[发明专利]锐钛矿型铌氧氮化物及其制造方法、以及半导体结构体

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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

发明内容

发明要解决的问题

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，本发明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

本发明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。

发明效果

根据本发明，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

本发明的第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，本发明的第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技术领域中。

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技术领域中。

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。

本发明的第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。