JP2017145498A - ニオブ酸窒化物層を成長させる方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】小さいキャリア密度を有するニオブ酸窒化物層を成長させる方法を提供すること。【解決手段】本発明は、ニオブ酸窒化物層を成長させる方法であって、以下の工程を具備する。(a)結晶性酸化チタン基板の温度が摂氏600度以上摂氏750度以下に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜を前記結晶性酸化チタン基板上に成長させる工程、かつ(b)前記工程(a)の後、前記結晶性酸化チタン基板の温度が摂氏350度以上に維持されながら、前記第1ニオブ酸窒化物膜上に、第2ニオブ酸窒化物膜を成長させる工程。ここで、前記ニオブ酸窒化物層は、前記第1ニオブ酸窒化物膜および前記第2ニオブ酸窒化物膜を具備する。【選択図】図1
Description
本発明は、ニオブ酸窒化物層を成長させる方法に関する。
特許文献1は、段落番号0074において、摂氏700度の温度に維持された石英基板上にNbON薄膜をスパッタ法により成長させる方法を開示している。さらに、特許文献1は、当該NbON薄膜を具備する板状の光半導体電極に光を照射して水素を発生させることを開示している。
本発明の目的は、小さいキャリア密度を有するニオブ酸窒化物層を成長させる方法を提供することにある。
本発明は、ニオブ酸窒化物層を成長させる方法であって、以下の工程を具備する:
(a) 結晶性酸化チタン基板の温度が摂氏600度以上摂氏750度以下に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜を前記結晶性酸化チタン基板上に成長させる工程、かつ
(b) 前記工程(a)の後、前記結晶性酸化チタン基板の温度が摂氏350度以上に維持されながら、前記第1ニオブ酸窒化物膜上に、第2ニオブ酸窒化物膜を成長させる工程、
ここで、前記ニオブ酸窒化物層は、前記第1ニオブ酸窒化物膜および前記第2ニオブ酸窒化物膜を具備する。
(a) 結晶性酸化チタン基板の温度が摂氏600度以上摂氏750度以下に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜を前記結晶性酸化チタン基板上に成長させる工程、かつ
(b) 前記工程(a)の後、前記結晶性酸化チタン基板の温度が摂氏350度以上に維持されながら、前記第1ニオブ酸窒化物膜上に、第2ニオブ酸窒化物膜を成長させる工程、
ここで、前記ニオブ酸窒化物層は、前記第1ニオブ酸窒化物膜および前記第2ニオブ酸窒化物膜を具備する。
本発明は、小さいキャリア密度を有するニオブ酸窒化物層を成長させる方法を提供する。
以下、本発明の実施形態が、図面を参照しながら詳細に説明される。
(実施形態)
図1は、実施形態による光半導体電極100の断面図を示す。光半導体電極100は、結晶性酸化チタン基板110(以下、単に「基板110」という)、第1ニオブ酸窒化物膜120、および第2ニオブ酸窒化物膜130を具備している。基板110の表面が結晶性酸化チタンから形成されている限り、基板110は他の層を含み得る。望ましくは、基板110は、単結晶性である。
図1は、実施形態による光半導体電極100の断面図を示す。光半導体電極100は、結晶性酸化チタン基板110(以下、単に「基板110」という)、第1ニオブ酸窒化物膜120、および第2ニオブ酸窒化物膜130を具備している。基板110の表面が結晶性酸化チタンから形成されている限り、基板110は他の層を含み得る。望ましくは、基板110は、単結晶性である。
第1ニオブ酸窒化物膜120は、基板110の表面に形成されている。望ましくは、第1ニオブ酸窒化物膜120は、(100)面の主面を有する。第2ニオブ酸窒化物膜130は、第1ニオブ酸窒化物膜120の表面に形成されている。望ましくは、(100)面の主面を有する。
ニオブ酸窒化物層は、第1ニオブ酸窒化物膜120および第2ニオブ酸窒化物膜130を具備している。望ましくは、ニオブ酸窒化物層は、第1ニオブ酸窒化物膜120および第2ニオブ酸窒化物膜130からなる。後述される実施例においても実証されているように、第1ニオブ酸窒化物膜120は、第2ニオブ酸窒化物膜130から区別できない。従って、本発明においては、1層のニオブ酸窒化物層が基板110上に形成されているように見える。
ニオブ酸窒化物は、化学式NbONにより表される。ニオブ酸窒化物は、n型半導体の1種である。第1ニオブ酸窒化物膜120および第2ニオブ酸窒化物膜130は、いずれも、化学式NbONにより表されるニオブ酸窒化物から形成されている。
(製造方法)
以下、本発明による成長方法が詳細に説明される。
以下、本発明による成長方法が詳細に説明される。
(工程(a))
まず、工程(a)では、基板110の温度が摂氏600度以上摂氏750度以下に維持されながら、基板110上に第1ニオブ酸窒化物膜120が成長される。上述したように、基板110は、結晶性酸化チタンから形成されている。基板110は、単結晶性酸化チタンから形成されていることが望ましい。言うまでもないが、酸化チタンは化学式TiO2により表される。成長された第1ニオブ酸窒化物膜120は、(100)面の主面を有することが望ましい。
まず、工程(a)では、基板110の温度が摂氏600度以上摂氏750度以下に維持されながら、基板110上に第1ニオブ酸窒化物膜120が成長される。上述したように、基板110は、結晶性酸化チタンから形成されている。基板110は、単結晶性酸化チタンから形成されていることが望ましい。言うまでもないが、酸化チタンは化学式TiO2により表される。成長された第1ニオブ酸窒化物膜120は、(100)面の主面を有することが望ましい。
基板110は、(101)面の主面を有することが望ましい。言い換えれば、結晶性酸化チタンから形成されている基板110の表面は、[101]方向に配向していることが望ましい。基板110は、(101)配向のみを有する結晶性酸化チタン膜を表面に具備することがより望ましい。
本明細書において用いられる用語「成長」とは、エピタキシャル法による成長を意味する。エピタキシャル成長法の例は、スパッタリング法、分子線エピタキシ法、パルスレーザー堆積法、または有機金属気相成長法である。スパッタリング法が望ましい。
スパッタリング法においては、化学式Nb2O5により表される酸化ニオブから形成されたターゲットが用いられる。酸素および窒素の混合雰囲気下でスパッタリングが行われる。このようにして、化学式NbONにより表される第1ニオブ酸窒化物膜120および第2ニオブ酸窒化物膜130が成長される。
基板110が(101)面の主面を有する場合、第1ニオブ酸窒化物膜120は(100)面の主面を有する。第1ニオブ酸窒化物膜120は、(100)配向のみを有することがより望ましい。
工程(a)において基板110の温度が摂氏600度未満である場合、第1ニオブ酸窒化物膜120は、(100)面の主面を有しない。言い換えれば、この場合、第1ニオブ酸窒化物膜120は、(100)面以外の配向面を有し得る。
第1ニオブ酸窒化物膜120は、5ナノメートル以上30ナノメートル以下の厚みを有し得る。
(工程(b))
工程(b)は、工程(a)の後に行われる。工程(b)では、結晶性酸化チタン基板110の温度が摂氏350度以上に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜120上に、第2ニオブ酸窒化物膜130が成長させる。
工程(b)は、工程(a)の後に行われる。工程(b)では、結晶性酸化チタン基板110の温度が摂氏350度以上に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜120上に、第2ニオブ酸窒化物膜130が成長させる。
第2ニオブ酸窒化物膜130は、第1ニオブ酸窒化物膜120上に成長されるので、基板110が(101)面の主面を有する場合、第2ニオブ酸窒化物膜130もまた、(100)面の主面を有する。第2ニオブ酸窒化物膜130は、(100)配向のみを有することがより望ましい。
工程(b)において基板110の温度が摂氏350度未満である場合、第2ニオブ酸窒化物膜130を成長させることが困難となる。工程(b)において、基板110の温度は摂氏500度以下であり得る。
第2ニオブ酸窒化物膜130は、70ナノメートル以上120ナノメートル以下の厚みを有し得る。望ましくは、第2ニオブ酸窒化物膜130は、第1ニオブ酸窒化物膜120よりも厚い。
このようにして成長されたニオブ酸窒化物層は、1.0×1020cm−3未満の低いキャリア密度を有する。一方、工程(b)が実施されない場合、比較例1において実証されているように、得られるニオブ酸窒化物層は、1.0×1020cm−3以上の高いキャリア密度を有する。
図10は、第1ニオブ酸窒化物膜120および第2ニオブ酸窒化物膜130を具備する光触媒電極100を用いた水素生成デバイスの断面図を示す。ニオブ酸窒化物は光半導体であり、かつ、光触媒として使用され得る。図10に示される水素生成デバイスは、光触媒電極100、対極630、液体640、および容器610を具備する。上述されたように、光触媒電極100は、基板110、第1ニオブ酸窒化物膜120、および第2ニオブ酸窒化物膜130を具備する。オーミック電極111が第2ニオブ酸窒化膜130上に形成され、対極630は、導線650を介してオーミック電極111と電気的に接続されている。詳細は、特許文献2を参照せよ。特許文献2は、本明細書に参照として援用される。
図11は、第1変形例による光触媒電極100の断面図を示す。第1変形例では、ニオブがドープされた酸化チタン基板110が用いられる。酸化チタン基板にニオブがドープされると、酸化チタン基板に導電性が付与される。次に、図11に示されるように、導電性が付与された酸化チタン基板110にオーミック電極111が形成される。オーミック電極111は、導線650に電気的に接続される。
対極630は、小さい過電圧を有する材料から形成されることが望ましい。具体的には、対極630の材料の例は、白金、金、銀、ニッケル、化学式RuO2により表される酸化ルテニウム、または化学式IrO2により表される酸化イリジウムである。
液体640は、水または電解質水溶液である。電解質水溶液は、酸性またはアルカリ性である。電解質水溶液の例は、硫酸水溶液、硫酸ナトリウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、リン酸緩衝液、またはホウ酸緩衝液である。液体640は、常時容器610内に蓄えられていても良いし、使用時にのみ供給されてもよい。
容器610は、光触媒電極100、対極630、および液体640を収容する。容器610は、透明であることが望ましい。具体的には、光が容器610の外部から容器610の内部に伝わるように、容器610の少なくとも一部分が透明であることが望ましい。
第1ニオブ酸窒化物膜120および第2ニオブ酸窒化物膜130からなるニオブ酸窒化物層に光が照射されると、第2ニオブ酸窒化物膜130上で酸素が発生する。太陽光のような光が容器610を通って、ニオブ酸窒化物層に到達する。光を吸収したニオブ酸窒化物層の部分の伝導帯および価電子帯にそれぞれ電子およびホールが生じる。ニオブ酸窒化物層はn型半導体であるので、ホールは、第2ニオブ酸窒化物膜130の表面に移動する。
第2ニオブ酸窒化膜130の表面上で、下記反応式(1)に示されるように水が分解されて、酸素が発生する。一方、電子は、ニオブ酸窒化物層から導線650を介して対極630に移動する。対極630の表面上で、下記反応式(2)に示されるように、水素が発生する。
(化1)
4h+ + 2H2O → O2↑ + 4H+ (1)
(h+はホールを表す)
(化2)
4e− + 4H+ → 2H2↑ (2)
(化1)
4h+ + 2H2O → O2↑ + 4H+ (1)
(h+はホールを表す)
(化2)
4e− + 4H+ → 2H2↑ (2)
固液界面における第2ニオブ酸窒化物膜130表面にはバンドベンディングを伴った空乏層が存在する。理論上、キャリア密度が低いと空乏層が拡がる。従って、キャリア密度が低いと空乏層の内部電場により、伝導帯および価電子帯に励起された電子および正孔が電荷分離されやすくなる。実施形態による光触媒電極100は、1.0×1020cm−3未満の低いキャリア密度を有するので、実施形態による光触媒電極100を具備する水素生成デバイスは、高い水素生成効率を有する。
(実施例)
以下、本発明が、以下の実施例を参照しながらより詳細に説明される。
以下、本発明が、以下の実施例を参照しながらより詳細に説明される。
(実施例1)
実施例1では、図1に示される光半導体電極100が以下のように製造された。
実施例1では、図1に示される光半導体電極100が以下のように製造された。
まず、(101)配向のみを有する酸化チタン基板110上に、反応性スパッタリング法により、20ナノメートルの厚みを有する第1ニオブ酸窒化物膜120が成長された。反応性スパッタリング法においては、酸化チタン基板110の温度が摂氏650度に維持された。スパッタリングターゲットの材料は、化学式Nb2O5により表される酸化ニオブであった。酸素および窒素の混合雰囲気中でスパッタリングが行われた。スパッタリングのために用いられたチャンバー内の全圧は0.5Paであった。酸素分圧は0.017Paであり、かつ窒素分圧は0.48Paであった。このようにして、第1ニオブ酸窒化物膜120が成長された。
次に、酸化チタン基板110の温度が摂氏500度に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜120上に、反応性スパッタリング法により、120ナノメートルの厚みを有する第2ニオブ酸窒化物膜130が成長された。スパッタリングターゲットの材料は、化学式Nb2O5により表される酸化ニオブであった。酸素および窒素の混合雰囲気中でスパッタリングが行われた。スパッタリングのために用いられたチャンバー内の全圧は0.5Paであった。酸素分圧は0.011Paであり、かつ窒素分圧は0.49Paであった。このようにして、第2ニオブ酸窒化物膜130が成長された。
図3は、実施例1による光半導体電極100の断面SEM像を示す。図3から明らかなように、1層のニオブ酸窒化物層が基板110上に形成された。言い換えれば、第1ニオブ酸窒化物膜120は、第2ニオブ酸窒化物膜130から区別できない。1層のニオブ酸窒化物層は平坦かつ緻密である。図3に示されるように、空隙もピンホールもニオブ酸窒化物層には形成されていなかった。
次に、光半導体電極100のキャリア密度が、Van der Pauw法に基づいたホール効果測定を介して算出された。その結果、実施例1によるニオブ酸窒化物層は、1.0×1018cm−3のキャリア密度を有していた。
光半導体電極100は、X線回折分析に供された。図2は、その結果を示す。図2から明らかなように、6つのピークが観察された。その中でも、2つのピークは、TiO2の(101)面および(202)面に由来する。4つのピークは、NbONの(100)面、(200)面、(300)面、および(400)面に由来する。このように、NbONの(h00)面のピークのみが観察された。これは、(101)配向を有する結晶性酸化チタン基板110上に、(100)配向のみを有するニオブ酸窒化物層が形成されたことを意味する。
(実施例2)
実施例2においては、酸化チタン基板110の温度が摂氏600度に維持されながら第1ニオブ酸窒化物膜120が成長されたこと、および第2ニオブ酸窒化物膜130の厚みが70ナノメートルであったことを除き、実施例1と同様の実験が行われた。図4は、実施例2におけるX線回折分析の結果を示す。実施例2によるニオブ酸窒化物層は、3.1×1019cm−3のキャリア密度を有していた。
実施例2においては、酸化チタン基板110の温度が摂氏600度に維持されながら第1ニオブ酸窒化物膜120が成長されたこと、および第2ニオブ酸窒化物膜130の厚みが70ナノメートルであったことを除き、実施例1と同様の実験が行われた。図4は、実施例2におけるX線回折分析の結果を示す。実施例2によるニオブ酸窒化物層は、3.1×1019cm−3のキャリア密度を有していた。
(実施例3)
実施例3においては、以下の(I)〜(III)を除き、実施例1と同様の実験が行われた。
(I) 酸化チタン基板110の温度が摂氏750度に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜120が成長されたこと
(II) 第2ニオブ酸窒化物膜130の厚みが70ナノメートルであったこと
(III) 第1ニオブ酸窒化物膜120を成長するためのスパッタリングにおいては、酸素分圧が0.023Paであり、かつ窒素分圧が0.48Paであったこと
実施例3においては、以下の(I)〜(III)を除き、実施例1と同様の実験が行われた。
(I) 酸化チタン基板110の温度が摂氏750度に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜120が成長されたこと
(II) 第2ニオブ酸窒化物膜130の厚みが70ナノメートルであったこと
(III) 第1ニオブ酸窒化物膜120を成長するためのスパッタリングにおいては、酸素分圧が0.023Paであり、かつ窒素分圧が0.48Paであったこと
図5は、実施例3におけるX線回折分析の結果を示す。実施例3によるニオブ酸窒化物層は、4.2×1019cm−3のキャリア密度を有していた。
(実施例4)
実施例4においては、以下の(I)〜(IV)を除き、実施例1と同様の実験が行われた。
(I) 酸化チタン基板110の温度が摂氏600度に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜120が成長されたこと
(II) 第2ニオブ酸窒化物膜130の厚みが70ナノメートルであったこと
(III) 酸化チタン基板110の温度が摂氏350度に維持されながら、第2ニオブ酸窒化物膜130が成長されたこと
(IV) 第2ニオブ酸窒化物膜130を成長するためのスパッタリングにおいては、酸素分圧が0.0074Paであり、かつ窒素分圧が0.49Paであったこと
実施例4においては、以下の(I)〜(IV)を除き、実施例1と同様の実験が行われた。
(I) 酸化チタン基板110の温度が摂氏600度に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜120が成長されたこと
(II) 第2ニオブ酸窒化物膜130の厚みが70ナノメートルであったこと
(III) 酸化チタン基板110の温度が摂氏350度に維持されながら、第2ニオブ酸窒化物膜130が成長されたこと
(IV) 第2ニオブ酸窒化物膜130を成長するためのスパッタリングにおいては、酸素分圧が0.0074Paであり、かつ窒素分圧が0.49Paであったこと
図6は、実施例4におけるX線回折分析の結果を示す。実施例4によるニオブ酸窒化物層は、3.0×1019cm−3のキャリア密度を有していた。
(実施例5)
実施例5においては、以下の(I)〜(V)を除き、実施例1と同様の実験が行われた。
(I) 酸化チタン基板110の温度が摂氏750度に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜120が成長されたこと
(II) 第1ニオブ酸窒化物膜120を成長するためのスパッタリングにおいては、酸素分圧が0.023Paであり、かつ窒素分圧が0.48Paであったこと
(III) 第2ニオブ酸窒化物膜130の厚みが70ナノメートルであったこと
(IV) 酸化チタン基板110の温度が摂氏350度に維持されながら、第2ニオブ酸窒化物膜130が成長されたこと
(V) 第2ニオブ酸窒化物膜130を成長するためのスパッタリングにおいては、酸素分圧が0.0074Paであり、かつ窒素分圧が0.49Paであったこと
実施例5においては、以下の(I)〜(V)を除き、実施例1と同様の実験が行われた。
(I) 酸化チタン基板110の温度が摂氏750度に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜120が成長されたこと
(II) 第1ニオブ酸窒化物膜120を成長するためのスパッタリングにおいては、酸素分圧が0.023Paであり、かつ窒素分圧が0.48Paであったこと
(III) 第2ニオブ酸窒化物膜130の厚みが70ナノメートルであったこと
(IV) 酸化チタン基板110の温度が摂氏350度に維持されながら、第2ニオブ酸窒化物膜130が成長されたこと
(V) 第2ニオブ酸窒化物膜130を成長するためのスパッタリングにおいては、酸素分圧が0.0074Paであり、かつ窒素分圧が0.49Paであったこと
図7は、実施例5におけるX線回折分析の結果を示す。実施例5によるニオブ酸窒化物層は、2.8×1019cm−3のキャリア密度を有していた。
(比較例1)
比較例1においては、以下の(I)〜(IV)を除き、実施例1と同様の実験が行われた。
(I) 酸化チタン基板110の温度が摂氏650度に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜120が成長されたこと
(II) 第1ニオブ酸窒化物膜120を成長するためのスパッタリングにおいては、酸素分圧が0.085Paであり、かつ窒素分圧が0.49Paであったこと
(III) 第1ニオブ酸窒化物膜120が70ナノメートルの厚みを有していたこと
(IV) 第2ニオブ酸窒化物膜130が成長されなかったこと
比較例1においては、以下の(I)〜(IV)を除き、実施例1と同様の実験が行われた。
(I) 酸化チタン基板110の温度が摂氏650度に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜120が成長されたこと
(II) 第1ニオブ酸窒化物膜120を成長するためのスパッタリングにおいては、酸素分圧が0.085Paであり、かつ窒素分圧が0.49Paであったこと
(III) 第1ニオブ酸窒化物膜120が70ナノメートルの厚みを有していたこと
(IV) 第2ニオブ酸窒化物膜130が成長されなかったこと
言い換えれば、比較例1では、(101)配向を有するTiO2基板上に、反応性スパッタリング法により70ナノメートルの厚みを有するニオブ酸窒化物層が形成された。反応性スパッタリング法においては、TiO2基板は摂氏650度に維持された。スパッタリングのために用いられたチャンバー内の全圧は0.5Paであった。酸素分圧は0.085Paであり、かつ窒素分圧は0.49Paであった。
図8は、比較例1におけるX線回折分析の結果を示す。図2の場合と同様に、比較例1によるニオブ酸窒化物層は、NbONの(h00)面のピークのみを有していることが観察された。これは、(101)配向を有する結晶性酸化チタン基板110上に、(100)面のみを有するニオブ酸窒化物層が形成されたことを意味する。
図9は、比較例1による光半導体電極100の断面SEM像を示す。図9から明らかなように、比較例1において得られたニオブ酸窒化物層は、平坦ではなく、歪んでいた。さらに、比較例1によるニオブ酸窒化物層においては、空隙がTiO2基板およびニオブ酸窒化物層の間に形成されていた。比較例1によるニオブ酸窒化物層は、およそ1.00×1020cm−3のキャリア密度を有していた。
以下の表1〜表2は、実施例1〜実施例5および比較例1の結果を示す。表1および表2において、第1膜および第2膜とは、それぞれ、第1ニオブ酸窒化物膜120および第2ニオブ酸窒化物膜130を意味する。
表1および表2から明らかなように、以下の要件(I)〜(II)が満たされた場合には、得られたニオブ酸窒化物層は、1.0×1020cm−3未満の低いキャリア密度を有する。
(I) 結晶性酸化チタン基板110の温度が摂氏600度以上摂氏750度以下に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜120が結晶性酸化チタン基板110上に成長されること、および
(II) 結晶性酸化チタン基板110の温度を摂氏350度以上に維持しながら(望ましくは、摂氏500度以下に維持しながら)、第1ニオブ酸窒化物膜120上に、第2ニオブ酸窒化物膜120が成長されること
(I) 結晶性酸化チタン基板110の温度が摂氏600度以上摂氏750度以下に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜120が結晶性酸化チタン基板110上に成長されること、および
(II) 結晶性酸化チタン基板110の温度を摂氏350度以上に維持しながら(望ましくは、摂氏500度以下に維持しながら)、第1ニオブ酸窒化物膜120上に、第2ニオブ酸窒化物膜120が成長されること
比較例1から明らかなように、ニオブ酸窒化物層が単一配向(すなわち、(100)配向のみ)を有している場合であっても、そのキャリア密度は低いとは限らない。
本発明によるニオブ酸窒化物層は、光照射により水素を発生させる光半導体として用いられ得る。
110 結晶性酸化チタン基板
120 第1ニオブ酸窒化物膜
130 第2ニオブ酸窒化物膜
120 第1ニオブ酸窒化物膜
130 第2ニオブ酸窒化物膜
Claims (20)
- ニオブ酸窒化物層を成長させる方法であって、以下の工程を具備する:
(a) 結晶性酸化チタン基板の温度が摂氏600度以上摂氏750度以下に維持されながら、第1ニオブ酸窒化物膜を前記結晶性酸化チタン基板上に成長させる工程、かつ
(b) 前記工程(a)の後、前記結晶性酸化チタン基板の温度が摂氏350度以上に維持されながら、前記第1ニオブ酸窒化物膜上に、第2ニオブ酸窒化物膜を成長させる工程、
ここで、前記ニオブ酸窒化物層は、前記第1ニオブ酸窒化物膜および前記第2ニオブ酸窒化物膜を具備する。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記基板は、(101)面の主面を有する。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記第1ニオブ酸窒化物膜および前記第2ニオブ酸窒化物膜は、いずれも、(100)面の主面を有する。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記第2ニオブ酸窒化物膜は、前記第1ニオブ酸窒化物膜よりも厚い。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記第1ニオブ酸窒化物膜は、5ナノメートル以上30ナノメートル以下の厚みを有する。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記ニオブ酸窒化物層は、1.0×1020cm−3未満のキャリア密度を有する。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記第1ニオブ酸窒化物膜は、スパッタリング法により成長される。 - 請求項7に記載の方法であって、
前記スパッタリング法において用いられるスパッタリングターゲットは、化学式Nb2O5により表される酸化ニオブから形成され、かつ
前記第1ニオブ酸窒化物膜は、酸素および窒素の混合雰囲気中で成長される。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記第2ニオブ酸窒化物膜は、スパッタリング法により成長される。 - 請求項9に記載の方法であって、
前記スパッタリング法におけるスパッタリングターゲットは、化学式Nb2O5により表される酸化ニオブから形成され、かつ
前記第2ニオブ酸窒化物膜は、酸素および窒素の混合雰囲気中で成長される。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記工程(b)において、前記結晶性酸化チタン基板の温度は摂氏500度以下に維持される。 - ニオブ酸窒化物層であって、
前記ニオブ酸窒化物層は、1.0×1020cm−3未満のキャリア密度を有する。 - 請求項12に記載のニオブ酸窒化物層であって、
前記ニオブ酸窒化物層は光半導体層である。 - 光半導体電極であって、以下を具備する:
請求項13に記載の光半導体層、および
前記光半導体層を支持する基板。 - 請求項14に記載の光半導体電極であって、
前記基板が結晶性酸化チタンから形成されている。 - 請求項12に記載のニオブ酸窒化物層であって、
前記ニオブ酸窒化物層は光触媒層である。 - 光触媒電極であって、以下を具備する:
請求項16に記載の光触媒層、および
前記光触媒層を支持する基板。 - 請求項17に記載の光触媒電極であって、
前記基板が結晶性酸化チタンから形成されている。 - 水素生成デバイスであって、以下を具備する:
請求項17に記載の光触媒電極、
前記光触媒電極と電気的に接続された対極、
前記ニオブ酸窒化物層および前記対極に接する液体、および
前記光触媒電極、前記対極、および前記液体を収容する容器、ここで、
前記液体は水または電解質水溶液であり、
前記ニオブ酸窒化物層に光が照射されることによって、水素が前記対極の表面上で発生する。 - 水素を生成する方法であって、以下の工程を具備する:
(a) 以下を具備する水素生成デバイスを用意する工程、
請求項17に記載の光触媒電極、
前記光触媒電極と電気的に接続された対極、
前記ニオブ酸窒化物層および前記対極に接する液体、および
前記光触媒電極、前記対極、および前記液体を収容する容器、ここで、
前記液体は水または電解質水溶液であり、および
(b) 前記ニオブ酸窒化物層に光を照射させ、前記対極の表面上で水素を発生させる工程。
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