锐钛矿型铌氧氮化物及其制造方法、以及半导体结构体技术

技术编号:17569393 阅读:54 留言:0更新日期:2018-03-28 17:49
本发明专利技术提供一种具有锐钛矿型晶体结构、由化学式NbON表示的锐钛矿型铌氧氮化物。并且,本发明专利技术还提供一种半导体结构体(100),其包含:至少一个主面由具有钙钛矿型晶体结构的钙钛矿型化合物形成的基板(110)、和在基板(110)的所述一个主面上生长的具有锐钛矿型晶体结构、由化学式NbON表示的铌氧氮化物(例如锐钛矿型铌氧氮化物膜(120))。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锐钛矿型铌氧氮化物及其制造方法、以及半导体结构体
本专利技术涉及锐钛矿型铌氧氮化物及其制造方法、以及包含锐钛矿型铌氧氮化物的半导体结构体。
技术介绍
通过对光学半导体照射光,该光学半导体产生电子-空穴对。光学半导体在空间上分离上述电子-空穴对,有望用于将光伏发电以电能的形式取出的太阳能电池、由水和太阳光直接制造氢的光催化剂、或光检测元件等用途。例如专利文献1中,作为能够有效利用长波长侧的光的光学半导体,公开了具有斜锆石型晶体结构并且由组成式NbON所表示的铌氧氮化物。根据专利文献1,具有斜锆石结构的铌氧氮化物能够吸收波长560nm以下的光。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特许第5165155号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题出于以更高效率利用太阳光等目的,要求比上述以往的光学半导体更能够吸收长波长侧的光的材料。因此,本专利技术的目的是提供更能够吸收长波长侧的光的、能够作为光学半导体起作用的新的材料。用于解决问题的手段本专利技术提供一种具有锐钛矿型晶体结构、由化学式NbON表示的锐钛矿型铌氧氮化物。专利技术效果根据本专利技术,能够提供比以往存在的铌氧氮化物更能够吸收长波长侧的光的、能够作为光学半导体起作用的新的材料。附图说明图1是示出锐钛矿型铌氧氮化物的晶体结构的3种结构的图。图2是示出通过基于第一原理计算的晶体结构优化得到的锐钛矿型铌氧氮化物的晶体结构的3种结构的图。图3A示出了斜锆石型铌氧氮化物的能带色散计算结果。图3B示出具有图2所示的锐钛矿型铌氧氮化物(1)的晶体结构的锐钛矿型铌氧氮化物的能带色散计算结果。图3C示出具有图2所示的锐钛矿型铌氧氮化物(2)的晶体结构的锐钛矿型铌氧氮化物的能带色散计算结果。图3D示出具有图2所示的锐钛矿型铌氧氮化物(3)的晶体结构的锐钛矿型铌氧氮化物的能带色散计算结果。图4示出实施方式中的半导体结构体的截面图。图5示出对于实施例1的铌氧氮化物膜,通过依据2θ-ω扫描法的X射线衍射测定得到的X射线衍射图案。图6是示出实施例1的铌氧氮化物膜的光吸收率的测定结果的图。图7示出对于实施例2的铌氧氮化物膜,通过依据2θ-ω扫描法的X射线衍射测定得到的X射线衍射图案。图8是示出实施例2的铌氧氮化物膜的光吸收率的测定结果的图。具体实施方式本专利技术的第1方案是一种具有锐钛矿型晶体结构、由化学式NbON表示的锐钛矿型铌氧氮化物。第1方案涉及的锐钛矿型铌氧氮化物具有锐钛矿型晶体结构,是以往不存在的新的材料。该锐钛矿型铌氧氮化物与以往作为铌氧氮化物存在的具有斜锆石型晶体结构的铌氧氮化物相比,更能够吸收长波长侧的光。此外,该锐钛矿型铌氧氮化物是具有优异的电子迁移率和电子扩散长度、以及优异的空穴迁移率和空穴扩散长度的材料,还具有由光激发产生的电子和空穴易于移动的优异特性。需要说明的是,铌氧氮化物的最稳定的晶体结构是斜锆石型。相对于此,本专利技术的第1方案涉及的锐钛矿型铌氧氮化物是亚稳晶体结构,由以往的通常的铌氧氮化物的制备方法无法得到。另外,作为铌氧氮化物的晶体结构,以往连锐钛矿型作为替代斜锆石型的晶体结构这一点都没有认识到。在第2方案中,例如第1方案涉及的锐钛矿型铌氧氮化物可以为半导体。第2方案涉及的锐钛矿型铌氧氮化物可以作为半导体用于各种
中。在第3方案中,例如第2方案涉及的锐钛矿型铌氧氮化物可以为光学半导体。第3方案涉及的锐钛矿型铌氧氮化物可以作为光学半导体用于各种
中。在第4方案中,例如第1~第3方案中的任一个方案涉及的锐钛矿型铌氧氮化物可以取向为(001)面。第4方案涉及的锐钛矿型铌氧氮化物在光吸收、以及电子和空穴的移动的容易度方面能够显示出更优异的性能。本专利技术的第5方案涉及的半导体结构体包含:至少一个主面由具有钙钛矿型晶体结构的钙钛矿型化合物形成的基板、和在上述基板的上述一个主面上生长的第1~第4方案中的任一个方案涉及的锐钛矿型铌氧氮化物。第5方案涉及的半导体结构体在基板上设置有第1~第4方案中的任一个方案涉及的锐钛矿型铌氧氮化物。因此,第5方案涉及的半导体结构体与设置有以往的铌氧氮化物的半导体结构体相比,更能够吸收长波长侧的光,此外还具有由光激发产生的电子和空穴易于移动的优异特性。在第6方案中,例如第5方案涉及的半导体结构体的上述基板可以为铝酸镧基板或铝钽酸镧锶基板。根据第6方案涉及的半导体结构体,在基板上生长的锐钛矿型铌氧氮化物在光吸收、以及电子和空穴的移动的容易度方面能够显示出更优异的性能。在第7方案中,例如第5或第6方案涉及的半导体结构体的上述锐钛矿型铌氧氮化物可以取向为(001)面。根据第7方案涉及的半导体结构体,在基板上生长的锐钛矿型铌氧氮化物在光吸收、以及电子和空穴的移动的容易度方面能够显示出更优异的性能。在第8方案中,例如第5~第7方案中的任一个方案涉及的半导体结构体中,上述基板上的上述钙钛矿型化合物可以取向为(001)面。根据第8方案涉及的半导体结构体,在基板上生长的锐钛矿型铌氧氮化物在光吸收、以及电子和空穴的移动的容易度方面能够显示出更优异的性能。本专利技术的第9方案涉及的锐钛矿型铌氧氮化物的制造方法是第1~第4方案中的任一个方案涉及的锐钛矿型铌氧氮化物的制造方法,在该制造方法中,准备至少一个主面由具有钙钛矿型晶体结构的钙钛矿型化合物形成的基板,在上述基板的上述一个主面上通过外延生长法使锐钛矿型铌氧氮化物生长。根据第9方案涉及的制造方法,能够制造第1~第4方案中的任一个方案涉及的锐钛矿型铌氧氮化物。在第10方案中,例如在第9方案涉及的制造方法中,上述外延生长法可以通过溅射法来实施。根据第10方案涉及的制造方法,能够容易地制造在光吸收、以及电子和空穴的移动的容易度方面显示出更优异的性能的锐钛矿型铌氧氮化物。在第11方案中,例如在第10方案涉及的制造方法中,可以使用由氧化铌形成的溅射靶,通过在氧和氮的混合气氛下的溅射,上述锐钛矿型铌氧氮化物进行成长。根据第11方案涉及的制造方法,能够容易地制造在光吸收、以及电子和空穴的移动的容易度方面显示出更优异的性能的锐钛矿型铌氧氮化物。以下,一边参照附图一边对本专利技术的实施方式进行详细说明。需要说明的是,以下实施方式为一例,本专利技术不限于以下的方式。(锐钛矿型铌氧氮化物)锐钛矿型铌氧氮化物(以下,记为“a-NbON”)的晶体结构示于图1。如图1所示,对于锐钛矿型铌氧氮化物的晶体结构,通过铌原子、氧原子和氮原子的配置,考虑到a-NbON(1)、a-NbON(2)、a-NbON(3)这3种结构。使用斜锆石型铌氧氮化物(以下,记为“b-NbON”)的晶体结构、以及图1所示的a-NbON(1)、a-NbON(2)和a-NbON(3)的晶体结构进行基于第一原理计算的晶体结构优化。此外,对于实施了晶体结构优化的b-NbON、a-NbON(1)、a-NbON(2)和a-NbON(3)实施第一原理能带计算。第一原理计算是基于密度泛函理论使用PAW(ProjectorAugmentedWave)法进行。在本计算中,表现出电子间的相互作用、即交换相关项的电子密度的记述中使用称为GGA-PBE的泛函数。由晶体结构优化得到的a-NbON(1)、a-NbON(2)和a-NbON(3)的晶体结构示于图2。另外,表1示出了关于由晶体结构优化得到的b-NbON、本文档来自技高网
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锐钛矿型铌氧氮化物及其制造方法、以及半导体结构体

【技术保护点】
一种锐钛矿型铌氧氮化物,其具有锐钛矿型晶体结构,由化学式NbON表示。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.23 JP 2015-1457021.一种锐钛矿型铌氧氮化物,其具有锐钛矿型晶体结构,由化学式NbON表示。2.根据权利要求1所述的锐钛矿型铌氧氮化物,其为半导体。3.根据权利要求2所述的锐钛矿型铌氧氮化物,其为光学半导体。4.根据权利要求1~3中任一项所述的锐钛矿型铌氧氮化物,其取向为(001)面。5.一种半导体结构体,包含:至少一个主面由具有钙钛矿型晶体结构的钙钛矿型化合物形成的基板、和在所述基板的所述一个主面上生长的权利要求1~4中任一项所述的锐钛矿型铌氧氮化物。6.根据权利要求5所述的半导体结构体,其中,所述基板为铝酸镧基板或铝钽酸镧锶基板。7.根据权利要求5或6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:菊地谅介中村透羽藤一仁长谷川哲也广濑靖
申请(专利权)人:松下电器产业株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

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