(57)【要約】【課題】小さいキャリア密度を有するＳｒＮｂＯ２Ｎを提供すること。【解決手段】本発明は、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜を成長させる方法であって、（ａ）チタン酸ストロンチウム基板上に、スパッタ法により、１×１０１８ｃｍ−３以下のキャリア密度を有する前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜を成長させる工程、を具備する。本発明の趣旨は、以下の（Ｉ）から（Ｖ）までを包含する。（Ｉ）１×１０１８ｃｍ−３以下のキャリア密度を有するストロンチウムニオブ酸窒化物、（ＩＩ）１×１０１８ｃｍ−３以下のキャリア密度を有するストロンチウムニオブ酸窒化物膜、（ＩＩＩ）上記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜を具備する光半導体基板、（ＩＶ）当該光半導体基板を具備する水素生成デバイス、および（Ｖ）当該光半導体基板を用いた水素生成方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストロンチウムニオブ酸窒化物膜を成長させる方法であって、
（ａ）  チタン酸ストロンチウム基板上に、スパッタ法により、１×１０１８ｃｍ−３以下のキャリア密度を有する前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜を成長させる工程、
を具備する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記スパッタ法において用いられるターゲットが、ニオブ酸ストロンチウムから形成されており、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜が、窒素を含有する雰囲気中で成長される、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
前記ニオブ酸ストロンチウムが、化学式Ｓｒ２Ｎｂ２Ｏ７により表される、方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、
前記雰囲気がさらに酸素を含有する、方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法であって、
前記雰囲気がさらにアルゴンを含有する、方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法であって、
前記雰囲気がさらにアルゴンを含有する、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、
前記チタン酸ストロンチウム基板は、単一の配向面を有し、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜は、単一の配向面を有する、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記チタン酸ストロンチウム基板の単一の配向面は、（００１）の配向面であり、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜の単一の配向面は、（００１）の配向面である、方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、
前記チタン酸ストロンチウム基板の単一の配向面は、（１１０）の配向面であり、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜の単一の配向面は、（１１０）の配向面である、方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法であって、
前記チタン酸ストロンチウム基板の単一の配向面は、（１１１）の配向面であり、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜の単一の配向面は、（１１１）の配向面である、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、
前記チタン酸ストロンチウム基板には、ニオブおよびランタンからなる群から選択される少なくとも１種がドープされている、方法。
【請求項１２】
１×１０１８ｃｍ−３以下のキャリア密度を有するストロンチウムニオブ酸窒化物。
【請求項１３】
請求項１１に記載のストロンチウムニオブ酸窒化物であって、
前記キャリア密度が１×１０１７ｃｍ−３以下である、ストロンチウムニオブ酸窒化物。
【請求項１４】
１×１０１８ｃｍ−３以下のキャリア密度を有するストロンチウムニオブ酸窒化物膜。
【請求項１５】
請求項１４に記載のストロンチウムニオブ酸窒化物膜であって、
前記キャリア密度が１×１０１７ｃｍ−３以下である、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜。
【請求項１６】
請求項１４に記載のストロンチウムニオブ酸窒化物膜であって、
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜は、単一の配向面を有する、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜。
【請求項１７】
請求項１６に記載のストロンチウムニオブ酸窒化物膜であって、
前記単一の配向面は、（００１）の配向面である、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜。
【請求項１８】
請求項１６に記載のストロンチウムニオブ酸窒化物膜であって、
前記単一の配向面は、（１１０）の配向面である、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜。
【請求項１９】
請求項１６に記載のストロンチウムニオブ酸窒化物膜であって、
前記単一の配向面は、（１１１）の配向面である、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜。
【請求項２０】
光半導体電極であって、
チタン酸ストロンチウム基板、および
前記チタン酸ストロンチウム基板上に成長されたストロンチウムニオブ酸窒化物膜、
を具備し、
ここで、
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜は、１×１０１８ｃｍ−３以下のキャリア密度を有する、光半導体電極。
【請求項２１】
請求項２０に記載の光半導体電極であって、
前記キャリア密度が１×１０１７ｃｍ−３以下である、光半導体電極。
【請求項２２】
請求項２０に記載の光半導体電極であって、
前記チタン酸ストロンチウム基板は、単一の配向面を有し、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜は、単一の配向面を有する、光半導体電極。
【請求項２３】
請求項２２に記載の光半導体電極であって、
前記チタン酸ストロンチウム基板の単一の配向面は、（００１）の配向面であり、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜の単一の配向面は、（００１）の配向面である、光半導体電極。
【請求項２４】
請求項２２に記載の光半導体電極であって、
前記チタン酸ストロンチウム基板の単一の配向面は、（１１０）の配向面であり、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜の単一の配向面は、（１１０）の配向面である、光半導体電極。
【請求項２５】
請求項２２に記載の光半導体電極であって、
前記チタン酸ストロンチウム基板の単一の配向面は、（１１１）の配向面であり、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜の単一の配向面は、（１１１）の配向面である、光半導体電極。
【請求項２６】
請求項２０に記載の光半導体電極であって、
前記チタン酸ストロンチウム基板には、ニオブおよびランタンからなる群から選択される少なくとも１種がドープされている、光半導体電極。
【請求項２７】
水素生成デバイスであって、
請求項２０に記載の光半導体電極、
前記光半導体電極と電気的に接続された対極、
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜および前記対極に接する液体、および
前記光半導体電極、前記対極、および前記液体を収容する容器、
を具備し、
ここで、
前記液体は水または電解質水溶液であり、
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜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、水素生成デバイス。
【請求項２８】
請求項２７に記載の水素生成デバイスであって、
前記キャリア密度が１×１０１７ｃｍ−３以下である、水素生成デバイス。
【請求項２９】
請求項２７に記載の水素生成デバイスであって、
前記チタン酸ストロンチウム基板は、単一の配向面を有し、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜は、単一の配向面を有する、水素生成デバイス。
【請求項３０】
請求項２９に記載の水素生成デバイスであって、
前記チタン酸ストロンチウム基板の単一の配向面は、（００１）の配向面であり、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜の単一の配向面は、（００１）の配向面である、水素生成デバイス。
【請求項３１】
請求項２９に記載の水素生成デバイスであって、
前記チタン酸ストロンチウム基板の単一の配向面は、（１１０）の配向面であり、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜の単一の配向面は、（１１０）の配向面である、水素生成デバイス。
【請求項３２】
請求項２９に記載の水素生成デバイスであって、
前記チタン酸ストロンチウム基板の単一の配向面は、（１１１）の配向面であり、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜の単一の配向面は、（１１１）の配向面である、水素生成デバイス。
【請求項３３】
請求項２７に記載の水素生成デバイスであって、
前記チタン酸ストロンチウム基板には、ニオブおよびランタンからなる群から選択される少なくとも１種がドープされている、水素生成デバイス。
【請求項３４】
水素を生成する方法であって、
（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１６に記載の光半導体電極、
前記光半導体電極と電気的に接続された対極、
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜および前記対極に接する液体、および
前記光半導体電極、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）  前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜に光を照射させ、前記対極の表面上で水素を発生させる工程、
を具備する方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の方法であって、
前記キャリア密度が１×１０１７ｃｍ−３以下である、方法。
【請求項３６】
請求項３４に記載の方法であって、
前記チタン酸ストロンチウム基板は、単一の配向面を有し、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜は、単一の配向面を有する、方法。
【請求項３７】
請求項３６に記載の方法であって、
前記チタン酸ストロンチウム基板の単一の配向面は、（００１）の配向面であり、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜の単一の配向面は、（００１）の配向面である、方法。
【請求項３８】
請求項３６に記載の方法であって、
前記チタン酸ストロンチウム基板の単一の配向面は、（１１０）の配向面であり、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜の単一の配向面は、（１１０）の配向面である、方法。
【請求項３９】
請求項３６に記載の方法であって、
前記チタン酸ストロンチウム基板の単一の配向面は、（１１１）の配向面であり、かつ
前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜の単一の配向面は、（１１１）の配向面である、方法。
【請求項４０】
請求項３４に記載の方法であって、
前記チタン酸ストロンチウム基板には、ニオブおよびランタンからなる群から選択される少なくとも１種がドープされている、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小さいキャリア密度を有するストロンチウムニオブ酸窒化物膜の製法およびその用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、化学式ＳｒＮｂＯ２Ｎにより表されるストロンチウムニオブ酸窒化物が、７００ナノメートル以下の波長を有する光を吸収することを開示している。ストロンチウムニオブ酸窒化物は、ペロブスカイト型ニオブ酸窒化物の１種である。さらに、非特許文献１は、ＳｒＮｂＯ２Ｎ粒子を電気泳動堆積法によってフッ素ドープ酸化スズ基板に堆積させて光半導体電極を作製する方法を開示している。非特許文献１によれば、このようにして作製された光半導体電極に光が照射され、光半導体電極の表面上で水分解により酸素が発生する。
【０００３】
非特許文献２は、（１００）の配向面を有するＫＴａＯ３単結晶基板上に、パルスレーザー堆積法によりＳｒＮｂＯ３−ｘＮｘ膜（０≦ｘ≦１）を成長させる方法を開示している。非特許文献２によれば、このようにして成長されたＳｒＮｂＯ３−ｘＮｘ膜は、１×１０２１ｃｍ−３以上のキャリア密度を有している。
【０００４】
非特許文献３は、（１００）の配向面を有するＳｒＴｉＯ３単結晶基板上に、パルスレーザー堆積法によりＳｒＴａＯ３−ｘＮｘ膜（０≦ｘ≦１．２）を成長させる方法を開示している。非特許文献３は、このようにして成長されたＳｒＴａＯ３−ｘＮｘ膜のキャリア密度を開示していない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Kazuhiko Maeda et al, “SrNbO2N as a Water-Splitting Photoanode with a Wide Visible-Light Absorption Band”, Journal of the American Chemical Society, vol. 133, pp. 12334-12337 (2011)
【非特許文献２】岡大地ら、「Ｎｂ系ペロブスカイト型酸窒化物薄膜の電気輸送特性」、第６１回応用物理学会春季学術講演会  講演予稿集（２０１４年春）  １８ｐ−Ｅ８−１３  ０６−１４９
【非特許文献３】Daichi Oka et. al., “Possible ferroelectricity in perovskiteoxynitride SrTaO2N epitaxial thin films”, Scientific Reports, Vol. 4, pp 4987 (2014)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、小さいキャリア密度を有するストロンチウムニオブ酸窒化物膜の製法およびその用途を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜を成長させる方法であって、以下の工程を具備する：
（ａ）  チタン酸ストロンチウム基板上に、スパッタ法により、１×１０１８ｃｍ−３以下のキャリア密度を有する前記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜を成長させる工程。
【０００８】
本発明の趣旨は、以下の（Ｉ）および（ＩＩ）を包含する。
（Ｉ）  １×１０１８ｃｍ−３以下のキャリア密度を有するストロンチウムニオブ酸窒化物、および
（ＩＩ）  １×１０１８ｃｍ−３以下のキャリア密度を有するストロンチウムニオブ酸窒化物膜。
【０００９】
本発明の趣旨は、さらに、以下の（ＩＩＩ）〜（Ｖ）を包含する。
（ＩＩＩ）上記ストロンチウムニオブ酸窒化物膜を具備する光半導体基板、
（ＩＶ）当該光半導体基板を具備する水素生成デバイス、および
（Ｖ）当該光半導体基板を用いた水素生成方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、小さいキャリア密度を有するストロンチウムニオブ酸窒化物膜の製法およびその用途を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、光半導体電極１００の断面図を示す。
【図２】図２は、実施例１におけるＸ線回折測定結果を示すグラフである。
【図３】図３は、実施例２におけるＸ線回折測定結果を示すグラフである。
【図４】図４は、光半導体電極１００を具備する水素生成デバイスの断面図を示す。
【図５】図５は、光半導体電極１００の断面図を示す。
【図６】図６は、実施例３におけるＸ線回折測定結果を示すグラフである。
【図７】図７は、実施例４におけるＸ線回折測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
（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、チタン酸ストロンチウム基板１１０（以下、単に「基板１１０」という）およびストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０を具備している。基板１１０の表面がチタン酸ストロンチウム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、単結晶である。チタン酸ストロンチウムは化学式ＳｒＴｉＯ３によって表される。ストロンチウムニオブ酸窒化物は、化学式ＳｒＮｂＯ３−ｘＮｘ（ここで、ｘは０を超えて３以下、望ましくはｘ＝１）によって表され得る。ストロンチウムニオブ酸窒化物は、ｎ型半導体の１種である。
【００１４】
ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０は、基板１１０の表面に形成されている。望ましくは、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０は、配向面を有している。より望ましくは、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０は、（００１）面の配向面を有している。
【００１５】
（製造方法）
以下、本実施形態による製造方法が詳細に説明される。
【００１６】
基板１１０の温度が摂氏５００度以上摂氏７５０度以下に維持されながら、基板１１０上にストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０が成長される。上述したように、基板１１０は、チタン酸ストロンチウムから形成されている。基板１１０は、単結晶チタン酸ストロンチウムから形成されていることが望ましい。成長されたストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０は、配向面を有していることが望ましい。
【００１７】
基板１１０は、（００１）面、（１１０）面、または（１１１）面の主面を有することが望ましい。言い換えれば、チタン酸ストロンチウムから形成されている基板１１０の表面は、［００１］方向、［１１０］方向、または［１１１］方向に配向していることが望ましい。基板１１０は、（００１）配向面のみ、（１１０）配向面のみ、または（１１１）配向面のみを有するチタン酸ストロンチウムを表面に具備することがより望ましい。
【００１８】
本発明者らは、スパッタ法により成長されたストロンチウムニオブ酸窒化物膜は、パルスレーザー堆積法により成長されたストロンチウムニオブ酸窒化物膜よりも顕著に低いキャリア密度を有することを見いだした。具体的には、レーザー堆積法により成長されたストロンチウムニオブ酸窒化物膜は、１×１０２１ｃｍ−３以上の高いキャリア密度を有する（非特許文献２を参照せよ）一方で、後述される実施例においても実証されているように、スパッタ法により成長されたストロンチウムニオブ酸窒化物膜は、１×１０１８ｃｍ−３以下の低いキャリア密度を有する。１つの実施態様において、スパッタ法により成長されたストロンチウムニオブ酸窒化物膜は、１×１０１７以下のより低いキャリア密度を有する。後述されるように、低いキャリア密度は、水素生成効率を向上させる。
【００１９】
スパッタリング法においては、化学式Ｓｒ２Ｎｂ２Ｏ７により表されるニオブ酸ストロンチウムから形成されたターゲットが用いられることが望ましい。アルゴン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。当該雰囲気は、さらに酸素を含有することが望ましい。このようにして、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０が基板１１０上に成長される。
【００２０】
基板１１０が（００１）面の配向面を有する場合、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０もまた、（００１）面の配向面を有する。ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０は、（００１）配向のみを有することがより望ましい。同様に、基板１１０が（１１０）面の配向面を有する場合、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０もまた、（１１０）面の配向面を有する。この場合、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０は、（１１０）配向のみを有することがより望ましい。基板１１０が（１１１）面の配向面を有する場合、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０もまた、（１１１）面の配向面を有する。この場合、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０は、（１１１）配向のみを有することがより望ましい。
【００２１】
上述されたように、このようにして成長されたストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０は、１．０×１０１８ｃｍ−３以下の低いキャリア密度を有する。
【００２２】
図４は、光半導体電極１００を具備している水素生成デバイス６００の断面図を示す。本実施形態では、光半導体電極１００は、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０を具備している。ストロンチウム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４に示される水素生成デバイスは、光半導体電極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、光半導体電極１００は、基板１１０および当該基板１１０上に成長されたストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０を具備する。
【００２３】
図５は、光半導体電極１００の断面図を示す。ニオブあるいはランタンがドープされたチタン酸ストロンチウム基板１１０が用いられ得る。ニオブあるいはランタンがドープされたチタン酸ストロンチウム基板１１０は導電性である。図５に示されるように、導電性のチタン酸ストロンチウム基板１１０にオーミック電極１１１が形成され得る。オーミック電極１１１は、導線６５０に電気的に接続される。基板１１０は、ペロブスカイト型（例えば、ペロブスカイト型酸化物）である。
【００２４】
対極６３０は、水素生成反応における過電圧が小さい材料あるいは水素生成能を有する光半導体電極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、化学式ＩｒＯ２により表される酸化イリジウム、またはｐ型光半導体電極である。２つ以上の材料が対極６３０のために用いられ得る。
【００２５】
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。
【００２６】
容器６１０は、光半導体電極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。水素生成デバイス６００のユーザは、このような水素生成デバイス６００を用意する。
【００２７】
ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０に光が照射されると、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０の表面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、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０に到達する。光を吸収したストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０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。ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０はｎ型半導体であるので、ホールは、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０の表面に移動する。
【００２８】
ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０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、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０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。
【００２９】
（化１）
４ｈ＋  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  Ｏ２↑  ＋  ４Ｈ＋      （１）
（ｈ＋はホールを表す）
（化２）
４ｅ−  ＋  ４Ｈ＋  →  ２Ｈ２↑      （２）
【００３０】
固液界面におけるストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０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。実施形態による光半導体電極１００は、１．０×１０１８ｃｍ−３未満の低いキャリア密度を有するので、実施形態による光半導体電極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。
【００３１】
（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。
【００３２】
（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。
【００３３】
まず、（００１）配向のみを有するペロブスカイト型チタン酸ストロンチウム基板１１０上に、反応性スパッタリング法により、１００ナノメートルの厚みを有するストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０が成長された。反応性スパッタリング法においては、チタン酸ストロンチウム基板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Ｓｒ２Ｎｂ２Ｏ７により表されるニオブ酸ストロンチウムであった。アルゴン、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。アルゴン流量は５ｓｃｃｍ、酸素流量は０．０５ｓｃｃｍであり、かつ窒素流量は１０ｓｃｃｍであった。このようにして、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０がエピタキシャル成長された。
【００３４】
次に、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０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によるストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０は、５．５×１０１５ｃｍ−３のキャリア密度を有していた。
【００３５】
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、３つのピークは、ＳｒＴｉＯ３の（００１）面、（００２）面および（００３）面に由来する。他の３つのピークは、ＳｒＮｂＯ２Ｎの（００１）面、（００２）面、および（００３）面に由来する。このように、ＳｒＮｂＯ２Ｎの（００ｈ）面のピークのみが観察された。これは、（００１）面配向を有するチタン酸ストロンチウム基板１１０上に、（００１）面配向のみを有するＳｒＮｂＯ２Ｎ膜が形成されたことを意味する。
【００３６】
（実施例２）
実施例２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との主要な相違点は、スパッタリングにおける雰囲気が、酸素を含んでいなかったことである。
【００３７】
まず、（００１）配向のみを有するペロブスカイト型チタン酸ストロンチウム基板１１０上に、反応性スパッタリング法により、１００ナノメートルの厚みを有するストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０が成長された。反応性スパッタリング法においては、チタン酸ストロンチウム基板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Ｓｒ２Ｎｂ２Ｏ７により表されるニオブ酸ストロンチウムであった。アルゴン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。アルゴン流量は５ｓｃｃｍ、かつ窒素流量は１０ｓｃｃｍであった。このようにして、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０が成長された。
【００３８】
次に、ストロンチウムニオブ酸窒化物膜１２０の多数キャリア密度が、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２によるＳｒＮｂＯ２Ｎ膜は、１．７×１０１７ｃｍ−３のキャリア密度を有していた。
【００３９】
光半導体電極１００は、Ｘ線回折分析に供された。図３は、その結果を示す。図３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、３つのピークは、ＳｒＴｉＯ３の（００１）面、（００２）面、および（００３）面に由来する。他の３つのピークは、ＳｒＮｂＯ２Ｎの（００１）面、（００２）面、および（００３）面に由来する。このように、ＳｒＮｂＯ２Ｎの（００ｈ）面のピークのみが観察された。これは、（００１）面配向を有するチタン酸ストロンチウム基板１１０上に、（００１）面配向のみを有するＳｒＮｂＯ２Ｎ膜が形成されたことを意味する。
【００４０】
以下の表１は、実施例１および実施例２の結果を示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
（実施例３）
実施例３では、ペロブスカイト型チタン酸ストロンチウム基板１１０が、（００１）配向ではなく、（１１０）配向のみを有していたことを除き、実施例１と同様の実験が行われた。
【００４３】
（実施例４）
実施例４では、ペロブスカイト型チタン酸ストロンチウム基板１１０が、（００１）配向ではなく、（１１１）配向のみを有していたことを除き、実施例１と同様の実験が行われた。
【００４４】
以下の表２は、実施例３および実施例４の結果を示す。
【００４５】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明によるストロンチウムニオブ酸窒化物膜は、光照射により水素を発生させる水素生成デバイスにおいて用いられる光半導体電極として用いられ得る。
【符号の説明】
【００４７】
１００  光半導体電極
１１０  チタン酸ストロンチウム基板
１１１  オーミック電極
１２０  ストロンチウムニオブ酸窒化物膜
６００  水素生成デバイス
６１０  容器
６３０  対極
６４０  液体
６５０  導線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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