特許第5776740号(P5776740)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許5776740酸化物焼結体とその製造方法、ターゲット、及びそれを用いて得られる透明導電膜ならびに透明導電性基材
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5776740
(24)【登録日】2015年7月17日
(45)【発行日】2015年9月9日
(54)【発明の名称】酸化物焼結体とその製造方法、ターゲット、及びそれを用いて得られる透明導電膜ならびに透明導電性基材
(51)【国際特許分類】
   C04B 35/00 20060101AFI20150820BHJP
   C23C 14/24 20060101ALI20150820BHJP
   C23C 14/34 20060101ALI20150820BHJP
   H01B 13/00 20060101ALI20150820BHJP
   H01B 5/14 20060101ALN20150820BHJP
【ＦＩ】
   C04B35/00 J
   C23C14/24 E
   C23C14/34 A
   H01B13/00 503B
   !H01B5/14 A
【請求項の数】18
【全頁数】35
(21)【出願番号】特願2013-168791(P2013-168791)
(22)【出願日】2013年8月15日
(62)【分割の表示】特願2009-522592(P2009-522592)の分割
【原出願日】2008年7月2日
(65)【公開番号】特開2014-31312(P2014-31312A)
(43)【公開日】2014年2月20日
【審査請求日】2013年8月15日
(31)【優先権主張番号】特願2007-178879(P2007-178879)
(32)【優先日】2007年7月6日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000183303
【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107836
【弁理士】
【氏名又は名称】西 和哉
(74)【代理人】
【識別番号】100185018
【弁理士】
【氏名又は名称】宇佐美 亜矢
(72)【発明者】
【氏名】中山 徳行
(72)【発明者】
【氏名】阿部 能之
【審査官】 小川 武
(56)【参考文献】
【文献】 特開２００５−３４７２１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】 特開２００７−０８４８８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】 国際公開第０３／０１４４０９（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｃ０４Ｂ ３５／００
Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
インジウムとガリウムを酸化物として含有する酸化物焼結体において、
ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相が主たる結晶相となり、その中にβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、又はＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が平均粒径５μｍ以下の結晶粒として微細に分散しており、
ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比１０原子％以上３５原子％未満で、密度が３．４〜５．５ｇ／ｃｍ３であり、かつ下記の式で定義されるＸ線回折ピーク強度比が８％〜５８％であることを特徴とする酸化物焼結体。
Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］／｛Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］＋Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］｝×１００ ［％］
（式中、Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］は、ビックスバイト型構造をとるＩｎ２Ｏ３相の（４００）ピーク強度であり、Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］は、β−Ｇａ２Ｏ３型構造をとる複合酸化物β−ＧａＩｎＯ３相（１１１）ピーク強度を示す）
【請求項2】
ガリウムの含有量が、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０〜２５原子％であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物焼結体。
【請求項3】
インジウムとガリウムを酸化物として含有する酸化物焼結体において、
ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相が主たる結晶相となり、その中にβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、又はＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が平均粒径５μｍ以下の結晶粒として微細に分散しており、
インジウムとガリウムのほかに、さらにスズ、又はゲルマニウムから選ばれる１種以上の添加成分を含有し、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜３０原子％、また、添加成分の含有量が（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比１〜１１原子％で、密度が３．４〜５．５ｇ／ｃｍ３であり、かつ下記の式で定義されるＸ線回折ピーク強度比が４％〜８４％であることを特徴とする酸化物焼結体。
Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（−１１１）］／｛Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］＋Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（−１１１）］｝×１００ ［％］
（式中、Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］は、ビックスバイト型構造をとるＩｎ２Ｏ３相の（４００）ピーク強度であり、Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（−１１１）］は、β−Ｇａ２Ｏ３型構造をとる複合酸化物β−ＧａＩｎＯ３相（−１１１）ピーク強度を示す）
【請求項4】
ガリウムの含有量が、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜２０原子％であり、かつスズ、又はゲルマニウムから選ばれる１種以上の含有量が（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜１０原子％であることを特徴とする請求項３に記載の酸化物焼結体。
【請求項5】
さらに、一般式Ｇａ３−ｘＩｎ５＋ｘＳｎ２Ｏ１６（０．３＜ｘ＜１．５）で表される正方晶の複合酸化物相が１種以上存在することを特徴とする請求項３に記載の酸化物焼結体。
【請求項6】
酸化インジウム粉末と酸化ガリウム粉末を含む原料粉末を混合するか、この原料粉末に、酸化スズ粉末及び／又は酸化ゲルマニウム粉末を添加して混合した後、混合粉末を成形し、成形物を常圧焼成法によって焼結するか、あるいは混合粉末をホットプレス法によって成形し焼結する酸化物焼結体の製造方法であって、
原料粉末の平均粒径を１μｍ以下とし、常圧焼成法の場合は、成形体を酸素の存在する雰囲気において、１０００〜１２００℃で１０〜３０時間焼結し、また、ホットプレス法の場合は、混合粉末を不活性ガス雰囲気又は真空中において、２．４５〜２９．４０ＭＰａの圧力下、７００〜９５０℃で１〜１０時間成形し焼結することにより、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相が主たる結晶相となり、その中にＧａＩｎＯ３相、またはＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる平均粒径５μｍ以下の結晶粒が微細分散した酸化物焼結体とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の酸化物焼結体の製造方法。
【請求項7】
請求項１〜５のいずれかに記載の酸化物焼結体を加工して得られ、イオンプレーティング法による透明導電膜の形成に用いられることを特徴とするタブレット。
【請求項8】
請求項７に記載のタブレットを用いて、イオンプレーティング法で基板上に形成して得られる非晶質の透明導電膜。
【請求項9】
膜中のガリウムの含有量が、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０原子％以上３５原子％未満であることを特徴とする請求項８に記載の透明導電膜。
【請求項10】
膜中のガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜３０原子％であり、かつ、スズ、又はゲルマニウムから選ばれる１種以上の含有量が（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で１〜１１原子％であることを特徴とする請求項８に記載の透明導電膜。
【請求項11】
算術平均高さＲａが１．０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の透明導電膜。
【請求項12】
波長４００ｎｍにおける消衰係数が、０．０４以下であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の透明導電膜。
【請求項13】
比抵抗が２×１０−３Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の透明導電膜。
【請求項14】
透明基板の片面若しくは両面に、請求項８〜１３のいずれかに記載の透明導電膜が形成されてなる透明導電性基材。
【請求項15】
透明基板が、ガラス板、石英板、樹脂板若しくは樹脂フィルムのいずれかであることを特徴とする請求項１４に記載の透明導電性基材。
【請求項16】
樹脂板もしくは樹脂フィルムが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、又はポリカーボネートを材料とする単一体、若しくはその表面をアクリル系有機物で覆った積層構造体のいずれかであることを特徴とする請求項１５に記載の透明導電性基材。
【請求項17】
樹脂板若しくは樹脂フィルムが、その片面若しくは両面がガスバリア膜で覆われるか、中間にガスバリア膜が挿入された積層体であることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の透明導電性基材。
【請求項18】
前記ガスバリア膜が、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、アルミニウム酸マグネシウム膜、酸化スズ系膜又はダイヤモンド状カーボン膜から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１７に記載の透明導電性基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、酸化物焼結体とその製造方法、ターゲット、及びそれを用いて得られる透明導電膜ならびに透明導電性基材に関し、より詳しくは、高速成膜とノジュールレスを実現できるスパッタリング用ターゲット或いはイオンプレーティング用タブレット、それを得るのに最適な酸化物焼結体とその製造方法、それを用いて得られ青色光の吸収の少ない低抵抗の透明導電膜に関する。
【背景技術】
【0002】
透明導電膜は、高い導電性と可視光領域での高い透過率とを有するため、太陽電池や液晶表示素子、その他各種受光素子の電極などに利用されているほか、自動車窓や建築用の熱線反射膜、帯電防止膜、冷凍ショーケースなどのための各種の防曇用の透明発熱体としても利用されている。
【0003】
実用的な透明導電膜としてよく知られているものには、酸化スズ（ＳｎＯ２）系、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）系の薄膜がある。酸化スズ系では、アンチモンをドーパントとして含むもの（ＡＴＯ）やフッ素をドーパントとして含むもの（ＦＴＯ）が利用され、酸化亜鉛系では、アルミニウムをドーパントとして含むもの（ＡＺＯ）やガリウムをドーパントとして含むもの（ＧＺＯ）が利用されている。しかし、最も工業的に利用されている透明導電膜は、酸化インジウム系である。その中でもスズをドーパントとして含む酸化インジウムは、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）膜と称され、特に低抵抗の膜が容易に得られることから、幅広く利用されている。
【0004】
低抵抗の透明導電膜は、太陽電池、液晶、有機エレクトロルミネッセンスおよび無機エレクトロルミネッセンスなどの表面素子や、タッチパネルなど、幅広い用途で好適に用いられる。これらの透明導電膜の製造方法として、スパッタリング法やイオンプレーティング法が良く用いられている。特にスパッタリング法は、蒸気圧の低い材料の成膜の際や、精密な膜厚制御を必要とする際に有効な手法であり、操作が非常に簡便であるため、工業的に広範に利用されている。
スパッタリング法では、薄膜の原料としてスパッタリング用ターゲットが用いられる。ターゲットは成膜したい薄膜を構成している金属元素を含む固体であり、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物などの焼結体や、場合によっては単結晶が使われる。この方法では、一般に真空装置を用い、一旦高真空にした後、アルゴン等の希ガスを導入し、約１０Ｐａ以下のガス圧のもとで、基板を陽極とし、ターゲットを陰極とし、これらの間にグロー放電を起こしてアルゴンプラズマを発生させ、プラズマ中のアルゴン陽イオンを陰極のターゲットに衝突させ、これによってはじきとばされるターゲット成分の粒子を、基板上に堆積させて膜を形成する。
【0005】
スパッタリング法は、アルゴンプラズマの発生方法で分類され、高周波プラズマを用いるものは高周波スパッタリング法といい、直流プラズマを用いるものは直流スパッタリング法という。
一般に、直流スパッタリング法は、高周波スパッタリング法と比べて成膜速度が速く、電源設備が安価であり、成膜操作が簡単であるなどの理由で、工業的に広範に利用されている。しかし、絶縁性ターゲットでも成膜することができる高周波スパッタリング法に対して、直流スパッタリング法では、導電性ターゲットを用いなければならない。
スパッタリングの成膜速度は、ターゲット物質の化学結合と密接な関係がある。スパッタリングは、運動エネルギーをもったアルゴン陽イオンがターゲット表面に衝突して、ターゲット表面の物質がエネルギーを受け取って弾き出される現象であり、ターゲット物質のイオン間結合もしくは原子間結合が弱いほど、スパッタリングによって飛び出す確率は増加する。
【0006】
ＩＴＯなどの酸化物の透明導電膜をスパッタリング法で成膜する際には、膜の構成金属の合金ターゲット（ＩＴＯ膜の場合はＩｎ−Ｓｎ合金）を用いてアルゴンと酸素の混合ガス中における反応性スパッタリング法によって酸化物膜を成膜する方法と、膜の構成金属の酸化物焼結体ターゲット（ＩＴＯ膜の場合はＩｎ−Ｓｎ−Ｏ焼結体）を用いてアルゴンと酸素の混合ガス中でスパッタリングを行う反応性スパッタリング法によって酸化物膜を成膜する方法がある。
このうち合金ターゲットを用いる方法は、スパッタリング中の酸素ガスを多めに供給するが、成膜速度や膜の特性（比抵抗、透過率）の成膜中に導入する酸素ガス量に対する依存性が極めて大きく、安定して一定の膜厚、特性の透明導電膜を製造することはかなり難しい。
【0007】
酸化物ターゲットを用いる方法は、膜に供給される酸素の一部はターゲットからスパッタリングにより供給され、残りの不足酸素量を酸素ガスとして供給するのであるが、成膜速度や膜の特性（比抵抗、透過率）の成膜中に導入する酸素ガス量に対する依存性が合金ターゲットを用いる時よりも小さく、安定して一定の膜厚、特性の透明導電膜を製造することができるため、工業的には酸化物ターゲットを用いる方法が採られている。
【0008】
このような背景から、透明導電膜の量産成膜をスパッタリング法で行う場合には、酸化物ターゲットを用いた直流スパッタリング法が採用される場合がほとんどである。ここで生産性や製造コストを考慮すると、直流スパッタリング時の酸化物ターゲットの特性が重要となる。すなわち、同一の電力を投入した場合に、より高い成膜速度が得られる酸化物ターゲットが有用である。さらに、高い直流電力を投入するほど成膜速度が上がるため、工業的には高い直流電力を投入しても、ターゲットの割れや、ノジュール発生によるアーキングなどの異常放電、が起こらずに、安定して成膜することが可能な酸化物ターゲットが有用となる。
ここでノジュールとは、ターゲットがスパッタリングされていくと、ターゲット表面のエロージョン部分に、エロージョン最深部のごくわずかな部分を除き、発生する黒色の析出物（突起物）のことをいう。一般に、ノジュールは外来の飛来物の堆積や、表面での反応生成物ではなく、スパッタリングによる掘れ残りであるとされている。ノジュールはアーキングなどの異常放電の原因となっており、ノジュールの低減によってアーキングは抑制される（非特許文献１参照）。したがって、ノジュール、すなわちスパッタリングによる掘れ残りの発生しない酸化物ターゲットが好適である。
【0009】
一方、イオンプレーティング法は、１０−３〜１０−２Ｐａ程度の圧力下で、金属あるいは金属酸化物を抵抗加熱あるいは電子ビーム加熱することで蒸発させ、さらに蒸発物を反応ガス（酸素）とともにプラズマにより活性化させてから基板に堆積させる方法である。透明導電膜の形成に用いるイオンプレーティング用タブレット（またはペレットとも呼ぶ）についても、スパッタリング用ターゲットと同様で、酸化物タブレットを用いた方が安定して一定の膜厚、一定の特性の透明導電膜を製造することができる。酸化物タブレットは均一に蒸発することが求められ、化学的な結合が安定で蒸発しにくい物質が、主相として存在する蒸発しやすい物質と共存しないほうが好ましい。
【0010】
これまで述べてきたように、直流スパッタリング法やイオンプレーティング法で形成されたＩＴＯは工業的に広範に用いられているが、近年、進歩の著しいＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）では、ＩＴＯでは得られない特性が必要とされる場合が出てきている。それらの一例として、青色ＬＥＤでは、波長４００ｎｍ付近における青色光の透過性の高い透明導電膜が、光の取り出し効率を高めるため必要とされている。ＩＴＯの可視域における光の吸収は、短波長側ほど大きくなる傾向にあり、赤色光、緑色光、青色光の順で光吸収が大きくなる。したがって、ＩＴＯを青色ＬＥＤの透明電極として用いた場合には、光吸収による損失が生じてしまう。
【0011】
このような問題を避けるべく、最近、種々の発光デバイスの電極として、可視光、特に青色光の吸収の少ない、ＩＴＯに代わる透明導電膜として、インジウムとガリウムを含有する酸化物膜からなる透明導電膜が提案されている。しかしながら、ターゲットやタブレットとして用いられる酸化物焼結体の開発が十分行われていないため、良質な透明導電膜を量産することができず、実用化に至っていないのが実情である。
【0012】
青色光の吸収の少ない透明導電膜に関しては、四価原子のような異価ドーパントを少量ドープしたガリウム・インジウム酸化物（ＧａＩｎＯ３）を含む透明導電性材料が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここには、該酸化物の結晶膜は、透明性に優れ、約１．６の低い屈折率を示すため、ガラス基板との屈折率整合が改善される上、現在用いられている広禁制帯半導体と同程度の電気伝導率が実現できることが記載されている。そして、緑ないし青の領域で、インジウム・スズ酸化物に勝る透過率を示すこと、可視スペクトルに亘って、均一なわずかな吸収を示すこと、また、該酸化物の成膜に用いる原料であるペレットはＧａＩｎ１−ｘＭｘＯ３と示されるようなＧａＩｎＯ３型構造の単一相材料であることが記載されている。
しかし、ＧａＩｎＯ３型構造の単一相材料をスパッタリング用ターゲットあるいは蒸着用ペレットとして用いた場合、該単一相材料が複合酸化物特有の安定な化学的結合を有するため、スパッタリングイールドが低く、成膜速度はＩＴＯの１／２程度と極めて遅くなってしまうため、工業的に不利である。また、スパッタリングイールドが低いことからスパッタリング電圧を上げるなどして成膜速度を上げる条件を選択したときに、前記したアーキングの原因となるノジュール発生を抑制することが可能となるような酸化物焼結体の組成、組織等について検討は全くなされていない。すなわち、上記透明導電膜の原料となる酸化物焼結体に関しては、工業的な実用面まで考慮されてはいない。
【0013】
また、上記特許文献１と同じ酸化物系の透明導電膜および酸化物焼結体として、従来知られているＧａＩｎＯ３とはかなり異なる組成範囲で、ＧａＩｎＯ３やＩｎ２Ｏ３より一段と高い導電性、すなわち、より低い抵抗率と、優れた光学的特性を有する透明導電膜であって、Ｇａ２Ｏ３−Ｉｎ２Ｏ３で示される擬２元系において、Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）で示されるＧａ量が１５〜４９原子％含有する透明導電膜が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、上記透明導電膜を得るための原料となる酸化物焼結体の作製条件については、あまり詳しい記載はなく、透明導電膜の組織に関しては、非晶質、もしくはＧａＩｎＯ３、ＧａＩｎＯ３とＩｎ２Ｏ３、ＧａＩｎＯ３とＧａ２Ｏ３等の混相から成る微結晶質であるとしているが、原料となる酸化物焼結体に関する記載はない。したがって、前記と同様に、原料となる酸化物焼結体の組織に関しては、成膜速度やノジュール抑制などの、工業的、実用的観点からの最適状態についての取り組みは認められない。
【0014】
さらに、上記特許文献１と同じと同じ酸化物系の透明導電膜として、従来のＩＴＯ膜（Ｓｎを添加したＩｎ２Ｏ３からなる透明導電膜）に比べ、比抵抗が低く且つ透過率が高く、特に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の大型化、カラー化及び高精細化に対応可能な透明導電膜として、スパッタリング法等の成膜法により形成され、Ｇａ：１〜１０ａｔ％を含有するＩｎ２Ｏ３からなることを特徴とする透明導電膜（ＩＧＯ膜と記す場合がある）膜が提案されている（例えば、特許文献３参照）。上記構成のＩＧＯ膜は、従来のＩＴＯ膜に比較して、比抵抗が低く、１００℃で成膜されたものでも比抵抗：１×１０−３Ωｃｍ以下であり、又、透過率が高くて可視光領域で８５％以上であり、そのため、特にＬＣＤの透明電極として好適に用いることができ、今後のＬＣＤの大型化、カラー化、高精細化等の高機能化及び品質向上を図ることができることが記載されている。しかし、上記透明導電膜を得るためのターゲットとしては、Ｉｎ２Ｏ３ターゲット上にＧａチップを配置した複合ターゲット、あるいは、Ｇａを所定量含有するＩｎ２Ｏ３ターゲットが提示されているだけであり、酸化物焼結体の組織等に関しては何ら検討されておらず、成膜速度やノジュール抑制などの、工業的、実用的観点からの最適状態について取り組んだものではない。
【0015】
これに対して、本出願人は、前記特許文献と同じ酸化物系の透明導電膜、透明導電膜製造用焼結体ターゲット、透明導電性基材及びそれを用いた表示デバイスを提案している（例えば、特許文献４参照）。ここには、酸化物焼結体の構造に関して、Ｇａ、Ｉｎ及びＯからなり、前記Ｇａを全金属原子に対して３５原子％以上４５原子％以下含有し、主にβ―Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相とビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相から構成され、且つＩｎ２Ｏ３相（４００）のβ―ＧａＩｎＯ３相（１１１）に対するＸ線回折ピーク強度比が５０％以上１１０％以下と記載され、密度は５．８ｇ／ｃｍ３以上であるとしている。また、酸化物焼結体の導電性に関しては、比抵抗値が４．０×１０−２Ω・ｃｍ以下であり、これを超えた場合にはＤＣマグネトロンスパッタリングが可能であっても、成膜速度が低下するため、生産性が低くなる。
また、上記の酸化物焼結体の組成、組織構造に関しては、主に、これを原料として形成された透明導電膜の比抵抗または光透過率への影響を考慮したものであり、Ｇａ量が３５原子％未満では可視光短波長域の光透過性が低下してしまい、Ｇａ量が４５原子％を超えると導電性が低下する。比抵抗としては１．２×１０−３Ω・ｃｍ以上８．０×１０−３Ω・ｃｍ以下であり、１．２×１０−３Ω・ｃｍ未満の領域は好ましいが該透明導電膜の組成はＧａ量３５原子％未満とする必要がある。したがって、得られる膜の導電性、光学特性の観点から最適組成が選択されており、酸化物焼結体の組成、組織が及ぼすノジュール発生への影響などは課題として検討されてはいなかった。
【0016】
以上のような状況であり、青色光の吸収の少ない、低抵抗の、インジウムとガリウムを含有する透明導電膜を量産する上で重要な、成膜速度の高速化やノジュール抑制などの実用的な課題を解決したインジウムとガリウムを含有する酸化物焼結体の出現が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0017】
【特許文献1】特開平７−１８２９２４号公報
【特許文献2】特開平９−２５９６４０号公報
【特許文献3】特開平９−５０７１１号公報
【特許文献4】特開２００５−３４７２１５号公報
【非特許文献】
【0018】
【非特許文献1】「透明導電膜の技術（改訂２版）」、オーム社、２００６年 １２月 ２０日発行、ｐ．２３８〜２３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0019】
本発明の目的は、高速成膜とノジュールレスを実現できるスパッタリング用ターゲット或いはイオンプレーティング用タブレット、それを得るのに最適な酸化物焼結体とその製造方法、それを用いて得られ青色光の吸収の少ない低抵抗の透明導電膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0020】
本発明者等は、インジウムとガリウムを含む酸化物からなる酸化物焼結体の構成相と組織が、該酸化物焼結体を原料とするスパッタリング用ターゲットを用いたスパッタリング法或いはイオンプレーティング用タブレットを用いたイオンプレーティング法による酸化物透明導電膜の成膜速度などの製造条件、ならびにアーキングの原因となるノジュール発生にどのように影響するかについて、詳細に検討を行った。その結果、インジウムとガリウムを含有する酸化物焼結体において、（１）実質的に、ガリウムが固溶したビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相と、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、あるいは、ガリウムが固溶したビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相と、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相と、（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されており、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒の平均粒径を５μｍ以下とすること、（２）酸化物焼結体中のガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０原子％以上３５原子％未満とすることにより、基板に透明導電膜を形成する際に投入電力を大きくして成膜速度を高めようとしても、アーキングの原因となるノジュールの発生を抑制することができ、青色光の吸収の少ない、低抵抗の透明導電膜が得られることを見出すとともに、（３）ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜３０原子％であり、かつ、スズ、又はゲルマニウムから選ばれる１種以上の含有量が（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で１〜１１原子％とすることによっても、同様にアーキングの原因となるノジュールの発生を抑制することができ、青色光の吸収の少ない、低抵抗の透明導電膜が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0021】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、インジウムとガリウムを酸化物として含有する酸化物焼結体において、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相が主たる結晶相となり、その中にβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、又はＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が平均粒径５μｍ以下の結晶粒として微細に分散しており、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比１０原子％以上３５原子％未満で、密度が３．４〜５．５ｇ／ｃｍ３であり、かつ下記の式で定義されるＸ線回折ピーク強度比が８％〜５８％であることを特徴とする酸化物焼結体ことを特徴とする酸化物焼結体が提供される。
Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］／｛Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］＋Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］｝×１００ ［％］
（式中、Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］は、ビックスバイト型構造をとるＩｎ２Ｏ３相の（４００）ピーク強度であり、Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］は、β−Ｇａ２Ｏ３型構造をとる複合酸化物β−ＧａＩｎＯ３相（１１１）ピーク強度を示す）
【0022】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、ガリウムの含有量が、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０〜２５原子％であることを特徴とする酸化物焼結体が提供される。
【0023】
一方、本発明の第３の発明によれば、インジウムとガリウムを酸化物として含有する酸化物焼結体において、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相が主たる結晶相となり、その中にβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、又はＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が平均粒径５μｍ以下の結晶粒として微細に分散しており、インジウムとガリウムのほかに、さらにスズ、又はゲルマニウムから選ばれる１種以上の添加成分を含有し、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜３０原子％、また、添加成分の含有量が（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比１〜１１原子％で、密度が３．４〜５．５ｇ／ｃｍ３であり、かつ下記の式で定義されるＸ線回折ピーク強度比が４％〜８４％であることを特徴とする酸化物焼結体が提供される。
Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（−１１１）］／｛Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］＋Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（−１１１）］｝×１００ ［％］
（式中、Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］は、ビックスバイト型構造をとるＩｎ２Ｏ３相の（４００）ピーク強度であり、Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（−１１１）］は、β−Ｇａ２Ｏ３型構造をとる複合酸化物β−ＧａＩｎＯ３相（−１１１）ピーク強度を示す）
さらに、本発明の第４の発明によれば、第３の発明において、ガリウムの含有量が、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜２０原子％であり、かつスズ、又はゲルマニウムから選ばれる１種以上の含有量が（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜１０原子％であることを特徴とする酸化物焼結体が提供される。
また、本発明の第５の発明によれば、第３の発明において、さらに、一般式Ｇａ３−ｘＩｎ５＋ｘＳｎ２Ｏ１６（０．３＜ｘ＜１．５）で表される正方晶の複合酸化物相が１種以上存在することを特徴とする酸化物焼結体が提供される。
【0024】
また、本発明の第６の発明によれば、第１〜５のいずれかの発明において、酸化インジウム粉末と酸化ガリウム粉末を含む原料粉末を混合するか、この原料粉末に、酸化スズ粉末及び／又は酸化ゲルマニウム粉末を添加して混合した後、混合粉末を成形し、成形物を常圧焼成法によって焼結するか、あるいは混合粉末をホットプレス法によって成形し焼結する酸化物焼結体の製造方法であって、原料粉末の平均粒径を１μｍ以下とし、常圧焼成法の場合は、成形体を酸素の存在する雰囲気において、１０００〜１２００℃で１０〜３０時間焼結し、また、ホットプレス法の場合は、混合粉末を不活性ガス雰囲気又は真空中において、２．４５〜２９．４０ＭＰａの圧力下、７００〜９５０℃で１〜１０時間成形し焼結することにより、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相が主たる結晶相となり、その中にＧａＩｎＯ３相、またはＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる平均粒径５μｍ以下の結晶粒が微細分散した酸化物焼結体とすることを特徴とする酸化物焼結体の製造方法が提供される。
【0025】
一方、本発明の第７の発明によれば、第１〜５のいずれかの発明の酸化物焼結体を加工して得られ、イオンプレーティング法による透明導電膜の形成に用いられることを特徴とするタブレットが提供される。
【0026】
一方、本発明の第８の発明によれば、第７の発明のタブレットを用いて、イオンプレーティング法で基板上に形成して得られる非晶質の透明導電膜が提供される。
また、本発明の第９の発明によれば、第８の発明において、膜中のガリウムの含有量が、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０原子％以上３５原子％未満であることを特徴とする透明導電膜が提供される。
また、本発明の第１０の発明によれば、第８の発明において、膜中のガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜３０原子％であり、かつ、スズ、又はゲルマニウムから選ばれる１種以上の含有量が（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で１〜１１原子％であることを特徴とする透明導電膜が提供される。
また、本発明の第１１の発明によれば、第８〜１０のいずれかの発明において、算術平均高さＲａが１．０ｎｍ以下であることを特徴とする透明導電膜が提供される。
また、本発明の第１２の発明によれば、第８〜１１のいずれかの発明において、波長４００ｎｍにおける消衰係数が、０．０４以下であることを特徴とする透明導電膜が提供される。
また、本発明の第１３の発明によれば、第８〜１２のいずれかの発明において、比抵抗が２×１０−３Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする透明導電膜が提供される。
【0027】
一方、本発明の第１４の発明によれば、第８〜１３のいずれかの発明において、透明基板の片面若しくは両面に透明導電膜が形成されてなる透明導電性基材が提供される。
また、本発明の第１５の発明によれば、第１４の発明において、透明基板が、ガラス板、石英板、樹脂板若しくは樹脂フィルムのいずれかであることを特徴とする透明導電性基材が提供される。
また、本発明の第１６の発明によれば、第１５の発明において、樹脂板もしくは樹脂フィルムが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、又はポリカーボネートを材料とする単一体、若しくはその表面をアクリル系有機物で覆った積層構造体のいずれかであることを特徴とする透明導電性基材が提供される。
また、本発明の第１７の発明によれば、第１５又は１６の発明において、樹脂板若しくは樹脂フィルムが、その片面若しくは両面がガスバリア膜で覆われるか、中間にガスバリア膜が挿入された積層体であることを特徴とする透明導電性基材が提供される。
さらに、本発明の第１８の発明によれば、第１７の発明において、前記ガスバリア膜が、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、アルミニウム酸マグネシウム膜、酸化スズ系膜又はダイヤモンド状カーボン膜から選ばれる１種以上であることを特徴とする透明導電性基材が提供される。
【発明の効果】
【0028】
本発明のガリウムとインジウムを酸化物として含有する酸化物焼結体は、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相が主たる結晶相となり、その中にβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、又はＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が平均粒径５μｍ以下の結晶粒として微細に分散しており、酸化物焼結体中のガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０原子％以上３５原子％未満であるか、または、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜３０原子％であり、かつ、スズ、又はゲルマニウムから選ばれる１種以上の含有量が（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で１〜１１原子％であることにより、スパッタリング法やイオンプレーティング法で酸化物透明導電膜を得るとき成膜速度を高めても、アーキングの原因となるノジュール発生を抑制することができ、成膜速度を高めるような成膜条件への移行も可能となり、その結果、青色光の吸収の少ない、インジウムとガリウムを含有する低抵抗の透明導電膜を得ることができ、工業的に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】図１は、本発明の酸化物焼結体を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したＳＥＭ画像である。
【図2】図２は、本発明の酸化物焼結体をＸ線回折した結果を示すチャートである。
【図3】図３は、酸化物焼結体を加工したターゲットでスパッタリングした時の投入直流電力とアーキング発生回数の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下に、本発明の酸化物焼結体とその製造方法、ターゲット、及びそれを用いて得られる透明導電膜ならびに透明導電性基材について詳細に説明する。
【0031】
１．酸化物焼結体
これまで、インジウムとガリウムを含む酸化物からなる透明導電膜スパッタリング用ターゲットあるいはイオンプレーティング用タブレットが提案されているが、その材料となる酸化物焼結体では、スパッタリング法やイオンプレーティング法で酸化物透明導電膜を得るときの製造条件と酸化物焼結体の構成相や組織との最適化などが十分に検討されていなかった。本発明では、酸化物焼結体の構成相と組織が及ぼす成膜速度ならびにアーキングの原因となるノジュール発生への影響に関して明らかにしたものである。
【0032】
本発明において、インジウムとガリウムを酸化物として含有する酸化物焼結体には、特定の相構造を有し、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０原子％以上３５原子％未満であるもの（以下、これを第一の酸化物焼結体という）と、インジウムとガリウムの他に、さらにスズ、又はゲルマニウムから選ばれる１種以上を含有し、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜３０原子％であり、かつ、スズ、又はゲルマニウムから選ばれる１種以上の含有量が（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で１〜１１原子％であるもの（以下、これを第二の酸化物焼結体という）の二種類がある。
【0033】
（Ｉ）第一の酸化物焼結体
本発明の第一の酸化物焼結体は、インジウムとガリウムを酸化物として含有する酸化物焼結体において、ＪＣＰＤＳカード０６−０４１６に記載されたビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相が主たる結晶相となり、その中にＪＣＰＤＳカード２１−０３３４に記載されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、又はＧａＩｎＯ３相とＪＣＰＤＳカード１４−０５６４に記載された（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が平均粒径５μｍ以下の結晶粒として微細に分散しており、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜３０原子％、また、添加成分の含有量が（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比１〜１１原子％で、密度が３．４〜５．５ｇ／ｃｍ３であり、かつ前記の式で定義されるＸ線回折ピーク強度比が４％〜８４％であることを特徴とする。
【0034】
（ａ）組成と焼結体組織
本発明において第一の酸化物焼結体の組成は、該酸化物焼結体を用いてスパッタリング法やイオンプレーティング法で得られる透明導電膜が、青色光の吸収が少なく、低抵抗を示すためには、ガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０原子％以上３５原子％未満であることが必要である。
酸化物焼結体が上記組成範囲であるだけでなく、焼結体組織は、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相が主たる結晶相となり、その中にβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、又はＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が平均粒径５μｍ以下の結晶粒として微細に分散している。
上記ガリウムが固溶したビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相は、インジウムの一部がガリウムによって置換される、あるいは、ガリウムの一部がインジウムによって置換されていてもよく、化学量論組成からの多少のずれ、金属元素の欠損、または酸素欠損を含んでいても構わない。なお、（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相は、常圧焼結において焼結温度１５００℃以上の高温で形成される相である。（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相は、ＧａＩｎＯ３相より電気抵抗がやや高く、成膜速度はやや低いが、少量の存在であれば問題にはならない。
【0035】
しかし、多量に存在すると成膜速度が低下し、生産性が低下するなどの問題が生じる。透明導電膜の青色光の吸収を少なくするためには、前記特許文献１にも記載されているように、透明導電膜を得るためのターゲットに用いる酸化物焼結体中にインジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相が含まれていることが必要であり、さらに（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が含まれていてもよい。
【0036】
また、本発明の第一の酸化物焼結体は、上記のようにガリウムが固溶したビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相が主相であって、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相が少ないことから、下記の式（１）で定義されるＸ線回折ピーク強度比が８％〜５８％であることを特徴としている。Ｘ線回折ピーク強度比が８％未満であると、酸化物焼結体中のＧａＩｎＯ３相が少なくなりすぎて透明導電膜による青色光の吸収が大きくなってしまい、一方、５８％を超えると形成される透明導電膜の比抵抗が高くなりすぎる、あるいはスパッタリングの際にアーキングが多発するなどの問題が生じるため好ましくない。
Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］／｛Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］＋Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］｝×１００ ［％］ （１）
（式中、Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］は、ビックスバイト型構造をとるＩｎ２Ｏ３相の（４００）ピーク強度であり、Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］は、β−Ｇａ２Ｏ３型構造をとる複合酸化物β−ＧａＩｎＯ３相（１１１）ピーク強度を示す）
【0037】
（ｂ）ガリウム含有量
第一の酸化物焼結体におけるガリウムの含有量は、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０原子％以上３５原子％未満である。
ガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０原子％未満の場合は、酸化物焼結体は、ほとんどガリウムが固溶したビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相のみによって構成される。したがって、上記複合酸化物相を含んでおらず、上記の光学特性を有する透明導電膜を形成することができない。
【0038】
一方、ガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で３５原子％を超える場合には、酸化物焼結体中にインジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相や（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が含まれているが、この割合が増加してしまい、主として、上記２相が存在し、その中に、ガリウムが固溶したビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相が存在するようになってしまう。このような酸化物焼結体は、特許文献４の従来のものと同等であり、スパッタリング法等では成膜速度が遅いβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相や（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が多くなったために、成膜速度が低下し、工業的に生産効率が低下してしまう。また、形成される透明導電膜の比抵抗は、２×１０−３Ω・ｃｍ以下を示すことは困難であり、さらには本発明の実質的な目標となる１０−４Ω・ｃｍ台には到底及ばない。
【0039】
（ｃ）焼結体組織とノジュール
本発明の酸化物焼結体を加工して、例えば、直流スパッタリング用ターゲットとした場合、ターゲット表面にはＩｎ２Ｏ３相とＧａＩｎＯ３相、および／または（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の結晶粒が存在するが、体積比率で比較すると、酸化物焼結体中のガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０原子％以上３５原子％未満であると、上記したようにＩｎ２Ｏ３相の結晶粒の体積比率が高いものとなる。このターゲットであれば、通常はターゲット表面にノジュールが発生することはない。しかし、インジウムとガリウムが上記組成範囲の酸化物焼結体であっても、ターゲット表面にノジュールが発生する問題が起こる場合がある。
【0040】
それは、ＧａＩｎＯ３相ならびに（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が多量に存在する場合である。ＧａＩｎＯ３相ならびに（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相は、Ｉｎ２Ｏ３相と比較すると電気抵抗が高く、また複合酸化物特有の強い化学結合を有するため、スパッタリングされにくい。一般的なＩＴＯの酸化物焼結体は、平均粒径１０μｍ程度の粗大なＩｎ２Ｏ３相の結晶粒で構成されているが、上記組成範囲のインジウムとガリウムを含有する酸化物焼結体が、ＩＴＯと同じような粗大な結晶粒で構成された場合は、Ｉｎ２Ｏ３相の結晶粒が優先的にスパッタリングされる一方で、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の結晶粒のスパッタリングは進行せず、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の粗大な結晶粒がターゲット表面に掘れ残ってしまう。この掘れ残りを起点とし、次第にノジュールが成長するようになり、アーキングなどの異常放電が頻発するようになってしまう。
【0041】
上記掘れ残り、すなわちノジュールを抑制するためには、上記組成範囲のインジウムとガリウムを含有する酸化物焼結体の組織を微細化することが必要である。すなわち、該酸化物焼結体中のＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の結晶粒を微細分散させることが有効である。そもそもＧａＩｎＯ３相ならびに（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相は導電体であるため、それ自身が異常放電の原因となることはなく、微細分散されることによってノジュール成長の起点となりにくくなるのである。
【0042】
図１に、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の結晶粒を微細分散させた例として、ガリウムがＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で２０原子％含まれた酸化物焼結体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によるＳＥＭ像を示す。白色のマトリクス中に、不定形の黒い粒が点在している。ＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析の結果、黒色の結晶粒は、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相であり、周囲の白色の結晶粒がＩｎ２Ｏ３相の結晶粒であることが分かっている。ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の結晶粒は、平均粒径が５μｍ以下であり、また、この酸化物焼結体を加工したターゲットを用いると、スパッタリングにおいて掘れ残りを起点としたノジュール発生はほとんど起きなかった。これにより、図１のようにＩｎ２Ｏ３相の中にＧａＩｎＯ３相が微細分散された組織であればスパッタリングにおけるノジュール抑制に有効であることが明らかである。
【0043】
したがって、ノジュール抑制のためには、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒の平均粒径が５μｍ以下であることが必要である。さらには、３μｍ以下に制御されることが好ましい。なお、酸化物焼結体中のガリウム含有量が１０原子％未満の場合は、上記したように、Ｉｎ２Ｏ３単相構造となるため、本発明のＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の微細な結晶粒を分散することによるノジュール抑制方法は有効ではない。
このように酸化物焼結体中のＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の分散状態が規定されるとともに、Ｉｎ２Ｏ３相との構成比も規定される。本発明の酸化物焼結体における、主相のＩｎ２Ｏ３相と分散相のＧａＩｎＯ３相の構成比は、前出の（１）式で定義されるＸ線回折ピーク強度比で８〜５８％である。これに対して、本出願人による特許文献４では、透明導電膜製造用焼結体ターゲットのガリウム含有量は、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で３５原子％以上４５原子％以下であり、本発明とは組成範囲が異なっているものの、下記の（２）式で定義されるＸ線回折ピーク強度比は５０〜１１０％である、すなわち前出の（１）式で定義されるＸ線回折ピーク強度比に換算すると４８〜６７％であることが記載されており、本発明とＸ線回折ピーク強度比範囲が一部重なっている。これは、主に原料粉末の平均粒径の差によって生じたＧａＩｎＯ３相の粒径や分散性の違い、および焼結反応における拡散挙動の違いが影響したものと推測される。
Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］／Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］×１００ ［％］ （２）
（式中、Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］は、ビックスバイト型構造をとるＩｎ２Ｏ３相の（４００）ピーク強度であり、Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］は、β−Ｇａ２Ｏ３型構造をとる複合酸化物β−ＧａＩｎＯ３相（１１１）ピーク強度を示す）
一般に、酸化物焼結体を構成する結晶粒を微細化することによって、強度の向上が図られている。本発明においても、上記焼結体組織を有していることから、投入する直流電力を高めたことにより熱などによる衝撃を受けても、酸化物焼結体が割れにくいものとなる。
【0044】
（ＩＩ）第二の酸化物焼結体
また、本発明の第二の酸化物焼結体は、インジウムとガリウムを酸化物として含有する酸化物焼結体において、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相が主たる結晶相となり、その中にβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、又はＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が平均粒径５μｍ以下の結晶粒として微細に分散しており、インジウムとガリウムの他に、さらにスズ、又はゲルマニウムから選ばれる１種以上の添加成分を含有し、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜３０原子％、また、添加成分の含有量が（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比１〜１１原子％で、密度が３．４〜５．５ｇ／ｃｍ３であり、かつ前記の式で定義されるＸ線回折ピーク強度比が４％〜８４％であることを特徴とする。
【0045】
すなわち、本発明においては、インジウムとガリウムを含有する酸化物焼結体には、さらにスズ、ゲルマニウム、シリコン、ニオブ、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、セリウム、モリブデン、又はタングステンから選ばれる１種以上の添加成分を含むことができる。添加成分として、特に有効なのはスズ、ゲルマニウムである。添加成分の含有量は、特に制限されるわけではないが、（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で１〜１１原子％であることが好ましい。より好ましい添加成分の含有量は、２〜１０原子％である。
【0046】
酸化物焼結体がスズ、ゲルマニウムから選ばれる１種以上の添加成分を含有することによって、酸化物焼結体の比抵抗が低下し成膜速度が向上するだけでなく、形成された透明導電膜の比抵抗がより低下する。この場合、スズ、ゲルマニウムから選ばれる１種以上の含有量は（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で１原子％未満では効果が得られず、１１原子％を超えると、かえって本発明の目的を損なうことがある。なお、形成された透明導電膜の低比抵抗化を考慮すると、スズ、ゲルマニウムから選ばれる１種以上の含有量は（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜１０原子％であることがより好ましい。また、工業的に有用な低温成膜の条件で、可視域短波長側、すなわち、青色光の吸収を低下させる必要がある場合、スズ、ゲルマニウムから選ばれる１種以上を添加すると上記特性が損なわれる場合がある。低温成膜の場合、形成された非晶質膜のスズ、ゲルマニウムから選ばれる１種以上の一部が光吸収の大きいＳｎＯ、ＧｅＯとなる場合があると考えられるためである。
上記原子比の範囲のスズ、ゲルマニウムから選ばれる１種以上を含有する場合、ガリウムの含有量はＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜３０原子％とすることが好ましい。より好ましいガリウムの含有量は、２〜２０原子％である。スズ、ゲルマニウムを含有しない場合に比べて、より低Ｇａ原子比が本発明の組成範囲に含まれる理由は、スズ、ゲルマニウムを含有する場合には、同じＧａ原子比であっても、前記のＧａＩｎＯ３相および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相がより多量に形成されるためである。Ｇａ原子比がこの範囲より低い場合には、前記のスズ、ゲルマニウムを含有しない場合と同様に、酸化物焼結体は、ガリウムが固溶したビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相のみによって構成されるため好ましくない。一方、この範囲を超える場合には、ＧａＩｎＯ３相、或いはＧａＩｎＯ３相および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が主相となり、Ｉｎ２Ｏ３相が分散相となる。これを、例えばスパッタリングターゲットなどに用いて成膜した場合、そもそも懸案となるノジュールの問題は起こらない。また、成膜速度が低下してしまうだけでなく、形成された透明導電膜が低比抵抗を示すことも困難になってしまう。
【0047】
また、上記原子比の範囲のスズ、ゲルマニウムから選ばれる１種以上を含有する場合、すなわち第二の酸化物焼結体においても、第一の酸化物焼結体と同様に、ガリウムが固溶したビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相を主相とし、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相を分散相とする。しかし、第一の酸化物焼結体と異なる点は、スズ、ゲルマニウムから選ばれる１種以上が添加されることによって、ＧａＩｎＯ３相に配向性が生じる点である。そのため、Ｘ線回折ピーク強度比を前記式（１）ではなく、下式（３）で定義することが好ましい。このとき、下式（３）で定義されるＸ線回折ピーク強度比が４％〜８４％であることが好ましい。
Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（−１１１）］／｛Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］＋Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（−１１１）］｝×１００ ［％］ （３）
（式中、Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］は、ビックスバイト型構造をとるＩｎ２Ｏ３相の（４００）ピーク強度であり、Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（−１１１）］は、β−Ｇａ２Ｏ３型構造をとる複合酸化物β−ＧａＩｎＯ３相（−１１１）ピーク強度を示す）
【0048】
第二の酸化物焼結体では、スズ、ゲルマニウムから選ばれる１種以上がＧａＩｎＯ３相に固溶するために、（−１１１）面が優先的に成長するような配向性が生じるものと推定される。配向性のために、見かけ上、式（３）で定義されるＸ線回折ピーク強度比がとる値の範囲は、前記式（１）のそれより広くなる。なお、Ｘ線回折ピーク強度比が４％未満であると、酸化物焼結体中のＧａＩｎＯ３相が少なくなりすぎて透明導電膜による青色光の吸収が大きくなってしまい、一方、８４％を超えると形成される透明導電膜の比抵抗が高くなりすぎる、あるいはスパッタリングの際にアーキングが多発するなどの問題が生じるため好ましくない。
また、ノジュール抑制のためには、第二の酸化物焼結体についても、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒の平均粒径が５μｍ以下であることが必要であり、３μｍ以下に制御されることがより好ましい点は、第一の酸化物焼結体と同じである。
なお、スズ、ゲルマニウムから選ばれる１種以上が添加することによって、異なる複合酸化物相が多少生じる場合がある。例えば、ＪＣＰＤＳカード５１−０２０４に記載されたＧａ２．４Ｉｎ５．６Ｓｎ２Ｏ１６相、ＪＣＰＤＳカード５１−０２０５に記載されたＧａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６相、あるいはＪＣＰＤＳカード５１−０２０６に記載されたＧａ１．６Ｉｎ６．４Ｓｎ２Ｏ１６相など、一般式Ｇａ３−ｘＩｎ５＋ｘＳｎ２Ｏ１６（０．３＜ｘ＜１．５）で表される正方晶の複合酸化物相などが挙げられる。これら複合酸化物相の導電性などの諸特性は、Ｉｎ２Ｏ３相には及ばないものの、ＧａＩｎＯ３相と同等の特性を有しているため、酸化物焼結体中に若干量が分散していても、スパッタリングなどの成膜においては何ら問題ない。また、形成された透明導電膜も同等の諸特性を示し、何ら問題ない。当然ながら、酸化物焼結体中におけるこれら複合酸化物相の結晶粒の平均粒径は、ノジュール抑制のために、ＧａＩｎＯ３相と同様に、５μｍ以下であることが必要であり、３μｍ以下に制御されることがより好ましい。
【0049】
また、本発明の酸化物焼結体は、実質的にＺｎを含まないことが望ましい。亜鉛を含んだ場合、これを原料として形成される透明導電膜の可視光の吸収が大きくなってしまうためである。低温成膜の場合、透明導電膜中で亜鉛が金属のような状態で存在するためと考えられる。
なお、スズ、ゲルマニウム、および亜鉛について述べたが、これらをはじめ、例えば、シリコン、ニオブ、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、セリウム、モリブデン、タングステン、さらにはイリジウム、ルテニウム、レニウムなどが、不純物元素として含まれていても差し支えない。
【0050】
２．酸化物焼結体の製造方法
本発明の酸化物焼結体の製造方法は、酸化インジウム粉末と酸化ガリウム粉末を含む原料粉末を混合するか、この原料粉末に酸化スズ粉末及び／又は酸化ゲルマニウム粉末を添加して混合した後、混合粉末を成形し、成形物を常圧焼成法によって特定の温度で焼結するか、あるいは混合粉末をホットプレス法によって成形し焼結する酸化物焼結体の製造方法であって、原料粉末の平均粒径を１μｍ以下とすることにより、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相が主たる結晶相となり、その中にＧａＩｎＯ３相、またはＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる平均粒径５μｍ以下の結晶粒が微細分散した酸化物焼結体とすることを特徴とする。
【0051】
すなわち、上記の相構成ならびに各相の組成を有する酸化物焼結体の性能は、酸化物焼結体の製造条件、例えば原料粉末の粒径、混合条件および焼成条件に大きく依存する。
本発明の酸化物焼結体は、平均粒径１μｍ以下に調整した酸化インジウム粉末および酸化ガリウム粉末を原料粉末として用いることが必要である。本発明の酸化物焼結体の組織としては、Ｉｎ２Ｏ３相が主相となり、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒の平均粒径が５μｍ以下である組織がともに存在する必要がある。ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒は主相中に微細に分散しており、平均粒径が３μｍ以下である組織がより好ましい。なお、第二の酸化物焼結体に生じる可能性のある別の複合酸化物、例えば、Ｇａ２．４Ｉｎ５．６Ｓｎ２Ｏ１６相、Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６相およびＧａ１．６Ｉｎ６．４Ｓｎ２Ｏ１６相なども、同様の微細組織であることが好ましい。
【0052】
このような微細な組織を形成するためには、原料粉末の平均粒径を１μｍ以下に調整することが必要である。平均粒径１μｍを超えた酸化インジウム粉末や酸化ガリウム粉末を原料粉末に用いると、得られる酸化物焼結体中に主相となるＩｎ２Ｏ３相とともに存在するＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒の平均粒径が５μｍを超えてしまう。前記の通り、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の平均粒径が５μｍを超える大きな結晶粒は、スパッタリングされにくいのでスパッタリングを続けると、ターゲット表面の比較的大きな残留物となり、これがノジュールの起点となって、アーキングなど異常放電の原因となってしまう。前記特許文献４には、ＧａＩｎＯ３相、あるいはＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒の存在が示されているが、結晶粒の組織とノジュールの抑制の関係には着目していない。
【0053】
酸化インジウム粉末は、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）の原料であり、焼結性に優れた微細な酸化インジウム粉末の開発は、ＩＴＯの改良とともに進められてきた。そして、現在でもＩＴＯ用原料として大量に使用されているため、平均粒径１μｍ以下の原料粉末を入手することは容易である。ところが、酸化ガリウム粉末の場合、酸化インジウム粉末に比べて使用量が少ないため、平均粒径１μｍ以下の原料粉末を入手することは困難である。したがって、粗大な酸化ガリウム粉末を平均粒径１μｍ以下まで粉砕することが必要である。また、第二の酸化物焼結体を得るために添加される酸化スズ粉末や酸化ゲルマニウム粉末の状況は、それぞれ酸化インジウム粉末、酸化ガリウムの場合と同様の状況にあり、酸化ゲルマニウムについては粗大な粉末を平均粒径１μｍ以下に粉砕する必要がある。
本発明の酸化物焼結体を得るためには、酸化インジウム粉末と酸化ガリウム粉末を含む原料粉末を混合した後、混合粉末を成形し、成形物を常圧焼成法によって焼結するか、あるいは混合粉末をホットプレス法によって成形し焼結する。常圧焼成法は、簡便かつ工業的に有利な方法であって好ましい手段であるが、必要に応じてホットプレス法も用いることができる。
【0054】
常圧焼成法を用いる場合、まず成形体を作製する。原料粉末を樹脂製ポットに入れ、バインダー（例えば、ＰＶＡ）などともに湿式ボールミル等で混合する。本発明の、主相となるＩｎ２Ｏ３相とともに存在する、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒の平均粒径が５μｍ以下であり、結晶粒が微細分散した酸化物焼結体を得るためには、上記ボールミル混合を１８時間以上行うことが好ましい。この際、混合用ボールとしては、硬質ＺｒＯ２ボールを用いればよい。混合後、スラリーを取り出し、濾過、乾燥、造粒を行う。その後、得られた造粒物を、冷間静水圧プレスで９．８ＭＰａ（０．１ｔｏｎ／ｃｍ２）〜２９４ＭＰａ（３ｔｏｎ／ｃｍ２）程度の圧力をかけて成形し、成形体とする。
常圧焼成法の焼結工程では、酸素の存在する雰囲気において所定の温度範囲に加熱する。温度範囲は、焼結体をスパッタリング用とするかイオンプレーティング用とするかによって決定する。スパッタリング用であれば、１２５０〜１４５０℃、より好ましくは焼結炉内の大気に酸素ガスを導入する雰囲気において１３００〜１４００℃で焼結する。焼結時間は１０〜３０時間であることが好ましく、より好ましくは１５〜２５時間である。
一方、本発明のイオンプレーティング用では、成形体を酸素の存在する雰囲気において、１０００〜１２００℃で１０〜３０時間焼結する。より好ましくは焼結炉内の大気に酸素ガスを導入する雰囲気において１０００〜１１００℃で焼結する。焼結時間は１５〜２５時間であることが好ましい。
【0055】
焼結温度を上記範囲とし、前記の平均粒径１μｍ以下に調整した酸化インジウム粉末および酸化ガリウム粉末を原料粉末として用いることで、Ｉｎ２Ｏ３相マトリックス中に、結晶粒の平均粒径が５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下のＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒が微細分散した緻密な酸化物焼結体を得ることが可能である。
焼結温度が低すぎると焼結反応が十分進行しない。特に密度６．０ｇ／ｃｍ３以上の酸化物焼結体を得るためには、１２５０℃以上が望ましい。一方、焼結温度が１４５０℃を超えると、（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の形成が著しくなり、Ｉｎ２Ｏ３相およびＧａＩｎＯ３相の体積比率が減少し、酸化物焼結体を上記の微細分散した組織に制御することが困難となる。
焼結雰囲気は、酸素の存在する雰囲気が好ましく、焼結炉内の大気に酸素ガスを導入する雰囲気であれば、なお一層好ましい。焼結時の酸素の存在によって、酸化物焼結体の高密度化が可能となる。焼結温度まで昇温する場合、焼結体の割れを防ぎ、脱バインダーを進行させるためには、昇温速度を０．２〜５℃／分の範囲とすることが好ましい。また、必要に応じて、異なる昇温速度を組み合わせて、焼結温度まで昇温してもよい。昇温過程において、脱バインダーや焼結を進行させる目的で、特定温度で一定時間保持してもよい。焼結後、冷却する際は酸素導入を止め、１０００℃までを０．２〜５℃／分、特に、０．２℃／分以上１℃／分未満の範囲の降温速度で降温することが好ましい。
【0056】
本発明においてホットプレス法を採用する場合、混合粉末を不活性ガス雰囲気又は真空中において、２．４５〜２９．４０ＭＰａの圧力下、７００〜９５０℃で１〜１０時間成形し焼結する。ホットプレス法は、上記の常圧焼成法と比較して、酸化物焼結体の原料粉末を還元雰囲気下で成形、焼結するため、焼結体中の酸素含有量を低減させることが可能である。しかし、９５０℃を超える高温では酸化インジウムが還元され、金属インジウムとして溶融するため注意が必要である。
本発明のホットプレス法による酸化物焼結体の製造条件の一例を挙げる。すなわち、平均粒径１μｍ以下の酸化インジウム粉末ならびに平均粒径１μｍ以下の酸化ガリウム粉末、あるいは、さらに平均粒径１μｍ以下の酸化スズ粉末や平均粒径１μｍ以下の酸化ゲルマニウム粉末を原料粉末とし、これらの粉末を、所定の割合になるように調合する。
調合した原料粉末を、常圧焼成法のボールミル混合と同様、好ましくは混合時間を１８時間以上とし、十分混合し造粒までを行う。次に、造粒した混合粉末をカーボン容器中に給粉してホットプレス法により焼結する。焼結温度は７００〜９５０℃、圧力は２．４５ＭＰａ〜２９．４０ＭＰａ（２５〜３００ｋｇｆ／ｃｍ２）、焼結時間は１〜１０時間程度とすればよい。ホットプレス中の雰囲気は、アルゴン等の不活性ガス中または真空中が好ましい。
【0057】
スパッタリング用ターゲットを得る場合、より好ましくは、焼結温度は８００〜９００℃、圧力は９．８０〜２９．４０ＭＰａ（１００〜３００ｋｇｆ／ｃｍ２）、焼結時間は１〜３時間とすればよい。また、本発明のイオンプレーティング用タブレットを得る場合、焼結温度は７００〜８００℃、圧力は２．４５〜９．８０ＭＰａ（２５〜１００ｋｇｆ／ｃｍ２）、焼結時間は１〜３時間とする。
【0058】
なお、前記特許文献２では、酸化物焼結体の作製条件について、Ｇａ２Ｏ３およびＩｎ２Ｏ３の各粉末をそれぞれ３３．０、６７モル％のモル分率で均一に混合した後、アルゴン中１０００℃で５時間焼成した旨（参考例１）記載されている。ところがＧａ２Ｏ３およびＩｎ２Ｏ３粉末の平均粒径の記載はなく、１０００℃の比較的低温で焼成している。このようにして製造されたターゲットでは、焼結が進行せず低密度となるため、スパッタリングにおいて高い直流電力を投入するとアーキングが多発する。また、特にＧａ２Ｏ３粉末を微細な粉末に調整するなどの記載がないことから、平均粒径１μｍを超える粗大な粉末を用いていることが推測され、その場合には、原料となる酸化物焼結体の組織が、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒が平均粒径５μｍを大幅に越えることになり、成膜速度を高めたスパッタリングによってノジュールが発生する。
【0059】
３．ターゲット
本発明のターゲットは、上記酸化物焼結体を所定の大きさに切断、表面を研磨加工し、バッキングプレートに接着して得ることができる。本発明におけるターゲットは、イオンプレーティング用タブレットである。
スパッタリング用ターゲットの場合、密度が６．３ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。密度が６．３ｇ／ｃｍ３未満である場合、クラックや割れ、ノジュール発生の原因となる。また、本発明ではイオンプレーティング用タブレットとして用いるので、密度が３．４〜５．５ｇ／ｃｍ３に制御される。３．４ｇ／ｃｍ３を下回ると、焼結体自体の強度が劣るため、僅かな局所的熱膨張に対してもクラックや割れが起こりやすくなる。密度が５．５ｇ／ｃｍ３を上回ると、電子ビーム投入時に局部に発生した応力や歪みを吸収することができずに、クラックが生じやすくなる。
【0060】
上記酸化物焼結体の製造方法において、スパッタリング用ターゲットとイオンプレーティング用タブレットとで焼成条件が異なるのは、このためである。スパッタリング用では、常圧焼成法を採用し、成形体を酸素の存在する雰囲気において、１２５０〜１４５０℃で１０〜３０時間焼結するか、あるいはホットプレス法を採用し、混合粉末を不活性ガス雰囲気又は真空中において、２．４５〜２９．４０ＭＰａの圧力下、７００〜９５０℃で１〜１０時間成形し焼結することが好ましい。また、イオンプレーティング用では、常圧焼成法を採用し、成形体を酸素の存在する雰囲気において、１０００〜１２００℃で１０〜３０時間焼結して、密度範囲を上記の通りスパッタリング用ターゲットよりも低くすることが好ましい。
【0061】
４．インジウムとガリウムを含有する透明導電膜とその成膜方法
本発明の透明導電膜は、上記ターゲットを用いて、イオンプレーティング法で基板上に形成して得られる非晶質の透明導電膜である。
【0062】
本発明の透明導電膜には、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０原子％以上３５原子％未満であるもの（以下、これを第一の透明導電膜という）と、インジウムとガリウムのほかに、さらにスズ、又はゲルマニウムから選ばれる１種以上を含有し、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜３０原子％であり、かつ、スズ、又はゲルマニウムから選ばれる１種以上の含有量が（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で１〜１１原子％であるもの（以下、これを第二の透明導電膜という）の二種類がある。
【0063】
透明導電膜を成膜するスパッタリング法等では、成膜速度を向上させるために、投入する直流電力を高めることが一般的に行われている。本発明において、インジウムとガリウムを含有する第一の酸化物焼結体は、上記の通り、該酸化物焼結体中のＩｎ２Ｏ３相とＧａＩｎＯ３相、あるいは、Ｉｎ２Ｏ３相とＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相の結晶粒が微細化されており、酸化物焼結体中のガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０〜３０原子％、また、第二の酸化物焼結体は、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜３０原子％であり、かつ、スズ、又はゲルマニウムから選ばれる１種以上の含有量が（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で１〜１１原子％である。
ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が、Ｉｎ２Ｏ３相の中に微細分散されているので、ノジュール成長の起点となりにくくなっており、投入する直流電力を高めても、ノジュール発生は抑制され、その結果アーキングなどの異常放電を抑え込むことが可能である。
【0064】
本発明の透明導電膜をスパッタリング法で基板上に形成する場合、特に、直流（ＤＣ）スパッタリング法であれば、成膜時の熱影響が少なく、高速成膜が可能であるため工業的に有利である。本発明の透明導電膜を直流スパッタリング法で形成するには、スパッタリングガスとして不活性ガスと酸素、特にアルゴンと酸素からなる混合ガスを用いることが好ましい。また、スパッタリング装置のチャンバー内を０．１〜１Ｐａ、特に０．２〜０．８Ｐａの圧力として、スパッタリングすることが好ましい。
本発明においては、例えば、２×１０−４Ｐａ以下まで真空排気後、アルゴンと酸素からなる混合ガスガスを導入し、ガス圧を０．２〜０．５Ｐａとし、ターゲットの面積に対する直流電力、すなわち直流電力密度が１〜３Ｗ／ｃｍ２程度の範囲となるよう直流電力を印加して直流プラズマを発生させ、プリスパッタリングを実施することができる。このプリスパッタリングを５〜３０分間行った後、必要により基板位置を修正したうえでスパッタリングすることが好ましい。
本発明では、基板を加熱せずに室温で成膜できるが、基板を５０〜３００℃、特に８０〜２００℃に加熱することもできる。基板が樹脂板、樹脂フィルムなど低融点のものである場合は加熱しないで成膜することが望ましい。上記本発明の酸化物焼結体から作製したスパッタリングターゲットを用いれば、光学特性、導電性に優れた透明導電膜を、直流スパッタリング法によって、比較的高い成膜速度で、基板上に製造することができる。
【0065】
また、上記酸化物焼結体から作製したイオンプレーティング用のタブレット（ペレットとも呼ぶ。）を用いた場合にも同様の透明導電膜の形成が可能である。前述したように、イオンプレーティング法では、蒸発源となるタブレットに、電子ビームやアーク放電による熱などを照射すると、照射された部分は局所的に高温になり、蒸発粒子が蒸発して基板に堆積される。このとき、蒸発粒子を電子ビームやアーク放電によってイオン化する。イオン化する方法には、様々な方法があるが、プラズマ発生装置（プラズマガン）を用いた高密度プラズマアシスト蒸着法（ＨＤＰＥ法）は、良質な透明導電膜の形成に適している。この方法では、プラズマガンを用いたアーク放電を利用する。該プラズマガンに内蔵されたカソードと蒸発源の坩堝（アノード）との間でアーク放電が維持される。カソードから放出される電子を磁場偏向により坩堝内に導入して、坩堝に仕込まれたタブレットの局部に集中して照射する。この電子ビームによって、局所的に高温となった部分から、蒸発粒子が蒸発して基板に堆積される。気化した蒸発粒子や反応ガスとして導入されたＯ２ガスは、このプラズマ内でイオン化ならびに活性化されるため、良質な透明導電膜を作製することができる。
【0066】
本発明の透明導電膜は、本発明の酸化物焼結体を加工することにより作製したタブレットを用いて、上記のようにイオンプレーティング法によって作製され、基板温度によらず非晶質状態で存在する。
一般に、ＩＴＯ膜は、室温で非晶質であっても、基板温度を２００℃程度とした場合、結晶質となる。しかし、本発明の透明導電膜は、基板温度を３００℃としても非晶質を維持している。高温でも非晶質が維持される理由として、原料である本発明の酸化物焼結体中に、５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下に微細分散されたＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が存在することが考えられる。本発明の透明導電膜中には、これらの微細分散した複合酸化物相に由来する非晶質部分とＩｎ２Ｏ３相に由来する非晶質部分が混在しているものと考えられる。前者は４００℃を超える高温でも簡単には結晶化しないため、本来結晶化しやすい後者も結晶化できないものと推察される。
【0067】
本発明の透明導電膜は、上記のように非晶質膜であるため、膜の表面粗さを表す算術平均高さＲａは１．０ｎｍ以下であり、非常に平坦である。このように表面が平坦である膜は、膜の凹凸によるリークを嫌う有機ＥＬなどの用途に好適である。また、非晶質の透明導電膜は、ウェットエッチングにおいて残渣が発生しないという利点がある。したがって、透明導電膜の配線パターニングの細線化が進む液晶デバイスのＴＦＴ用途などにおいては、特に有用である。
本発明の透明導電膜の膜厚は、用途によって異なるので特に規定できないが、１０〜５００ｎｍ、好ましくは５０〜３００ｎｍである。１０ｎｍ未満であると十分な比抵抗が確保できず、一方、５００ｎｍを超えると膜の着色の問題が生じてしまうので好ましくない。
また、本発明の透明導電膜の可視域（４００〜８００ｎｍ）での平均透過率は８０％以上、好ましくは８５％以上、さらに好ましくは９０％以上である。平均透過率が８０％未満であると有機ＥＬ素子などへの適用が困難となる。
【0068】
本発明の透明導電膜は、特に可視域短波長側での光の吸収が小さく、透過率が高い。通常、室温で成膜されたＩＴＯ膜は、波長４００ｎｍ付近より短波長側で吸収が大きくなり、波長４００ｎｍにおける消衰係数は０．０４を超える。これに対して、本発明の透明導電膜は、波長４００ｎｍにおいて０．０４以下を示し、第一の透明導電膜で、ガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で２０原子％以上３５原子％未満の場合には０．０３以下となる。したがって、波長４００ｎｍ程度の光を出力する青色ＬＥＤの透明電極として好適である。
【0069】
一般に、透明導電膜を幅広い用途で使用するためには、比抵抗が２×１０−３Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。上記の液晶デバイスや青色ＬＥＤなどの用途では、１×１０−３Ω・ｃｍ未満であることが要求される。本発明のインジウムとガリウムを含有する酸化物焼結体を用いて得られる透明導電膜の比抵抗は、Ｉｎ成分が増加することにより低下する。本発明の透明導電膜は、２×１０−３Ω・ｃｍ以下の比抵抗を示すため、様々なデバイスに適用することが可能である。さらに、第一の透明導電膜で、ガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０〜２５原子％の組成範囲では、１×１０−３Ω・ｃｍ未満の比抵抗を示し、また、第二の透明導電膜で、ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜２０原子％であり、かつ、添加成分の含有量が（Ｓｎ＋Ｇｅ）／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ＋Ｇｅ）原子数比で２〜１０原子％である場合には、同様に１×１０−３Ω・ｃｍ未満の比抵抗を示し、上記の可視域短波長側での光学特性の優位性も有することから、特に青色ＬＥＤなどの用途で有用である。
【0070】
５．透明導電性基材
本発明の透明導電性基材は、透明基板の片面若しくは両面に、上記透明導電膜が形成されている。透明基板は、通常、ガラス板、石英板、樹脂板または樹脂フィルムから選択される。
【0071】
この透明導電性基材は、前記の透明導電膜をＬＣＤ、ＰＤＰ、或いはＥＬ素子などの表示パネルの陽極及び／または陰極として機能させるものである。基材としては、光透過性の支持体を兼ねることから、一定の強度と透明性を有する必要がある。
樹脂板もしくは樹脂フィルムを構成する材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などが挙げられ、これらの表面にアクリル樹脂が被覆された構造の樹脂板もしくは樹脂フィルムでもよい。
【0072】
基材の厚さは、特に限定されるわけではないが、ガラス板や石英板であれば、０．５〜１０ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍであり、樹脂板または樹脂フィルムの場合は、０．１〜５ｍｍ、好ましくは１〜３ｍｍとされる。この範囲よりも薄いと強度が弱く取り扱いも難しい。一方、この範囲よりも厚いと透明性が悪いだけでなく重量が大きくなり好ましくない。
上記基材には、単層または多層からなる絶縁層、半導体層、ガスバリア層又は保護層のいずれかを形成することができる。絶縁層としては、酸化珪素（Ｓｉ−Ｏ）膜または窒化酸化珪素（Ｓｉ−Ｏ−Ｎ）膜などがあり、半導体層としては、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）などがあり主にガラス基板に形成され、ガスバリア層は、水蒸気バリア膜などとして、酸化珪素（Ｓｉ−Ｏ）膜、窒化酸化珪素（Ｓｉ−Ｏ−Ｎ）膜、アルミニウム酸マグネシウム（Ａｌ−Ｍｇ−Ｏ）膜、または酸化スズ系（例えば、Ｓｎ−Ｓｉ−Ｏ）膜などが樹脂板もしくは樹脂フィルムに形成される。保護層は、基材の表面を傷や衝撃から守るためのものであり、Ｓｉ系、Ｔｉ系、アクリル樹脂系など各種コーテングが使用される。なお、基材に形成しうる層はこれらに限定されず、導電性を有する薄い金属膜などを施すこともできる。
本発明によって得られる透明導電性基材は、比抵抗、光透過率、表面平坦性などの面で優れた特性をもつ透明導電膜が成膜されているため、各種の表示パネルの構成部品として極めて有用である。また、上記透明導電性基材を備えた電子回路実装部品としては、有機ＥＬ素子の他にレーザー部品などを挙げることができる。
【実施例】
【0073】
以下に、本発明の実施例を用いて、さらに詳細に説明するが、本発明は、これら実施例によって限定されるものではない。
【0074】
＜酸化物焼結体の評価＞
得られた酸化物焼結体の端材を用いて、アルキメデス法で焼結体密度を求めた。続いて端材の一部を粉砕し、Ｘ線回折装置（フィリップス製）を用いて粉末法による生成相の同定を行った。そして、インジウムとガリウムを酸化物として含有する酸化物焼結体については下記の式（１）で、定義されるＸ線回折ピーク強度比を求めた。
Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］／｛Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］＋Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］｝×１００ ［％］ （１）
ただし、インジウムとガリウムのほかに、さらにスズ、又はゲルマニウムから選ばれる１種以上の添加成分を含有する酸化物焼結体（参考例８、１１〜１５）については、下記の式（３）で定義されるＸ線回折ピーク強度比を求めた。
Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（−１１１）］／｛Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］＋Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（−１１１）］｝×１００ ［％］ （３）
（式中、Ｉ［Ｉｎ２Ｏ３相（４００）］は、ビックスバイト型構造をとるＩｎ２Ｏ３相の（４００）ピーク強度であり、Ｉ［ＧａＩｎＯ３相（１１１）］あるいはＩ［ＧａＩｎＯ３相（−１１１）］は、β−Ｇａ２Ｏ３型構造をとる複合酸化物β−ＧａＩｎＯ３相（１１１）あるいは（―１１１）ピーク強度を示す）
粉末の一部を用いて、酸化物焼結体のＩＣＰ発光分光法による組成分析を行った。さらに、ＳＥＭ（カールツァイス製）を用いて、酸化物焼結体の組織観察を行った。ＳＥＭ像の画像解析結果から、ＧａＩｎＯ３相からなる結晶粒の平均粒径を求めた。
【0075】
＜透明導電膜の基本特性評価＞
得られた透明導電膜の組成をＩＣＰ発光分光法によって調べた。透明導電膜の膜厚は表面粗さ計（テンコール社製）で測定した。成膜速度は、膜厚と成膜時間から算出した。膜の比抵抗は、四探針法によって測定した表面抵抗と膜厚の積から算出した。膜の生成相は、酸化物焼結体同様、Ｘ線回折測定によって同定した。また、消衰係数を分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌａｍ製）によって測定し、特に青色光の吸収特性を評価するため、波長４００ｎｍの消衰係数を比較した。
【0076】
（参考例１）
酸化インジウム粉末および酸化ガリウム粉末を平均粒径１μｍ以下となるよう調整して原料粉末とした。ガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）で表される原子数比で１０原子％となるようにこれらの粉末を調合し、水とともに樹脂製ポットに入れ、湿式ボールミルで混合した。この際、硬質ＺｒＯ２ボールを用い、混合時間を１８時間とした。混合後、スラリーを取り出し、濾過、乾燥、造粒した。造粒物を、冷間静水圧プレスで３ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力をかけて成形した。
次に、成形体を次のように焼結した。炉内容積０．１ｍ３当たり５リットル／分の割合で、焼結炉内の大気に酸素を導入する雰囲気で、１４００℃の焼結温度で２０時間焼結した。この際、１℃／分で昇温し、焼結後の冷却の際は酸素導入を止め、１０００℃までを１０℃／分で降温した。
得られた酸化物焼結体を、直径１５２ｍｍ、厚み５ｍｍの大きさに加工し、スパッタリング面をカップ砥石で最大高さＲｚが３．０μｍ以下となるように磨いた。加工した酸化物焼結体を、無酸素銅製のバッキングプレートに金属インジウムを用いてボンディングして、スパッタリングターゲットとした。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。前記式（１）で表されるＧａＩｎＯ３相（１１１）のＸ線回折ピーク強度比は、８％であった。
酸化物焼結体の密度を測定したところ、６．９７ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は２．９μｍであった。
次に、アーキング抑制機能のない直流電源を装備した直流マグネトロンスパッタリング装置（アネルバ製）の非磁性体ターゲット用カソードに、上記スパッタリングターゲットを取り付けた。基板には、無アルカリのガラス基板（コーニング♯７０５９）を用い、ターゲット−基板間距離を６０ｍｍに固定した。１×１０−４Ｐａ未満まで真空排気後、アルゴンと酸素の混合ガスを酸素の比率が１．５％になるように導入し、ガス圧を０．５Ｐａに調整した。なお、上記の酸素の比率１．５％において、最も低い比抵抗を示した。
直流電力２００Ｗ（１．１０Ｗ／ｃｍ２）を印加して直流プラズマを発生させ、スパッタリングを実施した。投入した直流電力とスパッタリング時間の積から算出される積算投入電力値１２．８ｋｗｈ到達まで、直流スパッタリングを継続的に実施した。この間、アーキングは起こらず、放電は安定していた。スパッタリング終了後、ターゲット表面を観察したが、ノジュールの発生は特にみられなかった。次に、直流電力２００、４００、５００、６００Ｗ（１．１０〜３．２９Ｗ／ｃｍ２）と変化させ、それぞれの電力で１０分間ずつスパッタリングを行い、アーキング発生回数を測定した。いずれの電力でもアーキングは起こらず、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数はゼロであった。
続いて、直流スパッタリングによる成膜を行った。１０分間のプリスパッタリング後、スパッタリングターゲットの直上、すなわち静止対向位置に基板を配置し、加熱せずに室温でスパッタリングを実施して、膜厚２００ｎｍの透明導電膜を形成した。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、９３ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、４．９×１０−４Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０３１９８であった。以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0077】
（参考例２）
ガリウム含有量をＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）で表される原子数比で２０原子％に変更した以外には条件を変えず、参考例１と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。次に、図２に酸化物焼結体のＸ線回折図を示す。前記式（１）で表されるＧａＩｎＯ３相（１１１）のＸ線回折ピーク強度比は、３０％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、６．８４ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は２．６μｍであった。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、積算投入電力値１２．８ｋＷｈ到達まで、直流スパッタリングを実施した。この間、アーキングは起こらず、放電は安定していた。スパッタリング終了後、ターゲット表面を観察したが、ノジュールの発生は特にみられなかった。次に、直流電力２００、４００、５００、６００Ｗ（１．１０〜３．２９Ｗ／ｃｍ２）と変化させ、それぞれの電力で１０分間ずつスパッタリングを行い、アーキング発生回数を測定した。図３に、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数を示した。いずれの電力でもアーキングは起こらず、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数はゼロであった。
続いて、直流スパッタリングによる成膜を実施した。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、８６ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、７．８×１０−４Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０２７６９であった。
以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0078】
（参考例３）
ガリウム含有量をＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）で表される原子数比で２５原子％に変更した以外には条件を変えず、参考例１と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。前記式（１）で表されるＧａＩｎＯ３相（１１１）のＸ線回折ピーク強度比は、３９％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、６．７７ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は２．５μｍであった。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、積算投入電力値１２．８ｋＷｈ到達まで、直流スパッタリングを実施した。この間、アーキングは起こらず、放電は安定していた。スパッタリング終了後、ターゲット表面を観察したが、ノジュールの発生は特にみられなかった。次に、直流電力２００、４００、５００、６００Ｗ（１．１０〜３．２９Ｗ／ｃｍ２）と変化させ、それぞれの電力で１０分間ずつスパッタリングを行い、アーキング発生回数を測定した。いずれの電力でもアーキングは起こらず、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数はゼロであった。
続いて、直流スパッタリングによる成膜を実施した。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、８６ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、８．８×１０−４Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０２５９１であった。
以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0079】
（参考例４）
ガリウム含有量をＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）で表される原子数比で３０原子％に変更した以外には条件を変えず、参考例１と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。前記式（１）で表されるＧａＩｎＯ３相（１１１）のＸ線回折ピーク強度比は、４９％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、６．７０ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は２．８μｍであった。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、積算投入電力値１２．８ｋＷｈ到達まで、直流スパッタリングを実施した。この間、アーキングは起こらず、放電は安定していた。スパッタリング終了後、ターゲット表面を観察したが、ノジュールの発生は特にみられなかった。次に、直流電力２００、４００、５００、６００Ｗ（１．１０〜３．２９Ｗ／ｃｍ２）と変化させ、それぞれの電力で１０分間ずつスパッタリングを行い、アーキング発生回数を測定した。いずれの電力でもアーキングは起こらず、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数はゼロであった。
続いて、直流スパッタリングによる成膜を実施した。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、８４ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、１．４×１０−３Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０２３６１であった。
以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0080】
（参考例５）
ガリウム含有量をＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）で表される原子数比で３４原子％に変更した以外には条件を変えず、参考例１と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。前記式（１）で表されるＧａＩｎＯ３相（１１１）のＸ線回折ピーク強度比は、５８％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、６．６３ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は４．１μｍであった。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、積算投入電力値１２．８ｋＷｈ到達まで、直流スパッタリングを実施した。この間、アーキングは起こらず、放電は安定していた。スパッタリング終了後、ターゲット表面を観察したが、ノジュールの発生は特にみられなかった。次に、直流電力２００、４００、５００、６００Ｗ（１．１０〜３．２９Ｗ／ｃｍ２）と変化させ、それぞれの電力で１０分間ずつスパッタリングを行い、アーキング発生回数を測定した。いずれの電力でもアーキングは起こらず、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数はゼロであった。
続いて、直流スパッタリングによる成膜を実施した。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、８１ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、２．０×１０−３Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０２３３７であった。
以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0081】
（参考例６）
焼結温度を１２５０℃に変更した以外には条件を変えず、参考例２と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。前記式（１）で表されるＧａＩｎＯ３相（１１１）のＸ線回折ピーク強度比は２８％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、６．３３ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は２．４μｍであった。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、積算投入電力値１２．８ｋＷｈ到達まで、直流スパッタリングを実施した。この間、アーキングは起こらず、放電は安定していた。スパッタリング終了後、ターゲット表面を観察したが、ノジュールの発生は特にみられなかった。次に、直流電力２００、４００、５００、６００Ｗ（１．１０〜３．２９Ｗ／ｃｍ２）と変化させ、それぞれの電力で１０分間ずつスパッタリングを行い、アーキング発生回数を測定した。いずれの電力でもアーキングは起こらず、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数はゼロであった。
続いて、直流スパッタリングによる成膜を実施した。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、８３ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、９．１×１０−４Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０２７４３であった。
以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0082】
（参考例７）
焼結温度を１４５０℃に変更した以外には条件を変えず、参考例２と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。前記式（１）で表されるＧａＩｎＯ３相（１１１）のＸ線回折ピーク強度比は、３１％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、６．８８ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は３．３μｍであった。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、積算投入電力値１２．８ｋＷｈ到達まで、直流スパッタリングを実施した。この間、アーキングは起こらず、放電は安定していた。スパッタリング終了後、ターゲット表面を観察したが、ノジュールの発生は特にみられなかった。次に、直流電力２００、４００、５００、６００Ｗ（１．１０〜３．２９Ｗ／ｃｍ２）と変化させ、それぞれの電力で１０分間ずつスパッタリングを行い、アーキング発生回数を測定した。いずれの電力でもアーキングは起こらず、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数はゼロであった。
続いて、直流スパッタリングによる成膜を実施した。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、８７ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、８．０×１０−４Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０２７７６であった。
以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0083】
（参考例８）
参考例２と同様のガリウム原子数比、すなわちＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ）で表される原子数比を２０原子％とし、さらに添加成分として、平均粒径１μｍ以下の酸化スズ粉末をＳｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ）で表される原子数比で６原子％添加した以外には条件を変えず、参考例２と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。前記式（３）で表されるＧａＩｎＯ３相（１１１）のＸ線回折ピーク強度比は、５１％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、６．７１ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は２．９μｍであった。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、積算投入電力値１２．８ｋＷｈ到達まで、直流スパッタリングを実施した。この間、アーキングは起こらず、放電は安定していた。スパッタリング終了後、ターゲット表面を観察したが、ノジュールの発生は特にみられなかった。次に、直流電力２００、４００、５００、６００Ｗ（１．１０〜３．２９Ｗ／ｃｍ２）と変化させ、それぞれの電力で１０分間ずつスパッタリングを行い、アーキング発生回数を測定した。いずれの電力でもアーキングは起こらず、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数はゼロであった。
続いて、直流スパッタリングによる成膜を実施した。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、８９ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、９．１×１０−４Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０３４８２であった。
以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。なお、酸化スズ粉末の代わりに酸化ゲルマニウム粉末を用いた場合、あるいは、酸化スズ粉末と酸化ゲルマニウム粉末を同時に用いた場合でも、ほぼ同じ結果が得られることを確認した。
【0084】
（実施例１）
成膜方法をイオンプレーティング法に変更し、参考例２と同様の組成の酸化物焼結体からなるタブレットを用いて、成膜を実施した。
酸化物焼結体の作製方法は、参考例２のスパッタリングターゲットの場合とほぼ同様の作製方法であるが、先に述べたように、イオンプレーティング用のタブレットとして用いる場合には、密度を低くする必要があるため、焼結温度を１１００℃とした。タブレットは、焼結後の寸法が、直径３０ｍｍ、高さ４０ｍｍとなるよう、予め成形した。得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。前記式（１）で表されるＧａＩｎＯ３相（１１１）のＸ線回折ピーク強度比は、２７％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、４．７９ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は２．１μｍであった。
このような酸化物焼結体をタブレットとして用い、イオンプレーティング法によるプラズマガンを用いた放電をタブレットが使用不可となるまで継続した。イオンプレーティング装置として、高密度プラズマアシスト蒸着法（ＨＤＰＥ法）が可能な反応性プラズマ蒸着装置を用いた。成膜条件としては、蒸発源と基板間距離を０．６ｍ、プラズマガンの放電電流を１００Ａ、Ａｒ流量を３０ｓｃｃｍ、Ｏ２流量を１０ｓｃｃｍとした。タブレットが使用不可となるまでの間、スプラッシュなどの問題は起こらなかった。
タブレット交換後、成膜を実施した。得られた透明導電膜の組成は、タブレットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度は１２２ｎｍ／ｍｉｎが得られ、ＩＴＯ相当の高速成膜が可能であることがわかった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、６．５×１０−４Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０２７２２であった。以上のタブレット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0085】
（参考例９）
厚さ１００μｍのＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）フィルム基板上に、予め厚さ１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜をガスバリア膜として形成し、該ガスバリア膜上に参考例２と同様の工程で膜厚１００ｎｍのインジウムとガリウムを含有する酸化物からなる透明導電膜を形成し、透明度導電性基材を作製した。
得られた透明度導電性基材を調べたところ、参考例２と同様に形成された透明導電膜は非晶質であり、比抵抗は７．５×１０−４Ωｃｍ、可視域の平均透過率は８５％以上を示したことから、良好な特性が得られたことが確認された。
【0086】
（参考例１０）
参考例８のガリウム含有量、すなわちＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ）で表される原子数比２原子％に変更し、ならびにスズをＳｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ）で表される原子数比で１０原子％に変更した以外には条件を変えず、参考例８と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。前記式（３）で表されるＧａＩｎＯ３相（−１１１）のＸ線回折ピーク強度比は、４％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、６．８７ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は２．８μｍであった。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、積算投入電力値１２．８ｋＷｈ到達まで、直流スパッタリングを実施した。この間、アーキングは起こらず、放電は安定していた。スパッタリング終了後、ターゲット表面を観察したが、ノジュールの発生は特にみられなかった。次に、直流電力２００、４００、５００、６００Ｗ（１．１０〜３．２９Ｗ／ｃｍ２）と変化させ、それぞれの電力で１０分間ずつスパッタリングを行い、アーキング発生回数を測定した。いずれの電力でもアーキングは起こらず、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数はゼロであった。
続いて、直流スパッタリングによる成膜を実施した。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、９２ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、５．２×１０−４Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０３８９１であった。
以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。なお、酸化スズ粉末の代わりに酸化ゲルマニウム粉末を用いた場合、あるいは、酸化スズ粉末と酸化ゲルマニウム粉末を同時に用いた場合でも、ほぼ同じ結果が得られることを確認した。
【0087】
（参考例１１）
参考例８のガリウム含有量、すなわちＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ）で表される原子数比を５原子％に変更し、ならびにスズをＳｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ）で表される原子数比で１０原子％に変更した以外には条件を変えず、参考例８と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。前記式（３）で表されるＧａＩｎＯ３相（−１１１）のＸ線回折ピーク強度比は、７％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、６．９０ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は２．７μｍであった。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、積算投入電力値１２．８ｋＷｈ到達まで、直流スパッタリングを実施した。この間、アーキングは起こらず、放電は安定していた。スパッタリング終了後、ターゲット表面を観察したが、ノジュールの発生は特にみられなかった。次に、直流電力２００、４００、５００、６００Ｗ（１．１０〜３．２９Ｗ／ｃｍ２）と変化させ、それぞれの電力で１０分間ずつスパッタリングを行い、アーキング発生回数を測定した。いずれの電力でもアーキングは起こらず、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数はゼロであった。
続いて、直流スパッタリングによる成膜を実施した。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、９２ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、５．０×１０−４Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０３７１１であった。
以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0088】
（参考例１２）
参考例８のガリウム含有量、すなわちＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ）で表される原子数比を１０原子％に変更し、ならびにスズをＳｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ）で表される原子数比で１０原子％に変更した以外には条件を変えず、参考例８と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。また、前記式（３）で表されるＧａＩｎＯ３相（−１１１）のＸ線回折ピーク強度比は、４８％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、６．９９ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は２．５μｍであった。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、積算投入電力値１２．８ｋＷｈ到達まで、直流スパッタリングを実施した。この間、アーキングは起こらず、放電は安定していた。スパッタリング終了後、ターゲット表面を観察したが、ノジュールの発生は特にみられなかった。次に、直流電力２００、４００、５００、６００Ｗ（１．１０〜３．２９Ｗ／ｃｍ２）と変化させ、それぞれの電力で１０分間ずつスパッタリングを行い、アーキング発生回数を測定した。いずれの電力でもアーキングは起こらず、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数はゼロであった。
続いて、直流スパッタリングによる成膜を実施した。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、９０ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、６．４×１０−４Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０３６６３であった。
以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0089】
（参考例１３）
参考例８のガリウム含有量、すなわちＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ）で表される原子数比を１５原子％に変更し、ならびにスズをＳｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ）で表される原子数比で２原子％に変更した以外には条件を変えず、参考例８と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で主に構成されていることが確認された。また、微弱ではあるが、一部、Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６相の存在も確認された。前記式（３）で表されるＧａＩｎＯ３相（−１１１）のＸ線回折ピーク強度比は、３２％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、７．０１ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は２．６μｍであった。また、Ｇａ２Ｉｎ６Ｓｎ２Ｏ１６相の結晶粒径が３μｍ以下であることを確認した。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、積算投入電力値１２．８ｋＷｈ到達まで、直流スパッタリングを実施した。この間、アーキングは起こらず、放電は安定していた。スパッタリング終了後、ターゲット表面を観察したが、ノジュールの発生は特にみられなかった。次に、直流電力２００、４００、５００、６００Ｗ（１．１０〜３．２９Ｗ／ｃｍ２）と変化させ、それぞれの電力で１０分間ずつスパッタリングを行い、アーキング発生回数を測定した。いずれの電力でもアーキングは起こらず、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数はゼロであった。
続いて、直流スパッタリングによる成膜を実施した。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、８９ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、６．２×１０−４Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０３４０２であった。
以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0090】
（参考例１４）
参考例８のガリウム含有量、すなわちＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ）で表される原子数比を３０原子％に変更し、ならびにスズをＳｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ｓｎ）で表される原子数比で３原子％に変更した以外には条件を変えず、参考例８と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。前記式（３）で表されるＧａＩｎＯ３相（−１１１）のＸ線回折ピーク強度比は、８４％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、６．７１ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は２．８μｍであった。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、積算投入電力値１２．８ｋＷｈ到達まで、直流スパッタリングを実施した。この間、アーキングは起こらず、放電は安定していた。スパッタリング終了後、ターゲット表面を観察したが、ノジュールの発生は特にみられなかった。次に、直流電力２００、４００、５００、６００Ｗ（１．１０〜３．２９Ｗ／ｃｍ２）と変化させ、それぞれの電力で１０分間ずつスパッタリングを行い、アーキング発生回数を測定した。いずれの電力でもアーキングは起こらず、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数はゼロであった。
続いて、直流スパッタリングによる成膜を実施した。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、８５ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、１．８×１０−３Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０３２１３であった。
以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0091】
（参考比較例１）
ガリウム含有量をＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）で表される原子数比で３原子％に変更した以外には条件を変えず、参考例１と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。酸化物焼結体の密度を測定したところ、７．０６ｇ／ｃｍ３であった。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相のみで構成されていることが確認された。すなわち、この組成では、本発明の実質的にガリウムが固溶したビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および／または（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されている酸化物焼結体が得られないことが判明した。したがって、これ以上のターゲット評価は実施せず、直流スパッタリングによる成膜のみを実施することとした。
直流スパッタリングによって得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、８６ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、８．３×１０−４Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０４１８８であった。以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0092】
（参考比較例２）
ガリウム含有量をＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）で表される原子数比で４０原子％に変更した以外には条件を変えず、参考例１と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。前記式（１）で表されるＧａＩｎＯ３相（１１１）のＸ線回折ピーク強度比は７４％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、６．５４ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は４．２μｍであった。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、積算投入電力値１２．８ｋＷｈ到達経過まで、直流スパッタリングを実施した。この間、アーキングは起こらず、放電は安定していた。スパッタリング終了後、ターゲット表面を観察したが、ノジュールの発生は特にみられなかった。次に、直流電力２００、４００、５００、６００Ｗ（直流電力密度１．１〜３．３Ｗ／ｃｍ２）と変化させ、それぞれの電力で１０分間ずつスパッタリングを行い、アーキング発生回数を測定した。いずれの電力でもアーキングは起こらず、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数はゼロであった。
続いて、直流スパッタリングによる成膜を実施した。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、６２ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の比抵抗を測定したところ、３．５×１０−３Ωｃｍであった。膜の生成相は、Ｘ線回折測定によって調べた結果、非晶質であることが確認された。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０１８１１であった。
以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0093】
（参考比較例３）
平均粒径約３μｍの酸化インジウム粉末および酸化ガリウム粉末を用いた以外には条件を変えず、参考例２と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。前記式（１）で表されるＧａＩｎＯ３相（１１１）のＸ線回折ピーク強度比は、４２％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、６．２３ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は５．８μｍであった。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、積算投入電力値１２．８ｋＷｈ到達まで、直流スパッタリングを実施した。スパッタリングを開始してから、しばらくアーキングは起こらなかったが、積算時間到達が近くなると、しだいにアーキングが起こるようになった。積算時間到達後、ターゲット表面を観察したところ、多数のノジュールの生成が確認された。次に、直流電力２００、４００、５００、６００Ｗ（１．１０〜３．２９Ｗ／ｃｍ２）と変化させ、それぞれの電力で１０分間ずつスパッタリングを行い、アーキング発生回数を測定した。図３に、参考例２とともに、各直流電力での１分間当たりアーキング発生平均回数を示した。図３より、直流電力増加とともにアーキングが頻発するようになっていることは明らかである。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、直流スパッタリングによる成膜を行った。成膜中、しばしばアーキングが起こった。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、７１ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の生成相をＸ線回折測定によって同定したところ、非晶質であった。膜の比抵抗を測定したところ、４．１×１０−３Ωｃｍであった。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０３３２３であった。以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0094】
（参考比較例４）
焼結温度を１０００℃に変更した以外には条件を変えず、参考例２と同様の方法で酸化物焼結体を作製した。
得られた酸化物焼結体の組成分析をＩＣＰ発光分光法にて行ったところ、原料粉末の配合時の仕込み組成とほぼ同じであることが確認された。次に、Ｘ線回折測定による酸化物焼結体の相同定を行ったところ、ビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、および（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されていることが確認された。前記式（１）で表されるＧａＩｎＯ３相（１１１）のＸ線回折ピーク強度比は、２６％であった。酸化物焼結体の密度を測定したところ、５．７３ｇ／ｃｍ３であった。続いて、ＳＥＭによる酸化物焼結体の組織観察を行ったところ、ＧａＩｎＯ３相の平均粒径は２．１μｍであった。
この酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、直流スパッタリングを実施した。スパッタリングを開始してから、早期にアーキングが起こり、積算投入電力値１２．８ｋＷｈ到達まで、スパッタリングを継続することが不可能となった。ターゲット表面を観察したところ、クラックの発生が確認された。そこで、アーキング発生回数の測定を断念し、低電力での直流スパッタリングを試みた。投入電力が３０Ｗ程度まではスパッタリング可能であったが、５０Ｗを超えるとアーキングが発生するようになった。よって、実際の膜形成は不可能であると判断された。
以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0095】
（参考比較例５）
市販のＩＴＯターゲット（Ｉｎ２Ｏ３−１０ｗｔ％ＳｎＯ２、住友金属鉱山製）を用いて、直流スパッタリングによる成膜を行った。ＩＴＯターゲットの密度を測定したところ、７．１１ｇ／ｃｍ３であった。得られた透明導電膜の組成は、ターゲットとほぼ同じであることが確認された。成膜速度を測定したところ、９２ｎｍ／ｍｉｎであった。次に、膜の生成相をＸ線回折測定によって同定したところ、非晶質であった。膜の比抵抗を測定したところ、４．９×１０−４Ωｃｍであった。また、波長４００ｎｍの消衰係数を測定したところ、０．０４３０８であった。以上のターゲット評価結果と成膜評価結果を表１に示した。
【0096】
【表1】
【0097】
「評価」
参考例１〜７より、平均粒径１μｍ以下に調整した酸化インジウム粉末および酸化ガリウム粉末を用いて、ガリウム含有量をＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０原子％以上３５原子％未満の範囲とし、焼結温度１２５０〜１４００℃にて焼結した酸化物焼結体は、ガリウムが固溶したビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相と、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、あるいは、ガリウムが固溶したビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相と、インジウムとガリウムで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相と、（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相で構成されることが確認された。また、Ｉｎ２Ｏ３相（４００）とＧａＩｎＯ３相（１１１）とのＸ線回折ピーク強度比は、８％〜５８％であって、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒の平均粒径が５μｍ以下である微細分散組織が得られることが確認された。
【0098】
特に、参考例１〜４および６では、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒が平均粒径３μｍ以下のより微細分散された組織となった。また、焼結体密度は６．３ｇ／ｃｍ３以上であり、いずれも高密度を示した。これらの酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとして、直流スパッタリングを実施したところ、長時間の連続スパッタリング後でもスパッタリングの掘れ残りを起点としたノジュールの発生はみられず、直流電力２００〜６００Ｗ（１．１０〜３．２９Ｗ／ｃｍ２）の範囲で変化させてもアーキングが発生しないことが明らかとなった。
参考例１〜７での成膜速度は８１〜９３ｎｍ／ｍｉｎであり、参考比較例５のＩＴＯの成膜速度９２ｎｍ／ｍｉｎと比較しても遜色なかった。得られた透明導電膜の比抵抗は、２×１０−３Ω・ｃｍ以下と良好であり、特に参考例１〜３、６および７において、ガリウム含有量をＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０〜２５原子％とした場合には、１０−４Ω・ｃｍ台のさらに低い比抵抗が得られた。また、膜の波長４００ｎｍにおける消衰係数は概ね０．０２〜０．０３程度で、いずれも０．０４以下を示した。ＩＴＯ膜が０．０４を超えることから、参考例１〜７の膜は青色光の吸収が少ないことが確認された。
【0099】
参考例１〜７に対して、参考比較例１、２の相違点は、ガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０原子％以上３５原子％未満の範囲にない点である。ガリウム含有量が少ない場合には、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒が形成されず、波長４００ｎｍにおける消衰係数は０．０４を超えてしまう。一方、ガリウム含有量が多い場合には、成膜速度が著しく低下し、膜の比抵抗も高くなってしまう。したがって、上記の特性のバランスがとれる組成範囲は、ガリウム含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で１０原子％以上３５原子％未満であることは明らかである。
参考例１〜７に対して、参考比較例３の相違点は、平均粒径３μｍの比較的な粗大な酸化インジウム粉末および酸化ガリウム粉末を用いたことによって、酸化物焼結体に分散されたＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒の平均粒径が５μｍを超えたことである。このような組織の酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとし、直流スパッタリングを実施したところ、長時間の連続スパッタリング後にノジュールが発生し、アーキングが頻発することが確認された。すなわち、参考例１〜７のように、平均粒径１μｍ以下に調整した酸化インジウム粉末および酸化ガリウム粉末を用いて、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒の平均粒径が５μｍ以下となるよう微細分散された酸化物焼結体の組織が、ノジュール発生とアーキング発生の抑制に有効であることが明らかとなった。
また、参考例１〜７に対して、参考比較例４では、焼結温度が１０００℃と低いため焼結が進行せず、ＧａＩｎＯ３相、あるいは、ＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相からなる結晶粒の平均粒径は５μｍ以下ではあったものの、焼結体密度は６．３ｇ／ｃｍ３に達しなかった。直流スパッタリングにおいては、スパッタリングターゲットにはクラックが発生し、３０Ｗ程度の低電力によるスパッタリングに限定され、実質的に成膜は不可能であった。すなわち、十分に焼結を進行させるためには、焼結温度１０００℃では不足であり、１２５０〜１４５０℃が好適であることが明確となった。
【0100】
参考例８、１１〜１５によって、スズ、ゲルマニウム、あるいは両者を共添加した酸化物焼結体、あるいは透明導電膜についても、参考例１〜７のガリウムとインジウムを含有する酸化物焼結体、あるいは透明導電膜と同様に、良好な特性を示すことが確認された。特に、参考例１０および１１によって、スズ、ゲルマニウム、あるいは両者を共添加した場合には、ガリウムがより低添加量の組成範囲であっても、参考例１〜７と同様のガリウムおよびスズが固溶したビックスバイト型構造のＩｎ２Ｏ３相を母相とし、平均粒径が５μｍ以下のインジウム、ガリウム、およびスズで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相、あるいは、平均粒径が５μｍ以下のインジウム、ガリウム、およびスズで構成されたβ−Ｇａ２Ｏ３型構造のＧａＩｎＯ３相と（Ｇａ，Ｉｎ）２Ｏ３相が微細分散した酸化物焼結体が得られ、さらには、この組織がノジュール発生とアーキング発生の抑制に有効であることが確認された。
また、実施例１によって、イオンプレーティング法の場合においても、参考例１〜８と同様に、良好な特性を示す酸化物焼結体、あるいは透明導電膜が得られることが明らかとなった。さらに、参考例９によって、本発明の酸化物焼結体を用いれば、基板がガラスに限定されず、必要に応じて防湿膜の付いた樹脂基板上にも、参考例１〜９と同様の良好な特性を示す透明導電膜が形成されることが分かる。
【図1】
【図2】
【図3】
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