JP4340753B2 - 高輝度紫外線発光六方晶窒化ホウ素単結晶とその製造方法及び高輝度紫外線発光素子 - Google Patents
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Description
、hBNが安定に生成する温度、圧力条件に設定し、hBN単結晶の合成を試みたとの報告がされている(非特許文献1)。しかしながら、この合成実験で用いた育成溶媒からは着色したcBN結晶が得られ、付随的に生成したhBN結晶の発光挙動については、高輝度の短波長発光は、全く示されていない。
(1)酸素を含有しないアルカリ土類金属のホウ窒化物を溶媒として、または、酸素を含有しないアルカリ金属のホウ窒化物及び酸素を含有しないアルカリ土類金属のホウ窒化物を溶媒として、窒化ホウ素を原料に用いて再結晶することにより得られる、少なくとも室温において波長215nmに最大発光強度を有する紫外線発光を有してなる高純度六方晶窒化ホウ素単結晶の製造方法。
低圧相による窒化ホウ素を原料とし、該原料を高純度溶媒を用いて溶解し、再結晶化することにより、従来技術、先行技術では得ることのできなかった、波長235nm以下といった短波長領域での発光、特に波長215nm近傍において高輝度紫外線発光を示す高純度hBN単結晶を提供することができるものである。
真空中で1500℃、窒素気流中で2000℃の熱処理による脱酸素処理を施した六方晶窒化ホウ素焼結体(粒径約0.5μm)をホウ窒化バリウム溶媒とともに高圧容器内のモリブデンカプセルに充填した。これらの溶媒の調整並びに試料のカプセルへの充填は、すべて乾燥窒素雰囲気中で行った。高圧反応容器をベルト型超高圧力発生装置により2.5万気圧、1700℃、の圧力、温度条件で20時間処理した。昇温速度は50℃/分程度であった。500℃/分程度で冷却後、除圧し試料を圧力容器内のモリブデンカプセルと共に回収した。
機械的又は化学処理(塩酸−硝酸混液)によりモリブデンカプセルを除去し試料を回収した。無色、透明で六角柱状の結晶(1〜3mm程度)が得られ、その評価は光学顕微鏡観察、SEM観察、X線回折による相の同定、ならびに光学的特性の評価(透過率、カソードルミネッセンス)を行った。結晶粒子のX線回折図形より、結晶はhBN単相であることが確かめられた。カソードルミネッセンス観察では図2に示すように室温において波長215nm近傍に単峰性の高輝度の紫外線発光が、また、図3に示すように温度83Kにおいて210nmから235nmにおいて紫外線発光スペクトル(図中上向き矢印↑で示す)が観測された。
光吸収測定では、波長2500nmから200nm近傍にかけて高い透過率を示し、図3に示すように温度8Kにおいて波長208nmと213nmに光吸収構造(図中下向き矢印↓で示す)が観測された。
真空中で1500℃、窒素気流中で2000℃の熱処理による脱酸素処理を施した六方晶窒化ホウ素焼結体(粒径約0.5μm)をホウ窒化バリウムとホウ窒化リチウムを重量比1:1で混合した溶媒とともにモリブデンカプセルに充填した。実施例1と同様の方法で高圧処理を行い、試料を回収した。回収した試料は実施例1同様の形態であり、hBN結晶であることが確かめられ、カソードルミネッセンス測定により波長215nmに高輝度の発光と共に、300nm付近のブロードな発光が観測された。
真空中で1500℃、窒素気流中で2000℃の熱処理による脱酸素処理を施した六方晶窒化ホウ素焼結体(粒径約0.5μm)をホウ窒化バリウムとホウ窒化リチウムを重量比1:1で混合した溶媒とともにモリブデンカプセルに充填した。これらの溶媒の調整並びに試料のカプセルへの充填は、すべて乾燥窒素雰囲気中で行った。モリブデン反応容器を窒素気流中1気圧、1500℃、の圧力、温度条件で2時間処理した。昇温速度は10℃/分程度であった。20℃/分程度で冷却後、モリブデンカプセルを回収した。
機械的又は化学処理(塩酸−硝酸混液)によりモリブデンカプセルを除去し試料を回収した。溶媒部分は一部、分解の様相を示しているが、hBN原料との界面で一部再結晶が見られた。酸処理により溶媒成分を除去、洗浄した後hBN結晶の評価を光学顕微鏡観察、SEM観察、X線回折による相の同定、ならびに光学的特性の評価(透過率、カソードルミネッセンス)を行った。その結果、カソードルミネッセンス測定により波長215nmに高輝度の発光と共に、300nm付近のブロードな発光が観測された。
市販のhBN焼結体及びhBN粉末を真空中で1500℃、窒素気流中で2000℃の熱処理による脱酸素処理を施した後、カソードルミネッセンスにより発光挙動を測定した。その結果、215nm近傍の単峰性の強い発光は観測されなかった。
実施例1記載のプロセスにおいて、使用した溶媒が一部酸化により、酸素不純物を含んでいた場合、この溶媒を再度hBN合成実験に再使用して、原料を仕込み高圧高温処理すると再結晶hBN単結晶が合成される。しかし、カソードルミネッセンス測定によると、波長215nmよりも、300nm付近にブロードな強い発光が観測された。酸素等の不純物の影響により、高輝度の短波長発光特性が阻害されたものと考えられる。
Claims (1)
- 酸素を含有しないアルカリ土類金属のホウ窒化物を溶媒として、または、酸素を含有しないアルカリ金属のホウ窒化物及び酸素を含有しないアルカリ土類金属のホウ窒化物を溶媒として、窒化ホウ素を原料に用いて再結晶することにより得られる、少なくとも室温において波長215nmに最大発光強度を有する紫外線発光を有してなる高純度六方晶窒化ホウ素単結晶の製造方法。
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