化物半導体と呼ぶ。微結晶酸化物半導体膜は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ未満のサイズの微結晶（ナノ結晶ともいう。）を膜中に含む。

酸化物半導体膜２０は、例えば非晶質部を有してもよい。なお、非晶質部を有する酸化物半導体を、非晶質酸化物半導体と呼ぶ。非晶質酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質酸化物半導体膜は、例えば、完全な非晶質であり、結晶部を有さない。

なお、酸化物半導体膜２０が、ＣＡＡＣ−ＯＳ、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体の混合膜であってもよい。混合膜は、例えば、非晶質酸化物半導体の領域と、微結晶酸化物半導体の領域と、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域と、を有する。また、混合膜は、例えば、非晶質酸化物半導体の領域と、微結晶酸化物半導体の領域と、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域と、の積層構造を有してもよい。

なお、酸化物半導体膜２０は、例えば、単結晶を有してもよい。

酸化物半導体膜は、複数の結晶部を有し、当該結晶部のｃ軸が被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃っていることが好ましい。なお、異なる結晶部間で、それぞれａ軸およびｂ軸の向きが異なっていてもよい。そのような酸化物半導体膜の一例としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜がある。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさであることが多い。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察像では、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部と結晶部との境界は明確ではない。また、ＴＥＭによってＣＡＡＣ−ＯＳ膜には明確な粒界（グレインバウンダリー）は確認できない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、例えばｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクトル又は表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃い、かつａｂ面に垂直な方向から見て金属原子が三角形状又は六角形状の配列を有し、ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状又は金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で、それぞれａ軸及びｂ軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と記載する場合、８０°以上１００°以下、好ましくは８５°以上９５°以下の範囲も含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−１０°以上１０°以下、好ましくは−５°以上５°以下の範囲も含まれることとする。

なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜において、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部の結晶性が低下することもある。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクトル又は表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃うため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状（被形成面の断面形状又は表面の断面形状）によっては互いに異なる方向を向くことがある。また、結晶部は、成膜したとき、又は成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行ったときに形成される。従って、結晶部のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されたときの被形成面の法線ベクトル又は表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃う。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、例えば、多結晶である酸化物半導体スパッタリングターゲットを用い、スパッタリング法によって成膜する。当該ターゲットにイオンが衝突すると、ターゲットに含まれる結晶領域がａ−ｂ面から劈開し、ａ−ｂ面に平行な面を有する平板状又はペレット状のスパッタリング粒子として剥離することがある。この場合、当該スパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま基板に到達することで、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜することができる。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。

成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制できる。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度（水素、水、二酸化炭素、及び窒素など）を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である成膜ガスを用いる。

また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板到達後にスパッタリング粒子のマイグレーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり、平らな面が基板に付着する。

また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージを軽減することが好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは１００体積％とする。

スパッタリングターゲットの一例として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットについて以下に示す。

ＩｎＯ_Ｘ粉末、ＧａＯ_Ｙ粉末、及びＺｎＯ_Ｚ粉末を所定のｍｏｌ数比で混合し、加圧処理後、１０００℃以上１５００℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットとする。なお、Ｘ、Ｙ及びＺは任意の正数である。ここで、所定のｍｏｌ数比は、例えば、ＩｎＯ_Ｘ粉末、ＧａＯ_Ｙ粉末、及びＺｎＯ_Ｚ粉末が、２：２：１、８：４：３、３：１：１、１：１：１、４：２：３又は３：１：２である。なお、粉末の種類、及びその混合するｍｏｌ数比は、作製するスパッタリングターゲットによって適宜変更すればよい。

また、酸化物半導体膜２０は、複数の酸化物半導体膜が積層された構造でもよい。例えば、酸化物半導体膜２０を、第１の酸化物半導体膜（第１のＯＳ膜）と第２の酸化物半導体膜（第２のＯＳ膜）の積層として、第１のＯＳ膜と第２のＯＳ膜に、異なる組成の金属酸化物を用いてもよい。例えば、第１のＯＳ膜に二元系金属酸化物乃至四元系金属酸化物の一を用い、第２のＯＳ膜に第１の酸化物半導体膜と異なる二元系金属酸化物乃至四元系金属酸化物を用いてもよい。

また、第１のＯＳ膜と第２のＯＳ膜の構成元素を同一とし、両者の組成を異ならせてもよい。例えば、第１のＯＳ膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１とし、第２のＯＳ膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２としてもよい。また、第１のＯＳ膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２とし、第２のＯＳ膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：１：３としてもよい。

この時、第１のＯＳ膜と第２のＯＳ膜のうち、ゲート電極に近い側（チャネル側）の酸化物半導体膜のＩｎとＧａの含有率をＩｎ＞Ｇａとするとよい。またゲート電極から遠い側（バックチャネル側）の酸化物半導体膜のＩｎとＧａの含有率をＩｎ≦Ｇａとするとよい。

また、酸化物半導体膜２０を３層構造とし、第１の酸化物半導体膜（第１のＯＳ膜）乃至第３の酸化物半導体膜（第３のＯＳ膜）の構成元素を同一とし、かつそれぞれの組成を異ならせてもよい。例えば、第１のＯＳ膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２とし、第２のＯＳ膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２とし、第３のＯＳ膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１としてもよい。

Ｇａ及びＺｎよりＩｎの原子数比が小さい酸化物半導体膜は、Ｇａ、Ｚｎ、及びＩｎの原子数比が同じ酸化物半導体膜及びＧａ及びＺｎよりＩｎの原子数比が大きい酸化物半導体膜と比較して、絶縁性が高い。つまり、先に例示した原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２である第１のＯＳ膜は、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２である第２のＯＳ膜及び原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１である第３のＯＳ膜と比較して、絶縁性が高いといえる。

また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２である第１のＯＳ膜が非晶質構造であると、さらに絶縁性が高まる。これにより、第２のＯＳ膜及び第３のＯＳ膜がチャネル領域として機能し、第１のＯＳ膜はゲート絶縁膜として機能する。

また、第１のＯＳ膜及び第２のＯＳ膜の構成元素は同一であるため、第１のＯＳ膜は、第２のＯＳ膜との界面におけるトラップ準位が少ない（第２のＯＳ膜及び第３のＯＳ膜についても同様である）。このため、酸化物半導体膜２０を上記構造とすることで、トランジスタの経時変化や光ＢＴストレス試験による閾値電圧の変動量を低減することができる。

酸化物半導体では主として重金属のｓ軌道がキャリア伝導に寄与しており、Ｉｎの含有率を多くすることにより、より多くのｓ軌道が重なるため、Ｉｎ＞Ｇａの組成となる酸化物はＩｎ≦Ｇａの組成となる酸化物と比較して高い移動度を備える。また、ＧａはＩｎと比較して酸素欠損の形成エネルギーが大きく酸素欠損が生じにくいため、Ｉｎ≦Ｇａの組成となる酸化物はＩｎ＞Ｇａの組成となる酸化物と比較して安定した特性を備える。

チャネル側にＩｎ＞Ｇａの組成となる酸化物半導体を適用し、バックチャネル側にＩｎ≦Ｇａの組成となる酸化物半導体を適用することで、トランジスタの電界効果移動度及び信頼性をさらに高めることが可能となる。

また、第１のＯＳ膜乃至第３のＯＳ膜に、結晶性の異なる酸化物半導体を適用してもよい。すなわち、単結晶酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体、又はＣＡＡＣ−ＯＳを適宜組み合わせた構成としてもよい。また、第１のＯＳ膜乃至第３のＯＳ膜のいずれか一に非晶質酸化物半導体を適用すると、酸化物半導体膜２０の内部応力や外部からの応力を緩和し、トランジスタの特性ばらつきが低減され、また、トランジスタの信頼性をさらに高めることが可能となる。

酸化物半導体膜２０の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、更に好ましくは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下、更に好ましくは１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、更に好ましくは３ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることが好ましい。

酸化物半導体膜２０において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られるアルカリ金属又はアルカリ土類金属の濃度は、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることが好ましく、２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることがさらに好ましい。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流の上昇の原因となるためである。

また、酸化物半導体膜２０において、二次イオン質量分析法により得られる水素濃度は、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であることが好ましく、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることがより好ましく、５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることがさらに好ましく、１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることが特に好ましい。

酸化物半導体膜２０に含まれる水素が金属原子と結合する酸素と反応して水となると共に、酸素が脱離した格子（あるいは酸素が脱理した部分）には欠損が形成されてしまう。また、水素の一部が酸素と結合することで、キャリアである電子が生じてしまう。これらのため、酸化物半導体膜の成膜工程において、水素を含む不純物を極めて減らすことにより、酸化物半導体膜の水素濃度を低減することが好ましい。水素をできるだけ除去し、高純度化させた酸化物半導体膜をチャネル領域とすることにより、閾値電圧のマイナスシフトを低減することができ、またトランジスタのソース及びドレインにおけるリーク電流を低減することができ、トランジスタの電気特性を向上させることができる。代表的には、オフ電流（オフ電流をトランジスタのチャネル幅で除した数値）を数ｙＡ／μｍ〜数ｚＡ／μｍにまで低減することが可能である。

酸化物半導体膜２０には、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の窒素が含まれてもよい。

〈一対の電極〉
一対の電極２１（ソース電極及びドレイン電極）は、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、又はタングステンからなる単体金属、又はこれを主成分とする合金を用いて、単層構造又は積層構造で形成する。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜又は窒化チタン膜上にアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜又は窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜又は窒化モリブデン膜上にアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜又は窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫又は酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。

次に、駆動用トランジスタ１０５及び保護膜１０７の作製方法について図３を用いて説明する。

まず、基板１０１上に下地膜１０３及びゲート電極１５を形成し、ゲート電極１５上にゲート絶縁膜１８を形成する（図３（Ａ））。

下地膜１０３は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成する。ここでは、厚さ１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜をＣＶＤ法により形成する。

ゲート電極１５の形成方法としては、はじめに、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等により導電膜を形成し、導電膜上にフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成する。次に、該マスクを用いて導電膜の一部をエッチングして、ゲート電極１５を形成する。この後、マスクを除去する。

なお、ゲート電極１５は、上記形成方法の代わりに、電解メッキ法、印刷法、インクジェット法等で形成してもよい。

ここでは、厚さ１００ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成する。次に、フォトリソグラフィ工程によりマスクを形成し、当該マスクを用いてタングステン膜をドライエッチングして、ゲート電極１５を形成する。

ゲート絶縁膜１８は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等で形成する。

ゲート絶縁膜１８として酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、又は窒化酸化シリコン膜を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。

また、ゲート絶縁膜１８として窒化シリコン膜を形成する場合、２段階の形成方法を用いることが好ましい。はじめに、シラン、窒素、及びアンモニアの混合ガスを原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、欠陥の少ない第１の窒化シリコン膜を形成する。次に、原料ガスをシラン及び窒素の混合ガスに切り替えて、水素濃度が少なく、かつ水素をブロッキングすることが可能な第２の窒化シリコン膜を成膜する。このような形成方法により、ゲート絶縁膜１８として、欠陥が少なく、かつ水素ブロッキング性を有する窒化シリコン膜を形成することができる。

また、ゲート絶縁膜１８として酸化ガリウム膜を形成する場合、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成することができる。

次に、ゲート絶縁膜１８上に酸化物半導体膜１９を形成する（図３（Ｂ））。

酸化物半導体膜１９の形成方法について以下に説明する。ゲート絶縁膜１８上にスパッタリング法、塗布法、パルスレーザー蒸着法、レーザーアブレーション法等により酸化物半導体膜を形成する。次に、酸化物半導体膜上にフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成した後、該マスクを用いて酸化物半導体膜の一部をエッチングすることで、図３（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜１８上であって、ゲート電極１５の一部と重なるように素子分離された酸化物半導体膜１９を形成する。この後、マスクを除去する。

また、酸化物半導体膜１９として印刷法を用いることで、素子分離された酸化物半導体膜１９を直接形成することができる。

スパッタリング法で酸化物半導体膜を形成する場合、プラズマを発生させるための電源装置は、ＲＦ電源装置、ＡＣ電源装置、ＤＣ電源装置等を適宜用いることができる。

スパッタリングガスは、アルゴンガス、酸素ガス、希ガス（アルゴン等）及び酸素の混合ガス等を適宜用いる。なお、希ガス及び酸素の混合ガスの場合、希ガスに対して酸素のガス比を高めることが好ましい。

また、ターゲットは、形成する酸化物半導体膜の組成にあわせて、適宜選択すればよい。

なお、酸化物半導体膜を形成する際に、例えば、スパッタリング法を用いる場合、基板温度を１５０℃以上７５０℃以下、好ましくは１５０℃以上４５０℃以下、さらに好ましくは２００℃以上３５０℃以下として、酸化物半導体膜を成膜することで、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を形成することができる。

ここでは、スパッタリング法により、厚さ３５ｎｍの酸化物半導体膜を形成した後、当該酸化物半導体膜上にマスクを形成し、酸化物半導体膜の一部を選択的にエッチングすることで、酸化物半導体膜１９を形成する。

次に、一対の電極２１を形成する。一対の電極２１の形成方法としては、はじめに、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等で導電膜を形成する。次に、該導電膜上にフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成する。次に、該マスクを用いて導電膜をエッチングして、一対の電極２１を形成する。この後、マスクを除去する。

ここでは、厚さ５０ｎｍのタングステン膜、厚さ４００ｎｍのアルミニウム膜、及び厚さ１００ｎｍのチタン膜を順にスパッタリング法により積層する。次に、チタン膜上にフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成し、当該マスクを用いてタングステン膜、アルミニウム膜、及びチタン膜をドライエッチングして、一対の電極２１を形成する。

なお、一対の電極２１を形成した後、エッチング残渣を除去するため、洗浄処理をすることが好ましい。この洗浄処理を行うことで、一対の電極２１の短絡を抑制することができる。当該洗浄処理は、ＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）溶液などのアルカリ性の溶液、希フッ酸、シュウ酸などの酸性の溶液、又は水を用いて行うことができる。

次に、図３（Ｃ）に示すように、酸化物半導体膜１９を酸化雰囲気で発生させたプラズマに曝し、酸化物半導体膜１９に酸素２２を供給して、図３（Ｄ）に示す酸化物半導体膜２０を形成してもよい。酸化雰囲気としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等の雰囲気がある。さらに、プラズマ処理において、基板１０１が搭載される下部電極にバイアスを印加しない状態で発生したプラズマに酸化物半導体膜１９を曝すことが好ましい。この結果、酸化物半導体膜１９にダメージを与えず、かつ酸素を供給することが可能であり、酸化物半導体膜２０に含まれる酸素欠損量を低減することができる。

ここでは、プラズマＣＶＤ装置の処理室に一酸化二窒素を導入し、処理室に設けられる上部電極に２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１５０Ｗの高周波電力を供給して発生させた酸素プラズマに酸化物半導体膜１９を曝し、酸化物半導体膜２０を形成する。

酸化物半導体膜１９の表面を酸化雰囲気で発生させたプラズマに曝すことで、酸化物半導体膜１９に酸素を供給することが可能であり、酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損量を低減することができる。また、エッチング処理により酸化物半導体膜１９の表面に残存する不純物、例えば、フッ素、塩素等のハロゲン等を除去することができる。

次に、酸化物半導体膜２０及び一対の電極２１上に、絶縁膜２３を形成する。次に、絶縁膜２３上に絶縁膜２４を形成する。上記プラズマ処理によって酸化物半導体膜２０を形成した後、大気に曝すことなく絶縁膜２３を形成することで、酸化物半導体膜２０及び絶縁膜２３の界面における不純物濃度を低減することが可能である。

また、絶縁膜２３を形成した後、大気に曝すことなく、連続的に絶縁膜２４を形成することが好ましい。絶縁膜２３を形成した後、大気開放せず、原料ガスの流量、圧力、高周波電力及び基板温度の一以上を調整して、絶縁膜２４を連続的に形成することで、絶縁膜２３及び絶縁膜２４における界面の不純物濃度を低減することができると共に、絶縁膜２４に含まれる酸素を酸化物半導体膜２０に拡散することが可能であり、酸化物半導体膜２０の酸素欠損量を低減することができる。

プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上４００℃以下、さらに好ましくは２００℃以上３７０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を３０Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは４０Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給する条件により、絶縁膜２３として酸化シリコン膜又は酸化窒化シリコン膜を形成する。

絶縁膜２３の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。

上記条件を用いることで、絶縁膜２３として酸素が拡散する酸化絶縁膜を形成することができる。また、絶縁膜２３を設けることで、後に形成する絶縁膜２４の形成工程において、酸化物半導体膜２０へのダメージ低減が可能である。

なお、シリコンを含む堆積性気体に対する酸化性気体量を１００倍以上とすることで、絶縁膜２３に含まれる水素含有量を低減することが可能である。この結果、酸化物半導体膜２０に混入する水素量を低減できるため、トランジスタの閾値電圧のマイナスシフトを抑制することができると共に、トランジスタのソース及びドレインにおけるリーク電流を低減することができ、トランジスタの電気特性を向上させることができる。代表的には、オフ電流（オフ電流をトランジスタのチャネル幅で除した数値）を数ｙＡ／μｍ〜数ｚＡ／μｍにまで低減することが可能である。

ここでは、絶縁膜２３として、流量２０ｓｃｃｍのシラン及び流量３０００ｓｃｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を４０Ｐａ、基板温度を２２０℃とし、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１００Ｗの高周波電力を平行平板電極の上部電極に供給したプラズマＣＶＤ法により、厚さ１０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。当該条件により、酸素が拡散する酸化窒化シリコン膜を形成することができる。

絶縁膜２４は、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上２５０℃以下、さらに好ましくは１８０℃以上２３０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に０．１７Ｗ／ｃｍ^２以上０．５Ｗ／ｃｍ^２以下、さらに好ましくは０．２６Ｗ／ｃｍ^２以上０．３５Ｗ／ｃｍ^２以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜又は酸化窒化シリコン膜を形成する。

絶縁膜２４の成膜条件として、上記圧力の処理室において上記パワー密度の高周波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し、原料ガスの酸化が進むため、絶縁膜２４中における酸素含有量が化学量論的組成よりも多くなる。しかしながら、基板温度が、上記温度であると、シリコンと酸素の結合力が弱いため、加熱処理により酸素の一部が脱離する。この結果、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱処理により酸素の一部が脱離する酸化絶縁膜を形成することができる。また、酸化物半導体膜２０上に絶縁膜２３が設けられている。このため、絶縁膜２４の形成工程において、絶縁膜２３が酸化物半導体膜２０の保護膜となる。この結果、酸化物半導体膜２０へのダメージを低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を用いて絶縁膜２４を形成することができる。

ここでは、絶縁膜２４として、流量１６０ｓｃｃｍのシラン及び流量４０００ｓｃｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を２００Ｐａ、基板温度を２２０℃とし、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１５００Ｗの高周波電力を平行平板電極の上部電極に供給したプラズマＣＶＤ法により、厚さ４００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。なお、本実施の形態で用いたプラズマＣＶＤ装置は電極面積が６０００ｃｍ^２である平行平板型のプラズマＣＶＤ装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力（電力密度）に換算すると０．２５Ｗ／ｃｍ^２である。

なお、絶縁膜２４は、スパッタリング法を用いて形成してもよい。例えば、基板１０１の温度を室温以上３００℃以下とし、アルゴンガス、酸素ガス、希ガス（アルゴン等）及び酸素の混合ガス等をスパッタリングガスとして用い、ターゲットとして酸化シリコンターゲット又はシリコンターゲットを用いることで、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱処理により酸素の一部が脱離する酸化絶縁膜を形成することができる。

次に、加熱処理を行う。該加熱処理の温度は、代表的には、１５０℃以上基板歪み点未満、好ましくは２００℃以上４５０℃以下、更に好ましくは３００℃以上４５０℃以下とする。

該加熱処理は、電気炉、ＲＴＡ装置等を用いることができる。ＲＴＡ装置を用いることで、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱処理時間を短縮することができる。

加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、又は希ガス（アルゴン、ヘリウム等）の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、又は希ガスに水素、水等が含まれないことが好ましい。

ここでは、窒素及び酸素雰囲気下で、３５０℃、１時間の加熱処理を行う。

以上の工程により、ゲートに印加される電位がソースの電位よりも高い場合に、閾値電圧がプラス側に変動する（閾値電圧がマイナス側に変動しない）特性、及び、酸化物半導体膜に光を照射することで、該光を照射しない場合に比べて該閾値電圧の変化が抑制される特性を有するｎチャネル型トランジスタを作製することができる。

＜トランジスタの変形例＞
有機ＥＬ素子の駆動用トランジスタとして用いることができるトランジスタの別の構成として、図４（Ｂ）に示すトランジスタ７０が挙げられる。トランジスタ７０は、酸化物半導体膜を介して対向する複数のゲート電極を有することを特徴とする。

図４（Ｂ）では、基板１０１上に下地膜１０３が設けられ、下地膜１０３上にトランジスタ７０が設けられ、トランジスタ７０上に、絶縁膜２３及び絶縁膜２４で構成される保護膜１０７が設けられている。トランジスタ７０は、下地膜１０３上に設けられたゲート電極１５、ゲート電極１５を覆うゲート絶縁膜１８、ゲート絶縁膜１８を介してゲート電極１５と重なる酸化物半導体膜２０、酸化物半導体膜２０に接する一対の電極２１（ソース電極及びドレイン電極）、並びに保護膜１０７を介して酸化物半導体膜２０と重なるゲート電極６１を有する。

図４（Ｂ）に示すトランジスタを用いた本発明の一態様の発光装置では、ゲート電極６１を介して有機ＥＬ素子の光を酸化物半導体膜２０に照射する。したがって、ゲート電極６１は、有機ＥＬ素子の発光を透過する層とする。具体的には、ゲート電極６１は、ゲート電極１５に用いることができる透光性を有する導電性材料と同様の材料、作製方法で形成することができる。

本実施の形態に示すトランジスタ７０は、酸化物半導体膜２０を介して対向するゲート電極１５及びゲート電極６１を有する。ゲート電極１５とゲート電極６１に異なる電位を印加することで、トランジスタ７０の閾値電圧を制御し、好ましくは、閾値電圧のマイナスシフトを抑制することができる。又は、ゲート電極１５及びゲート電極６１に同電位を印加することで、トランジスタ７０のオン電流を増加させることができる。また、酸化雰囲気で発生したプラズマに表面が曝された酸化物半導体膜２０と、当該プラズマ処理の後連続的に形成された絶縁膜２３を有することで、酸化物半導体膜２０及びゲート電極６１の間における不純物を低減することが可能であり、トランジスタ７０の閾値電圧のばらつきを低減することができる。また、酸素欠損量が低減された酸化物半導体膜２０を用いることで、閾値電圧のマイナスシフトを抑制したトランジスタとなる。また、経時変化や光ＢＴストレス試験によって、閾値電圧の変動が少なく、優れた電気特性を有するトランジスタとなる。

本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置に適用できる発光素子の一例について図５を用いて説明する。

本発明の一態様の発光装置に適用する発光素子は、該発光素子の駆動用トランジスタの酸化物半導体膜に光を照射する構成である。このような構成の発光素子を用い、発光素子が発した光を該駆動用トランジスタに照射することで、光の照射条件によらず、光が照射されない場合に比べて、該トランジスタの閾値電圧の変化を抑制することができる。

本実施の形態で例示する発光素子は、一対の電極（第１の電極及び第２の電極）と、該一対の電極間に設けられたＥＬ層と、を有する。該一対の電極は、一方が陽極、他方が陰極として機能する。該ＥＬ層は、少なくとも発光層を有する。

図５（Ａ）に示す発光素子は、第１の電極２０１及び第２の電極２０５の間にＥＬ層２０３を有する。本実施の形態では、第１の電極２０１が陽極として機能し、第２の電極２０５が陰極として機能する。

第１の電極２０１と第２の電極２０５の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、ＥＬ層２０３に第１の電極２０１側から正孔が注入され、第２の電極２０５側から電子が注入される。注入された電子と正孔はＥＬ層２０３において再結合し、ＥＬ層２０３に含まれる発光物質が発光する。

ＥＬ層２０３は、上述の通り、少なくとも発光層を有する。ＥＬ層２０３は、発光層以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、又はバイポーラ性の物質（電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質）等を含む層をさらに有していてもよい。

ＥＬ層２０３には公知の物質を用いることができる。低分子系化合物及び高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。

ＥＬ層２０３の具体的な構成例を、図５（Ｂ）に示す。図５（Ｂ）に示すＥＬ層２０３では、正孔注入層３０１、正孔輸送層３０２、発光層３０３、電子輸送層３０４及び電子注入層３０５が、第１の電極２０１側からこの順に積層されている。

図５（Ｃ）に示す発光素子は、第１の電極２０１及び第２の電極２０５の間にＥＬ層２０３を有し、さらに、ＥＬ層２０３及び第２の電極２０５の間に、中間層２０７を有する。

中間層２０７の具体的な構成例を、図５（Ｄ）に示す。中間層２０７は、電荷発生領域３０８を少なくとも有する。中間層２０７は、電荷発生領域３０８以外の層として、電子リレー層３０７や、電子注入バッファー層３０６をさらに有していてもよい。

第１の電極２０１と第２の電極２０５の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、電荷発生領域３０８において、正孔と電子が発生し、正孔は第２の電極２０５へ移動し、電子は電子リレー層３０７へ移動する。電子リレー層３０７は電子輸送性が高く、電荷発生領域３０８で生じた電子を電子注入バッファー層３０６に速やかに受け渡す。電子注入バッファー層３０６はＥＬ層２０３に電子を注入する障壁を緩和し、ＥＬ層２０３への電子注入効率を高める。従って、電荷発生領域３０８で発生した電子は、電子リレー層３０７と電子注入バッファー層３０６を経て、ＥＬ層２０３のＬＵＭＯ準位に注入される。

また、電子リレー層３０７は、電荷発生領域３０８を構成する物質と電子注入バッファー層３０６を構成する物質が界面で反応し、互いの機能が損なわれてしまう等の相互作用を防ぐことができる。

図５（Ｅ）（Ｆ）に示す発光素子のように、第１の電極２０１及び第２の電極２０５の間に複数のＥＬ層が積層されていてもよい。この場合、積層されたＥＬ層の間には、中間層２０７を設けることが好ましい。例えば、図５（Ｅ）に示す発光素子は、第１のＥＬ層２０３ａと第２のＥＬ層２０３ｂとの間に、中間層２０７を有する。また、図５（Ｆ）に示す発光素子は、ＥＬ層をｎ層（ｎは２以上の自然数）有し、各ＥＬ層の間には、中間層２０７を有する。

ＥＬ層２０３（ｍ）とＥＬ層２０３（ｍ＋１）の間に設けられた中間層２０７における電子と正孔の挙動について説明する。第１の電極２０１と第２の電極２０５の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、中間層２０７において正孔と電子が発生し、正孔は第２の電極２０５側に設けられたＥＬ層２０３（ｍ＋１）へ移動し、電子は第１の電極２０１側に設けられたＥＬ層２０３（ｍ）へ移動する。ＥＬ層２０３（ｍ＋１）に注入された正孔は、第２の電極２０５側から注入された電子と再結合し、当該ＥＬ層２０３（ｍ＋１）に含まれる発光物質が発光する。また、ＥＬ層２０３（ｍ）に注入された電子は、第１の電極２０１側から注入された正孔と再結合し、当該ＥＬ層２０３（ｍ）に含まれる発光物質が発光する。よって、中間層２０７において発生した正孔と電子は、それぞれ異なる発光ユニットにおいて発光に至る。

なお、ＥＬ層同士を接して設けることで、両者の間に中間層と同じ構成が形成される場合は、発光ユニット同士を接して設けることができる。例えば、ＥＬ層の一方の面に電荷発生領域が形成されている場合、その面に接してＥＬ層を設けることができる。

また、それぞれのＥＬ層の発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、２つのＥＬ層を有する発光素子において、第１のＥＬ層の発光色と第２のＥＬ層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。なお、補色とは、混合すると無彩色になる色同士の関係をいう。つまり、補色の関係にある色を発光する物質から得られた光を混合すると、白色発光を得ることができる。また、３つ以上のＥＬ層を有する発光素子の場合でも同様である。

図５（Ａ）乃至（Ｆ）は、互いに組み合わせて用いることができる。例えば、図５（Ｆ）の第２の電極２０５とＥＬ層２０３（ｎ）の間に中間層２０７を設けることもできる。

以下に、それぞれの層に用いることができる材料を例示する。なお、各層は、単層に限られず、二層以上積層してもよい。

〈陽極〉
陽極として機能する電極（第１の電極２０１）は、導電性を有する金属、合金、導電性化合物等を一種又は複数種用いて形成することができる。特に、仕事関数の大きい（４．０ｅＶ以上）材料を用いることが好ましい。例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素もしくは酸化珪素を含有したインジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム、グラフェン、金、白金、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、又は金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等が挙げられる。

なお、陽極が電荷発生領域と接する場合は、仕事関数の大きさを考慮せずに、様々な導電性材料を用いることができ、例えば、アルミニウム、銀、アルミニウムを含む合金等も用いることができる。

〈陰極〉
陰極として機能する電極（第２の電極２０５）は、導電性を有する金属、合金、導電性化合物などを１種又は複数種用いて形成することができる。特に、仕事関数が小さい（３．８ｅＶ以下）材料を用いることが好ましい。例えば、元素周期表の第１族又は第２族に属する元素（例えば、リチウム、セシウム等のアルカリ金属、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、マグネシウム等）、これら元素を含む合金（例えば、Ｍｇ−Ａｇ、Ａｌ−Ｌｉ）、ユーロピウム、イッテルビウム等の希土類金属、これら希土類金属を含む合金、アルミニウム、銀等を用いることができる。

なお、陰極が電荷発生領域と接する場合は、仕事関数の大きさを考慮せずに、様々な導電性材料を用いることができる。例えば、ＩＴＯ、珪素若又は酸化珪素を含有したインジウムスズ酸化物等も用いることができる。

発光素子は、陽極又は陰極の一方が可視光を透過する導電膜であり、他方が可視光を反射する導電膜である構成としてもよいし、陽極及び陰極の両方が可視光を透過する導電膜である構成としてもよい。

可視光を透過する導電膜は、例えば、酸化インジウム、ＩＴＯ、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などを用いて形成することができる。また、金、白金、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、もしくはチタン等の金属材料、又はこれら金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等も、透光性を有する程度に薄く形成することで用いることができる。また、グラフェン等を用いてもよい。

可視光を反射する導電膜は、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、もしくはパラジウム等の金属材料、アルミニウムとチタンの合金、アルミニウムとニッケルの合金、アルミニウムとネオジムの合金等のアルミニウムを含む合金（アルミニウム合金）、又は、銀と銅の合金等の銀を含む合金を用いて形成することができる。銀と銅の合金は、耐熱性が高いため好ましい。また、上記金属材料や合金に、ランタン、ネオジム、又はゲルマニウム等が添加されていてもよい。

電極は、それぞれ、真空蒸着法やスパッタリング法を用いて形成すればよい。また、銀ペースト等を用いる場合には、塗布法やインクジェット法を用いればよい。

〈正孔注入層３０１〉
正孔注入層３０１は、正孔注入性の高い物質を含む層である。

正孔注入性の高い物質としては、例えば、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の金属酸化物や、また、フタロシアニン（略称：Ｈ_２Ｐｃ）、銅（ＩＩ）フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）等のフタロシアニン系の化合物を用いることができる。

また、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）などの高分子化合物や、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。

また、正孔注入層３０１を、電荷発生領域としてもよい。陽極と接する正孔注入層３０１が電荷発生領域であると、仕事関数を考慮せずに様々な導電性材料を該陽極に用いることができる。電荷発生領域を構成する材料については後述する。

〈正孔輸送層３０２〉
正孔輸送層３０２は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。

正孔輸送性の高い物質としては、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であればよく、特に、１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ又はα−ＮＰＤ）、４−フェニル−４’−（９−フェニルフルオレン−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＢＰＡＦＬＰ）等の芳香族アミン化合物、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、９−フェニル−３−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＰＣｚＰＡ）等のカルバゾール誘導体、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）等の芳香族炭化水素化合物、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ等の高分子化合物など、種々の化合物を用いることができる。

〈発光層３０３〉
発光層３０３は、蛍光を発光する蛍光性化合物や燐光を発光する燐光性化合物を用いることができる。

発光層３０３に用いることができる蛍光性化合物としては、例えば、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、ルブレン等が挙げられる。

また、発光層３０３に用いることができる燐光性化合物としては、例えば、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ^２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ^２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）_３）（アセチルアセトナト）ビス（３，５−ジメチル−２−フェニルピラジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）_２（ａｃａｃ））等の有機金属錯体が挙げられる。

なお、発光層３０３は、上述した発光性の有機化合物（発光物質、ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させた構成としてもよい。ホスト材料としては、各種のものを用いることができ、ゲスト材料よりも最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）が高く、最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）が低い物質を用いることが好ましい。

ゲスト材料をホスト材料に分散させた構成とすることにより、発光層３０３の結晶化を抑制することができる。また、ゲスト材料の濃度が高いことによる濃度消光を抑制することができる。

ホスト材料としては、上述の正孔輸送性の高い物質（例えば、芳香族アミン化合物やカルバゾール誘導体）や、後述の電子輸送性の高い物質（例えば、キノリン骨格又はベンゾキノリン骨格を有する金属錯体や、オキサゾール系配位子又はチアゾール系配位子を有する金属錯体）等を用いることができる。具体的には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）などの金属錯体、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの複素環化合物や、ＣｚＰＡ、ＤＮＡ、ｔ−ＢｕＤＮＡ、ＤＰＡｎｔｈなどの縮合芳香族化合物、ＮＰＢ等の芳香族アミン化合物等を用いることができる。

また、ホスト材料は複数種用いることができる。例えば、結晶化を抑制するためにルブレン等の結晶化を抑制する物質をさらに添加してもよい。また、ゲスト材料へのエネルギー移動をより効率よく行うためにＮＰＢ、あるいはＡｌｑ等をさらに添加してもよい。

また、発光層を複数設け、それぞれの層の発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、発光層を２つ有する発光素子において、第１の発光層の発光色と第２の発光層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。また、発光層を３つ以上有する発光素子の場合でも同様である。

〈電子輸送層３０４〉
電子輸送層３０４は、電子輸送性の高い物質を含む層である。

電子輸送性の高い物質としては、正孔よりも電子の輸送性の高い有機化合物であればよく、特に、１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質であることが好ましい。

電子輸送性の高い物質としては、例えば、Ａｌｑ、ＢＡｌｑなど、キノリン骨格又はベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等や、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）_２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）_２）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などを用いることができる。また、ＴＡＺ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰなども用いることができる。

〈電子注入層３０５〉
電子注入層３０５は、電子注入性の高い物質を含む層である。

電子注入性の高い物質としては、例えば、リチウム、セシウム、カルシウム、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化カルシウム、リチウム酸化物等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、又はそれらの化合物を用いることができる。また、フッ化エルビウムのような希土類金属化合物を用いることができる。また、上述した電子輸送層３０４を構成する物質を用いることもできる。

〈電荷発生領域〉
正孔注入層を構成する電荷発生領域や、電荷発生領域３０８は、正孔輸送性の高い物質とアクセプター性物質（電子受容体）を含む領域である。アクセプター性物質は、正孔輸送性の高い物質に対して質量比で０．１以上４．０以下の比率で添加されていることが好ましい。

また、電荷発生領域は、同一膜中に正孔輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含有する場合だけでなく、正孔輸送性の高い物質を含む層とアクセプター性物質を含む層とが積層されていてもよい。但し、電荷発生領域を陰極側に設ける場合には、正孔輸送性の高い物質を含む層が陰極と接する構造となり、電荷発生領域を陽極側に設ける積層構造の場合には、アクセプター性物質を含む層が陽極と接する構造となる。

正孔輸送性の高い物質としては、電子よりも正孔の輸送性の高い有機化合物であればよく、特に、１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する有機化合物であることが好ましい。

具体的には、ＮＰＢ、ＢＰＡＦＬＰ等の芳香族アミン化合物、ＣＢＰ、ＣｚＰＡ、ＰＣｚＰＡ等のカルバゾール誘導体、ｔ−ＢｕＤＮＡ、ＤＮＡ、ＤＰＡｎｔｈ等の芳香族炭化水素化合物、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ等の高分子化合物など、正孔輸送層３０２に用いることができる物質として例示した正孔輸送性の高い物質を用いることができる。

アクセプター性物質としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ_４−ＴＣＮＱ）、クロラニル等の有機化合物、遷移金属酸化物、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。特に、酸化モリブデンは、大気中で安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため、好ましい。

〈電子注入バッファー層３０６〉
電子注入バッファー層３０６は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入バッファー層３０６は、電荷発生領域３０８からＥＬ層２０３への電子の注入を容易にする。電子注入性の高い物質としては、前述の材料を用いることができる。また、電子注入バッファー層３０６は、前述の電子輸送性の高い物質とドナー性物質を含む構成としてもよい。

〈電子リレー層３０７〉
電子リレー層３０７では、電荷発生領域３０８においてアクセプター性物質が引き抜いた電子を速やかに受け取る。

電子リレー層３０７は、電子輸送性の高い物質を含む。該電子輸送性の高い物質としてはフタロシアニン系の材料又は金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体を用いることが好ましい。

該フタロシアニン系材料としては、具体的にはＣｕＰｃ、ＰｈＯ−ＶＯＰｃ（Ｖａｎａｄｙｌ ２，９，１６，２３−ｔｅｔｒａｐｈｅｎｏｘｙ−２９Ｈ，３１Ｈ−ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）等が挙げられる。

該金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体としては、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体を用いることが好ましい。金属−酸素の二重結合はアクセプター性を有するため、電子の移動（授受）がより容易になる。

また、該金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体としては、フタロシアニン系材料が好ましい。

なお、上述したフタロシアニン系材料としては、フェノキシ基を有するものが好ましい。具体的にはＰｈＯ−ＶＯＰｃのような、フェノキシ基を有するフタロシアニン誘導体が好ましい。フェノキシ基を有するフタロシアニン誘導体は、溶媒に可溶であるため、発光素子を形成する上で扱いやすい、かつ、成膜に用いる装置のメンテナンスが容易であるという利点を有する。

電子リレー層３０７は、上述のドナー性物質をさらに含んでいてもよい。電子リレー層３０７にドナー性物質を含ませることによって、電子の移動が容易となり、発光素子をより低電圧で駆動することが可能になる。

該電子輸送性の高い物質や該ドナー性物質のＬＵＭＯ準位は、電荷発生領域３０８に含まれるアクセプター性物質のＬＵＭＯ準位と、電子輸送層３０４に含まれる電子輸送性の高い物質のＬＵＭＯ準位（又は電子リレー層３０７が（電子注入バッファー層３０６を介して）接するＥＬ層２０３のＬＵＭＯ準位）の間となるようにする。ＬＵＭＯ準位は、−５．０ｅＶ以上−３．０ｅＶ以下とするのが好ましい。なお、電子リレー層３０７にドナー性物質を含ませる場合、電子輸送性の高い物質として、電荷発生領域３０８に含まれるアクセプター性物質のアクセプター準位より高いＬＵＭＯ準位を有する物質を用いることができる。

なお、上述したＥＬ層２０３及び中間層２０７を構成する層は、それぞれ、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置の構成例について、図１９及び図２０を参照して説明する。なお、以下では、上記実施の形態で説明した内容と重複する部分については説明を省略するか、または簡略化して説明する場合がある。

本発明の一態様の表示装置は、表示素子と、酸化物半導体膜を用いた、該表示素子のスイッチング用トランジスタ（トランジスタＡ）と、該酸化物半導体膜に光を照射する発光素子と、を有する。

また、本発明の一態様の表示装置は、表示素子及び表示素子のスイッチング用トランジスタを有する表示部と、酸化物半導体膜を用いたトランジスタ（トランジスタＢ）及び該酸化物半導体膜に光を照射する発光素子を有する駆動回路部とを備える。

また、本発明の一態様の表示装置は、表示素子と、酸化物半導体膜を用いた、該表示素子のスイッチング用トランジスタ（トランジスタＣ）と、該スイッチング用トランジスタの酸化物半導体膜に光を照射する発光素子と、を有する表示部と、酸化物半導体膜を用いたトランジスタ（トランジスタＤ）及び該トランジスタの酸化物半導体膜に光を照射する発光素子を有する駆動回路部とを備える。

上記表示装置が備える、酸化物半導体膜を用いたトランジスタ（トランジスタＡ、トランジスタＢ、トランジスタＣ、又はトランジスタＤ）としては、ゲートに印加される電位がソースの電位よりも高い場合に、以下の２つの特性を有するｎチャネル型トランジスタを用いる。１つは、閾値電圧がプラス側に変動する（閾値電圧がマイナス側に変動しない）特性である。もう１つは、酸化物半導体に発光素子が発する光を照射することで、光を照射しない場合に比べて該閾値電圧の変化が抑制される特性である。

上記トランジスタが備える酸化物半導体に発光素子が発する光を照射することで、光の照射条件によらず、光を照射しない場合に比べて、該トランジスタの閾値電圧の変化を抑制することができる。

上記トランジスタの詳細については、先の実施の形態（実施の形態２等）を参酌できる。

図１９は、表示装置１３５０の上面概略図である。表示装置１３５０は、基板１３０１と、基板１３０１に対向するように設けられたフロントライト基板１３１０と、を有する。表示装置１３５０は、フロントライト基板１３１０側から基板１３０１に入射する光を反射して、表示を行う反射型の表示装置である。

基板１３０１には、複数の画素を備える表示部１２０１、表示部１２０１を駆動する走査線駆動回路１２０３、信号線駆動回路１２０５、及び外部入力端子１２１１が設けられている。

フロントライト基板１３１０には、発光素子１３４０が、基板１３０１に設けられたトランジスタに重なるように設けられている。また、透光性を有するスペーサ１３１５（図２０（Ａ）（Ｂ）参照）を、基板１３０１とフロントライト基板１３１０の間に、トランジスタに重なるように設けてもよい。このような構成とすることで、発光素子の発する光が、表示材料により遮られることなくトランジスタに到達する。

また、表示材料（例えば、液晶や電子インク）が、基板１３０１とフロントライト基板１３１０の間に挟持され、表示部１２０１の画素には、反射型の表示素子が構成される。

フロントライト基板１３１０に設けられた発光素子が、表示部を照明するため、外光の弱い環境においても表示内容を視認できる。

発光素子１３４０は、基板１３０１の表示部１２０１だけでなく、走査線駆動回路１２０３および信号線駆動回路１２０５に重なるように設けられている。

フロントライト基板に設けられた発光素子が、上記に挙げたトランジスタＡ、トランジスタＢ、トランジスタＣ、又はトランジスタＤに相当するトランジスタに光を照射できるため、該トランジスタの閾値電圧の変化を抑制することができる。

＜横電界方式＞
図２０（Ａ）は、基板面に対して横方向に電界を発生させる方式の液晶素子が適用された表示装置１３５０の断面概略図である。図２０（Ａ）には外部入力端子１２１１、走査線駆動回路１２０３、及び画素１２０２を含む領域における断面概略図を示す。

表示装置１３５０は、基板１３０１上に走査線駆動回路１２０３、画素１２０２を有し、これらと重なるフロントライト基板１３１０が基板１３０１と対向して設けられ、その周囲がシール材１３０３によって封止されている。また、封止された領域（封止領域）よりも外側の領域に外部入力端子１２１１が設けられ、当該外部入力端子１２１１を介して電源電位や駆動信号などの信号を入力することができる。

シール材１３０３としては、熱硬化樹脂、又は光硬化樹脂などの有機樹脂や、低融点ガラス（ガラスフリット等）等を用いることができる。

外部入力端子１２１１は、表示装置１３５０内のトランジスタを構成する導電層で構成される。本構成では、トランジスタの第１のゲートを構成する導電層及び電極を構成する導電層を積層して用いる。このように、導電層を積層して外部入力端子１２１１を構成することにより、強度を高めることができるため好ましい。また、外部入力端子１２１１に接して接続体１３０７が設けられ、接続体１３０７を介してＦＰＣ１３０５と外部入力端子１２１１とが電気的に接続している。接続体１３０７としては、熱硬化性の樹脂に金属粒子を混ぜ合わせたペースト状又はシート状の材料を用い、熱圧着によって異方性の導電性を示す材料を用いることができる。金属粒子としては、例えばＮｉ粒子をＡｕで被覆したものなど、２種類以上の金属が層状となった粒子を用いることが好ましい。

また、発光素子１３４０は、接続体１３１７を介してＦＰＣ１３２５と電気的に接続している。

走査線駆動回路１２０３は、トランジスタ１３１１及びトランジスタ１３１２を有する。トランジスタ１３１１及びトランジスタ１３１２は、上記トランジスタＢやトランジスタＤに相当する。

トランジスタ１３１１、トランジスタ１３１２及びトランジスタ１３５１は下地膜１０３上に設けられている。また、トランジスタ１３１１、トランジスタ１３１２及びトランジスタ１３５１は保護膜１０７に覆われている。下地膜１０３及び保護膜１０７の詳細な構成は、先の実施の形態を参酌できる。

表示部１２０１は、複数の画素１２０２を有する。図２０（Ａ）には、１つの画素１２０２の断面構造を示している。画素１２０２には少なくとも１つのスイッチング用のトランジスタ１３５１を有する。トランジスタ１３５１は、上記トランジスタＡやトランジスタＣに相当する。

トランジスタ１３５１の電極（ソース電極またはドレイン電極）には、絶縁層１１３９上に設けられたくし状の画素電極１３５３が電気的に接続されている。また、画素電極１３５３と同一平面上に、くし状の共通電極１３５５が配置されている。

画素電極１３５３または共通電極１３５５には、透光性の導線性材料を用いると、開口率が向上するため好ましい。

なお、図２０（Ａ）では、明瞭化のため画素電極１３５３と共通電極１３５５とで異なるハッチングパターンを用いて明示しているが、これらは同一の導電層を用いて形成してもよい。また、本実施の形態において、画素電極１３５３と共通電極１３５５を同一平面上に設ける構成としたが、それぞれの電極を、絶縁層を介して異なる平面上に設けてもよい。その場合は、下層に配置される電極と上層に配置される電極とが重ならない領域を設ける。また、これらを異なる平面上に設ける構成とする場合、下層に配置される電極の形状をくし状ではなく面状の形状としてもよい。

また、封止領域下において、少なくとも画素電極１３５３及び共通電極１３５５とフロントライト基板１３１０との間には液晶１３５７が封入されている。ここで、画素電極１３５３、共通電極１３５５、及び液晶１３５７により液晶素子１３６０が構成されている。

表示装置１３５０は、画素電極１３５３と共通電極１３５５との間に電圧を印加することにより、横方向に電界が生じ、当該電界によって液晶１３５７の配向が制御される。

液晶１３５７と接する面には、液晶１３５７の配向を制御するための配向膜を設けてもよい。配向膜には透光性の材料を用いる。

フロントライト基板１３１０の液晶素子１３６０と重なる位置には、カラーフィルタ１３２９が形成されている。カラーフィルタ１３２９を用いることにより、フルカラーの画像表示を実現できる。

また、隣接するカラーフィルタ１３２９の間にはブラックマトリクス１３３１が設けられている。ブラックマトリクス１３３１は隣接する画素の液晶素子１３６０からの光を遮光し、隣接画素間における混色を抑制する。ここで、カラーフィルタ１３２９の端部を、ブラックマトリクス１３３１と重なるように設けることにより、光漏れを抑制することができる。なお、ブラックマトリクス１３３１は、走査線駆動回路１２０３などの表示部１２０１以外の領域に設けてもよい。

また、カラーフィルタ１３２９及びブラックマトリクス１３３１を覆うオーバーコート１３３３が形成されている。オーバーコート１３３３は、発光素子１３２０からの発光を透過する材料から構成され、例えば無機絶縁膜や有機絶縁膜を用いることができる。なお、オーバーコート１３３３は不要なら設けなくてもよい。

液晶１３５７としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、強誘電液晶、反強誘電液晶などを用いることができる。また、ブルー相を示す液晶を使用すると、配向膜が不要であり、且つ広い視野角が得られるため好ましい。

＜縦電界方式＞
図２０（Ｂ）は、基板面に対して垂直方向に電界を発生させる方式の液晶素子が適用された表示装置１３７０の断面概略図である。表示装置１３７０は、主に画素電極１３７３と共通電極１３７５とが対向して設けられている点で、上記表示装置１３５０と異なる。

画素１２０２において、スイッチング用のトランジスタ１３５１の電極には、絶縁層１１３９上に設けられた画素電極１３７３が電気的に接続されている。また、画素電極１３７３と対向して共通電極１３７５がフロントライト基板１３１０上に設けられている。

また、封止領域内において、少なくとも画素電極１３７３と共通電極１３７５との間には液晶１３７７が封入されている。ここで、画素電極１３７３、共通電極１３７５、及び液晶１３７７により液晶素子１３８０が構成されている。なお、液晶１３７７が封入されている領域には、基板１３０１とフロントライト基板１３１０とのギャップを調整するためのスペーサが封入されていてもよい。

表示装置１３７０は、画素電極１３７３と共通電極１３７５との間に電圧を印加することにより基板に対して垂直方向に電界が生じ、当該電界によって液晶１３７７の配向が制御される。

封止領域内において、共通電極１３７５は、接続体１３７９を介して基板１３０１上に形成された接続配線と電気的に接続されている。

接続体１３７９には、例えば導電膜が被膜された樹脂材料でなる球体が分散された有機樹脂を用いることができる。接続体１３７９は、異方性の導電物として機能し、共通電極１３７５と接続配線とを電気的に接続することができる。球体に被膜する導電物としては金属を用いることが好ましく、特に金（Ａｕ）などの化学的に安定で且つ低抵抗な金属材料を用いると、信頼性が向上するとともに抵抗率や接触抵抗が低減できるため好ましい。

＜表示材料＞
なお、表示素子に用いる表示材料は、液晶に限られない。例えば、液晶１３５７や液晶１３７７に変えて、電気泳動方式の電子インクなども適用できる。

＜発光素子＞
本実施の形態のフロントライト基板１３１０に設ける発光素子１３４０は、光を基板１３０１側に向けて射出するものであれば特に限定されない。例えば、有機ＥＬ素子はフロントライト基板の厚さを薄くできるため好適である。

本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様を適用した電子機器の一例について、図６を用いて説明する。

本発明の一態様の発光装置は電子機器等に適用することができる。本発明の一態様の発光装置を適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置（テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図６に示す。

図６（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７１０２が組み込まれている。表示部７１０２では、映像を表示することが可能である。本発明の一態様の発光装置は、表示部７１０２に用いることができる。また、ここでは、スタンド７１０３により筐体７１０１を支持した構成を示している。

テレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機７１１１により行うことができる。リモコン操作機７１１１が備える操作キーにより、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部７１０２に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機７１１１に、当該リモコン操作機７１１１から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。

なお、テレビジョン装置７１００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）又は双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。

図６（Ｂ）は、コンピュータの一例を示している。コンピュータ７２００は、本体７２０１、筐体７２０２、表示部７２０３、キーボード７２０４、外部接続ポート７２０５、ポインティングデバイス７２０６等を含む。なお、コンピュータは、本発明の一態様の発光装置をその表示部７２０３に用いることにより作製される。

図６（Ｃ）は、携帯型ゲーム機の一例を示している。携帯型ゲーム機７３００は、筐体７３０１ａ及び筐体７３０１ｂの２つの筐体で構成されており、連結部７３０２により、開閉可能に連結されている。筐体７３０１ａには表示部７３０３ａが組み込まれ、筐体７３０１ｂには表示部７３０３ｂが組み込まれている。また、図６（Ｃ）に示す携帯型ゲーム機は、スピーカ部７３０４、記録媒体挿入部７３０５、操作キー７３０６、接続端子７３０７、センサ７３０８（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、ＬＥＤランプ、マイクロフォン等を備えている。もちろん、携帯型ゲーム機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも表示部７３０３ａ、筐体７３０１ｂの両方、又は一方に本発明の一態様の発光装置を用いていればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図６（Ｃ）に示す携帯型ゲーム機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型ゲーム機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図６（Ｃ）に示す携帯型ゲーム機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。

図６（Ｄ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機７４００は、筐体７４０１に組み込まれた表示部７４０２の他、操作ボタン７４０３、外部接続ポート７４０４、スピーカ７４０５、マイク７４０６などを備えている。なお、携帯電話機７４００は、本発明の一態様の発光装置を表示部７４０２に用いることにより作製される。

図６（Ｄ）に示す携帯電話機７４００は、表示部７４０２を指などで触れることで、情報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は、表示部７４０２を指などで触れることにより行うことができる。

表示部７４０２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする表示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表示モードと入力モードの２つのモードが混合した表示＋入力モードである。

例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部７４０２を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。

また、携帯電話機７４００内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機７４００の向き（縦か横か）を判断して、表示部７４０２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。

また、画面モードの切り替えは、表示部７４０２を触れること、又は筐体７４０１の操作ボタン７４０３の操作により行われる。また、表示部７４０２に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。

また、入力モードにおいて、表示部７４０２の光センサで検出される信号を検知し、表示部７４０２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。

表示部７４０２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部７４０２に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライト又は近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。

図６（Ｅ）は、２つ折り可能なタブレット型端末（開いた状態）の一例を示している。タブレット型端末７５００は、筐体７５０１ａ、筐体７５０１ｂ、表示部７５０２ａ、表示部７５０２ｂを有する。筐体７５０１ａと筐体７５０１ｂは、軸部７５０３により接続されており、該軸部７５０３を軸として開閉動作を行うことができる。また、筐体７５０１ａは、電源７５０４、操作キー７５０５、スピーカ７５０６等を備えている。なお、タブレット型端末７５００は、本発明の一態様の発光装置を表示部７５０２ａ、表示部７５０２ｂの両方、又は一方に用いることにより作製される。

表示部７５０２ａや表示部７５０２ｂは、少なくとも一部をタッチパネルの領域とすることができ、表示された操作キーにふれることでデータ入力をすることができる。例えば、表示部７５０２ａの全面にキーボードボタンを表示させてタッチパネルとし、表示部７５０２ｂを表示画面として用いることができる。

本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。

本実施例は、本発明の一態様で有機ＥＬ素子の駆動用トランジスタとして適用できるトランジスタのプラスＢＴストレス試験及び光プラスＢＴストレス試験の測定結果について、図７乃至図１０を用いて説明する。具体的には、該トランジスタの閾値電圧の変動量について説明する。

はじめに、本実施例の試料Ａ１乃至試料Ａ４の作製工程について図７を用いて説明する。

まず、ガラス基板である基板１０１上にゲート電極１５を形成した。次に、ゲート電極１５上に絶縁膜１６及び絶縁膜１７で構成されるゲート絶縁膜１８を形成した（図７（Ａ））。

ゲート電極１５は、スパッタリング法で厚さ１００ｎｍのタングステン膜を形成し、フォトリソグラフィ工程により該タングステン膜上にマスクを形成し、該マスクを用いて該タングステン膜の一部をエッチングすることで形成した。

絶縁膜１６としては、厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜を形成し、絶縁膜１７としては、厚さ２００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成した。該窒化シリコン膜は、シラン５０ｓｃｃｍ、窒素５０００ｓｃｃｍをプラズマＣＶＤ装置の処理室に供給し、処理室内の圧力を６０Ｐａに制御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１５０Ｗの電力を供給して形成した。該酸化窒化シリコン膜は、シラン２０ｓｃｃｍ、窒素３０００ｓｃｃｍをプラズマＣＶＤ装置の処理室に供給し、処理室内の圧力を４０Ｐａに制御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１００Ｗの電力を供給して形成した。なお、該窒化シリコン膜及び該酸化窒化シリコン膜を形成する際の基板温度は、いずれも３５０℃とした。

次に、ゲート絶縁膜１８を介してゲート電極１５に重なる酸化物半導体膜１９を形成した（図７（Ｂ））。

ここでは、ゲート絶縁膜１８上にＣＡＡＣ−ＯＳ膜であるＩＧＺＯ膜をスパッタリング法で形成し、フォトリソグラフィ工程により該ＩＧＺＯ膜上にマスクを形成し、該マスクを用いて該ＩＧＺＯ膜の一部をエッチングした。その後、エッチングされたＩＧＺＯ膜に加熱処理を行い、酸化物半導体膜１９を形成した。なお、本実施例では厚さ３５ｎｍのＩＧＺＯ膜を形成した。

ＩＧＺＯ膜は、スパッタリングターゲットをＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（原子数比）のターゲットとし、スパッタリングガスとして５０ｓｃｃｍのアルゴンと５０ｓｃｃｍの酸素をスパッタリング装置の処理室内に供給し、処理室内の圧力を０．６Ｐａに制御し、５ｋＷの直流電力を供給して形成した。なお、ＩＧＺＯ膜を形成する際の基板温度は１７０℃とした。

加熱処理としては、窒素雰囲気で、４５０℃、１時間の加熱を行った後、窒素及び酸素雰囲気で、４５０℃、１時間の加熱を行った。

次に、酸化物半導体膜１９に接する一対の電極２１（ソース電極及びドレイン電極）を形成した（図７（Ｃ））。

ゲート絶縁膜１８及び酸化物半導体膜１９上に導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程により該導電膜上にマスクを形成し、該マスクを用いて該導電膜の一部をエッチングし、一対の電極２１を形成した。なお、該導電膜としては、厚さ５０ｎｍのタングステン膜上に厚さ４００ｎｍのアルミニウム膜を形成し、該アルミニウム膜上に厚さ１００ｎｍのチタン膜を形成した。

次に、一酸化二窒素が充填された処理室に基板を移動させた。そして、処理室に設けられる上部電極に２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１５０Ｗの高周波電力を供給して発生させた酸素プラズマに酸化物半導体膜１９を曝して図７（Ｄ）に示す酸化物半導体膜２０を形成した。

上記プラズマ処理の後、大気に曝すことなく、連続的に酸化物半導体膜２０及び一対の電極２１上に絶縁膜２３を形成した。

試料Ａ１乃至Ａ３における絶縁膜２３としては、流量３０ｓｃｃｍのシラン及び流量４０００ｓｃｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を４０Ｐａ、基板温度を２２０℃とし、１５０Ｗの高周波電力を平行平板電極の上部電極に供給したプラズマＣＶＤ法により、酸化窒化シリコン膜を形成した。絶縁膜２３の厚さが２０ｎｍの試料を試料Ａ１、５０ｎｍの試料を試料Ａ２、１００ｎｍの試料を試料Ａ３とする。なお、本工程において基板温度が２２０℃と比較的低いため、酸化窒化シリコン膜に窒素が含まれず、酸化シリコン膜が形成される場合がある。また、本工程において基板温度が２２０℃と比較的低いため、３５０℃における成膜と比較して成膜過程における水素脱離が少なく、酸化窒化シリコン膜（酸化シリコン膜）に水素が含まれる場合がある。

試料Ａ４における絶縁膜２３としては、流量２０ｓｃｃｍのシラン及び流量３０００ｓｃｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を２００Ｐａ、基板温度を３５０℃とし、１００Ｗの高周波電力を平行平板電極の上部電極に供給したプラズマＣＶＤ法により、厚さ２０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成した。

次に、絶縁膜２３上に絶縁膜２４を形成した。

絶縁膜２４としては、流量１６０ｓｃｃｍのシラン及び流量４０００ｓｃｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を２００Ｐａ、基板温度を２２０℃とし、１５００Ｗの高周波電力を平行平板電極の上部電極に供給したプラズマＣＶＤ法により、酸化窒化シリコン膜を形成した。当該条件により、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱処理により酸素の一部が脱離する酸化窒化シリコン膜を形成することができる。なお、酸化窒化シリコン膜の厚さは、試料Ａ１乃至試料Ａ３では４００ｎｍとし、試料Ａ４では３８０ｎｍとした。

次に、加熱処理を行った。当該加熱処理は、温度を３５０℃とし、酸素及び窒素を含む雰囲気で１時間行った。

次に、絶縁膜２４上に絶縁膜２６を形成した。ここでは、絶縁膜２６として厚さ１．５μｍのアクリル樹脂を形成した。こののち、加熱処理を行った。当該加熱処理は、温度を２５０℃とし、窒素を含む雰囲気で１時間行った。

以上の工程により、試料Ａ１乃至試料Ａ４を作製した。

次に、試料Ａ１乃至試料Ａ４のプラスＢＴストレス試験及び光プラスＢＴストレス試験を行った。ここでは、プラスＢＴストレス試験として、基板温度を８０℃、ゲート絶縁膜に印加する電界強度を１．２８ＭＶ／ｃｍ、印加時間を２０００秒とし、ゲート電極に電圧を印加するプラスＢＴストレス試験を行った。

また、上記プラスＢＴストレス試験と同様の条件を用い、３０００ｌｘ（照射強度は約０．２２ｍＷ／ｃｍ^２）の白色ＬＥＤをトランジスタに照射してゲート電極に電圧を印加する光プラスＢＴストレス試験を行った。なお、白色ＬＥＤの分光照射強度を図８に示す。

図８に示すように、光プラスＢＴストレス試験で照射した光は、エネルギーの高い光（低波長側の光、青色側の光）を含んでいる。また、上述の通り、照射強度は、有機ＥＬ素子の発光の照射強度と同程度である（有機ＥＬ素子の発行の照射強度の一例については、実施例４を参照できる）。

ここで、プラスＢＴストレス試験の測定方法について説明する。プラスＢＴストレス試験の対象となるトランジスタの初期特性を測定するため、基板温度を２５℃とし、ソース−ドレイン間電圧（ドレイン電圧）を１Ｖ、１０Ｖとし、ソース−ゲート電極間電圧（ゲート電圧）を−３０Ｖから＋３０Ｖまで変化させたときのソース−ドレイン電流（ドレイン電流）の変化特性、すなわちＶｇ−Ｉｄ特性を測定した。

次に、基板温度を８０℃まで上昇させた後、トランジスタのソース及びドレインの電位を０Ｖとした。続いて、ゲート絶縁膜へ印加される電界強度が１．２８ＭＶ／ｃｍとなるようにゲート電極に電圧を印加し、２０００秒保持した。

プラスＢＴストレス試験では、ゲート電極に３０Ｖを印加した。また、光プラスＢＴストレス試験では、３０００ｌｘの白色ＬＥＤ光を照射しつつ、ゲート電極に３０Ｖを印加した。

次に、ゲート電極、ソース及びドレインへ電圧を印加したまま、基板温度を２５℃まで下げた。基板温度が２５℃になった後、ゲート電極、ソース及びドレインへの電圧の印加を終了させた。

次に、初期特性の測定と同じ条件でＶｇ−Ｉｄ特性を測定し、プラスＢＴストレス試験及び光プラスＢＴストレス試験のＶｇ−Ｉｄ特性を得た。初期特性の閾値電圧と試験後の閾値電圧の差（即ち、閾値電圧の変動量（ΔＶｔｈ））を図９に示す。縦軸にΔＶｔｈを示す。

ここで、本明細書における閾値電圧について図１０を用いて説明する。

本明細書中において、閾値電圧（Ｖｔｈ）は、ゲート電圧（Ｖｇ［Ｖ］）を横軸、ドレイン電流の平方根（Ｉｄ^１／２［Ａ］）を縦軸としてプロットした曲線３１２において、最大傾きであるＩｄ^１／２の接線３１４を外挿したときの、接線３１４とＶｇ軸（即ち、Ｉｄ^１／２が０Ａ）との交点のゲート電圧で定義する。なお、本明細書中においては、ドレイン電圧Ｖｄを１０Ｖとして、閾値電圧を算出する。

図９より、試料Ａ１乃至試料Ａ４は、いずれも閾値電圧の変動量（ΔＶｔｈ）がプラスの値であった。さらに、試料Ａ１乃至試料Ａ４では、その変動量が小さく、具体的には３．０Ｖ以下であった。

また、試料Ａ１乃至試料Ａ４は、いずれもプラスＢＴストレス試験におけるΔＶｔｈに比べて、光プラスＢＴストレス試験におけるΔＶｔｈの方が小さい値であった。

このことから、トランジスタの保護膜として、酸素が拡散する酸化絶縁膜及び化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化絶縁膜を積層することで、プラスＢＴストレス試験及び光プラスＢＴストレス試験におけるトランジスタの閾値電圧の変動量を抑制できることがわかった。特に、光を照射することで、該変動量をより抑制できることがわかった。

本実施例では、実施の形態２に示す絶縁膜２３における酸素の拡散において図１１を用いて説明する。本実施例では、ＳＳＤＰ−ＳＩＭＳ（裏面からのＳＩＭＳ（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）測定）を用いて酸素の濃度を測定することで、酸素の拡散について説明する。

はじめに、試料Ｂ１及び試料Ｂ２の作製方法について説明する。

実施の形態２に示す絶縁膜２３の形成条件を用いてシリコンウェハ上に厚さ１００ｎｍの酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜を形成した。ここでは、シリコンウェハをプラズマＣＶＤ装置の処理室内に設置し、処理室内に原料ガスである流量３０ｓｃｃｍのシラン及び流量４０００ｓｃｃｍの一酸化二窒素を供給し、処理室内の圧力を２００Ｐａに制御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１５０Ｗの電力を供給して酸化窒化シリコン膜を形成した。また、酸化窒化シリコン膜を形成する際のシリコンウェハの温度を２２０℃とした。なお、本実施例で用いたプラズマＣＶＤ装置は電極面積が６０００ｃｍ^２である平行平板型のプラズマＣＶＤ装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力（電力密度）に換算すると０．０２５Ｗ／ｃｍ^２である。

次に、酸化窒化シリコン膜上にスパッタリング法により厚さ１００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯｘ）膜を形成した。ここでは、シリコンウェハをスパッタリング装置の処理室内に設置し、処理室内に原料ガスである流量３００ｓｃｃｍの^１８Ｏ（^１６Ｏの同位体）を供給し、処理室内の圧力を０．７Ｐａに制御し、高周波電源を用いて８０００Ｗの電力を供給して^１８Ｏを含む酸化シリコン膜を形成した。当該試料を試料Ｂ１とする。

次に、試料Ｂ１を３５０℃で１時間加熱した。当該試料を試料Ｂ２とする。

次に、試料Ｂ１及び試料Ｂ２に含まれる^１８Ｏの濃度プロファイルをＳＳＤＰ−ＳＩＭＳ（裏面からの測定、ここではシリコンウェハからの測定）を用いて測定した。

ところで、酸素には主要核種である^１６Ｏの他、^１７Ｏ及び^１８Ｏといった同位体が微量に存在する。自然界における^１７Ｏ及び^１８Ｏの存在比率はそれぞれ、酸素原子全体の０．０３８％程度、０．２０１％程度であることが知られている。つまり、酸化窒化シリコン膜における^１６Ｏの濃度をＳＩＭＳで測定することで、^１７Ｏ及び^１８Ｏの濃度を見積ることができる。ここで、酸化窒化シリコン膜中に含まれる^１８Ｏの濃度と、^１６Ｏに対する存在比率から見積られる^１８Ｏの濃度を比較することで、酸化窒化シリコン膜中に^１８Ｏが拡散したか否かを判別することができる。

ここで、酸化窒化シリコン膜における^１８Ｏの濃度測定を行う。なお、一次イオン種にはセシウム一次イオン（Ｃｓ^＋）を用いればよい。

図１１はＳＳＤＰ−ＳＩＭＳの測定により得られた^１８Ｏの濃度プロファイルである。

図１１（Ａ）は、試料Ｂ１の測定結果である。曲線８０１はＳＳＤＰ−ＳＩＭＳによって測定された^１６Ｏの濃度プロファイルを元に、自然界における^１８Ｏの存在比率を用いて算出された^１８Ｏの濃度プロファイルであり、曲線８０３は、ＳＳＤＰ−ＳＩＭＳによって測定された^１８Ｏの濃度プロファイルである。

図１１（Ｂ）は、試料Ｂ２の測定結果であり、曲線８１１はＳＳＤＰ−ＳＩＭＳによって測定された^１６Ｏの濃度プロファイルを元に算出された^１８Ｏの濃度プロファイルであり、曲線８１３は、ＳＳＤＰ−ＳＩＭＳによって測定された^１８Ｏの濃度プロファイルである。

図１１（Ａ）に示すＳｉＯＮにおいて、曲線８０１及び曲線８０３は一致している。即ち、試料Ｂ１のＳｉＯＮにおいて、ＳｉＯｘに含まれる^１８ＯがＳｉＯＮに拡散していないことがわかる。

一方、図１１（Ｂ）に示すＳｉＯＮでは、曲線８１１に比べて曲線８１３の方が高い値を示している。即ち、加熱処理により、ＳｉＯｘに含まれる^１８ＯがＳｉＯＮに拡散し、ＳｉＯＮにおける^１８Ｏの濃度が増加していることがわかる。

以上のことから、実施の形態２に示す絶縁膜２３の条件を用いて形成される酸化窒化シリコン膜では、酸素が膜内に拡散する。即ち、当該酸化窒化シリコン膜に接する絶縁膜に含まれる過剰な酸素を、酸化窒化シリコン膜に拡散させることができる。

本実施例は、実施の形態２に示す絶縁膜２３及び絶縁膜２４の形成と共に生じる酸化物半導体膜の欠陥の変化について図１２乃至図１４を用いて説明する。本実施例では、酸化物半導体膜の酸素欠損酸素量について、ＥＳＲ（電子スピン共鳴）測定結果を用いて説明する。

はじめに図１２に示す試料Ｃ１乃至試料Ｃ３の作製方法について説明する。

図１２（Ａ）に示す試料Ｃ１の作製方法について説明する。

石英基板９７１上に厚さ１００ｎｍのＣＡＡＣ−ＯＳ膜であるＩＧＺＯ膜９７３ａをスパッタリング法で形成した。ここでは、ＩＧＺＯ膜は、スパッタリングターゲットをＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（原子数比）のターゲットとし、スパッタリングガスとして５０ｓｃｃｍのアルゴンと５０ｓｃｃｍの酸素をスパッタリング装置の処理室内に供給し、処理室内の圧力を０．６Ｐａに制御し、５ｋＷの直流電力を供給して形成した。なお、ＩＧＺＯ膜を形成する際の基板温度は１７０℃とした。

次に、ＩＧＺＯ膜９７３ａ上に、実施の形態２に示す絶縁膜２３の条件を用いて酸化窒化シリコン膜９７５（１ｓｔ−ＳｉＯＮ）を形成した。ここでは、石英基板をプラズマＣＶＤ装置の処理室内に設置し、処理室内に原料ガスである流量３０ｓｃｃｍのシラン及び流量４０００ｓｃｃｍの一酸化二窒素を供給し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１５０Ｗの電力を供給して酸化窒化シリコン膜９７５を形成した。また、酸化窒化シリコン膜を形成する際の石英基板の温度を２２０℃とした。なお、本実施例で用いたプラズマＣＶＤ装置は電極面積が６０００ｃｍ^２である平行平板型のプラズマＣＶＤ装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力（電力密度）に換算すると０．０２５Ｗ／ｃｍ^２である。

また、処理室内の圧力を４０Ｐａ、１２０Ｐａ、２００Ｐａと制御し、酸化窒化シリコン膜９７５の厚さを２０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍとして複数の試料Ｃ１を作製した。

次に、図１２（Ｂ）に示す試料Ｃ２の作製方法について説明する。

各試料Ｃ１上に、実施の形態２に示す絶縁膜２４の条件を用いて酸化窒化シリコン膜９７７を形成した。ここでは、石英基板をプラズマＣＶＤ装置の処理室内に設置し、処理室内に原料ガスである流量１６０ｓｃｃｍのシラン及び流量４０００ｓｃｃｍの一酸化二窒素を供給し、処理室の圧力を２００Ｐａ、基板温度を２２０℃とし、１５００Ｗの高周波電力を平行平板電極の上部電極に供給したプラズマＣＶＤ法により、厚さ４００ｎｍの酸化窒化シリコン膜９７７を形成した。

なお、このときのＣＡＡＣ−ＯＳ膜であるＩＧＺＯ膜を図１２（Ｂ）においてＩＧＺＯ膜９７３ｂと示す。

次に、図１２（Ｃ）に示す試料Ｃ３の作製方法について説明する。

各試料Ｃ２を３５０℃で１時間加熱して試料Ｃ３を作製した。なお、このときのＣＡＡＣ−ＯＳ膜であるＩＧＺＯ膜を図１２（Ｃ）においてＩＧＺＯ膜９７３ｃと示す。

次に、試料Ｃ１乃至試料Ｃ３についてＥＳＲ測定を行った。ＥＳＲ測定は、所定の温度で、マイクロ波の吸収の起こる磁場の値（Ｈ_０）から、式ｇ＝ｈｖ／βＨ_０を用いてｇ値というパラメータが得られる。なお、ｖはマイクロ波の周波数である。ｈはプランク定数であり、βはボーア磁子であり、どちらも定数である。

ここでは、下記の条件でＥＳＲ測定を行った。測定温度を室温（２５℃）とし、９．４ＧＨｚの高周波電力（マイクロ波パワー）を２０ｍＷとし、磁場の向きは作製した試料の膜表面と平行とした。なお、ＩＧＺＯ膜に含まれる酸素欠損に由来するｇ（ｇ値）＝１．９３に現れる信号のスピン密度の検出下限は２．２×１０^１６ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３である。

ｇ（ｇ値）＝１．９３に現れる信号のスピン密度を図１３に示す。図１３（Ａ）は試料Ｃ１におけるスピン密度を示し、図１３（Ｂ）は試料Ｃ２におけるスピン密度を示し、図１３（Ａ）は試料Ｃ３におけるスピン密度を示す。

また、図１３に示す試料Ｃ２の一試料、及び試料Ｃ３の一試料、それぞれに含まれるＩＧＺＯ膜をＥＳＲ測定して得られた１次微分曲線を図１４に示す。

曲線９８１は、試料Ｃ２において、酸化窒化シリコン膜９７５の成膜条件の圧力を４０Ｐａとし、酸化窒化シリコン膜９７５の厚さを５０ｎｍとした一試料を測定した１次微分曲線である。

曲線９８３は、試料Ｃ３において、酸化窒化シリコン膜９７５の成膜条件の圧力を４０Ｐａとし、酸化窒化シリコン膜９７５の厚さを５０ｎｍとした一試料を測定した１次微分曲線である。

図１４より、ｇ値が１．９３において、試料Ｃ２では、酸素欠損に起因する対称性を有する信号が検出されており、ＩＧＺＯ膜中に酸素欠損が含まれることが分かる。一方、試料Ｃ３では酸素欠損に起因する対称性を有する信号が検出されず（即ち、検出下限以下であり）、ＩＧＺＯ膜中に含まれる酸素欠損の量が検出できないことが分かる。これは、酸化窒化シリコン膜９７５の厚さが厚い程、実施の形態２に示す絶縁膜２４の条件を用いて形成した酸化窒化シリコン膜９７７に含まれる過剰酸素がＩＧＺＯ膜に移動しにくくなるためである。また、酸化窒化シリコン膜９７５の成膜条件において、成膜圧力が低いほど酸化物半導体膜にダメージが入り、酸素欠損量が増加するためである。

図１３（Ｂ）より、酸化窒化シリコン膜９７５上に酸化窒化シリコン膜９７７を形成することで、一部の試料においては酸素欠損量が増加するが、ほとんどの試料において、ＩＧＺＯ膜９７３ｂに含まれる酸素欠損量が検出下限以下となることが分かる。

これは、酸化窒化シリコン膜９７５上に化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化絶縁膜である酸化窒化シリコン膜９７７を形成することで、酸化窒化シリコン膜９７７に含まれる過剰酸素が酸化窒化シリコン膜９７５を介してＩＧＺＯ膜９７３ｃに拡散し、ＩＧＺＯ膜９７３ｃに含まれる酸素欠損を補填することで、酸素欠損が低減するためである。

図１３（Ｃ）より、酸化窒化シリコン膜９７５上に酸化窒化シリコン膜９７７を形成した後、加熱処理を行うことで、ＩＧＺＯ膜９７３ｃに含まれる酸素欠損量が検出下限以下となることが分かる。

これは、酸化窒化シリコン膜９７５上に化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化絶縁膜である酸化窒化シリコン膜９７７を形成し加熱することで、酸化窒化シリコン膜９７７に含まれる過剰酸素が酸化窒化シリコン膜９７５を介してＩＧＺＯ膜９７３に拡散し、酸素欠損が低減するためである。

以上のことから、酸化物半導体膜上に酸化窒化シリコン膜を積層することで、酸化物半導体膜の酸素欠損量を低減することができる。また、当該構造をトランジスタに用いることで、実施例１に示すように、閾値電圧の変動量がプラス方向に変動する（マイナス方向に変動しない）トランジスタを作製することができる。

本実施例では、本発明の一態様の発光装置に用いることができる発光素子の特性について図１５（Ａ）、図１６乃至図１８を用いて説明する。本実施例でＥＬ層２００３に用いた材料の構造式を以下に示す。

本実施例では、本発明の一態様の発光装置において赤色の画素に用いることができる発光素子Ｒと、緑色の画素に用いることができる発光素子Ｇと、青色の画素に用いることができる発光素子Ｂを作製した。

以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。

まず、ガラス基板上にアルミニウム−チタン合金膜及びチタン膜を順にスパッタリング法で成膜し、第１の電極２００１を形成した。その膜厚は６ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×ｍｍとした。本実施例において、第１の電極２００１は、陽極として用いた。

発光素子Ｒ及び発光素子Ｇについては、第１の電極２００１上に酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）をスパッタリング法で成膜し、導電層を形成した。各発光素子において、それぞれマイクロキャビティ効果を奏するために、発光素子Ｒにおいては導電層の膜厚を８０ｎｍとし、発光素子Ｇにおいては導電層の膜厚を４０ｎｍとし、発光素子Ｂにおいては導電層を設けない構造とした。

次に、第１の電極２００１及び導電層が形成された面が下方となるように、第１の電極２００１及び導電層が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、１０^−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極２００１又は導電層上に、９−フェニル−３−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＰＣｚＰＡ）と酸化モリブデン（ＶＩ）を共蒸着することで、第１の正孔注入層２０１１ａを形成した。ＰＣｚＰＡと酸化モリブデンの比率は、重量比で１：０．５（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。第１の正孔注入層２０１１ａの膜厚は、発光素子Ｒにおいては１０ｎｍとし、発光素子Ｇ及び発光素子Ｂにおいては１３ｎｍとした。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で、複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。

次に、第１の正孔注入層２０１１ａ上に、３−［４−（９−フェナントリル）−フェニル］−９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＰＣＰＰｎ）を膜厚２０ｎｍとなるように成膜し、第１の正孔輸送層２０１２ａを形成した。

第１の正孔輸送層２０１２ａ上に、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）及びＮ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス〔３−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル〕−ピレン−１，６−ジアミン（略称：１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎ）を、ＣｚＰＡ：１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎ＝１：０．０５（重量比）となるように共蒸着することにより、第１の発光層２０１３ａを形成した。膜厚は３０ｎｍとした。

第１の発光層２０１３ａ上に、ＣｚＰＡを膜厚５ｎｍとなるように成膜し、さらに、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を膜厚１５ｎｍとなるように成膜することで、第１の電子輸送層２０１４ａを形成した。

第１の電子輸送層２０１４ａ上に、酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）を０．１ｎｍの膜厚となるように蒸着し、さらに、銅（ＩＩ）フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）を２ｎｍの膜厚となるように蒸着し、中間層２０１５を形成した。

中間層２０１５上に、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）を共蒸着することで、第２の正孔注入層２０１１ｂを形成した。ＰＣｚＰＡと酸化モリブデンの比率は、重量比で１：０．５（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節し、その膜厚は、１３ｎｍとした。

第２の正孔注入層２０１１ｂ上に、４−フェニル−４’−（９−フェニルフルオレン−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＢＰＡＦＬＰ）を膜厚２０ｎｍとなるように成膜し、第２の正孔輸送層２０１２ｂを形成した。

第２の正孔輸送層２０１２ｂ上に、２−［３’−（ジベンゾチオフェン−４−イル）ビフェニル−３−イル］ジベンゾ［ｆ、ｈ］キノキサリン（略称：２ｍＤＢＴＢＰＤＢｑ−ＩＩ）、４、４’−ジ（１−ナフチル）−４’’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＮＢＢ）、及び（アセチルアセトナト）ビス（６−ｔｅｒｔ−ブチル−４−フェニルピリミジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）_２（ａｃａｃ）］）を、２ｍＤＢＴＢＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＮＢＢ：［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）_２（ａｃａｃ）］＝０．８：０．２：０．６（重量比）となるように共蒸着することにより、第２の発光層２０１３ｂを形成した。膜厚は２０ｎｍとした。

第２の発光層２０１３ｂ上に、２ｍＤＢＴＢＰＤＢｑ−ＩＩ及びＩｒ（ｔｐｐｒ）_２（ｄｐｍ）を、２ｍＤＢＴＢＰＤＢｑ−ＩＩ：Ｉｒ（ｔｐｐｒ）_２（ｄｐｍ）＝１：０．０６（重量比）となるように共蒸着することにより、第３の発光層２０１３ｃを形成した。膜厚は２０ｎｍとした。

第３の発光層２０１３ｃ上に、２ｍＤＢＴＢＰＤＢｑ−ＩＩを膜厚１５ｎｍとなるように成膜し、さらに、ＢＰｈｅｎを膜厚１５ｎｍとなるように成膜することで、第２の電子輸送層２０１４ｂを形成した。

第２の電子輸送層２０１４ｂ上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を１ｎｍの膜厚で蒸着し、電子注入層２０１６を形成した。

電子注入層２０１６上に銀とマグネシウムを銀：マグネシウム＝１０：１（体積比）で膜厚１５ｎｍとなるように成膜し、銀及びマグネシウムを含む導電層を形成した。さらに、インジウム錫酸化物をスパッタリング法によって膜厚７０ｎｍとなるように成膜し、第２の電極２００５を形成した。

以上の工程によって、本実施例の発光素子を作製した。

なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。

発光素子Ｒ、発光素子Ｇ、及び発光素子Ｂを、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないようにガラス基板により封止する作業を行った後、それぞれの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。

発光素子Ｒ、発光素子Ｇ、及び発光素子Ｂの電流密度−輝度特性を図１６に示す。図１６において、横軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ^２）を表し、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ^２）を表す。また、電圧−輝度特性を図１７に示す。図１７において、横軸は電圧（Ｖ）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ^２）を表す。また、発光スペクトルを、図１８に示す。図１８において、横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は発光強度（任意単位）を表す。

発光素子Ｒ、発光素子Ｇ、及び発光素子Ｂは、反射性を有する電極である第１の電極２００１と、透光性を有する電極である第２の電極２００５との光学距離をマイクロキャビティ効果が得られるように調整されているため、それぞれ所望のスペクトルが増強され、色純度が高い。

図１８に示すように、発光素子Ｒからは、６０４ｎｍ付近にピークを有する良好な赤色発光が得られている。また、発光素子Ｇからは、５３４ｎｍ付近にピークを有する良好な緑色発光が得られている。また、発光素子Ｂからは、４５８ｎｍ付近にピークを有する良好な青色発光が得られている。

輝度約１０００ｃｄ／ｍ^２が得られる条件で、発光素子Ｒ、発光素子Ｇ、及び発光素子Ｂのそれぞれにおいて、電流効率、ＣＩＥ色度座標（ｘ、ｙ）、電圧、及び電流密度を測定した。測定結果を表１に示す。

ある輝度における電圧と電流密度の積を求めることで、エネルギー効率１００％のときのその輝度における照射強度を把握することができる。発光素子からトランジスタに照射される光の実際の照射強度は、エネルギー効率を考慮することでおおよそ予測できる。

発光装置に適用した際に、各発光素子では０〜３００ｃｄ／ｍ^２程度までの輝度が得られる条件を用いると想定すると、例えば、図１６及び図１７から、発光素子Ｒでは、輝度約３００ｃｄ／ｍ^２における電圧が５．７Ｖ、電流密度が０．７０ｍＡ／ｃｍ^２である。したがって、発光素子Ｒでは、輝度３００ｃｄ／ｍ^２におけるエネルギー効率１００％のときの照射強度は、約４ｍＷ／ｃｍ^２と見積もれる。例えば、エネルギー効率が２０％であった場合、発光素子Ｒからトランジスタに照射される光の照射強度は、約０．８ｍＷ／ｃｍ^２と見積もれる。これは、実施例１にてトランジスタに照射した光の照射強度と同程度である。

本実施例で示した発光素子の光を本発明の一態様に適用するトランジスタの酸化物半導体膜に照射することで、光の照射条件によらず、光を照射しない場合に比べて該トランジスタの閾値電圧の変化を抑制することができる。

１５ ゲート電極
１６ 絶縁膜
１７ 絶縁膜
１８ ゲート絶縁膜
１９ 酸化物半導体膜
２０ 酸化物半導体膜
２１ 一対の電極
２２ 酸素
２３ 絶縁膜
２４ 絶縁膜
２６ 絶縁膜
６０ トランジスタ
６１ ゲート電極
７０ トランジスタ
１０１ 基板
１０３ 下地膜
１０５ 駆動用トランジスタ
１０７ 保護膜
１０９ 平坦化膜
１１１ 隔壁
１１３ 空間
１１５ 基板
１１７ 発光素子
１１８ ブラックマトリクス
１１９ カラーフィルタ
１２７ａ、ｂ 発光素子
１３１ 第１の電極
１３３ ＥＬ層
１３５ 第２の電極
１４１ａ、ｂ 導電膜
１４３ ＥＬ層
１４５ 第２の電極
１４７ 遮光膜
１５１ スイッチング用トランジスタ
１５３ 容量素子
１５５ 信号線
１５７ 走査線
１５８ 共通電極
１５９ 電源線
２０１ 第１の電極
２０３ ＥＬ層
２０３ａ 第１のＥＬ層
２０３ｂ 第２のＥＬ層
２０５ 第２の電極
２０７ 中間層
３０１ 正孔注入層
３０２ 正孔輸送層
３０３ 発光層
３０４ 電子輸送層
３０５ 電子注入層
３０６ 電子注入バッファー層
３０７ 電子リレー層
３０８ 電荷発生領域
９７１ 石英基板
９７３ ＩＧＺＯ膜
９７３ａ〜ｃ ＩＧＺＯ膜
９７５ 酸化窒化シリコン膜
９７７ 酸化窒化シリコン膜
１２０１ 表示部
１２０２ 画素
１２０３ 走査線駆動回路
１２０５ 信号線駆動回路
１２１１ 外部入力端子
１３０１ 基板
１３０３ シール材
１３０５ ＦＰＣ
１３０７ 接続体
１３１０ フロントライト基板
１３１１ トランジスタ
１３１２ トランジスタ
１３１５ スペーサ
１３２０ 発光素子
１３２５ ＦＰＣ
１３２９ カラーフィルタ
１３３１ ブラックマトリクス
１３３３ オーバーコート
１３４０ 発光素子
１３５０ 表示装置
１３５１ トランジスタ
１３５３ 画素電極
１３５５ 共通電極
１３５７ 液晶
１３６０ 液晶素子
１３７０ 表示装置
１３７３ 画素電極
１３７５ 共通電極
１３７７ 液晶
１３７９ 接続体
１３８０ 液晶素子
２００１ 第１の電極
２００３ ＥＬ層
２００５ 第２の電極
２０１１ａ 第１の正孔注入層
２０１１ｂ 第２の正孔注入層
２０１２ａ 第１の正孔輸送層
２０１２ｂ 第２の正孔輸送層
２０１３ａ 第１の発光層
２０１３ｂ 第２の発光層
２０１３ｃ 第３の発光層
２０１４ａ 第１の電子輸送層
２０１４ｂ 第２の電子輸送層
２０１５ 中間層
２０１６ 電子注入層
４５０１ 画素
４５０２ 画素部
４５０３ 信号線駆動回路
４５０４ 走査線駆動回路
４５０５ ＦＰＣ
４５０６ 封止材
４５０７ａ〜ｃ 配線

Claims (6)

1. トランジスタと、発光素子とを有し、
   前記発光素子は、前記トランジスタの上方にあり、
   前記トランジスタは酸化物半導体膜と、前記酸化物半導体膜に接する一対の電極とを有し、
   前記一対の電極のいずれか一方は、前記発光素子と電気的に接続し、
   前記酸化物半導体膜は、前記一対の電極に挟まれた第１の領域を有し、
   前記発光素子はトップエミッション構造である第２の領域と、デュアルエミッション構造である第３の領域とを有し、
   前記第３の領域は、前記第１の領域と重畳する領域を有し、
   前記第３の領域からの光が前記第１の領域に照射されることを特徴とする発光装置。
2. トランジスタと、発光素子とを有し、
   前記発光素子は、前記トランジスタの上方にあり、
   前記トランジスタは酸化物半導体膜と、前記酸化物半導体膜に接する一対の電極とを有し、
   前記一対の電極のいずれか一方は、前記発光素子と電気的に接続し、
   前記酸化物半導体膜は、前記一対の電極に挟まれた第１の領域を有し、
   前記発光素子はトップエミッション構造である第２の領域と、ボトムエミッション構造である第３の領域とを有し、
   前記第３の領域は、前記第１の領域と重畳する領域を有し、
   前記第３の領域からの光が前記第１の領域に照射されることを特徴とする発光装置。
3. 請求項２において、
   ブラックマトリクスを有し、
   前記ブラックマトリクスは前記発光素子の上方で前記第３の領域と重畳する領域を有することを特徴とする発光装置。
4. 請求項２又は請求項３において、
   遮光膜を有し、
   前記第３の領域において、前記遮光膜は前記発光素子の上面と接することを特徴とする発光装置。
5. 請求項４において、
   前記遮光膜は、導電膜であることを特徴とする発光装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の発光装置を表示部に用いた電子機器。