JP2025005832A - Substrate with deep ultraviolet light-transmitting transparent electrode and method for manufacturing substrate with deep ultraviolet light-transmitting transparent electrode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、深紫外光透過型透明電極付き基材及び深紫外光透過型透明電極付き基材の製造方法に関する。 The present invention relates to a substrate with a deep ultraviolet light-transmitting transparent electrode and a method for manufacturing a substrate with a deep ultraviolet light-transmitting transparent electrode.
タッチパネル、ディスプレイ等の表示デバイス、スマートウィンドウ等の調光デバイス、LED等の発光デバイス、太陽電池等の受光デバイス等には、透明導電性組成物を有する透明電極が用いられている。上記デバイスの普及に伴い、各用途に適した性質を有する透明導電性組成物の開発が求められている。例えば、紫外光デバイスの効率化のために、紫外光用の透明導電性組成物の開発が求められている。 Transparent electrodes having transparent conductive compositions are used in display devices such as touch panels and displays, light control devices such as smart windows, light emitting devices such as LEDs, light receiving devices such as solar cells, etc. As the above devices become more widespread, there is a demand for the development of transparent conductive compositions with properties suitable for each application. For example, there is a demand for the development of transparent conductive compositions for ultraviolet light to improve the efficiency of ultraviolet light devices.
非特許文献1には、有機金属気相成長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)法により、二酸化スズにタンタルがドープされた透明導電性組成物で構成された薄膜をr面サファイア基板上に形成することが開示されている。非特許文献1に開示された透明導電性組成物は、Sn元素に対するTa元素の割合が0~8原子%であり、Sn元素に対するTa元素の割合が0~8原子%であるときにキャリア密度が最大値3.0~4.0×1020cm-3であるとの結果が示されている。非特許文献1には、上記透明導電性組成物は、波長280~320nmの紫外線(UV-B)に対して高い透過性を示すと開示されている。
Non-Patent
非特許文献2には、分子線エピタキシー(Molecular Beam Epitaxy)法により、二酸化スズにアンチモン(Sb)がドープされた透明導電性組成物で構成された薄膜をr面サファイア基板上に形成することが開示されている。非特許文献2には、上記透明導電性組成物が波長300nm~400nmの紫外線に対して高い透過性を示すと開示されている。
Non-Patent
非特許文献3には、透明導電性組成物として(111)配向の酸化インジウムスズ(Indium Tin Oxide; ITO)を有する薄膜をMOCVD法によりc面サファイア基板上に形成することが開示されている。非特許文献3には、上記透明導電性組成物は、波長315~400nmの紫外線(UV-A)、波長280~315nmの紫外線(UV-B)における平均透過率がそれぞれ94%、74%であり、高い透過性を示すと開示されている。
Non-Patent
しかしながら、また、非特許文献1~非特許文献3に開示された透明導電性組成物は、波長280nm以下の深紫外線(UV-C)に対する透過性が低かった。深紫外線は、殺菌、浄水、空気浄化といった作用が期待されており、近年、深紫外光の発光デバイスの外部量子効率ηextの向上が求められている。これに伴い、深紫外光の光取出し効率ηleeを向上するために深紫外線に対する透過性の高い透明電極付き基材が求められている。
However, the transparent conductive compositions disclosed in
本発明は、上記事情に鑑みてなされた発明であり、深紫外線に対する透過性の高い、深紫外光透過型透明電極付き基材及び深紫外光透過型透明電極付き基材の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a substrate with a deep ultraviolet light-transmitting transparent electrode that has high transparency to deep ultraviolet light, and a method for manufacturing a substrate with a deep ultraviolet light-transmitting transparent electrode.
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。 The present invention provides the following means to solve the above problems.
[1]本発明の一態様に係る深紫外光透過型透明電極付き基材は、透明基材と、前記透明基材上に形成された透明酸化物層と、を備え、前記透明基材は、サファイア基材と、窒化アルミニウム基材と、窒化アルミニウム及び窒化ガリウムの混晶で構成された基材と、からなる群から選択されるいずれかの基材であり、前記透明酸化物層は、SnO2を主成分とし、Ta元素を含む金属酸化物からなり、前記金属酸化物のTa元素の量は、前記金属酸化物のSn元素及びTa元素の和に対して0.8原子%以上7.0原子%以下である。 [1] A substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode according to one aspect of the present invention includes a transparent substrate and a transparent oxide layer formed on the transparent substrate, the transparent substrate being any substrate selected from the group consisting of a sapphire substrate, an aluminum nitride substrate, and a substrate composed of a mixed crystal of aluminum nitride and gallium nitride, the transparent oxide layer being made of a metal oxide containing SnO2 as a main component and Ta element, and the amount of Ta element in the metal oxide is 0.8 atomic % or more and 7.0 atomic % or less with respect to the sum of Sn element and Ta element in the metal oxide.
[2]上記[1]の深紫外光透過型透明電極付き基材は、前記透明酸化物層において、前記金属酸化物は、Sn元素に対して1.0原子%以上5.0原子%以下のTa元素を含んでいてもよい。 [2] In the substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode of [1] above, in the transparent oxide layer, the metal oxide may contain 1.0 atomic % or more and 5.0 atomic % or less of Ta element relative to Sn element.
[3]上記[1]又は[2]の深紫外光透過型透明電極付き基材において、前記透明酸化物層のキャリア密度は、4.5×1020cm-3以上であってもよい。 [3] In the substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode according to the above [1] or [2], the transparent oxide layer may have a carrier density of 4.5×10 20 cm −3 or more.
[4]上記[1]~[3]の深紫外光透過型透明電極付き基材において、前記透明酸化物層は、前記金属酸化物のエピタキシャル層であってもよい。 [4] In the substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode described above in [1] to [3], the transparent oxide layer may be an epitaxial layer of the metal oxide.
[5]本発明の一態様に係る深紫外光透過型透明電極付き基材の製造方法は、透明基材としてサファイア基材と、窒化アルミニウム基材と、窒化アルミニウム及び窒化ガリウムの混晶で構成された基材と、からなる群から選択されるいずれかの基材を準備する準備工程と、Sn元素及びTa元素の量の和に対するTa元素の量が0.8原子%以上7.0原子%であるターゲットを前記透明基材に対向して配置し、物理気相成長法を行い、前記透明基材上に金属酸化物で構成された透明酸化物層を形成する、成膜工程と、を有する。 [5] A method for producing a substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode according to one embodiment of the present invention includes a preparation step of preparing a substrate selected from the group consisting of a sapphire substrate, an aluminum nitride substrate, and a substrate composed of a mixed crystal of aluminum nitride and gallium nitride as a transparent substrate, and a film formation step of placing a target in which the amount of Ta element relative to the sum of the amounts of Sn element and Ta element is 0.8 atomic % to 7.0 atomic % facing the transparent substrate, and performing physical vapor deposition to form a transparent oxide layer composed of a metal oxide on the transparent substrate.
[6]上記[5]の深紫外光透過型透明電極付き基材の製造方法において、前記ターゲットは、SnO2が主成分であり、前記Ta元素の量が0.8原子%以上7.0原子%以下であってもよい。 [6] In the method for producing a substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode according to the above [5], the target may be mainly composed of SnO2 , and the amount of the Ta element may be 0.8 atomic % or more and 7.0 atomic % or less.
[7]上記[5]又は[6]の深紫外光透過型透明電極付き基材の製造方法において、前記ターゲットは、前記Ta元素の量が1.0原子%以上5.0原子%以下であってもよい。 [7] In the method for manufacturing a substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode as described above in [5] or [6], the target may have an amount of Ta element of 1.0 atomic % or more and 5.0 atomic % or less.
[8]上記[5]~[7]のいずれかの深紫外光透過型透明電極付き基材の製造方法において、前記成膜工程は、パルスレーザ堆積法により行ってもよい。 [8] In any one of the above methods for producing a substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode [5] to [7], the film forming step may be performed by a pulsed laser deposition method.
本発明によれば、構成元素の少ない透明導電性組成物を備え、深紫外線に対する透過性の高い、深紫外光透過型透明電極及び深紫外光透過型透明電極の製造方法を提供することができる。 The present invention provides a deep ultraviolet light-transmitting transparent electrode and a method for manufacturing a deep ultraviolet light-transmitting transparent electrode that has a transparent conductive composition with a small amount of constituent elements and has high transparency to deep ultraviolet light.
以下、本発明の実施形態の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合がある。このため、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっている場合がある。 Below, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the drawings used in the following description may show enlarged characteristic parts for the sake of convenience in order to make the features of the present invention easier to understand. For this reason, the dimensional ratios of each component may differ from the actual ones.
[紫外光透過型透明電極付き基材]
図1は、本発明の一実施形態に係る深紫外光透過型透明電極付き基材の構成の一例を示す断面図である。図1に示される透明電極付き基材10は、透明基材1及び透明基材1上に形成された透明酸化物層2を備える光学積層体である。透明電極付き基材10は、透明基材1及び透明酸化物層2からなることが好ましい。
[Substrate with ultraviolet light-transmitting transparent electrode]
Fig. 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a deep ultraviolet light transmitting substrate with a transparent electrode according to one embodiment of the present invention. The substrate with a
(透明基材)
透明基材1は、透明電極付き基材10の土台となる基材である。透明基材1は、サファイア基材と、窒化アルミニウム基材と、窒化アルミニウム及び窒化ガリウムの混晶で構成された基材と、からなる群から選択されるいずれかの基材である。本実施形態に係る紫外光透過型透明電極付き基材がLEDとして活用される場合、透明基材1は、窒化アルミニウム基材、或いは、窒化アルミニウム及び窒化ガリウムの混晶を主成分として含み、透明酸化物層2は、素子の一部である透明基材1上に形成される。透明基材としては、a面、c面、r面、m面の何れのものを用いてもよい。透明基材1は、透明酸化物層2と接する基材であり、透明基材1のうち、透明酸化物層2と反対側の面に深紫外光に対する透過性の高い他の基材が設けられていてもよい。例えば、透明基材1が窒化アルミニウム基材である場合、当該窒化アルミニウム基材は、サファイア基材上に形成されていてもよい。例えば、窒化アルミニウム基材がa面サファイア基材又はc面サファイア基材上に形成されていてもよい。同様に、透明基材1がサファイア基材である場合、当該サファイア基材は、窒化アルミニウム基材上に形成されていてもよい。例えば、c面サファイア基材がc面窒化アルミニウム基材上に形成されていてもよい。
(Transparent substrate)
The
透明基材1がc面配向していることで、透明基材1上に物理気相成長した透明酸化物層2は、透明基材1の配向性を引き継ぎ、c面成長する。
Since the
透明基材1は、上記基材で構成されていることで、深紫外光に対して高い透過性を示す。透明基材1は、平坦形状の基板に限定されず、湾曲した形状を有する基板であってもよく、可撓性の高い所謂フレキシブル基板であってもよい。
The
透明基材1の厚みは、任意に設定できるが、例えば、40μm以上1000μm以下である。透明基材1は、ロールに巻き上げ及び巻出し可能な基材であることが好ましい。透明基材1がロールに巻き上げ及び巻出し可能な基材であると、透明基材1の厚みが上記範囲内であることで、透明電極付き基材10をロール・トゥ・ロール方式で製造することができ、高い生産性を実現できる。
The thickness of the
(透明酸化物層)
透明酸化物層2は、SnO2を主成分とし、Ta元素を含む金属酸化物からなり、金属酸化物のTa元素の量は、前記金属酸化物のSn元素及びTa元素の和に対して0.8原子%以上7.0原子%以下である。透明酸化物層2を構成する金属酸化物は、一般式(1)により表される。
Sn100-xTaxO2・・・(1)
(式中、xは、0.8≦x≦7.0を満たす。)
(Transparent oxide layer)
The
Sn 100-x Ta x O 2 ...(1)
(In the formula, x satisfies 0.8≦x≦7.0.)
上記金属酸化物において、Sn元素及びTa元素の和に対するTa元素は、1.0原子%以上5.0原子%以下であることが好ましく、1.5原子%以上4.0原子%以下であることがより好ましく、2.0原子%以上3.0原子%以下であることがさらに好ましい。すなわち、上記式(1)において、xは、0.8≦x≦7.0を満たし、1.0≦x≦5.0を満たすことが好ましく、1.5≦x≦4.0を満たすことがより好ましく、2.0≦x≦3.0を満たすことがさらに好ましい。 In the above metal oxide, the Ta element relative to the sum of the Sn element and the Ta element is preferably 1.0 atomic % or more and 5.0 atomic % or less, more preferably 1.5 atomic % or more and 4.0 atomic % or less, and even more preferably 2.0 atomic % or more and 3.0 atomic % or less. That is, in the above formula (1), x satisfies 0.8≦x≦7.0, preferably satisfies 1.0≦x≦5.0, more preferably satisfies 1.5≦x≦4.0, and even more preferably satisfies 2.0≦x≦3.0.
上記の通り、透明酸化物層2は、透明基材1の配向性を引き継いで形成される。透明酸化物層2は、上記金属酸化物のエピタキシャル層である。透明酸化物層2は、例えば、面直方向における方位が1種類であり、面内方向における方位が、基板を構成する結晶に応じて1種類~3種類となるように構成されている。
As described above, the
透明酸化物層2の抵抗率は、例えば、1.0×10-4Ω・cm以上5.0×10-4Ω・cm以下であり、4.0×10-4Ω・cm以下であることが好ましく、3.0×10-4Ω・cm以下であることがより好ましい。
The resistivity of the
透明酸化物層2のキャリア密度は、例えば、2.8×1020cm-3以上であり、4.5×1020cm-3以上であることが好ましく、5.1×1020cm-3以上であることがより好ましく、6.0×1020cm-3以上であることがさらに好ましい。本実施形態に係る透明電極付き基材10に備えられる透明酸化物層2は、後述する製造方法により製造されることで、ドーピングされたTa元素の量に対するキャリア密度の量が高く、ドーピングされたTa元素が不活性となることが抑制されている。そのため、透明酸化物層2は、高い電気導電性を示す。
The carrier density of the
透明酸化物層2の移動度は、例えば、15cm2V-1s-1以上であり、25cm2V-1s-1以上であることが好ましく、40cm2V-1s-1以上であることがより好ましく、60cm2V-1s-1以上であることがさらに好ましい。
The mobility of the
波長280nmの深紫外線の透明酸化物層2に対する透過率は、30%以上であり、35%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましく、60%以上であることが特に好ましい。
The transmittance of deep ultraviolet light with a wavelength of 280 nm through the
透明酸化物層2の厚みは、例えば、10nm以上1000nm以下であり、50nm以上300nm以下であることが好ましい。
The thickness of the
透明電極付き基材10の性能指数(Figure of Merit; FoM)は、式(2)で表される。式(2)中、ρは透明酸化物層2の抵抗率を表し、αは透明電極付き基材10の吸収係数を表す。抵抗率ρは、式(2-1)、吸収係数αは、式(2-2)で求められる。式(2-1)および(2-2)中、Rは透明酸化物層2の電気抵抗を表し、tは膜厚、wは幅、lは電極間隔、Tは光透過率を表す。
FoM=(ρ・α)-1・・・(2)
ρ=R×t×w/l・・・(2-1)
α=-(logeT)/t・・・(2-2)
The figure of merit (FoM) of the
FoM=(ρ・α) -1 ...(2)
ρ=R×t×w/l...(2-1)
α=-(log e T)/t...(2-2)
波長280nmの深紫外光に対する透明電極付き基材10のFoMは、例えば、0.05以上であり、0.1以上であることが好ましい。
The FoM of the
[深紫外光透過型透明電極付き基材の製造方法]
以下、上記実施形態に係る深紫外光透過型透明電極付き基材を製造する方法について説明する。本発明の一実施形態に係る透明電極付き基材の製造方法は、透明基材としてサファイア基材と、窒化アルミニウム基材と、窒化アルミニウム及び窒化ガリウムの混晶で構成された基材と、からなる群から選択されるいずれかの基材を準備する準備工程、並びに、Sn元素及びTa元素の量の和に対するTa元素の量が0.8原子%以上7.0原子%であるターゲットを透明基材に対向して配置し、物理気相成長法を行い、透明基材上に金属酸化物で構成された透明酸化物層を形成する、成膜工程を有する。
[Method for producing substrate with deep ultraviolet light transmitting transparent electrode]
Hereinafter, a method for manufacturing a substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode according to the above embodiment will be described. The method for manufacturing a substrate with a transparent electrode according to one embodiment of the present invention includes a preparation step of preparing any substrate selected from the group consisting of a sapphire substrate, an aluminum nitride substrate, and a substrate made of a mixed crystal of aluminum nitride and gallium nitride as a transparent substrate, and a film formation step of arranging a target in which the amount of Ta element relative to the sum of the amounts of Sn element and Ta element is 0.8 atomic % to 7.0 atomic % facing the transparent substrate, and performing physical vapor deposition to form a transparent oxide layer made of a metal oxide on the transparent substrate.
(準備工程)
先ず、c面サファイア基材又はc面窒化アルミニウム基材を準備する。c面サファイア基材又はc面窒化アルミニウム基材は、c面配向しており、Al2O3又はAlNで構成された基材を用いてもよい。また、c面又はa面配向したAl2O3基材上にAlNを成膜し、c面サファイア基材上にc面窒化アルミニウム基材を形成してもよい。同様に、c面配向したAlN基材上にAl2O3を成膜し、c面窒化アルミニウム基材上にc面サファイア基材を形成してもよい。
(Preparation process)
First, a c-plane sapphire substrate or a c-plane aluminum nitride substrate is prepared. The c-plane sapphire substrate or the c-plane aluminum nitride substrate may be a substrate made of Al 2 O 3 or AlN, which is c-plane oriented. Alternatively, an AlN film may be formed on an Al 2 O 3 substrate with a c-plane or a-plane orientation, and a c-plane aluminum nitride substrate may be formed on the c-plane sapphire substrate. Similarly, an Al 2 O 3 film may be formed on an AlN substrate with a c-plane orientation, and a c-plane sapphire substrate may be formed on the c-plane aluminum nitride substrate.
(成膜工程)
次いで、Sn元素及びTa元素の和に対して0.8原子%以上7.0原子%以下のTa元素を含むターゲットを透明基材に対向して配置し、物理気相成長(Physical Vapor Deposition; PVD)法を行い、前記透明基材上に金属酸 化物で構成された透明酸化物層を形成する。成膜工程は、例えば、スパッタリング法、パルスレーザ堆積(Pulse Laser Deposition)法、真空蒸着法といった物理気相成長法により行うことができ、パルスレーザ堆積法により行うことが好ましい。
(Film forming process)
Next, a target containing Ta element of 0.8 atomic % or more and 7.0 atomic % or less with respect to the sum of Sn element and Ta element is placed facing the transparent substrate, and a physical vapor deposition (PVD) method is performed to form a transparent oxide layer composed of a metal oxide on the transparent substrate. The film formation process can be performed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method, a pulse laser deposition method, or a vacuum evaporation method, and is preferably performed by a pulse laser deposition method.
図2は、本発明の一実施形態に係る深紫外光透過型透明電極付き基材の製造方法を説明する図であって、PLD法により成膜工程を行う様子を示す図である。PLD法は、例えば、パルスレーザ堆積装置(PLD装置)50を用いて行う。パルスレーザ堆積装置50は、例えば、真空チャンバ40の内部に、試料設置台20及びターゲット設置台21を備える。
Figure 2 is a diagram for explaining a method for manufacturing a substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode according to one embodiment of the present invention, and shows how a film formation process is performed by the PLD method. The PLD method is performed, for example, by using a pulsed laser deposition apparatus (PLD apparatus) 50. The pulsed
試料設置台20には、透明基材1が設置される。透明基材1は、透明酸化物層が積層される面が後述するターゲットTと対向するように配置される。ターゲット設置台21には、ターゲットTが設置される。ターゲットTは、Sn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量が0.8原子%以上7.0原子%以下となるように秤量された基材である。ターゲットにおけるSn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量は、1.0原子%以上5.0原子%以下であることが好ましく、1.5原子%以上4.0原子%以下であることがより好ましく、2.0原子%以上3.0原子%以下であることがさらに好ましい。ターゲットは、例えば、SnO2にTa元素が所定の量ドーピングされた基材である。
A
パルスレーザ堆積装置50は、例えば、真空チャンバ40内を減圧する排気装置31及び真空チャンバ40内にガスを供給する供給装置32と接続されている。排気装置31は、例えば、真空ポンプである。PLD法では、例えば、排気装置31により真空チャンバ40内が真空引きされる。次いで、真空チャンバ40内が所定の雰囲気となるように、供給装置32から所定のガスが供給され、排気装置31により真空チャンバ40内が所定の気圧となるように調整される。真空チャンバ40内は、例えば、酸素ラジカル供給下、或いは、オゾンやN2O等の酸化性ガス供給下となるように調整される。真空チャンバ40の内部は、例えば、酸素分圧が0.1mTorr~1Torrとなるように調整され、成膜レートの観点から1mTorr~50mTorrとなるように調整されていることが好ましい。
The pulsed
パルスレーザ堆積装置50では、不図示の集光レンズにより集光されたパルスレーザLがターゲットT表面に照射される。これにより、ターゲットTの構成粒子を叩き出し、若しくは蒸発させてプルームを発生させる。プルームに含まれるターゲットTの構成粒子が透明基材1に堆積することで、透明基材1表面に透明酸化物層2が形成される。
In the pulsed
成膜工程は、例えば、透明基材1を加熱しながら行う。透明基材1の加熱温度は、例えば200℃以上900℃以下であり、300℃以上700℃以下であることが好ましく、450℃以上650℃以下であることがより好ましい。透明基材1の加熱は、不図示の赤外線レーザ(IRレーザ)により加熱していてもよく、抵抗加熱等により加熱していてもよい。
The film formation process is performed, for example, while heating the
ターゲットTは、ペレット状であってもよく、粉体であってもよい。 The target T may be in the form of a pellet or a powder.
図1では、ターゲットTが一つだけ設けられる例を示したが、ターゲットTは、複数個設けられていてもよい。ターゲットTが複数個設けられる場合、複数個のターゲットにおけるSn元素及びTa元素の量に対するTa元素の量が0.8原子%以上7.0原子%以下となるように調整されていてればよく、1.0原子%以上5.0原子%以下となるように調整されていることが好ましく、1.5原子%以上4.0原子%以下となるように調整されていることがより好ましく、2.0原子%以上3.0原子%以下となるように調整されていることがさらに好ましい。 In FIG. 1, an example in which only one target T is provided is shown, but multiple targets T may be provided. When multiple targets T are provided, the amount of Ta element relative to the amount of Sn element and Ta element in the multiple targets may be adjusted to be 0.8 atomic % or more and 7.0 atomic % or less, preferably adjusted to be 1.0 atomic % or more and 5.0 atomic % or less, more preferably adjusted to be 1.5 atomic % or more and 4.0 atomic % or less, and even more preferably adjusted to be 2.0 atomic % or more and 3.0 atomic % or less.
上記実施形態によれば、構成元素の少ない透明導電性組成物を備える透明酸化物層2が形成される。上記実施形態に係る透明導電性組成物は、母材であるSnO2に対し、Taを高濃度にドーピングすることでキャリア電子が導入され、キャリア電子濃度の増大に伴うBurstein-Mossシフトにより、深紫外線に対する透過性が向上する。上記実施形態に係る透明導電性組成物は、キャリア電子濃度が高くなるように形成されているため、際立って大きなBurstein-Mossシフトが実現され、深紫外光に対する透過性が高い。
According to the above embodiment, a
図3(a)は、SnO2のバンド構造を模式的に示す図であり、図3(b)は、本実施形態に係る透明導電性組成物のバンド構造を模式的に示す図である。図3(a)及び図3(b)を用いてBurstein-Mossシフトについて説明する。図3(a)に示される通り、SnO2は、価電子帯VB及び伝導帯CB間の禁制帯のエネルギーギャップがEgである。一方で、図3(b)に示される通り、SnO2にTaがドーピングされてキャリア密度が高くなると、キャリア電子が伝導帯底部を占有することにより見かけのバンドギャップ(光学ギャップ)が大きくなる。 FIG. 3(a) is a diagram showing a band structure of SnO 2 , and FIG. 3(b) is a diagram showing a band structure of the transparent conductive composition according to this embodiment. The Burstein-Moss shift will be described with reference to FIG. 3(a) and FIG. 3(b). As shown in FIG. 3(a), SnO 2 has an energy gap of E g in the forbidden band between the valence band VB and the conduction band CB. On the other hand, as shown in FIG. 3(b), when Ta is doped into SnO 2 to increase the carrier density, carrier electrons occupy the bottom of the conduction band, and the apparent band gap (optical gap) becomes large.
上記実施形態に係る深紫外光透過型透明電極付き基材は、表示デバイス、調光デバイス及び発光デバイスに好適なものである。具体的には、紫外光を発光するLED、特にUV-A,UV-BだけでなくUV-C(深紫外光)を発光するLEDに適した深紫外光用の透明電極付き基材として活用できる。 The deep ultraviolet light-transmitting substrate with transparent electrodes according to the above embodiment is suitable for display devices, dimming devices, and light-emitting devices. Specifically, it can be used as a substrate with transparent electrodes for deep ultraviolet light suitable for LEDs that emit ultraviolet light, particularly LEDs that emit not only UV-A and UV-B but also UV-C (deep ultraviolet light).
以下、本発明の実施例を説明する。本発明は、以下の実施例のみに限定されるものではない。 The following describes examples of the present invention. The present invention is not limited to the following examples.
[実施例1]
先ず、準備工程として透明基材であるc面窒化アルミニウム基材を有機溶剤で洗浄することにより準備した。準備したc面窒化アルミニウム基材は、平坦形状であり、その厚みは0.5mm程度である。
[Example 1]
First, in a preparation step, a c-plane aluminum nitride substrate, which is a transparent substrate, was prepared by cleaning with an organic solvent. The prepared c-plane aluminum nitride substrate had a flat shape and a thickness of about 0.5 mm.
次いで、成膜工程として、PLD法によりc面窒化アルミニウム基材上に透明酸化物層を形成した。ターゲットは、以下の手順によりSn元素及びTa元素の和に対して1原子%のTa元素を含むターゲットのペレットを用意した。 Next, in the film formation process, a transparent oxide layer was formed on the c-plane aluminum nitride substrate by the PLD method. The target was prepared by the following procedure: a pellet containing 1 atomic % Ta element relative to the sum of Sn element and Ta element.
Sn元素及びTa元素の和に対して1原子%のTa元素を含むように、Ta2O5とSnO2の粉末を秤量して混合し、成形した後大気中で加熱焼成してターゲットを作製した。 Powders of Ta 2 O 5 and SnO 2 were weighed and mixed so that the Ta content was 1 atomic % relative to the sum of the Sn and Ta elements, and the mixture was molded and then heated and sintered in the air to prepare a target.
このターゲットをPLD装置の真空チャンバ内のターゲット設置台に設置した。また、該ターゲットと対向するようにc面サファイア基材を試料設置台に設置した。試料設置台は、設置された基材を赤外線レーザにより加熱できるように構成されている。 This target was placed on a target mounting stage in the vacuum chamber of the PLD device. A c-plane sapphire substrate was placed on the sample mounting stage so that it faced the target. The sample mounting stage was configured so that the substrate placed on it could be heated by an infrared laser.
上記PLD装置を用い、真空チャンバ内が酸素ラジカル供給下となるように調整し、酸素分圧が5mTorrとなるように調整した。赤外線レーザにより、透明基材の温度が500℃となるように加熱し、レーザ導入口からターゲット表面にKrFエキシマーレーザ(パルス幅約20ns)を照射することにより、透明基材上に透明酸化物層を形成し、深紫外光透過型透明電極付き基材を作製した。 Using the above PLD device, the inside of the vacuum chamber was adjusted so that oxygen radicals were being supplied, and the oxygen partial pressure was adjusted to 5 mTorr. The transparent substrate was heated to 500°C using an infrared laser, and a KrF excimer laser (pulse width approximately 20 ns) was irradiated onto the target surface from the laser inlet to form a transparent oxide layer on the transparent substrate, producing a substrate with a deep ultraviolet light-transmitting transparent electrode.
以下、上記手順で作製した、Sn元素及びTa元素の和に対して1原子%のTa元素を含む透明導電性組成物を形成した深紫外光透過型透明電極付き基材を実施例1-1とも称する。 Hereinafter, the substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode formed with a transparent conductive composition containing 1 atomic % of Ta element relative to the sum of Sn element and Ta element, produced by the above procedure, will also be referred to as Example 1-1.
(実施例1-2)
Sn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量が1.5原子%のターゲットを用いた点を除き、実施例1-1と同様の方法で深紫外光透過型透明電極付き基材を作製した。
(Example 1-2)
A substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode was produced in the same manner as in Example 1-1, except that a target in which the amount of Ta element relative to the sum of Sn element and Ta element was 1.5 atomic % was used.
(実施例1-3)
Sn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量が2原子%のターゲットを用いた点を除き、実施例1-1と同様の方法で深紫外光透過型透明電極付き基材を作製した。
(Examples 1 to 3)
A substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode was produced in the same manner as in Example 1-1, except that a target in which the amount of Ta element relative to the sum of Sn element and Ta element was 2 atomic % was used.
(実施例1-4)
Sn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量が3原子%のターゲットを用いた点を除き、実施例1-1と同様の方法で深紫外光透過型透明電極付き基材を作製した。
(Examples 1 to 4)
A substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode was produced in the same manner as in Example 1-1, except that a target in which the amount of Ta element relative to the sum of Sn element and Ta element was 3 atomic % was used.
(実施例1-5)
Sn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量が5原子%のターゲットを用いた点を除き、実施例1-1と同様の方法で深紫外光透過型透明電極付き基材を作製した。
(Examples 1 to 5)
A substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode was produced in the same manner as in Example 1-1, except that a target in which the amount of Ta element relative to the sum of Sn element and Ta element was 5 atomic % was used.
(比較例1)
Sn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量が0.3原子%のターゲットを用いた点を除き、実施例1-1と同様の方法で電極付き基材を作製した。
(Comparative Example 1)
A substrate with an electrode was produced in the same manner as in Example 1-1, except that a target in which the amount of Ta element relative to the sum of Sn element and Ta element was 0.3 atomic % was used.
(比較例2)
Sn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量が0.6原子%のターゲットを用いた点を除き、実施例1-1と同様の方法で電極付き基材を作製した。
(Comparative Example 2)
A substrate with an electrode was produced in the same manner as in Example 1-1, except that a target in which the amount of Ta element relative to the sum of Sn element and Ta element was 0.6 atomic % was used.
(比較例3)
Sn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量が10原子%のターゲットを用いた点を除き、実施例1-1と同様の方法で電極付き基材を作製した。
(Comparative Example 3)
A substrate with an electrode was produced in the same manner as in Example 1-1, except that a target in which the amount of Ta element relative to the sum of Sn element and Ta element was 10 atomic % was used.
[構成相の分析]
実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材及び比較例1~比較例3の電極付き基材に対して、X線回折法(X-Ray Diffraction;XRD)を行うことにより、構成相を分析した。X線回折法による構成相の分析は、以下の条件で行った。
・X線源:Cu Kα線(出力:40kV、電流:40mA)
・走査範囲:2θ=20°~90°
・ステップ時間:0.2s/step
・スキャンスピード:6°/min
・ステップ幅:0.02°
・検出器:半導体アレイ検出器
[Analysis of constituent phases]
The constituent phases were analyzed by X-ray diffraction (XRD) for the substrates with deep ultraviolet light transmitting transparent electrodes of Examples 1-1 to 1-5 and the substrates with electrodes of Comparative Examples 1 to 3. The analysis of the constituent phases by X-ray diffraction was performed under the following conditions.
・X-ray source: Cu Kα ray (output: 40kV, current: 40mA)
Scanning range: 2θ = 20° to 90°
Step time: 0.2 s/step
Scan speed: 6°/min
Step width: 0.02°
・Detector: Semiconductor array detector
図4は、実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材及び比較例1~比較例3の電極付き基材のX線回折パターンである。図4において、記号*が示されている箇所は、基材の構成相に基づくピークである。 Figure 4 shows the X-ray diffraction patterns of the substrates with deep ultraviolet light transmitting transparent electrodes of Examples 1-1 to 1-5 and the substrates with electrodes of Comparative Examples 1 to 3. In Figure 4, the locations marked with the symbol * are peaks based on the constituent phases of the substrate.
いずれの試料においても、基材の構成相に基づくピークの他に確認されるピークは、SnO2(200)のピーク及びSnO2(400)のピークであり、基材上にSnO2を母材とする層がエピタキシャル成長していることが確認された。 In all samples, in addition to the peaks due to the constituent phases of the substrate, the peaks identified were the SnO 2 (200) peak and the SnO 2 (400) peak, confirming that a layer based on SnO 2 was epitaxially grown on the substrate.
[抵抗率・キャリア密度・移動度の測定]
実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材及び比較例1~比較例3の電極付き基材の抵抗率・キャリア密度・移動度を以下の手順で測定した。
[Measurement of resistivity, carrier density, and mobility]
The resistivity, carrier density, and mobility of the deep ultraviolet light transmitting transparent electrode-attached substrates of Examples 1-1 to 1-5 and the electrode-attached substrates of Comparative Examples 1 to 3 were measured by the following procedures.
(抵抗率)
抵抗率の測定は、実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材及び比較例1~比較例3の電極付き基材に対し、4端子法で電気抵抗を測定することにより行った。図5(a)は、実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材及び比較例1~比較例3の電極付き基材の抵抗率を示すグラフである。
(Resistivity)
The resistivity was measured by measuring the electrical resistance by a four-terminal method for the substrates with deep ultraviolet light transmitting transparent electrodes of Examples 1-1 to 1-5 and the substrates with electrodes of Comparative Examples 1 to 3. Fig. 5(a) is a graph showing the resistivity of the substrates with deep ultraviolet light transmitting transparent electrodes of Examples 1-1 to 1-5 and the substrates with electrodes of Comparative Examples 1 to 3.
図5(a)において横軸は、Sn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量(原子%)を表し、縦軸は、抵抗率(Ω・cm)を表す。図5(a)には、Sn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量(原子%)の低いものから順に、比較例1、比較例2、実施例1-1、実施例1-2、実施例1-3、実施例1-4、実施例1-5及び比較例3の結果がプロットされている。図5(a)に示される結果より、実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材は、室温において0.0004(Ω・cm)以下の優れた導電性を示し、実施例1-1~実施例1-4は、0.0003(Ω・cm)以下の特に優れた導電性を示すことが確認された。 In FIG. 5(a), the horizontal axis represents the amount (atomic %) of Ta relative to the sum of Sn and Ta, and the vertical axis represents resistivity (Ω·cm). In FIG. 5(a), the results of Comparative Example 1, Comparative Example 2, Example 1-1, Example 1-2, Example 1-3, Example 1-4, Example 1-5, and Comparative Example 3 are plotted in order of the amount (atomic %) of Ta relative to the sum of Sn and Ta. From the results shown in FIG. 5(a), it was confirmed that the deep ultraviolet light transmitting transparent electrode-attached substrates of Examples 1-1 to 1-5 exhibited excellent conductivity of 0.0004 (Ω·cm) or less at room temperature, and Examples 1-1 to 1-4 exhibited particularly excellent conductivity of 0.0003 (Ω·cm) or less.
また、上記抵抗率を透明酸化物層の厚みで除することにより、透明酸化物層のシート抵抗を算出した。透明酸化物層の厚みは、触針式段差計を用いて測定した。 The sheet resistance of the transparent oxide layer was calculated by dividing the resistivity by the thickness of the transparent oxide layer. The thickness of the transparent oxide layer was measured using a stylus step gauge.
(キャリア密度)
キャリア密度の測定は、実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材及び比較例1~比較例3の電極付き基材に対し、ホール効果測定および4端子電気抵抗測定することにより行った。図5(b)は、実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材及び比較例1~比較例3の電極付き基材のキャリア密度を示すグラフである。
(Carrier Density)
The carrier density was measured by performing Hall effect measurement and four-terminal electrical resistance measurement on the substrates with deep ultraviolet light transmitting transparent electrodes of Examples 1-1 to 1-5 and the substrates with electrodes of Comparative Examples 1 to 3. Fig. 5(b) is a graph showing the carrier density of the substrates with deep ultraviolet light transmitting transparent electrodes of Examples 1-1 to 1-5 and the substrates with electrodes of Comparative Examples 1 to 3.
図5(b)における横軸は、図5(a)における横軸同様であり、図5(b)における縦軸は、キャリア密度(cm-3)を表す。図5(b)には、ドーピングしたTa原子1つにつき電子が1つ放出された場合の理想的な直線が破線で示されている。破線は、SnO2結晶の格子体積およびTaドープ量から計算したTa原子の数密度に基づいている。図5(b)に示される通り、実施例1-1、実施例1-2及び実施例1-3は、破線上に載っており、理想的なキャリア密度となっていることが確認された。特に、実施例1-2~実施例1-5は、4.0×1020(cm-3)以上のキャリア密度を示し、実施例1-3~実施例1-5は、5.0×1020(cm-3)以上のキャリア密度を示した。実施例1-4、実施例1-5及び比較例3は、キャリア密度が破線の値を下回っており、キャリア密度は、6.5×1020(cm-3)程度で飽和すると考えられる。尚、実施例1-1,実施例1-2,実施例1-3,実施例1-4,実施例1-5のキャリア密度(×1020cm-3)は、それぞれ、2.9,4.2,5.1,6.1,6.2であった。また、比較例1,比較例2,比較例3のキャリア密度(×1020cm-3)は、1.0、1.7,4.0であった。 The horizontal axis in FIG. 5(b) is the same as the horizontal axis in FIG. 5(a), and the vertical axis in FIG. 5(b) represents carrier density (cm −3 ). In FIG. 5(b), an ideal straight line in the case where one electron is emitted per doped Ta atom is shown by a dashed line. The dashed line is based on the number density of Ta atoms calculated from the lattice volume of the SnO 2 crystal and the Ta doping amount. As shown in FIG. 5(b), it was confirmed that Example 1-1, Example 1-2, and Example 1-3 are on the dashed line and have ideal carrier density. In particular, Example 1-2 to Example 1-5 showed a carrier density of 4.0×10 20 (cm −3 ) or more, and Example 1-3 to Example 1-5 showed a carrier density of 5.0×10 20 (cm −3 ) or more. In Examples 1-4, 1-5, and Comparative Example 3, the carrier density is below the value of the dashed line, and it is considered that the carrier density is saturated at about 6.5×10 20 (cm -3 ). The carrier densities (×10 20 cm -3 ) of Examples 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, and 1-5 were 2.9, 4.2, 5.1, 6.1, and 6.2, respectively. The carrier densities (×10 20 cm -3 ) of Comparative Examples 1, 2, and 3 were 1.0, 1.7, and 4.0.
(移動度)
移動度の測定は、実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材及び比較例1~比較例3の電極付き基材に対し、ホール効果測定および4端子電気抵抗測定することにより行った。図5(c)は、実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材及び比較例1~比較例3の電極付き基材の電子移動度を示すグラフである。図5(c)における縦軸は、移動度(cm2V-1s-1)を表す。図5(c)に示される通り、実施例1-1~実施例1-5は、20(cm2V-1s-1)以上の移動度を示し、実施例1-1~実施例1-4は、40(cm2V-1s-1)以上の移動度を示し、実施例1-3は50(cm2V-1s-1)以上の移動度を示した。
(Mobility)
The mobility was measured by Hall effect measurement and four-terminal electrical resistance measurement for the deep ultraviolet light transmitting transparent electrode-attached substrates of Examples 1-1 to 1-5 and the electrode-attached substrates of Comparative Examples 1 to 3. FIG. 5(c) is a graph showing the electron mobility of the deep ultraviolet light transmitting transparent electrode-attached substrates of Examples 1-1 to 1-5 and the electrode-attached substrates of Comparative Examples 1 to 3. The vertical axis in FIG. 5(c) represents the mobility (cm 2 V -1 s -1 ). As shown in FIG. 5(c), Examples 1-1 to 1-5 exhibited mobilities of 20 (cm 2 V -1 s -1 ) or more, Examples 1-1 to 1-4 exhibited mobilities of 40 (cm 2 V -1 s -1 ) or more, and Example 1-3 exhibited a mobility of 50 (cm 2 V -1 s -1 ) or more.
[内部透過率測定]
実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材及び比較例1~比較例3の電極付き基材に対して、分光光度計(日本分光製、型番:V-670)を用いて積層方向における透過率T%及び反射率R%のスペクトルを測定した。また、上記透過率T及び反射率のスペクトルに基づき、{T/(100-R)}×100を計算することにより電極付き基材の内部透過率τ%のスペクトルを算出した。
[Internal transmittance measurement]
The spectra of transmittance T% and reflectance R% in the lamination direction were measured using a spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation, model number: V-670) for the deep ultraviolet light transmitting transparent electrode-attached substrates of Examples 1-1 to 1-5 and the electrode-attached substrates of Comparative Examples 1 to 3. Based on the transmittance T and reflectance spectra, the spectrum of the internal transmittance τ% of the electrode-attached substrate was calculated by calculating {T/(100-R)}×100.
図6は、実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材及び比較例1~比較例3の電極付き基材の内部透過率のスペクトルを示すグラフである。図6に示される通り、実施例1-1~実施例1-5は、波長280nm以下の深紫外領域においても高い透過性を示すことが確認された。例えば、波長280nmの深紫外光に対して、実施例1-1~実施例1-5の内部透過率は35%以上であり、実施例1-2~実施例1-5の内部透過率は40%以上であり、実施例1-4及び実施例1-5の内部透過率は、60%以上であった。 Figure 6 is a graph showing the internal transmittance spectra of the deep ultraviolet light-transmitting transparent electrode-attached substrates of Examples 1-1 to 1-5 and the electrode-attached substrates of Comparative Examples 1 to 3. As shown in Figure 6, it was confirmed that Examples 1-1 to 1-5 exhibit high transmittance even in the deep ultraviolet region with a wavelength of 280 nm or less. For example, for deep ultraviolet light with a wavelength of 280 nm, the internal transmittance of Examples 1-1 to 1-5 was 35% or more, the internal transmittance of Examples 1-2 to 1-5 was 40% or more, and the internal transmittance of Examples 1-4 and 1-5 was 60% or more.
(実施例2)
透明基材の温度が600℃となるように加熱した点を除き、実施例1-4と同様の方法で深紫外光透過型透明電極付き基材を作製した。すなわち、実施例2では、ターゲットにおけるSn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量を3原子%とした。
Example 2
A substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode was produced in the same manner as in Example 1-4, except that the transparent substrate was heated to a temperature of 600° C. That is, in Example 2, the amount of Ta element relative to the sum of Sn element and Ta element in the target was 3 atomic %.
(実施例3)
透明基材をAl2O3からなるものに変更した点を除き、実施例2と同様の方法で深紫外光透過型透明電極付き基材を作製した。すなわち、実施例3では、透明基材としてc面サファイアを用い、ターゲットにおけるSn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量を3原子%とし、成膜工程時の透明基材を加熱する温度を600℃とした。
Example 3
Except for changing the transparent substrate to one made of Al 2 O 3 , a substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode was produced in the same manner as in Example 2. That is, in Example 3, c-plane sapphire was used as the transparent substrate, the amount of Ta element relative to the sum of Sn element and Ta element in the target was 3 atomic %, and the temperature at which the transparent substrate was heated during the film formation process was 600°C.
(比較例4)
比較例4は、非特許文献1に開示された電極付き基材に関する実験データである。すなわち、比較例4は、α-Al2O3(012)配向基板に対し、MOCVD法により、(101)配向のTaドープSnO2薄膜を形成し、電極付き基材を作製した実験データである。
(Comparative Example 4)
Comparative Example 4 is experimental data on the substrate with electrodes disclosed in
比較例4として、原料ガス中のSn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量が4%にされているもの、6%にされているもの、8%にされているものを後述する図8に示す。 As Comparative Example 4, FIG. 8 shows cases where the amount of Ta element relative to the sum of Sn element and Ta element in the source gas is 4%, 6%, and 8%.
比較例4-1は、Sn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量が4%である実験データに対応する。
比較例4-2は、Sn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量が6%である実験データに対応する。
比較例4-3は、Sn元素及びTa元素の和に対するTa元素の量が8%である実験データに対応する。
Comparative Example 4-1 corresponds to experimental data in which the amount of Ta element relative to the sum of Sn element and Ta element is 4%.
Comparative Example 4-2 corresponds to experimental data in which the amount of Ta element relative to the sum of Sn element and Ta element is 6%.
Comparative Example 4-3 corresponds to experimental data in which the amount of Ta element relative to the sum of Sn element and Ta element is 8%.
(比較例5)
比較例5は、非特許文献2に開示された電極付き基材に関するデータである。すなわち、比較例5は、r面Al2O3基板に対して、(101)配向のSbドープSnO2薄膜を形成し、電極付き基材を作製した実験データである。比較例5は、Sn元素及びSb元素の和に対するSb元素の量が0.014となるように調整されている。
(Comparative Example 5)
Comparative Example 5 is data on the substrate with electrodes disclosed in
(比較例6)
比較例6は、非特許文献3に開示された電極付き基材に関する実験データである。すなわち、比較例6は、c面Al2O3基板に対し、MOCVD法により(111)配向SnドープIn2O3薄膜、所謂ITO薄膜を形成し、電極付き基材を作製した実験データである。
(Comparative Example 6)
Comparative Example 6 is experimental data on the substrate with electrodes disclosed in Non-Patent Document 3. That is, Comparative Example 6 is experimental data on the substrate with electrodes produced by forming a (111)-oriented Sn-doped In2O3 thin film, a so-called ITO thin film, on a c-plane Al2O3 substrate by MOCVD .
[内部透過率の測定]
実施例1の透明電極付き基材に対する内部透過率の測定方法と同様の方法で、実施例2及び実施例3の透明電極付き基材の内部透過率を測定した。
[Measurement of internal transmittance]
The internal transmittance of the substrates with transparent electrodes of Examples 2 and 3 was measured in the same manner as in Example 1.
[シート抵抗の測定]
実施例1と同様の方法で、実施例2及び実施例3の透明電極付き基材における透明酸化物層の抵抗率、厚みを測定し、実施例2及び実施例3の透明電極付き基材のシート抵抗を算出した。
[Measurement of sheet resistance]
In the same manner as in Example 1, the resistivity and thickness of the transparent oxide layer in the substrate with a transparent electrode of each of Examples 2 and 3 were measured, and the sheet resistance of the substrate with a transparent electrode of each of Examples 2 and 3 was calculated.
図8(a)は、波長280nmにおける実施例1-1~実施例1-5及び比較例1~比較例6の電極付き基材のシート抵抗及び内部透過率を示すグラフであり、図8(b)は、波長260nmにおける実施例1-1~実施例1-5及び比較例1~比較例6の電極付き基材のシート抵抗及び内部透過率を示すグラフである。図8(a)及び図8(b)において、比較例4~比較例6の電極付き基材の内部透過率及び該電極付き基材の基板上に積層した酸化物層のシート抵抗は、非特許文献に記載のものをプロットした。 Figure 8(a) is a graph showing the sheet resistance and internal transmittance of the electrode-attached substrates of Examples 1-1 to 1-5 and Comparative Examples 1 to 6 at a wavelength of 280 nm, and Figure 8(b) is a graph showing the sheet resistance and internal transmittance of the electrode-attached substrates of Examples 1-1 to 1-5 and Comparative Examples 1 to 6 at a wavelength of 260 nm. In Figures 8(a) and 8(b), the internal transmittance of the electrode-attached substrates of Comparative Examples 4 to 6 and the sheet resistance of the oxide layer laminated on the substrate of the electrode-attached substrate are plotted as described in non-patent literature.
図8(a)及び図8(b)には、透明電極付き基材の性能指数(FoM)が破線で示されている。性能指数(FoM)は、下記式(2)で表される。
FoM=(ρ・α)-1・・・(2)
式(2)において、ρは透明酸化物層の抵抗率を表し、αは透明電極付き基材の吸収係数を表す。吸収係数αは、内部透過率と膜厚tからτ=exp(-αt)の式により算出される。性能指数(FoM)が同程度であるものは、透明電極として同程度の性能を有すると言える。
8(a) and 8(b), the figure of merit (FoM) of the substrate with a transparent electrode is shown by a dashed line. The figure of merit (FoM) is expressed by the following formula (2).
FoM=(ρ・α) -1 ...(2)
In formula (2), ρ represents the resistivity of the transparent oxide layer, and α represents the absorption coefficient of the substrate with a transparent electrode. The absorption coefficient α is calculated from the internal transmittance and film thickness t by the formula τ = exp(-αt). It can be said that transparent electrodes with similar figures of merit (FoM) have similar performance.
図8(a)に結果が示される通り、実施例1-1~実施例1-5、実施例2及び実施例3の深紫外光透過型透明電極付き基材は、Al2O3基板に対してMOCVD法によりTaドープSnO2薄膜が形成された比較例4の電極付き基材と比べ、シート抵抗が同程度であり、波長280nm及び260nmの深紫外光に対して格段に優れた透過性を示すことが確認された。そのため、実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材は、比較例4-1~比較例4-3の電極付き基材と比べ、性能指数(FoM)に優れている。また、波長280nmにおける測定結果の何れもFoMは、0.5以下の値であった。 As shown in FIG. 8(a), the deep ultraviolet light transmitting transparent electrode-attached substrates of Examples 1-1 to 1-5, Example 2 and Example 3 have the same sheet resistance as the electrode-attached substrate of Comparative Example 4 in which a Ta-doped SnO 2 thin film is formed on an Al 2 O 3 substrate by MOCVD, and it was confirmed that they exhibit significantly superior transmittance to deep ultraviolet light with wavelengths of 280 nm and 260 nm. Therefore, the deep ultraviolet light transmitting transparent electrode-attached substrates of Examples 1-1 to 1-5 have a superior figure of merit (FoM) compared to the electrode-attached substrates of Comparative Example 4-1 to Comparative Example 4-3. In addition, the FoM of all the measurement results at a wavelength of 280 nm was 0.5 or less.
一方で、実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材は、比較例5及び比較例6の電極付き基材と比べ、シート抵抗が低く、優れた導電性を示す。また、実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材は、比較例5及び比較例6の電極付き基材と比べ、波長280nm及び260nmの深紫外光に対して格段に優れた透過性を示すことが確認された。従って、実施例1-1~実施例1-5の深紫外光透過型透明電極付き基材は、比較例5及び比較例6の電極付き基材と比べ、性能指数(FoM)に優れている。 On the other hand, the deep ultraviolet light transmitting transparent electrode-attached substrates of Examples 1-1 to 1-5 have lower sheet resistance and exhibit superior conductivity compared to the electrode-attached substrates of Comparative Examples 5 and 6. It was also confirmed that the deep ultraviolet light transmitting transparent electrode-attached substrates of Examples 1-1 to 1-5 exhibit significantly superior transmittance to deep ultraviolet light with wavelengths of 280 nm and 260 nm compared to the electrode-attached substrates of Comparative Examples 5 and 6. Therefore, the deep ultraviolet light transmitting transparent electrode-attached substrates of Examples 1-1 to 1-5 have superior figure of merit (FoM) compared to the electrode-attached substrates of Comparative Examples 5 and 6.
1:透明基材、2:透明酸化物層、10:透明電極付き基材、
20:試料設置台、21:ターゲット設置台、31:排気装置、32:供給装置、
40:真空チャンバ、50:パルスレーザ堆積装置、
T:ターゲット、L:パルスレーザ
1: transparent substrate, 2: transparent oxide layer, 10: substrate with transparent electrode,
20: sample installation stage, 21: target installation stage, 31: exhaust device, 32: supply device,
40: vacuum chamber, 50: pulsed laser deposition apparatus,
T: target, L: pulse laser
Claims (8)
前記透明基材は、サファイア基材と、窒化アルミニウム基材と、窒化アルミニウム及び窒化ガリウムの混晶で構成された基材と、からなる群から選択されるいずれかであり、
前記透明酸化物層は、SnO2を主成分とし、Ta元素を含む金属酸化物からなり、
前記金属酸化物のTa元素の量は、前記金属酸化物のSn元素及びTa元素の和に対して0.8原子%以上7.0原子%以下である、深紫外光透過型透明電極付き基材。 A transparent substrate and a transparent oxide layer formed on the transparent substrate,
The transparent substrate is any one selected from the group consisting of a sapphire substrate, an aluminum nitride substrate, and a substrate made of a mixed crystal of aluminum nitride and gallium nitride;
The transparent oxide layer is made of a metal oxide containing SnO2 as a main component and Ta element;
The substrate with a deep ultraviolet light transmitting transparent electrode, wherein the amount of Ta element in the metal oxide is 0.8 atomic % or more and 7.0 atomic % or less based on the sum of Sn element and Ta element in the metal oxide.
Sn元素及びTa元素の量の和に対するTa元素の量が0.8原子%以上7.0原子%であるターゲットを前記透明基材に対向して配置し、物理気相成長法を行い、前記透明基材上に金属酸化物で構成された透明酸化物層を形成する、成膜工程と、を有する、深紫外光透過型透明電極付き基材の製造方法。 A preparation step of preparing a transparent substrate selected from the group consisting of a sapphire substrate, an aluminum nitride substrate, and a substrate made of a mixed crystal of aluminum nitride and gallium nitride;
and a film formation step of: disposing a target, in which the amount of Ta element is 0.8 atomic % or more and 7.0 atomic % or less relative to the sum of the amounts of Sn element and Ta element, facing the transparent substrate, and performing a physical vapor deposition method to form a transparent oxide layer composed of a metal oxide on the transparent substrate.
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