JP2007070207A - Group 13 nitride crystal particle, method for producing the same, and fluorescent material using the particle - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing group 13 nitride crystal particles by which surface modification suitable for mass production can be efficiently carried out compared to the prior art; the group 13 nitride crystal particles obtained by the same; and a fluorescent material using the same. <P>SOLUTION: The method for producing the group 13 nitride crystal particles includes a process for obtaining a precursor by reacting a dialdehyde with an organic compound having an amino group, a process for obtaining a complex having a structure similar to carbene by reacting the precursor with a halide of a group 13 element, and a process for obtaining the group 13 nitride crystal particles by heat treating the complex having the structure similar to carbene. The each crystal particle contains a bond of the group 13 element and nitrogen, and in each particle, any of an aliphatic cyclic hydrocarbon group, a linear alkyl group having at least four carbon atoms and an aromatic hydrocarbon group is chemically bonded to the nitrogen as modification molecule. The fluorescent material is produced by using the crystal particles. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、13族窒化物結晶粒子およびその製造方法、ならびにこれを用いた蛍光体に関する。   The present invention relates to a group 13 nitride crystal particle, a method for producing the same, and a phosphor using the same.

結晶粒子表面に特定の機能を有する修飾分子を固着させて、結晶粒子の特性向上や新しい機能を付与する技術が知られている。   A technique is known in which a modifying molecule having a specific function is fixed on the surface of the crystal grain to improve the characteristics of the crystal grain or give a new function.

たとえば、特許文献1には、基材粒子表面の一部が、メタセシス重合性単量体からなる有機ポリマーで被覆されていることにより、耐溶剤性、分散性、絶縁性などの機能が付与されることが示されている。   For example, Patent Document 1 provides functions such as solvent resistance, dispersibility, and insulation by partially covering the surface of the substrate particles with an organic polymer composed of a metathesis polymerizable monomer. It has been shown that.

結晶粒子の応用例として、ナノサイズの半導体粒子がもつ量子サイズ効果によってバンドギャップを制御し、所望の発光色を得るナノ粒子蛍光体が知られている。近年では、安全および環境上の見地、あるいは従来より高効率な発光が期待できることを理由に、13族窒化物半導体を用いたナノ粒子蛍光体の開発が提案されている。   As an application example of crystal particles, nanoparticle phosphors that control the band gap by the quantum size effect of nanosized semiconductor particles and obtain a desired emission color are known. In recent years, the development of nanoparticle phosphors using group 13 nitride semiconductors has been proposed because of safety and environmental aspects, or because light emission can be expected to be more efficient than before.

ナノ粒子蛍光体の分野においても、表面修飾は新機能の付与や向上のため重要な技術であり、たとえば、特許文献2には、気相あるいはプラズマ中で反応生成された、表面修飾分子を有する13族窒化物半導体ナノ粒子が、有機媒体基材中での分散性および親和性に優れることが示されている。
特開2003−313459号公報 特開2004−307679号公報
Also in the field of nanoparticle phosphors, surface modification is an important technique for imparting and improving new functions. For example, Patent Document 2 has surface-modified molecules generated by reaction in the gas phase or plasma. It has been shown that group 13 nitride semiconductor nanoparticles are excellent in dispersibility and affinity in an organic medium substrate.
JP 2003-313459 A JP 2004-307679 A

上記特許文献2の13族窒化物半導体ナノ粒子蛍光材料は、気相あるいはプラズマ中で反応生成されるため、純度が高く粒径分布が狭い。このため、発光特性は均一かつ高効率なものとなる。   Since the group 13 nitride semiconductor nanoparticle fluorescent material of Patent Document 2 is generated by reaction in a gas phase or plasma, the purity is high and the particle size distribution is narrow. For this reason, the light emission characteristics are uniform and highly efficient.

一方、気相あるいはプラズマ反応によるナノ粒子生成では、原料の利用効率が低く、大型で複雑な製造装置が必要となるため、低コストで大量生産することが難しい。   On the other hand, in the production of nanoparticles by gas phase or plasma reaction, the utilization efficiency of raw materials is low, and a large and complicated manufacturing apparatus is required, so that mass production is difficult at low cost.

しかし、窒化物半導体の結晶成長は、材料の化学安定性ゆえに高温かつ非平衡な成長条件が不可欠となり、上記の気相あるいはプラズマ反応による製造方法以外には効率的な生産手法が確立されていなかった。さらに、量産化に適した表面修飾の手法についても未確立であった。   However, for crystal growth of nitride semiconductors, high temperature and non-equilibrium growth conditions are indispensable due to the chemical stability of the material, and no efficient production method has been established other than the production method by the above gas phase or plasma reaction. It was. Furthermore, a surface modification method suitable for mass production has not been established.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、従来と比較して効率的であり、かつ量産化に適した表面修飾を施し得る13族窒化物結晶粒子の製造方法および得られた13族窒化物結晶粒子、ならびに当該結晶粒子を用いた蛍光体を提供することである。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and its object is to provide a group 13 nitride that is more efficient than the prior art and can be subjected to surface modification suitable for mass production. The object is to provide a method for producing crystal particles, the obtained group 13 nitride crystal particles, and a phosphor using the crystal particles.

本発明は、アミノ基を有する有機化合物にジアルデヒドを反応させて前駆体を得る工程と、前記前駆体に13族元素ハロゲン化物を反応させてカルベン類似構造錯体を得る工程と、前記カルベン類似構造錯体を加熱処理して13族窒化物結晶粒子を得る工程とを含むことを特徴とする、13族窒化物結晶粒子の製造方法である。   The present invention includes a step of obtaining a precursor by reacting an organic compound having an amino group with a dialdehyde, a step of reacting the precursor with a group 13 element halide to obtain a carbene-like structure complex, and the carbene-like structure. And a step of obtaining a group 13 nitride crystal particle by heat-treating the complex.

ここにおいて、前記ジアルデヒドはグリオキサールであることが好ましい。
また、本発明の13族窒化物結晶粒子の製造方法において、前記アミノ基を有する有機化合物は、以下の(1)〜(3)の少なくともいずれかであることが好ましい。
Here, the dialdehyde is preferably glyoxal.
In the method for producing a group 13 nitride crystal particle of the present invention, the organic compound having an amino group is preferably at least one of the following (1) to (3).

(1)アミノ基を有する脂肪族環状炭化水素(より好適には、シクロへキシルアミン)
(2)アミノ基を有する炭素数4以上の脂肪族鎖状炭化水素(より好適には、ターシャリブチルアミン)
(3)アミノ基を有する芳香族炭化水素(より好適には、2,6−ジイソプロピルアニリン)
本発明の13族窒化物結晶粒子の製造方法において、前記加熱処理は、アンモニア、尿素、ヒドラジンの少なくともいずれかを添加して行われることが好ましい。
(1) Aliphatic cyclic hydrocarbon having an amino group (more preferably, cyclohexylamine)
(2) C4 or more aliphatic chain hydrocarbon having an amino group (more preferably, tertiary butylamine)
(3) Aromatic hydrocarbon having an amino group (more preferably, 2,6-diisopropylaniline)
In the method for producing a group 13 nitride crystal particle of the present invention, the heat treatment is preferably performed by adding at least one of ammonia, urea, and hydrazine.

また本発明の13族窒化物結晶粒子の製造方法において、13族元素ハロゲン化物が13族元素ヨウ化物である場合には、前記加熱処理が400℃以下で行われることが好ましい。   In the method for producing a group 13 nitride crystal particle of the present invention, when the group 13 element halide is a group 13 element iodide, the heat treatment is preferably performed at 400 ° C. or lower.

本発明はまた、13族元素と窒素との結合を含む結晶粒子であって、修飾分子として脂肪族環状炭化水素基、炭素数4以上の脂肪族鎖状炭化水素基、芳香族炭化水素基の少なくともいずれかが前記窒素に化学結合している13族窒化物結晶粒子を提供する。   The present invention also provides a crystal particle containing a bond of a group 13 element and nitrogen, wherein the modifying molecule is an aliphatic cyclic hydrocarbon group, an aliphatic chain hydrocarbon group having 4 or more carbon atoms, or an aromatic hydrocarbon group. Provided is a group 13 nitride crystal particle in which at least one is chemically bonded to the nitrogen.

本発明の13族窒化物結晶粒子において、前記修飾分子が、シクロヘキシル基、ターシャリブチル基、2,6−ジイソプロピルフェニル基の少なくともいずれかを含むことが好ましい。   In the group 13 nitride crystal particle of the present invention, the modifying molecule preferably contains at least one of a cyclohexyl group, a tertiary butyl group, and a 2,6-diisopropylphenyl group.

また本発明は、上述した本発明の13族窒化物結晶粒子を用いた蛍光体も提供する。   The present invention also provides a phosphor using the group 13 nitride crystal particles of the present invention described above.

本発明によれば、従来と比較して効率的であり、かつ量産化に適した表面修飾を施し得る13族窒化物結晶粒子の製造方法および得られた13族窒化物結晶粒子、ならびに当該結晶粒子を用いた蛍光体を提供することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a method for producing a group 13 nitride crystal particle that is more efficient than conventional and can be subjected to surface modification suitable for mass production, the obtained group 13 nitride crystal particle, and the crystal A phosphor using the particles can be provided.

本発明の13族窒化物結晶粒子の製造方法は、〔1〕アミノ基を有する有機化合物にジアルデヒドを反応させて前駆体を得る工程(以下、「前駆体形成工程」と呼称する。)と、〔2〕前記前駆体に13族元素ハロゲン化物を反応させてカルベン類似構造錯体を得る工程(以下、「錯体形成工程」と呼称する。)と、〔3〕前記カルベン類似構造錯体を加熱処理して13族窒化物結晶粒子を得る工程(以下、「結晶粒子形成工程」と呼称する。)とを、含むことを特徴とする。以下、各工程について詳述する。   The method for producing Group 13 nitride crystal particles of the present invention includes [1] a step of obtaining a precursor by reacting an organic compound having an amino group with a dialdehyde (hereinafter referred to as “precursor forming step”). [2] a step of reacting the precursor with a group 13 element halide to obtain a carbene-like structure complex (hereinafter referred to as “complex formation step”); and [3] heat treatment of the carbene-like structure complex. And a step of obtaining a group 13 nitride crystal particle (hereinafter referred to as a “crystal particle forming step”). Hereinafter, each process is explained in full detail.

〔1〕前駆体形成工程
まず、前駆体形成工程では、アミノ基を有する有機化合物にジアルデヒドを反応させて前駆体を形成する。本発明において用いられるジアルデヒドとしては、2個のアルデヒド基を有する化合物であれば特に制限されるものではなく、たとえば、グリオキサール(シュウ酸ジアルデヒド)、コハク酸ジアルデヒド、マロン酸ジアルデヒド、グルタルアルデヒド、ジアルデヒドセルロースなどを挙げることができる。中でも、13族元素へ配位しやすく、後述する〔2〕錯体形成工程における錯体の収率が最も高いことから、グリオキサールをジアルデヒドとして用いることが好ましい。
[1] Precursor formation step First, in the precursor formation step, a dialdehyde is reacted with an organic compound having an amino group to form a precursor. The dialdehyde used in the present invention is not particularly limited as long as it is a compound having two aldehyde groups. For example, glyoxal (oxalic acid dialdehyde), succinic acid dialdehyde, malonic acid dialdehyde, glutar Examples include aldehyde and dialdehyde cellulose. Among them, it is preferable to use glyoxal as a dialdehyde because it is easily coordinated to a group 13 element and has the highest yield of the complex in the step [2] complex formation described below.

また本発明において用いられるアミノ基を有する有機化合物としては、特に制限されるものではなく、アミノ基を有する脂肪族環状炭化水素、アミノ基を有する炭素数4以上の脂肪族鎖状炭化水素、アミノ基を有する芳香族炭化水素、アミノ基を有する有機金属化合物、アミノ基を有する有機ハロゲン化物、アミノ酸などを用いることができる。中でも、結晶粒子の粒径制御を容易とする観点からは、比較的分子量が大きく、さらには嵩高いものが好適であることから、アミノ基を有する脂肪族環状炭化水素、アミノ基を有する炭素数4以上の脂肪族鎖状炭化水素またはアミノ基を有する芳香族炭化水素を用いるのが好ましい。   The organic compound having an amino group used in the present invention is not particularly limited, and is an aliphatic cyclic hydrocarbon having an amino group, an aliphatic chain hydrocarbon having 4 or more carbon atoms having an amino group, amino An aromatic hydrocarbon having a group, an organometallic compound having an amino group, an organic halide having an amino group, an amino acid, and the like can be used. Among them, from the viewpoint of facilitating the control of the particle size of the crystal particles, those having a relatively large molecular weight and more bulky are suitable, so that the aliphatic cyclic hydrocarbon having an amino group, the number of carbons having an amino group It is preferable to use 4 or more aliphatic chain hydrocarbons or aromatic hydrocarbons having amino groups.

アミノ基を有する脂肪族環状炭化水素は、飽和、不飽和のいずれであってもよく、具体的には、シクロプロピルアミン、シクロブチルアミン、シクロヘキシルアミン、シクロペンチルアミン、シクロオクチルアミン、シクロドデシルアミンなどを挙げることができる。また、アミノ基以外の置換基(たとえばアルキル基、アルキレン基、イミノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基など)をさらに含む脂肪族環状炭化水素を用いてもよい。上記中でも、分子量の大きい化合物が反応性が高く、また反応の安定性も高い観点から、シクロヘキシルアミンが特に好ましい。   The aliphatic cyclic hydrocarbon having an amino group may be either saturated or unsaturated, and specifically includes cyclopropylamine, cyclobutylamine, cyclohexylamine, cyclopentylamine, cyclooctylamine, cyclododecylamine, and the like. Can be mentioned. Moreover, you may use the aliphatic cyclic hydrocarbon which further contains substituents (for example, an alkyl group, an alkylene group, an imino group, a hydroxy group, a nitro group etc.) other than an amino group. Among these, cyclohexylamine is particularly preferable from the viewpoint of a compound having a high molecular weight having high reactivity and high reaction stability.

アミノ基を有する炭素数4以上の脂肪族鎖状炭化水素は、直鎖状であっても分子鎖状であってもよく、また飽和、不飽和のいずれであってもよい。なお、アミノ基を有し、炭素数が3以下の脂肪族鎖状炭化水素を用いると、反応性が低いため、錯体合成反応が進みにくいという不具合がある。また、反応性が高くなりすぎると製造工程の危険性が増し、またコストも高くなることから、アミノ基を有する脂肪族鎖状炭化水素は炭素数が12以下のものを用いることが好ましい。   The aliphatic chain hydrocarbon having 4 or more carbon atoms having an amino group may be linear or molecular chain, and may be saturated or unsaturated. Note that when an aliphatic chain hydrocarbon having an amino group and having 3 or less carbon atoms is used, there is a problem that the complex synthesis reaction is difficult to proceed because of low reactivity. Further, if the reactivity becomes too high, the risk of the production process increases and the cost also increases. Therefore, it is preferable to use an aliphatic chain hydrocarbon having an amino group having 12 or less carbon atoms.

アミノ基を有する炭素数4以上の脂肪族鎖状炭化水素は、具体的には、ノルマルブチルアミン、イソブチルアミン、ターシャリブチルアミン、ノルマルペンチルアミン、イソペンチルアミン、ヘキシルアミン、ステアリルアミン、オクチルアミン、ジアミノヘキサン、ジアミノペンタン、ジアミノブタン、ジベンジルアミン、ジイソプロピルアミンなどを挙げることができる。また、アミノ基以外の置換基(たとえばアルキル基、アルキレン基、イミノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基など)をさらに含む炭素数4以上の脂肪族環状炭化水素を用いてもよい。上記中でも、反応安定性の観点から、ターシャルブチルアミンが特に好ましい。   Specific examples of the aliphatic chain hydrocarbon having 4 or more carbon atoms having an amino group include normal butylamine, isobutylamine, tertiary butylamine, normal pentylamine, isopentylamine, hexylamine, stearylamine, octylamine, diamino Examples include hexane, diaminopentane, diaminobutane, dibenzylamine, and diisopropylamine. Further, an aliphatic cyclic hydrocarbon having 4 or more carbon atoms further containing a substituent other than an amino group (for example, an alkyl group, an alkylene group, an imino group, a hydroxy group, a nitro group, etc.) may be used. Of these, tertiary butylamine is particularly preferred from the viewpoint of reaction stability.

アミノ基を有する芳香族炭化水素は、具体的には、アニリン、メチルアニリン、ジメチルアニリン、トルイジン、キノリン、アミノインダン、アニシジン、フェネチジンなどを用いることができる。また、アミノ基以外の置換基(たとえば、アルキル基、アルキレン基、イミノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基など)をさらに含む芳香族炭化水素を用いてもよい。上記中でも、分子量の大きい化合物が反応性が高く、また反応安定性も高い観点から、2,6−ジイソプロピルアニリンが特に好ましい。   Specific examples of the aromatic hydrocarbon having an amino group include aniline, methylaniline, dimethylaniline, toluidine, quinoline, aminoindane, anisidine, and phenetidine. Moreover, you may use the aromatic hydrocarbon which further contains substituents (for example, an alkyl group, an alkylene group, an imino group, a hydroxy group, a nitro group etc.) other than an amino group. Among these, 2,6-diisopropylaniline is particularly preferable from the viewpoint of a compound having a large molecular weight having high reactivity and high reaction stability.

当該前駆体形成工程では、ジアルデヒドとアミノ基を有する有機化合物とを、好ましくは1:1〜1:10(物質量比)、より好ましくは1:2〜1:5(物質量比)となるように反応させるの好ましい。ジアルデヒド:アミノ基を有する有機化合物=1:1未満であると、ジアルデヒドが過剰となり、反応が阻害されやすい傾向にあるためであり、またジアルデヒド:アミノ基を有する有機化合物=1:10を超えると、アミノ基を有する有機化合物が過剰となり、反応が阻害されやすい傾向にあるためである。   In the precursor formation step, the dialdehyde and the organic compound having an amino group are preferably 1: 1 to 1:10 (substance ratio), more preferably 1: 2 to 1: 5 (substance ratio). It is preferable to make it react so that it may become. This is because dialdehyde: organic compound having an amino group = less than 1: 1, dialdehyde becomes excessive and the reaction tends to be inhibited, and dialdehyde: organic compound having an amino group = 1:10. This is because the organic compound having an amino group becomes excessive and the reaction tends to be inhibited.

当該前駆体形成工程における反応条件は、用いる材料の組み合わせ、原料の総量、用いる反応容器の大きさや材質などによって適宜設定できるが、好ましくは−10〜25℃、より好ましくは0〜10℃の温度範囲で反応を行う。温度が−10℃未満であると、反応が進みにくい傾向にあるためであり、また温度が25℃を超えると、反応が過剰に進み、また原材料が揮発しやすい傾向にあるためである。また反応時間は、通常、3〜24時間程度である。   The reaction conditions in the precursor forming step can be appropriately set depending on the combination of materials to be used, the total amount of raw materials, the size and material of the reaction vessel to be used, etc., preferably −10 to 25 ° C., more preferably 0 to 10 ° C. Perform the reaction in the range. This is because if the temperature is lower than −10 ° C., the reaction tends to hardly proceed, and if the temperature exceeds 25 ° C., the reaction proceeds excessively and the raw materials tend to volatilize easily. The reaction time is usually about 3 to 24 hours.

当該工程で得られた前駆体は、いずれもイミド結合を有するキレート配位子を形成する。以下に、たとえば、グリオキサールとシクロヘキシルアミンを反応させた場合の反応スキームを例示する。   All the precursors obtained in this step form a chelate ligand having an imide bond. Below, the reaction scheme at the time of making glyoxal and cyclohexylamine react is illustrated, for example.

Figure 2007070207
Figure 2007070207

〔2〕錯体形成工程
続く〔2〕錯体形成工程では、上述した〔1〕前駆体形成工程で得られた前駆体に、13族元素ハロゲン化物を反応させる。ここで、「13族元素」は、B、Al、Ga、In、Tlを含む、IIIB族とも呼称される元素を指す。また、「13族元素ハロゲン化物」は、上記13族元素のハロゲン化物を指し、具体的には、BF3、GaF3、GaF、InF3、InF、AlF3、TlF3、TlF、BCl3、GaCl3、GaCl、InCl3、InCl、AlCl3、TlCl3、TlCl、BBr3、GaBr3、GaBr、InBr3、InBr、AlBr3、TlBr3、TlBr、BI3、GaI3、GaI、InI3、InI、AlI3、TlI3、TlIなどを挙げることができる。中でも、反応の安定性、原材料のコストおよび合成する13族窒化物結晶の工業的有用性の観点から、GaCl3、InCl3、AlCl3、GaI、InI、AlI3を13族元素ハロゲン化物として用いるのが好ましい。
[2] Complex formation step In the subsequent [2] complex formation step, a group 13 element halide is reacted with the precursor obtained in the above-mentioned [1] precursor formation step. Here, the “Group 13 element” refers to an element that is also called Group IIIB, including B, Al, Ga, In, and Tl. The “group 13 element halide” refers to a halide of the above group 13 element. Specifically, BF 3 , GaF 3 , GaF, InF 3 , InF, AlF 3 , TlF 3 , TlF, BCl 3 , GaCl 3, GaCl, InCl 3, InCl, AlCl 3, TlCl 3, TlCl, BBr 3, GaBr 3, GaBr, InBr 3, InBr, AlBr 3, TlBr 3, TlBr, BI 3, GaI 3, GaI, InI 3, InI, AlI 3 , TlI 3 , TlI and the like can be mentioned. Among these, GaCl 3 , InCl 3 , AlCl 3 , GaI, InI, and AlI 3 are used as group 13 element halides from the viewpoints of reaction stability, raw material costs, and industrial utility of the group 13 nitride crystal to be synthesized. Is preferred.

当該錯体形成工程では、前駆体と13族元素ハロゲン化物とを、好ましくは1:1〜1:10(物質量比)、より好ましくは1:2〜1:5(物質量比)となるように反応させるの好ましい。前駆体:13族元素ハロゲン化物=1:1未満であると、13族元素ハロゲン化物が過剰となり、反応が阻害されやすい傾向にあるためであり、また前駆体:13族元素ハロゲン化物=1:10を超えると、前駆体が過剰となり、反応が阻害されやすい傾向にあるためである。   In the complex formation step, the precursor and the group 13 element halide are preferably 1: 1 to 1:10 (substance ratio), more preferably 1: 2 to 1: 5 (substance ratio). It is preferable to make it react. When the precursor: group 13 element halide is less than 1: 1, the group 13 element halide becomes excessive, and the reaction tends to be inhibited. The precursor: group 13 element halide = 1. This is because when it exceeds 10, the precursor becomes excessive and the reaction tends to be inhibited.

当該錯体形成工程における反応条件は、用いる材料の組み合わせ、原料の総量、用いる反応容器の大きさや材質などによって適宜設定できるが、好ましくは0〜30℃、より好ましくは10〜25℃の温度範囲で反応を行う。温度が0℃未満であると、反応が進みにくい傾向にあるためであり、また温度が30℃を超えると、反応が過剰に進み、また原材料が揮発しやすい傾向にあるためである。また反応時間は、通常、3〜24時間程度である。   The reaction conditions in the complex formation step can be appropriately set depending on the combination of materials to be used, the total amount of raw materials, the size and material of the reaction vessel to be used, etc., preferably 0 to 30 ° C., more preferably 10 to 25 ° C. Perform the reaction. This is because if the temperature is less than 0 ° C., the reaction tends to hardly proceed, and if the temperature exceeds 30 ° C., the reaction proceeds excessively and the raw materials tend to volatilize easily. The reaction time is usually about 3 to 24 hours.

前駆体に、上述した13族元素ハロゲン化物を反応させることで、カルベン類似構造錯体が形成される。以下、、グリオキサールとシクロヘキシルアミンを反応させて得られた前駆体に、三塩化ガリウム(GaCl3)を反応させた場合の反応スキームを示す。 A carbene-like structure complex is formed by reacting the above-mentioned group 13 element halide with the precursor. Hereinafter, a reaction scheme in the case where gallium trichloride (GaCl 3 ) is reacted with a precursor obtained by reacting glyoxal with cyclohexylamine is shown.

Figure 2007070207
Figure 2007070207

ここで、本明細書中における「カルベン類似構造錯体」とは、下記で示されるように、キレート配位子の窒素原子が13族元素に2座配位した、カルベン錯体に類似した構造を有する錯体と定義される。   Here, the “carbene-like structure complex” in this specification has a structure similar to a carbene complex in which the nitrogen atom of the chelate ligand is bidentate to a group 13 element, as shown below. Defined as a complex.

Figure 2007070207
Figure 2007070207

〔3〕結晶粒子形成工程
続く、〔3〕結晶粒子形成工程では、上述した〔2〕錯体形成工程で得られたカルベン類似構造錯体を加熱処理して、13族窒化物結晶粒子を得る。当該工程における加熱処理は、200〜500℃の温度範囲内で行うのが好ましく、250〜450℃の温度範囲内で行うのがより好ましい。加熱温度が200℃未満であると、結晶化が十分に促進されない傾向にあり、また加熱温度が500℃を超える場合には、錯体のカルベン骨格が破壊しやすくなり、所望の化学反応が促進しない傾向にあるためである。なお、13族元素ハロゲン化物としてヨウ化物を用いた場合には、反応性が高く、カルベン骨格が破壊される虞があるため、400℃以下(より好ましくは200〜300℃)で加熱処理を行うのが好ましい。また、加熱処理はオートクレーブなどを用いて加圧状態で行ってもよい。
[3] Crystal Particle Formation Step In the subsequent [3] crystal particle formation step, the carbene-like structure complex obtained in the above-mentioned [2] complex formation step is heat-treated to obtain group 13 nitride crystal particles. It is preferable to perform the heat processing in the said process within the temperature range of 200-500 degreeC, and it is more preferable to carry out within the temperature range of 250-450 degreeC. When the heating temperature is less than 200 ° C., crystallization tends not to be promoted sufficiently, and when the heating temperature exceeds 500 ° C., the carbene skeleton of the complex tends to be broken, and the desired chemical reaction is not promoted. It is because it is in a tendency. Note that when iodide is used as the group 13 element halide, heat treatment is performed at 400 ° C. or lower (more preferably, 200 to 300 ° C.) because the reactivity is high and the carbene skeleton may be destroyed. Is preferred. Further, the heat treatment may be performed under pressure using an autoclave or the like.

当該結晶粒子形成工程では、窒素の欠損を補うため、窒素含有化合物を添加して上記加熱処理を行うのが好ましい。窒素含有化合物としては、たとえば、アンモニア、尿素、ヒドラジン、窒素を含む置換基(たとえば、アミノ基、イミノ基、ニトロ基など)を有する有機化合物、アゾ化合物などが挙げられ、中でも反応の安定性および原材料のコストの点から、アンモニア、尿素またはヒドラジンを添加するのが好ましい。   In the crystal particle forming step, it is preferable to add the nitrogen-containing compound and perform the heat treatment in order to compensate for the deficiency of nitrogen. Examples of nitrogen-containing compounds include ammonia, urea, hydrazine, organic compounds having substituents containing nitrogen (for example, amino groups, imino groups, nitro groups, etc.), azo compounds, etc. Among them, reaction stability and From the viewpoint of the cost of raw materials, it is preferable to add ammonia, urea or hydrazine.

窒素含有化合物の添加量としては特に制限されるものではないが、カルベン類似構造錯体と窒素含有化合物とが、1:0.01〜10(物質量比)であるのが好ましく、1:0.1〜1(物質量比)であるのがより好ましい。カルベン類似構造錯体:窒素含有化合物=1:0.01未満であると、窒素欠損の補完効果に乏しい傾向にあるためであり、また。カルベン類似構造錯体:窒素含有化合物=1:10を超えると、材料利用効率が悪い、窒素化合物が過剰となって反応が阻害されるなどのほか、反応容器の腐食が進みやすい傾向にあるためである。   The addition amount of the nitrogen-containing compound is not particularly limited, but the carbene-like structure complex and the nitrogen-containing compound are preferably in the range of 1: 0.01 to 10 (substance ratio), and 1: 0. It is more preferable that it is 1-1 (substance quantity ratio). This is because carbene-like structure complex: nitrogen-containing compound = 1: below 1: 0.01, the effect of complementing nitrogen deficiency tends to be poor. If the carbene-like structure complex: nitrogen-containing compound exceeds 1:10, the material utilization efficiency is poor, the nitrogen compound becomes excessive and the reaction is inhibited, and the reaction vessel tends to corrode easily. is there.

当該結晶粒子形成工程では、上述した〔2〕錯体形成工程で得られたカルベン類似構造錯体を加熱処理することにより、13族元素と窒素との結合が生じ、13族窒化物結晶粒子が微粒子として析出する。ここで、カルベン類似構造錯体は高い反応性を有するため、気相成長に比べて低温で13族窒化物結晶粒子を合成できるという利点がある。また、カルベン類似構造錯体は、GaとNとの配位結合を有するため、従来の気相成長と比較して、未反応のまま浪費される原料の割合が格段に少ないという利点もある。   In the crystal particle forming step, the carbene-like structure complex obtained in the above-mentioned [2] complex forming step is heat-treated to cause a bond between the group 13 element and nitrogen, and the group 13 nitride crystal particle is converted into fine particles. Precipitate. Here, since the carbene-like structure complex has high reactivity, it has an advantage that group 13 nitride crystal particles can be synthesized at a lower temperature than vapor phase growth. Further, since the carbene-like structure complex has a coordination bond between Ga and N, there is an advantage that the proportion of raw material that is wasted without being reacted is remarkably smaller than that of conventional vapor phase growth.

また、本発明においてキレート残基となる、アミノ基を有する有機化合物由来の脂肪族環状炭化水素基、炭素数4以上の脂肪族鎖状炭化水素基、芳香族炭化水素残基などは、窒化物結晶形成時に粒子径を制御する機能を有しており、分子量が大きく嵩高い残基は、13族窒化物の結晶の増大を阻害するため、粒子径を小さく保つことができるという利点がある。また、分子量が大きい残基は、化学反応を促進させるので低温でも結晶化が生じるという利点がある。   In addition, an aliphatic cyclic hydrocarbon group derived from an organic compound having an amino group, an aliphatic chain hydrocarbon group having 4 or more carbon atoms, an aromatic hydrocarbon residue, or the like, which becomes a chelate residue in the present invention, is a nitride. Residues having a function of controlling the particle size during crystal formation and having a large molecular weight and bulky hinder the increase in the crystal of the group 13 nitride, so that there is an advantage that the particle size can be kept small. In addition, a residue having a large molecular weight has an advantage that crystallization occurs even at a low temperature because it promotes a chemical reaction.

本発明は、13族元素と窒素との結合を含む結晶粒子であって、修飾分子として脂肪族環状炭化水素基、炭素数4以上の脂肪族鎖状炭化水素基、芳香族炭化水素基の少なくともいずれかが前記窒素に化学結合している13族窒化物結晶粒子も提供する。このような本発明の13族窒化物結晶粒子は、上述した本発明の13族窒化物結晶粒子の製造方法によって製造されたものであっても、それ以外の方法によって製造されたものであってもよいが、上述した本発明の13族窒化物結晶粒子の製造方法によって製造されたものであるのが好ましい。   The present invention is a crystal particle containing a bond between a group 13 element and nitrogen, and includes at least an aliphatic cyclic hydrocarbon group, an aliphatic chain hydrocarbon group having 4 or more carbon atoms, or an aromatic hydrocarbon group as a modifying molecule. Group 13 nitride crystal grains, any of which are chemically bonded to the nitrogen, are also provided. Such a group 13 nitride crystal particle of the present invention is manufactured by the above-described method for manufacturing a group 13 nitride crystal particle of the present invention, but is manufactured by other methods. However, it is preferably produced by the above-described method for producing a group 13 nitride crystal particle of the present invention.

本発明の13族窒化物粒子は、上述したようにB、Al、Ga、In、Tlから選ばれる少なくとも1種である13族元素と、窒素との結合を含む。当該13族元素と窒素との結合は、たとえば赤外吸収(IR、FTIR法)により当該化学結合の振動エネルギを測定する、X線マイクロアナライザ法(EPMA)あるいはX線光電子分光法(XPS)などによりケミカルシフトを測定する、というようにして13族窒化物結晶粒子から確認することができる。   The group 13 nitride particles of the present invention contain a bond between nitrogen and at least one group 13 element selected from B, Al, Ga, In, and Tl as described above. The bond between the group 13 element and nitrogen is, for example, X-ray microanalyzer method (EPMA) or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) in which vibration energy of the chemical bond is measured by infrared absorption (IR, FTIR method). Thus, the chemical shift can be measured from the group 13 nitride crystal particles.

また本発明の13族窒化物結晶粒子は、修飾分子として飽和脂肪族環状炭化水素基、炭素数4以上の脂肪族鎖状炭化水素基、芳香族炭化水素基の少なくともいずれかが前記窒素に化学結合していることを特徴とする。このような修飾分子は、当該13族窒化物結晶粒子が上述した本発明の13族窒化物結晶粒子の製造方法によって製造されたものである場合には、アミノ基を有する有機化合物由来のキレート残基の一部によって形成される。すなわち、このようなキレート残基は、本発明の13族窒化物結晶粒子が生成した後も結晶粒子の窒素に化学結合していることで、結晶粒子に固着しており、修飾分子として機能する。   In addition, the group 13 nitride crystal particles of the present invention have at least one of a saturated aliphatic cyclic hydrocarbon group, an aliphatic chain hydrocarbon group having 4 or more carbon atoms, and an aromatic hydrocarbon group as a modifying molecule. It is characterized by being connected. Such a modifying molecule is a chelate residue derived from an organic compound having an amino group when the group 13 nitride crystal particle is produced by the method for producing a group 13 nitride crystal particle of the present invention described above. Formed by part of the group. That is, such a chelate residue is firmly bonded to the crystal particle and functions as a modifying molecule because it is chemically bonded to nitrogen of the crystal particle even after the group 13 nitride crystal particle of the present invention is formed. .

本発明の13族窒化物結晶粒子は、上記修飾分子が固着してなることで、有機溶媒(たとえば、アセトン、エチルアルコール、メチルアルコール、キシレン、トルエン、イソプロピルアルコール、ポリビニルアルコール、エチレングリコール、ヘキサメチレングリコール)や樹脂(たとえば、エポキシ、アクリル、シリコン、フェノール、ポリカーボネート、ポリプロピレン、メラミン、ポリイミド、ポリアミド)などの有機媒体に対し高い親和性を示す。また、本発明の13族窒化物結晶粒子は、上記修飾分子が固着してなることで、上述した有機溶媒や樹脂への高い分散性を有する。また、上記修飾分子は固着してなることで、13族窒化物結晶粒子が凝集するのが防止されるため、当該結晶粒子をフィラーとして用いる場合には、フィラーの均一性が向上する。   The group 13 nitride crystal particles of the present invention are formed by adhering the above-mentioned modifying molecules, so that organic solvents (for example, acetone, ethyl alcohol, methyl alcohol, xylene, toluene, isopropyl alcohol, polyvinyl alcohol, ethylene glycol, hexamethylene) Glycol) and resins (for example, epoxy, acrylic, silicon, phenol, polycarbonate, polypropylene, melamine, polyimide, polyamide), and the like have high affinity. In addition, the group 13 nitride crystal particles of the present invention have high dispersibility in the above-described organic solvent and resin because the modifying molecule is fixed. In addition, since the modifying molecule is fixed to prevent the group 13 nitride crystal particles from aggregating, the uniformity of the filler is improved when the crystal particles are used as a filler.

本発明の13族窒化物結晶粒子において、前記修飾分子は、シクロヘキシル基、ターシャリブチル基、2,6−ジイソプロピルフェニル基の少なくともいずれかを含むことが好ましい。   In the group 13 nitride crystal particle of the present invention, the modifying molecule preferably contains at least one of a cyclohexyl group, a tertiary butyl group, and a 2,6-diisopropylphenyl group.

本発明の13族窒化物結晶粒子は、意図しない不純物を含んでいてもよく、また低濃度であれば、ドーパントとして2族元素(Be、Mg、Ca、Sr、Ba)、ZnあるいはSiの少なくともいずれかを意図的に添加していてもよい。濃度範囲は、価電子による電気特性や光物性を制御できる点から、1×1016cm-3〜1×1021cm-3が好ましく、1×1017cm-3〜1×1019cm-3がより好ましい。また、特に好適なドーパントとしては、13族窒化物中で適度な不純物準位エネルギを形成するドナーあるいはアクセプタとなりやすいことから、Mg、Zn、Siが挙げられる。 The group 13 nitride crystal particles of the present invention may contain unintended impurities. If the concentration is low, at least one of group 2 elements (Be, Mg, Ca, Sr, Ba), Zn or Si is used as a dopant. Any of these may be added intentionally. The concentration range is preferably 1 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 from the viewpoint of controlling electrical characteristics and optical properties due to valence electrons, and 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 19 cm −. 3 is more preferable. Particularly suitable dopants include Mg, Zn, and Si because they are likely to be donors or acceptors that form appropriate impurity level energy in the group 13 nitride.

本発明の13族窒化物結晶粒子のうち、13族元素と窒素から構成される部分は、単一の13族元素と窒素からなる単一組成粒子(たとえば、GaN、AlN、InN)であってもよいし、複数の13族元素と窒素とからなる混晶粒子(たとえば、InxGa1-xN、AlxGa1-xN、AlxInyIGazN(ここで、0<x<1、0<y<1、x+y+z=1))であってもよい。さらに、13族元素と窒素との結合を有する層を外側に有し、当該層の内側に異なる組成の材料(たとえば、Ga23やIn23などの13族元素の酸化物粒子や硫化物粒子、ZnOやSiC、ZnSなどの半導体粒子、Ga、In、Al、Au、Pt、Niなどの13族元素あるいはその他の金属粒子)を有する積層構造を有してもよい。上記積層構造を有する場合、修飾分子は外側の層に含まれる窒素に化学結合していることになる。このような積層構造を有する13族窒化物結晶粒子は、たとえば、錯体形成工程において複数の13族元素にそれぞれ異なる前駆体が配位したカルベン類似構造錯体を形成しておき、これらを結晶粒子形成工程で同じ反応容器に入れて加熱処理すればよい。カルベン構造類似錯体の構造によって最適な反応温度が異なるため、温度制御によって当該積層構造が成長する。あるいは、当該異なる組成の材料微粒子を、当該カルベン類似構造と同じ反応容器に入れて加熱処理すれば、当該異なる組成の材料微粒子を核として結晶粒子形成が進行する。 Of the group 13 nitride crystal particles of the present invention, the portion composed of a group 13 element and nitrogen is a single composition particle (for example, GaN, AlN, InN) composed of a single group 13 element and nitrogen. may be, mixed crystal particles comprising a plurality of 13 group element and nitrogen (e.g., in x Ga 1-x N , Al x Ga 1-x N, in Al x in y IGa z N (where, 0 <x <1, 0 <y <1, x + y + z = 1)). Further, a layer having a bond of a group 13 element and nitrogen is provided on the outside, and materials having different compositions (for example, oxide particles of group 13 elements such as Ga 2 O 3 and In 2 S 3) It may have a laminated structure including sulfide particles, semiconductor particles such as ZnO, SiC, and ZnS, group 13 elements such as Ga, In, Al, Au, Pt, and Ni, or other metal particles. In the case of having the above laminated structure, the modifying molecule is chemically bonded to nitrogen contained in the outer layer. The group 13 nitride crystal particles having such a laminated structure are formed, for example, by forming a carbene-like structure complex in which different precursors are coordinated to a plurality of group 13 elements in the complex formation step, and forming these into crystal particles. What is necessary is just to heat-process in the same reaction container at a process. Since the optimum reaction temperature differs depending on the structure of the carbene structure-like complex, the laminated structure grows by temperature control. Alternatively, if the material fine particles having a different composition are placed in the same reaction vessel as the carbene-like structure and subjected to heat treatment, crystal particle formation proceeds with the material fine particles having the different composition as nuclei.

本発明はまた、上述した本発明の13族窒化物結晶粒子を用いた蛍光体も提供する。上述したように本発明の13族窒化物結晶粒子は、窒素と修飾分子とが化学結合してなることによって修飾分子が固着されてなるが、これによって上述した分散性や親和性の向上という効果以外にも、粒子表面の結晶欠陥を被覆するという効果も発揮される。またさらに、修飾分子は、励起光エネルギーを吸収して13族窒化物に移動させる機能も有するため、発光効率が向上する。   The present invention also provides a phosphor using the group 13 nitride crystal particles of the present invention described above. As described above, the group 13 nitride crystal particles of the present invention are formed by chemically bonding nitrogen and the modifying molecule to fix the modifying molecule, thereby improving the dispersibility and affinity described above. In addition, the effect of covering crystal defects on the particle surface is also exhibited. Furthermore, since the modifying molecule also has a function of absorbing excitation light energy and transferring it to the group 13 nitride, the light emission efficiency is improved.

本発明の蛍光体においては、上述したように本発明の13族窒化物結晶粒子が単一粒子で形成される場合には、13族元素と窒素との結合を有する部分をコアとし、修飾分子をシェルとして機能させることができる。シェルは、2層以上形成されていてもよく、この場合は、内殻側から第1シェル、第2シェル、…と呼称される。この場合、上述した積層構造を有する場合の13族窒化物結晶粒子を、最内の部分をコアとし、修飾分子も含めたそれ以外の部分を外側に向かうにつれて順に各シェルとして機能させることができる。またシェルは内殻を全て包含している必要はなく、またコア以外の層のみに分布があってもよい。   In the phosphor of the present invention, when the group 13 nitride crystal particles of the present invention are formed as a single particle as described above, the portion having a bond between the group 13 element and nitrogen is used as a core, and the modified molecule Can function as a shell. Two or more layers of shells may be formed. In this case, the first shell, the second shell,... Are called from the inner shell side. In this case, the group 13 nitride crystal particles having the above-described laminated structure can be made to function as each shell in order as the innermost portion is the core and the other portions including the modifying molecules are directed outward. . Further, the shell does not need to include the entire inner shell, and the distribution may be present only in layers other than the core.

当該結晶粒子を用いた蛍光体コアのバンドギャップは、1.8〜2.8eVの範囲になることが好ましく、赤色蛍光体として用いる場合には1.85〜2.5eV、緑色蛍光体として用いる場合には2.3〜2.5eV、青色蛍光体として用いる場合には2.65〜2.8eVの範囲が特に好ましい。シェルのバンドギャップは、コアよりも大きいことが好ましい。なお、上記バンドギャップは、たとえば13族窒化物結晶粒子を、複数の13族元素で構成される混晶粒子とし、13族元素の組成比を変えることで、それぞれ上記範囲内に調整することができる。また上記バンドギャップは、当該結晶粒子を用いた蛍光体が発する発光スペクトルのピーク波長をエネルギに換算することで算出された値を指す。   The band gap of the phosphor core using the crystal particles is preferably in the range of 1.8 to 2.8 eV. When used as a red phosphor, 1.85 to 2.5 eV is used as a green phosphor. In the case of 2.3 to 2.5 eV in the case, the range of 2.65 to 2.8 eV is particularly preferable when used as a blue phosphor. The band gap of the shell is preferably larger than the core. The band gap can be adjusted within the above range by changing the composition ratio of the group 13 elements, for example, by changing the group 13 nitride crystal particles to mixed crystal particles composed of a plurality of group 13 elements. it can. The band gap refers to a value calculated by converting the peak wavelength of the emission spectrum emitted from the phosphor using the crystal particles into energy.

本発明の蛍光体において、13族窒化物結晶粒子の粒径は、0.1nm〜10μmの範囲であることが好ましく、0.5nm〜1μmの範囲が特に好ましく、1〜20nmの範囲がさらに好ましい。13族窒化物結晶粒子の粒径が0.1nm未満であると、バンドギャップが可視発光に相当するエネルギより大きくなり、かつ制御が困難となる傾向にあるためであり、また、13族窒化物結晶粒子の粒径が10μmを超えると、当該蛍光体表面での光散乱が大きくなり、発光効率などの特性の劣化が生じやすい傾向にあるためである。また、本発明の蛍光体において、13族窒化物結晶粒子は、粒径がボーア半径の2倍以下となると量子サイズ効果により光学的バンドギャップが広がるが、その場合でも上述のバンドギャップ範囲にあることが好ましい。勿論、上記2つの制御手段を共に用いて調整してもよい。   In the phosphor of the present invention, the particle size of the group 13 nitride crystal particles is preferably in the range of 0.1 nm to 10 μm, particularly preferably in the range of 0.5 nm to 1 μm, and further preferably in the range of 1 to 20 nm. . This is because when the group 13 nitride crystal particles have a particle size of less than 0.1 nm, the band gap tends to be larger than the energy corresponding to visible light emission, and control tends to be difficult. This is because if the particle size of the crystal particles exceeds 10 μm, light scattering on the surface of the phosphor increases, and characteristics such as light emission efficiency tend to deteriorate. Further, in the phosphor of the present invention, the group 13 nitride crystal particles have an optical band gap that is widened due to the quantum size effect when the particle size is twice or less the Bohr radius, but even in that case, the group 13 nitride crystal particles are in the above band gap range. It is preferable. Of course, the above two control means may be used together for adjustment.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

<実施例1>
グリオキサール54gとシクロヘキシルアミン81gを、200mlのメタノールに溶解し、0℃に保持して24時間反応させ、下記に示す反応スキームによって、前駆体であるN,N’−ジシクロヘキシルエチレンジイミンを得た。
<Example 1>
Glyoxal (54 g) and cyclohexylamine (81 g) were dissolved in 200 ml of methanol and kept at 0 ° C. for 24 hours to obtain a precursor N, N′-dicyclohexylethylenediimine according to the reaction scheme shown below.

Figure 2007070207
Figure 2007070207

得られた前駆体5.6gと3塩化ガリウム9gをジクロロメタン150mlに溶解させ、下記に示す反応スキームによって、カルベン類似構造錯体を得た。   5.6 g of the obtained precursor and 9 g of gallium trichloride were dissolved in 150 ml of dichloromethane, and a carbene-like structure complex was obtained according to the reaction scheme shown below.

Figure 2007070207
Figure 2007070207

得られたカルベン類似構造錯体をベンゼン300mlに溶解させ、オートクレーブを用いて温度430℃、圧力24.2MPaで13時間反応させて加熱処理を行った。反応物を濾過および洗浄して得られた粒子の結晶評価を行ったところ、X線回折パターンより六方晶の窒化ガリウム(h−GaN)であることが確認された。   The obtained carbene-like structure complex was dissolved in 300 ml of benzene and subjected to a heat treatment using an autoclave at a temperature of 430 ° C. and a pressure of 24.2 MPa for 13 hours. Crystals of the particles obtained by filtering and washing the reaction product were evaluated. As a result, X-ray diffraction patterns confirmed that the particles were hexagonal gallium nitride (h-GaN).

<実施例2>
結晶粒子形成工程において、アンモニア0.5mlを添加した以外は実施例1と同様にして結晶粒子を得た。
<Example 2>
Crystal particles were obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.5 ml of ammonia was added in the crystal particle forming step.

ピーク波長248nmのKrFエキシマレーザを励起光に用いてフォトルミネッセンススペクトルを測定することで実施例1、2の結晶粒子の発光特性を評価したところ、いずれも室温において365nmにピークを有する窒化ガリウムの発光特性が確認されたが、実施例2で得られた結晶粒子の発光強度は、実施例1で得られた結晶粒子と比較して10倍であった。   The light emission characteristics of the crystal particles of Examples 1 and 2 were evaluated by measuring the photoluminescence spectrum using a KrF excimer laser with a peak wavelength of 248 nm as excitation light, and both emitted light of gallium nitride having a peak at 365 nm at room temperature. Although the characteristics were confirmed, the emission intensity of the crystal particles obtained in Example 2 was 10 times that of the crystal particles obtained in Example 1.

<実施例3>
グリオキサール145gとターシャリブチルアミン146gを混合した後、0℃に保持して24時間反応させ、下記に示される反応スキームによって前駆体であるN,N’−ターシャリブチルエチレンジイミンを得た。
<Example 3>
After mixing 145 g of glyoxal and 146 g of tertiary butylamine, the mixture was reacted for 24 hours while maintaining at 0 ° C., and N, N′-tertiarybutylethylenediimine as a precursor was obtained according to the reaction scheme shown below.

Figure 2007070207
Figure 2007070207

得られた前駆体4.3gと3塩化ガリウム9gをジクロロメタン150mlに溶解させ、下記に示される反応スキームによってカルベン類似構造錯体を得た。   4.3 g of the obtained precursor and 9 g of gallium trichloride were dissolved in 150 ml of dichloromethane, and a carbene-like structure complex was obtained by the reaction scheme shown below.

Figure 2007070207
Figure 2007070207

得られたカルベン類似構造錯体をベンゼン300mlに溶解させ、オートクレーブを用いて温度430℃、圧力24.2MPaで13時間反応させた。反応物を濾過および洗浄して得られた粉末の結晶評価を行ったところ、X線回折パターンより六方晶の窒化ガリウム(h−GaN)であることが確認された。   The obtained carbene-like structure complex was dissolved in 300 ml of benzene and reacted at a temperature of 430 ° C. and a pressure of 24.2 MPa for 13 hours using an autoclave. When the crystal of the powder obtained by filtering and washing the reaction product was evaluated, it was confirmed from the X-ray diffraction pattern that it was hexagonal gallium nitride (h-GaN).

<実施例4>
結晶粒子形成工程において、尿素3.6gを添加した以外は実施例3と同様にして結晶粒子を得た。
<Example 4>
Crystal particles were obtained in the same manner as in Example 3 except that 3.6 g of urea was added in the crystal particle forming step.

上述と同様に、実施例3、4の結晶粒子の発光特性を評価したところ、いずれも室温において365nmにピークを有する窒化ガリウムの発光特性が確認されたが、実施例4で得られた結晶粒子の発光強度は、実施例3で得られた結晶粒子と比較して5倍であった。   As described above, the emission characteristics of the crystal particles of Examples 3 and 4 were evaluated. As a result, the emission characteristics of gallium nitride having a peak at 365 nm were confirmed at room temperature. The emission intensity of was 5 times that of the crystal particles obtained in Example 3.

<実施例5>
グリオキサール75.6gと(2,6)ジイソプロピルアニリン200gのエタノール溶解液をギ酸中で混合して24時間反応させ、下記に示される反応スキームによって、前駆体である3−(ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)ジアゾブタジエン)を得た。
<Example 5>
An ethanol solution of 75.6 g of glyoxal and 200 g of (2,6) diisopropylaniline was mixed in formic acid and reacted for 24 hours, and the precursor 3- (bis (2,6-) was reacted according to the reaction scheme shown below. Diisopropylphenyl) diazobutadiene) was obtained.

Figure 2007070207
Figure 2007070207

得られた前駆体を9.63gと3塩化ガリウム9gをジクロロメタン150mlに溶解させ、下記に示される反応スキームによってカルベン類似構造錯体を得た。   9.63 g of the obtained precursor and 9 g of gallium trichloride were dissolved in 150 ml of dichloromethane, and a carbene-like structure complex was obtained according to the reaction scheme shown below.

Figure 2007070207
Figure 2007070207

得られたカルベン類似構造錯体をベンゼン300mlに溶解させ、オートクレーブを用いて温度430℃、圧力24.2MPaで13時間反応させた。反応物を濾過および洗浄して得られた粉末の結晶評価を行ったところ、X線回折パターンより六方晶の窒化ガリウム(h−GaN)であることが確認された。   The obtained carbene-like structure complex was dissolved in 300 ml of benzene and reacted at a temperature of 430 ° C. and a pressure of 24.2 MPa for 13 hours using an autoclave. When the crystal of the powder obtained by filtering and washing the reaction product was evaluated, it was confirmed from the X-ray diffraction pattern that it was hexagonal gallium nitride (h-GaN).

<実施例6>
結晶粒子形成工程において、ヒドラジン2gを加えた以外は実施例5と同様にして結晶粒子を得た。
<Example 6>
Crystal particles were obtained in the same manner as in Example 5 except that 2 g of hydrazine was added in the crystal particle forming step.

上述と同様に、実施例5、6の結晶粒子の発光特性を評価したところ、いずれも室温において365nmにピークを有する窒化ガリウムの発光特性が確認されたが、実施例6で得られた結晶粒子の発光強度は、実施例5で得られた結晶粒子と比較して5倍であった。   As described above, the emission characteristics of the crystal particles of Examples 5 and 6 were evaluated. As a result, the emission characteristics of gallium nitride having a peak at 365 nm were confirmed at room temperature. The emission intensity of was 5 times that of the crystal particles obtained in Example 5.

<実施例7>
実施例5において得られた前駆体9.63gと3塩化インジウム9.63gをジクロロメタン150mlに溶解させ、下記反応スキームにより、カルベン類似構造錯体を得た。
<Example 7>
9.63 g of the precursor obtained in Example 5 and 9.63 g of indium trichloride were dissolved in 150 ml of dichloromethane, and a carbene-like structure complex was obtained according to the following reaction scheme.

Figure 2007070207
Figure 2007070207

得られたカルベン類似構造錯体をベンゼン300mlに溶解させ、常圧下温度300℃で13時間反応させた。反応物を濾過および洗浄して得られた粉末の結晶評価を行ったところ、X線回折パターンより窒化インジウムInNであることが確認された。   The obtained carbene-like structure complex was dissolved in 300 ml of benzene and reacted at a temperature of 300 ° C. under normal pressure for 13 hours. When the powder obtained by filtering and washing the reaction product was crystallized, it was confirmed to be indium nitride InN from the X-ray diffraction pattern.

<実施例8>
実施例5において得られた前駆体9.63gと3塩化ガリウム9gおよび3塩化インジウム3gをジクロロメタン200mlに溶解させてカルベン類似構造錯体を得た後、ベンゼン300mlに溶解させ、オートクレーブを用いて温度300℃、圧力10MPaで13時間反応させた。反応物を濾過および洗浄して得られた粉末の結晶評価を行ったところ、X線回折パターンにより窒化ガリウムと窒化インジウムの混晶(InGaN)であることが確認された。
<Example 8>
9.63 g of the precursor obtained in Example 5, 9 g of gallium trichloride and 3 g of indium trichloride were dissolved in 200 ml of dichloromethane to obtain a carbene-like structure complex, and then dissolved in 300 ml of benzene, and the temperature was set to 300 using an autoclave. The reaction was carried out at 10 ° C. and a pressure of 10 MPa for 13 hours. When the crystal of the powder obtained by filtering and washing the reaction product was evaluated, it was confirmed by an X-ray diffraction pattern that it was a mixed crystal of gallium nitride and indium nitride (InGaN).

<実施例9>
金属ガリウムとヨウ素をベンゼン中で温度50℃に保って12時間反応させ、ヨウ化ガリウム(GaI)のベンゼン溶液を作製した。実施例5において得られた前駆体9.63gと上述のヨウ素ガリウムのベンゼン溶液と混合してカルベン類似構造錯体を得た後、オートクレーブを用いて温度300℃、圧力10MPaで13時間反応させた。反応物を濾過および洗浄して得られた粉末の結晶評価を行ったところ、X線回折パターンにより窒化ガリウムとGaNであることが確認された。なお、同様の合成を温度400℃、圧力20MPaで行ったところ、オートクレーブ内壁に腐食が見られ、GaNは生成しなかった。
<Example 9>
Metallic gallium and iodine were reacted in benzene at a temperature of 50 ° C. for 12 hours to produce a benzene solution of gallium iodide (GaI). 9.63 g of the precursor obtained in Example 5 was mixed with the benzene solution of gallium iodine described above to obtain a carbene-like structure complex, and then reacted for 13 hours at a temperature of 300 ° C. and a pressure of 10 MPa using an autoclave. When the powder obtained by filtering and washing the reaction product was crystallized, it was confirmed by X-ray diffraction pattern that it was gallium nitride and GaN. When the same synthesis was performed at a temperature of 400 ° C. and a pressure of 20 MPa, the inner wall of the autoclave was corroded and GaN was not generated.

<実施例10>
実施例9と同様の手法で、金属インジウムとヨウ素を反応させ、ヨウ化インジウム(InI)のベンゼン溶液を作製した。実施例5において得られた前駆体9.63gと実施例9とヨウ化ガリウムのベンゼン溶液および上述のヨウ化インジウムのベンゼン溶液と混合してカルベン類似構造錯体を得た後、オートクレーブを用いて温度300℃、圧力10MPaで13時間反応させた。反応物を濾過および洗浄して得られた粉末の結晶評価を行ったところ、X線回折パターンより窒化ガリウムと窒化インジウムの混晶(InGaN)であることが確認された。
<Example 10>
In the same manner as in Example 9, metal indium and iodine were reacted to prepare a benzene solution of indium iodide (InI). 9.63 g of the precursor obtained in Example 5 was mixed with Example 9, benzene solution of gallium iodide and the above-described benzene solution of indium iodide to obtain a carbene-like structure complex, and then the temperature was measured using an autoclave. The reaction was carried out at 300 ° C. and a pressure of 10 MPa for 13 hours. When the crystal of the powder obtained by filtering and washing the reaction product was evaluated, it was confirmed from the X-ray diffraction pattern that it was a mixed crystal of gallium nitride and indium nitride (InGaN).

<実施例11>
実施例10と同様の手法で、ヨウ化インジウムおよびヨウ化ガリウムの混合比を変えると共に、アミノ基を有する有機化合物の種類を変えることによって、3種類の13族窒化物ナノ粒子蛍光体を作製した。
<Example 11>
By changing the mixing ratio of indium iodide and gallium iodide and changing the type of the organic compound having an amino group in the same manner as in Example 10, three types of group 13 nitride nanoparticle phosphors were produced. .

まず、実施例7と同様にして、InIを得、電子顕微鏡観察により粒子径を確認したところ、4nmであった。この蛍光体に励起光を照射したところ、650nmの赤色発光を呈した。   First, InI was obtained in the same manner as in Example 7, and the particle diameter was confirmed by observation with an electron microscope. When this phosphor was irradiated with excitation light, it emitted red light of 650 nm.

次いで、実施例1における前駆体を、実施例8と同様に3塩化ガリウムおよび3塩化インジウムと反応させてカルベン類似構造錯体を得た後、加熱処理を行って、InGaNナノ粒子結晶を得た。組織分析および電子顕微鏡観察の結果、混晶比はIn0.3Ga0.7Nで粒子径は10nmであった。この蛍光体に励起光を照射したところ、550nmの緑色発光を呈した。 Next, the precursor in Example 1 was reacted with gallium trichloride and indium trichloride in the same manner as in Example 8 to obtain a carbene-like structure complex, followed by heat treatment to obtain InGaN nanoparticle crystals. As a result of structural analysis and electron microscope observation, the mixed crystal ratio was In 0.3 Ga 0.7 N and the particle diameter was 10 nm. When this phosphor was irradiated with excitation light, it emitted green light of 550 nm.

次いで、実施例5における前駆体を、実施例10と同様にヨウ化ガリウムおよびヨウ化インジウムと反応させてカルベン類似構造錯体を得た後、加熱処理をおこなってInGaNナノ粒子結晶を得た。組成分析および電子顕微鏡観察の結果、混晶比はIn0.2Ga0.8Nで粒子径は8nmであった。この蛍光体に励起光を照射したところ、480nmの青色発光を呈した。 Next, after the precursor in Example 5 was reacted with gallium iodide and indium iodide in the same manner as in Example 10 to obtain a carbene-like structure complex, heat treatment was performed to obtain InGaN nanoparticle crystals. As a result of composition analysis and electron microscope observation, the mixed crystal ratio was In 0.2 Ga 0.8 N and the particle size was 8 nm. When this phosphor was irradiated with excitation light, it emitted blue light of 480 nm.

上記赤、緑および青色蛍光体をエポキシ樹脂に所定の割合で混合し、樹脂硬化後に励起光を照射したところ、白色発光が得られた。   When the red, green and blue phosphors were mixed in an epoxy resin at a predetermined ratio and irradiated with excitation light after the resin was cured, white light emission was obtained.

今回開示された実施の形態および実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

Claims (13)

アミノ基を有する有機化合物にジアルデヒドを反応させて前駆体を得る工程と、
前記前駆体に13族元素ハロゲン化物を反応させてカルベン類似構造錯体を得る工程と、
前記カルベン類似構造錯体を加熱処理して13族窒化物結晶粒子を得る工程とを含むことを特徴とする、13族窒化物結晶粒子の製造方法。
Reacting an organic compound having an amino group with a dialdehyde to obtain a precursor;
Reacting the precursor with a group 13 element halide to obtain a carbene-like structure complex;
And a step of obtaining a group 13 nitride crystal particle by heat-treating the carbene-like structure complex.
前記ジアルデヒドがグリオキサールであることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the dialdehyde is glyoxal. 前記アミノ基を有する有機化合物が、アミノ基を有する脂肪族環状炭化水素であることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the organic compound having an amino group is an aliphatic cyclic hydrocarbon having an amino group. 前記アミノ基を有する有機化合物が、シクロへキシルアミンであることを特徴とする請求項3に記載の方法。   The method according to claim 3, wherein the organic compound having an amino group is cyclohexylamine. 前記アミノ基を有する有機化合物が、アミノ基を有する炭素数4以上の脂肪族鎖状炭化水素であることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the organic compound having an amino group is an aliphatic chain hydrocarbon having 4 or more carbon atoms having an amino group. 前記アミノ基を有する有機化合物が、ターシャリブチルアミンであることを特徴とする請求項5に記載の方法。   6. The method according to claim 5, wherein the organic compound having an amino group is tertiary butylamine. 前記アミノ基を有する有機化合物が、アミノ基を有する芳香族炭化水素であることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the organic compound having an amino group is an aromatic hydrocarbon having an amino group. 前記アミノ基を有する有機化合物が、2,6−ジイソプロピルアニリンであることを特徴とする請求項7に記載の方法。   The method according to claim 7, wherein the organic compound having an amino group is 2,6-diisopropylaniline. 前記加熱処理が、アンモニア、尿素、ヒドラジンの少なくともいずれかを添加して行われることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed by adding at least one of ammonia, urea, and hydrazine. 13族元素ハロゲン化物が13族元素ヨウ化物であり、前記加熱処理が400℃以下で行われることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the group 13 element halide is a group 13 element iodide, and the heat treatment is performed at 400 ° C or lower. 13族元素と窒素との結合を含む結晶粒子であって、
修飾分子として脂肪族環状炭化水素基、炭素数4以上の脂肪族鎖状炭化水素基、芳香族炭化水素基の少なくともいずれかが前記窒素に化学結合していることを特徴とする13族窒化物結晶粒子。
A crystal particle comprising a bond of a group 13 element and nitrogen,
A group 13 nitride characterized in that at least one of an aliphatic cyclic hydrocarbon group, an aliphatic chain hydrocarbon group having 4 or more carbon atoms, and an aromatic hydrocarbon group is chemically bonded to the nitrogen as a modifying molecule Crystal particles.
前記修飾分子が、シクロヘキシル基、ターシャリブチル基、2,6−ジイソプロピルフェニル基の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項11に記載の13族窒化物結晶粒子。   The group 13 nitride crystal particle according to claim 11, wherein the modifying molecule contains at least one of a cyclohexyl group, a tertiary butyl group, and a 2,6-diisopropylphenyl group. 請求項11または12に記載の13族窒化物結晶粒子を用いた蛍光体。   A phosphor using the group 13 nitride crystal particle according to claim 11.
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