ヘテロ接合チャネルによるIn–Ga–Zn–O薄膜トランジスタの高移動度・高信頼性化

摘要

酸化物半導体In–Ga–Zn–O薄膜材料トランジスタ(IGZO TFT)は、非晶質シリコンTFTに比較して10倍以上の電子移動度、優れた大面積均一性と信頼性、極低リーク電流といった特徴から次世代ディスプレイの駆動素子として注目されている。代表的な組成であるIGZO-111 (In:Ga:Zn=1:1:1 atom%) TFTの電界効果移動度(μ_e～10cm~2/Vs)は、非晶質Si TFTの10倍以上ではあるが、多結晶Si TFTの1/10以下である。このため酸化物半導体TFTの更なる高移動度化が検討されている。単一組成(homogeneous)チャネルにおける高移動度化アプローチとして In 組成比の増大が知られているが、キャリア抑制元素であるGa比率の減少はキャリア濃度増大によるしきい値電圧の制御性や電圧・電流ストレス印加における信頼性に課題があり、Gaより結合解離エネルギーの大きなキャリア抑制元素を微量添加することで移動度と信頼性の両立が図れることが報告されている。一方で、異種酸化物半導体の積層チャネルにより移動度が向上することが報告されているが、そのメカニズムは明らかでない。また非晶質IGZO/Ga_2O_3超格子構造においてIGZO井戸層内のエネルギー準位が量子化されることが報告されており、ヘテロ接合チャネルが酸化物TFTの高移動度化へのアプローチとなり得る可能性が示唆されている。