ジャパンディスプレイ(JDI)と出光興産は6月21日、両社の技術を組み合わせることで、ウェアラブルデバイス、スマートフォン、VR、ノートPC、大型テレビなど、多様なディスプレイに適用できる多結晶酸化物半導体「Poly-crystalline Oxide Semiconductor(Poly-OS)」の開発に成功したことを発表した。

既存の酸化物半導体を用いたトランジスタは、アモルファスシリコン(a-Si)と同じく大面積での製造が容易で、かつ低いオフリーク電流による低消費電力化が可能だが、中小型ディスプレイで主に用いられている低温ポリシリコン(LTPS)と比較すると移動度が低いことが課題となっていた。

Poly-OSは、出光興産が2006年より開発を始めた多結晶酸化物半導体材料「Indium Gallim Oxide」(IGO)と、JDI独自のバックプレーン技術を融合させて開発された新型半導体で、JDIはこれを用いて第6世代(G6)基板の量産ラインにて実用化したことを2022年3月に単独で発表していた。この際は、「High Mobility Oxide(HMO)」の名称で、従来比4倍の電界効果移動度を達成したとされていたが、この高い移動度により、既存のバックプレーン技術(a-Si、Oxide、LTPS)の性能を持った製品を製造できるようになったとする。

  • Poly-OSの技術コンセプト

    (上)Poly-OSの技術コンセプト。(下)薄膜トランジスタの断面構造 (出所:JDIプレスリリースPDF)

酸化物半導体はこれまで、アモルファスやC-axis Aligned Crystal/nano crystalなどの結晶構造がトランジスタの活性層に使用されており、製品化されてきた。出光興産のIGOは、既存のアモルファス酸化物半導体と同様のプロセス(450℃以下)で、多結晶状態を実現できることが特徴であり、この多結晶酸化物半導体を活性層に用いることで、本来の酸化物半導体が持つ移動度を最大限に引き出すことができるようになるという。

高い移動度を有する酸化物半導体材料は、その代償としてキャリア濃度の制御が難しく、安定的なTFT特性を得ることが困難とされるため、今回の研究ではJDIの有するCVD/スパッタ/アニール/エッチングといった各種のプロセスノウハウを融合させることで、高移動度かつ低いオフリーク電流を有する安定的なTFT動作が可能になったとする。

また、オン電流をより高めるために最適なTop Gate Self Align構造を採用しており、チャネル長2μmにおいてもチャネル幅に依存しない安定したTFT特性が得られ、LTPS同等の電流駆動力を実現したとするほか、Poly-OSは第8世代(G8)以上の大型基板ラインにおいてもプロセス適性があり、TFTを作製することも可能であることから、ディスプレイ製造の低コスト化にも寄与できるとしている。

なお両社では今後、Poly-OSを幅広い業界関係者が適用できるよう普及に取り組むとともに、ディスプレイ性能の進化と同産業の発展、ディスプレイの低消費電力化による低炭素社会の実現に取り組むとしている。