JP2008266482A - Phosphor and its manufacturing method - Google Patents

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健司 小廣
Kazumasa Ueda
和正 上田
Naohiro Nishikawa
直宏 西川
Yoshio Uchida
義男 内田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride-based particulate phosphor excellent in emission efficiency. <P>SOLUTION: A compound, as a fluorescent substance, represented by the formula M<SP>1</SP><SB>a</SB>M<SP>2</SP><SB>b</SB>N<SB>c</SB>(wherein M<SP>1</SP>is one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba and Zn; M<SP>2</SP>is one or more elements selected from the group consisting of Al, Ga and In; c=(2a/3)+b; and 0≤a and 0<b) is heteroepitaxially grown on a platy base material particles, to form a particulate phosphor. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は粒子状の蛍光体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a particulate phosphor and a method for producing the same.

蛍光体は、例えば、青色光を発するLEDと組み合わせて白色LEDなどの可視光励起発光素子を構成したり、近紫外線〜青紫色光を発するLEDと組み合わせて近紫外線〜青紫色光励起発光素子を構成するのに用いられている。このほか、液晶用バックライト及び蛍光灯などの紫外線励起発光素子、プラズマディスプレイパネル及び希ガスランプなどの真空紫外線励起発光素子、ブラウン管やFED(Field Emission Display)などの電子線励起発光素子、X線撮像装置などのX線励起発光素子、無機ELディスプレイなどの電界励起発光素子等のさまざまな発光素子と組み合わされる等して広く用いられている。   For example, the phosphor constitutes a visible light excitation light emitting element such as a white LED in combination with an LED emitting blue light, or constitutes a near ultraviolet light to blue violet light excitation light emitting element in combination with an LED emitting near ultraviolet to blue violet light. It is used for In addition, UV-excited light-emitting elements such as liquid crystal backlights and fluorescent lamps, vacuum ultraviolet-excited light-emitting elements such as plasma display panels and rare gas lamps, electron-beam-excited light-emitting elements such as cathode ray tubes and FEDs (Field Emission Display), and X-rays It is widely used in combination with various light emitting elements such as an X-ray excited light emitting element such as an imaging device and an electric field excited light emitting element such as an inorganic EL display.

上述の如く、他の素子と組み合わせて蛍光体を用いる場合、蛍光体は組み合わせる素子、例えば発光素子により様々な特性が要求される。例えば、白色LEDと組み合わせる場合には、100℃近くあるいはそれ以上の温度で使用されることになるため、熱的安定性及び化学的安定性も求められる。また、FEDとの組み合わせの場合には、帯電を防ぐために導電性を持つことが求められる。このような様々な要求を満たしうる蛍光体として、窒化物蛍光体を挙げることができる。   As described above, when a phosphor is used in combination with another element, the phosphor requires various characteristics depending on the element to be combined, for example, a light emitting element. For example, when combined with a white LED, it is used at a temperature close to 100 ° C. or higher, so that thermal stability and chemical stability are also required. In the case of a combination with FED, it is required to have conductivity in order to prevent charging. An example of a phosphor that can satisfy such various requirements is a nitride phosphor.

窒化物蛍光体は熱安定性に優れている上に導電性であるため、酸化物蛍光体や硫化物蛍光体を用いることが困難とされていた発光素子への適用が期待されていた。しかしながら、一般に、窒化物蛍光体を合成するには高温高圧が必要で特殊な装置が必要なため、コスト高となる。特にGaN系の蛍光体は高温での窒素分圧が高くて分解しやすいので、良質の蛍光体を得るのは困難とされていた。特許文献1には、化学気相成長法により微粒子上にGaN薄膜を成長させ、これを粉末蛍光体として使用する方法が提案されている。
特開平11−279550号公報
Since nitride phosphors are excellent in thermal stability and are conductive, they have been expected to be applied to light emitting devices for which it has been difficult to use oxide phosphors or sulfide phosphors. However, in general, synthesis of a nitride phosphor requires high temperature and pressure and requires a special apparatus, which increases costs. In particular, since GaN-based phosphors have a high nitrogen partial pressure at high temperatures and are easily decomposed, it has been difficult to obtain good-quality phosphors. Patent Document 1 proposes a method in which a GaN thin film is grown on fine particles by chemical vapor deposition and used as a powder phosphor.
JP-A-11-279550

特許文献1において提案されている技術は、AlNの粒子の表面に蛍光物質をCVD法を用いて形成しようとするものである。したがって、AlNの粒子の粒径を揃えたとしても、得られた蛍光体の発光効率を良くすることは困難であり、輝度が不充分なものとならざるを得ないという問題点を有している。   The technique proposed in Patent Document 1 is intended to form a fluorescent material on the surface of AlN particles using a CVD method. Therefore, even if the particle diameters of the AlN particles are made uniform, it is difficult to improve the luminous efficiency of the obtained phosphor, and there is a problem that the luminance is inevitably insufficient. Yes.

本発明の目的は、発光効率に優れた窒化物系の粒子状の蛍光体及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a nitride-based particulate phosphor excellent in luminous efficiency and a method for producing the same.

本発明者等は、上記課題を解決すべく、多数の窒化物系の蛍光性を有する化合物についてその特性等を検討し、式M1 a 2 b c (ただし、M1 は、Mg、Ca、Sr、Ba及びZnからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、M2 は、Al、Ga及びInからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、c=(2a/3)+bであり、0≦aかつ0<bである)で示される化合物を、板状の粒子上にヘテロエピタキシャル成長させることにより、高い発光効率の窒化物蛍光体を粒状で得ることができることを見出した。本発明者等は、この知見に基づき鋭意研究を重ねた結果、本発明をなすに至ったものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have studied the characteristics and the like of a large number of nitride-based compounds having fluorescence, and the formula M 1 a M 2 b N c (where M 1 is Mg, One or more elements selected from the group consisting of Ca, Sr, Ba and Zn, and M 2 is one or more elements selected from the group consisting of Al, Ga and In, and c = (2a / 3 It is found that a nitride phosphor having high luminous efficiency can be obtained in a granular form by heteroepitaxially growing a compound represented by (2) + b and 0 ≦ a and 0 <b) on a plate-like particle. It was. As a result of intensive studies based on this finding, the present inventors have made the present invention.

請求項1の発明によれば、式M1 a 2 b c (ただし、M1 は、Mg、Ca、Sr、Ba及びZnからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、M2 は、Al、Ga及びInからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、c=(2a/3)+bであり、0≦aかつ0<bである)で示される化合物を、板状の粒子上にヘテロエピタキシャル成長させてなることを特徴とする蛍光体が提案される。 According to the invention of claim 1, wherein M 1 a M 2 b N c ( however, M 1 is, Mg, Ca, Sr, at least one element selected from the group consisting of Ba and Zn, M 2 Is one or more elements selected from the group consisting of Al, Ga and In, c = (2a / 3) + b, and 0 ≦ a and 0 <b). There is proposed a phosphor characterized by heteroepitaxial growth on the particles.

請求項2の発明によれば、請求項1に記載の発明において、M1 がZnである蛍光体が提案される。 According to the invention of claim 2, in the invention of claim 1, a phosphor in which M 1 is Zn is proposed.

請求項3の発明によれば、請求項1又は2に記載の発明において、M2 がGaである蛍光体が提案される。 According to the invention of claim 3, in the invention of claim 1 or 2, a phosphor in which M 2 is Ga is proposed.

請求項4の発明によれば、請求項1、2又は3に記載の発明において、前記化合物に不純物がドーピングされている蛍光体が提案される。   According to a fourth aspect of the present invention, there is proposed a phosphor according to the first, second or third aspect, wherein the compound is doped with impurities.

請求項5の発明によれば、請求項1、2、3又は4に記載の発明において、前記ドーパントがSiである蛍光体が提案される。   According to invention of Claim 5, in the invention of Claim 1, 2, 3 or 4, the fluorescent substance whose said dopant is Si is proposed.

請求項6の発明によれば、請求項1、2、3、4又は5に記載の発明において、前記粒子がAl2 3 である蛍光体が提案される。 According to the invention of claim 6, in the invention of claim 1, 2, 3, 4 or 5, a phosphor is proposed in which the particles are Al 2 O 3 .

請求項7の発明によれば、請求項1、2、3、4、5又は6に記載の発明において、前記粒子がα−Al2 3 である蛍光体が提案される。 According to the invention of claim 7, in the invention of claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, a phosphor in which the particles are α-Al 2 O 3 is proposed.

請求項8の発明によれば、請求項1、2、3、4、5、6又は7に記載の発明において、前記粒子が六方晶構造を有し、前記化合物が前記粒子のC面上に成長している蛍光体が提案される。   According to the invention of claim 8, in the invention of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, the particles have a hexagonal crystal structure, and the compound is on the C-plane of the particles. Growing phosphors are proposed.

請求項9の発明によれば、請求項1、2、3、4、5、6、7又は8に記載の発明において、前記粒子の高さ方向の粒径をH、底面最長粒径をDとした時のD/H比が1〜30である蛍光体が提案される。   According to the invention of claim 9, in the invention of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, the particle size in the height direction of the particles is H, and the longest bottom particle size is D. A phosphor having a D / H ratio of 1 to 30 is proposed.

請求項10の発明によれば、請求項1〜9のいずれかに記載の蛍光体を製造する方法であって、基板上に結晶面を有する粒子を配置し、粒子が配置された基板上に前記化合物をヘテロエピタキシャル成長した後、前記化合物が成長した粒子を基板から剥離することによって蛍光体を製造することを特徴とする蛍光体の製造方法が提案される。   According to the invention of claim 10, there is provided a method for producing the phosphor according to any one of claims 1 to 9, wherein particles having crystal faces are arranged on a substrate, and the particles are arranged on the substrate. A phosphor manufacturing method is proposed, in which after the compound is heteroepitaxially grown, the phosphor is manufactured by peeling off the particles on which the compound has grown from the substrate.

請求項11の発明によれば、請求項10に記載の発明において、前記基板が、SiO2 基板又はSiO2 薄膜が表面に形成されている基板である蛍光体の製造方法が提案される。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is proposed a method for manufacturing a phosphor according to the tenth aspect, wherein the substrate is a SiO 2 substrate or a substrate on which a SiO 2 thin film is formed.

請求項12の発明によれば、請求項10又は11に記載の発明において、前記へテロエピタキシャル成長が有機金属気相成長法である蛍光体の製造方法が提案される。   According to the invention of claim 12, in the invention of claim 10 or 11, a method for producing a phosphor is proposed in which the heteroepitaxial growth is a metal organic vapor phase epitaxy method.

本発明による粒状の蛍光体は、熱安定性に優れるため、白色LED用として有用である。また、本発明による蛍光体は導電性であるため、FED用に有効に使用することができる。さらに、本発明によれば、蛍光体は結晶性が良いため高い輝度の発光を示し、また、一度に多量の蛍光体の生産が可能であり、工業的に極めて有用である。   Since the granular phosphor according to the present invention is excellent in thermal stability, it is useful for white LEDs. Further, since the phosphor according to the present invention is conductive, it can be used effectively for FED. Furthermore, according to the present invention, since the phosphor has good crystallinity, it emits light with high luminance, and a large amount of phosphor can be produced at one time, which is extremely useful industrially.

以下、本発明の実施の形態の一例について詳しく説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail.

本発明の蛍光体は、式(1)
1 a 2 b c (1)
で示される化合物である蛍光物質を、成長基材となる粒子(基材粒子)上に適宜の成長法を用いて成長させたものである。
The phosphor of the present invention has the formula (1)
M 1 a M 2 b N c (1)
A fluorescent substance, which is a compound represented by the formula (1), is grown on a particle serving as a growth substrate (substrate particle) using an appropriate growth method.

上式(1)において、M1 は2族の金属元素である。M1 はMg、Ca、Sr、Ba及びZnからなる群より選ばれる1種以上が挙げられ、好ましくはCa、Mg及びZnからなる群より選ばれる1種以上であり、さらに好ましくはZnである。 In the above formula (1), M 1 is a Group 2 metal element. M 1 is one or more selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba and Zn, preferably one or more selected from the group consisting of Ca, Mg and Zn, and more preferably Zn. .

2 は3族の金属元素である。M2 はAl、Ga及びInからなる群より選ばれる1種以上が挙げられ、好ましくはGa及びInからなる群より選ばれる1種以上であり、さらに好ましくはGaである。 M 2 is a Group 3 metal element. M 2 includes at least one selected from the group consisting of Al, Ga and In, preferably at least one selected from the group consisting of Ga and In, and more preferably Ga.

式(1)のa、b、c間においては、c=(2a/3)+bの関係を満たす必要があり、0≦aかつ0<bである。以上の条件が満たされていると、この蛍光体は近紫外線〜青紫光、さらには近紫外線〜青色光の波長範囲の光により励起され、高い輝度を示す蛍光体となる。また、この蛍光体は電子線照射により高い輝度を示す蛍光体となる。ここで、M1 とM2 のモル比a/bは0.00001以上0.001以下が好ましく、0.00004以上0.0005以下がより好ましく、0.0001以上0.0003以下が特に好ましい。 Between a, b, and c in Formula (1), it is necessary to satisfy the relationship of c = (2a / 3) + b, and 0 ≦ a and 0 <b. When the above conditions are satisfied, this phosphor is excited by light in the wavelength range of near ultraviolet to blue-violet light, and further from near ultraviolet to blue light, and becomes a phosphor exhibiting high luminance. Further, this phosphor becomes a phosphor exhibiting high luminance by electron beam irradiation. Here, the molar ratio a / b between M 1 and M 2 is preferably 0.00001 or more and 0.001 or less, more preferably 0.00004 or more and 0.0005 or less, and particularly preferably 0.0001 or more and 0.0003 or less.

上記蛍光体には不純物がドーピングされていることが好ましい。不純物としては、Si、O、Ge、Sn、Pbが好ましく、より好ましくはSi、O、Geであり、Siが最も好ましい。   The phosphor is preferably doped with impurities. As the impurities, Si, O, Ge, Sn, and Pb are preferable, Si, O, and Ge are more preferable, and Si is most preferable.

蛍光体は、微粒子等の基材粒子の表面に上述した蛍光物質をヘテロエピタキシャル成長させて設けることにより得られる。このため、基材粒子はその成長プロセスに耐えられるものでなければならない。すなわち、窒化物蛍光体を形成する条件は1000℃近い高温、及びNH3 などの還元雰囲気が必要となるからである。また、蛍光物質がその基材粒子に選択的に形成される必要がある。これらの条件を満足する基材粒子の材料としては、Al2 3 、Si、SiC、AlN、MgAl2 4 、LiTaO3 などがあり、Al2 3 、Si、SiCが好ましく、さらに好ましくはAl2 3 であり、α−アルミナが特に好ましい。 The phosphor can be obtained by heteroepitaxially growing the above-described phosphor on the surface of a base particle such as fine particles. For this reason, the substrate particles must be able to withstand the growth process. That is, the condition for forming the nitride phosphor requires a high temperature close to 1000 ° C. and a reducing atmosphere such as NH 3 . In addition, the fluorescent material needs to be selectively formed on the substrate particles. Examples of the material for the base material particles that satisfy these conditions include Al 2 O 3 , Si, SiC, AlN, MgAl 2 O 4 , LiTaO 3, etc., preferably Al 2 O 3 , Si, and SiC, and more preferably Al 2 O 3 and α-alumina is particularly preferred.

本発明の蛍光体を形成するに必要な基材粒子(微粒子)は、蛍光物質の形成しやすさの面から、特定の結晶構造を有し、しかも成長方向を適切に選択することが重要である。結晶構造は六方晶系であることが好ましく、成長方向はC軸方向であることが好ましい。   The substrate particles (fine particles) necessary for forming the phosphor of the present invention have a specific crystal structure from the viewpoint of easy formation of the fluorescent material, and it is important to appropriately select the growth direction. is there. The crystal structure is preferably a hexagonal system, and the growth direction is preferably the C-axis direction.

基材粒子上に蛍光物質を成長させる場合、適宜の大きさの基板上に多数の基材粒子を配した状態で蛍光物質を結晶成長させる方法が使用できる。このような方法を採用する場合、本発明の蛍光体を形成するために用いる微粒子は、基板上に重なることなく均一に分布させることが必要である。基材粒子(微粒子)が板状の結晶であり、該結晶の高さ方向の粒径をH、底面最長粒径をDとした時のD/H比が1〜30であることにより、重なりのない均一な分布が実現される。   When the fluorescent material is grown on the base material particles, a method of crystal growth of the fluorescent material in a state where a large number of base material particles are arranged on a substrate having an appropriate size can be used. When such a method is adopted, the fine particles used for forming the phosphor of the present invention must be uniformly distributed without overlapping on the substrate. The substrate particles (fine particles) are plate-like crystals, and the D / H ratio is 1 to 30 when the crystal grain size in the height direction is H and the longest bottom grain size is D. A uniform distribution without any problem is realized.

基板上に基材粒子を配し、ヘテロエピタキシャル成長により該基材粒子上に蛍光物質を結晶成長させると、蛍光物質は、基材粒子の表面に結晶成長するほか、基板表面上にも結晶成長する可能性がある。基材粒子に蛍光物質を結晶成長させることにより得られた蛍光体粒子を基板から分離するためには、基板上に蛍光物質が結晶形成しない方が望ましい。式(1)で示される蛍光物質が形成されない基板としては、SiO2 基板、又はSiO2 薄膜をSiO2 基板以外の他の基板上に形成した基板が好ましい。しかし、SiO2 薄膜をSiO2 基板以外の基板上に形成したものが特に好ましい。 When base particles are arranged on a substrate and a fluorescent substance is crystal-grown on the base particles by heteroepitaxial growth, the phosphor grows on the surface of the base particles as well as on the substrate surface. there is a possibility. In order to separate the phosphor particles obtained by crystal growth of the fluorescent material on the base material particles from the substrate, it is desirable that the fluorescent material does not form crystals on the substrate. As the substrate on which the fluorescent material represented by the formula (1) is not formed, a SiO 2 substrate or a substrate in which a SiO 2 thin film is formed on a substrate other than the SiO 2 substrate is preferable. However, it is particularly preferable that the SiO 2 thin film is formed on a substrate other than the SiO 2 substrate.

基材粒子上に蛍光物質を形成する方法としては、有機金属気相成長法(MOVPE)、分子線エピタキシー法(MBE)、ハイドライド気層成長法(HVPE)、パルスレーザー積層法(PLD)などを用いことができるが、MOCVD法、MBE法が好ましい。   As a method for forming a fluorescent substance on the substrate particles, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE), molecular beam epitaxy (MBE), hydride vapor deposition (HVPE), pulsed laser deposition (PLD), etc. Although it can be used, MOCVD method and MBE method are preferable.

次に、本発明による蛍光体を製造する方法の一実施例について説明する。
先ず、サファイアなどの基板に蒸着によりSiO2 薄膜を形成する。基材粒子となる板状の微粒子を超純水などでスラリー状にし、スピンコーターなどでSiO2 薄膜が形成されている基板(以下、単に基板と称することがある)上に塗布する。このような方法を用いることで、微粒子を所要の基板上に重なり合うことなく配置させることができる。基板上への微粒子の配置は、例えば微粒子と媒体を含むスラリー中へ基板を浸漬する方法、又は、スラリーを基板に塗布又は噴霧する方法で行うことができる。板状の微粒子を用いると、基板上にスラリーを塗布した後別の基板で挟み込み、しかる後、後者の基板を取り除くことで、板状の微粒子を比較的平坦面で基板上に配置することが可能である。用いることができる媒体は、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、エチレングリコール、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等であり、好ましくは水である。乾燥後、微粒子は分子間力により基板に固定される。
Next, an example of a method for producing the phosphor according to the present invention will be described.
First, a SiO 2 thin film is formed on a substrate such as sapphire by vapor deposition. Plate-like fine particles serving as base particles are made into a slurry form with ultrapure water or the like, and applied onto a substrate (hereinafter sometimes simply referred to as a substrate) on which a SiO 2 thin film is formed by a spin coater or the like. By using such a method, the fine particles can be arranged on the required substrate without overlapping. The fine particles can be arranged on the substrate by, for example, a method of immersing the substrate in a slurry containing fine particles and a medium, or a method of applying or spraying the slurry to the substrate. When plate-like fine particles are used, the slurry is applied to the substrate and then sandwiched between different substrates, and then the latter substrate is removed, so that the plate-like fine particles can be placed on the substrate on a relatively flat surface. Is possible. The medium that can be used is water, methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, ethylene glycol, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, etc., preferably water. After drying, the fine particles are fixed to the substrate by intermolecular force.

基板上の微粒子に蛍光物質を結晶成長させるためのエピタキシャル成長には、例えばMOVPE装置を用いることができる。この場合、2族原料ガスとしては、Mg、Ca、Sr、Ba及びZnからなる群より選ばれた1種以上の元素の有機金属化合物を混合して用いる。有機金属基としては、ジメチル基、ジエチル基、ビスシクロペンタジエニル基、ビスメチルシクロペンタジエニル基、ビスエチルシクロペンタジエニル基などが例示される。   For example, a MOVPE apparatus can be used for epitaxial growth for crystal growth of a fluorescent substance on fine particles on a substrate. In this case, as the group 2 source gas, an organic metal compound of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, and Zn is used in combination. Examples of the organometallic group include a dimethyl group, a diethyl group, a biscyclopentadienyl group, a bismethylcyclopentadienyl group, and a bisethylcyclopentadienyl group.

ガリウム原料ガス、アルミニウム原料ガス、インジウム原料ガスとしては、各金属原子に炭素数が1から3のアルキル基もしくは水素が結合した、トリアルキル化物もしくは三水素化物が、通常用いられる。例えばGaの原料としてはトリメチルガリウム((CH3 3 Ga)、トリエチルガリウム((C2 5 3 Ga)などを用いることができる。 As the gallium source gas, aluminum source gas, and indium source gas, trialkylates or trihydrides in which an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or hydrogen is bonded to each metal atom are usually used. For example, trimethylgallium ((CH 3 ) 3 Ga), triethylgallium ((C 2 H 5 ) 3 Ga), or the like can be used as a raw material for Ga.

窒素原料としてはアンモニアを通常使用するが、ヒドラジン、メチルヒドラジン、1,1−ジメチルヒドラジン、1,2−ジメチルヒドラジン、t−ブチルアミン、エチレンジアミンなどが挙げられる。これらは単独でまたは任意の組み合わせで混合して用いることができる。これらの原料のうち、アンモニアとヒドラジンは、分子中に炭素原子を含まないため、半導体中への炭素の汚染が少なく好適である。   As the nitrogen raw material, ammonia is usually used, and examples thereof include hydrazine, methyl hydrazine, 1,1-dimethylhydrazine, 1,2-dimethylhydrazine, t-butylamine, and ethylenediamine. These can be used alone or in any combination. Among these raw materials, ammonia and hydrazine are preferable because they do not contain carbon atoms in their molecules and thus cause less carbon contamination in the semiconductor.

成長時雰囲気ガス及び有機金属原料のキャリアガスとしては、窒素、水素、アルゴン、ヘリウムなどの気体を単独あるいは混合して用いることができる。水素ガス、ヘリウムガス雰囲気中では原料の前分解が抑制されるため、水素ガス、ヘリウムガスがキャリアガスとしてより好ましい。   As the growth atmosphere gas and the carrier gas for the organometallic raw material, gases such as nitrogen, hydrogen, argon, and helium can be used alone or in combination. Since the pre-decomposition of the raw material is suppressed in a hydrogen gas or helium gas atmosphere, hydrogen gas or helium gas is more preferable as the carrier gas.

MOVPE法により、本発明による蛍光体を製造するのに使用される気相成長半導体製造装置の一例の概略を図1に示す。気相成長半導体製造装置は、図示していない原料供給装置から原料ガスが原料供給ライン1を通じて供給される反応炉2を備えている。反応炉2内には基板3を加熱するためのサセプタ4が設けられている。サセプタ4は多角柱体であり、その表面には基板3が複数枚取り付けられている。ここで、基板3の各表面の図示しないSiO2 層上には、それぞれ、基材粒子である板状の微粒子(図示せず)が上述の如くして均一に塗布された状態となっている。 FIG. 1 shows an outline of an example of a vapor growth semiconductor manufacturing apparatus used for manufacturing the phosphor according to the present invention by the MOVPE method. The vapor phase growth semiconductor manufacturing apparatus includes a reaction furnace 2 in which a source gas is supplied through a source supply line 1 from a source supply apparatus (not shown). A susceptor 4 for heating the substrate 3 is provided in the reaction furnace 2. The susceptor 4 is a polygonal column, and a plurality of substrates 3 are attached to the surface thereof. Here, on the SiO 2 layer (not shown) on each surface of the substrate 3, plate-like fine particles (not shown), which are base material particles, are uniformly applied as described above. .

サセプタ4は回転装置5によって回転できる構造となっている。サセプタ4の内部には、サセプタ4を加熱するための赤外線ランプ6が備えられている。赤外線ランプ6に加熱用電源7から加熱用の電流を流すことにより、基板3を所望の成長温度に加熱することができる。この加熱により、原料供給ライン1を通じて反応炉2に供給される原料ガスが基板3上で熱分解し、基板3上に塗布されている図示しない微粒子の表面に所望の化合物を気相成長させることができるようになっている。反応炉2に供給された原料ガスのうち未反応の原料ガスは、排気ポート8より反応器の外部に排出され、図示しない排ガス処理装置へ送られる。   The susceptor 4 has a structure that can be rotated by a rotating device 5. An infrared lamp 6 for heating the susceptor 4 is provided inside the susceptor 4. The substrate 3 can be heated to a desired growth temperature by supplying a heating current from the heating power source 7 to the infrared lamp 6. By this heating, the raw material gas supplied to the reaction furnace 2 through the raw material supply line 1 is thermally decomposed on the substrate 3, and a desired compound is vapor-grown on the surface of fine particles (not shown) coated on the substrate 3. Can be done. Of the raw material gas supplied to the reaction furnace 2, unreacted raw material gas is discharged from the exhaust port 8 to the outside of the reactor and sent to an exhaust gas treatment device (not shown).

このようにして基板上の微粒子に蛍光物質を結晶を成長させることにより得られた粒状の蛍光体は、基板と分子間力のみで結びついているため、極めて弱い力で基板から削り取ることができる。削り取りにより基板から分離した粒状の蛍光体は、そのまま各種発光素子用の蛍光体として使用することもできる。また、エッチングによる粉砕、分球などにより、基板部分と分けて使用することも可能である。さらに、本発明の蛍光体を基板上から削り取らずに、レーザアブレーション、マグネトロンスパッタ、プラズマCVDなどの手法で発光素子上への積層してもよい。   Since the granular phosphor obtained by growing the crystal of the fluorescent substance on the fine particles on the substrate in this way is connected to the substrate only by the intermolecular force, it can be scraped off from the substrate with a very weak force. The granular phosphor separated from the substrate by scraping can also be used as a phosphor for various light emitting devices. It can also be used separately from the substrate portion by pulverization by etching, dividing ball, or the like. Further, the phosphor of the present invention may be laminated on the light emitting element by a technique such as laser ablation, magnetron sputtering, plasma CVD or the like without scraping off the substrate.

本発明の蛍光体は、特定の種類の蛍光体を単独で用いることができる。しかし、本発明の蛍光体を、複数の発光色のものを組合せて用い、発光素子の発光面に設置して発光装置とすることもできる。蛍光体の発光色を、例えば、青色と黄色との組み合せ、赤色と緑色との組み合せ、赤色と緑色と青色との組み合せ等にすることより、蛍光色を調整することができる。特に、混合した蛍光色の光が目視で白色となるよう組み合せる蛍光体の各量を調整して、組み合せた蛍光体を発光素子の発光面に設置することにより、輝度の高い白色発光装置を製造することができる。   As the phosphor of the present invention, a specific type of phosphor can be used alone. However, the phosphor of the present invention can be used in combination with a plurality of emission colors, and can be installed on the light emitting surface of the light emitting element to form a light emitting device. The fluorescent color can be adjusted by changing the emission color of the phosphor to, for example, a combination of blue and yellow, a combination of red and green, a combination of red, green and blue. In particular, by adjusting the amount of the phosphors to be combined so that the mixed fluorescent color light is visually white, the combined phosphors are placed on the light emitting surface of the light emitting element, so that a white light emitting device with high brightness can be obtained. Can be manufactured.

以下、本発明の実施例及び比較例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
基板として、サファイアのC面を鏡面研磨したものの表面に、蒸着法によりSiO2 を100nm形成したものを用いた。このようにして形成された基板上に板状のαアルミナ粒子(平均長径40μm,平均厚さ2μm)(商品名スミコランダム:住友化学社製)を超純水によりスラリー状にしたものをスピンコーターにより塗布した。水スラリーを塗布した基板を、別のサファイア基板で挟み込み、後者のサファイア基板をスライドさせて除去した。乾燥後、X線回折装置により基板上に配置されているアルミナ粒子がC面配向していることを確認し、基板を気相成長装置に導入した。
Example 1
As the substrate, a sapphire whose C surface was mirror-polished and having a SiO 2 layer of 100 nm formed by vapor deposition was used. A spin coater obtained by slurrying plate-like α-alumina particles (average major axis 40 μm, average thickness 2 μm) (trade name Sumiko Random: manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) with ultrapure water on the substrate thus formed. Was applied. The substrate to which the water slurry was applied was sandwiched between different sapphire substrates, and the latter sapphire substrate was slid and removed. After drying, it was confirmed by an X-ray diffractometer that the alumina particles arranged on the substrate were C-plane oriented, and the substrate was introduced into a vapor phase growth apparatus.

気相成長には常圧MOVPE法を用いた。成長方法については、低温成長バッファ層としてGaNを用いる2段階成長法を用いた。1気圧で、サセプタの温度を485℃、キャリアガスを水素とし、キャリアガス、窒素原料としてアンモニア、Ga原料としてトリメチルガリウム(以下TMGと略記することがある)をそれぞれ60slm、40slm、9.6sccm供給して、成長時間5分で厚みが約500ÅのGaNバッファ層を成長した。次に、サセプタの温度を960℃にしたのち、キャリアガス、アンモニア及びTMGをそれぞれ60slm、40slm、40sccm、さらにジメチル亜鉛(以下DMZnと略記することがある)を400sccm供給して、成長時間60分で厚さが約3μmのZna1Gab1c1を成長した。そのときのモル比(a/b)は0.000091であった。その後キャリアガスを水素のままで反応炉温度を室温まで冷却して反応炉から取出した。ただし、slm及びsccmとは気体の流量の単位で1slmは1分当たり、標準状態で1リットルの体積を占める重量の気体が流れていることを示し、1000sccmは1slmに相当する。 The atmospheric pressure MOVPE method was used for the vapor phase growth. As a growth method, a two-stage growth method using GaN as a low temperature growth buffer layer was used. At 1 atmosphere, susceptor temperature is 485 ° C., carrier gas is hydrogen, carrier gas, ammonia as nitrogen source, and trimethylgallium (hereinafter sometimes abbreviated as TMG) as Ga source are supplied at 60 slm, 40 slm, and 9.6 sccm, respectively. Then, a GaN buffer layer having a thickness of about 500 mm was grown in a growth time of 5 minutes. Next, after the temperature of the susceptor was set to 960 ° C., carrier gas, ammonia and TMG were supplied at 60 slm, 40 slm, and 40 sccm, respectively, and dimethyl zinc (hereinafter sometimes abbreviated as DMZn) at 400 sccm, and the growth time was 60 minutes. Then, Zn a1 Ga b1 N c1 having a thickness of about 3 μm was grown. The molar ratio (a / b) at that time was 0.000091. Thereafter, the temperature of the reactor was cooled to room temperature while the carrier gas was kept as hydrogen, and the carrier gas was taken out from the reactor. However, slm and sccm are units of gas flow rate. 1 slm indicates that a gas having a weight occupying a volume of 1 liter in a standard state flows per minute, and 1000 sccm corresponds to 1 slm.

このようにして得られた蛍光体1(実施例1)の発光特性を、蛍光分光光度計(日本分光株式会社製)を用い、得られる励起スペクトル及び発光スペクトルにより評価した。評価は基板から蛍光体1を剥がさずそのままで実施した。発光スペクトルは、励起波長を近紫外光、青色光、及び緑色光の範囲で測定した。蛍光体1は、370nm以下の波長の光により励起され、波長430nm付近に最大発光強度を有する青色発光を示すことがわかった。測定結果を図2に示すと共に、励起スペクトルと近紫外光(365nm)で励起して得られた発光スペクトルを図3に示した。発光強度は粒状の蛍光体1が基板全面を覆いつくした値に換算した。蛍光体1に含まれるZnのモル比(Zn原子量/Ga原子量)は二次イオン質量分析SIMSにより測定した。   The emission characteristics of the phosphor 1 thus obtained (Example 1) were evaluated from the obtained excitation spectrum and emission spectrum using a fluorescence spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation). The evaluation was performed without removing the phosphor 1 from the substrate. In the emission spectrum, the excitation wavelength was measured in the range of near ultraviolet light, blue light, and green light. It was found that the phosphor 1 was excited by light having a wavelength of 370 nm or less and emitted blue light having a maximum emission intensity in the vicinity of a wavelength of 430 nm. The measurement result is shown in FIG. 2 and the excitation spectrum and the emission spectrum obtained by excitation with near ultraviolet light (365 nm) are shown in FIG. The emission intensity was converted to a value in which the granular phosphor 1 covered the entire surface of the substrate. The molar ratio (Zn atomic weight / Ga atomic weight) of Zn contained in the phosphor 1 was measured by secondary ion mass spectrometry SIMS.

(実施例2)
DMZnの供給を200sccmとし、モル比(a/b)が0.000046であることを除き、実施例1と同様にして蛍光体2(実施例2)を作製した。この蛍光体2の発光特性を実施例1と同様に蛍光分光光度計(日本分光株式会社製)を用い、評価した。得られた結果を図2に示した。
(Example 2)
A phosphor 2 (Example 2) was produced in the same manner as in Example 1 except that the supply of DMZn was 200 sccm and the molar ratio (a / b) was 0.000046. The light emission characteristics of the phosphor 2 were evaluated using a fluorescence spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation) in the same manner as in Example 1. The obtained results are shown in FIG.

(実施例3)
DMZnの供給量を800sccmとし、モル比(a/b)が0.000182であることを除き、実施例1と同様にして、蛍光体3(実施例3)を作製した。この蛍光体3の発光特性を実施例1と同様に蛍光分光光度計(日本分光株式会社製)を用い、評価した。得られた結果を図2に示した。
(Example 3)
A phosphor 3 (Example 3) was produced in the same manner as in Example 1 except that the supply amount of DMZn was 800 sccm and the molar ratio (a / b) was 0.000182. The light emission characteristics of the phosphor 3 were evaluated using a fluorescence spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation) in the same manner as in Example 1. The obtained results are shown in FIG.

(比較例1、2、3)
SiO2 蒸着及びαアルミナ塗布を伴わないサファイア基板を用いる以外は、実施例1、2、3と同様にして、実施例1、2、3にそれぞれ対応する比較例1、2、3(蛍光体4、5、6)を得た(図2参照)。これらの蛍光体4、5、6を、実施例1と同様に励起スペクトル及び発光スペクトルにより評価した。その測定結果を図2に示す。蛍光体4(比較例1)の励起スペクトルと近紫外光(365nm)で励起して得られた発光スペクトルとその測定結果を図4に示した。また図5に、近紫外光で励起して得られた蛍光体4の発光スペクトルと蛍光体1のそれとを示す。
(Comparative Examples 1, 2, 3)
Comparative Examples 1, 2, and 3 (phosphor) corresponding to Examples 1, 2, and 3 in the same manner as Examples 1, 2, and 3 except that a sapphire substrate without SiO 2 deposition and α-alumina coating was used. 4, 5, 6) were obtained (see FIG. 2). These phosphors 4, 5, and 6 were evaluated by the excitation spectrum and the emission spectrum in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in FIG. FIG. 4 shows the excitation spectrum of phosphor 4 (Comparative Example 1), the emission spectrum obtained by excitation with near ultraviolet light (365 nm), and the measurement results. FIG. 5 shows the emission spectrum of phosphor 4 obtained by excitation with near ultraviolet light and that of phosphor 1.

(比較例4)
基材粒子として板状でないαアルミナを用いたことを除いては、実施例1と同様にして比較例4(蛍光体7)を作製した。板状でないαアルミナを実施例1の場合と同様にして基板上に塗布し、乾燥後、X線回折装置により粒子がランダムに配向していることを確認した。以降の実施条件は全て実施例1と同様にして、蛍光体7を得た。この蛍光体7を励起スペクトル及び発光スペクトルにより評価した結果を図2に示す。
(Comparative Example 4)
Comparative Example 4 (phosphor 7) was produced in the same manner as in Example 1 except that α-alumina that was not plate-shaped was used as the base particle. Α-alumina that is not plate-like was applied onto the substrate in the same manner as in Example 1, and after drying, it was confirmed that the particles were randomly oriented by an X-ray diffractometer. The subsequent implementation conditions were the same as in Example 1, and a phosphor 7 was obtained. FIG. 2 shows the results of evaluating this phosphor 7 based on the excitation spectrum and the emission spectrum.

本発明の蛍光体の製造に用いる有機金属気相成長半導体製造装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the metal-organic vapor phase growth semiconductor manufacturing apparatus used for manufacture of the fluorescent substance of this invention. 本発明の実施例1〜3と比較例1〜4との発光特性の測定結果を表にして示す図。The figure which shows the measurement result of the light emission characteristic of Examples 1-3 of this invention and Comparative Examples 1-4 as a table | surface. 実施例1の発光特性を示すグラフ。3 is a graph showing the light emission characteristics of Example 1. 比較例1の発光特性を示すグラフ。6 is a graph showing the light emission characteristics of Comparative Example 1. 実施例1と比較例1との発光特性比較を示すグラフ。5 is a graph showing a comparison of light emission characteristics between Example 1 and Comparative Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 原料供給ライン
2 反応炉
3 成長基板
4 サセプタ
5 回転装置
6 赤外線ランプ
7 加熱用電源
8 排気ポート
1 Raw material supply line 2 Reactor 3 Growth substrate 4 Susceptor 5 Rotating device 6 Infrared lamp 7 Power supply for heating 8 Exhaust port

Claims (12)

式M1 a 2 b c (ただし、M1 は、Mg、Ca、Sr、Ba及びZnからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、M2 は、Al、Ga及びInからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、c=(2a/3)+bであり、0≦aかつ0<bである)で示される化合物を、板状の粒子上にヘテロエピタキシャル成長させてなることを特徴とする蛍光体。 Formula M 1 a M 2 b N c (where M 1 is one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba and Zn, and M 2 consists of Al, Ga and In) A compound represented by one or more elements selected from the group, c = (2a / 3) + b, and 0 ≦ a and 0 <b) is heteroepitaxially grown on a plate-like particle. A phosphor characterized by that. 1 がZnである請求項1に記載の蛍光体。 The phosphor according to claim 1, wherein M 1 is Zn. 2 がGaである請求項1又は2に記載の蛍光体。 The phosphor according to claim 1, wherein M 2 is Ga. 前記化合物に不純物がドーピングされている請求項1、2又は3に記載の蛍光体。   The phosphor according to claim 1, 2 or 3, wherein the compound is doped with an impurity. 前記ドーパントがSiである請求項1、2、3又は4に記載の蛍光体。   The phosphor according to claim 1, wherein the dopant is Si. 前記粒子がAl2 3 である請求項1、2、3、4又は5に記載の蛍光体。 The phosphor according to claim 1, 2, 3, 4 or 5 wherein the particles is Al 2 O 3. 前記粒子がα−Al2 3 である請求項1、2、3、4、5又は6に記載の蛍光体。 The phosphor according to claim 1, 2, 3 , 4, 5 or 6, wherein the particles are α-Al 2 O 3 . 前記粒子が六方晶構造を有し、前記化合物が前記粒子のC面上に成長している請求項1、2、3、4、5、6又は7に記載の蛍光体。   The phosphor according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, wherein the particles have a hexagonal crystal structure and the compound is grown on a C-plane of the particles. 前記粒子の高さ方向の粒径をH、底面最長粒径をDとした時のD/H比が1〜30である請求項1、2、3、4、5、6、7又は8に記載の蛍光体。   The D / H ratio when the particle size in the height direction of the particles is H and the longest bottom particle size is D is 1 to 30. Claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8 The phosphor described. 請求項1〜9のいずれかに記載の蛍光体を製造する方法であって、基板上に結晶面を有する粒子を配置し、粒子が配置された基板上に前記化合物をヘテロエピタキシャル成長した後、前記化合物が成長した粒子を基板から剥離することによって蛍光体を製造することを特徴とする蛍光体の製造方法。   A method for producing the phosphor according to any one of claims 1 to 9, wherein particles having a crystal plane are arranged on a substrate, and the compound is heteroepitaxially grown on the substrate on which the particles are arranged. A method for producing a phosphor, comprising producing a phosphor by peeling off particles on which a compound has grown from a substrate. 前記基板が、SiO2 基板又はSiO2 薄膜が表面に形成されている基板である請求項10に記載の蛍光体の製造方法。 It said substrate a phosphor manufacturing method according to claim 10 SiO 2 substrate or SiO 2 thin film is a substrate which is formed on the surface. 前記へテロエピタキシャル成長が有機金属気相成長法である請求項10又は11に記載の蛍光体の製造方法。   The method for producing a phosphor according to claim 10 or 11, wherein the heteroepitaxial growth is a metal organic chemical vapor deposition method.
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