(57)【要約】【課題】ガリウムが添加された酸化亜鉛薄膜であり、低光学損失、及び低電気抵抗率にすぐれた透明導電膜及び低光学損失、及び低電気抵抗率にすぐれた透明導電膜の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】ガリウムが添加された酸化亜鉛薄膜の透明導電膜であって、電気抵抗率が３．５×１０−４Ωｃｍ以下であり、キャリア密度が６．８×１０２０／ｃｍ３以上であり、ホール移動度が２７ｃｍ２／Ｖｓ以上であることを特徴とする透明導電膜である。【選択図】図２
2016135904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガリウムが添加された酸化亜鉛薄膜の透明導電膜であって、
電気抵抗率が３．５×１０−４Ωｃｍ以下であり、キャリア密度が６．８×１０２０／ｃｍ３以上であり、ホール移動度が２７ｃｍ２／Ｖｓ以上であることを特徴とする透明導電膜。
【請求項２】
ガリウムが添加された酸化亜鉛薄膜の透明導電膜であって、
誘電関数の実部の大きさがゼロとなる波長（交叉波長）が、１．５μｍの波長よりも短く、交叉波長よりも短い波長では誘電関数の実部の符合が正であり、交叉波長よりも長い波長では誘電関数の実部の符合が負であることを特徴とする透明導電膜。
【請求項３】
誘電関数の虚部の大きさが、１．５μｍの波長の光において、０．６０以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の透明導電膜。
【請求項４】
請求項３に記載の透明導電膜の製造方法であって、
基材の表面に酸化亜鉛薄膜を形成するイオンプレーティング法であり、
イオンプレーティング中の酸素ガス流量が１０ｓｃｃｍ以上１５ｓｃｃｍ以下であり、
放電電流が１００Ａ以上１２０Ａ以下であることを特徴とする透明導電膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は透明導電膜及び透明導電膜の製造方法に関し、具体的には、ガリウムが添加された酸化亜鉛薄膜であって、光通信波長を含む近赤外光領域における光学損失が小さく、かつ電気抵抗率の小さい透明導電膜及び該透明導電膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大量のデータを長距離にわたって高速で搬送する場合には、光は最適な媒体となる。今日，光ファイバーケーブルが国内外を問わず張り巡らされ，大量の音声データやそのほかの信号を光に乗せて伝送し，現在の高度に発達した情報通信社会を支えている。現在，マイクロプロセッサーなどのコンピューターチップ内のデータ伝送には、電子回路が利用されている。そのシステムを可視光やそのほかの電磁波を用いる光回路に置き換え、データを伝送し，制御できる小型光デバイスが実現されれば，コンピューターチップの処理能力は劇的に向上する。しかしながら、光デバイスのサイズや性能は、回折限界の制約を受ける。空間的に狭い領域に複数の光電磁波を通した場合、それら複数の光電磁波は互いに干渉し合う。光電磁波を運ぶ光ファイバーには，その光電磁波の波長の半分以上の幅が必要である。チップ内でデータを運ぶ光信号には、主に波長が約１５００nm（１．５μｍ）の近赤外領域の光が使われる。その場合，光ファイバーの幅は、現在使用されている小型電子デバイスよりかなり大きくなってしまう。そこで、光信号をナノメートルサイズの構造体を通して伝送する新技術の研究開発が進められている。
１９８０年代，金属と誘電体との界面に光を照射すると、金属表面の自由電子が金属外部の光の振動に同期して振動することが見いだされた。電子の密度波が発生して、金属表面を伝わっていくこの現象は表面プラズモンと呼ばれ、この現象を実現させる物質をプラズモニック物質、そしてその関連技術を、今日では、プラズモニクスと呼ばれている。
本発明の応用には、上記情報の伝送があるが、その他に、ある物体の周りの光電磁場の伝わり方を、本発明によるプラズモニック物質で、その物体を覆うことで変化させ，その物体を見えなくするといったクローキング（透明マント）と呼ばれるような応用も考えられる。
波長が約１５００nm（１．５μm）の近赤外領域光を用いたプラズモニクス用プラズモニック物質に要求される特性は、物質内での光吸収に因る光学損失が可能な限り抑えられることである。Ｗｅｓｔらは、そのような材料候補に関する研究結果を報告した（P.R. West, S. Ishii, G.V. Naik, N.K. Emani, V.M.Shalaev and A. Boltasseva, Laser & Photonics Reviews, Volume 4, Issue 6, pages 795-808, November 2010）。該論文では、光吸収に因る光学損失の定量的評価として、誘電関数の虚部を用い、従来の金属材料である銀は１．５μm での波長において、大きさが３程度と大きく、その一方で酸化亜鉛（ＺｎＯ）を母体材料としてアルミニウムを添加したＺｎＯ（AＺＯ）やガリウムを添加したＺｎＯ（GＺＯ）系導電性薄膜では大きく減少し、それぞれ、１．２〜１．３、及び０．７程度と評価した。すなわち、前記 AZOとGZOとは、波長が約１５００nm（１．５μm）の近赤外領域光を用いたプラズモニクス用プラズモニック物質に要求される特性を満足する候補材料であると結論した。
【０００３】
ＺｎＯを母体とするＺｎＯ系導電性薄膜に関し、前記Ｗｅｓｔらの論文で報告されたグラフを参考に示す（図１参照）。図１（a）では、ＧＺＯ、ＡＺＯを用いた場合の誘電関数の実部ε’（以下、光伝搬情報とも記す）における波長依存性が示されている。図１（b）では銀（同図中ではＳｉｌｖｅｒ）、ＧＺＯ、ＡＺＯを用いた場合の誘電関数の虚部ε’’（以下、光学損失とも記す）における波長依存性が示されている。１．５μｍの近赤外光領域波長において、プラズモニクス応用を考える場合、光伝搬情報であるε’の符合が１．５μｍの波長よりも短い波長において、その符合が正（原理的に薄膜内を光電磁波が伝搬する）から負（原理的に薄膜内を光電磁波が伝搬しにくくなる）に変化する必要がある。図１（a）が示す通り、ＧＺＯ、ＡＺＯを用いたＺｎＯ系導電性薄膜は、いずれも１．５μｍの波長よりも短い波長において、ε’の符合が正から負に変化する。この符合が変化する波長、すなわち、ε’の大きさがゼロとなる波長は、交叉波長と呼ばれる。図１（b）が示す通り、ＧＺＯ、ＡＺＯを用いたＺｎＯ系導電性薄膜は、いずれも、銀よりも１．５μｍの波長において、光学損失が小さい。なお、図１（a）では、ＡＺＯは、ＧＺＯよりもε’’の大きさが小さい（光学損失が小さい）が、耐湿性・耐熱性において優れるＧＺＯを用いたＺｎＯ系導電性薄膜の方が本応用では好ましい。
【０００４】
ＺｎＯ系導電性薄膜を量産レベルで製造する代表的な方法としては、直流マグネトロンスパッタリング法、高周波マグネトロンスパッタリング法及びイオンプレーティング法などが知られている。中でも、直流アーク放電を用いたイオンプレーティング法を用いれば、スパッタリング法のように薄膜内での大きな電気抵抗率分布を生じることなく、電気抵抗率の小さいＺｎＯ系導電性薄膜を速い製膜速度（前述した直流マグネトロンスパッタリング法の３〜５倍程度）で大きな製膜面積（１．５ｍ角程度）に形成することが可能である。なお、前記Ｗｅｓｔらの論文のＺｎＯ系導電性薄膜（ＡＺＯ及びＧＺＯ）は、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法：Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって成膜されているが、ＰＬＤ法では最大５ｍｍ角程度しか成形できないので、工業的な要求を満足させる発明を実現させる成膜技術としては適当ではない。
【０００５】
直流アーク放電を用いたイオンプレーティング法とは、プラズマガンや電子銃でターゲット（蒸発原料）にプラズマビームや電子ビームを照射し、蒸発原料（形態は焼結体あるいは粉末）を蒸発（出射）させると共にその蒸発粒子が基板に到達する前にイオン化させ、電位勾配を利用して蒸発粒子のエネルギーを制御したうえで基板上に蒸着（入射）させる方法である。
【０００６】
直流アーク放電を用いたイオンプレーティング法によるＺｎＯ系導電性薄膜として、例えば、特許文献１〜３に記載のＺｎＯ系透明導電膜が挙げられる。
【０００７】
特許文献１〜３は、いずれも、本願出願人によって出願されたものであり、特許文献１及び２は高温高湿に優れた透明導電膜に関するものであり、特許文献３は、密着性に優れた透明導電膜に関するものである。
【０００８】
上述した特許文献１〜３によっても可視光領域及び近赤外光領域における（波長４００〜１２００nｍ）透過率が高く、かつ電気抵抗率の小さい透明導電膜が得られるが、さらに長い波長での低光学損失、及び電気抵抗率にすぐれた透明導電膜が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１４−１７７６６３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４７７２７号公報
【特許文献３】特開２００８−１０３１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、ガリウムが添加された酸化亜鉛系薄膜であり、近赤外光領域での低光学損失、及び電気抵抗率にすぐれた透明導電膜及び光学損失、及び近赤外光領域での低光学損失、及び電気抵抗率にすぐれたガリウムが添加された酸化亜鉛系薄膜の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、ガリウムが添加された酸化亜鉛薄膜の透明導電膜であって、電気抵抗率が３．５×１０−４Ωｃｍ以下であり、キャリア密度が６．８×１０２０／ｃｍ３以上であり、ホール移動度が２７ｃｍ２／Ｖｓ以上であることを特徴とする透明導電膜に関する。
【００１２】
請求項２に係る発明は、ガリウムが添加された酸化亜鉛薄膜の透明導電膜であって、誘電関数の実部の大きさがゼロとなる波長（交叉波長）が、１．５μｍの波長よりも短く、交叉波長よりも短い波長では誘電関数の実部の符合が正であり、交叉波長よりも長い波長では誘電関数の実部の符合が負であることを特徴とする透明導電膜に関する。
【００１３】
請求項３に係る発明は、１．５μｍでの波長の光の光学損失が０．６０以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の酸化亜鉛透明導電性薄膜に関する。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の酸化亜鉛薄膜の製造方法であって、基材の表面に酸化亜鉛薄膜を形成する直流アーク放電を用いたイオンプレーティング法であり、イオンプレーティング中の酸素ガス流量が１０ｓｃｃｍ以上１５ｓｃｃｍ以下であり、放電電流が１００Ａ以上１２０Ａ以下であることを特徴とする酸化亜鉛薄膜の製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明の透明導電膜によれば、電気抵抗率が３．５×１０−４Ωｃｍ以下であり、キャリア密度が６．８×１０２０／ｃｍ３以上であり、ホール移動度が２７ｃｍ２／Ｖｓ以上なので、導電性に優れる。
【００１６】
請求項２に係る発明の導電膜によれば、誘電関数の実部の大きさがゼロとなる波長（交叉波長）が、１．５μｍの波長よりも短く、交叉波長よりも短い波長では誘電関数の実部の符合が正であり、交叉波長よりも長い波長では誘電関数の実部の符合が負であることにより、１．５μｍよりも長い波長の光において、プラズモニクス応用に優れる。
【００１７】
請求項３に係る発明の導電膜によれば、１．５μｍの波長の光の光学損失が０．６０以下なので、近赤外光領域での光通信用プラズモニクス応用に優れる。
【００１８】
請求項４に係る発明の製造方法によれば、導電性に優れ、かつ近赤外光領域での光通信用プラズモニクス応用を含むプラズモニクス応用に優れた導電膜を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来技術の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主体として含有するＺｎＯ系薄膜の誘電関数の実部ε’（光伝搬情報）と虚部ε’’（光学損失）とにおける波長依存性を示す図である。（ａ）はAZO及びGZO導電性薄膜における波長と誘電関数の実部ε’（光伝搬情報）との相関図であり、（ｂ）は金属材料である銀（同図中ではSilver）、AZO及びGZO導電性薄膜における波長と誘電関数の虚部ε’’（光学損失）との相関図である。
【図２】本発明の透明導電膜の製造方法に用いる直流アーク放電を用いたイオンプレーティング法装置の概略図である。
【図３】本発明の透明導電膜における入射光波長と、ε’、ε’’、屈折率ｎ、消衰係数ｋとの関係を示す図である。
【図４】本発明の透明導電膜における入射光波長と屈折率ｎとの関係を示す図である。
【図５】本発明の透明導電膜における入射光波長と消衰係数ｋとの関係を示す図である。
【図６】本発明の透明導電膜における入射光波長と、光伝搬情報ε’及び光学損失ε’’との関係を示す図である。
【図７】本発明の透明導電膜において、異なる酸素ガス流量条件下で、放電電流が１００Ａの場合の入射光波長と光伝搬情報ε’との関係を示す図である。
【図８】本発明の透明導電膜において、異なる酸素ガス流量条件下で、放電電流が１１０Ａの場合の入射光波長と光伝搬情報ε’との関係を示す図である。
【図９】本発明の透明導電膜において、異なる酸素ガス流量条件下で、放電電流が１２０Ａの場合の入射光波長と光伝搬情報ε’との関係を示す図である。
【図１０】本発明の透明導電膜において、異なる酸素ガス流量条件下で、放電電流が１００Ａの場合の入射光波長と光学損失ε’’との関係を示す図である。
【図１１】本発明の透明導電膜において、異なる酸素ガス流量条件下で、放電電流が１１０Ａの場合の入射光波長と光学損失ε’’との関係を示す図である。
【図１２】本発明の透明導電膜において、異なる酸素ガス流量条件下で、放電電流が１２０Ａの場合の入射光波長と光学損失ε’’との関係を示す図である。
【図１３】本発明の透明導電膜において、酸素ガス流量が１０ｓｃｃｍの成膜条件で、放電電流１００〜１４０Ａの場合の入射光波長と吸収係数との関係を示す図である。
【図１４】本発明の透明導電膜において、放電電流及び酸素ガス流量と、透明導電膜におけるガラス基板表面と平行方向となる結晶粒径との関係を示す図である。
【図１５】本発明の透明導電膜において、放電電流及び酸素ガス流量と、結晶のａ軸格子定数との関係を示す図である。
【図１６】本発明の透明導電膜において、酸素ガス流量が１０ｓｃｃｍであって、放電電流が１００、１１０、１２０、１３０、１４０Ａのときの透明導電膜の各物性を示す図である。
【図１７】本発明の透明導電膜において、放電電流が１００、１１０、１２０Ａであって、酸素ガス流量が０、５、１０、１５ｓｃｃｍのときの透明導電膜の各物性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る透明導電膜の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
本実施形態の透明導電膜は、ガリウムが添加された酸化亜鉛薄膜の透明導電膜であって、電気抵抗率が３．５×１０−４Ωｃｍ以下であり、キャリア密度が６．８×１０２０／ｃｍ３以上であり、ホール移動度が２７ｃｍ２／Ｖｓ以上である。また、光学損失ε’’は０．６０以下である。
【００２２】
図２に、本実施形態の透明導電膜の製造方法に用いる直流アーク放電を用いたイオンプレーティング法装置の概略図を示す。
直流アーク放電を用いたイオンプレーティング法装置（１０）は、成膜室である真空容器（１２）と、真空容器（１２）中にプラズマビームＰＢを供給するプラズマ源であるプラズマガン（プラズマビーム発生器）（１４）と、真空容器（１２）内の底部に配置されてプラズマビームＰＢが入射する陽極部材（１６）と、成膜の対象である基板Ｗを保持する基板保持部材ＷＨを陽極部材（１６）の上方で適宜移動させる搬送機構（１８）とを備える。
【００２３】
プラズマガン（１４）は、圧力勾配型であり、その本体部分は真空容器（１２）の側壁に備えられる。プラズマガン（１４）の陰極（１４ａ）、中間電極（１４ｂ）、（１４ｃ）、電磁石コイル（１４ｄ）およびステアリングコイル（１４ｅ）への給電を調整することにより、真空容器（１２）中に供給されるプラズマビームＰＢの強度や分布状態が制御される。なお、参照符号（２０ａ）は、プラズマビームＰＢのもととなる、Ａｒ等の不活性ガスからなるキャリアガスの導入路を示す。
【００２４】
陽極部材（１６）は、プラズマビームＰＢを下方に導く主陽極であるハース（１６ａ）と、その周囲に配置された環状の補助陽極（１６ｂ）とからなる。
【００２５】
ハース（１６ａ）は、適当な正電位に制御されており、プラズマガン（１４）から出射したプラズマビームＰＢを下方に吸引する。ハース（１６ａ）は、プラズマビームＰＢが入射する中央部に貫通孔ＴＨが形成されており、貫通孔ＴＨにターゲット（２２）が装填されている。ターゲット（２２）は、柱状若しくは棒状に成形されたタブレットであり、プラズマビームＰＢからの電流によって加熱されて昇華し、蒸着物質を生成する。ハース（１６ａ）はターゲット（２２）を徐々に上昇させる構造を有しており、ターゲット（２２）の上端は常に一定量だけハース（１６ａ）の貫通孔ＴＨから突出している。
【００２６】
補助陽極（１６ｂ）は、ハース（１６ａ）の周囲に同心に配置された環状の容器で構成され、容器内には、永久磁石（２４ａ）とコイル（２４ｂ）とが収容されている。これら永久磁石（２４ａ）およびコイル（２４ｂ）は、磁場制御部材であり、ハース（１６ａ）の直上にカスプ状磁場を形成し、これにより、ハース（１６ａ）に入射するプラズマビームＰＢの向きが制御され、修正される。
【００２７】
搬送機構（１８）は、搬送路（１８ａ）内に水平方向に等間隔で配列されて基板保持部材ＷＨを支持する多数のコロ（１８ｂ）と、コロ（１８ｂ）を回転させて基板保持部材ＷＨを所定の速度で水平方向に移動させる図示しない駆動装置とを備える。基板保持部材ＷＨに基板Ｗが保持される。この場合、基板Ｗを搬送する搬送機構（１８）を設けることなく、真空容器（１２）の内部の上方に基板Ｗを固定して配置してもよい。
【００２８】
真空容器（１２）には、酸素ガス容器（１９）中の酸素ガスがマスフローメータ（２１）によって流量を所定量に調整されながら供給される。なお、参照符号（２０ｂ）は酸素以外の雰囲気ガスを供給するための供給路を示し、また、参照符号（２０ｃ）はＡｒ等の不活性ガスをハース（１６ａ）に供給するための供給路を示し、また、参照符号（２０ｄ）は排気系を示す。
【００２９】
上記のように構成した直流アーク放電を用いたイオンプレーティング法装置（１０）を用いたイオンプレーティング方法を説明する。
【００３０】
まず、真空容器（１２）の下部に配置されたハース（１６ａ）の貫通孔ＴＨにターゲット（２２）を装着する。
本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜の製造方法は、ターゲット（２２）として、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎＯの焼結体を用いることを特徴とする。
上記ターゲットを用いることにより、耐湿熱性、光透過性及び導電性に優れた透明導電性酸化亜鉛薄膜を製造することができる。
【００３１】
イオンプレーティング用ターゲットに含まれるＧａ２Ｏ３の含有量は０．１〜６重量％が好ましい。
Ｇａ２Ｏ３の含有量が０．１重量％未満であると、製造される酸化亜鉛薄膜の導電性を充分に向上させることができないため、好ましくない。
Ｇａ２Ｏ３の含有量が６重量％を超えると、製造される酸化亜鉛薄膜の導電性が急激に減少するため、好ましくない。
【００３２】
次いで、ハース（１６ａ）の上方の対向する位置に基板Ｗを配置する。
【００３３】
次いで、成膜条件に応じたプロセスガスを真空容器（１２）の内部に導入する。酸素ガス容器（１９）から真空容器（１２）の内部に酸素が供給される。酸素流量は特に限定されないが１０〜１５ｓｃｃｍが好ましい。酸素流量が１０ｓｃｃｍ未満であると、透明導電性酸化亜鉛薄膜の耐湿熱性が劣化し、６０℃、相対湿度９５％の条件下で５００時間の環境試験前後における比抵抗の相対変化率が大きくなってしまうため好ましくない。酸素流量が１５ｓｃｃｍを超えると、得られる透明導電性酸化亜鉛薄膜の比抵抗が大きくなってしまい、また、６０℃、相対湿度９５％の条件下で５００時間の環境試験後の薄膜の比抵抗も大きくなってしまい、導電膜として不適な膜となってしまうので好ましくない。
【００３４】
次いで、プラズマガン（１４）の陰極（１４ａ）およびハース（１６ａ）間に直流電圧を印加する。そして、プラズマガン（１４）の陰極（１４ａ）とハース（１６ａ）との間で放電を生じさせ、これにより、プラズマビームＰＢを生成する。放電電流としては１００〜１２０Ａが好ましい。放電電流が１２０Ａを超えると光学損失が０．６０よりも大きくなるおそれがある。放電電流が１００Ａ未満の場合、キャリア密度とホール移動度とがそれぞれ激減し、その結果、透明導電性に劣った薄膜が形成される。加えてこの場合、キャリア密度の大きさに強く依存する交叉波長は、１５００nmよりも長い波長となり、本発明が考えている応用には適さない。工業的には、放電電流が１００Ａ未満の場合、基板との密着性が弱くなり、その結果、デバイス応用には向かない透明導電膜となる。
【００３５】
プラズマビームＰＢは、ステアリングコイル（１４）と補助陽極（１６ｂ）内の永久磁石（２４ａ）等とによって決定される磁界に案内されてハース（１６ａ）に到達する。この際、ターゲット（２２）の周囲にアルゴンガスが供給されるので、容易にプラズマビームＰＢがハース（１６ａ）に引き寄せられる。
【００３６】
プラズマに曝されたターゲット（２２）は、徐々に加熱される。ターゲット（２２）が十分に加熱されると、ターゲット（２２）が昇華し、蒸着物質が蒸発（出射）する。蒸着物質は、プラズマビームＰＢによりイオン化され、基板Ｗに付着（入射）し、成膜される。
【００３７】
なお、永久磁石（２４ａ）およびコイル（２４ｂ）によってハース（１６ａ）の上方の磁場を制御することにより、蒸着物質の飛行方向を制御することができるため、ハース（１６ａ）の上方におけるプラズマの活性度分布や基板Ｗの反応性分布に合わせて基板Ｗの上の成膜速度分布を調整でき、広い面積にわたって均一な膜質の薄膜を得ることができる。
【実施例】
【００３８】
以下の実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明に係る透明導電膜は、これらに限定されるものではない。
【００３９】
ターゲットとして、Ｇａ２Ｏ３（純度９９．９％）を４重量％添加したＺｎＯ（純度９９．９９％）（ハクスイテック社製）の焼結体を用い、直流アーク放電を用いたイオンプレーティング法によって膜厚２００ｎｍのガリウム添加酸化亜鉛薄膜（ＧＺＯ）を製膜した。製膜条件を下記に示す。
（製膜条件）
基板 ：厚み０．７ｍｍの無アルカリガラス（Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（コーニング社製））
膜厚 ：２００ｎｍ
基板温度 ：２００℃
製膜時の圧力 ：およそ０．２Ｐａ
製膜時の雰囲気ガス条件：アルゴン＝１４０ｓｃｃｍ、酸素＝０、５、１０、１５ｓｃｃｍ
製膜時の放電電流 ：１００、１１０、１２０、１３０、１４０Ａ
製膜時間 ：60（放電電流１４０Ａ）から９０秒（放電電流１００Ａ）
直流アーク放電を用いたイオンプレーティング法装置：住友重機械工業社製「ＲＰＤ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｐｌａｓｍａ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置」
【００４０】
＜試験結果＞
図３に、放電電流が１００Ａであり、酸素ガス流量が１０ｓｃｃｍの成膜条件で成膜されたＧＺＯ薄膜における入射光波長と、ε’（光伝搬情報）、ε’’（光学損失）、ｎ（屈折率）、ｋ（消衰係数）との関係を示す。
誘電関数の実部ε’（光伝搬情報）及び虚部ε’’（光学損失）は、ｎ（屈折率）及びｋ（消衰係数）により下記の式で表される。
ε’＝ｎ２−ｋ２
ε’’＝２ｎｋ
【００４１】
実部ε’が正の場合には、光は導電膜の内部を伝搬し、負の場合には、光は導電膜の表面付近を伝搬するので、光通信用プラズモニクス応用では、波長１．５μｍにおける実部ε’が負であること、換言すれば、実部ε’が０になる交叉波長が１．５μｍより小さいことが必須である。波長１．５μｍを含む交叉波長よりも長い波長領域において、ｎよりもｋが大きくなっている。ε’’の前記式から、光通信用プラズモニクス応用において要求される低光学損失には、交叉波長よりも長い波長領域において、ｎ（屈折率）及びｋ（消衰係数）いずれもが小さいことが望ましい。
【００４２】
図４に、酸素ガス流量が１０ｓｃｃｍの成膜条件で、放電電流１００〜１４０Ａの場合の入射光波長と屈折率ｎとの関係を示す。放電電流が１００〜１４０Ａのいずれの場合にも、波長が長くなるに従って屈折率ｎは小さくなり、波長１．５〜１．６μｍ付近で最小値となり、その後波長増大と共にゆるやかに大きくなる。そして、１．５μｍでは、放電電流が小さい程、屈折率ｎが小さくなっている。
【００４３】
図５に、酸素ガス流量が１０ｓｃｃｍの成膜条件で、放電電流１００〜１４０Ａの場合の入射光波長と消衰係数ｋとの関係を示す。放電電流が１００〜１４０Ａのいずれの場合にも、入射光波長が１４００nm以上では、波長が長くなるに従って消衰係数ｋは大きくなっている。そして、放電電流１００〜１４０Ａにおいて、放電電流が大きいほど消衰係数ｋが大きくなっている。
【００４４】
図６に、酸素ガス流量が１０ｓｃｃｍの成膜条件で、放電電流１００〜１４０Ａの場合の入射光波長と、光伝搬情報ε’及び光学損失ε’’との関係を示す。
放電電流１００〜１４０Ａのいずれの場合にも、交叉波長は１．５μｍ以下になっている。また、放電電流１００〜１４０Ａにおいて、放電電流が大きいほど光学損失ε’’が大きくなっている。これは前記の通り、放電電流が大きいほど、該波長領域でｎ（屈折率）及びｋ（消衰係数）のいずれもが大きくなっていることがその理由である。
【００４５】
図７に、放電電流が１００Ａであって酸素ガス流量が０〜１５ｓｃｃｍの場合の入射光波長と光伝搬情報ε’との関係を、図８に、放電電流が１１０Ａであって酸素ガス流量が０〜１５ｓｃｃｍの場合の入射光波長と光伝搬情報ε’との関係を、図９に、放電電流が１２０Ａであって酸素ガス流量が０〜１５ｓｃｃｍの場合の入射光波長と光伝搬情報ε’との関係を示す。
放電電流が１００、１１０、１２０Ａのいずれの場合も酸素ガス流量が多いほど交叉波長は長くなるが、酸素ガス流量が０〜１５ｓｃｃｍのいずれの場合も、交叉波長は１．５μｍ未満である。
【００４６】
図１０に、放電電流が１００Ａであって酸素ガス流量が０〜１５ｓｃｃｍの場合の入射光波長と光学損失ε’’との関係を、図１１に、放電電流が１１０Ａであって酸素ガス流量が０〜１５ｓｃｃｍの場合の入射光波長と光学損失ε’’との関係を、図１２に、放電電流が１２０Ａであって酸素ガス流量が０〜１５ｓｃｃｍの場合の入射光波長と光学損失ε’’との関係を示す。
放電電流が１００、１１０、１２０Ａのいずれの場合も、酸素ガス流量が増えるに従って、波長が１．５μｍにおける光学損失ε’’は小さくなっている。そして、放電電流が１００、１１０、１２０Ａのいずれの場合も酸素ガス流量が１０、１５ｓｃｃｍであると光学損失ε’’は０．６０以下になっている。
【００４７】
図１３に、酸素ガス流量が１０ｓｃｃｍの成膜条件で、放電電流１００〜１４０Ａの場合の入射光波長と吸収係数との相関を示す。各波長において、放電電流が大きいほど、吸収係数は大きくなっている。
【００４８】
放電電流及び酸素ガス流量と、透明導電膜におけるガラス基板表面と平行方向となる結晶粒径との関係を図１４に示し、放電電流及び酸素ガス流量と、結晶のａ軸格子定数との関係を図１５に示す。
放電電流及び酸素ガス流量と、該結晶粒径との間には、大きな相関は見られないが、放電電流及び酸素ガス流量と、ａ軸格子定数との関係では、放電電流及び酸素ガス流量の上昇に伴い、ａ軸が縮む傾向（圧縮応力）が見られる。
【００４９】
図１６に、酸素ガス流量が１０ｓｃｃｍであって、放電電流が１００、１１０、１２０、１３０、１４０Ａのときの透明導電膜の各物性を示す。
放電電流が１００、１１０、１２０、１３０、１４０Ａのいずれの場合にも、目標値である電気抵抗率３．５×１０−４（Ωｃｍ）以下、キャリア密度６．８×１０２８（／ｃｍ３）以上、ホール（Ｈａｌｌ）移動度２７（ｃｍ２／Ｖｓ）以上を満足するが、放電電流が１３０、１４０Ａの場合には、波長１．５μｍでの光学損失０．６０以下の目標値を満足することができない。
【００５０】
図１７に、放電電流が１００、１１０、１２０Ａであって、酸素ガス流量が０、５、１０、１５ｓｃｃｍのときの透明導電膜の各物性を示す。
放電電流が１００、１１０、１２０Ａであって、酸素ガス流量が１０、１５ｓｃｃｍのときに、目標値の光学損失０．６０以下、電気抵抗率３．５×１０−４（Ωｃｍ）以下、キャリア密度６．８×１０２８（／ｃｍ３）以上、ホール（Ｈａｌｌ）移動度２７（ｃｍ２／Ｖｓ）以上を満足することができる。
酸素ガス流量が１５ｓｃｃｍを超えると、キャリア密度が６．８×１０２８（／ｃｍ３）の目標値よりも小さくなり、また、交叉波長が１．５μｍ以上になるおそれがある。
【００５１】
上記の実施例から、直流アーク放電を用いたイオンプレーティング法において、イオンプレーティング中の酸素ガス流量を１０ｓｃｃｍ以上１５ｓｃｃｍ以下とし、放電電流を１００Ａ以上１２０Ａ以下にすることにより、ガリウムが添加された酸化亜鉛薄膜の透明導電膜において従来得られなかった、電気抵抗率が３．５×１０−４Ωｃｍ以下であり、キャリア密度が６．８×１０２０／ｃｍ３以上であり、ホール移動度が２７ｃｍ２／Ｖｓ以上であり、交叉波長が１．５μｍ未満であり、１．５μｍの入射光波長の光の光学損失が０．６０以下である透明導電膜が得られることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、例えば光通信を含むプラズモニクスや、液晶表示装置用透明電極および太陽電池用窓増となる透明電極などに用いられる透明電極用の透明導電膜に好適に使用される。
【符号の説明】
【００５３】
１０       直流アーク放電を用いたイオンプレーティング法装置
１２       真空容器
ＰＢ       プラズマビーム
１４       プラズマガン（プラズマビーム発生器）
１４ａ       プラズマガンの陰極
１４ｂ、１４ｃ       中間電極
１４ｄ      電磁石コイル
１４ｅ       ステアリングコイル
１６       陽極部材
１６ａ       主陽極であるハ−ス
１６ｂ       環状の補助陽極
Ｗ       基板
ＷＨ       基板保持部材
１８       搬送機構
１８ａ       搬送路
１８ｂ       コロ
１９       酸素ガス容器
２０ａ       Ａｒ等の不活性ガスからなるキャリアガスの導入路
２０ｂ       酸素以外の雰囲気ガスを供給するための供給路
２０ｃ       Ａｒ等の不活性ガスをハースに供給するための供給路
２０ｄ       排気系
ＴＨ       貫通口
２１      マスフローメータ
２２       蒸着材料
２４ａ       永久磁石
２４ｂ       コイル
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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