專利名稱：：功能元件和氧化物材料形成方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及氧化物材料。
背景技術：
：近年來，顯示屏向大型化、小型^f更攜化的需求在不斷提高。為了實現(xiàn)該需求，需要顯示元件的低電力消耗，使用可見光線透射率高、電阻值低的透明電極變得必不可缺。因此，為了進一步降低透明導電性薄膜的電阻值，提出了在玻璃板等透明基材表面上設置含有摻雜了數(shù)%錫的氧化銦的氧化銦錫膜(以下稱為IT0膜)的方案(例如，參照專利文獻l)。但是，雖然該ITO膜透明性優(yōu)異，具有高導電性，但具有In的地殼含有率低達50ppb，伴隨資源枯竭而使原料的成本上升的缺點。此外，特別是在近年，作為耐等離子體性高并且廉價的材料提出了氧化鋅類材料。但是，氧化鋅類材料不耐酸、堿，即使在二氧化碳氣氛中也會被慢慢侵蝕。此外，為了改善所述耐化學品性，還考慮了通it^J"氧化鋅表面進行涂布加工從而進行應對，但必須增加l個涂布工序，也存在制造成本增加的問題。即，為了擴大透明傳導體的使用范圍，需要用可以穩(wěn)定供給的原材料將其構成，同時需要用兼具耐化學品性、耐久性的原材料將其構成。因此，兼具耐化學品性、耐久性的二氧化鈦(Ti02)受到關注(例如，參照非專利文獻l)，Ti02膜在藍寶石^l等上外延生長(例如，參照非專利文獻2、3和4)。但是，如果使用藍寶石H則不能利用基板材料和薄膜材料間的異種材料的結合(異質掩^)產生的功能，難以使藍寶石^L成為非單純結構材料而發(fā)揮功能。專利文獻l:特開2004-95240號/〉才艮非專利文獻1:應用物理第73巻第5號(2004)587項~592項非專利文獻2:Jpn.J.Appl.Phys.Vol.40(2001)pp.L1204~L1206非專利文獻3:NatureMaterials3，221-224(2004)非專利文獻4:APPLIEDPHYSICSLETTERSVOLUME78,NUMBER18，2664~2666(2001)
發(fā)明內容因此，本發(fā)明鑒于上述狀況而提出，目的在于提供具有新特性的功能元件和氧化物材料形成方法。根據(jù)本發(fā)明，為了實現(xiàn)上述目的，釆用了如本發(fā)明要求保護范圍所述的構成。以下對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明的第1側面涉及功能元件，其特征在于具有AlxGayIra(其中，(Kx"，0<y<l，0<z<l)、和在上述AlxGayInzN上形成、含有金屬氧化物的氧化物材料，上述金屬氧化物為Ti02。根據(jù)本構成，得到在具有優(yōu)異的物理化學性質的3族氮化物上一體形成的在界面的反射少、兼具耐化學品性和耐久性的Ti02膜而構成的功能元件。本發(fā)明的第2側面涉及氧化物材料形成方法，是采用脈沖激光沉積法在AlXayIiuN(其中，(Kx<l，(Ky<l，(Kz《l)上形成、>^有金屬氧化物的氧化物材料的方法，其中，上述金屬氧化物為Ti02。根據(jù)本構成，能夠在具有優(yōu)異的物理化學性質的3族氮化物上形成接觸電阻小、在界面的嘲:射小的品質良好的Ti02外延生長膜。本發(fā)明的第3側面涉及功能元件，其特征在于具有AUJaylia(其中，0<x<l，0<y<l，0<z<l)、和在上述AlxGayInzN上形成、>^有金屬氧化物的氧化物材料，上述金屬氧化物為Sn02。根據(jù)本構成，得到在具有優(yōu)異的物理化學性質的3族氮化物上一體形成界面的反射少、兼具耐化學品性和耐久性的Sn02膜而構成的功能元件。本發(fā)明的第4側面涉及氧化物材料形成方法，是釆用脈沖激光沉積法在AlxGayInzN(其中，(Kx<l，(Ky《1，0《z《l)上形成、含有金屬氧化物的氧化物材料的方法，其中，上述金屬氧化物為Sn02。才艮據(jù)本構成，能夠在具有優(yōu)異的物理化學性質的3族氮化物上形成接觸電阻小、在界面的散射小的品質良好的Sn02外延生長膜。再者，本說明書和本發(fā)明要求保護范圍中所說的AlxGayInzN(其中，0<x<l,0<y<l,0<z<l)，也包括x+y+z=l的情況，沒有任何摻雜的情況，摻雜了過渡金屬、Si、Mg、Zn等的情況，和為p型半導體及n型半導體的情況等。根據(jù)本發(fā)明，得到在具有優(yōu)異的物理化學性質的3族氮化物上一體形成界面的>^射少、兼具耐化學品性和耐久性的膜而構成的功能元件。本發(fā)明其他目的、特征或優(yōu)點，通過基于后述的本發(fā)明的實施方式、附圖所進行的詳細說明而變得清楚。圖1是表示141上形成的氧化物材料膜的圖。圖2是表示前處理前的基fcl的RHEED圖案和前處理后的基板的RHEED圖案的圖。圖3是用于對PLD裝置的構成進行說明的圖。圖4是表示GaN(纖鋅礦(纖鋅礦型)AlxGayInzN)的結晶結構的圖。圖5《一表示結晶的品質的4個等級((A)等級l:多相多晶膜、(B)等級2:單相多晶膜、(C)等級3:單相取向外延生長膜和(D)等級4:單晶外延生長膜)的圖。圖6是表示在實施了鹽酸處理的GaN基&上采用上述PVD法成膜的Ti02表面和成膜前的GaNn表面的電子束衍射像(RHEED圖案)的圖。圖7是表示在沒有進行鹽酸處理的GaN基敗上采用PVD法成膜的Ti02表面和成膜前的GaN^4l表面的電子束衍射像(RHEED圖案)的圖。圖8是表示在實施了鹽酸處理的GaN^4l上釆用PVD法成膜的Ti02表面的原子間力顯微鏡(AFM)像的圖。圖9是表示測定金屬氧化物層的內部透射率的結果的圖。圖IO是表示金屬氧化物層的電阻率的溫度依賴性的圖。圖11是表示Tipx—yCoxNby02在室溫下的法拉第旋轉系數(shù)的外加磁場依賴性的圖。圖12是表示Tin-yCOxNby02在室溫下的法拉第旋轉系數(shù)的波長依賴性的圖。圖13是表示同時添加了Co5X和Nbl()W的Ti02薄膜在室溫下的外部透射率的圖。圖14是表示一邊使Nb摻雜量變化一邊形成了Ti02膜時的電阻率的組成依賴性的圖。圖15是表示一邊使成膜時的Ul溫度變化一邊形成了使Nb摻雜量為6%的Ti02膜時的電阻率的基&溫度依賴性的圖。圖16是表示形成了使Nb摻雜量為6%的Ti02膜時的透射率的波長依賴性的圖。圖17是表示形成了使Nb摻雜量為6%的Ti02膜時的透射率的基敗溫度依賴性和氧分壓依賴性的圖。圖18是表示使用了成膜溫度梯度膜的各種測定結果的圖。圖19是表示進行了采用PLD法成膜的Sn02膜的X射線衍射(XRD)測定的結果的圖。圖20是表示采用PLD法成膜的Sn02膜的電子束衍射像(RHEED圖案)的圖。符號說明11、12氧化物材料膜、30PLD裝置、31室、32光振蕩器、33反射鏡、34透鏡、36紅外線燈、39靶、40油旋轉泵、41防逆流閥、42渦輪分子泵、43壓力閥、45氧氣流量調節(jié)閥具體實施例方式以下參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。如圖1所示，在基仗11上形成氧化物材料膜12?；?1由例如基板表面lla為(0001)面的GaN模板(TDI社(TechnologiesandDevicesInternational,Inc.)制Si摻雜n型GaN)構成。再者，^111可以由AlxGayIrizN(其中，0<x<l,0<y<l,0<z<l)構成。該Ul11上形成的氧化物材料膜12由金屬氧化物Ti02構成。再者，Ti02不僅可以是任何沒有摻雜的情況，也可以由M:Ti02(M為Nb、Ta、Mo、As、Sb、Al、W、Co、Fe、Cr、Sn、Ni、Mn或V中任何一種或它們的組合)構成。如后所述，摻雜的M如果是Nb、Ta、Mo、As、Sb、A1或W，可以在維持透明度的情況下期待電導率的提高。另一方面，摻雜的M如果是Co、Fe、Cr、Sn、Ni、Mn或V,能夠期待磁光學效果。其次對該氧化物材料膜12的制作方法進行說明。首先，進行GaN基fel的處理。該處理的步驟例如如下所述。用丙酮、乙醇等將基板洗滌。然后，將^在高純度鹽酸(EL級、濃度36%、關東化學制)中浸漬2分鐘。然后，將基仗轉移到純水中，沖洗鹽酸等。然后，將M轉移到新的純水中，在這里進行5分鐘超聲波洗滌。然后，將^從純水中取出，向^!表面噴射氮氣從而將7JC分^i4l表面除去。這些處理例如在室溫下進行。通過這些處理，認為氧化物、有機物等^jM^面除去，不是n末端而是Ga末端在^l4面露出。這里雖然對使用了鹽酸的例子進行了說明，但是可以使用王水、氫氟酸等酸。此外，該處理可以在室溫下，也可以使用加熱的酸。再者，這些處理后，將^L導入下述說明的室31中，樣品表面的狀態(tài)釆用^Jt型電子束衍射法(R服ED)進行觀察，在加熱到400匸的狀態(tài)下進行評價。為了比較，將處理前的基仗的R服ED圖案和處理后的^的RHEED圖案示于圖2。由處理后基板的RHEED^^的條紋圖案可知得到了平坦的基M面。以下根據(jù)物理氣相蒸鍍(PVD)法，在基felll的(0001)面上蒸鍍例如Ta:Ti02。在以下的實施方式中，對才艮據(jù)脈沖激光沉積法(PulsedLaserDeposition:PLD法)實施該蒸鍍的情況進行說明。該PLD法中，使用例如圖3所示的PLD裝置30，在基板11上沉積氧化物材料膜12。該PLD裝置30通過在室31內配置基板11和靶39而構成，此外在該室31的外部備有配置在與上述靶39表面相對側的光振蕩器32、用于調節(jié)由光振蕩器32振蕩的脈沖激光的位置的反射鏡33、和用于控制激光的點徑的透鏡34，還具有用于將氧氣注入室31內的氣體供給部44而構成。室31的設置是為了通過維持適當?shù)恼婵斩?，同時防止雜質從外部混入從而制作高品質的薄膜。在室31內"&置有用于加熱^j敗的紅外線燈36。通過窗31b,利用設置在室31外部的放射溫度計37對基fel溫度進行監(jiān)控，進行控制使其經常地保持在一定溫度。此外，在室內安裝有用于控制氧氣流量的閥45。為了實現(xiàn)減壓下的制膜，在室31上連接有渦輪分子泵42和壓力閥43。使用氧氣流量調節(jié)閥45和壓力閥43，將室31的壓力控制在例如在氧氣氛中呈lxl0-7托l(wèi)xl0"托。再者，將油旋轉泵40和防逆流閥41連接在渦輪分子泵42上，將渦輪分子泵42的排氣側的壓力經常地保持在lx10—3托以下。在該室31中，在與靶39相對的面中還配i殳有窗31a，通過窗31a入射來自光振蕩器32的脈沖激光。光振蕩器32振蕩例如脈沖頻率為1~10Hz、激光能量為100mJ/脈沖、波長為248nm的KrF受激準分子激光作為上述脈沖激光。通過反射鏡33和透鏡34對該振蕩的脈沖激光進行點調節(jié)，以使焦點位置在上述乾39的附近，通過窗31a將其以相對于配設在室31內的靶39表面成約45。的角JLA^射。靶39由例如Ta:Ti02燒結體構成。雖然置換的金屬在這里以Ta為例，但也可以^吏用Nb、Mo、As、Sb、W的任何一種，或者也可以將多種金屬并用。該Ta:Ti02燒結體通過將以達到希望的原子比的方式稱量的Ti02和Ta205各粉末進行混合，進而將該混合的粉末加熱成型而制作。將該靶39與基仗11中的(0001)面大致平行地配設。再者，靶39由Nb:Ti02燒結體構成時，Nb:Ti02燒結體通過將以達到希望的原子比的方式稱量的Ti02和Nb205各粉末進行混合，進而將該混合的粉末加熱成型而制作。靶39由Co，Nb:Ti02燒結體構成時，Co，Nb:Ti02燒結體通過將以達到希望的原子比的方式稱量的Ti02和Nb力5和CoO的各粉末進行混合，進而將該混合的粉末加熱成型而制作。此外，基于該PLD法的制膜過程如下所述。首先，將前處理過的M11設置在室31內。其次，例如分別將脈沖頻率設定在2Hz，將激光能量設定為100mJ/脈沖，將氧分壓設定為1x10—5托，將基板溫度設定為400"C，一邊利用馬達35將M旋轉驅動一邊進行40分鐘制膜。進而，通過旋轉軸38將靶39旋轉驅動，同時斷續(xù)地照射上述脈沖激光，從而使靶39表面的溫度急劇地上升，產生燒蝕等離子體。該燒蝕等離子體中含有的Ti、Ta、0各原子，一iiX復地進行與室31中的氧氣碰撞反應等一邊慢慢使狀態(tài)發(fā)生變化，向Ulll移動。然后，到達了mi的含有Ti、Ta、0原子的粒子直接擴散到a11上的(0001)面，在晶格匹配性最穩(wěn)定的狀態(tài)下薄膜化。然后，在氧分壓1x10—5托下將141急冷到室溫。其結果制作氧化物材料膜12。通常已知在異質外延生長中，薄膜和^L間的晶格不匹配對薄膜中生成結晶缺陷產生大的影響。晶格不匹配表示為晶格不匹配=(afilm-asub)/asub(afilm:薄膜的晶格常數(shù)，asub:基tl結晶的晶格常數(shù))。該值越大，則晶格不匹配越大，異質外延生長越難。此外，如表l和圖4所示，GaN的結晶結構和Ti02的結晶結構完全不同。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>〔a-軸)(對于*，非專利文獻5)(對于**，非專利文獻6、7和8)非專利文獻5:TheBlueLaserDiode,S.Nakamuraetal.，Springer非專利文獻6:野口^L:氧^tfc^^"陶瓷器鈦No.44P.11-13(1956)非專利文獻7:片岡正三氧化鈥工業(yè)鈥鋯vol.12No.12P.8,9(1964)非專利文獻8:信光it主頁(homepage)因此，預測在GaN基板上制作Ti02膜困難。但是，此次嘗試在GaN基板上使Ti02膜生長的結果與預想相反，判明Ti02膜在GaN基&上外延生長。如上所述，判明采用PLD法能夠形成氧化物材料膜12。但是，并不限于上述PLD法，^艮據(jù)例如分子射線外延生長(MBE)法、濺射法等，其他物理氣相蒸鍍(PVD)法、或PLD法以外的方法，例如利用了M0CVD法的化學氣相蒸鍍(CVD)法也可以形成氧化物材料膜12。如圖5(A)-圖5(D)所示，通常在采用結晶生長技術制作膜時，認為根據(jù)結晶的品質可大致分類為4個等級((A)等級l:多相多晶膜、(B)等級2:單相多晶膜、(C)等級3:單相取向外延生長膜和(D)等級4:單晶外延生長膜)。應予說明，本說明書和本發(fā)明要求保護范圍中所謂單相膜是指等級2以上，所謂外延生長膜是指等級3以上。對于例如分子射線外延生長(MBE)法、濺射法等，其他物理氣相蒸鍍(PVD)法、或PLD法以外的方法，例如利用了M0CVD法的化學氣相蒸鍍(CVD)法，認為形成等級2以上的膜。在此，圖6表示在上述實施了鹽酸處理的GaNM上采用上述PVD法成膜的Ti02表面和成膜前的GaN^i4l^面的電子束衍射像(RHEED圖案)。此外，圖7表示在沒有進行鹽酸處理的GaN基仗上采用PVD法成膜的Ti02表面和成膜前的GaNj^l表面的電子束衍射像(RHEED圖案)。在Ti02表面觀測到明顯的條紋圖案，可知進行了外延生長。通過將該結果與X射線衍射(XRD)并用，能夠確i人采用PLD法形成了等級3以上的膜。此外，進行了GaN基板處理時，由RHEED像的條紋圖案可知得到了平坦且結晶性好的Ti02膜。進而，圖8表示在實施了鹽酸處理的GaNj4l上采用PVD法成膜的Ti02表面的原子間力顯微鏡(AFM)像。表面M度的平均值為0.2nm。由這些可知，得到了平坦性極高的Ti02膜。再者，圖6、圖7和圖8所示的任何一種情況都是成膜時基敗溫度為4001C，Ti02膜中摻雜了W的Ta。此外，即使在Ti02膜中沒有摻雜其他元素，也觀測到了同樣清楚的條紋圖案。以下對釆用上述方法制作的M:Ti02的特性進行i兌明。表2表示在GaN基板上制作的Ta:Ti02的特性。靶基板基板溫度氧分壓顏色電阻Ta1%Ti〇2GaN(OOO"550°C1X10-5托透明10KQTa1%Ti〇2GaN(0001)400。C1x10-5托透明幾KQTa1%Ti〇2GaN(0001)320°C1x10-5托透明R<1KQTa1%Ti〇2GaN(0001)450。C1x10-5托透明R=1KQ應予說明，此時的電阻值測定使用萬用表。由該表可知，為了降低電阻值，優(yōu)選將成膜時的基板溫度i殳定為320"C以上550X:以下。此外，為了進一步降低電阻值，優(yōu)選將成膜時的M溫度i殳定為320TC以上450r以下。所謂320t:以上550"C以下，比作為氮化物的結晶生長方法的現(xiàn)在為主流的有機金屬氣相生長法(MOCVD法)或分子射線外延生長法(MBE法)所需的通常的生長溫度(7001C以上)低。因此，；M^i4l的影響小的方面出發(fā)，也優(yōu)選^^溫度為320"C以上5501C以下。此外，在低溫下成膜還能夠防止樣品在冷卻過程中的熱變形的問題。進一步，即使考慮與其他材料的組合，也優(yōu)選反應性低的低溫生長。因此，從這些觀點出發(fā)，成膜時的^J^溫度進一步優(yōu)選為3201C以上400t:以下。再者，即使在室溫和320度之間也能夠成膜的可能性高。AlxGaylia多作為發(fā)光二極管、半導體激光器等光半導體、功率器件、發(fā)光元件等電子器件的半導體材料^f吏用。在不改變這些的內部結構的情況下為了提高發(fā)光效率，認為適宜將本發(fā)明的氧化物材料膜12用作透明電極。在此，GaN、Ti02、ZnO的折射率分別為約2.5、約2.5、約2.0，GaN和透明電極Ti02的組合與GaN和透明電極ZnO的組合相比，界面的反射少。因此，為了提高發(fā)光效率，可知使用由Ti02構成的透明電極有利。再者，為了減小折射率差，也可以用其他元素對Ti02中的摻雜量進行調節(jié)。此外，認為本發(fā)明的氧化物材料膜12適宜用作面發(fā)光激光器的透明電極。在這種情況下，即使在發(fā)光范圍也可以配置透明電極，因此能夠取大的電極面積，從電流向活性層高效注入的觀點出發(fā)也有利。再者，對于發(fā)光元件等，通常認為在P型半導體層上設置透明電極，^fa^艮據(jù)需要也可以使透明電極與n型半導體層相接。以下對Nb:Ti02(化學式TinNWU的內部透射率等進行說明。對使Nb:Ti02(化學式Ti卜xNWU中Nb的置換量x為x=0、0.01、0.02、0.03、0.06、0.1、0.15、0.2制作的氧化物材料膜12的內部透射率(原本意義上的透射率，由于必須將反射量視為損失，因此以下將減去氧化物材料膜12中的反射量時成為100%的透射率稱為內部透射率)進行測定，如圖9所示，在可見光范圍(波長400800nm)內，可知得到了80%以上的良好的結果。特別^1對于Nb置換量為x<0.06的樣品，顯示出在可見光范圍能夠實現(xiàn)95%以上的內部透射率。隨著使Nb的置換量提高，內部透射率降低，作為其原因，認為是由于T^量與Nb置換量一同增加，在可見光范圍具有吸收端的t^-eg帶間的遷移概率增大的原因。應予i兌明，雖然該Nb:Ti02是在以表面為(100)面的方式制成的鈦酸鍶(SrTi03)M上作成的，但認為在GaNM等其他J41上，Ti^-yCcaby02也顯示同等的基本的物性(電阻率等)。但是，在實際的器件中應用時多將該氧化物材料膜12的膜厚設定為100nm以上，特別是現(xiàn)在的ITO中所要求的恥格，對于100nm以上的膜厚要求內部透射率為80%以上。為了滿足該規(guī)格，對于膜厚50nm，需要95%以上的內部透射率。如圖9所示，通過將Nb置換量控制在x^0.06,能夠滿足上述的規(guī)格，因此也可以制作將以往的ITO薄膜的內部透射率提高的透明傳導性薄膜。此夕卜，圖10表示以上述Nb置換量制作的氧化物材料膜12的電阻率的溫度依賴性。如該圖10所示，將Nb的置換量x設定為0.01<x<0.2的氧化物材料膜12與沒有置換Nb時相比，可知在室溫中得到了為l(TQcm左右的良好的傳導特性。應予說明，該Nb:Ti02也是在以表面為(100)面的方式制成的鈥酸鍶(SrTi03)基&上作成的，但認為在GaN^j板等其他!41上，Tin-yCOxNby02也顯示同等的基本的物性(電阻率等)。不僅是將該氧化物材料膜12中Nb的置換量x設定為0.01<x<0.2時，通過將該Nb的置換量x設定為0.001<x<0.2，也可以得到10_4Qcm左右的電阻率。此外，該氧化物材料膜12中將Nb的置換量x設定為0.01<x<0.06時，在膜厚為50nm時可以使內部透射率提高到95%~98%(即使膜厚數(shù)lOOnm時也達到80%以上)。此外，在該氧化物材料膜12中將Nb的置換量x設定為0.02<x<0.06時，在進一步提高內部透射率的同時，還可以使電阻率在室溫(280K~300K)下降低到5xl(T4Qcm左右，而且在極^f氐溫(5K~20K)下降低到1x10_4Dcm。即，通過將用Nb置換銳鈥礦(Ti02)的Ti位置的結果得到的Nb:Ti02作為氧化物材料膜12，能夠使透明度提高，而且還能夠得到與ITO相媲美的低電阻率(10—4Qcm左右的電導率)。此外，通過置換Nb以4吏氧化物材料膜12的電阻率在室溫下為2x10_4~5xi(T4Qcm，或者在極低溫下為8x10—5~2x10—4Qcm,可以飛躍般地將使用可能性擴展到以顯示屏為代表的各種器件。此外，氧化物材料膜12，通過利用已經在光催化劑等中利用的Ti02的制膜技術，可以實現(xiàn)大面積化、大量生產化。通過將該具有低電阻率的氧化物材料膜12應用于顯示屏，可以實現(xiàn)這些顯示元件的低消耗電力化，進而可以促進顯示屏的大型化或小型便攜化。此外，氧化物材料膜12，由于上述理由，能夠實現(xiàn)原料調制的容易化、與制造工序簡略化相伴的成本降低，除此之外，還可以大幅度地減少與制it^目伴的勞力。即，通過將適用本發(fā)明的氧化物材料膜12用作電極，能夠更低價地生產具有以往性能的透明電極，因此可以擴寬應用范圍。此外，作為該氧化物材料膜12，如果使用被酸、堿侵蝕少的M:Ti02,在不受周圍環(huán)境支配的情況下，也可以擴大應用范圍。進一步，適用本發(fā)明的透明金屬1并不限定于作為電極的用途，作為其他用途，當然可以用于透明并且要求高傳導性的部件、薄膜、器件等。以下對采用上述方法制作的Tih-yCcaby02的磁光學特性進行i兌明。圖11是表示Tin-yOaby02(薄膜的厚度50咖)在室溫下的法拉第旋轉系數(shù)的外加磁場依賴性的圖。橫軸表示外加磁場，縱軸表示法拉第旋轉系數(shù)。再者，雖然該Tin-yC(aby02在(LaxSri-x)UlxTan)03(LSAT)絲(基板的厚度0.5咖)上作成，但即使在GaN基板等其他基敗上，認為Tin-yCoxNby02也顯示同等的特性。在同時添加了Co5W和Nb209i的Ti02薄膜的情況下、同時添加了Co5%和Nb10%的1102薄膜的情況下、以及添加了Co5%的Ti02薄膜的情況下，滿AA夠實用水平的0.1x1()4degree/cm以上的值。在無磁場下在400nm附近示出了法拉第旋轉系數(shù)。進一步，在同時添加了Co5W和Nb10%的Ti02薄膜的情況下，法拉第旋轉系數(shù)顯示出約0.45x104degree/cm的值。可知與未添加Nb的薄膜相比，同時添加了Co5%和Nb10%的^02薄膜時，400nm附近的法拉第旋轉系數(shù)提高了約2倍。圖l2是表示Ti!—x—yCoxNby02(薄膜的厚度50nm)在室溫下的法拉第旋轉系數(shù)的波長依賴性的圖。橫軸表示波長，縱軸表示法拉第旋轉系數(shù)。再者，雖然該Tin—yCoJby02也在LSAT基板(基板的厚度0.5mm)上作成，但即使在GaN基板等其他基fel上，認為Ti—yCcaby02也顯示同等的特性。在同時添加了Co5X和Nb2054的Ti02薄膜的情況下、同時添加了Co5%和Nb10%的Ti02薄膜的情況下、以及添加了Co5W的Ti02薄膜的情況下，顯示出在600nm以下滿;LA夠實用7JC平的0.1x104degree/cm以上值的法拉第旋轉系數(shù)。進一步，在同時添加了Co594和Nb104的TiO2薄膜的情況下，可知在600nm以下法拉第旋轉系數(shù)尤其提高。圖13是表示同時添加了Co5%和Nb10%的Ti02薄膜在室溫下的外部透射率的圖。橫軸表示波長，縱軸表示透射率。由此可知只要是260nm以上波長的光，就能夠透過該薄膜。此外，可知只要是350nm以上的光，就能夠得到70%以上的透射率，進一步，只要是500nm以上的光，就能夠得到80%以上的透射率。即，可知只要是該薄膜，在可見光范圍就能夠確保約70~80%的透射率。如上所述，采用本實施方式中所示的氧化物材料，能夠得到在短波長范圍有用的磁光學材料。此外，也可以通過變化Nb的添加量，對法拉第旋轉角的大小進行控制。再者，Tin-yCo,Nby02的x優(yōu)選為0<x。這是因為x為0時，有可能存在無法體現(xiàn)強磁性的不利情況。為了得到更大的自發(fā)磁化，x更優(yōu)選為O.03<x。Tih-yCOxNM)2的y優(yōu)選為0.1<y<0.2。這是因為y小于0.1時,存在法拉第旋轉系數(shù)有可能變小的不利情況，比0.2大時，存在法拉第旋轉系數(shù)有可能再次變小的不利情況。(x=0.05)的y優(yōu)選為0<y<0.2。這是因為不含Nb時與添加Nb時相比存在法拉第旋轉系數(shù)小的不利情況，大于0.2時存在法拉第旋轉系數(shù)有可能再次變小的不利情況。為了得到大的法拉第旋轉系數(shù)，更優(yōu)選使y為0."y".2的值。以下對在i-GaN基板上或p-GaN^上形成了TinNW)2膜時的各種物性進行i兌明。圖14(A)是表示在i-GaN!41上、圖14(B)是表示在p-GaN^j^L上，一邊使Nb摻雜量變化一邊形成了Ti02膜時的電阻率的組成依賴性的圖。形成Ti02膜時的氧分壓在任一種^4l下都為1x10-6托。由這些圖可以理解從降低電阻率的觀點出發(fā)，在任何一種基板的情況下都可以使Nb摻雜量為1%以上15%以下，優(yōu)選使Nb摻雜量為3%以上15%以下，更優(yōu)選使Nb摻雜量為6%以上15%以下，進一步優(yōu)選使Nb摻雜量為6%以上10%以下。圖15(A)是表示在i-GaN基板上、圖15(B)為表示在p-GaN_^上，一邊使成膜時的14l溫度變化一邊形成了使Nb摻雜量為6%的Ti02膜時的電阻率的141溫度依賴性的圖。形成Ti02膜時的氧分壓在任一種基仗下都為lxl(T托。再者，進行電阻測定時的溫度為300K。由這些圖可以理解從降低電阻率的觀點出發(fā)，在任何一種基板的情況下都可以使成膜時的H溫度為350匸以上500TC以下，優(yōu)選^^溫度為40ot;以上50or;以下，更優(yōu)選^j^i溫度為450匸以上50or以下。再者，在基仗溫度為3501C以上500TC以下的條件下，在4吏氧分壓為1x10-6托時和為1xl(T托時，對于任何一種1^在使氧分壓為1x10—7托時電阻率都低。此夕卜，4^J41溫度為450"C，使氧分壓為1xl(T托，在i-GaNJ4l上形成了使Nb摻雜量為6%的Ti02膜時的面電阻為234Q/口。圖16(A)是表示在i-GaN基板上、圖16(B)是表示在p-GaN基板上，形成了使Nb摻雜量為6%的Ti02膜時的電阻率的波長依賴性的圖。形成了Ti02膜時的氧分壓在任一種基fcl下都為1xl(T托。由這些圖可知，透射率幾乎不依賴于成膜溫度和141的種類，以及在寬波長范圍都能夠確保透射率90%以上。圖17(A)為表示在i-GaN絲上、圖17(B)為表示在p-GaN上，形成了使Nb摻雜量為6%的Ti02膜時的透射率的基板溫度依賴性和氧分壓依賴性的圖。形成了Ti02膜時的氧分壓在任一種a下都為lxio一6托或1xl(T托。由這些圖可知，在任何一種J41的情況下，氧分壓為lxl(T托時確保透射率93%以上，氧分壓為1xl(T托時，能夠確保透射率75%~80%。以下對釆用成膜溫度梯度膜進行的測定進行說明。所謂成膜溫度梯M,是在1^S41上佳溫度產生梯度而成膜得到的膜。例如，在l^ti4l上可以同時實現(xiàn)在a的l端在低溫下進行J4l上的成膜、在基&的另一端在高溫下進行基&上的成膜。此次為了具M究最佳的成膜溫度而使用成膜溫度梯度膜。圖18是表示使用了成膜溫度梯JLM的各種測定結果的圖。圖18(A)是表示141位置與溫度分布的關系的圖。如圖18(A)所示，沿基板的長度方向使成膜溫度變化。這樣^^板的長度方向的位置與成膜溫度l對l地對應。圖18(B)是表示^i4l位置與采用X射線衍射(XRD)的衍射強度分布的關系的圖。該XRD的定位測定表示^L位置與26關系的關系。根據(jù)圖18(A)和圖18(B)，衍射強度高的位置為成膜溫度4501C附近。即，可知結晶性最好是當成膜溫度為4501C附近時。圖18(C)是_表示,位置與電阻值的分布的關系的圖。根據(jù)圖18(A)和圖18(C)，電阻值達到最小是當基敗溫度為450n時。特別是如果與5001C相比，在4501C下成膜，有可能使電阻值減小25%。再者，該測定時采用了2端子法進^f亍電阻測定。以下對采用PLD法形成的Sn02膜進行i兌明。圖19是進行了在p-GaN^4l上采用PLD法成膜的Sn02膜的X射線衍射(XRD)測定的結果的圖。根據(jù)該XRD波語，能夠確認在p-GaN^j敗上穩(wěn)定地生成了Sn02。圖20是表示在p-GaN基板上采用PLD法成膜的Sn02膜的電子束衍射像(RHEED圖案)的圖。在Sn02表面觀測到清楚的條紋圖案，可知進行了外延生長。此外，由RHEED像的條紋圖案可知得到了結晶性好的Sn02膜。形成這些Sn02膜時的氧分壓為1x10—5托，膜厚為50nm,電阻率為5xl(T2Qcm—、再者，Sn02不僅可以是沒有任何摻雜的情況，也可以由M:Sn02(M為P、As、Sb、S、Se、Te、Al、Ga、In、Co、Fe、Cr、Mn、V和Ni中任何一種或它們的組合)構成。摻雜的M如果是P、As、Sb、S、Se、Te、Al、Ga、In，能夠在維持透明度的情況下期待電導率的提高。另一方面，摻雜的M如果為Co、Fe、Cr、Mn、V、Ni,能夠期待磁光學效果。在不久的將來，預測在光通信中使用的光的波長將向藍色或紫外光等短波長帶遷移。在這種狀況中，作為在波長400nm附近也顯示大的法拉第旋轉系數(shù)的光磁器件，也能夠使用該氧化物材料。特別是得到現(xiàn)在已實用化的磁性石榴石(garnet)膜以及大的法拉第旋轉系數(shù)，顯示出如果^吏用該氧化物材料，可以制作適于下一代短波長帶通信的光隔離器。本實施方式中所示的氧化物材料的用途，并不限于作為光隔離器^f吏用，也可以用于光循環(huán)器、可變光衰減器、光通信器件等磁光學器件、光磁器件、光電路、非相反光學部件、非相反光學元件、具有隔離器的半導體激光器、電流磁場傳感器、磁區(qū)觀察、磁光學測定等。此外，作為光隔離器，可以列舉例如LD和隔離器一體化的組件、插入光纖用的光隔離器、ib故大器用光隔離器、偏向依賴光型光隔離器、偏向無依賴型光隔離器、導波路型光隔離器。作為導波路型光隔離器，有例如使用了馬赫-策德爾型的分支導波路的光隔離器、使用了脊型導波路的光隔離器。作為光循環(huán)器，可以為偏向依賴型光循環(huán)器、偏向無依賴型光循環(huán)器。如果使用在由GaN類化合物半導體構成的發(fā)光器件中摻雜了Co等的Ti02,能夠實現(xiàn)對藍色或紫外光等短波長帶也適應的光隔離器。如果通過在Ti02膜上進一步使光隔離器外延生長而實現(xiàn)，Ti02膜不僅作為結晶生長的緩沖層發(fā)揮功能，而且整體地獲得功能元件。即，不僅可以開發(fā)高效率發(fā)光元件、低價且大面積的顯示器，而且也可以開發(fā)整體的功能元件，例如能夠實現(xiàn)透明電極和光器件的融合、發(fā)光器件和t磁器件的融合。此夕卜，可以在受光元件、HEMT(HighElectronMobilityTransistor)等高頻器件、電子器件中使用本實施方式中所示的氧化物材料。對于上述事項，可以使用摻雜了A1、Sb等的Sn02膜。以上對各種Ti02膜、各種Sn02膜等氧化物材料進行了說明，它們可以是金紅石型，也可以是銳鈦型。從降低電阻率的觀點出發(fā)，優(yōu)選銳鈥型，從制作的容易程度方面出發(fā)，優(yōu)選金紅石型。此外，它們可以是無定形。以上參照特定的實施方式對本發(fā)明進行了說明。但是，顯而易見，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內，本領域技術人員可以對該實施方式進行修正或代替。即，以例示的實施方式公開了本發(fā)明，并不是對本說明書的記載內容進行限定性地解釋。為了判斷本發(fā)明的主旨，應該參照標題記載的本發(fā)明要求保護范圍欄。此外，可知本發(fā)明說明用的實施方式實現(xiàn)了上述目的，但是也可理解本領域技術人員能夠進行大量變更或其他實施例?？梢詫⒈景l(fā)明要求保護范圍、說明書、附圖和說明用的各實施方式的元素或組分與其他l個或組合使用。本發(fā)明要求保護范圍的目的在于將這些變更、其他實施方式也包含在范圍中，這些包含在本發(fā)明的技術思想和技術范圍中。通過形成具備優(yōu)異特性的金屬氧化物，能夠應用于各種各樣的功能元件。權利要求1.一種功能元件，其特征在于具有AlxGayInzN和在所述AlxGayInzN上形成、含有金屬氧化物的氧化物材料，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1；所述金屬氧化物為TiO2。2.權利要求l所述的功能元件，其特征在于在所述金屬氧化物中摻雜選自Nb、Ta、Mo、As、Sb、Al和W中的1種或2種以上。3.權利要求1或2所述的功能元件，其特征在于在所述金屬氧化物中摻雜選自Co、Fe、Cr、Sn、Ni、Mn和V中的1種或2種以上。4.權利要求l所述的功能元件，其特征在于所述氧化物材料為單相膜。5.權利要求l所述的功能元件，其特征在于所述氧化物材料為外延生長膜。6.權利要求1或2所述的功能元件，其特征在于為透明電極。7.權利要求l所述的功能元件，其特征在于為發(fā)光元件。8.權利要求l所述的功能元件，其特征在于為高頻器件。9.權利要求3所述的功能元件，其特征在于作為光磁器件發(fā)揮功能。10.權利要求3所述的功能元件，其特征在于作為隔離器發(fā)揮功能。11.一種氧化物材料形成方法，是釆用脈沖激光沉積法在ALGayIia上形成含有金屬氧化物的氧化物材料的方法，其中，0<x<l，0<y<l，0<z<l;所述金屬氧化物為Ti02。12.權利要求ll所述的氧化物材料形成方法，其特征在于在所述金屬氧化物中摻雜Ta,沉積時的a溫度設定為320匸以上5501C以下。13.權利要求ll所述的氧化物材料形成方法，其特征在于在所述金屬氧化物中摻雜Ta，沉積時的^41溫度設定為320X:以上450X:以下。14.權利要求11所述的氧化物材料形成方法，其特征在于在所述金屬氧化物中摻雜Ta，沉積時的Ul溫度設定為320X:以上400X:以下。15.權利要求ll所述的氧化物材料形成方法，其特征在于還具有在沉積前進行使Ga末端在Jj^面露出的處理的工序。16.權利要求ll所述的氧化物材料形成方法，其特征在于還具有在沉積前進行用酸對Jj^面處理的工序。17.權利要求11所述的氧化物材料形成方法，其特征在于在所述金屬氧化物中摻雜Nb,沉積時的H溫度設定為3501C以上500TC以下。18.—種功能元件，其特征在于具有AlxGayIia和在所述AlxGayIia上形成、含有金屬氧化物的氧化物材料，其中，(Kx<l，(Ky<l，(Kz<1;所述金屬氧化物為其中，0.01<"0.15。19.一種功能元件，其特征在于具有ALGaylra和在所述ALGaylra上形成、含有金屬氧化物的氧化物材料，其中，0<x<l，(Ky<l，0<z<1;所述金屬氧化物為Sn02。20.權利要求19所述的功能元件，其特征在于在所述金屬氧化物中摻雜選自P、As、Sb、S、Se、Te、Al、Ga和In中的1種或2種以上。21.權利要求19所述的功能元件，其特征在于在所述金屬氧化物中摻雜選自Co、Fe、Cr、Mn、V和Ni中的1種或2種以上。22.—種氧化物材料形成方法，是釆用脈沖激光沉積法在ALGayliizN上形成含有金屬氧化物的氧化物材料的方法，其中，0<x<l,0<y<l，(Kz<l;所述金屬氧化物為Sn02。全文摘要本發(fā)明鑒于目前正期待著適用范圍大的透明電極材料以及磁性材料這一狀況，提供具有新特性的功能元件和氧化物材料形成方法。所述的功能元件具有Al_xGa_yIn_zN和在所述Al_xGa_yIn_zN上形成、含有金屬氧化物的氧化物材料，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1；所述金屬氧化物為TiO₂。根據(jù)本發(fā)明，可以得到在具有優(yōu)異的物理化學性質的3族氮化物上一體形成的在界面的反射少、兼具耐化學品性和耐久性膜而構成的功能元件。文檔編號C30B29/16GK101099227SQ200680001819公開日2008年1月2日申請日期2006年1月6日優(yōu)先權日2005年1月8日發(fā)明者一杉太郎,古林寬,守山實希,廣瀨靖,笠井淳平,長谷川哲也申請人:豐田合成株式會社;財團法人神奈川科學技術研究院