JP2000319653A - GaN PHOSPHOR - Google Patents
GaN PHOSPHORInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、一般式Ga1-x I
nx N:A(0≦x<1)で表されるGaN蛍光体に関
する。The present invention relates to a compound of the general formula Ga 1-x I
n x N: about GaN phosphor represented by A (0 ≦ x <1) .
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、GaNは、単結晶の場合にはLE
D、LD等の発光素子において青色、緑色の高輝度発光
を示す材料として知られている。2. Description of the Related Art In recent years, GaN is LE
It is known as a material that emits blue and green light with high luminance in light emitting elements such as D and LD.
【0003】この蛍光体を電子線で発光させる試みは過
去にあるが、粉体状としたものについては実用的な輝度
を得るに至っておらず、実用化はされていない。[0003] Although attempts have been made in the past to cause this phosphor to emit light with an electron beam, powdered ones have not yet achieved practical brightness and have not been put to practical use.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】輝度が得られない最大
の理由として、他の蛍光体材料と異なり窒化の困難さが
挙げられる。すなわち、この材料は窒化される温度(7
00℃〜1000℃)と分解が始まる温度(950℃以
上)の差が小さいため、通常の加熱による反応では窒化
と分解が同時に進行しやすい。このため、GaNはでき
るが、窒素欠陥を減らして蛍光体として使用できる程に
結晶性が高いGaNを作ることはできなかった。The main reason why luminance cannot be obtained is that, unlike other phosphor materials, it is difficult to perform nitriding. That is, the temperature at which the material is nitrided (7
Since the difference between the temperature (00 ° C. to 1000 ° C.) and the temperature at which decomposition starts (950 ° C. or more) is small, nitridation and decomposition tend to proceed simultaneously in a normal reaction by heating. For this reason, although GaN can be produced, it has not been possible to produce GaN having high crystallinity enough to be used as a phosphor by reducing nitrogen defects.
【0005】また、GaN蛍光体は、発光中心になる不
純物をドープする必要があるが、従来の試みではアクセ
プターとなる不純物のみをドープしていた。アクセプタ
ーとなる不純物をドープすると、GaNの窒素欠陥はさ
らに増加し、結晶性が悪化する。Further, the GaN phosphor needs to be doped with an impurity serving as a light emission center, but in a conventional attempt, only an impurity serving as an acceptor has been doped. When an impurity serving as an acceptor is doped, the number of nitrogen defects in GaN further increases and crystallinity deteriorates.
【0006】本発明は、電子線の励起により実用上十分
な輝度で発光するGaN系蛍光体を提供することを目的
としている。It is an object of the present invention to provide a GaN-based phosphor that emits light with a practically sufficient luminance by exciting an electron beam.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載された蛍
光体は、Ga1-x Inx N:A,B(0≦x<1)で表
され、Aは、Zn,Mgから選ばれた少なくとも1つの
元素であり、Bは、Sn、S、O、Si、Geから選ば
れた少なくとも1つの元素である蛍光体において、前記
Aは、0.002から0.2mol%の範囲にあり、前
記Bは、0.003から0.3mol%の範囲にあり、
前記Aと前記Bの比が、B/A>1であることを特徴と
している。The phosphor described in claim 1 is represented by Ga 1-x In x N: A, B (0 ≦ x <1), and A is selected from Zn and Mg. B is a phosphor that is at least one element selected from Sn, S, O, Si, and Ge, wherein A is in a range of 0.002 to 0.2 mol%. Wherein said B is in the range of 0.003 to 0.3 mol%;
The ratio of A to B is B / A> 1.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】本発明者等は、前述した問題を解
決するためには、蛍光体母体にドープする不純物として
アクセプターだけでなくドナーも加え、過剰なホールの
存在を電荷補償により解消し、これによってGaNの窒
素欠陥生成を抑制して蛍光体母体結晶の結晶性が悪化す
るのを抑制することが有効であると考えた。そのために
本発明者等は条件を変えて種々の実験を行い、次の実施
例に示すようにドープすべきアクセプターとドナーの種
類、量、両者の比率等について研究した。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problem, the present inventors have added not only an acceptor but also a donor as an impurity to be doped into a phosphor matrix, and eliminated the presence of excess holes by charge compensation. Thus, it was considered effective to suppress the generation of nitrogen defects in GaN and thereby suppress the deterioration of the crystallinity of the phosphor host crystal. For this purpose, the present inventors conducted various experiments under different conditions, and studied the types and amounts of the acceptor and the donor to be doped and the ratio between the two, as shown in the following examples.
【0009】その結果、GaN蛍光体のドナー不純物濃
度をアクセプター不純物濃度よりも高くする。これによ
り、不純物ドープによるGaN蛍光体母体の窒素欠陥の
生成を抑制して結晶性の低下を抑え、電子の射突によっ
て実用的な輝度が得られるGaN蛍光体を実現できた。As a result, the donor impurity concentration of the GaN phosphor is made higher than the acceptor impurity concentration. As a result, the generation of nitrogen defects in the GaN phosphor base material due to the impurity doping was suppressed, the decrease in crystallinity was suppressed, and a GaN phosphor capable of obtaining a practical brightness by electron impact was realized.
【0010】GaNに対してアクセプター又はドナー不
純物になる条件としては、6配位であること、および置
換される母体元素であるGa又はNのイオン半径に近い
ことが必要である。また、アクセプターは2族元素、ド
ナーは4族又は6族である。具体的には、次の表1に示
すイオンがGaNのアクセプター又はドナー不純物にな
る。[0010] Conditions for becoming an acceptor or donor impurity with respect to GaN must be hexacoordination and close to the ionic radius of Ga or N, which is a parent element to be substituted. The acceptor is a Group 2 element, and the donor is a Group 4 or Group 6 element. Specifically, the ions shown in Table 1 below become the acceptor or donor impurities of GaN.
【0011】[0011]
【表1】 [Table 1]
【0012】[0012]
【実施例】(1)実施例1 GaN:Mg,Si蛍光体の製造方法を示す。Gaの原
料物質(母体元素化合物)としては、Ga2 S3 を使用
する。アクセプターとなるドープ物質であるMgの原料
物質としてはMgSを使用する。ドナーとなるドープ物
質であるSiの原料物質としてはSiO2 を使用する。
具体的には、Ga2 S3 を20gと、MgSを0.4g
と、SiO2 を0.003g、互いに良く混合し、焼成
ボートに載せる。MgSはアンモニア中の焼成により飛
散しやすいため、過剰に仕込む必要がある。この焼成ボ
ートを管状路の均熱帯に置き、350ml/minのア
ンモニアを流しながら、1150℃で2時間焼成してG
aN:Mg,Si蛍光体を得た。このGaN:Mg,S
i蛍光体を2kVの電子線で励起したところ、青色の発
光を得た。EXAMPLES (1) Example 1 A method of manufacturing a GaN: Mg, Si phosphor will be described. Ga 2 S 3 is used as a Ga source material (base element compound). MgS is used as a raw material of Mg, which is a doping substance serving as an acceptor. SiO 2 is used as a raw material of Si, which is a doping material serving as a donor.
Specifically, 20 g of Ga 2 S 3 and 0.4 g of MgS
And 0.003 g of SiO 2 are mixed well and placed on a firing boat. MgS is liable to be scattered by baking in ammonia, so it is necessary to prepare MgS in excess. This firing boat is placed on a uniform path in a tubular road, and fired at 1150 ° C. for 2 hours while flowing ammonia at 350 ml / min to obtain G
aN: Mg, Si phosphor was obtained. This GaN: Mg, S
When the i phosphor was excited by an electron beam of 2 kV, blue light was emitted.
【0013】分析の結果、このGaN:Mg,Si蛍光
体にはMgが0.02mol%、Siが0.05mol
%検出された。このようにしてGaN:Mg,Si蛍光
体におけるMg濃度及びSi濃度の輝度依存性を検討し
た結果、図1及び図2に示すような結果を得た。As a result of the analysis, 0.02 mol% of Mg and 0.05 mol of Si were contained in the GaN: Mg, Si phosphor.
%was detected. As a result of examining the luminance dependence of the Mg concentration and the Si concentration in the GaN: Mg, Si phosphor as described above, the results shown in FIGS. 1 and 2 were obtained.
【0014】図1に示すように、GaN:Mg,Si蛍
光体において、Si濃度を0.2mol%に固定した場
合、Mg濃度が0.002〜0.2mol%であると最
大値を100とする相対輝度が概ね50%以上となり良
好である。Mg濃度が0.005〜0.07mol%で
は相対輝度が80%程度以上となりさらに好ましい。As shown in FIG. 1, in a GaN: Mg, Si phosphor, when the Si concentration is fixed at 0.2 mol%, the maximum value is 100 when the Mg concentration is 0.002 to 0.2 mol%. The relative luminance is about 50% or more, which is good. When the Mg concentration is 0.005 to 0.07 mol%, the relative luminance is more preferably about 80% or more, which is more preferable.
【0015】図2に示すように、GaN:Mg,Si蛍
光体において、Mg濃度を0.003mol%に固定し
た場合、Si濃度が0.003〜0.3mol%である
と最大値を100とする相対輝度が概ね50%以上とな
り良好である。Si濃度が0.01〜0.1mol%で
は相対輝度が80%程度以上となりさらに好ましい。As shown in FIG. 2, when the Mg concentration is fixed at 0.003 mol% in the GaN: Mg, Si phosphor, the maximum value is 100 when the Si concentration is 0.003-0.3 mol%. The relative luminance is about 50% or more, which is good. When the Si concentration is 0.01 to 0.1 mol%, the relative luminance is more preferably about 80% or more, and it is more preferable.
【0016】図1と図2から、Mg(アクセプター)濃
度に対してSi(ドナー)濃度が高い方が輝度が高いこ
とがわかる。FIGS. 1 and 2 show that the luminance is higher when the Si (donor) concentration is higher than the Mg (acceptor) concentration.
【0017】(2)実施例2 GaN:Zn,Ge蛍光体の製造方法を示す。Gaの原
料物質(母体元素化合物)としては、Ga2 S3 を使用
する。アクセプターとなるドープ物質であるZnの原料
物質としてはZnSを使用する。ドナーとなるドープ物
質であるGeの原料物質としてはGeO2 を使用する。
具体的には、Ga2 S3 を20gと、ZnSを0.4g
と、GeO2 を0.005g、互いに良く混合し、焼成
ボートに載せ、実施例1と同様に焼成してGaN:Z
n,Ge蛍光体を得た。このGaN:Zn,Ge蛍光体
は電子線励起により青色に発光する。(2) Example 2 A method for producing a GaN: Zn, Ge phosphor will be described. Ga 2 S 3 is used as a Ga source material (base element compound). ZnS is used as a source material of Zn which is a doping material serving as an acceptor. GeO 2 is used as a source material of Ge, which is a doping material serving as a donor.
Specifically, 20 g of Ga 2 S 3 and 0.4 g of ZnS
And 0.005 g of GeO 2 were mixed well with each other, placed on a firing boat, and fired in the same manner as in Example 1 to obtain GaN: Z.
An n, Ge phosphor was obtained. This GaN: Zn, Ge phosphor emits blue light by electron beam excitation.
【0018】分析の結果、このGaN:Zn,Ge蛍光
体にはZnが0.02mol%、Geが0.05mol
%検出された。このようにしてGaN:Zn,Ge蛍光
体におけるZn濃度及びGe濃度の輝度依存性を検討し
た結果、図3及び図4に示すような結果を得た。As a result of analysis, this GaN: Zn, Ge phosphor has 0.02 mol% of Zn and 0.05 mol of Ge.
%was detected. As a result of examining the luminance dependency of the Zn concentration and the Ge concentration in the GaN: Zn, Ge phosphor as described above, the results shown in FIGS. 3 and 4 were obtained.
【0019】図3に示すように、GaN:Zn,Ge蛍
光体において、Ge濃度を0.2mol%に固定した場
合、Zn濃度が0.002〜0.2mol%であると最
大値を100とする相対輝度が概ね50%以上となり良
好である。Ge濃度が0.005〜0.1mol%では
相対輝度が80%程度以上となりさらに好ましい。As shown in FIG. 3, in a GaN: Zn, Ge phosphor, when the Ge concentration is fixed at 0.2 mol%, the maximum value is 100 when the Zn concentration is 0.002 to 0.2 mol%. The relative luminance is about 50% or more, which is good. When the Ge concentration is 0.005 to 0.1 mol%, the relative luminance is more preferably about 80% or more.
【0020】図4に示すように、GaN:Zn,Ge蛍
光体において、Zn濃度を0.003mol%に固定し
た場合、Ge濃度が0.003〜0.3mol%である
と最大値を100とする相対輝度が概ね50%以上とな
り良好である。Ge濃度が0.01〜0.1mol%で
は相対輝度が80%程度以上となりさらに好ましい。As shown in FIG. 4, in a GaN: Zn, Ge phosphor, when the Zn concentration is fixed at 0.003 mol%, the maximum value is 100 when the Ge concentration is 0.003-0.3 mol%. The relative luminance is about 50% or more, which is good. When the Ge concentration is 0.01 to 0.1 mol%, the relative luminance is more preferably about 80% or more, and it is more preferable.
【0021】図3と図4から、Zn(アクセプター)濃
度に対してGe(ドナー)濃度が高い方が輝度が高いこ
とがわかる。FIGS. 3 and 4 show that the luminance is higher when the Ge (donor) concentration is higher than the Zn (acceptor) concentration.
【0022】(3)実施例3 GaInN:Mg,Si蛍光体の製造方法を示す。Ga
とInの原料物質(母体元素化合物)としては、Ga2
S3 とIn2 S3を使用する。アクセプターとなるドー
プ物質であるMgの原料物質としてはMgSを使用す
る。ドナーとなるドープ物質であるSiの原料物質とし
てはSiO2を使用する。具体的には、Ga2 S3 を2
0gと、In2 S3 を10gと、MgSを0.4gと、
SiO2 を0.003g、互いに良く混合し、焼成ボー
トに載せ、実施例1と同様に焼成してGaInN:M
g,Si蛍光体を得た。(3) Example 3 A method for manufacturing a GaInN: Mg, Si phosphor will be described. Ga
As an In source materials (matrix element compounds), Ga 2
S 3 and In 2 S 3 are used. MgS is used as a raw material of Mg, which is a doping substance serving as an acceptor. SiO 2 is used as a raw material of Si, which is a doping material serving as a donor. Specifically, Ga 2 S 3 is 2
0 g, 10 g of In 2 S 3 , 0.4 g of MgS,
0.003 g of SiO 2 was mixed well with each other, placed on a firing boat, and fired in the same manner as in Example 1 to obtain GaInN: M.
g, Si phosphor was obtained.
【0023】分析の結果、Mg濃度及びSi濃度の輝度
依存性を検討した結果、図1及び図2に示した実施例1
の結果とほぼ同じ結果が得られた。As a result of the analysis, the luminance dependency of the Mg concentration and the Si concentration was examined. As a result, the first embodiment shown in FIGS.
Approximately the same result was obtained.
【0024】(4)実施例4 GaN:Zn,S蛍光体の製造方法を示す。Gaの原料
物質(母体元素化合物)としては、Ga2 S3 を使用す
る。アクセプターとなるドープ物質であるZn及びドナ
ーとなるドープ物質であるSの原料物質としてはZnS
を使用する。具体的には、Ga2 S3 を20gと、Zn
Sを0.2g、互いに良く混合し、焼成ボートに載せ、
実施例1と同様に焼成してGaN:Zn,S蛍光体を得
た。(4) Example 4 A method for producing a GaN: Zn, S phosphor will be described. Ga 2 S 3 is used as a Ga source material (base element compound). As a source material of Zn as a doping material serving as an acceptor and S as a doping material serving as a donor, ZnS is used.
Use Specifically, 20 g of Ga 2 S 3 and Zn
0.2 g of S, mixed well with each other, placed on a firing boat,
By firing in the same manner as in Example 1, a GaN: Zn, S phosphor was obtained.
【0025】このGaN:Zn,S蛍光体において、
S,Znの単体を適宜添加して濃度を変化させ、Zn濃
度及びS濃度の輝度依存性を検討した結果、図5及び図
6に示すような結果を得た。In this GaN: Zn, S phosphor,
As a result of examining the luminance dependence of the Zn concentration and the S concentration as a result of appropriately adding S and Zn alone and changing the concentration, the results shown in FIGS. 5 and 6 were obtained.
【0026】図5に示すように、GaN:Zn,S蛍光
体において、S濃度を0.2mol%に固定した場合、
Zn濃度が0.002〜0.2mol%であると最大値
を100とする相対輝度が概ね50%以上となり良好で
ある。Zn濃度が0.006〜0.07mol%では相
対輝度が80%程度以上となりさらに好ましい。As shown in FIG. 5, when the S concentration is fixed at 0.2 mol% in the GaN: Zn, S phosphor,
When the Zn concentration is 0.002 to 0.2 mol%, the relative luminance with the maximum value being 100 is about 50% or more, which is good. When the Zn concentration is 0.006 to 0.07 mol%, the relative luminance is more preferably about 80% or more.
【0027】図6に示すように、GaN:Zn,S蛍光
体において、Zn濃度を0.003mol%に固定した
場合、S濃度が0.003〜0.3mol%であると最
大値を100とする相対輝度が概ね50%以上となり良
好である。S濃度が0.008〜0.1mol%では相
対輝度が80%程度以上となりさらに好ましい。As shown in FIG. 6, when the Zn concentration is fixed at 0.003 mol% in the GaN: Zn, S phosphor, the maximum value is 100 when the S concentration is 0.003-0.3 mol%. The relative luminance is about 50% or more, which is good. When the S concentration is 0.008 to 0.1 mol%, the relative luminance is more preferably about 80% or more, which is more preferable.
【0028】図5と図6から、Zn(アクセプター)濃
度に対してS(ドナー)濃度が高い方が輝度が高いこと
がわかる。実施例1〜3と同様の傾向であった。FIGS. 5 and 6 show that the luminance is higher when the S (donor) concentration is higher than the Zn (acceptor) concentration. The tendency was the same as in Examples 1 to 3.
【0029】[0029]
【発明の効果】本発明によれば、Ga1-x Inx N(0
≦x<1)で表されるGaN蛍光体において、アクセプ
ターとしてZn,Mgから選ばれた少なくとも1つの元
素を用い、ドナーとしてSn、S、O、Si、Geから
選ばれた少なくとも1つの元素を用い、さらに好ましく
はアセプターの添加量を0.002から0.2mol%
の範囲とし、ドナーの添加量を0.003から0.3m
ol%の範囲とし、さらにより好ましくはアクセプター
AとドナーBの比が、B/A>1であるようにしてい
る。このため、本発明によれば、次のような効果が得ら
れる。According to the present invention, Ga 1-x In x N (0
≦ x <1) In a GaN phosphor represented by ≦ x <1), at least one element selected from Zn and Mg is used as an acceptor, and at least one element selected from Sn, S, O, Si and Ge is used as a donor. Used, more preferably 0.002 to 0.2 mol% of the added amount of the acceptor.
And the amount of the donor added is 0.003 to 0.3 m.
ol%, and even more preferably, the ratio of acceptor A to donor B is B / A> 1. Therefore, according to the present invention, the following effects can be obtained.
【0030】1.アクセプターとドナーが電荷補償され
ることにより、GaNの窒素欠陥生成を抑制し、GaN
母体結晶を乱すことがなくなる。1. The charge compensation of the acceptor and the donor suppresses the generation of nitrogen defects in GaN,
It does not disturb the host crystal.
【0031】2.上記1の効果により結晶性を低下させ
ないでアクセプター及びドナー不純物のドープができる
ため、発光強度の高いGaN蛍光体が得られる。2. The effect (1) allows doping of acceptor and donor impurities without lowering the crystallinity, so that a GaN phosphor having high emission intensity can be obtained.
【図1】第1実施例の蛍光体において、ドープしたMg
濃度に対する輝度の依存特性を示す図である。FIG. 1 shows a phosphor according to a first embodiment in which doped Mg
FIG. 7 is a diagram illustrating a dependence characteristic of luminance on density.
【図2】第1実施例の蛍光体において、ドープしたSi
濃度に対する輝度の依存特性を示す図である。FIG. 2 shows a phosphor of the first embodiment,
FIG. 7 is a diagram illustrating a dependence characteristic of luminance on density.
【図3】第2実施例の蛍光体において、ドープしたZn
濃度に対する輝度の依存特性を示す図である。FIG. 3 shows a phosphor of the second embodiment doped with Zn;
FIG. 7 is a diagram illustrating a dependence characteristic of luminance on density.
【図4】第2実施例の蛍光体において、ドープしたGe
濃度に対する輝度の依存特性を示す図である。FIG. 4 shows a phosphor of the second embodiment in which doped Ge is used.
FIG. 7 is a diagram illustrating a dependence characteristic of luminance on density.
【図5】第4実施例の蛍光体において、ドープしたZn
濃度に対する輝度の依存特性を示す図である。FIG. 5 shows a phosphor of a fourth embodiment in which doped Zn is used.
FIG. 7 is a diagram illustrating a dependence characteristic of luminance on density.
【図6】第2実施例の蛍光体において、ドープしたS濃
度に対する輝度の依存特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the dependence of the luminance on the doped S concentration in the phosphor of the second embodiment.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片岡 文昭 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 (72)発明者 土岐 均 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 Fターム(参考) 4H001 CA04 XA07 XA31 XA49 YA05 YA08 YA12 YA14 YA16 YA30 YA32 YA50 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Fumiaki Kataoka 629 Oshiba, Mobara-shi, Chiba Futaba Electronics Co., Ltd. (72) Inventor Hitoshi Toki 629 Oshiba, Mobara-shi, Chiba Futaba Electronics Co., Ltd. Reference) 4H001 CA04 XA07 XA31 XA49 YA05 YA08 YA12 YA14 YA16 YA30 YA32 YA50
Claims (1)
1)で表され、Aは、Zn,Mgから選ばれた少なくと
も1つの元素であり、Bは、Sn、S、O、Si、Ge
から選ばれた少なくとも1つの元素である蛍光体におい
て、 前記Aは、0.002から0.2mol%の範囲にあ
り、前記Bは、0.003から0.3mol%の範囲に
あり、前記Aと前記Bの比が、B/A>1であることを
特徴とするGaN蛍光体。1. Ga 1-x In x N: A, B (0 ≦ x <
A is at least one element selected from Zn and Mg, and B is Sn, S, O, Si, Ge
The phosphor which is at least one element selected from the group consisting of: A is in the range of 0.002 to 0.2 mol%, B is in the range of 0.003 to 0.3 mol%, And a ratio of B to B / A> 1.
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---|---|---|---|
JP11131500A JP2000319653A (en) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | GaN PHOSPHOR |
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JP (1) | JP2000319653A (en) |
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KR100780527B1 (en) * | 2002-04-09 | 2007-11-29 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | Gallium Nitride Phosphor, its Method of Manufacture, and a Display Device Using the Phosphor |
WO2021005743A1 (en) * | 2019-07-10 | 2021-01-14 | 株式会社日立ハイテク | Scintillator for charged particle beam device and charged particle beam device |
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1999
- 1999-05-12 JP JP11131500A patent/JP2000319653A/en active Pending
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