CN113646905A - 固态继电器以及半导体装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种电特性良好的固态继电器。固态继电器包括第一电路及第二电路。第一电路包括第一发光元件。第二电路包括第一受光元件、存储器以及第一开关。存储器包括第二开关。第二开关包括第二半导体层。第一开关及第一发光元件使用第一半导体层形成。第一半导体层及第二半导体层包含镓，第二半导体层还包含氧。第一发光元件的开启或关闭被供应给第一电路的第一信号控制。存储器被供应通过从第一发光元件发射的光由第一受光元件转换为电压生成的第一数据。通过存储器所储存的第一数据控制第一开关的导通或非导通。

Description

固态继电器以及半导体装置
技术领域
本发明的一个方式涉及一种固态继电器、锁存型固态继电器以及半导体装置。
注意，本发明的一个方式不限定于上述技术领域。作为本说明书等所公开的本发明的一个方式的技术领域的一个例子，可以举出半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、电子设备、照明装置、输入装置或输入输出装置。
注意，在本说明书等中，半导体装置是指能够利用半导体特性而工作的所有装置。晶体管、半导体电路、运算装置及存储装置等都是半导体装置的一个方式。另外，通信装置、摄像装置、电光装置、发电装置(包括薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池等)及电子设备有时包括半导体装置。
背景技术
固态继电器包括第一电路及第二电路。第二电路包括第一端子及第二端子。通过对第一电路供应信号，第二电路所包括的开关被控制，第一端子与第二端子间的导通或非导通被控制。具体而言，通过对第一电路供应信号，发光元件开启，第二电路所包括的受光元件产生电动势。通过该电动势开关被控制，开关的导通或非导通被控制。因此，使用发光元件及受光元件进行信号传送的无线固态继电器的可靠性优越于具有机械接触的舌簧继电器(reed relay)等。
注意，固态继电器之一有锁存型固态继电器。锁存型固态继电器在改变上述开关的导通或非导通的状态时需要功率，但继续保持该状态时不需要功率。因此，可以降低固态继电器的功耗。在以下专利文献1中记载有具有锁存功能的无线固态继电器。此外，公开了在锁存功能中为了储存该状态使用包括半导体层中包含金属氧化物的晶体管的存储器的固态继电器。
[先行技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请公开第2017-126986号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
电子设备有随着运算量增大功耗增大的倾向。固态继电器以电子设备的功耗降低为目的为了实现功能模块或集成电路的电源门控而使用。固态继电器有如下问题：与具有机械接触的舌簧继电器等相比，由于固态继电器的开关的电阻值更大，所以该开关成为电阻成分且耗电增大。尤其是，在该开关用来控制对功能模块或集成电路供应电源电位的布线的导通或非导通时，开关所具有的电阻成分成为功率消耗的原因。
用于电子设备的固态继电器需要安装区域的缩减及轻量化。尤其有如下问题：移动设备、机器人或车载设备等处理高功率时，由于安装区域或重量有限制，难以使用舌簧继电器等。因此，固态继电器需要具有能够供应高功率的低电阻的开关并需要实现小型化及轻量化。
固态继电器在第一电路中包括发光元件且在第二电路中包括受光元件。发光元件通过与受光元件不同的工序形成。因此，固态继电器将包括发光元件的第一电路及包括受光元件的第二电路容纳于一个外壳中。也就是说，有如下问题：为了使用通过不同工序形成的第一电路及第二电路，需要贴合或成型加工等由此制造成本增大。
本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有新颖结构的固态继电器。本发明的一个方式的目的之一是提供一种电特性良好的固态继电器。本发明的一个方式的目的之一是提供一种小型固态继电器。本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的固态继电器。
本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有新颖结构的半导体装置。本发明的一个方式的目的之一是提供一种电特性良好的半导体装置。本发明的一个方式的目的之一是提供一种小型半导体装置。本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的半导体装置。
注意，这些目的的记载并不妨碍其他目的的存在。注意，本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。注意，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载抽取上述以外的目的。
解决技术问题的手段
本发明的一个方式是一种固态继电器，包括：第一电路；以及第二电路。第一电路包括第一发光元件。第二电路包括第一受光元件、存储器以及第一开关。第一开关及第一发光元件使用第一半导体层形成。第一半导体层包含镓。第一发光元件的开启或关闭被供应给第一电路的第一信号控制。通过第一信号从第一发光元件发射的光供应给第一受光元件，第一受光元件将该光转换为电压来生成第一数据。在存储器中储存第一数据，第一开关的导通或非导通被第一数据控制。
本发明的一个方式是一种固态继电器，包括：第一电路；以及第二电路。第一电路包括第一发光元件及第二发光元件。第二电路包括第一受光元件、第二受光元件、存储器以及第一开关。第一开关、第一发光元件以及第二发光元件使用第一半导体层形成。第一半导体层包含镓。第一发光元件的开启或关闭被供应给第一电路的第一信号控制。第二发光元件的开启或关闭被供应给第一电路的第二信号控制。通过第一信号从第一发光元件发射的光供应给第一受光元件，第一受光元件通过将该光转换为电压生成第一数据。在存储器中通过第二开关储存第一数据，第一开关的导通或非导通被第一数据控制。第一开关被储存器所储存的第一数据控制为导通。通过第二信号从第二发光元件发射的光供应给第二受光元件，第二受光元件通过将该光转换为电压生成第二数据。储存于存储器中的第一数据被第二数据初始化。第一开关在储存于存储器中的第一数据被初始化时被控制为非导通。
在上述结构中，存储器包括第二开关、第三开关以及电容器。第二开关及第三开关使用第二半导体层形成于第一开关的上方。电容器形成于第二半导体层的上方。存储器通过控制第二开关将第一数据储存于电容器中，第三开关通过第二数据成为开启状态。优选通过第三开关成为开启状态储存于电容器中的第一数据被初始化。
在上述结构中，优选的是，第一半导体层包含氮，并且第二半导体层包含氧。
在上述结构中，优选的是，第一半导体层包含氮或氧，并且第二半导体层包含铟、锌及氧。
在上述结构中，第一受光元件的一部分优选在与第一发光元件重叠的位置上配置。
在上述结构中，固态继电器还包括荧光体。荧光体配置于第一发光元件与第一受光元件之间。荧光体优选将从第一发光元件发射的光的波长转换为比从第一发光元件发射的光的波长长的波长。
在上述结构中，第一受光元件包括活性层。活性层优选包含有机化合物。
本发明的一个方式是一种固态继电器，包括：第一电路；以及第二电路。第一电路包括第一发光元件、第二发光元件、第一端子、第二端子以及第三端子。第二电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一受光元件、第二受光元件、电容器、第四端子以及第五端子。第一端子与第一发光元件的一个电极电连接，第三端子与第二发光元件的一个电极电连接，第二端子与第一发光元件的另一个电极及第二发光元件的另一个电极电连接，第一晶体管的栅极与第二晶体管的源极和漏极中的一个、第三晶体管的源极和漏极中的一个及电容器的一个电极电连接。第二晶体管的源极和漏极中的另一个与第二晶体管的栅极及第一受光元件的一个电极电连接。第三晶体管的栅极与第二受光元件的一个电极电连接。第四端子与第一晶体管的源极和漏极中的一个电连接。第五端子与第一晶体管的源极和漏极中的另一个、第三晶体管的源极和漏极中的另一个、电容器的另一个电极、第一受光元件的另一个电极以及第二受光元件的另一个电极电连接。从第一发光元件发射的光供应给第一受光元件，从第二发光元件发射的光供应给第二受光元件。使第一晶体管的栅极、第二晶体管的源极和漏极中的一个以及第三晶体管的源极和漏极中的一个电连接的布线设置在进行遮光以免从第一发光元件发射的光入射到第二受光元件的位置上且设置在进行遮光以免从第二发光元件发射的光入射到第一受光元件的位置上。
本发明的一个方式是一种半导体装置，包括：固态继电器；以及处理器。第一电路通过处理器被供应第一信号或第二信号。第一发光元件的开启或关闭被供应给第一电路的第一信号控制。第二发光元件的开启或关闭被供应给第一电路的第二信号控制。通过第一信号从第一发光元件发射的光供应给第一受光元件。第一受光元件通过将该光转换为电压来生成第一数据，在电容器中通过第二晶体管储存第一数据。第一晶体管被储存于电容器的第一数据控制为导通。通过第二信号从第二发光元件发射的光供应给第二受光元件。第二受光元件通过将该光转换为电压生成第二数据，储存于电容器中的第一数据在通过第二数据使第三晶体管成为开启状态时被初始化。第一晶体管在电容器所储存的第一数据被初始化时被控制为非导通。以第五端子为基准供应的第四端子的电压宽度比通过处理器供应的第一信号的电压宽度大。
发明效果
本发明的一个方式可以提供一种具有新颖结构的固态继电器。本发明的一个方式可以提供一种电特性良好的固态继电器。本发明的一个方式可以提供一种小型固态继电器。本发明的一个方式可以提供一种可靠性高的固态继电器。
本发明的一个方式可以提供一种具有新颖结构的半导体装置。本发明的一个方式可以提供一种电特性良好的半导体装置。本发明的一个方式可以提供一种小型半导体装置。本发明的一个方式可以提供一种可靠性高的半导体装置。
注意，本发明的一个方式的效果不局限于上述效果。上述列举的效果并不妨碍其他效果的存在。另外，其他效果是本部分没有提到而将在下面的记载中进行说明的效果。所属技术领域的普通技术人员可以从说明书或附图等的记载中导出并适当抽出本部分没有提到的效果。另外，本发明的一个方式实现上述效果及/或其他效果中的至少一个效果。因此，本发明的一个方式有时不具有上述列举的效果。
附图说明
图1是说明固态继电器的方框图。
图2是説明固态继电器的电路图。
图3A及图3B是说明固态继电器的电路图。
图4是说明固态继电器的电路图。
图5A是固态继电器的截面图。图5B是受光元件的截面图。
图6A及图6B是固态继电器的截面图。
图7A及图7B是固态继电器的截面图。
图8A是示出晶体管的结构例子的俯视图。图8B及图8C是示出晶体管的结构例子的截面图。
图9A是说明IGZO的结晶结构的分类的图。图9B是说明石英玻璃的XRD谱的图。图9C是说明结晶性IGZO的XRD谱的图。图9D是说明结晶性IGZO的纳米束电子衍射图案的图。
图10是说明电子设备的例子的图。
具体实施方式
参照附图对实施方式进行详细说明。但是，本发明不局限于以下说明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是本发明的方式及详细内容在不脱离其宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。注意，在下面说明的发明结构中，在不同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略反复说明。
另外，为了便于理解，有时在附图等中示出的各构成要素的位置、大小及范围等并不表示其实际的位置、大小及范围等。因此，所公开的发明不一定局限于附图等所公开的位置、大小及范围等。例如，在实际的制造工序中，有时由于蚀刻等处理而抗蚀剂掩模等非意图性地被减薄，但是为了便于理解有时省略图示。
另外，在俯视图(也称为“平面图”)或立体图等中，为了便于理解附图，有时省略构成要素的一部分。
另外，在本说明书等中，“电极”或“布线”不在功能上限定其构成要素。例如，有时将“电极”用作“布线”的一部分，反之亦然。再者，“电极”或“布线”还包括多个“电极”或“布线”被形成为一体的情况等。并且，在说明电路时，有时“布线”包括具有电阻器的情况。
此外，在本说明书等中，“电阻器”的电阻值有时取决于布线的长度。或者，电阻器可以通过接触体连接到其电阻率与布线所使用的导电层不同的导电层来形成。另外，电阻值有时通过对半导体层掺杂杂质而被决定。
另外，在本说明书等中，电子电路中的“端子”是指进行电流的输入或充电电压的输入或输出以及/或者信号的接收或发送的部分。因此，布线或电极的一部分有时被用作端子。
另外，在本说明书等中，“上”或“下”这样的术语不限定于构成要素的位置关系为“正上”或“正下”且直接接触的情况。例如，如果是“绝缘层A上的电极B”的表述，则不一定必须在绝缘层A上直接接触地形成有电极B，也可以包括在绝缘层A与电极B之间包括其他构成要素的情况。
另外，由于“源极”及“漏极”的功能例如在采用不同极性的晶体管时或在电路工作中电流的方向变化时等，根据工作条件等而相互调换，因此很难限定哪个是“源极”哪个是“漏极”。因此，在本说明书中，可以将“源极”和“漏极”互相调换地使用。
在本说明书等中，“电连接”包括直接连接的情况或通过“具有某种电作用的元件”连接的情况。在此，“具有某种电作用的元件”只要可以进行连接对象间的电信号的授受，就对其没有特别的限制。因此，即便记载为“电连接”，在实际电路中有时存在没有物理连接的部分而只是布线延伸的情况。此外，即便记载为“直接连接”，也包括由不同导电层形成的布线通过接点形成为一个布线的情况。
另外，在本说明书中，“平行”例如是指在-10°以上且10°以下的角度的范围中配置两条直线的状态。因此，也包括该角度为-5°以上且5°以下的状态。另外，“垂直”或“正交”例如是指在80°以上且100°以下的角度的范围中配置两条直线的状态。因此，也包括该角度为85°以上且95°以下的状态。
另外，在本说明书等中，除非特别叙述，关于计数值或计量值提到“同一”、“相同”、“相等”或“均匀”等的情况下，包括±20％的变动作为误差。
另外，在本说明书中，当在形成抗蚀剂掩模之后进行蚀刻处理时，在没有特别说明的情况下，在蚀刻处理结束之后去除该抗蚀剂掩模。
另外，电压多指某个电位与基准电位(例如，接地电位或源电位)之间的电位差。因此，有时也可以互换“电压”与“电位”的称谓。在本说明书等中，除非特别叙述，电压和电位是可以互换的。
注意，例如在导电性充分低时，有时即便在表示为“半导体”时也具有“绝缘体”的特性。因此，也可以使用“绝缘体”代替“半导体”。此时，“半导体”和“绝缘体”的境界模糊，因此难以精确地区别。由此，有时可以将本说明书所记载的“半导体”换称为“绝缘体”。
另外，例如在导电性充分高时，有时即便在表示为“半导体”时也具有“导电体”的特性。因此，也可以使用“导电体”代替“半导体”。此时，“半导体”和“导电体”的境界模糊，因此难以精确地区别。由此，有时可以将本说明书所记载的“半导体”换称为“导电体”。
注意，本说明书等中的“第一”、“第二”等序数词是为了避免构成要素的混淆而附加的，其并不表示工序顺序或者层叠顺序等某种顺序或次序。注意，关于本说明书等中不附加有序数词的术语，为了避免构成要素的混淆，在权利要求书中有时对该术语附加序数词。注意，关于本说明书等中附加有序数词的术语，在权利要求书中有时对该术语附加不同的序数词。注意，关于本说明书等中附加有序数词的术语，在权利要求书中有时省略其序数词。
注意，在本说明书等中，晶体管的“开启状态”是指晶体管的源极和漏极电短路的状态(还称为“导通状态”)。另外，晶体管的“关闭状态”是指晶体管的源极和漏极电断开的状态(还称为“非导通状态”)。
此外，在本说明书等中，“通态电流”有时是指当晶体管处于开启状态时流过源极和漏极之间的电流。此外，“关态电流(off-state current)”有时是指在晶体管处于关闭状态时流过源极和漏极之间的电流。
注意，在本说明书等中，高电源电位VDD(以下，也称为“VDD”或“H电位”)是指比低电源电位VSS高的电位的电源电位。另外，低电源电位VSS(以下，也称为“VSS”或“L电位”)是指比高电源电位VDD低的电位的电源电位。此外，也可以将接地电位用作VDD或VSS。例如，在VDD是接地电位时，VSS是低于接地电位的电位，在VSS是接地电位时，VDD是高于接地电位的电位。
另外，在本说明书等中，栅极是指栅电极及栅极布线的一部分或全部。栅极布线是指用来电连接至少一个晶体管的栅电极与其他电极或其他布线的布线。
另外，在本说明书等中，源极是指源区域、源电极及源极布线的一部分或全部。源区域是指半导体层中的电阻率为一定值以下的区域。源电极是指导电层中的连接到源区域的部分。源极布线是指用来电连接至少一个晶体管的源电极与其他电极或其他布线的布线。
另外，在本说明书等中，漏极是指漏区域、漏电极及漏极布线的一部分或全部。漏区域是指半导体层中的电阻率为一定值以下的区域。漏电极是指导电层中的连接到漏区域的部分。漏极布线是指用来电连接至少一个晶体管的漏电极与其他电极或其他布线的布线。
(实施方式1)
在本实施方式中，对本发明的一个方式的固态继电器进行说明。首先，简单地说明继电器。继电器有具有机械接触(以下，可动接触)的有线继电器及无线继电器。两者均包括第一电路及第二电路。第二电路包括第一端子、第二端子及开关。通过供应给第一电路的第一信号，控制第二电路所包括的开关。开关可以控制第一端子与第二端子间的导通或非导通。注意，作为开关可以使用晶体管或二极管等。此外，开关可以控制直流信号或交流信号。
接着，详细说明具有可动接触的继电器。作为一个例子，具有可动接触的舌簧继电器通过对第一电路所包括的电磁线圈供应信号生成电磁力。通过由于该电磁力生成的电压控制第二电路所包括的开关的导通或非导通。注意，舌簧继电器有所谓抖振的工作上的问题。抖振是指可动接触成为接触状态时产生机械振动，可动接触高速地反复导通或非导通的现象。因此，抖振被认为电子设备误工作的原因之一。此外，有如下问题：在通过舌簧继电器控制供应电源电位的布线的导通或非导通时，需要考虑抖振发生的期间的时序设计或者低通滤波器等电子构件的追加。
注意，舌簧继电器通过可动接触的电极的种类或结构等例如可以控制1安培以上的大电流。但是，在使用舌簧继电器处理高功率时，有时在可动接触接触时产生火花等。因此，可动接触有时因可动接触表面的氧化导致的接触不良、相邻的可动接触的融合等而产生短路等。此外，舌簧继电器由于需要可动接触或电磁线圈等的构成要素所以难以实现小型化。因此，在使用舌簧继电器时，难以实现移动设备、机器人或车载设备等电子设备的小型化。
尤其是，机器人或车载设备等电子设备等需要更大的电压或更大的电流的控制。例如，已知功率半导体能够控制大电压或大电流。典型的电源半导体有IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)或IEGT(Injection Enhanced GateTransistor：电子注入增强栅极晶体管)等。
下面说明本发明的一个方式的固态继电器。固态继电器使用第一发光元件及第一受光元件代替电磁线圈控制开关的导通或非导通。第一发光元件可以使用发光二极管(LED)或OLED(Organic Light Emitting Diode：有机发光二极管)等的电致发光元件。此外，第一受光元件可以使用有机光传感器、光电二极管或光电晶体管。因此，固态继电器也可以换称为无线继电器。例如，固态继电器有使用MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)的PhotoMOS继电器等。注意，本实施方式示出在第一受光元件中使用有机光传感器的例子。通过使用有机光传感器可以降低用来形成第一受光元件的工艺温度。此外，当在第一受光传感器中使用光电二极管时，可以将第一受光元件可检测的光的波长范围设定得宽，即可见光波长至红外波长。
再者，详细说明固态继电器。固态继电器在第一电路中包括第一发光元件且在第二电路中包括第一受光元件、开关、存储器、第一端子及第二端子。第一发光元件的开启或关闭被供应给第一电路的第一信号控制。通过第一信号从第一发光元件发射的光供应给第一受光元件，第一受光元件将该光转换为电压来生成第一数据。在存储器中储存第一数据，第一开关通过第一数据控制第一端子与第二端子间的导通或非导通。注意，该开关也可以换称为第一开关，以便与后面说明的第二开关或第三开关进行区别。
在固态继电器中，作为第一开关使用晶体管等的半导体元件，所以与具有机械接触的舌簧继电器等相比电阻成分(例如，晶体管的电导成分)的影响更大。也就是说，有时第一开关成为固态继电器的功率损耗的原因。因此，在控制功能模块或集成电路等的电源门控时，在固态继电器导通时需要如电源半导体那样的低损耗的第一开关。注意，固态继电器通过在第一开关中使用晶体管，不需要制定抖振对策。因此，固态继电器可以与舌簧继电器等相比高速地工作。此外，固态继电器由于不使用可动接触所以适合于小型化。另外，固态继电器由于不发生在舌簧继电器中发生的可动接触的氧化或接合等所以具有高可靠性。
随着因AI(Artificial Intelligence：人工智能)等的硬件化导致功能模块或集成电路等的运算量增大，最近的电子设备的功耗也增大。机器人等的功能模块或集成电路等为了控制发动机需要高功率。因此，在控制功能模块或集成电路等的电源门控时，需要小型化。此外，在固态继电器导通的期间，需要如电源半导体那样能处理高功率的第一开关。此外，在固态继电器非导通的期间，需要在不对第一电路继续供应第一信号的情况下也进行工作。
在本发明的一个方式中，第二电路包括存储器。存储器包括第二开关及电容器。由第一受光元件检测的第一数据通过第二开关储存于存储器中。因此，第一开关的导通或非导通被储存于存储器中的第一数据控制。
在上述固态继电器中，第一电路还包括第二发光元件，第二电路还包括第二受光元件，且第二电路所包括的存储器还包括第三开关。注意，为了后面简化起见，有时将第一发光元件及第二发光元件称为发光元件而不附加序数。有时将第一受光元件及第二受光元件称为受光元件而不附加序数。
接着，说明具有上述结构的固态继电器的工作。供应给第一电路的第一信号控制第一发光元件的开启或关闭。供应给第一电路的第二信号控制第二发光元件的开启或关闭。在存储器中储存由第一受光元件检测的第一数据。第一开关被储存于存储器中的第一数据控制为导通。储存于存储器中的第一数据被由第二受光元件转换为电压的第二数据初始化。第一开关被存储器的初始化控制为非导通。
也就是说，固态继电器可以通过供应给第一电路的第一信号或第二信号控制第一开关的导通或非导通。换言之，第一信号或第二信号可以在任意时刻切换第一开关的导通或非导通。与互补供应第一信号及第二信号的情况相比，通过以第一信号与第二信号部分重叠的方式控制，可以高速地切换第一开关的导通或非导通。
接着，详细说明第一至第三开关。以后将第一至第三开关换称为第一至第三晶体管进行说明。
第一晶体管优选可以处理高电压或大电流。例如，可以在第一晶体管中使用IGBT、MESFET等。注意，在作为第一晶体管使用IGBT时，源极端子相当于发射极端子，漏极端子相当于集电极端子。此外，作为第一晶体管，也可以在半导体层中除了硅或锗等以外还包含化合物半导体或氧化物半导体的晶体管。在使用控制高功率的固态继电器时，使用化合物半导体或氧化物半导体的晶体管具有高耐压性且能够使大电流流过，因此适合用于第一晶体管。
在本发明的一个方式中，第一晶体管包括第一半导体层。作为一个例子，在第一半导体层中可以使用包含其带隙比硅半导体宽且其本征载流子密度比硅低的半导体材料的氮化镓(GaN)或氮化硅(SiC)等的化合物半导体或者包含氧化镓等的氧化物半导体等。
作为一个例子，化合物半导体之一的GaN例如可以通过在蓝宝石衬底上设置低温缓冲层且在蓝宝石衬底上通过外延生长形成单晶GaN来生成。注意，也可以使用SOI(Silicon on Insulator：绝缘体上硅)衬底或硅衬底代替蓝宝石衬底。
注意，使用氮化物的化合物半导体也可以选自氮化硅、氮化铝、氮化锆、氮化钛、氮化锌、氮化镁、氮化镓、氮化钽、氮化铌、氮化铋、氮化钇、氮化铱、氮化铟、氮化锡、氮化镍、氮化铪等。
氧化物半导体有可以通过化学气相沉积法、溅射法、湿式法形成而量产性高等的优点。此外，由于可以在室温下形成氧化物半导体膜，因此可以在玻璃衬底上或在使用硅的集成电路上形成氧化物半导体膜。此外，还可以对应衬底的大型化。由此，在上述宽带隙半导体中，尤其是氧化物半导体具有量产性高的优点。此外，在为了提高晶体管的性能(例如，场效应迁移率)而想要获得结晶氧化物半导体的情况下，通过250℃至800℃的热处理可以容易地获得结晶氧化物半导体。
注意，氧化物半导体也可以选自氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化锌、氧化镁、氧化镓、氧化钽、氧化铌、氧化铋、氧化钇、氧化铱、氧化铟、氧化锡、氧化镍、氧化铪、ITO(indium tin oxide：铟锡氧化物)、IZO(indium zinc oxide：铟锌氧化物(注册商标))、添加有铝的氧化锌(Aluminium Zinc Oxide)或添加有镓的氧化锌(Galium Zinc Oxide)等。
此外，氧化物半导体或化合物半导体还可以包含选自铝、钇、铜、钒、镉、铍、硼、砷、磷、硅、钛、铁、镍、锌、锡、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁等中的一种或多种。
接着，说明第二或第三晶体管。第二或第三晶体管优选使用关态电流小的晶体管。第二或第三晶体管包括第二半导体层。通过第二或第三晶体管使用关态电流小的晶体管，可以在对功能模块或集成电路进行电源门控的期间保持第一数据。因此，可以缩减用来保持第一发光元件的开启或关闭的功率。例如，在第一晶体管的半导体层为氧化物半导体且第二或第三晶体管的半导体层为氧化物半导体时，第二半导体层优选具有与第一半导体层不同的氧化物半导体。
注意，用于第二半导体层的氧化物半导体至少包含铟(In)。尤其是优选包含In及锌(Zn)。此外，作为用来减小使用该氧化物半导体膜的晶体管的电特性不均匀的稳定剂，除了上述元素以外，优选还具有镓(Ga)。此外，作为稳定剂优选包含锡(Sn)。此外，作为稳定剂优选包含铪(Hf)。此外，作为稳定剂优选包含铝(Al)。此外，作为稳定剂优选包含锆(Zr)。
另外，作为其他稳定剂，也可以包含镧系元素的镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)中的一种或多种。
注意，例如，In-Ga-Zn类氧化物是指包含In、Ga和Zn的氧化物，而对In、Ga、Zn的比例没有限制。另外，也可以包含In、Ga、Zn以外的金属元素。In-Ga-Zn类氧化物在无电场时的电阻足够高而能够充分地降低关态电流且迁移率也高。
将在第二半导体层中包括氧化物半导体(也可以换称为金属氧化物)的晶体管称为OS晶体管。
由于OS晶体管的半导体层具有大能隙，所以可以呈现极低的关态电流特性，仅为几yA/μm(每沟道宽度1μm的电流值)。与Si晶体管不同，OS晶体管不会发生碰撞电离、雪崩击穿、短沟道效应等，因此能够形成高可靠性的电路。此外，Si晶体管所引起的起因于结晶性的不均匀的电特性偏差不容易产生在OS晶体管中。
当构成第二半导体层的氧化物半导体为In-M-Zn类氧化物时，优选用来形成In-M-Zn氧化物膜的溅射靶材的金属元素的原子个数比满足In≥M及Zn≥M。这种溅射靶材的金属元素的原子个数比优选为In:M:Zn＝1:1:1、In:M:Zn＝1:1:1.2、In:M:Zn＝3:1:2、In:M:Zn＝4:2:3、In:M:Zn＝4:2:4.1、In:M:Zn＝5:1:3、In:M:Zn＝5:1:6、In:M:Zn＝5:1:7、In:M:Zn＝5:1:8、In:M:Zn＝10:1:3等。此外，当构成半导体层的氧化物半导体为In-Zn氧化物时，优选用来形成In-Zn氧化物膜的溅射靶材的金属元素的原子个数比满足In≥Zn。这种溅射靶材的金属元素的原子个数比优选为In:M:Zn＝1:1、In:Zn＝2:1、In:Zn＝5:1、In:Zn＝5:3、In:Zn＝10:1、In:Zn＝10:3等。
作为半导体层，可以使用载流子浓度低的氧化物半导体。例如，作为半导体层可以使用载流子浓度为1×1017/cm3以下，优选为1×1015/cm3以下，更优选为1×1013/cm3以下，进一步优选为1×1011/cm3以下，更进一步优选为小于1×1010/cm3，1×10-9/cm3以上的载流子浓度的氧化物半导体。将这样的氧化物半导体称为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体。该氧化物半导体的缺陷能级密度低，因此可以说是具有稳定的特性的氧化物半导体。
注意，本发明不局限于上述记载，可以根据所需的晶体管的半导体特性及电特性(场效应迁移率、阈值电压等)来使用具有适当的组成的材料。另外，优选适当地设定半导体层的载流子浓度、杂质浓度、缺陷密度、金属元素与氧的原子个数比、原子间距离、密度等，以得到所需的晶体管的半导体特性。注意，在实施方式2中，对OS晶体管进行详细的说明。
发光元件优选使用与第一晶体管相同的第一半导体层形成。通过发光元件包括第一半导体层，可以在固态继电器中将第一电路及第二电路形成于同一衬底上。
第二或第三晶体管优选配置于第一晶体管的上方。再者，第一或第二受光元件优选形成于第二或第三晶体管的上方。第一或第二受光元件包括活性层，该活性层优选为有机化合物。注意，第一或第二受光元件所包括的活性层可以检测可见光区域至红外区域的波长范围的任一个的波长的光。该光的波长范围优选为400nm至780nm，或者更优选为380nm至1400nm。注意，第一或第二受光元件可检测的波长范围分别可以限定于不同波长范围。该波长范围可以根据用于后面说明的荧光体、滤色片或活性层的材料选择。
此外，优选的是，第一受光元件的一部分配置于与第一发光元件重叠的位置，第二受光元件的一部分配置于与第二发光元件重叠的位置。因此，第二晶体管的沟道形成区域优选被第二晶体管所包括的栅电极或背栅电极遮蔽从第一发光元件发射的光。此外，第三晶体管的沟道形成区域优选被第三晶体管所包括的栅电极或背栅电极遮蔽从第二发光元件发射的光。通过以不从第二或第三发光元件发射的光入射到第二或第三晶体管的沟道形成区域的方式进行遮光，可以抑制因入射到第二或第三晶体管的光导致的泄漏电流的生成。
再者，与第一晶体管的栅极、第二晶体管的源极和漏极中的一个及第三晶体管的源极和漏极中的一个电连接的布线也可以具有遮光功能。例如，第一受光元件也可以以由布线从第二发光元件发射的光的一部分或全部遮蔽的方式配置。此外，第二受光元件也可以以由布线从第一发光元件发射的光的一部分或全部遮蔽的方式配置。
注意，即使第二受光元件所生成的电动势供应给第二晶体管，在第二晶体管的源极与漏极间电流不流过的范围内，也可以从第一发光元件发射的光的一部分入射到第二受光元件。此外，即使第一受光元件所生成的电动势供应给第一晶体管，在第一晶体管的源极与漏极间电流不流过的范围内，也可以从第二发光元件发射的光的一部分入射到第一受光元件。
再者，固态继电器可以包含荧光体。例如，可以将包含荧光体的绝缘层配置于发光元件与受光元件之间。荧光体可以将从发光元件发射的光的波长转换为其波长比从发光元件发射的光的波长长的波长。更具体而言，在从发光元件发射的光的波长范围比受光元件可检测的波长范围短时，荧光体可以将从发光元件发射的光的波长范围转换为受光元件可检测的波长范围(可见光区域至红外区域的波长范围的光)。荧光体可以将从发光元件发射的光的波长转换为受光元件可检测的波长范围。因此，通过改善供应给第一电路的第一信号的选择性及传送性，可以确实地传送到第二电路。
注意，固态继电器可以包括滤色片代替包含荧光体的绝缘层。在从发光元件发射的光的波长范围宽时，滤色片可以仅透过受光元件可检测的波长范围的光。因此，滤色片优选配置于发光元件与受光元件之间。例如，通过配置滤色片，可以限定入射到第一至第三晶体管的沟道形成区域的光的波长范围。优选的是通过设置滤色片，由于该波长范围以外的光不入射到第一至第三晶体管的沟道形成区域，由此在第一至第三晶体管中发生泄漏电流。
注意，第一至第三晶体管的沟道形成区域优选使用第二或第三晶体管所包括的栅极或背栅极、连接晶体管间的布线、荧光体或滤色片等进行遮光。
接着，说明第二电路所包括的存储器。存储器包括第二或第三晶体管以及电容器。将使第一晶体管的栅极、第二晶体管的源极和漏极中的一个及第三晶体管的源极和漏极中的一个电连接的布线的一部分被用作电容器的一个电极。注意，可以作为电容器的另一个电极使用与受光元件的一个电极连接的布线的一部分。
如上所述，通过将第一电路及第二电路形成于同一衬底上可以提供一种具有新颖结构的固态继电器。此外，通过使用晶体管所包括的栅极或背栅极、连接晶体管间的布线、滤色片或荧光体等可以遮蔽从发光元件发射的光。因此，可以提供第一信号与第二信号隔离的固态继电器。此外，可以提供一种在第一晶体管中使用氧化物半导体或化合物半导体能够以低损耗对应于高功率的电特性良好的固态继电器。此外，通过将第一电路及第二电路形成于同一衬底上，且形成在与发光元件重叠的位置上配置的受光元件，可以提供一种具有适合于小型化的结构的固态继电器。此外，通过包括发光元件及受光元件且采用不具有可动接触的结构，可以提供一种可靠性高的固态继电器。
注意，发光元件的形成区域包括阳极电极及阴极电极。此外，受光元件的形成区域包括阳极电极和阴极电极中的区域更大的一个。因此，发光元件与受光元件重叠意味着发光元件的形成区域的一部分与受光元件的形成区域的一部分重叠。
接着，参照附图详细说明本发明的一个方式的固态继电器。
图1是说明固态继电器的方框图。固态继电器100包括电路101、电路102、端子11、端子12、端子14以及端子15。电路101包括点亮电路110。点亮电路110包括发光元件。电路102包括检测电路120、存储器130、开关电路140。
端子11与点亮电路110的一个端子电连接。端子12与点亮电路110的另一个端子电连接。检测电路120与存储器130电连接。存储器130与开关电路140电连接。开关电路140的一个端子与端子14电连接。开关电路140的另一个端子与端子15电连接。
在对端子11供应第一信号时，点亮电路110的开启或关闭被控制。作为一个例子，在端子11被供应第一信号的“H”的电压且端子12被供应第一信号的“L”的电压时，以端子12为基准对端子11供应正电压。通过以端子12为基准对端子11供应正电压，发光元件开启。点亮电路110发射的光150被检测电路120检测。存储器130储存检测电路120所检测的第一数据。因此，开关电路140的导通或非导通被储存于存储器130中的第一数据控制。因此，点亮电路110及检测电路120也可以说相当于传送电路之一的光电耦合器。
图2是详细说明在图1中说明的固态继电器100的电路图。点亮电路110包括发光元件111及发光元件112。检测电路120包括受光元件121及受光元件122，存储器130包括第二开关、第三开关、电容器133，开关电路140包括第一开关。以后，将第一开关、第二开关及第三开关分别换称为晶体管141a、晶体管131、晶体管132进行说明。
端子11与发光元件111的一个电极电连接，端子12与发光元件111的另一个电极电连接。此外，端子12与发光元件112的一个电极电连接，端子11与发光元件112的另一个电极电连接。
晶体管141a的栅极与晶体管131的源极和漏极中的一个、晶体管132的源极和漏极中的一个及电容器133的一个电极电连接。晶体管132的源极和漏极中的另一个与晶体管132的栅极、受光元件121的一个电极电连接。晶体管132的栅极与受光元件122的一个电极电连接。端子14与晶体管141a的源极和漏极中的一个电连接。端子15与晶体管141a的源极和漏极中的另一个、晶体管132的源极和漏极中的另一个、电容器133的另一个电极、受光元件121的另一个电极及受光元件122的另一个电极电连接。
从发光元件111发射的光150a供应给受光元件121，从发光元件112发射的光150b供应给受光元件122。注意，使晶体管141a的栅极、晶体管131的源极和漏极中的一个及晶体管132的源极和漏极中的一个电连接的布线在进行遮光以免从发光元件111发射的光150a入射到受光元件122的位置上设置且在进行遮光以免从发光元件112发射的光150b入射到受光元件121的位置上设置。
端子12优选被供应与供应给端子11的第一信号互补关系的信号。作为一个例子，在端子11被供应“H”的电压的期间，端子12被供应“L”的电压。此外，在端子11被供应“L”的电压的期间，端子12被供应“H”的电压。也就是说，端子11被供应使供应给端子12的信号反转的信号。因此，在发光元件111的一个电极被供应“H”的电压且发光元件111的另一个电极被供应“L”的电压的期间，从发光元件111发射光。具体而言，通过端子11被供应与供应给端子12的信号互补关系的信号，在发光元件111开启的期间，发光元件112关闭，在发光元件112开启的期间，发光元件111关闭。因此，可以通过一个信号控制固态继电器的导通或非导通。
受光元件121检测从发光元件111发射的光。通过受光元件121检测该光在受光元件121的两端产生电动势。在该电动势比晶体管131的阈值电压大时，通过晶体管131在电容器133中储存第一数据。也就是说，在电容器133中储存供应给端子11的第一信号的“H”的电压。储存于电容器133中的“H”的电压可以使晶体管141a导通。注意，晶体管141a导通也可以换称为固态继电器100导通。
注意，储存于电容器133中的信号通过供应给端子12的“H”的电压且晶体管132成为开启状态来初始化。也就是说，储存于电容器133中的信号被晶体管132初始化由此可以使晶体管141a非导通。注意，晶体管141a非导通也可以换称为固态继电器100非导通。
注意，在图2中，通过晶体管131的栅极与晶体管131的源极和漏极中的另一个电连接形成二极管连接。通过晶体管131形成二极管连接，即使受光元件121因发光元件112的反射光或杂散光等产生较小的电动势，晶体管131也不成为开启状态，电容器133所储存的信号没有受到影响。也就是说，二极管连接的晶体管131被用作开关。
此外，即使受光元件122因发光元件111的反射光或杂散光等产生较小的电动势，晶体管132也不成为开启状态，不使电容器133所储存的信号初始化。
此外，晶体管131或晶体管132都可以包括背栅极。晶体管131的背栅极有抑制晶体管131的电特性变动的效果，晶体管132的背栅极有抑制晶体管132的电特性变动的效果。
详细内容在图5A中进行说明。晶体管131的背栅极通过反射从发光元件111或发光元件112发射的光来遮蔽进入晶体管131的沟道形成部的光。此外，晶体管132的背栅极通过反射从发光元件112或发光元件111发射的光来遮蔽进入晶体管132的沟道形成部的光。注意，遮光优选完全遮蔽从发光元件111或发光元件112发射的光。注意，被遮蔽的光也包括减去从发光元件111或发光元件112发射的光的强度、面积等的光。例如，也包括通过设置于发光元件111与受光元件121之间的绝缘膜减少从发光元件111发射的光的情况。再者，作为其他例子，也包括该绝缘膜吸收光的情况。
固态继电器100包括发光元件111或发光元件112从开启状态进关闭状态的期间或从关闭状态进入开启状态的期间。也就是说，起因于发光元件的响应时间、受光元件的响应时间或电容器133的充放电时间的采集时间(Acquisition time)影响到固态继电器100的开关速度。
图3A是说明提高固态继电器100的开关速度的固态继电器100的电路图。图3A与图2的不同之处在于包括点亮电路110A。注意，点亮电路110A包括发光元件111及发光元件112，点亮电路110A与端子11至端子13电连接。端子11与发光元件111的一个电极电连接。端子13与发光元件112的一个电极电连接。端子12与发光元件111的另一个电极及发光元件112的另一个电极电连接。
端子11被供应第一信号，端子13被供应第二信号。注意，端子12优选被供应“L”的电压或第三信号。作为一个例子，优选在端子11被供应“H”的电压的期间端子13被供应“L”的电压。此外，优选在端子13被供应“H”的电压的期间端子11被供应“L”的电压。电容器133通过第一数据被供应“H”的电压，且通过第二数据使电容器133初始化。
注意，即使端子11被供应“H”的电压，端子13也可以被供应“H”的电压。也就是说，在通过由受光元件121转换为电压的第一数据使晶体管141a处于开启状态的期间，通过由受光元件122转换为电压的第二数据使电容器133初始化，可以使晶体管141a成为关闭状态。因此，固态继电器100可以通过第一信号及第二信号提供高速开关速度。
注意，在对第一信号及第二信号供应“L”的电压时，固态继电器100可以通过储存于电容器133中的第一数据的电压保持晶体管141a的导通或非导通的状态。再者，在晶体管131或晶体管132为OS晶体管时，可以在长期间保持晶体管141a的导通或非导通的状态。因此，图3A的结构由于可以保持固态继电器100的良好的开关速度以及在长期间保持状态所以适合于电源门控。
图3B是详细说明图3A的电路图。作为一个例子，在图3B中，检测电路120所包括的受光元件121A包括受光元件121A，受光元件122A包括受光元件122A。
首先说明受光元件121A。受光元件121A包括多个受光元件121B，每个受光元件121B串联连接。注意，在图3B中，作为一个例子，在受光元件121A中具有相同的电特性的三个受光元件121B串联连接。由于受光元件121B具有相同的电特性，所以受光元件121A所产生的电动势为受光元件121B所具有的阈值电压的3倍。注意，受光元件121A所产生的电动势优选为满足使晶体管141a成为开启状态的电压。换言之，受光元件121A所产生的电动势优选比晶体管141a的阈值电压大。注意，串联连接的受光元件121B的个数没有受到限制。
受光元件122A所产生的电动势优选为满足使晶体管132成为开启状态的电压。作为一个例子，在图3B中受光元件122A包括一个受光元件122B。换言之，受光元件122B可以控制使保持于电容器133中的第一数据初始化的时间。
虽然在图3B中未图示，但是作为一个例子，也可以在受光元件122A中具有相同的电特性的两个受光元件122B并联连接。与包括一个受光元件122B的情况相比，可以以2倍速度从电容器133释放电荷。也就是说，根据并联连接的受光元件122B的个数固态继电器100从开启状态进入关闭状态的时间变短。就是说，根据受光元件122B的个数固态继电器100的开关特性得到提高。
注意，也可以在受光元件121A中多个受光元件121B串联或并联连接。此外，也可以在受光元件122A中多个受光元件122B串联或并联连接。可以根据固态继电器100的开关特性选择所连接的受光元件的个数。
图4是说明与图3A不同的固态继电器100的电路图。图4与图3A不同之处在于包括开关电路140A。注意，开关电路140A包括晶体管141a、晶体管141b及二极管144。此外，开关电路140A与端子14至端子16电连接。
注意，与开关电路140的说明重复的部分可以参照开关电路140的说明，因此在此省略其说明。这里，说明开关电路140A与开关电路140的不同之处。晶体管141b的栅极与晶体管141a的栅极电连接。晶体管141b的源极和漏极中的一个与端子16电连接。晶体管141b的源极和漏极中的另一个与端子15电连接。
晶体管141a的源极和漏极中的一个通过二极管144与晶体管131的栅极电连接。注意，二极管144的阴极端子与端子14电连接。注意，二极管144可以由晶体管构成。端子14被供应在供应给固态继电器100的电压中最高的电压。因此，二极管144被用作固态继电器100的保护二极管。作为一个例子，在固态继电器100的端子14与端子16在固态继电器100的外侧电连接时，二极管144也被用作端子16的保护二极管。
因此，以端子15为基准供应的端子4的电压宽度比供应给第一电路的第一信号的电压宽度宽。也就是说，可以使连接于第二电路的电路的工作电压宽度比连接于第一电路的电路的工作电压大。或者，可以使连接于第二电路的电路的工作电压宽度与连接于第一电路的电路的工作电压不同。例如，有如下情况等：第二电路的电源电压比第一电路的电源电压低，但第二电路的晶体管141a流过大电流。也就是说，固态继电器100被用作以不同电源电压工作的信号的传送电路。
在端子14与端子16连接时，晶体管141b与晶体管141a并联连接。因此，在晶体管141a具有与晶体管141b相同的电特性时，端子14与端子16之间的电阻成分成为一半，固态继电器100能够处理的电流成为2倍。因此，固态继电器100能够处理的功率成为2倍，所以是优选的。此外，晶体管141a及晶体管141b具有相同的栅极电容。因此使用电容器133及该栅极电容作为合成电容的存储器130可以以更长的期间保持第一数据。此外，在晶体管被用作开关时，可以降低起因于晶体管的功率损耗。
接着，图5至图7是说明固态继电器100的截面结构的一部分的图。在图5A中示出在图3A中说明的固态继电器100的发光元件111、发光元件112、受光元件121、受光元件122、晶体管141a、晶体管131、晶体管132以及电容器133。
作为一个例子，晶体管141a、发光元件111及发光元件112使用形成于硅衬底、蓝宝石衬底或SOI衬底上的半导体层形成。半导体层优选具有含镓的结晶结构。作为半导体层包含镓的例子，有氮化镓(以下，GaN)或氧化镓(GaOx)等。作为其他例子，也可以在半导体层中使用氮化硅(SiC)。
图5A说明在半导体层212中使用GaN的固态继电器100。例如可以在衬底210上设置低温缓冲层，在衬底210上的低温缓冲层上通过外延生长形成单晶GaN来生成。在图5A中省略该缓冲层的记载。此外，在图5A中示出作为衬底210使用蓝宝石衬底的例子。
在形成晶体管141a时，优选在半导体层212上作为半导体层214使用通过外延生长形成的半导体层。半导体层212优选包含GaN，半导体层214优选包含AlGaN。例如，氮化铝(AlN)已知具有非常良好的材料特性，即具有GaN的约2倍的带隙(6.2eV)、GaN的约4倍的静电破坏电场(12MV/cm)、GaN的约1.5倍的热传导率(2.9W/cmK)。因此，AlN以及AlN和GaN的混晶的AlGaN优选用作高输出、高频率器件材料。在沟道形成区域包含AlGaN的HEMT(HighElectron Mobility Transistor：高电子迁移率晶体管)与在沟道形成区域包含GaN的HEMT相比可以进行更高的耐压工作。注意，在GaN与AlGaN的界面由于GaN与AlGaN的极化效果产生二维电子气(2DEG)。也就是说，在HEMT结构的晶体管中2DEG成为沟道形成区域。
此外，发光元件111及发光元件112可以形成于半导体层212及半导体层214中。作为一个例子，通过对半导体层214及半导体层212添加掺杂剂，形成n型区域212a或p型区域212b。通过n型区域212a与p型区域212b接触，形成pn结，形成发光元件111或发光元件112。注意，作为添加方法有离子掺杂法、离子注入法、等离子体处理法等。
作为一个例子，n型区域212a通过添加硅(Si)、锗(Ge)等作为掺杂剂形成。此外，p型区域212b通过添加镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)、铍(Be)等作为掺杂剂形成。注意，n型区域212a或p型区域212b优选在与半导体层212及半导体层214连续的区域中形成。或者，n型区域212a或p型区域212b只形成在半导体层212中。例如在通过离子掺杂法形成n型区域212a或p型区域212b时，有时掺杂剂透过半导体层214添加到半导体层212。
半导体层214上设置有导电层216a至导电层216f。导电层216a相当于发光元件111的阴极电极，导电层216b相当于发光元件111的阳极电极，由形成于导电层216a与导电层216b之间的n型区域212a及p型区域212b形成发光元件111。此外，导电层216e相当于发光元件112的阳极电极，导电层216f相当于发光元件112的阴极电极，由形成于导电层216e与导电层216f之间的n型区域212a及p型区域212b形成发光元件112。注意，在发光元件111或发光元件112中，也可以对应于n型区域或p型区域配置阳极电极或阴极电极的位置。
此外，在导电层216c为晶体管141a的源极和漏极中的一个时，导电层216d相当于晶体管141a的源极和漏极中的另一个。注意，导电层216c被用作与端子14连接的布线的一部分，导电层216d被用作与端子15连接的布线的一部分。
绝缘层218以夹着导电层220与半导体层214之间的方式设置。注意，导电层220也可以换称为栅极电极，绝缘层218也可以换称为第一栅极绝缘层。第一栅极绝缘层可以使用氧化硅、氧化铝或氧化铪等。例如，通过第一栅极绝缘层包含氧化硅、氧化铝和氧化铪等中的任一个，晶体管141a的关态电流得到降低。再者，对第一栅极绝缘层具体地进行说明，第一栅极绝缘层优选为SiO2膜、Al2O3膜或HfO2膜。此外，绝缘层218的一部分在与n型区域212a或p型区域212b的上方接触的位置上设置。此外，绝缘层218的一部分以覆盖导电层216a至导电层216f的一部分的方式设置。
此外，晶体管141a优选具有凹陷栅极结构。图5A示出晶体管141a具有凹陷栅极结构的例子。通过晶体管141a具有凹陷栅极结构，晶体管141a降低关态电流。凹陷栅极结构通过蚀刻形成沟道形成区域的与栅电极重叠的位置上的半导体层214的一部分而使半导体层214的厚度减薄来形成。将通过蚀刻减薄的半导体层214的区域称为凹陷区域。凹陷区域具有如下效果：在不对栅电极施加电压的状态(晶体管141a处于关闭状态)下，由于延伸到栅电极下的耗尽层可以使由2DEG形成的沟道夹断(pinch off)，所以可以实现高阈值电压(常关闭)。此外，非凹陷区域由于2DEG的浓度增大所以可以流过大电流。
此外，在晶体管141a包括凹陷区域时，发光元件111或发光元件112的半导体层214的凹陷区域通过同一工序被蚀刻来形成。通过发光元件111或发光元件112包括凹陷区域可以减少关态电流。因此，发光元件111或发光元件112可以抑制因泄漏电流等导致的开启。
作为其他例子，发光元件111或发光元件112也可以不设置凹陷区域。发光元件111或发光元件112通过不设置凹陷区域，提高发光元件111或发光元件112的响应性。此外，可以使供应给电路101的第一信号的信号振幅变小。通过降低第一信号的信号振幅，可以降低控制电路101电路的功耗。
在绝缘层218上设置绝缘层222。为了降低晶体管141a、发光元件111或发光元件112的被形成面的表面凹凸，优选对绝缘层222进行平坦化处理。对平坦化处理没有特别的限制，可以通过抛光处理(例如，化学机械抛光法(Chemical Mechanical Polishing：CMP))或干蚀刻处理进行。
此外，通过使用具有平坦化功能的绝缘材料形成绝缘层222，可以省略抛光处理。绝缘层222适合使用有机绝缘膜。作为能够用于有机绝缘膜的材料，例如可以使用丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺酰胺树脂、硅氧烷树脂、苯并环丁烯类树脂、酚醛树脂及这些树脂的前体等。此外，除了上述有机材料之外，还可以使用低介电常数材料(low-k材料)等。此外，也可以通过层叠多个由这些材料形成的绝缘层，形成绝缘层222。
在绝缘层222上层叠绝缘层224。绝缘层224优选具有抑制半导体层212或半导体层214等所包含的氢的扩散的功能。因此，绝缘层224优选至少包含氮。注意，虽然在图5A中未图示，但是可以在绝缘层224上层叠绝缘层224a。优选的是，绝缘层224的含氮量比绝缘层224a多，绝缘层224a的含氧量比绝缘层224多。绝缘层224a可以对后面说明的半导体层230a或半导体层230b供应氧。
在绝缘层224上设置晶体管131、晶体管132、电容器、受光元件121及受光元件122。首先，说明晶体管131及晶体管132。
在绝缘层224上设置导电层226a。在导电层226a上设置绝缘层228。在绝缘层228上的与导电层226a重叠的位置上配置半导体层230a。注意，半导体层230a为晶体管131的半导体层。此外，在绝缘层224上设置导电层226b。在导电层226b上设置绝缘层228。在绝缘层228上的与导电层226b重叠的位置上配置半导体层230b。半导体层230b为晶体管132的半导体层。因此，绝缘层228可以换称为第二栅极绝缘层。
导电层226a及导电层226b可以在同一工序中使用同一材料形成。此外，绝缘层228为与晶体管131及晶体管132共同的绝缘层。此外，半导体层230a及半导体层230b可以在同一工序中使用同一材料形成。
导电层226a被用作晶体管131的栅电极。此外，导电层226b被用作晶体管131的栅电极。另外，导电层226a可以防止从发光元件111发射的光150c入射到半导体层230a。此外，导电层226b可以防止从发光元件112发射的光150d入射到半导体层230b。
在半导体层230a上设置导电层232a及导电层232b，在半导体层230b上设置导电层232b及导电层232c。此外，在设置于导电层226a上的绝缘层228上设置导电层232a。另外，在设置于导电层226b上的绝缘层228上设置导电层232c。此外，在设置于半导体层230a上及半导体层230b上的绝缘层228上设置导电层232b且导电层232b与导电层220接触。
导电层232b的一部分与在设置用来使导电层232b与导电层220电连接的接触孔内露出的绝缘层222、绝缘层224及绝缘层228的每个侧壁接触。此外，绝缘层234设置于导电层232、导电层232a至导电层232c上。此外，绝缘层228的一部分与导电层232、绝缘层224及绝缘层234的一部分接触。
在绝缘层234上设置导电层236a、导电层236b及导电层236c。电层236a的一部分与导电层232a及导电层226a的一部分接触。此外，导电层236a的一部分与在形成用来使导电层232a与导电层226a电连接的接触孔内露出的绝缘层228的侧壁的一部分及绝缘层234的侧壁的一部分接触。
导电层236c的一部分与导电层226a的一部分接触。此外，导电层236c的一部分与在形成用来电连接于导电层226a的接触孔内露出的绝缘层228的侧壁的一部分及绝缘层234的侧壁的一部分接触。
导电层236a在与半导体层230a及绝缘层234重叠的位置上配置。因此，导电层236a具有晶体管131的栅电极的功能、与受光元件121连接的布线的功能、防止从发光元件111发射的光入射到半导体层230a的遮光功能。
导电层236c在与半导体层230b及绝缘层234重叠的位置上配置。因此，导电层236a具有晶体管131的栅电极或背栅电极的功能、与受光元件121连接的布线的功能、防止从发光元件112发射的光入射到半导体层230b的遮光功能。
导电层236b在与导电层232b的一部分重叠的位置上配置，再者，以夹着绝缘层234的方式设置。因此，电容器133通过以导电层236b及导电层232b夹着绝缘层234的方式配置来形成。
在导电层236a至导电层236c上设置绝缘层238。在绝缘层238上设置导电层240a及导电层240b。导电层240a相当于受光元件121的像素电极。此外，导电层240b相当于受光元件122的像素电极。导电层240a与导电层236a接触，导电层240b与导电层236c接触。注意，绝缘层218、绝缘层222、绝缘层224、绝缘层228、绝缘层234、绝缘层238优选具有透光性。
在导电层240a上设置有机传感器层242a，在有机传感器层242a上设置导电层244a。此外，在导电层240b上设置有机传感器层242b，在有机传感器层242b上设置导电层244b。
因此，受光元件121由导电层240a、有机传感器层242a及导电层244a构成。受光元件122由导电层240b、有机传感器层242b及导电层244b构成。注意，优选在受光元件121及受光元件122上设置绝缘层246。此外，可以抑制因水等导致的受光元件的劣化。
参照图5B说明受光元件。在图5B中，导电层240a及导电层240b为导电层240，有机传感器层242a及有机传感器层242b为有机传感器层242，导电层244a及导电层244b为导电层244而进行说明。
有机传感器层242包括缓冲层242d、活性层242e、缓冲层242f。缓冲层242d及缓冲层242f可以具有单层结构或叠层结构。
缓冲层242d例如包括空穴注入层和空穴传输层中的一个或两个。此外，缓冲层242f例如可以包括电子注入层和电子传输层中的一个或两个。因此，在缓冲层242d包括空穴注入层时，该空穴注入层被用作空穴传输层。同样地，在缓冲层242f包括电子注入层时，该电子注入层被用作电子传输层。
空穴注入层是将空穴从阳极注入到发光元件的包含空穴注入性高的材料的层。作为空穴注入性高的材料，可以使用芳香胺化合物、包含空穴传输性材料及受体材料(电子受体材料)的复合材料。
空穴传输层是将根据入射到活性层中的光所产生的空穴传输到阳极的层。空穴传输层是包含空穴传输性材料的层。作为空穴传输性材料，优选为具有10-6cm2/Vs以上的空穴迁移率的物质。注意，只要空穴传输性比电子传输性高，就可以使用上述以外的物质。作为空穴传输性材料，优选使用富π电子型杂芳族化合物(例如，咔唑衍生物、噻吩衍生物、呋喃衍生物等)或者芳香胺(包含芳香胺骨架的化合物)等空穴传输性高的材料。
电子传输层是将根据入射到活性层中的光所产生的电子传输到阴极的层。电子传输层是包含电子传输性材料的层。作为电子传输性材料，优选为具有1×10-6cm2/Vs以上的电子迁移率的物质。注意，只要电子传输性比空穴传输性高，就可以使用上述以外的物质。作为电子传输性材料，可以使用具有喹啉骨架的金属配合物、具有苯并喹啉骨架的金属配合物、具有噁唑骨架的金属配合物、具有噻唑骨架的金属配合物等，还可以使用噁二唑衍生物、***衍生物、咪唑衍生物、噁唑衍生物、噻唑衍生物、菲罗啉衍生物、具有喹啉配体的喹啉衍生物、苯并喹啉衍生物、喹喔啉衍生物、二苯并喹喔啉衍生物、吡啶衍生物、联吡啶衍生物、嘧啶衍生物、含氮杂芳族化合物的缺π电子杂芳族化合物等电子传输性高的材料。
电子注入层是将电子从阴极注入到发光元件的包含电子注入性高的材料的层。作为电子注入性高的材料，可以使用碱金属、碱土金属或者包含上述物质的化合物。作为电子注入性高的材料，也可以使用包含电子传输性材料及供体性材料(电子供体性材料)的复合材料。
活性层242e包含有机化合物。例如，作为活性层242e所包含的n型半导体材料，可以举出富勒烯(例如C60、C70等)或其衍生物等具有电子接收性的有机半导体材料。此外，作为活性层242e所包含的p型半导体材料，可以举出铜(II)酞菁(Copper(II)phthalocyanine:CuPc)、四苯基二苯并二茚并芘(Tetraphenyldibenzoperiflanthene：DBP)等的电子的有机半导体材料。此外，活性层242e优选通过共蒸镀n型半导体和p型半导体而形成。
因此，可以在发光元件111上方配置受光元件121，且在发光元件112上方配置受光元件122。因此，固态继电器100由于可以将发光元件及受光元件形成于一个衬底210上，所以可以减少将包括发光元件的电路101与包括受光元件及开关的电路102贴合的工序。或者，可以减少在IC盒(IC case)上固定电路101及电路102的工序。
导电层232b具有在发光元件111与发光元件112之间隔离的功能。因此，导电层232b可以防止从发光元件111发射的光150c入射到受光元件122。此外，导电层232b可以防止从发光元件112发射的光150d入射到受光元件121。注意，发光元件111与受光元件121的间隔优选为3μm以内，更优选为1μm以内。
图6A是说明与图5A不同的固态继电器的图。
图6A与图5A的不同之处在于为了改善半导体层214与导电层216a至导电层216f的欧姆性，在半导体层214与导电层216a至导电216f之间设置导电层215。注意，也可以将导电层215换称为欧姆电极。欧姆电极优选使用导电氧化物。作为一个例子，导电氧化物可以使用氧化锌膜。注意，氧化锌膜在无掺杂状态下具有n型半导体特性，具有容易掺杂的特征。作为一个例子，通过掺杂铝和镓中的任一个，氧化锌膜的电阻率成为10-3至10-4Ω·cm左右。此外，氧化锌膜可以通过溅射法形成。
图6B是说明与图6A不同的固态继电器的图。图6B与图6A的不同之处在于在绝缘层238上设置包含荧光体的绝缘层248。通过在发光元件与受光元件之间配置荧光体，从发光元件发射的光(光150a、150b)通过荧光体转换为其波长比该光长的光。由受光元件检测的波长范围优选为与从发光元件发射的光的波长范围相比更长的波长的范围。此外，包含荧光体的绝缘层248被用作平坦化膜。因此，提高由受光元件接收的光的区域的平坦性。也就是说，受光元件的偏差等得到改善。
再者，导电层244优选与导电层236b、绝缘层238及绝缘层248接触。虽然图5A或图6A未图示，但是为了使导电层244与导电层236b连接，通过需要接触孔连接，因此需要加工工序。通过导电层244与导电层236b直接连接，可以缩短布线距离，且可以减少加工工序。因此，可以使固态继电器100的芯片尺寸变小且提高生产率。此外，通过减少固态继电器100的加工工序可以降低加工成本。此外，导电层244通过以覆盖有机传感器层242的方式配置，可以保护有机传感器层242免受从外部进入的水分等。
图7A是说明与图6B不同的固态继电器100的图。图7A与图6B的不同之处在于发光元件111A及发光元件112A形成于半导体层214上。在发光元件111A中，在半导体层114上设置通过外延生长形成的发光层213a，在发光层213a上设置通过外延生长形成的半导体层215a，还在半导体层215a上设置通过外延生长形成的导电层217a。在半导体层的217a上设置导电层216a。半导体层214为n型GaN，发光层213a为含铟的GaN，半导体层215a为p型GaN。作为一个例子，在n型GaN中包含硅或锗等，在p型GaN中包含镁、锌、镉或铍等。此外，导电层217a具有透光性。
在发光元件111A及发光元件112A中，发光层213a及发光层213b、半导体层215a及半导体层215b或者导电层217a及导电层217b可以同一工序中使用同一材料形成。注意，发光元件111A及发光元件112A可以通过干蚀刻处理进行元件分离。
固态继电器100在为了使发光元件111A及发光元件112A进行元件分离设置的区域形成晶体管141a。此外，发光元件111A及发光元件112A的每个阳极电极或阴极电极或者被用作晶体管141a的源极或漏极的导电层216a至导电层216f可以在同一工序中使用同一材料形成。
图7B是说明与图7A不同的固态继电器100的图。图7B与图7A的不同之处在于晶体管141a、发光元件111及发光元件112形成于衬底250上。衬底250优选为氧化镓。
发光元件111A在衬底250上设置通过外延生长形成的半导体层252，在半导体层252上设置通过外延生长形成的发光层213a，在发光层213a上设置通过外延生长形成的半导体层215a，还在半导体层215a上设置通过外延生长形成的导电层217a。在半导体层的217a上设置导电层216a。注意，衬底250例如为含镁的氧化镓。半导体层252例如为含锡的n型氧化镓，发光层213a为含铟的GaN，半导体层215a为p型GaN。
固态继电器100优选在为了使发光元件111A及发光元件112A进行元件分离设置的区域形成晶体管141c。注意，晶体管141c在沟道形成区域具有含氧化镓的MESFET结构。再者，发光元件111A及发光元件112A的每个阳极电极或阴极电极或者被用作晶体管141a的源极和漏极的导电层216a至导电层216f可以在同一工序中使用同一材料形成。
如上所述，通过将电路101及电路102形成于同一衬底上可以提供一种具有新颖结构的固态继电器100。此外，通过使用晶体管131晶体管132所包括的栅极或背栅极、连接晶体管间的导电层232b或包含荧光体的绝缘层248等可以遮蔽从发光元件发射的光。因此，可以提供第一信号与第二信号良好地隔离的固态继电器100。此外，可以提供一种在晶体管104a或晶体管104c中使用氧化物半导体或化合物半体能够以低损耗对应于高功率的电特性良好的固态继电器100。此外，通过将电路101及电路102形成于同一衬底上，且在与发光元件重叠的位置上配置的受光元件，可以提供一种适合于小型化的结构的固态继电器100。此外，通过包括发光元件及受光元件且采用不具有可动接触的结构，可以提供一种可靠性高的固态继电器100。
注意，发光元件的形成区域包括阳极电极及阴极电极。此外，受光元件的形成区域包括阳极电极和阴极电极中的区域更大较大的一个。因此，发光元件与受光元件重叠意味着发光元件的形成区域的一部分与受光元件的形成区域的一部分重叠。
如上所述，由于固态继电器100可以通过半导体工序形成，所以可以换称为半导体装置。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
(实施方式2)
在本实施方式中，对能够用于本发明的一个方式的固态继电器的晶体管进行说明。
<晶体管的结构例子1>
图8A、图8B、(C)是能够用于本发明的一个方式的显示装置的晶体管300以及晶体管300周围的俯视图及截面图。作为实施方式1等所示的晶体管131或晶体管132可以使用晶体管300。
图8A是晶体管300的俯视图。此外，图8B、图8C是晶体管300的截面图。在此，图8B是沿着图8A中的点划线A1-A2的部分的截面图，也是晶体管300的沟道长度方向的截面图。此外，图8C是沿着图8A中的点划线A3-A4的部分的截面图，也是晶体管300的沟道宽度方向的截面图。注意，在图8A的俯视图中，为了明确起见，省略构成要素的一部分。
晶体管300包括配置于衬底(未图示)上的金属氧化物330a、配置于金属氧化物330a上的金属氧化物330b、在金属氧化物330b上彼此分离地配置的导电体342a及导电体342b、配置于导电体342a上及导电体342b上且在导电体342a与导电体342b之间形成开口的绝缘体380、配置于开口中的导电体360、配置于金属氧化物330b、导电体342a、导电体342b及绝缘体380与导电体360之间的绝缘体350、配置于金属氧化物330b、导电体342a、导电体342b及绝缘体380与绝缘体350之间的金属氧化物330c。在此，如图8B、图8C所示，导电体360的顶面优选与绝缘体350、绝缘体354、金属氧化物330c及绝缘体380的顶面大致一致。注意，下面有时将金属氧化物330a、金属氧化物330b及金属氧化物330c总称为金属氧化物330。此外，有时将导电体342a及导电体342b总称为导电体342。
如图8B所示，在晶体管300中，导电体342a及导电体342b的导电体360一侧的侧面具有大致垂直的形状。此外，图8所示的晶体管300不局限于此，也可以采用导电体342a及导电体342b的侧面和底面所形成的角度为10°以上且80°以下，优选为30°以上且60°以下的结构。此外，也可以采用导电体342a和导电体342b的相对的侧面具有多个面的结构。
此外，如图8B和图8C所示，优选在绝缘体324、金属氧化物330a、金属氧化物330b、导电体342a、导电体342b及金属氧化物330c与绝缘体380之间配置有绝缘体354。在此，如图8B、图8C所示，绝缘体354优选具有与金属氧化物330c的侧面、导电体342a的顶面及侧面、导电体342b的顶面及侧面、金属氧化物330a的侧面、金属氧化物330b的侧面以及绝缘体324的顶面接触的区域。
注意，在晶体管300中，在形成沟道的区域(以下也称为沟道形成区域)及其附近层叠有金属氧化物330a、金属氧化物330b及金属氧化物330c的三层，但是本发明不局限于此。例如，可以采用金属氧化物330b与金属氧化物330c的两层结构或者四层以上的叠层结构。此外，在晶体管300中，导电体360具有两层结构，但是本发明不局限于此。例如，导电体360也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。此外，金属氧化物330a、金属氧化物330b以及金属氧化物330c也可以各自具有两层以上的叠层结构。
例如，在金属氧化物330c具有由第一金属氧化物和第一金属氧化物上的第二金属氧化物构成的叠层结构的情况下，第一金属氧化物可以具有与金属氧化物330b同样的组成，而第二金属氧化物优选具有与金属氧化物330a同样的组成。
在此，导电体360被用作晶体管的栅电极，导电体342a及导电体342b各被用作源电极或漏电极。如上所述，导电体360以嵌入绝缘体380的开口及被夹在导电体342a与导电体342b之间的区域中的方式形成。在此，导电体360、导电体342a及导电体342b的配置相对于绝缘体380的开口自对准地形成。也就是说，在晶体管300中，栅电极可以自对准地配置在源电极与漏电极之间。由此，可以以不设置用于对准的余地的方式形成导电体360，所以可以实现晶体管300的占有面积的缩小。由此，可以实现显示装置的高清晰化。此外，可以实现窄边框的显示装置。
此外，如图8所示，导电体360优选包括配置在绝缘体350的内侧的导电体360a及以嵌入导电体360a的内侧的方式配置的导电体360b。此外，如图8A、图8B及(C)所示，晶体管300优选包括配置在衬底(未图示)上的绝缘体314、配置在绝缘体314上的绝缘体316、以嵌入绝缘体316的方式配置的导电体305、配置在绝缘体316及导电体305上的绝缘体322以及配置在绝缘体322上的绝缘体324。优选在绝缘体324上配置有金属氧化物330a。
此外，优选在晶体管300上配置有被用作层间膜的绝缘体374及绝缘体381。在此，绝缘体374优选与导电体360、绝缘体350、绝缘体354、金属氧化物330c以及绝缘体380的顶面接触。
此外，绝缘体322、绝缘体354以及绝缘体374优选具有抑制氢(例如，氢原子、氢分子等)中的至少一个的扩散的功能。例如，绝缘体322、绝缘体354以及绝缘体374的氢透过性优选低于绝缘体324、绝缘体350以及绝缘体380。此外，绝缘体322及绝缘体354优选具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能。例如，绝缘体322及绝缘体354的氧透过性优选低于绝缘体324、绝缘体350以及绝缘体380。
在此，绝缘体324、氧化物330以及绝缘体350与绝缘体380及绝缘体381由绝缘体354以及绝缘体374相隔。由此，可以抑制对绝缘体324、金属氧化物330以及绝缘体350包含在绝缘体380及绝缘体381中的氢等杂质及过剩的氧混入绝缘体324、金属氧化物330a、金属氧化物330b以及绝缘体350。
此外，优选设置与晶体管300电连接且被用作插头的导电体340(导电体340a及导电体340b)。此外，还设置与被用作插头的导电体340的侧面接触的绝缘体341(绝缘体341a及绝缘体341b)。也就是说，绝缘体341以与绝缘体354、绝缘体380、绝缘体374以及绝缘体381的开口的内壁接触的方式设置。此外，可以以与绝缘体341的侧面接触的方式设置有导电体340的第一导电体且在其内侧设置有导电体340的第二导电体。在此，导电体340的顶面的高度与绝缘体381的顶面的高度可以大致相同。此外，示出在晶体管300中，层叠有导电体340的第一导电体及导电体340的第二导电体的结构，但是本发明不局限于此。例如，导电体340也可以具有单层结构或者三层以上的叠层结构。在结构体具有叠层结构的情况下，有时按形成顺序赋予序数以进行区別。
此外，优选在晶体管300中将被用作氧化物半导体的金属氧化物(以下也称为氧化物半导体)用于包含沟道形成区域的氧化物330(金属氧化物330a、金属氧化物330b及金属氧化物330c)。例如，作为成为氧化物330的沟道形成区域的金属氧化物，优选使用其带隙为2eV以上，优选为2.5eV以上的金属氧化物。
此外，如图8B所示，金属氧化物330b中的不与导电体342重叠的区域的厚度有时比其与导电体342重叠的区域的厚度薄。这是因为当形成导电体342a及导电体342b时去除金属氧化物330b的顶面的一部分的缘故。当形成成为导电体342的导电膜时，有时在金属氧化物330b的顶面与该导电膜的界面附近形成低电阻区域。如此，通过去除金属氧化物330b的顶面上的位于导电体342a与导电体342b之间的低电阻区域，可以抑制沟道形成在该区域中。
通过本发明的一个方式，可以提供一种包括尺寸小的晶体管并其清晰度高的显示装置。此外，可以提供一种包括通态电流(on-state current)大的晶体管并其亮度高的显示装置。此外，可以提供一种包括工作速度快的晶体管并其工作速度快的显示装置。此外，可以提供一种包括电特性稳定的晶体管并其可靠性高的显示装置。此外，可以提供一种包括关态电流小的晶体管并其功耗低的显示装置。
说明可以用于本发明的一个方式的显示装置的晶体管300的详细结构。
导电体305以包括与金属氧化物330及导电体360重叠的区域的方式配置。此外，导电体305优选以嵌入绝缘体316中的方式设置。在此，导电体305的顶面的平坦性优选为高。例如，导电体305的顶面的平均表面粗糙度(Ra)为1nm以下，优选为0.5nm以下，更优选为0.3nm以下即可。由此，可以提高形成在导电体305上的绝缘体324的平坦性，并提高金属氧化物330b及金属氧化物330c的结晶性。
在此，导电体360有时被用作第一栅极(也称为顶栅极)电极。此外，导电体305有时被用作第二栅极(也称为背栅极)电极。在此情况下，通过独立地改变供应到导电体305的电位而不使其与供应到导电体360的电位联动，可以控制晶体管300的阈值电压。尤其是，通过对导电体305供应负电位，可以使晶体管300的阈值电压大于0V且可以减小关态电流。因此，与不对导电体305施加负电位时相比，在对导电体305施加负电位的情况下，可以减小对导电体360供应的电位为0V时的晶体管300的漏极电流。
此外，导电体305优选比金属氧化物330中的沟道形成区域大。尤其是，如图8C所示，导电体305优选延伸到与沟道宽度方向上的金属氧化物330交叉的端部的外侧的区域。就是说，优选在金属氧化物330的沟道宽度方向的侧面的外侧，导电体305和导电体360隔着绝缘体重叠。
通过具有上述结构，可以由被用作第一栅电极的导电体360的电场和被用作第二栅电极的导电体305的电场电围绕金属氧化物330的沟道形成区域。
此外，如图8C所示，将导电体305延伸来用作布线。但是，不局限于此，也可以在导电体305下设置被用作布线的导电体。
此外，作为导电体305，优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。注意，以单层图示导电体305，但是导电体305也可以具有叠层结构，例如，可以采用钛或氮化钛和上述导电材料的叠层结构。
此外，也可以在导电体305下使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2O、NO、NO2等)、铜原子等杂质的扩散的功能(不容易使上述杂质透过)的导电体。此外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)的导电体。在本说明书中，“抑制杂质或氧的扩散的功能”是指抑制上述杂质和上述氧中的任一个或全部的扩散的功能。
当在导电体305下使用具有抑制氧的扩散的功能的导电体时，可以抑制使导电体305氧化而导致导电率的下降。作为具有抑制氧的扩散的功能的导电体，例如，优选使用钽、氮化钽、钌或氧化钌等。因此，作为导电体305，可以使用上述导电材料的单层或叠层。
绝缘体314优选被用作抑制水或氢等杂质从衬底一侧进入晶体管300的阻挡绝缘膜。因此，作为绝缘体314优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2O、NO、NO2等)、铜原子等杂质的扩散的功能(不容易使上述杂质透过)的绝缘材料。此外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)的绝缘材料。
例如，优选的是，作为绝缘体314使用氧化铝或氮化硅等。由此，可以抑制水或氢等杂质从与绝缘体314相比更靠近衬底一侧扩散到晶体管300一侧。此外，可以抑制包含在绝缘体324等中的氧扩散到与绝缘体314相比更靠近衬底一侧。
此外，被用作层间膜的绝缘体316、绝缘体380及绝缘体381的相对介电常数优选比绝缘体314低。通过将相对介电常数低的材料作为层间膜，可以减少产生在布线之间的寄生电容。例如，作为绝缘体316、绝缘体380及绝缘体381，适当地使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅或具有空孔的氧化硅等。
绝缘体322及绝缘体324被用作栅极绝缘体。
在此，在与金属氧化物330接触的绝缘体324中，优选通过加热使氧脱离。在本说明书等中，有时将通过加热脱离的氧称为过剩氧。例如，作为绝缘体324适当地使用氧化硅或氧氮化硅等，即可。通过以与金属氧化物330接触的方式设置包含氧的绝缘体，可以减少金属氧化物330中的氧空位，从而可以提高晶体管300的可靠性。
具体而言，作为绝缘体324，优选使用通过加热使一部分的氧脱离的氧化物材料。通过加热使氧脱离的氧化物是指在TDS(Thermal Desorption Spectroscopy：热脱附谱)分析中换算为氧原子的氧的脱离量为1.0×1018atoms/cm3以上，优选为1.0×1019atoms/cm3以上，进一步优选为2.0×1019atoms/cm3以上，或者3.0×1020atoms/cm3以上的氧化物膜。此外，进行上述TDS分析时的膜的表面温度优选在100℃以上且700℃以下，或者100℃以上且400℃以下的范围内。
此外，如图8C所示，有时在绝缘体324中不与绝缘体354重叠并不与金属氧化物330b重叠的区域的厚度比其他区域的厚度薄。在绝缘体324中，不与绝缘体354重叠并不与金属氧化物330b重叠的区域优选具有足够使上述氧扩散的厚度。
与绝缘体314等同样，绝缘体322优选被用作抑制水或氢等杂质从衬底一侧混入晶体管300的阻挡绝缘膜。例如，绝缘体322的氢透过性优选比绝缘体324低。通过由绝缘体322、绝缘体354以及绝缘体374围绕绝缘体324、金属氧化物330以及绝缘体350等，可以抑制水或氢等杂质从外部进入晶体管300。
再者，绝缘体322优选具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)。例如，绝缘体322的氧透过性优选比绝缘体324低。通过使绝缘体322具有抑制氧或杂质的扩散的功能，可以减少金属氧化物330所具有的氧扩散到衬底一侧，所以是优选的。此外，可以抑制导电体305与绝缘体324及金属氧化物330所具有的氧起反应。
绝缘体322优选使用作为绝缘材料的包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。作为包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体，优选使用氧化铝及氧化铪。或者，优选使用包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)。当使用这种材料形成绝缘体322时，绝缘体322被用作抑制氧从金属氧化物330释放及氢等杂质从晶体管300的周围部进入金属氧化物330的层。
或者，例如也可以对上述绝缘体添加氧化铝、氧化铋、氧化锗、氧化铌、氧化硅、氧化钛、氧化钨、氧化钇、氧化锆。此外，也可以对上述绝缘体进行氮化处理。还可以在上述绝缘体上层叠氧化硅、氧氮化硅或氮化硅。
此外，作为绝缘体322，例如也可以以单层或叠层使用包含氧化铝、氧化铪、氧化钽、氧化锆、锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶(SrTiO3)或(Ba，Sr)TiO3(BST)等所谓的high-k材料的绝缘体。当进行晶体管的微型化及高集成化时，由于栅极绝缘体的薄膜化，有时发生泄漏电流等问题。通过作为被用作栅极绝缘体的绝缘体使用high-k材料，可以在保持物理厚度的同时降低晶体管工作时的栅极电位。
此外，绝缘体322及绝缘体324也可以具有两层以上的叠层结构。此时，不局限于由相同材料构成的叠层结构，也可以是由不同材料构成的叠层结构。例如，也可以在绝缘体322下设置有与绝缘体324同样的绝缘体。
金属氧化物330包括金属氧化物330a、金属氧化物330a上的金属氧化物330b及金属氧化物330b上的金属氧化物330c。当在金属氧化物330b下设置有金属氧化物330a时，可以抑制杂质从形成在金属氧化物330a下方的结构物扩散到金属氧化物330b。当在金属氧化物330b上设置有金属氧化物330c时，可以抑制杂质从形成在金属氧化物330c的上方的结构物扩散到金属氧化物330b。
此外，金属氧化物330优选具有各金属原子的原子个数比互不相同的多个氧化物层的叠层结构。具体而言，在用于金属氧化物330a的金属氧化物中，构成元素中的元素M的原子个数比优选大于用于金属氧化物330b的金属氧化物的构成元素中的元素M的原子个数比。此外，在用于金属氧化物330a的金属氧化物中，元素M与In的原子个数比优选大于用于金属氧化物330b的金属氧化物中的元素M与In的原子个数比。此外，在用于金属氧化物330b的金属氧化物中，In与元素M的原子个数比优选大于用于金属氧化物330a的金属氧化物中的In与元素M的原子个数比。此外，金属氧化物330c可以使用可用于金属氧化物330a或金属氧化物330b的金属氧化物。
金属氧化物330a、金属氧化物330b及金属氧化物330c优选具有结晶性，尤其是，优选使用CAAC-OS。CAAC-OS等的具有结晶性的氧化物具有杂质及缺陷(氧空位等)少的结晶性高且致密的结构。因此，可以抑制源电极或漏电极从金属氧化物330b抽出氧。因此，即使进行加热处理也可以减少从金属氧化物330b被抽出的氧。所以晶体管300对制造工序中的高温度(所谓热积存；thermal budget)也很稳定。
优选的是，使金属氧化物330a及金属氧化物330c的导带底的能量高于金属氧化物330b的导带底的能量。换言之，金属氧化物330a及金属氧化物330c的电子亲和势优选小于金属氧化物330b的电子亲和势。在此情况下，金属氧化物330c优选使用可以用于金属氧化物330a的金属氧化物。具体而言，在用于金属氧化物330c的金属氧化物中，构成元素中的元素M的原子个数比优选大于用于金属氧化物330b的金属氧化物的构成元素中的元素M的原子个数比。此外，在用于金属氧化物330c的金属氧化物中，元素M与In的原子个数比优选大于用于金属氧化物330b的金属氧化物中的元素M与In的原子个数比。此外，在用于金属氧化物330b的金属氧化物中，In与元素M的原子个数比优选大于用于金属氧化物330c的金属氧化物中的In与元素M的原子在个此数，比。在金属氧化物330a、金属氧化物330b及金属氧化物330c的接合部中，导带底的能级平缓地变化。换言之，也可以将上述情况表达为金属氧化物330a、金属氧化物330b及金属氧化物330c的接合部的导带底的能级连续地变化或者连续地接合。为此，优选降低形成在金属氧化物330a与金属氧化物330b的界面以及金属氧化物330b与金属氧化物330c的界面的混合层的缺陷态密度。
具体而言，通过使金属氧化物330a与金属氧化物330b以及金属氧化物330b与金属氧化物330c除了氧之外还包含共同元素(为主要成分)，可以形成缺陷态密度低的混合层。例如，在金属氧化物330b为In-Ga-Zn氧化物的情况下，作为金属氧化物330a及金属氧化物330c可以使用In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物及氧化镓等。此外，金属氧化物330c可以具有叠层结构。例如，可以使用In-Ga-Zn氧化物和该In-Ga-Zn氧化物上的Ga-Zn氧化物的叠层结构，或者，可以使用In-Ga-Zn氧化物和该In-Ga-Zn氧化物上的氧化镓的叠层结构。换言之，作为金属氧化物330c，也可以使用In-Ga-Zn氧化物和不包含In的氧化物的叠层结构。
具体而言，作为金属氧化物330a使用In：Ga：Zn＝1：3：4[原子个数比]或1：1：0.5[原子个数比]的金属氧化物，即可。此外，作为金属氧化物330b使用In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]或3：1：2[原子个数比]的金属氧化物，即可。此外，作为金属氧化物330c使用In：Ga：Zn＝1：3：4[原子个数比]、In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]、Ga：Zn＝2：1[原子个数比]或Ga：Zn＝2：5[原子个数比]的金属氧化物，即可。此外，作为金属氧化物330c具有叠层结构的情况下的具体例子，可以举出In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]和Ga：Zn＝2：1[原子个数比]的叠层结构、In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]和Ga：Zn＝2：5[原子个数比]的叠层结构、In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]和氧化镓的叠层结构等。
此时，载流子的主要路径为金属氧化物330b。通过使金属氧化物330a及金属氧化物330c具有上述结构，可以降低金属氧化物330a与金属氧化物330b的界面及金属氧化物330b与金属氧化物330c的界面的缺陷态密度。因此，界面散射对载流子传导的影响减少，从而晶体管300可以得到高通态电流及高频率特性。此外，在金属氧化物330c具有叠层结构时，被期待降低上述金属氧化物330b和金属氧化物330c之间的界面的缺陷态密度的效果及抑制金属氧化物330c所具有的构成元素扩散到绝缘体350一侧的效果。更具体而言，因为使金属氧化物330c具有叠层结构而使不包含In的氧化物位于叠层结构的上方，所以可以抑制会扩散到绝缘体350一侧的In。由于绝缘体350被用作栅极绝缘体，因此在In扩散在其中的情况下导致晶体管的特性不良。由此，通过使金属氧化物330c具有叠层结构，可以提供可靠性高的显示装置。
作为金属氧化物330优选使用被用作氧化物半导体的金属氧化物。例如，作为成为金属氧化物330的沟道形成区域的金属氧化物，优选使用其带隙为2eV以上，优选为2.5eV以上的金属氧化物。如此，通过使用带隙较宽的金属氧化物，可以减小晶体管的关态电流。通过采用这种晶体管，可以提供低功耗的显示装置。
在金属氧化物330b上设置被用作源电极及漏电极的导电体342(导电体342a及导电体342b)。作为导电体342，优选使用选自铝、铬、铜、银、金、铂、钽、镍、钛、钼、钨、铪、钒、铌、锰、镁、锆、铍、铟、钌、铱、锶和镧中的金属元素、以上述金属元素为成分的合金或者组合上述金属元素的合金等。例如，优选使用氮化钽、氮化钛、钨、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物等。此外，氮化钽、氮化钛、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物是不容易氧化的导电材料或者吸收氧也维持导电性的材料，所以是优选的。
通过以与金属氧化物330接触的方式形成上述导电体342，金属氧化物330中的导电体342附近的氧浓度有时降低。此外，在金属氧化物330中的导电体342附近有时形成包括包含在导电体342中的金属及金属氧化物330的成分的金属化合物层。在此情况下，金属氧化物330的导电体342附近的区域中的载流子密度增加，该区域的电阻降低。
在此，导电体342a与导电体342b之间的区域以与绝缘体380的口重叠的方式形成。因此，可以在导电体342a与导电体342b之间自准地配置导电体360。
绝缘体350被用作栅极绝缘体。绝缘体350优选与金属氧化物330c的顶面接触地配置。绝缘体350可以使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅、具有空孔的氧化硅。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。
与绝缘体324同样，优选降低绝缘体350中的水或氢等杂质的浓度。绝缘体350的厚度优选为1nm以上且20nm以下。
此外，也可以在绝缘体350与导电体360之间设置金属氧化物。该金属氧化物优选抑制从绝缘体350扩散到导电体360的氧。由此，可以抑制因绝缘体350中的氧所导致的导电体360的氧化。
此外，该金属氧化物有时被用作栅极绝缘体的一部分。因此，在将氧化硅或氧氮化硅等用于绝缘体350的情况下，作为该金属氧化物优选使用作为相对介电常数高的high-k材料的金属氧化物。通过使栅极绝缘体具有绝缘体350与该金属氧化物的叠层结构，可以形成具有热稳定性且相对介电常数高的晶体管300。因此，可以在保持栅极绝缘体的物理厚度的同时降低在晶体管工作时施加的栅极电位。此外，可以减少被用作栅极绝缘体的绝缘体的等效氧化物厚度(EOT：Equivalent Oxide Thickness)。
具体而言，可以使用包含选自铪、铝、镓、钇、锆、钨、钛、钽、镍、锗和镁等中的一种或两种以上的金属氧化物。特别是，优选使用作为包含铝及铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体的氧化铝、氧化铪或者包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。
虽然在图8中，导电体360具有两层结构，但是也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。
作为导电体360a优选使用上述具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2O、NO、NO2等)、铜原子等杂质的扩散的功能的导电体。此外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能的导电材料。
此外，当导电体360a具有抑制氧的扩散的功能时，可以抑制绝缘体350所包含的氧使导电体360b氧化而导致导电体360b的导电率的下降。作为具有抑制氧的扩散的功能的导电材料，例如，优选使用钽、氮化钽、钌或氧化钌等。
此外，作为导电体360b优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，由于导电体360还被用作布线，所以优选使用导电性高的导电体。例如，可以使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，导电体360b可以具有叠层结构，例如可以具有钛或氮化钛与上述导电材料的叠层结构。
此外，如图8A和图8C所示，在金属氧化物330b的不与导电体342重叠的区域，即金属氧化物330的沟道形成区域中，金属氧化物330的侧面被导电体360覆盖。由此，可以容易将被用作第一栅电极的导电体360的电场影响到金属氧化物330的侧面。由此，可以提高晶体管300的通态电流及频率特性。
绝缘体354与绝缘体314等同样地优选被用作抑制水或氢等杂质从绝缘体380一侧混入晶体管300的阻挡绝缘膜。例如，绝缘体354的氢透过性优选比绝缘体324低。再者，如图8B、图8C所示，绝缘体354优选与金属氧化物330c的侧面、导电体342a的顶面及侧面、导电体342b的顶面及侧面、金属氧化物330a的侧面、金属氧化物330b的侧面以及绝缘体324的顶面接触。通过采用这种结构，可以抑制绝缘体380所包含的氢从导电体342a、导电体342b、金属氧化物330a、金属氧化物330b及绝缘体324的顶面或侧面进入金属氧化物330。
再者，绝缘体354还具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)。例如，绝缘体354的氧透过性优选比绝缘体380或绝缘体324低。
绝缘体354优选通过溅射法形成。通过在包含氧的气氛下使用溅射法形成绝缘体354，可以对绝缘体324与绝缘体354接触的区域附近添加氧。由此，可以将氧从该区域通过绝缘体324供应到金属氧化物330中。在此，通过使绝缘体354具有抑制扩散到上方的氧的功能，可以防止氧从金属氧化物330扩散到绝缘体380。此外，通过使绝缘体322具有抑制扩散到下方的氧的功能，可以防止氧从金属氧化物330扩散到衬底一侧。如此，对金属氧化物330中的沟道形成区域供应氧。由此，可以减少金属氧化物330的氧空位并抑制晶体管的常开启化。
作为绝缘体354，例如可以形成包含铝及铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。注意，作为包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体，优选使用氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。
通过由对氢具有阻挡性的绝缘体354覆盖绝缘体324、绝缘体350以及金属氧化物330，绝缘体380由绝缘体354与绝缘体324、金属氧化物330以及绝缘体350分开。由此，可以抑制从晶体管300的外部进入氢等杂质，从而可以对晶体管300赋予良好的电特性及可靠性。
绝缘体380优选隔着绝缘体354设置在绝缘体324、金属氧化物330及导电体342上。例如，作为绝缘体380，优选具有氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅或具有空孔的氧化硅等。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。特别是，因为氧化硅、氧氮化硅、具有空孔的氧化硅等的材料容易形成包含通过加热脱离的氧的区域，所以是优选的。
优选绝缘体380中的水或氢等杂质的浓度得到降低。此外，绝缘体380的顶面也可以被平坦化。
绝缘体374优选与绝缘体314等同样地被用作抑制水或氢等杂质从上方混入到绝缘体380的阻挡绝缘膜。作为绝缘体374，例如可以使用能够用于绝缘体314、绝缘体354等的绝缘体。
此外，优选在绝缘体374上设置被用作层间膜的绝缘体381。与绝缘体324等同样，优选绝缘体381中的水或氢等杂质的浓度得到降低。
此外，在形成于绝缘体381、绝缘体374、绝缘体380及绝缘体354中的开口中配置导电体340a及导电体340b。导电体340a及导电体340b以中间夹着导电体360的方式设置。此外，导电体340a及导电体340b的顶面的高度与绝缘体381的顶面可以位于同一平面上。
此外，以与绝缘体381、绝缘体374、绝缘体380以及绝缘体354的开口的内壁接触的方式设置有绝缘体341a，以与其侧面接触的方式形成有导电体340a的第一导电体。导电体342a位于该开口的底部的至少一部分，导电体340a与导电体342a接触。同样，以与绝缘体381、绝缘体374、绝缘体380以及绝缘体354的开口的内壁接触的方式设置有绝缘体341b，以与其侧面接触的方式形成有导电体340b的第一导电体。导电体342b位于该开口的底部的至少一部分，导电体340b与导电体342b接触。
导电体340a及导电体340b优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，导电体340a及导电体340b也可以具有叠层结构。
当作为导电体340采用叠层结构时，作为与金属氧化物330a、金属氧化物330b、导电体342、绝缘体354、绝缘体380、绝缘体374及绝缘体381接触的导电体优选使用上述具有抑制水或氢等杂质的扩散的功能的导电体。例如，优选使用钽、氮化钽、钛、氮化钛、钌或氧化钌等。可以以单层或叠层使用具有抑制水或氢等杂质的扩散的功能的导电材料。通过使用该导电材料，可以防止添加到绝缘体380的氧被导电体340a及导电体340b吸收。此外，可以防止水或氢等杂质从绝缘体381的上方的层通过导电体340a及导电体340b混入金属氧化物330。
作为绝缘体341a及绝缘体341b，例如使用能够用于绝缘体354等的绝缘体，即可。因为绝缘体341a及绝缘体341b与绝缘体354接触地设置，所以可以抑制从绝缘体380等水或氢等杂质经过导电体340a及导电体340b混入金属氧化物330。此外，可以防止绝缘体380所包含的氧被导电体340a及导电体340b吸收。
虽然未图示，但是可以以与导电体340a的顶面及导电体340b的顶面接触的方式配置被用作布线的导电体。被用作布线的导电体优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，该导电体可以具有叠层结构，例如，可以具有钛或氮化钛与上述导电材料的叠层结构。此外，该导电体也可以以嵌入绝缘体的开口中的方式形成。
(实施方式3)
在本实施方式中，对可用于其他实施方式中已说明的OS晶体管的金属氧化物的CAC-OS(Cloud-Aligned Composite Oxide Semiconductor)及CAAC-OS(c-axis AlignedCrystalline Oxide Semiconductor)进行说明。
<金属氧化物的构成>
CAC-OS在材料的一部分中具有导电性的功能，在材料的另一部分中具有绝缘性的功能，作为材料的整个部分具有半导体的功能。此外，在将CAC-OS或CAC-metal oxide用于晶体管的活性层的情况下，导电性的功能是使被用作载流子的电子(或空穴)流过的功能，绝缘性的功能是不使被用作载流子的电子流过的功能。通过导电性的功能和绝缘性的功能的互补作用，可以使CAC-OS或CAC-metal oxide具有开关功能(开启/关闭的功能)。通过在CAC-OS或CAC-metal oxide中使各功能分离，可以最大限度地提高各功能。
另外，CAC-OS或CAC-metal oxide包括导电性区域及绝缘性区域。导电性区域具有上述导电性的功能，绝缘性区域具有上述绝缘性的功能。另外，在材料中，导电性区域与绝缘性区域有时以纳米粒子级分离。另外，导电性区域与绝缘性区域有时在材料中不均匀地分布。另外，导电性区域有时以周围模糊而云状连接的方式被观察。
此外，在CAC-OS或CAC-metal oxide中，导电性区域与绝缘性区域有时以0.5nm以上且10nm以下，优选为0.5nm以上且3nm以下的大小在材料中分布。
另外，CAC-OS或CAC-metal oxide由具有不同的带隙的成分而构成。例如，CAC-OS或CAC-metal oxide由具有起因于绝缘性区域的宽隙的成分和具有起因于导电性区域的窄隙的成分而构成。当该构成时，在使载流子流过的情况下，载流子主要在具有窄隙的成分中流过。另外，具有窄隙的成分与具有宽隙的成分互补作用，与具有窄隙的成分联动地载流子在具有宽隙的成分流过。由此，当将上述CAC-OS或CAC-metal oxide用于晶体管的形成沟道区域的情况下，在晶体管通态时可以得到高电流驱动力，即大通态电流及高场效应迁移率。
也就是说，CAC-OS或CAC-metal oxide也可以称为基质复合材料(matrixcomposite)或金属基质复合材料(metal matrix composite)。
<金属氧化物的结构>
氧化物半导体可以分为单晶氧化物半导体与其之外的非单晶氧化物半导体。作为非单晶氧化物半导体，可以举出CAAC-OS、多晶氧化物半导体、nc-OS(nanocrystallineoxide semiconductor)、a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor)及非晶氧化物半导体等。
另外，在关注到晶体结构的情况下，氧化物半导体有时属于与上述不同的分类。在此，参照图9A对氧化物半导体中的晶体结构的分类进行说明。图9A是对氧化物半导体，典型的是IGZO(包含In、Ga及Zn的金属氧化物)的晶体结构的分类进行说明的图。
如图9A所示，IGZO大致分为Amorphous(无定形)、Crystalline(结晶性)及Crystal(结晶)。另外，在Amorphous中包含completely amorphous。另外，在Crystalline中包含CAAC(c-axis aligned crystalline)、nc(nanocrystalline)及CAC(Cloud-AlignedComposite)。注意，在Crystalline的分类中不包含single crystal、poly crystal及completely amorphous。另外，在Crystal中包含single crystal及poly crystal。
图9A所示的粗框内的结构是Amorphous(无定形)与Crystal(结晶)间的中间态并属于新境界区域(New crystalline phase)的结构。该结构在Amorphous与Crystal间的境界区域。换言之，该结构与“Crystal(结晶)”或在能量性上不稳定的“Amorphous(无定形)”可以说是完全不同的结构。
另外，对膜或衬底中的晶体结构可以使用X射线衍射(XRD:X-Ray Diffraction)图像进行评价。在此，图9B及图9C示出石英玻璃及具有分类为Crystalline的晶体结构的IGZO(也称为Crystalline IGZO)的XRD谱。图9B示出石英玻璃的XRD谱，图9C示出结晶性IGZO的XRD谱。注意，图9C所示的结晶性IGZO的组成为In:Ga:Zn＝4:2:3[原子个数比]附近。另外，图9C所示的结晶性IGZO的膜厚为500nm。
如图9B中的箭头所示，石英玻璃的XRD谱中的峰的形状大致是左右对称。另一方面，如图9C中的箭头所示，结晶性IGZO的XRD谱中的峰的形状是左右不对称。XRD谱的峰的形状是左右不对称明示结晶的存在。换言之，除非XRD谱的峰的形状是左右不对称，才称为Amorphous。另外，在图9C中，在2θ＝31°或其附近表示结晶相(IGZO crystal phase)。XRD谱的峰的形状为左右不对称的缘故可以估计起因于该结晶相(微结晶)。
具体而言，在图9C所示的结晶性IGZO的XRD谱中，于2θ＝34°或其附近具有峰。另外，微晶于2θ＝31°或其附近具有峰。在使用X射线衍射图案对氧化物半导体膜进行评价的情况下，如图9C所示，比2θ＝34°或其附近的峰低角度一侧的光谱宽度大。从此可知，氧化物半导体膜包括于2θ＝31°或其附近具有峰的微晶。
另外，膜的晶体结构可以使用通过纳米束电子衍射法(NBED:Nano Beam ElectronDiffraction)观察的衍射图案而进行评价。图9D示出将衬底温度设定为室温而形成的IGZO膜的衍射图案。注意，通过使用In:Ga:Zn＝1:1:1[原子个数比]的氧化物靶材，利用溅射法形成图9D所示的IGZO膜。另外，在纳米束电子衍射法中，在将束径设定为1nm的情况下进行电子衍射。
如图9D所示，在以室温进行形成的IGZO膜的衍射图案中，观察到不是晕状的图案而是斑点状的图案。由此可以估计为以室温进行形成的IGZO膜处于不是晶体状态也不是非晶状态的中间态，由此不会判断为处于非晶状态。
CAAC-OS具有c轴取向性，多个纳米晶在a-b面方向上连接，其晶体结构具有畸变。注意，畸变是指在连接多个纳米晶的区域中的整齐晶格排列的区域与整齐其他晶格排列的区域之间晶格排列的方向变化的区域。
纳米晶虽然基本上是六角形，但不局限于正六角形而有时是非正六角形状。另外，在畸变中，有时包括五角形及七角形等晶格排列。注意，在CAAC-OS中，即使在畸变附近也确认不到明确的晶界(grain boundary)。也就是说可知，晶格排列的畸变抑制形成晶界。这是因为CAAC-OS通过具有如下特性可以容许畸变：a-b面方向上的氧原子的排列不细致，因为金属元素被取代而原子间的键长变化等。
注意，确认到的明确的晶界(grain boundary)的晶体结构被称为所谓的多晶(polycrystal)。晶界是复合中心，因此载流子被俘获而引起晶体管的通态电流的降低或场效应迁移率的降低的可能性高。由此，确认不到明确的晶界的CAAC-OS是对晶体管的半导体层具有优选的晶体结构的结晶性氧化物之一。注意，在构成CAAC-OS时，优选采用具有Zn的结构。例如，In-Zn氧化物及In-Ga-Zn氧化物可以比In氧化物抑制晶界的产生，所以是优选的。
另外，CAAC-OS倾向于具有层叠包含铟及氧的层(下面称为In层)与包含元素M、锌及氧的层(下面称为(M，Zn)层)的层状的晶体结构(也称为层状结构)。注意，铟与元素M可以互相调换，在(M，Zn)层中的元素M被铟取代时，可以表示为(In，M，Zn)层。另外，在In层中的铟被元素M取代时，可以表示为(In，M)层。
CAAC-OS是结晶性高的氧化物半导体。另一方面，由于在CAAC-OS中确认不到明确的晶界，因此不容易发生起因于晶界的电子迁移率的降低。此外，由于氧化物半导体的结晶性有时因杂质的混入及缺陷的生成等而降低，因此CAAC-OS也可以说是杂质及缺陷(氧空位等)少的氧化物半导体。由此，包括CAAC-OS的氧化物半导体的物理性质稳定。由此，包括CAAC-OS的氧化物半导体具有高耐热性及高可靠性。此外，CAAC-OS对制造工序中的高温度(所谓热积存；thermal budget)也很稳定。由此，通过在OS晶体管中使用CAAC-OS，可以扩大制造工序的自由度。
nc-OS在微小区域(例如，1nm以上且10nm以下的区域，尤其是1nm以上且3nm以下的区域)中的原子排列具有周期性。另外，nc-OS在不同的纳米晶间的结晶取向没有规则性。由此，在膜整体中没有取向性。所以根据分析方法，nc-OS有时与a-like OS及非晶氧化物半导体没有区别。
a-like OS是具有nc-OS与非晶氧化物半导体间的结构的氧化物半导体。a-likeOS包括空洞或低密度区域。也就是说，与nc-OS及CAAC-OS相比，a-like OS的结晶性低。
氧化物半导体采用多种结构，并且各有不同的特性。本发明的一个方式的氧化物半导体也可以包括非晶氧化物半导体、多晶氧化物半导体、a-like OS、nc-OS及CAAC-OS中的两种以上。
<具有氧化物半导体的晶体管>
接着，说明将上述氧化物半导体用于晶体管的情况。
通过将上述氧化物半导体用于晶体管，可以实现场效应迁移率高的晶体管。另外，可以实现可靠性高的晶体管。
另外，优选将载流子浓度低的氧化物半导体用于晶体管。在要降低氧化物半导体膜的载流子浓度的情况下，可以降低氧化物半导体膜中的杂质浓度以降低缺陷态密度。在本说明书等中，将杂质浓度低且缺陷态密度低的状态称为高纯度本征或实质上高纯度本征。
此外，高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体膜具有较低的缺陷态密度，因此有时具有较低的陷阱态密度。
此外，被氧化物半导体的陷阱能级俘获的电荷到消失需要较长的时间，有时像固定电荷那样动作。因此，在陷阱态密度高的氧化物半导体中形成有沟道形成区域的晶体管的电特性有时不稳定。
因此，为了使晶体管的电特性稳定，减少氧化物半导体中的杂质浓度是有效的。为了减少氧化物半导体中的杂质浓度，优选还减少附近膜中的杂质浓度。作为杂质有氢、氮、碱金属、碱土金属、铁、镍、硅等。
<杂质>
在此，说明氧化物半导体中的各杂质的影响。
在氧化物半导体包含第14族元素之一的硅或碳时，在氧化物半导体中形成缺陷能级。因此，将氧化物半导体中或氧化物半导体的界面附近的硅或碳的浓度(通过二次离子质谱分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)测得的浓度)设定为2×1018atoms/cm3以下，优选为2×1017atoms/cm3以下。
另外，当氧化物半导体包含碱金属或碱土金属时，有时形成缺陷能级而形成载流子。因此，使用包含碱金属或碱土金属的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。由此，优选减少氧化物半导体中的碱金属或碱土金属的浓度。具体而言，使通过SIMS测得的氧化物半导体中的碱金属或碱土金属的浓度为1×1018atoms/cm3以下，优选为2×1016atoms/cm3以下。
当氧化物半导体包含氮时，容易产生作为载流子的电子，使载流子浓度增高，而n型化。其结果是，在将包含氮的氧化物半导体用于半导体的晶体管容易具有常开启特性。因此，优选尽可能地减少该氧化物半导体中的氮，例如，利用SIMS测得的氧化物半导体中的氮浓度低于5×1019atoms/cm3，优选为5×1018atoms/cm3以下，更优选为1×1018atoms/cm3以下，进一步优选为5×1017atoms/cm3以下。
包含在氧化物半导体中的氢与键合于金属原子的氧起反应生成水，因此有时形成氧空位。当氢进入该氧空位时，有时产生作为载流子的电子。另外，有时由于氢的一部分与键合于金属原子的氧键合，产生作为载流子的电子。因此，使用包含氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。由此，优选尽可能减少氧化物半导体中的氢。具体而言，在氧化物半导体中，将利用SIMS测得的氢浓度设定为低于1×1020atoms/cm3，优选低于1×1019atoms/cm3，更优选低于5×1018atoms/cm3，进一步优选低于1×1018atoms/cm3。
通过将杂质被充分降低的氧化物半导体用于晶体管的沟道形成区域，可以使晶体管具有稳定的电特性。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
(实施方式4)
本实施方式示出安装有上述实施方式所示的半导体装置等的电子构件及电子设备的例子。
<电子设备>
接着，参照图10说明具备上述固态继电器的电子设备的例子。
图10的中央示出固态继电器700的立体图、安装有固态继电器700、电子构件710、多个电子构件720的功能模块730的立体图。注意，在图10中示出固态继电器700安装于功能模块730中的例子。作为一个例子，电子构件710优选为处理器。电子构件720也可以为存储器、存储器模块或集成电路等。作为一个例子，集成电路有图像处理电路、GPU(GraphicsProcessing Unit：图形处理器)、控制电路或驱动电路等。
作为一个例子，处理器可以使用固态继电器700控制存储器或存储器模块的电源门控。注意，作为存储器优选使用将OS晶体管用作选择开关的DOSRAM(Dynamic OxideSemiconductor Random Access Memory：氧化物半导体动态随机存取存储器)、NOSRAM(Nonvolatile Oxide Semiconductor RAM：氧化物半导体非易失性随机存取存储器)或快闪存储器等。
以下说明如上所述的功能模块730包括固态继电器700及处理器的例子。注意，固态继电器700的说明可以参照实施方式1所以省略详细说明。固态继电器700所包括的第一电路通过处理器被供应第一信号或第二信号。第一发光元件的开启或关闭被供应给第一电路的第一信号控制。第二发光元件的开启或关闭被供应给第一电路的第二信号控制。
通过第一受光元件转换为电压的第一数据经过第二晶体管供应给电容器。注意，第一受光元件通过第二晶体管被供应从第一发光元件发射的光。第一晶体管被电容器所储存的第一数据控制为导通。储存于电容器中的第一数据通过由第二受光元件转换为电压的第二数据使第三晶体管成为开启状态，由此被初始化。注意，对第二受光元件被供应从第二发光元件发射的光。第一晶体管在储存于电容器中的第一数据被初始化时被控制为非导通。因此，固态继电器700可以容易进行存储器或存储器模块的电源门控。
作为其他例子，虽然在图10中未图示，但是有时功能模块730所包括的电子构件包括发动机等。或者，功能模块730可以驱动发动机等。用来控制发动机的信号有时需要高功率(例如，10V以上或100V以上的电压且1A以上的电流)。作为一个例子，在处理器所输出的信号的电压宽度为3.3V时，可以在控制发动机的信号的布线与被供应电源电压的布线之间设置固态继电器700。因此，即使不使用用来控制发动机的驱动器IC，也可以通过处理器直接控制。注意，处理器或发动机的工作电压只是一个例子而已，对此没有限制。
此外，作为其他例子，固态继电器700、电子构件710或电子构件720也可以使用SiP(System in package：***封装)或MCM(Multi Chip Module：多芯片封装)被模块化或单芯片化。
在将固态继电器700安装于其他衬底上时，可以使用例如BGA(Ball Grid Array：球栅阵列)、PGA(Pin Grid Array：针栅阵列)、SPGA(Staggered Pin Grid Array：交错针栅阵列)、LGA(Land Grid Array：地栅阵列)、QFP(Quad Flat Package：四侧引脚扁平封装)、QFJ(Quad Flat J-leaded package：四侧J形引脚扁平封装)或QFN(Quad Flat Non-leadedpackage：四侧无引脚扁平封装)等安装方法。
接着，固态继电器700或功能模块730可以用于各种电子设备。
作为一个例子，机器人7100除了功能模块730以外还包括电池、麦克风模块、照相机模块、扬声器、显示器、各种传感器(照度传感器、红外线传感器、超声波传感器、加速度传感器、压电传感器、光传感器、陀螺仪传感器等)以及移动机构等。功能模块730包括处理器等，具有控制这些***设备的功能。功能模块730可以控制进行上述传感器群或机器人的工作控制的发动机的电源门控。因此，可以降低电池的功耗。
机器人7100可以通过使用麦克风及扬声器与使用者交流。因此，麦克风可以对声音及环境音等的音响信号进行检测以及内容分析。注意，内容分析优选使用AI。因此，分析声音时的运算量及功耗增大。注意，机器人7100在停止时通过麦克风的声音分析也停止。因此，优选的是，麦克风在声音分析中需要高功率，在麦克风的声音分析停止中进行电源门控。因此，优选使用安装于功能模块730的固态继电器。
照相机模块具有拍摄机器人7100的周围的图像的功能。另外，机器人7100具有使用移动机构移动的功能。机器人7100通过使用照相机模块拍摄周围的图像而使用AI分析该图像，可以进行使用者的辨别以及移动时的障碍物有无的判断等。因此，优选的是，照相机模块在图像分析中需要高功率，在照相机模块的图像分析停止中进行电源门控。因此，优选使用安装于功能模块730中的固态继电器。
飞行物7120包括螺旋桨控制模块、照相机模块及电池等，并具有自主飞行功能。功能模块730具有控制这些***设备的功能。飞行物7120可以通过使用照相机模块拍摄周围的图像，使用AI分析图像，判断是否有移动时的障碍物等。螺旋桨模块根据飞行物7120的移动方向、风向、风速等控制飞行物7120的状态。螺旋桨模块包括发动机。在该发动机的驱动中需要高功率，优选在该发动机停止时进行电源门控。因此，优选使用安装于功能模块730中的固态继电器。
扫地机器人7140包括驱动移动用轮胎的发动机、配置于顶面的显示器、配置于侧面的多个照相机、刷子、操作按钮、各种传感器等。扫地机器人7300可以自动行走，检测垃圾，可以从底面的吸入口吸引垃圾。
例如，功能模块730可以通过分析照相机所拍摄的图像，判断墙壁、家具或台阶等障碍物的有无。例如，使用照相机模块拍摄周围的图像，使用AI分析图像来判断是否有墙壁、家具或台阶等障碍物。此外，在通过图像分析检测出布线等可能会绕在刷子上的物体的情况下，可以停止刷子的旋转。
汽车7160包括引擎、轮胎、制动器、转向装置、照相机等。例如，功能模块730根据导航信息、速度、引擎的状态、排档的选择状态、制动器的使用频度等数据，进行使汽车7160的行驶状态最优化的控制。例如，照相机拍摄的图像数据储存至电子构件720。
固态继电器700及/或功能模块730可以安装在电视接收(TV)装置7200、智能手机7210、PC(个人计算机)7220、7230、游戏机7240、游戏机7260等中。
例如，设置在TV装置7200内的功能模块730可以用作图像引擎。例如，功能模块730可以进行噪声去除、分辨率的上变频(up-conversion)等图像处理。
智能手机7210是便携式信息终端的一个例子。智能手机7210包括麦克风、照相机、扬声器、各种传感器及显示部。功能模块730控制这些***设备。
PC7220、PC7230分别是笔记本型PC、桌上型PC的例子。键盘7232及显示器装置7233可以以无线或有线连接到PC7230。游戏机7240是便携式游戏机的例子。游戏机7260是固定式游戏机的例子。以无线或有线控制器7262连接到游戏机7260。可以对控制器7262安装固态继电器700及/或功能模块730。
本实施方式可以与其他实施方式等所记载的结构适当地组合而实施。
[符号说明]
11：端子、12：端子、13：端子、14：端子、15：端子、16：端子、100：固态继电器、101：电路、102：电路、104a：晶体管、104c：晶体管、110：点亮电路、110A：点亮电路、111：发光元件、111A：发光元件、112：发光元件、112A：发光元件、114：半导体层、120：检测电路、121：受光元件、121A：受光元件、121B：受光元件、122：受光元件、122A：受光元件、122B：受光元件、130：存储器、131：晶体管、132：晶体管、133：电容器、140：开关电路、140A：开关电路、141a：晶体管、141b：晶体管、141c：晶体管、144：二极管、210：衬底、212：半导体层、212a：n型区域、212b：p型区域、213a：发层、213b：发光层、214：半导体层、215：导电层、215a：半导体层、215b：半导体层、216a：导电层、216b：导电层、216c：导电层、216d：导电层、216e：导电层、216f：导电层、217a：导电层、217b：导电层、218：绝缘层、220：导电层、222：绝缘层、224：绝缘层、224a：绝缘层、226a：导电层、226b：导电层、228：绝缘层、230a：半导体层、230b：半导体层、232：导电层、232a：导电层、232b：导电层、232c：导电层、234：绝缘层、236a：导电层、236b：导电层、236c：导电层、238：绝缘层、240：导电层、240a：导电层、240b：导电层、242：有机传感器层、242a：有机传感器层、242b：有机传感器层、242d：缓冲层、242e：活性层、242f：缓冲层、244：导电层、244a：导电层、244b：导电层、246：绝缘层、248：绝缘层、250：衬底、252：半导体层、700：固态继电器、710：电子构件、720：电子构件、730：功能模块、7100：机器人、7120：飞行物、7140：扫地机器人、7160：汽车、7200：TV装置、7210：智能手机、7220：PC、7230：PC、7232：键盘、7233：显示器装置、7240：游戏机、7260：游戏机、7262：控制器、7300：扫地机器人

Claims (10)

1.一种固态继电器，包括：
第一电路；以及
第二电路，
其中，所述第一电路包括第一发光元件，
所述第二电路包括第一受光元件、存储器以及第一开关，
所述第一开关及所述第一发光元件使用第一半导体层形成，
所述第一半导体层包含镓，
所述第一发光元件的开启或关闭被供应给所述第一电路的第一信号控制，
通过所述第一信号从所述第一发光元件发射的光供应给所述第一受光元件，
所述第一受光元件将所述光转换为电压来生成第一数据，
在所述存储器中储存所述第一数据，
并且，所述第一开关的导通或非导通被所述第一数据控制。
2.一种固态继电器，包括：
第一电路；以及
第二电路，
其中，所述第一电路包括第一发光元件及第二发光元件，
所述第二电路包括第一受光元件、第二受光元件、存储器以及第一开关，
所述第一开关、所述第一发光元件以及所述第二发光元件使用第一半导体层形成，
所述第一半导体层包含镓，
所述第一发光元件的开启或关闭被供应给所述第一电路的第一信号控制，
所述第二发光元件的开启或关闭被供应给所述第一电路的第二信号控制，
通过所述第一信号从所述第一发光元件发射的光供应给所述第一受光元件，
所述第一受光元件通过将所述光转换为电压生成第一数据，
在所述存储器中储存所述第一数据，
所述第一开关被所述存储器所储存的所述第一数据控制为导通，
通过所述第二信号从所述第二发光元件发射的光供应给所述第二受光元件，
所述第二受光元件通过将所述光转换为电压生成第二数据，
储存于所述存储器中的所述第一数据被所述第二数据初始化，
并且，所述第一开关在储存于所述存储器中的所述第一数据被初始化时被控制为非导通。
3.根据权利要求2所述的固态继电器，
其中所述存储器包括第二开关、第三开关以及电容器，
所述第二开关及所述第三开关使用第二半导体层形成于所述第一开关的上方，
所述电容器形成于所述第二半导体层的上方，
所述存储器通过控制所述第二开关将所述第一数据储存于所述电容器中，
所述第三开关通过所述第二数据成为开启状态，
并且通过所述第三开关成为开启状态储存于所述电容器中的所述第一数据被初始化。
4.根据权利要求3所述的固态继电器，
其中所述第一半导体层包含氮，
并且所述第二半导体层包含氧。
5.根据权利要求3所述的固态继电器，
其中所述第一半导体层包含氮或氧，
并且所述第二半导体层包含铟、锌及氧。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的固态继电器，
其中所述第一受光元件的一部分在与所述第一发光元件重叠的位置上配置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的固态继电器，还包括：
荧光体，
其中所述荧光体配置于所述第一发光元件与所述第一受光元件之间，
并且所述荧光体将从所述第一发光元件发射的光的波长转换为比从所述第一发光元件发射的光的波长长的波长。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的固态继电器，
其中所述第一受光元件包括活性层，
并且所述活性层包含有机化合物。
9.一种固态继电器，包括：
第一电路；以及
第二电路，
其中，所述第一电路包括第一发光元件、第二发光元件、第一端子、第二端子以及第三端子，
所述第二电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一受光元件、第二受光元件、电容器、第四端子以及第五端子，
所述第一端子与所述第一发光元件的一个电极电连接，
所述第三端子与所述第二发光元件的一个电极电连接，
所述第二端子与所述第一发光元件的另一个电极及所述第二发光元件的另一个电极电连接，
所述第一晶体管的栅极与所述第二晶体管的源极和漏极中的一个、所述第三晶体管的源极和漏极中的一个及所述电容器的一个电极电连接，
所述第二晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第二晶体管的栅极及所述第一受光元件的一个电极电连接，
所述第三晶体管的栅极与所述第二受光元件的一个电极电连接，
所述第四端子与所述第一晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
所述第五端子与所述第一晶体管的源极和漏极中的另一个、所述第三晶体管的源极和漏极中的另一个、所述电容器的另一个电极、所述第一受光元件的另一个电极以及所述第二受光元件的另一个电极电连接，
从所述第一发光元件发射的光供应给所述第一受光元件，
从所述第二发光元件发射的光供应给所述第二受光元件，
并且，使所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的源极和漏极中的一个以及所述第三晶体管的源极和漏极中的一个电连接的布线在进行遮光以免从所述第一发光元件发射的光入射到所述第二受光元件的位置上设置且在进行遮光以免从所述第二发光元件发射的光入射到所述第一受光元件的位置上设置。
10.一种半导体装置，包括：
权利要求9所述的固态继电器；以及
处理器，
其中，所述第一电路通过所述处理器被供应第一信号或第二信号，
所述第一发光元件的开启或关闭被供应给所述第一电路的所述第一信号控制，
所述第二发光元件的开启或关闭被供应给所述第一电路的所述第二信号控制，
通过所述第一信号从所述第一发光元件发射的光供应给所述第一受光元件，
所述第一受光元件通过将所述光转换为电压来生成第一数据，
在所述电容器中通过所述第二晶体管储存所述第一数据，
所述第一晶体管被所述电容器所储存的所述第一数据控制为导通，
通过所述第二信号从所述第二发光元件发射的光供应给所述第二受光元件，
所述第二受光元件通过将所述光转换为电压生成第二数据，
储存于所述电容器中的所述第一数据在通过所述第二数据使所述第三晶体管成为开启状态时被初始化，
所述第一晶体管在所述电容器所储存的所述第一数据被初始化时被控制为非导通，
并且，以所述第五端子为基准供应的所述第四端子的电压宽度比通过所述处理器供应的所述第一信号的电压宽度大。
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