JP5347377B2 - 縦型有機トランジスタ、その製造方法及び発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、縦型有機トランジスタ、その製造方法及び発光素子に関し、更に詳しくは、電流変調が容易で、製造コストを抑えた縦型有機トランジスタ、及びその製造方法、並びに縦型有機トランジスタを備えた発光素子に関する。

有機電界効果型トランジスタ（ＯＦＥＴ：Organic Field Effect Transistor）は、有機半導体を印刷等の塗布プロセスで作製可能であるため、安価、フレキシブル等の特長を有しており、フレキシブルディスプレイや、ＩＤ情報を埋め込んだタグから電磁界や電波等を用いた近距離無線通信によって情報をやりとりするＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）等のように、従来のＳｉトランジスタとは異なる新たな用途が期待されている。しかし、有機電界効果型トランジスタに用いられる有機半導体はキャリア移動度が低いため、電流変調量が小さい、応答速度が遅い等の問題がある。

これらの問題を解決するため、縦型有機トランジスタが提案されている。縦型有機トランジスタは、上下に配置したコレクタ電極とエミッタ電極との間に有機半導体を挟み、その有機半導体内に中間電極を形成した積層構造であるため、有機半導体が担うチャネル長を例えば１μｍ以下に短くできること、電極面全体を有効利用できるために高速応答や大電力化が可能となること、さらに、界面の影響を受け難くなること等のメリットがある。そのため、キャリア移動度の低い有機半導体を用いた場合であっても、低電圧での高速応答が可能になる。

こうした縦型有機トランジスタは、有機半導体を間に挟んで上下に対向するエミッタ電極とコレクタ電極とに一定電圧を印加した場合において、エミッタ電極と有機半導体内に設けられたベース電極との間に電圧を印加しないときはエミッタ電極とコレクタ電極との間にほとんど電流は流れないが、エミッタ電極とベース電極との間に電圧を印加するとエミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる電流量が大幅に増加し、電流を変調することができる。

従来の縦型有機トランジスタは、例えば特許文献１〜４及び非特許文献１に示すように、有機半導体内にストライプ状（メッシュ状）の中間電極（ベース電極として作用する。）が挿入されているものが提案されている。これらの態様において、有機半導体は、エミッタ電極とコレクタ電極の両方に接するとともに、ストライプ状の中間電極間の「開口部」にも存在しているので、エミッタ電極と中間電極との間の印加電圧によって、有機半導体からなる開口部を流れる電流が変調される。

上記した各特許文献等では、横方向に一定間隔で形成されたストライプ状の中間電極のピッチ（ストライプピッチ）が数十μｍと広く、その中間電極間の開口部にある有機半導体の幅も数十μｍと広いため、エミッタ電極と中間電極との間に印加した電圧によって影響される領域が、ストライプ状の中間電極のエッジ近傍に限定されてしまう。こうした問題に対し、有機半導体からなる開口部の全面を流れる電流を効果的に変調するためには、ストライプ状の中間電極の間隔を微細化（例えば１００ｎｍ程度）することが有効であるとの報告がある（非特許文献２を参照）。

特開２００４−３２７６１５号公報 特開２００７−２７５６６号公報 特開２００５−２４３８７１号公報 特開２００３−３２４２０３号公報（請求項１） 工藤一浩、「有機トランジスタの現状と将来展望」、応用物理、第７２巻、第９号、第１１５１頁〜第１１５６頁（２００３年） 東口 達、他、「第５３回応用物理学関係連合講演会予稿集」、23a-ZG-3、第１４１２頁（２００６年）

しかしながら、上記非特許文献２においては、中間電極の微細パターンを電子線描画等の微細加工手段を用いて作製しているので、得られた縦型有機トランジスタはコストアップとなり、実用的ではない。こうしたことは、そもそも、簡単な作製法でチャネル長を短くすることができるという縦型有機トランジスタの利点が失われてしまうという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電流変調が容易で、製造コストを抑えた縦型有機トランジスタ及びその製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記縦型有機トランジスタを備えた発光素子を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の縦型有機トランジスタは、上部電極と、下部電極と、両電極間に設けられた有機半導体と、該有機半導体内に設けられた層状連続体と、を有する縦型有機トランジスタであって、前記層状連続体が、連続する絶縁性金属化合物と、該絶縁性金属化合物内に分布する粒状金属とを有することを特徴とする。

この発明によれば、層状連続体を、連続する絶縁性金属化合物とその絶縁性金属化合物内に分布する粒状金属とを有するように構成したので、従来の「開口部」は有機半導体の代わりに絶縁性金属化合物で構成され、従来の「中間電極（ベース電極）」はパターンエッチングされた金属層の代わりに粒状金属で構成されている。こうした形態からなる層状連続体は、粒状金属以外の絶縁性金属化合物の部分（「開口部」に相当する部分）が、上部電極と下部電極との間を流れる電流の透過部として作用し、粒状金属がベース電極として作用する。そうした層状連続体は、薄膜状の金属を成膜した後の化学反応により絶縁性の金属化合物を生成することによって容易に形成される。したがって、この発明によれば、粒状金属の周りに絶縁性金属化合物が存在した態様で層状連続体が構成されているので、従来の開口部として作用する絶縁性金属化合物からなる透過部が従来のような幅の広い開口部とはならず、微細化される。その結果、エミッタ電極とベース電極（粒状金属）との間に印加した電圧によって影響される領域がベース電極（粒状金属）のエッジ近傍に限定されても、上部電極と下部電極との間を流れる電流を効率的に変調することができる。さらに、層状連続体は容易に形成できる形態であるので、製造コストを削減することもできる。

本発明の縦型有機トランジスタの好ましい態様は、前記粒状金属の平均直径が、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるように構成する。

この発明によれば、上記範囲の粒状金属の平均直径が従来のベース電極である金属層の幅よりも著しく微細化されているので、その粒状金属の周りに形成されて電流の透過部として作用する絶縁性金属化合物を、層状連続体内に多く（高い密度で）形成することができる。その結果、上記同様、エミッタ電極とベース電極（粒状金属）との間に印加した電圧によって影響される領域がベース電極（粒状金属）のエッジ近傍に限定されても、上部電極と下部電極との間を流れる電流を効率的に変調することができる。

本発明の縦型有機トランジスタの好ましい態様は、前記絶縁性金属化合物が、前記粒状金属と同じ金属の酸化物であるように構成する。

この発明によれば、絶縁性金属化合物を構成する金属成分と、粒状金属を構成する金属成分とが同じであるので、例えば、薄膜状の金属を成膜した後に酸素等の反応ガスを導入して化学反応させることによって、層状連続体を構成する絶縁性金属化合物を容易に形成することができる。

本発明の縦型有機トランジスタの好ましい態様は、前記粒状金属が、アルミニウム又は銅であるように構成する。

本発明の縦型有機トランジスタの好ましい態様は、前記有機半導体が、前記中間電極と前記下部電極との間にある下側有機半導体層と、前記中間電極と前記上部電極との間にある上側有機半導体層とで構成されている。

この発明によれば、有機半導体内に層状連続体が形成されているので、その有機半導体は下側有機半導体層と上側有機半導体層とで構成される。こうした形態により、例えば異なる有機半導体材料によって下側有機半導体層と上側有機半導体層とを構成できる。また、下側有機半導体層及び上側有機半導体層は、少なくとも１種（１種又は２種以上）の材料で構成される。

本発明の縦型有機トランジスタの好ましい態様は、（１）前記中間電極にバスラインが設けられているように構成したり、（２）前記バスラインは、前記中間電極と前記下部電極乃至前記上部電極とが平面視でオーバーラップしない部位に形成されているように構成したり、（３）前記上部電極にバスラインが設けられているように構成したり、（４）前記バスラインは、前記上部電極と前記下部電極乃至前記中間電極とが平面視でオーバーラップしない部位に形成されているように構成したりすることができる。これらのバスラインは、金属、酸化物半導体及び導電性高分子から選ばれるいずれかで形成されていることが好ましい。

この発明によれば、非常に薄く、一般的な金属よりも抵抗の高い中間電極や上部電極に導電性のよいバスラインを設けたので、電圧降下を防ぎ、電流変調特性の低下を抑制することができる。また、バスラインを中間電極や上部電極に設けるが、そのバスラインとそれ以外の電極との間隔を例えば２０μｍ程度離して形成することにより、バスラインを経由した電流が他の電極に漏洩することがない。

上記課題を解決するための本発明の縦型有機トランジスタの製造方法は、上部電極と、下部電極と、両電極間に設けられた有機半導体と、該有機半導体内に設けられた層状連続体とを有し、前記有機半導体が、前記上部電極側の上側有機半導体層と前記下部電極側の下側有機半導体層とからなる縦型有機トランジスタを製造する方法であって、前記下部電極が形成された基板上に前記下側有機半導体層を形成する工程と、前記下側有機半導体層上に、連続する絶縁性金属化合物と該絶縁性金属化合物内に分布する粒状金属とを有する層状連続体を形成する工程と、前記層状連続体上に前記上側有機半導体層を形成する工程と、前記上側有機半導体層上に前記上部電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。

この発明によれば、下側有機半導体層上に層状連続体を形成する工程を備えるが、この工程で形成された層状連続体は、粒状金属からなる部分が従来のパターンエッチングされた中間電極（ベース電極）として作用し、粒状金属が形成されていない絶縁性金属化合物からなる部分が従来の開口部として作用する。こうした形態からなる層状連続体においては、開口部として作用する絶縁性金属化合物の部分が上部電極と下部電極との間を流れる電流の透過部となる。層状連続体は、例えば薄膜状の金属を形成した後の化学反応等により絶縁性の金属化合物を生成することによって容易に形成されるので、製造された縦型有機トランジスタの製造コストを低減することができる。

本発明の縦型有機トランジスタの製造方法の好ましい態様は、前記層状連続体を形成する工程が、前記下側有機半導体層上の全面に金属膜を形成する金属膜形成工程と、前記金属膜を部分的に絶縁化させて、連続する絶縁性金属化合物と、該絶縁性金属化合物内に分布する粒状金属とを生じさせる部分絶縁化工程と、を有するように構成する。

この発明によれば、層状連続体を形成する工程が、金属膜形成工程と部分絶縁化工程とを有するので、この工程後の層状連続体は、連続する絶縁性金属化合物と、その絶縁性金属化合物内に分布する粒状金属とを有している。こうした形態からなる層状連続体は、上記同様、例えば金属膜を形成した後の化学反応等により絶縁性の金属化合物を生じさせることによって容易に形成されるので、製造された縦型有機トランジスタの製造コストを低減することができる。

本発明の縦型有機トランジスタの製造方法の好ましい態様は、前記金属膜が、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の粒径を持つ金属粒の集合体からなるように構成する。

この発明によれば、金属膜を、所定の粒径を持つ金属粒の集合体として形成するので、その金属粒の周縁は膜厚が薄く、例えば化学反応等によって容易に絶縁性の金属化合物にすることができる。その結果、上部電極と下部電極との間を流れる電流の透過部を容易に形成できるので、縦型有機トランジスタの製造コストを低減することができる。

本発明の縦型有機トランジスタの製造方法の好ましい態様は、前記部分絶縁化工程を、前記粒状金属の平均直径を５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とするまで行うように構成する。

この発明によれば、部分絶縁化工程により、粒状金属の平均直径を５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とするので、粒状金属の平均直径を従来のベース電極である金属層の幅よりも著しく微細化することができる。その結果、粒状金属の周りに形成されて電流の透過部として作用する絶縁性金属化合物を、層状連続体内に多く（高い密度で）形成することが容易となる。

本発明の縦型有機トランジスタの製造方法の好ましい態様は、前記部分絶縁化工程が、酸素雰囲気中で酸化処理する工程であるように構成する。

この発明によれば、部分絶縁化工程を、酸素雰囲気中で酸化処理する工程としたので、粒状金属の周りに絶縁性金属酸化物を容易に形成することができ、その絶縁性金属化合物を電流の透過部として作用させることができる。

本発明の縦型有機トランジスタの製造方法の好ましい態様は、（１）前記中間電極と前記下部電極乃至前記上部電極とが平面視でオーバーラップしない部位の前記基板上に、該中間電極に接続するバスラインを形成するバスライン形成工程を有するように構成したり、（２）前記上部電極と前記下部電極乃至前記中間電極とが平面視でオーバーラップしない部位の前記基板上に、該上部電極に接続するバスラインを形成するバスライン形成工程を有するように構成したりすることができる。これらのバスライン形成工程において、前記バスラインを、金属、酸化物半導体及び導電性高分子から選ばれるいずれかで形成することが好ましい。

上記課題を解決するための本発明の発光素子は、上記本発明の縦型有機トランジスタと、当該縦型有機トランジスタを構成する上部電極と下部電極との間に有機発光層が設けられている発光素子部と、を有することを特徴とする。

この発明によれば、エミッタ電極（上部電極）とコレクタ電極（下部電極）との間に流れる電流量を大幅に変調することができる縦型有機トランジスタを備えるので、その変調電流をエミッタ電極（上部電極）とコレクタ電極（下部電極）間の有機発光層に発光電流として印加することができる。その結果、有機発光層の発光輝度等の制御性を高めることができるとともに、コスト低減を図ることができる。

本発明の発光素子の好ましい態様は、前記発光素子部が、正孔輸送層、電子輸送層、正孔注入層及び電子注入層から選ばれる１又は２以上の層を有し、前記有機発光層が有機ＥＬ層であるように構成する。

本発明の縦型有機トランジスタによれば、粒状金属の周りに絶縁性金属化合物が存在した態様で層状連続体が構成されているので、従来の開口部として作用する絶縁性金属化合物からなる透過部が従来のような幅の広い開口部とはならず、微細化される。その結果、エミッタ電極とベース電極（粒状金属）との間に印加した電圧によって影響される領域がベース電極（粒状金属）のエッジ近傍に限定されても、上部電極と下部電極との間を流れる電流を効率的に変調することができる。

本発明の縦型有機トランジスタの製造方法によれば、開口部として作用する絶縁性金属化合物の部分が上部電極と下部電極との間を流れる電流の透過部となるので、その層状連続体を、例えば薄膜状の金属を形成した後の化学反応等によって絶縁性の金属化合物を容易に形成できる。その結果、製造された縦型有機トランジスタの製造コストを低減することができる。

本発明の発光素子によれば、上記本発明の縦型有機トランジスタを備えるので、その変調電流をエミッタ電極（上部電極）とコレクタ電極（下部電極）間の有機発光層に発光電流として印加することができ、有機発光層の発光輝度等の制御性を高めることができる。さらに、発光素子全体のコスト低減を図ることができる。

以下に、本発明の縦型有機トランジスタ、その製造方法及び発光素子について、図面を参照して詳しく説明する。なお、本発明は、その技術的特徴を有すれば種々の変形が可能であり、以下に具体的に示す実施形態に限定されるものではない。

［縦型有機トランジスタ］
（全体構成）
図１は、本発明の縦型有機トランジスタの一例を示す模式的な断面構成図であり、図２は、層状連続体の模式的な詳細断面図である。本発明の縦型有機トランジスタ１１は、図１に示すように、上部電極１と、下部電極２と、両電極１，２間に設けられた有機半導体３と、有機半導体３内に設けられた層状連続体４とを有している。そして、その層状連続体４は、図２に示すように、連続する絶縁性金属化合物４ｂと、絶縁性金属化合物４ｂ内に分布する粒状金属４ａとを有している。また、有機半導体３は、詳しくは、上部電極１と層状連続体４との間に設けられた電荷輸送性の上側有機半導体層３ａと、下部電極２と層状連続体４との間に設けられた電荷輸送性の下側有機半導体層３ｂとで構成されている。

なお、本発明の縦型有機トランジスタにおいて、上部電極１はエミッタ電極又はコレクタ電極として作用し、その上部電極１に対向する下部電極２はコレクタ電極又はエミッタ電極として作用し、層状の連続体４内に有する粒状金属４ａはベース電極として作用する。以下の説明においては、基板１０上に形成された下部電極２をコレクタ電極として説明し、上部電極１をエミッタ電極として説明し、粒状金属４ａは必要に応じてベース電極として説明する。

また、図１において、Ｉｃは、エミッタ電極１−コレクタ電極２間にコレクタ電圧Ｖｃを印加したときの電流（コレクタ電流）であり、Ｉｂは、エミッタ電極１−ベース電極４ａ間にベース電圧Ｖｂを印加したときの電流（ベース電流）である。本発明の縦型有機トランジスタ１１においては、エミッタ電極１とコレクタ電極２との間にコレクタ電圧Ｖｃを印加し、さらにエミッタ電極１とベース電極４ａと間にベース電圧Ｖｂを印加すると、そのベース電圧Ｖｂの作用により、エミッタ電極１から注入された電子が著しく加速されて層状連続体４の絶縁性金属化合物４ｂを透過し、コレクタ電極２に到達する。すなわち、ベース電圧Ｖｂの印加によってエミッタ電極−コレクタ電極間に流れる電流Ｉｃを変調させることができる。したがって、この縦型有機トランジスタ１１によれば、一般的トランジスタと同様の電流変調を安定して得ることができる。

以下、本発明の縦型有機トランジスタの構成要素について順に説明する。

（エミッタ電極とコレクタ電極）
エミッタ電極（上部電極）１とコレクタ電極（下部電極）２とは、図１に示すように、有機半導体３を挟むように配置されている。図１に示す例では、コレクタ電極２は基板１０上に設けられ、エミッタ電極１はコレクタ電極２と対向する上部に設けられている。エミッタ電極１とコレクタ電極２の構成材料としては、金属、導電性酸化物、導電性高分子等の薄膜が用いられる。なお、エミッタ電極１又はコレクタ電極２を基板１０上に設ける場合には、その間にバリア層や平滑層等が設けられていてもよい（図示しない）。

コレクタ電極２の形成材料としては、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等の透明導電膜、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子等を挙げることができる。一方、有機半導体３が後述する電子輸送性の有機化合物からなる場合、エミッタ電極１の形成材料としては、アルミ、銀等の単体金属、ＭｇＡｇ等のマグネシウム合金、ＡｌＬｉ、ＡｌＣａ、ＡｌＭｇ等のアルミニウム合金、Ｌｉ、Ｃａをはじめとするアルカリ金属類、それらアルカリ金属類の合金のような仕事関数の小さな金属等を挙げることができる。なお、有機半導体３が後述する正孔輸送性の有機化合物からなる場合には、エミッタ材料として、金、クロムのような仕事関数の大きな金属を用いる。

（有機半導体）
有機半導体３は、エミッタ電極１とコレクタ電極２との間に挟まれた態様で、層状に設けられている。この有機半導体３は、コレクタ電極２と層状連続体４との間にある下側有機半導体層３ｂと、層状連続体４とエミッタ電極１との間にある上側有機半導体層３ａとで構成されている。

上側有機半導体層３ａと下側有機半導体層３ｂとは、種々の電荷輸送性の有機半導体材料によって形成することができる。例えば、（ｉ）上側有機半導体層３ａと下側有機半導体層３ｂとを１種又は２種以上の同じ材料で形成しても、１種又は２種以上の異なる材料で形成してもよいし、（ｉｉ）その材料が正孔輸送材料であっても電子輸送材料であってもよいし、（ｉｉｉ）上側有機半導体層３ａの厚さと下側有機半導体層３ｂの厚さとが同じでも異なっていてもよいし、（ｉｖ）電荷注入層（図示しない）を有機半導体３とエミッタ電極１ないしコレクタ電極２との間に有するものであってもよい。

なお、有機半導体３上に電極（エミッタ電極１又はコレクタ電極２）を形成する場合は、電極形成時に有機半導体３に加わるダメージを軽減するための保護層（図示しない）を有機半導体３上に設けてもよい。保護層としては、例えばＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属膜やＺｎＳ、ＺｎＳｅ等の無機半導体膜等の蒸着膜又はスパッタ膜のように、成膜時にダメージを与え難いものが１〜５００ｎｍ程度の厚さで予め成膜されることが好ましい。

有機半導体３の形成材料としては、例えば、Ａｌｑ_３（トリス８−キノリノラトアルミニウム錯体）、ｎ型有機半導体であるペリレン顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）、フラーレンＣ６０、ＮＴＣＤＡ（ナフタレンテトラカルボン酸二無水物）、ＰＴＣＤＡ（３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物）若しくはＰｈ−Ｅｔ−ＰＴＣ等を好ましく挙げることができ、また、アントラキノジメタン、フルオレニリデンメタン、テトラシアノエチレン、フルオレノン、ジフェノキノンオキサジアゾール、アントロン、チオピランジオキシド、ジフェノキノン、ベンゾキノン、マロノニトリル、ニジトロベンゼン、ニトロアントラキノン、無水マレイン酸若しくはペリレンテトラカルボン酸、又はこれらの誘導体等、電荷輸送材料として通常使用されるものを用いることができる。

有機半導体３の電荷移動度は、なるべく高いことが望ましく、少なくとも、０．００１ｃｍ^２／Ｖｓ以上であることが望ましい。

下側有機半導体層３ｂの厚さは、通常、１０ｎｍ〜３μｍ程度を挙げることができるが、好ましくは５０ｎｍ〜７００ｎｍ程度である。なお、その厚さが１０ｎｍ未満の場合又は３μｍを超える場合は、トランジスタが動作しないことがある。一方、上側有機半導体層３ａの厚さは、下側有機半導体層３ｂに比べて基本的に薄いことが望ましく、通常、５００ｎｍ程度以下を挙げることができるが、好ましくは１０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度である。その厚さが１０ｎｍ未満の場合は、導通の問題が発生して歩留まりが低下することがある。

なお、有機半導体層３ｂと層状連続体４との間に、又は層状連続体４の両面に、漏れ電流を抑制するため、例えば酸化ケイ素膜等を設けてもよい。

（層状連続体）
層状連続体４は、図２に示すように、粒状金属４ａと、その粒状金属４ａを内部に有する態様で設けられた絶縁性金属化合物４ｂとで構成されている。言い換えると、層状連続体４は、連続する絶縁性金属化合物４ｂと、絶縁性金属化合物４ｂ内に分布する粒状金属４ａとを有する態様で構成されている。

粒状金属４ａは、層状連続体４の横方向に粒状に分布する金属であり、エミッタ電極１から供給された電荷をコレクタ電極２側の下側有機半導体層３ｂ内に強制的に供給するベース電極として作用する。粒状金属４ａの形態は特に限定されないが、通常は円形又は略円形（楕円形等を含む）又はそれらに類似の形態である。円形又は略円形からなる粒状金属４ａの平均直径は、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下がより好ましく、３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下が特に好ましい。こうした範囲の粒状金属４ａは、ベース電極として作用する従来の金属層の幅よりも著しく微細なので、その粒状金属４ａの周りに形成されて電流の透過部として作用する絶縁性金属化合物４ｂを、層状連続体４内に多く（高い密度で）形成することができる。その結果、エミッタ電極１とベース電極（粒状金属４ａ）との間に印加した電圧Ｖｂによって影響される領域がベース電極（粒状金属４ａ）のエッジ近傍に限定されても、エミッタ電極１（上部電極）とコレクタ電極２（下部電極）との間を流れる電流Ｉｃを効率的に変調することができる。

粒状金属４ａの平均直径が５ｎｍ未満では、小さすぎて面抵抗が大きくなり、電極として機能しないことがある。一方、粒状金属４ａの平均直径が５００ｎｍを超えると、開口部が相対的に小さくなって従来の金属層に近づくので、電流透過が起こらないという問題が生じることがある。

粒状金属４ａの厚さは特に限定されず、例えば５ｎｍ〜１００ｎｍ程度、好ましくは１０ｎｍ〜４０ｎｍ程度を挙げることができる。なお、後述の製造方法の欄で説明するように、所定粒径の金属粒４”からなる金属膜４’（図６（Ａ）参照）を酸化等の化学反応により粒状金属４ａとする場合には、粒状金属４ａの厚さは２ｎｍ〜５０ｎｍ程度であることが好ましく、５ｎｍ〜２０ｎｍ程度であることがより好ましい。こうした厚さからなる粒状金属４ａは、層状連続体４の横方向に粒状に分布することができる。

層状連続体４内に分布する粒状金属４ａは、後述の製造方法に由来するように、通常は、横方向に並んでいるが上下方向に積層していない形態で分布している。なお、必ずしもそうした形態で分布していなくてもよく、上下方向にも積層していてもよい。

粒状金属４ａの材質は導電性の金属であれば特に限定されないが、好ましくは導電性のよいアルミニウム又は銅等が採用される。特にアルミニウムは、酸化反応によって容易に酸化アルミニウムとすることができ、その酸化アルミニウムが絶縁性金属化合物４ｂとなるので便利である。しかも、その酸化アルミニウムは、酸化の進行がある程度進むと停止するという性質を有するので、粒状金属４ａの大きさと絶縁性金属化合物４ｂの厚さをおよそ１０ｎｍ以下の範囲内にコントロールすることができるという利点がある。

絶縁性金属化合物４ｂは、後述の図８にもその一例を示すように、粒状金属４ａを内部に有した形態で横方向に層状に設けられている。詳しくは、絶縁性金属化合物４ｂは、粒状金属４ａの全体を取り巻くように設けられているとともに、横方向には層状に一様に形成されている。

絶縁性金属化合物４ｂとしては、例えば酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化銅等を挙げることができる。絶縁性金属化合物４ｂを構成する金属は特に限定されないが、通常は、粒状金属４ａを構成する金属と同じである。したがって、例えば粒状金属４ａがアルミニウムである場合には、絶縁性金属化合物４ｂはアルミニウム化合物（例えば酸化アルミニウム等）である。特に、絶縁性金属化合物４ｂが、粒状金属４ａを構成する金属の酸化物又は酸窒化物又はそれらの複合化合物であることが好ましい。こうすることにより、絶縁性金属化合物４ｂを構成する金属成分と、粒状金属４ａを構成する金属成分とが同じであるので、例えば、薄膜状の金属膜を成膜した後に酸素や窒素等の反応ガスを導入して化学反応させることによって、層状連続体４を構成する絶縁性金属化合物４ｂを容易に形成することができる。

絶縁性金属化合物４ｂの厚さは特に限定されないが、金属粒４”からなる金属膜４’を酸化等して絶縁性金属化合物４ｂを形成する場合には、少なくとも粒状金属４ａが所定の大きさで必ず残存する程度の厚さであることが必要であり、例えばその厚さとしては０．１ｎｍ〜１００ｎｍ程度、好ましくは１ｎｍ〜１０ｎｍを例示できる。この場合における厚さは、少なくとも、粒状金属４ａの周りに形成された厚さを指している。絶縁性金属化合物４ｂの厚さが０．１ｎｍ未満では、例えば隣接する粒状金属４ａ，４ａ間に形成された絶縁性金属化合物４ｂからなる透過部が小さく、エミッタ電極とコレクタ電極との間を流れる電流が効率的に透過しないことがある。一方、絶縁性金属化合物４ｂの厚さが１００ｎｍを超えると、例えば隣接する粒状金属４ａ，４ａ間に形成された絶縁性金属化合物４ｂからなる透過部が広くなりすぎ、エミッタ電極と粒状金属４ａ（ベース電極）との間に印加する電圧によって影響される領域が粒状金属４ａのエッジ部近傍に限られるという従来同様の問題が解決されないとともに、粒状金属４ａ，４ａ間の間隔が大きくなりすぎ、層状連続体４の電気導電性が劣り、粒状金属４ａ自体がベース電極として作用しないことがある。

なお、絶縁性金属化合物４ｂ内に分布している粒状金属４ａは、前記のようにそれぞれの金属部分が接触せずに繋がっていない態様で分布していてもいなくてもよいが、それぞれの金属部分が接触して繋がっている態様で分布していてもよい。それぞれの金属部分が接触している場合は、粒状金属４ａ，４ａ間で電流が流れて電気導電性を確保できる。また、それぞれの金属部分が接触していない場合は、粒状金属４ａの周囲に粒状金属４ａ，４ａ間に存在する電流の透過部としての絶縁性金属化合物４ｂの幅（隣り合う粒状金属４ａ，４ａの間隔）が上記の厚さ寸法の範囲で存在すれば、粒状金属４ａ，４ａ間ではトンネル電流が流れる等して電極としての電気導電性を確保できる。

以上説明したように、本発明の縦型有機トランジスタ１０によれば、層状連続体４を、連続する絶縁性金属化合物４ｂとその絶縁性金属化合物内４ｂに分布する粒状金属４ａとを有するように構成したので、従来の「開口部」は有機半導体の代わりに絶縁性金属化合物４ｂで構成され、従来の「中間電極（ベース電極）」はパターンエッチングされた金属層の代わりに粒状金属４ａで構成されている。こうした形態からなる層状連続体４は、粒状金属４ａ以外の絶縁性金属化合物４ｂの部分（「開口部」に相当する部分）が、エミッタ電極１（上部電極）とコレクタ電極２（下部電極）との間を流れる電流の透過部として作用し、粒状金属４ａがベース電極として作用する。なお、そうした層状連続体４は、後述の製造方法の欄で説明するように、薄膜状の金属を成膜した後の化学反応によって絶縁性の金属化合物を容易に形成することができる。したがって、本発明の縦型有機トランジスタ１１によれば、粒状金属４ａの周りに絶縁性金属化合物４ｂが存在した態様で層状連続体４が構成されているので、従来の開口部として作用する絶縁性金属化合物４ｂからなる透過部が従来のような幅の広い開口部とはならず、微細化される。その結果、エミッタ電極１とベース電極（粒状金属４ａ）との間に印加した電圧Ｖｂによって影響される領域がベース電極（粒状金属４ａ）のエッジ近傍に限定されても、エミッタ電極１（上部電極）とコレクタ電極２（下部電極）との間を流れる電流Ｉｃを効率的に変調することができる。さらに、層状連続体４は容易に形成できる形態であるので、製造コストを削減することもできる。

（バスライン）
図３は、縦型有機トランジスタにバスラインを形成した態様の一例を示す断面図である。また、図４及び図５は、バスラインを形成した縦型有機トランジスタの２つの例を示す平面図である。本発明において、ベース電極４（中間電極）を構成する粒状金属４ａは上記のように薄いため、特に薄い厚さで粒状金属４ａが形成される場合には、ベース電極４は一般的な金属膜に比べて抵抗が大きい。そのため、ベース電極４に取り出し部を設けた場合においては電圧降下が生じて、動作領域Ａ（ここでは、３つの電極が平面視でオーバーラップする領域をいう。）に印加されるベース電圧Ｖｂが減少し、電流変調特性を低下させるおそれがある。そのような場合には、図３〜図５に示すようなバスライン５ａ，５ｂを設けることが好ましい。

具体的には、図３に示すように、ベース電極４（中間電極）にバスライン５ａが設けられている。このバスライン５ａが他の電極（エミッタ電極１及びコレクタ電極２）に接触すると導通（ショート）が生じたり不要な漏れ電流が生じたりするので、バスライン５ａはベース電極４のみに接触しているように形成されている。すなわち、バスライン５ａは、ベース電極４とコレクタ電極２（下部電極）とが平面視でオーバーラップしない部位、及び、ベース電極４（中間電極）とエミッタ電極１（上部電極）とが平面視でオーバーラップしない部位に形成されていることが好ましい。図３においては、バスライン５ａは、ベース電極４に接触するように、基板１とベース電極４との間に設けられている。そして、そのバスライン５ａの端部を取り出し部６ａとすることにより、ベース電極４（中間電極）の端部を取り出し部とした場合のような電圧降下を防ぐことができるので、動作領域Ａに印加されるベース電圧Ｖｂの減少を防ぎ、電流変調特性の低下を防ぐことができる。

なお、バスライン５ａと他の電極（エミッタ電極１及びコレクタ電極２）とが接触しないが近づきすぎる場合には、有機半導体層３ｂを介して膜面方向に電流が流れるおそれがあるので、バスライン５ａと他の電極（エミッタ電極１及びコレクタ電極２）との間隔を例えば２０μｍ程度離して形成することにより、バスラインを経由した電流が他の電極に漏洩することがない。

また、例えばこの縦型有機トランジスタをトップエミッション型の発光有機トランジスタとして用いた場合のように、上部電極１の面抵抗が高い場合がある。この場合には、面抵抗の高い上部電極１にも、図３に示すようなバスライン５ｂを設けることが好ましい。この場合のバスライン５ｂは、上記のベース電極４に設けたバスライン５ａと同様の理由により、上部電極１のみに接触しているように形成されている。すなわち、バスライン５ｂは、上部電極１と下部電極２とが平面視でオーバーラップしない部位、及び、上部電極１と中間電極４とが平面視でオーバーラップしない部位に形成されていることが好ましい。図３においては、バスライン５ｂは、上部電極１に接触するように、基板１と上部電極１との間に設けられている。そして、そのバスライン５ｂの端部を取り出し部６ｂとすることにより、上部電極１の端部を取り出し部とした場合のような電圧降下を防ぐことができるので、動作領域Ａに印加される電圧の減少を防ぐことができる。なお、バスライン５ｂと他の電極との間隔は上記バスライン５ａの場合と同様である。

バスライン５ａは、電気伝導性のよい金属、酸化物半導体及び導電性高分子から選ばれるいずれかで形成されていることが好ましい。具体的には、Ａｌ等の金属膜、ＩＴＯ等の酸化物半導体、ＰＥＤＯＴ（スタルク社製）等の導電性高分子、等の高電導性の材料を用い、その厚さ等を調整して設けることが好ましい。

図４及び図５は、バスラインを形成した縦型有機トランジスタの２つの例を示す平面図であるが、バスライン５ａ，５ｂの形成態様は、図示の例に限定されない。例えば図３〜図５の例では、バスライン５ａを基板１０と中間電極４との間に設けたり、バスライン５ｂを基板１０と上部電極１との間に設けたりしているが、バスライン５ａを中間電極４上に設けたり、バスライン５ｂを上部電極１上に設けたりしてもよい。なお、バスライン５ａ，５ｂを基板１０上に設ける場合は、例えばＩＴＯ等の電極材料を下部電極２と同時にパターン形成することができるので、作業工程の削減を図ることができるという利点がある。

このように、非常に薄く、一般的な金属よりも抵抗の高い中間電極４や上部電極１に導電性のよいバスライン５ａ，５ｂを設けることにより、電圧降下を防ぎ、電流変調特性の低下を抑制することができる。

［縦型有機トランジスタの製造方法］
次に、上記の縦型有機トランジスタ１１を製造する方法について説明する。本発明の縦型有機トランジスタの製造方法は、コレクタ電極２（下部電極）が形成された基板１０上に下側有機半導体層３ｂを形成する工程と、下側有機半導体層３ｂ上に、連続する絶縁性金属化合物４ｂとその絶縁性金属化合物４ｂ内に分布する粒状金属４ａとを有する層状連続体４を形成する工程と、層状連続体４上に上側有機半導体層３ａを形成する工程と、上側有機半導体層３ａ上にエミッタ電極１を形成する工程と、を有している。以下、各工程について説明する。なお、上記「縦型有機トランジスタ」で説明した内容と重複する場合は随時その説明を省略する。

（下側有機半導体層形成工程）
この工程は、コレクタ電極２（下部電極）が形成された基板１０上に下側有機半導体層３ｂを形成する工程である。最初に、基板１０について説明する。図１にも示すように、縦型有機トランジスタ１１は基板１０上に形成されているが、その基板１０の種類や構造は特に限定されるものではなく、例えば、Ａｌ等の金属、ガラス、石英又は樹脂等の各種の材料から任意に選択して用いることができる。

なお、縦型有機トランジスタ１１を発光素子部と組み合わせて後述の発光素子とする場合において、有機発光層で発光した光を基板１０側から出射させるボトムエミッション構造の発光素子とする場合には、透明又は半透明になる材料で基板１０が形成されることが好ましいが、有機発光層で発光した光を基板１０の反対側から出射させるトップエミッション構造の発光素子とする場合には、必ずしも透明又は半透明になる材料からなる基板１０とする必要はなく、不透明材料で基板１０を形成してもよい。この場合においては、特に、有機ＥＬ素子の基板として一般的に用いられているもの、すなわち、有機ＥＬ素子を強度的に支持しているものを好ましく用いることができる。基板１０の材質は、用途に応じてフレキシブルな材質や硬質な材質等が選択される。具体的に用いることができる材料としては、例えば、ガラス、石英、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート等を挙げることができる。また、基板１０の形状としては、枚葉状でも連続状でもよく、具体的な形状としては、例えばカード状、フィルム状、ディスク状、チップ状等を挙げることができる。

基板１０上のコレクタ電極２の形成方法は、既に例示したコレクタ電極２の材質と基板１０の種類や耐熱性等とを考慮し、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等や、塗布法等から任意に選択される。なお、通常は、ＩＴＯ付きガラス基板やＩＴＯ付きプラスチック基板等を好ましく用いることができる。

コレクタ電極２上への下側有機半導体層３ｂの形成は、既に例示した有機半導体材料の材質や特性等を考慮し、塗布法や蒸着法等から任意に選択される。このときの厚さ等についても既述した通りである。

（層状連続体形成工程）
この工程は、下側有機半導体層３ｂ上に層状連続体４を形成する工程である。層状連続体４は、連続する絶縁性金属化合物４ｂと、その絶縁性金属化合物４ｂ内に分布する粒状金属４ａとを有している。具体的には、層状連続体４を形成する工程は、図６に示すように、下側有機半導体層３ｂ上の全面に金属膜４’を形成する金属膜形成工程（図６（Ａ）参照）と、その金属膜４’を部分的に絶縁化させて、連続する絶縁性金属化合物４ｂと、その絶縁性金属化合物４ｂ内に分布する粒状金属４ａとを生じさせる部分絶縁化工程（図６（Ｂ）参照）と、を有している。この工程によれば、金属膜形成工程と部分絶縁化工程とによって得られた層状連続体４は、既述したのと同様、例えば金属膜４’を形成した後の化学反応等により絶縁性の金属化合物４ｂが生じることによって容易に形成される。その結果、製造された縦型有機トランジスタ１１の製造コストを低減することができる。

金属膜形成工程は、図６（Ａ）に示すように、下側有機半導体層３ｂ上の全面に金属膜４’を形成する工程であるが、この工程で形成される金属膜４’は、上記した粒状金属４ａの構成材料を真空蒸着、スパッタリング等の成膜手段によって形成することができる。形成される金属膜４’の形態は特に限定されず、その後の部分絶縁化工程において、絶縁性金属化合物４ｂ内に粒状金属４ａが分布する形態となるものであればよいが、特には、その金属膜４’が５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下の粒径を持つ金属粒４”の集合体であることが好ましい。こうした範囲の金属粒４”からなる金属膜４’は、その金属粒４”の周縁の膜厚が薄いので、例えば化学反応等によって容易に絶縁性の金属化合物３ｂにすることができるとともに、粒状金属４ａの平均直径を５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。その結果、エミッタ電極１とコレクタ電極２との間を流れる電流の透過部を容易に形成できるので、縦型有機トランジスタ１１の製造コストを低減することができる。

部分絶縁化工程は、上記のように、粒状金属４ａの平均直径を５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とするまで行う。具体的には、図６（Ａ）に示すような金属粒４”からなる金属膜４’を反応ガス中で化学反応させ、図６（Ｂ）に示すような粒状金属４ａが前記の平均直径になるまで反応を行う。化学反応させるための反応ガス雰囲気としては、酸素雰囲気、酸素窒素混合雰囲気、高湿度雰囲気下等を挙げることができるが、好ましくは酸素雰囲気であり、容易に酸化処理することができる。金属粒４”の集合体からなる金属膜４’を酸化処理することにより、金属粒４”の周りに絶縁性金属酸化物４ｂを容易に形成することができ、その絶縁性金属化合物４ｂをエミッタ電極１とコレクタ電極２間に流れる電流の透過部として作用させることができる。

このような部分絶縁化工程により、粒状金属４ａの平均直径を所定の範囲内ものとすれば、粒状金属４ａの平均直径を従来のベース電極である金属層の幅よりも著しく微細化することができるので、粒状金属４ａの周りに形成されて電流の透過部として作用する絶縁性金属化合物４ｂを、層状連続体４内に多く（高い密度で）形成することが容易となる。

（上側有機半導体層形成工程）
この工程は、層状連続体４上に上側有機半導体層３ａを形成する工程である。層状連続体４上への上側有機半導体層３ａの形成は、既に例示した有機半導体材料の材質や特性等を考慮し、塗布法や蒸着法等から任意に選択される。このときの厚さ等についても既述した通りである。

（上部電極形成工程）
この工程は、上側有機半導体層３ａ上にエミッタ電極１を形成する工程である。上側有機半導体層３ａ上へのエミッタ電極１の形成方法は、既に例示したエミッタ電極１の材質と上側有機半導体層３ａの種類や耐熱性等とを考慮し、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等から任意に選択される。

これらの各工程を経て縦型有機トランジスタ１１が製造されるが、エミッタ電極１上には、必要に応じて、ＰＶＰ (ポリビニルピロリドン) 等からなる保護層や、酸化ケイ素や酸窒化ケイ素等からなるガスバリア層を形成してもよい。

以上、本発明の縦型有機トランジスタの製造方法によれば、下側有機半導体層３ｂ上に層状連続体４を形成する工程を備えるが、この工程で形成された層状連続体４は、粒状金属４ａからなる部分が従来のパターンエッチングされた中間電極（ベース電極）として作用し、粒状金属４ａが形成されていない絶縁性金属化合物４ｂからなる部分が従来の開口部として作用する。こうした形態からなる層状連続体４においては、開口部として作用する絶縁性金属化合物４ｂの部分が、エミッタ電極１（上部電極）とコレクタ電極２（下部電極）との間を流れる電流の透過部となる。こうした方法を採用すれば、例えば薄膜状の金属（金属膜４’）を形成した後の化学反応等によって絶縁性の金属化合物４ｂを容易に形成することができるので、製造された縦型有機トランジスタの製造コストを低減することができる。

こうして形成された縦型有機トランジスタ１１は、低電圧で大電流変調が可能なトランジスタとして機能することから、例えば下記に示す発光素子２１を構成するスイッチング素子である駆動トランジスタとして好ましく適用できる。

［発光素子］
次に、発光素子について説明する。図７は、本発明の発光素子の一例を示す模式的な断面構成図である。図７に例示した本発明の発光素子２１は、陽極（コレクタ電極２）と陰極（エミッタ電極１）との間に有機発光層２５が設けられている発光素子部２２と、エミッタ電極１とコレクタ電極２との間の有機半導体３（３ａ，３ｂ）中に層状連続体４が設けられている縦型有機トランジスタ１１と、を基板１０上に有している。具体的には、基板１０側から、コレクタ電極２、発光素子部２２、下側有機半導体層３ｂ、層状連続体４、上側有機半導体層３ａ、エミッタ電極１の順で積層されている。この発光素子部２２に電荷を与える電極は、図７の例では、コレクタ電極２が陽極として作用して正孔注入層２３に正孔を注入し、エミッタ電極１は陰極として作用して上側有機半導体層３ａに電子を注入する。以下、この発光素子２１について、縦型有機トランジスタ１１以外の構成について説明する。

（発光素子部）
発光素子部２２は、図７に示すように、コレクタ電極２と下側有機半導体層３ｂとの間に設けられ、具体的には、発光素子部２２は、コレクタ電極２側から、正孔注入層２３、正孔輸送層２４、有機発光層２５の順で積層されている。なお、発光素子部２２の構成は、有機発光層２５を必須の構成として有すれば、正孔注入層２３、正孔輸送層２４、電子輸送層、及び電子注入層から選ばれる１又は２以上の層は必要に応じて任意に設けられていればよく、図７に示す例に限定されない。また、その他の層として、正孔ブロック層、電子ブロック層等のように、キャリア（正孔、電子）のつきぬけを防止し、効率よくキャリアの再結合させるための電荷ブロック層を設けてもよい。

正孔注入層２３の形成材料としては、例えば、有機発光層２５の発光材料に例示した化合物の他、フェニルアミン系、スターバースト型アミン系、フタロシアニン系、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウムなどの酸化物、アモルファスカーボン、ポリアニリン、ポリチオフェンなどの誘導体等を挙げることができる。

正孔輸送層２４の形成材料としては、フタロシアニン、ナフタロシアニン、ポリフィリン、オキサジアゾール、トリフェニルアミン、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、ピラゾリン、テトラヒドロイミダゾール、ヒドラゾン、スチルベン、ペンタセン、ポリチオフェン若しくはブタジエン、又はこれらの誘導体等、正孔輸送材料として通常使用されるものを用いることができる。また、正孔輸送層２４の形成材料として市販されている、例えばポリ（３、４）エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホネート（略称ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、バイエル社製、商品名；Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ ＡＩ４０８３、水溶液として市販。）等も使用することができる。正孔輸送層２４は、こうした化合物を含有した正孔輸送層形成用塗液を用いて形成される。なお、これらの正孔輸送材料は、上記の有機発光層２５内に混ぜてもよいし、正孔注入層２３内に混ぜてもよい。

有機発光層２５の形成材料としては、有機ＥＬ素子の発光層として一般的に用いられている材料であれば特に限定されず、例えば色素系発光材料、金属錯体系発光材料、高分子系発光材料等を挙げることができる。

色素系発光材料としては、例えば、シクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、トリフマニルアミン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ピラゾリンダイマー等を挙げることができる。

金属錯体系発光材料としては、例えば、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロピウム錯体等、中心金属に、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂｅ等、又はＴｂ、Ｅｕ、Ｄｙ等の希土類金属を有し、配位子にオキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造等を有する金属錯体等を挙げることができる。

高分子系発光材料としては、例えば、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリフルオレノン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリキノキサリン誘導体、及びそれらの共重合体等を挙げることができる。

有機発光層２５中には、発光効率の向上や発光波長を変化させる等の目的でドーピング剤等の添加剤を添加するようにしてもよい。ドーピング剤としては、例えば、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル色素、テトラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、デカシクレン、フェノキサゾン、キノキサリン誘導体、カルバゾール誘導体、フルオレン誘導体等を挙げることができる。

電子輸送層は、図７に示す例では、下側有機半導体層３ｂと上側有機半導体層３ａが電子輸送層として作用する。その形成材料としては、既述の通りであるのでここではその説明を省略する。なお、この電子輸送層の形成材料は、有機発光層２５内に混ぜてもよい。

電子注入層は、図７中には示してないが、エミッタ電極１と上側有機半導体層３ａとの間に設けることができる。電子注入層の形成材料としては、例えば、アルミニウム、フッ化リチウム、ストロンチウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、酸化アルミニウム、酸化ストロンチウム、カルシウム、ポリメチルメタクリレートポリスチレンスルホン酸ナトリウム、リチウム、セシウム、フッ化セシウム等のようにアルカリ金属類、及びアルカリ金属類のハロゲン化物、アルカリ金属の有機錯体等を挙げることができる。

上述した各層は、真空蒸着法によって成膜するか、あるいは、それぞれの形成材料をトルエン、クロロホルム、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン等の溶媒に溶解又は分散させて塗布液を調整し、その塗布液を塗布装置等を用いて塗布又は印刷等することで形成される。

また、必要に応じて、正孔ブロック層、電子ブロック層等として機能する励起ブロック層を設けてもよい。この励起ブロック層は、キャリア（正孔、電子）が有機発光層２５を突き抜けるのを防止し、効率よくキャリアを再結合させるための層であり、例えば、有機発光層２５のコレクタ電極２側の隣接面に正孔ブロック層を設けたり、有機発光層２５のエミッタ電極１側の隣接面に電子ブロック層を設けることにより、各電極から注入された正孔や電子が有機発光層２５を突き抜けるのを防ぐことができる。その形成材料としては、ＢＣＰ（１−ブロモ−３−クロロプロパン）を例示できる。

また、縦型有機トランジスタ１１からの出力電流を発光素子部２２に面均一に与えるように等電位層（図示しない）を設けてもよい。等電位層は、図７の例では、例えば有機発光層２５と下側有機半導体層３ｂとの間に設けることができる。等電位層の形成材料としては、比抵抗が小さい材料が好ましく、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ等の金属材料が好ましく用いられる。

以上、本発明の発光素子２１によれば、エミッタ電極１とコレクタ電極２との間に流れる電流量を大幅に変調することができる縦型有機トランジスタ１１を備えるので、その変調電流を陽極として作用するエミッタ電極１と陰極として作用するコレクタ電極２との間の有機発光層２５に発光電流として印加することができる。その結果、有機発光層２５の発光輝度等の制御性を高めることができるとともに、コスト低減を図ることができる。

以下、種々の実験を行って本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は以下の例に限定解釈されることはない。

（実験例１）
厚さ１５０ｎｍの透明ＩＴＯ電極（コレクタ電極）が形成された厚さ１ｍｍのガラス基板を準備した。そのＩＴＯ電極付きガラス基板を真空チャンバー内にセットし、そのＩＴＯ電極上に、ペリレン系顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）を厚さ２００ｎｍとなるように蒸着法で形成して下側有機半導体層を形成した。次に、その下側有機半導体層上に、アルミニウム金属膜を厚さ２０ｎｍとなるように真空蒸着法で形成したが、その際、その金属膜が、平均粒径３０ｎｍの多数の金属粒（グレイン）によって形成されるように蒸着レートを０．１ｎｍ／秒〜１ｎｍ／秒の範囲で設定した（実際は、1ｎｍ／秒で成膜した。）。アルミニウム金属膜を形成した素子（図６（Ａ）参照）を大気雰囲気下で１２０℃に加温した環境に保持し、そのアルミニウム金属膜を構成する金属粒の周縁を酸化させて、粒状のアルミニウム金属と酸化アルミニウムとからなる層状連続体を形成した（図６（Ｂ）参照）。次いで、再び真空チャンバーに戻して厚さ４０ｎｍのフラーレンＣ６０を蒸着して上側有機半導体層を形成し、さらにＡｇを蒸着してエミッタ電極を形成し、さらに窒素雰囲気下で封止処理を行った。なお、封止処理は、２枚のガラスを紫外線硬化樹脂で貼り合わせることで行った。こうして実験例１の縦型有機トランジスタを作製した。

図８（Ａ）は層状連続体の断面形態を示すＴＥＭ像であり、図８（Ｂ）は酸素マッピングしたものである。これらの写真より、層状連続体を構成する酸化アルミニウムは、粒状金属であるアルミニウム金属が内部に分布した態様からなることが確認できる。

（実験例２）
実験例１において、アルミニウム金属膜を形成した素子を大気雰囲気下で加温せずに２５℃に保持した他は、実験例１と同様にして実験例２の縦型有機トランジスタを作製した。

（実験例３）
実験例１において、アルミニウム金属膜を形成した素子を窒素ガス雰囲気下で１２０℃に加温した環境に保持した他は、実験例１と同様にして実験例３の縦型有機トランジスタを作製した。

（実験例４）
実験例１において、アルミニウム金属膜を形成した素子を窒素ガス雰囲気下で加温せずに２５℃に保持した他は、実験例１と同様にして実験例４の縦型有機トランジスタを作製した。

（電流変調に及ぼす影響）
次に、実験例１〜実験例４で得られた縦型有機トランジスタを用い、種々のガス雰囲気で形成した層状連続体がコレクタ電流の電流変調に及ぼす影響を検討した。図９は、その結果を示すグラフである。測定は、２台のソースメジャーユニットを用い、一定のコレクタ電圧を印加した状態でベース電圧を変化させたときの、コレクタ電流、ベース電流を測定することで行った。なお、ベース電極は非常に薄く、また加熱処理によって層状連続体内の粒状金属膜となっているため、一般的な金属膜に比べ、抵抗が非常に高い。その結果、配線部で電圧降下を引き起こし、動作領域に印加されるベース電圧を減少させ、電流変調特性が低下する。そこで、ベース電極の抵抗の増加が生じないように、下部電極作成時に動作領域Ａの近傍までＩＴＯを予めバスラインとして作製したもので測定した（図３及び図４を参照）。

図９に示すように、アルミニウム金属膜を大気雰囲気下に保持した実験例１，２の場合は、電圧Ｖｂの走査に対する電流変調が確認され、特に１２０℃に加温した実験例１においては大きな電流変調が確認された。一方、アルミニウム金属膜を窒素雰囲気下に保持した実験例３，４の場合は、電流変調を確認できなかった。この結果は、実験例１，２においては、アルミニウム金属膜が絶縁性の酸化アルミニウムに変化し、その酸化アルミニウムの内部に粒状のアルミニウム金属が存在する形態（図８を参照）となっているため、粒状のアルミニウム金属間にある酸化アルミニウムが電流を透過する透過部（開口部）として作用しているためと考えられる。一方、実験例３，４においては、非酸化性の窒素雰囲気下で保持されたので、アルミニウム金属膜が絶縁性の酸化アルミニウムに変化ぜず、電流を透過する透過部（開口部）が形成されなかったためと考えられる。

（実験例５）
実験例１において、下側有機半導体層である厚さ２００ｎｍのペリレン系顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）の代わりに厚さ１００ｎｍのＣｕＰｃを蒸着法で形成し、さらに、上側有機半導体層である厚さ４０ｎｍのＣ６０の代わりに厚さ６０ｎｍのペンタセンを蒸着法で形成した他は、実験例１と同様にして実験例５の縦型有機トランジスタを作製した。このときに得られた層状連続体の断面形態のＴＥＭ像を図１０に示す。この場合においても、中間電極である層状連続体内には、グレイン形状からなる粒状金属が確認された。

（実験例６）
実験例１において、下側有機半導体層である厚さ２００ｎｍのペリレン系顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）の厚さを１００ｎｍとなるように蒸着法で形成した他は、実験例１と同様にして実験例６の縦型有機トランジスタを作製した。

（実験例７）
実験例１において、下側有機半導体層である厚さ２００ｎｍのペリレン系顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）の代わりに厚さ１００ｎｍのペンタセンを蒸着法で形成し、さらに、上側有機半導体層である厚さ４０ｎｍのＣ６０の代わりに厚さ６０ｎｍのペンタセンを蒸着法で形成した他は、実験例１と同様にして実験例７の縦型有機トランジスタを作製した。

（実験例８）
実験例１において、下側有機半導体層である厚さ２００ｎｍのペリレン系顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）の代わりに厚さ８０ｎｍのＮＰＤを蒸着法で形成し、アルミニウム金属膜を厚さ８ｎｍとなるように形成し、さらに、上側有機半導体層である厚さ４０ｎｍのＣ６０の代わりに厚さ６０ｎｍのＮＰＤを蒸着法で形成し、大気雰囲気下での加熱温度を６０℃にした他は、実験例１と同様にして実験例８の縦型有機トランジスタを作製した。

（実験例９）
実験例１において、下側有機半導体層である厚さ２００ｎｍのペリレン系顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）の代わりに厚さ１００ｎｍのポリ−３ヘキシルチオフェンをスピンコート法で形成し、アルミニウム金属膜を厚さ６ｎｍとなるように形成し、さらに、上側有機半導体層である厚さ４０ｎｍのＣ６０の代わりに厚さ３０ｎｍのポリ−３ヘキシルチオフェンをスピンコート法で形成し、大気雰囲気下での加熱温度を８０℃にした他は、実験例１と同様にして実験例９の縦型有機トランジスタを作製した。

（増幅率の評価）
図９において測定したのと同様の方法により、実験例１，５〜９の縦型有機トランジスタの電流変調特性を測定した結果を図１１〜図１４に示す。実施例１と実施例６の縦型有機トランジスタは、ｎ型材料であるのに対し、実施例５と実施例７〜９の縦型有機トランジスタは、ｐ型材料であり、両者は電流変調特性のバイアス方向が反対になっているが本発明においては本質的な違いではない。得られた結果から、ベース電流の変化量に対するコレクタ電流の変化量を増幅率と定義し、増幅率の最大値を算出した。その結果、実験例１は増幅率が１０００以上であり、実験例５は増幅率が２００〜３００であり、実験例６は増幅率が１００〜２００であり、実験例７、８、９は増幅率が０．１〜１０であった。この結果より、適切なグレイン粒の場合にのみベース電極として効果的に機能するということが言える。

（実験例１０）
発光素子を作製した。発光素子は、先ず、厚さ１５０ｎｍの透明ＩＴＯ電極（コレクタ電極）が形成された厚さ１ｍｍのガラス基板を準備し、そのＩＴＯ電極付きガラス基板のＩＴＯ電極上に、ＣｕＰｃからなる厚さ５ｎｍの正孔注入層と、真空蒸着法で形成したＮＰＤからなる厚さ３０ｎｍの正孔輸送層と、真空蒸着法で形成したＡｌｑ_３からなる厚さ５０ｎｍの有機発光層とをその順で形成した。次いで、その励起ブロック層上に、実験例１と同様に、ペリレン系顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）からなる下側有機半導体層を形成し、アルミニウム金属膜を形成した後に酸化処理して層状連続体を形成し、さらに、厚さ４０ｎｍのフラーレンＣ６０からなる上側有機半導体層と、Ａｇを蒸着膜からなるエミッタ電極を形成し、さらに窒素雰囲気下で封止処理を行って、実験例１０の発光素子を作製した。封止処理は実験例１と同様とした。

こうして得られた発光素子は、ベース電圧０Ｖを印加したときは、発光が全く観測されなかったが、ベース電圧を１Ｖを印加することで、緑色の発光が観測された。

本発明の縦型有機トランジスタの一例を示す模式的な断面構成図である。 層状連続体の模式的な詳細断面図である。 縦型有機トランジスタにバスラインを形成した態様の一例を示す断面図である。 バスラインを形成した縦型有機トランジスタの一例を示す平面図である。 バスラインを形成した縦型有機トランジスタの他の一例を示す平面図である。 層状連続体の形成工程を示す説明図である。 本発明の発光素子の一例を示す模式的な断面構成図である。 層状連続体の断面形態を示すＴＥＭ像である。 種々のガス雰囲気で形成した層状連続体を有する縦型有機トランジスタにおいて、コレクタ電流の電流変調に及ぼす影響を説明するグラフである。 層状連続体の断面形態を示すＴＥＭ像である。 実施例５の縦型有機トランジスタの電流変調特性を示すグラフである。 実施例７の縦型有機トランジスタの電流変調特性を示すグラフである。 実施例８の縦型有機トランジスタの電流変調特性を示すグラフである。 実施例９の縦型有機トランジスタの電流変調特性を示すグラフである。

符号の説明

１ エミッタ電極（上部電極）
２ コレクタ電極（下部電極）
３ 有機半導体
３ａ 上側有機半導体層
３ｂ 下側有機半導体層
４ 層状連続体
４ａ 粒状金属
４ｂ 絶縁性金属化合物
４’ 金属膜
４” 金属粒
５ａ，５ｂ バスライン
６ａ，６ｂ 取り出し部
１０ 基板
１１ 縦型有機トランジスタ
２１ 発光素子
２２ 発光素子部
２３ 正孔注入層
２４ 正孔輸送層
２５ 有機発光層
Ａ 動作領域

Claims (20)

1. 上部電極と、下部電極と、両電極間に設けられた有機半導体と、該有機半導体内に設けられた中間電極と、を有する縦型有機トランジスタであって、
   前記中間電極が、連続する絶縁性金属化合物と、該絶縁性金属化合物内に分布する粒状金属とを有する層状連続体であることを特徴とする縦型有機トランジスタ。
2. 前記粒状金属の平均直径が、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、請求項１に記載の縦型有機トランジスタ。
3. 前記絶縁性金属化合物が、前記粒状金属と同じ金属の酸化物である、請求項１又は２に記載の縦型有機トランジスタ。
4. 前記粒状金属が、アルミニウム又は銅である、請求項１〜３のいずれかに記載の縦型有機トランジスタ。
5. 前記有機半導体が、前記中間電極と前記下部電極との間にある下側有機半導体層と、前記中間電極と前記上部電極との間にある上側有機半導体層とで構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の縦型有機トランジスタ。
6. 前記中間電極にバスラインが設けられている、請求項１〜５のいずれかに記載の縦型有機トランジスタ。
7. 前記バスラインは、前記中間電極と前記下部電極乃至前記上部電極とが平面視でオーバーラップしない部位に形成されている、請求項６に記載の縦型有機トランジスタ。
8. 前記上部電極にバスラインが設けられている、請求項１〜７のいずれかに記載の縦型有機トランジスタ。
9. 前記バスラインは、前記上部電極と前記下部電極乃至前記中間電極とが平面視でオーバーラップしない部位に形成されている、請求項８に記載の縦型有機トランジスタ。
10. 前記バスラインは、金属、酸化物半導体及び導電性高分子から選ばれるいずれかで形成されている、請求項６〜９のいずれかに記載の縦型有機トランジスタ。
11. 上部電極と、下部電極と、両電極間に設けられた有機半導体と、該有機半導体内に設けられた中間電極とを有し、前記有機半導体が、前記上部電極側の上側有機半導体層と前記下部電極側の下側有機半導体層とからなる縦型有機トランジスタを製造する方法であって、
    前記下部電極が形成された基板上に前記下側有機半導体層を形成する工程と、
    前記下側有機半導体層上に、連続する絶縁性金属化合物と該絶縁性金属化合物内に分布する粒状金属とを有する中間電極を形成する工程と、
    前記中間電極上に前記上側有機半導体層を形成する工程と、
    前記上側有機半導体層上に前記上部電極を形成する工程と、
    を有することを特徴とする縦型有機トランジスタの製造方法。
12. 前記中間電極を形成する工程が、
    前記下側有機半導体層上の全面に金属膜を形成する金属膜形成工程と、
    前記金属膜を部分的に絶縁化させて、連続する絶縁性金属化合物と、該絶縁性金属化合物内に分布する粒状金属とを生じさせる部分絶縁化工程と、を有する、請求項１１に記載の縦型有機トランジスタの製造方法。
13. 前記金属膜が、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の粒径を持つ金属粒の複合体からなる、請求項１２に記載の縦型有機トランジスタの製造方法。
14. 前記部分絶縁化工程を、前記粒状金属の平均直径を５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とするまで行う、請求項１２又は１３に記載の縦型有機トランジスタの製造方法。
15. 前記部分絶縁化工程が、酸素雰囲気中で酸化処理する工程である、請求項１２〜１４のいずれかに記載の縦型有機トランジスタの製造方法。
16. 前記中間電極と前記下部電極乃至前記上部電極とが平面視でオーバーラップしない部位の前記基板上に、該中間電極に接続するバスラインを形成するバスライン形成工程を有する、請求項１２〜１５のいずれかに記載の縦型有機トランジスタの製造方法。
17. 前記上部電極と前記下部電極乃至前記中間電極とが平面視でオーバーラップしない部位の前記基板上に、該上部電極に接続するバスラインを形成するバスライン形成工程を有する、請求項１２〜１６のいずれかに記載の縦型有機トランジスタの製造方法。
18. 前記バスライン形成工程において、前記バスラインを、金属、酸化物半導体及び導電性高分子から選ばれるいずれかで形成する、請求項１６又は１７に記載の縦型有機トランジスタの製造方法。
19. 請求項１〜１０のいずれかに記載の縦型有機トランジスタと、当該縦型有機トランジスタを構成する上部電極と下部電極との間に有機発光層が設けられている発光素子部と、を有することを特徴とする発光素子。
20. 前記発光素子部が、正孔輸送層、電子輸送層、正孔注入層及び電子注入層から選ばれる１又は２以上の層を有し、前記有機発光層が有機ＥＬ層である、請求項１９に記載の発光素子。

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