JP5211297B2 - Metal nitride manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は金属窒化物の製法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a metal nitride.

金属窒化物は一般的に高硬度、高融点で化学的に安定であるという特徴を有していることから、耐熱材料や超硬材料などとして広く実用化されている。金属窒化物は、最近では、エレクトロニクス材料としても注目されている。中でもIII族金属の窒化物はワイドギャップ半導体特性を有していることから、発光材料などにも応用されている。窒化ガリウムは、青や緑の発光ダイオード(LED)で実証されているように、非常に発光効率の高い材料として知られている(例えば、特許第2791448号、特許第2829319号)。窒化ガリウムに代表されるIII族窒化物系蛍光体は、結合エネルギーがZnSなどに比べて非常に大きく、化学的に極めて安定であることから、高い電子線エネルギーや深紫外光によっても劣化しないことが期待される。さらに、この蛍光体はCdなどの有害な元素を含まないので、環境保全の観点からも非常に有用なものとして期待される。   Since metal nitride generally has the characteristics of high hardness, high melting point, and chemical stability, it is widely put into practical use as a heat-resistant material or a superhard material. Recently, metal nitride has attracted attention as an electronic material. Among these, nitrides of Group III metals have wide gap semiconductor characteristics and are therefore applied to luminescent materials and the like. Gallium nitride is known as a material having a very high light emission efficiency as demonstrated by blue and green light emitting diodes (LEDs) (for example, Japanese Patent No. 2791448 and Japanese Patent No. 2829319). Group III nitride phosphors typified by gallium nitride have an extremely large binding energy compared to ZnS, etc., and are extremely chemically stable. Therefore, they cannot be degraded by high electron beam energy or deep ultraviolet light. There is expected. Furthermore, since this phosphor does not contain harmful elements such as Cd, it is expected to be very useful from the viewpoint of environmental conservation.

金属窒化物を製造する方法として一般的に採用されているのは、金属粉末を窒素(窒素やアンモニアなど)含有雰囲気中で高温に加熱することによって窒化物を得る直接窒化法(例えば、特開昭61−83604号公報)、および金属酸化物を炭素の共存下に窒素雰囲気中で熱処理する還元窒化法(例えば、特開昭63−297205号公報)である。しかしこれらの方法では、窒素が処理雰囲気から金属粉末や金属酸化物に取り込まれるため、金属粉末や金属酸化物の表面は窒化されても、内部まで窒化することは難しい。また還元窒化法では、還元剤として用いる炭素が金属元素と結合して炭化物を形成し、これが金属窒化物中に固溶しやすいという問題点がある。 As a method for producing a metal nitride, a direct nitridation method for obtaining a nitride by heating a metal powder to a high temperature in an atmosphere containing nitrogen (nitrogen, ammonia, etc.) JP-A-61-83604), and a reduction nitriding method in which a metal oxide is heat-treated in a nitrogen atmosphere in the presence of carbon (for example, JP-A-63-297205). However, in these methods, since nitrogen is taken into the metal powder or metal oxide from the treatment atmosphere, it is difficult to nitride the surface of the metal powder or metal oxide even if the surface is nitrided. Further, the reduction nitriding method has a problem that carbon used as a reducing agent is combined with a metal element to form a carbide, which is easily dissolved in the metal nitride.

多元素系の窒化物を製造する場合、出発物質の均一性が最も重要である。出発物質自体を均一なものとするには、原料から均一系の状態を経て出発物質を合成することが望ましい。例えば上記還元窒化法では、出発物質として多元素系酸化物のような組成の均一な多元素系化合物を準備する必要があり、それを得るための有用な方法は、ゾル−ゲル法や共沈法に代表される化学的プロセスを用いた液相法である。しかしこれら従来の液相法では、原料溶液が均一であったとしても、金属化合物の種類によって加水分解速度や溶解度積などが異なるため、加水分解や中和あるいは沈殿生成などの過程を経ることで、得られる物質は微粒子状ではあっても不均一になる。   When producing multi-element nitrides, the homogeneity of the starting materials is most important. In order to make the starting material itself uniform, it is desirable to synthesize the starting material from a raw material through a homogeneous state. For example, in the above reduction nitriding method, it is necessary to prepare a multi-element compound having a uniform composition such as a multi-element oxide as a starting material, and useful methods for obtaining the compound include sol-gel method and coprecipitation. It is a liquid phase method using a chemical process represented by the method. However, in these conventional liquid phase methods, even if the raw material solution is uniform, the hydrolysis rate and solubility product differ depending on the type of metal compound. Even if the obtained substance is in the form of fine particles, it becomes non-uniform.

すなわち上記のような従来法では、金属組成比や金属元素のドープ量などをどれだけ高精度に制御したとしても、また個々の粒子に含まれる金属の組成比を所望通りに制御できたとしても、粒子内の金属分布までも均一な金属窒化物を得ることは原理的に不可能である。   That is, in the conventional method as described above, no matter how precisely the metal composition ratio or the doping amount of the metal element is controlled, even if the metal composition ratio contained in each particle can be controlled as desired. In principle, it is impossible to obtain a uniform metal nitride even in the metal distribution in the particles.

本発明にかかる金属窒化物の製法は、単一の金属を含む有機金属キレート錯体または複数の金属を含む均一組成の有機金属キレート錯体を出発物質として使用し、これを窒素含有雰囲気中で加熱処理するところに要旨を有している。   The method for producing a metal nitride according to the present invention uses an organometallic chelate complex containing a single metal or an organometallic chelate complex having a uniform composition containing a plurality of metals as a starting material, and this is heated in a nitrogen-containing atmosphere. It has a gist.

前記方法を実施する際に使用される前記単一の金属を含む有機金属キレート錯体としては、当該金属もしくはその金属化合物と有機キレート剤とを反応させることにより得られる有機金属キレート錯体水溶液から晶析した有機金属キレート錯体結晶、または当該有機金属キレート錯体水溶液を噴霧乾燥して得た有機金属キレート錯体粉末を用いることが好ましい。また、複数の金属を含む均一組成の有機金属キレート錯体としては、当該構成金属元素の金属単体もしくはその金属化合物と有機キレート剤、および/またはその構成金属元素の有機金属キレート錯体を、所定の金属組成となるように混合して調製した有機金属キレート錯体水溶液を噴霧乾燥して得た有機金属キレート錯体粉末を用いることが好ましい。   As the organometallic chelate complex containing a single metal used in carrying out the method, crystallization from an aqueous solution of an organometallic chelate complex obtained by reacting the metal or a metal compound thereof with an organic chelating agent. It is preferable to use the organic metal chelate complex crystals obtained by spray drying the organic metal chelate complex crystals or the organic metal chelate complex aqueous solution. In addition, as an organometallic chelate complex having a uniform composition containing a plurality of metals, a metal simple substance of the constituent metal element or a metal compound thereof and an organic chelating agent, and / or an organometallic chelate complex of the constituent metal element, a predetermined metal It is preferable to use an organometallic chelate complex powder obtained by spray-drying an organometallic chelate complex aqueous solution prepared by mixing so as to have a composition.

前記有機キレート剤としては、有機酸系キレート剤およびアミノカルボン酸系キレート剤から選ばれる少なくとも1種を使用することができる。有機酸系キレート剤としては、ヒドロキシルカルボン酸および/またはそのアミン塩が好ましく使用される。上記アミノカルボン酸系キレート剤として特に好ましいのは、ニトリロ三酢酸、エチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、およびそれらのアミン塩であり、これらは単独で使用できるほか、必要により任意の組合せで2種以上を併用することも可能である。   As the organic chelating agent, at least one selected from organic acid chelating agents and aminocarboxylic acid chelating agents can be used. As the organic acid chelating agent, hydroxyl carboxylic acid and / or its amine salt is preferably used. Particularly preferred as the aminocarboxylic acid-based chelating agent are nitrilotriacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, triethylenetetraminehexaacetic acid, and amine salts thereof, which can be used alone or optionally as required. It is also possible to use two or more in combination.

本発明を実施する際に採用される前記窒素含有雰囲気としては、窒素、一酸化二窒素およびアンモニアの少なくとも1種を含む雰囲気が好ましい。   The nitrogen-containing atmosphere employed when carrying out the present invention is preferably an atmosphere containing at least one of nitrogen, dinitrogen monoxide and ammonia.

本発明の目的物質となる前記金属窒化物としては、例えば、アルカリ土類金属、遷移金属、希土類金属および半金属の窒化物が挙げられる。これらの中でも特に実用性の高いのは、BN,AlN,GaN,InN,TiNのいずれか1種、またはそれらの2種以上を含む混晶である。   Examples of the metal nitride serving as the target substance of the present invention include nitrides of alkaline earth metals, transition metals, rare earth metals, and metalloids. Among these, a particularly high practicality is one of BN, AlN, GaN, InN, and TiN, or a mixed crystal containing two or more thereof.

上記金属窒化物として、BN,AlN,GaN,TiNのいずれか1種またはそれらの2種以上を含む混晶を製造する際には、前記加熱処理の加熱温度を500〜1600℃、より好ましくは900〜1500℃の範囲とするのがよい。InNまたはそれを含む混晶を製造する際には、前記加熱処理の加熱温度を400〜900℃、より好ましくは450〜800℃の範囲とするのがよい。   When producing a mixed crystal containing any one of BN, AlN, GaN, TiN or two or more thereof as the metal nitride, the heating temperature of the heat treatment is preferably 500 to 1600 ° C, more preferably It is good to set it as the range of 900-1500 degreeC. When producing InN or a mixed crystal containing the same, the heating temperature of the heat treatment should be 400 to 900 ° C., more preferably 450 to 800 ° C.

本発明の目的物質となる前記金属窒化物には、組成式InGaAlNまたはInGaAlN:M(ただしx+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、Mは金属または半金属を表す)で表されるIII族窒化物系蛍光体も挙げられる。The metal nitride serving as a target substance of the present invention includes a composition formula In x Ga y Al z N or In x Ga y Al z N: M (where x + y + z = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1). , 0 ≦ z ≦ 1, and M represents a metal or a semimetal).

前記III族窒化物系蛍光体を製造する際、前記加熱処理の好ましい加熱温度は400〜1600℃の範囲である。   When manufacturing the said group III nitride fluorescent substance, the preferable heating temperature of the said heat processing is the range of 400-1600 degreeC.

前記組成式中のMとして好ましいのは、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、ゲルマニウムまたは希土類元素である。前記組成式中のx,y,zの関係として特に好ましいのは、y≧0.7かつx+z≦0.3、あるいはy=1かつx=z=0である。   Preferable as M in the composition formula is magnesium, zinc, silicon, germanium or a rare earth element. Particularly preferred as the relationship of x, y, z in the composition formula is y ≧ 0.7 and x + z ≦ 0.3, or y = 1 and x = z = 0.

参考例1で得たGaNのX線回折チャートである。 3 is an X-ray diffraction chart of GaN obtained in Reference Example 1. FIG. 参考例2で得たTiNのX線回折チャートである。 4 is an X-ray diffraction chart of TiN obtained in Reference Example 2. 実施例3で得たInNのX線回折チャートである。6 is an X-ray diffraction chart of InN obtained in Example 3. FIG. 参考例4,5で得たZnまたはMgドープGaNのX線回折チャートである。 6 is an X-ray diffraction chart of Zn or Mg-doped GaN obtained in Reference Examples 4 and 5. FIG. 参考例4〜6で得た窒化物系蛍光体(GaN:Zn、GaN:Mg、GaN:Tb)粉末の発光スペクトル図である。It is an emission spectrum figure of the nitride type fluorescent substance (GaN: Zn, GaN: Mg, GaN: Tb) powder obtained in Reference Examples 4-6. 参考例6で得た窒化物系蛍光体(GaN:Zn、GaN:Mg、GaN:Tb)粉末のX線回折チャートである。 10 is an X-ray diffraction chart of the nitride-based phosphor (GaN: Zn, GaN: Mg, GaN: Tb) powder obtained in Reference Example 6. FIG.

まず、本発明の金属窒化物を製造する方法の概略を説明する。   First, the outline of the method for producing the metal nitride of the present invention will be described.

本発明の目的物質である金属窒化物とは、アルカリ土類金属、遷移金属、希土類金属および半金属の窒化物などである。例えば、Mg,Ca等のアルカリ土類金属;Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Fe,Cu,Zn等の遷移金属;B,Al,Ga,In等のIII族金属;Si,Ge等の半金属;などの窒化物が挙げられる。これらの中でも特に実用性の高いのはBN,AlN,GaN,InN,TiN、およびこれらの2種以上を含む混晶などであり、これらは、例えば、蛍光体、焼結原料、顔料として極めて有用である。   The metal nitride which is the target substance of the present invention is an alkaline earth metal, transition metal, rare earth metal or semimetal nitride. For example, alkaline earth metals such as Mg and Ca; transition metals such as Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Fe, Cu, and Zn; Group III metals such as B, Al, Ga, and In; Si, Ge And nitrides such as semimetals. Among these, BN, AlN, GaN, InN, TiN, and mixed crystals containing two or more of these are particularly useful, and these are extremely useful as, for example, phosphors, sintering materials, and pigments. It is.

本発明では、これらの金属窒化物を製造する際に、原料として有機金属キレート錯体を使用するところに特徴を有している。前記有機金属キレート錯体を窒素含有雰囲気中で加熱処理することにより、金属窒化物を得ることができる。   The present invention is characterized in that an organometallic chelate complex is used as a raw material when producing these metal nitrides. A metal nitride can be obtained by heat-treating the organometallic chelate complex in a nitrogen-containing atmosphere.

ここで用いられる有機金属キレート錯体とは、単一の金属を含む有機金属キレート錯体または複数の金属を均一組成で含む有機金属キレート錯体を意味している。単一の金属を含む有機金属キレート錯体としては、金属もしくはその金属化合物と有機キレート剤とを反応させることによって有機金属キレート錯体水溶液を調製し、該水溶液から晶析することにより得られる有機金属キレート錯体結晶、または該水溶液を噴霧乾燥して得られる粉末を使用することが好ましい。複数の金属を均一組成で含む有機金属キレート錯体としては、当該構成金属元素の金属単体もしくはその金属化合物と有機キレート剤、および/または当該構成金属元素の有機金属キレート錯体を、金属窒化物換算で所定の金属組成となるように混合して澄明な有機金属キレート錯体水溶液を調製し、該水溶液を噴霧乾燥することによって得られる粉末を使用することが好ましい。   The organometallic chelate complex used here means an organometallic chelate complex containing a single metal or an organometallic chelate complex containing a plurality of metals in a uniform composition. As an organometallic chelate complex containing a single metal, an organometallic chelate complex aqueous solution is prepared by reacting a metal or a metal compound thereof with an organic chelating agent, and crystallization is performed from the aqueous solution. It is preferable to use a complex crystal or a powder obtained by spray drying the aqueous solution. As an organometallic chelate complex containing a plurality of metals in a uniform composition, a metal simple substance of the constituent metal element or a metal compound thereof and an organic chelating agent, and / or an organometallic chelate complex of the constituent metal element in terms of metal nitride It is preferable to use a powder obtained by preparing a clear organic metal chelate complex aqueous solution by mixing so as to have a predetermined metal composition, and spray drying the aqueous solution.

本発明は上記のように構成されるが、要するに、有機金属キレート錯体を含む粉末および/または結晶を金属窒化物の合成原料として用い、これを窒素含有雰囲気中で加熱処理する方法である。このような有機金属キレート錯体を含む粉末および/または結晶を、窒素含有雰囲気中で焼成または加熱処理すれば、金属窒化物を得ることができる。単一の金属を含む有機金属キレート錯体からは単金属元素系の金属窒化物が得られ、複数の金属を含む有機金属キレート錯体からは、高度に組成制御された多金属元素系金属窒化物が得られる。   Although the present invention is configured as described above, in short, it is a method of using a powder and / or crystal containing an organometallic chelate complex as a raw material for synthesizing a metal nitride, and heat-treating it in a nitrogen-containing atmosphere. If the powder and / or crystal containing such an organometallic chelate complex is fired or heat-treated in a nitrogen-containing atmosphere, a metal nitride can be obtained. Monometallic element-based metal nitrides are obtained from organometallic chelate complexes containing a single metal, and highly compositionally controlled multimetallic element-based metal nitrides are derived from organometallic chelate complexes containing multiple metals. can get.

次に、上記有機金属キレート錯体を製造する方法について説明する。まず、単一の金属を含む有機金属キレート錯体を製造する方法について説明する。   Next, a method for producing the organometallic chelate complex will be described. First, a method for producing an organometallic chelate complex containing a single metal will be described.

単一の金属を含む有機金属キレート錯体を製造する場合は、まず、溶媒中で有機キレート剤と金属イオンとから有機金属キレート錯体水溶液を作製する。有機金属キレート錯体水溶液を作製する方法に格別の制限はなく、例えば有機キレート剤と金属化合物を用いて水溶媒中で反応させる方法が挙げられる。   When producing an organometallic chelate complex containing a single metal, first, an organometallic chelate complex aqueous solution is prepared from an organic chelating agent and metal ions in a solvent. There is no special restriction | limiting in the method of producing organic metal chelate complex aqueous solution, For example, the method of making it react in an aqueous solvent using an organic chelating agent and a metal compound is mentioned.

前記有機キレート剤としては、好ましくは、エチレンジアミン四酢酸、1,2−シクロヘキサンジアミン四酢酸、ジヒドロキシエチルグリシン、ジアミノプロパノール四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、エチレンジアミン二酢酸、エチレンジアミン二プロピオン酸、ヒドロキシエチレンジアミン三酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、ヘキサメチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミンジ(o−ヒドロキシフェニル)酢酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、イミノ二酢酸、1,3−ジアミノプロパン四酢酸、1,2−ジアミノプロパン四酢酸、ニトリロ三酢酸、ニトリロ三プロピオン酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、エチレンジアミン二こはく酸、1,3−ジアミノプロパン二こはく酸、グルタミン酸−N,N−二酢酸、アスパラギン酸−N,N−二酢酸等の如き水溶性のアミノカルボン酸系キレート剤;グルコン酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸等のヒドロキシカルボン酸の如き水溶性の有機酸系キレート剤が挙げられる。前記アミノカルボン酸系キレート剤および有機酸系キレート剤は、それらのアンモニウム塩またはアミン塩を使用することもできる。アミノカルボン酸系キレート剤および有機酸系キレート剤は炭素、窒素、酸素、水素のみから構成され、加熱処理すると炭素、酸素、水素が除去されるため、これらのキレート剤を用いると高純度の金属窒化物を容易に得ることができる。アミノカルボン酸系キレート剤の中でも、ニトリロ三酢酸、エチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸は、より容易に有機金属キレート錯体を得ることができ、得られた有機金属キレート錯体は水溶液中でより安定に存在するため、特に好ましく用いられる。   The organic chelating agent is preferably ethylenediaminetetraacetic acid, 1,2-cyclohexanediaminetetraacetic acid, dihydroxyethylglycine, diaminopropanoltetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, ethylenediaminediacetic acid, ethylenediaminedipropionic acid, hydroxyethylenediaminetriacetic acid, Glycol ether diamine tetraacetic acid, hexamethylene diamine tetraacetic acid, ethylenediamine di (o-hydroxyphenyl) acetic acid, hydroxyethyliminodiacetic acid, iminodiacetic acid, 1,3-diaminopropanetetraacetic acid, 1,2-diaminopropanetetraacetic acid, Nitrilotriacetic acid, nitrilotripropionic acid, triethylenetetraminehexaacetic acid, ethylenediamine disuccinic acid, 1,3-diaminopropane disuccinic acid, glutamic acid-N, N-diacetic acid, asphalt Water-soluble aminocarboxylic acid chelating agents such as laginic acid-N, N-diacetic acid; water-soluble organic acid chelating agents such as hydroxycarboxylic acids such as gluconic acid, citric acid, tartaric acid and malic acid. . As the aminocarboxylic acid chelating agent and the organic acid chelating agent, an ammonium salt or an amine salt thereof can also be used. Aminocarboxylic acid chelating agents and organic acid chelating agents are composed only of carbon, nitrogen, oxygen, and hydrogen, and carbon, oxygen, and hydrogen are removed by heat treatment. Nitride can be easily obtained. Among aminocarboxylic acid-based chelating agents, nitrilotriacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, triethylenetetraminehexaacetic acid can obtain an organometallic chelate complex more easily, and the obtained organometallic chelate complex is an aqueous solution. Among them, it is particularly preferably used because it exists more stably.

前記金属化合物としては、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、酸化物、無機酸塩等が挙げられる。   Examples of the metal compound include carbonates, nitrates, hydroxides, oxides, and inorganic acid salts.

有機キレート剤の金属イオンに対するモル比は、有機キレート剤の種類や金属イオンの価数により異なるため、一概には定めることができない。しかし、水溶液中で安定な有機金属キレート錯体を形成するために最低限必要なモル比以上であれば問題ない。有機キレート剤の使用量は、金属イオンに対し、1.0〜1.5倍モル当量とすることが好ましい。   Since the molar ratio of the organic chelating agent to the metal ion varies depending on the type of the organic chelating agent and the valence of the metal ion, it cannot be determined unconditionally. However, there is no problem as long as it is at least the molar ratio necessary for forming a stable organometallic chelate complex in an aqueous solution. The amount of the organic chelating agent used is preferably 1.0 to 1.5 times the molar equivalent of the metal ion.

次に、前記有機金属キレート錯体水溶液から有機金属キレート錯体を得る。有機金属キレート錯体を得る方法も特に制限されず、濃縮による晶析法、難溶性有機溶媒を添加して沈殿させる沈殿法、水溶媒を揮発除去する蒸発乾固法などが挙げられる。中でも特に好ましいのは晶析法であり、該方法であれば、より高純度の有機金属キレート錯体が得られやすい。   Next, an organometallic chelate complex is obtained from the aqueous organometallic chelate complex solution. The method for obtaining the organometallic chelate complex is not particularly limited, and examples thereof include a crystallization method by concentration, a precipitation method in which a hardly soluble organic solvent is added for precipitation, and an evaporation to dryness method in which an aqueous solvent is volatilized and removed. Of these, the crystallization method is particularly preferable. With this method, a higher-purity organometallic chelate complex is easily obtained.

前記金属化合物として炭酸塩や水酸化物、酸化物を用いる場合は、蒸発乾固法によって粉体化する方法も好ましい。この場合、粉体化した後に余分なイオン等が残らないため、得られる有機金属キレート錯体は、高純度のものとなる。蒸発乾固法にも格別の制限はないが、好ましいのは、瞬時に球状の微細な粒子にすることのできるスプレードライ法である。   When carbonate, hydroxide, or oxide is used as the metal compound, a method of pulverizing by evaporation to dryness is also preferable. In this case, since excess ions or the like do not remain after powderization, the obtained organometallic chelate complex has a high purity. Although there is no particular limitation on the evaporation to dryness method, a spray drying method that can instantaneously form spherical fine particles is preferable.

次に、前記複数の金属を均一組成で含む有機金属キレート錯体を製造する方法について説明する。   Next, a method for producing an organometallic chelate complex containing the plurality of metals in a uniform composition will be described.

複数の金属を均一組成で含む有機金属キレート錯体を製造するに当たっては、まず、目的とする金属窒化物に換算して所定の金属組成となるように調整された有機金属キレート錯体水溶液を作製する。該水溶液の作製方法は特に制限されないが、好ましいのは以下に示すような方法である。   In producing an organometallic chelate complex containing a plurality of metals in a uniform composition, first, an organometallic chelate complex aqueous solution adjusted to have a predetermined metal composition in terms of the target metal nitride is prepared. The method for producing the aqueous solution is not particularly limited, but the following method is preferable.

目的とする金属窒化物に換算して所定の金属組成となるように金属またはその金属化合物を精秤し、これを有機キレート剤と反応させて澄明な有機金属キレート錯体水溶液を調製する。このとき、全ての金属が完全に有機金属キレート錯体を形成するように、各金属に対し当量以上の有機キレート剤を用いる。有機キレート剤の使用量は、全金属イオンに対し過剰量であれば特に制限されないが、好ましくは1.0〜1.5倍モル当量の範囲である。   A metal or a metal compound thereof is precisely weighed so as to obtain a predetermined metal composition in terms of the target metal nitride, and reacted with an organic chelating agent to prepare a clear aqueous solution of an organic metal chelate complex. At this time, an organic chelating agent having an equivalent amount or more for each metal is used so that all metals completely form an organometallic chelate complex. Although there will be no restriction | limiting in particular if the usage-amount of an organic chelating agent is an excess amount with respect to all the metal ions, Preferably it is the range of 1.0-1.5 times molar equivalent.

有機金属キレート錯体水溶液の調製は、水性媒体中で温度20℃〜沸点、好ましくは50〜70℃の範囲で行われる。   The organic metal chelate complex aqueous solution is prepared in an aqueous medium at a temperature of 20 ° C. to a boiling point, preferably 50 to 70 ° C.

有機金属キレート錯体水溶液濃度は、固形分濃度として、好ましくは1〜30質量%、より好ましくは10〜20質量%である。有機金属キレート錯体水溶液濃度が1質量%以上であれば、後工程の噴霧乾燥において、効率的に溶媒を蒸発させることができ、エネルギー効率が向上する。有機金属キレート錯体水溶液濃度が30質量%以下であれば、有機金属キレート錯体の完全な溶解が容易となり、また後工程の噴霧乾燥において噴霧ノズル先端等での固形分析出が起こりにくくなるため、有機金属キレート錯体粉末を容易に得ることができる。   The concentration of the organic metal chelate complex aqueous solution is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 10 to 20% by mass as the solid content concentration. When the concentration of the organic metal chelate complex aqueous solution is 1% by mass or more, the solvent can be efficiently evaporated in the subsequent spray drying, and the energy efficiency is improved. If the concentration of the aqueous solution of the organometallic chelate complex is 30% by mass or less, complete dissolution of the organometallic chelate complex is facilitated, and solid analysis at the tip of the spray nozzle or the like is less likely to occur in the subsequent spray drying. A metal chelate complex powder can be easily obtained.

有機金属キレート錯体または有機キレート剤が完全に溶解しない場合は、アンモニアやアミン等を加えて完全溶解させる。   When the organometallic chelate complex or the organic chelating agent does not completely dissolve, ammonia or amine is added and completely dissolved.

前記有機キレート剤としては、好ましくは、エチレンジアミン四酢酸、1,2−シクロヘキサンジアミン四酢酸、ジヒドロキシエチルグリシン、ジアミノプロパノール四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、エチレンジアミン二酢酸、エチレンジアミン二プロピオン酸、ヒドロキシエチレンジアミン三酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、ヘキサメチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミンジ(o−ヒドロキシフェニル)酢酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、イミノ二酢酸、1,3−ジアミノプロパン四酢酸、1,2−ジアミノプロパン四酢酸、ニトリロ三酢酸、ニトリロ三プロピオン酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、エチレンジアミン二こはく酸、1,3−ジアミノプロパン二こはく酸、グルタミン酸−N,N−二酢酸、アスパラギン酸−N,N−二酢酸等の如き水溶性のアミノカルボン酸系キレート剤を挙げることができ、これらのモノマーやオリゴマーあるいはポリマーのいずれも使用できる。また、前記キレート剤として、グルコン酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸等のヒドロキシカルボン酸等やそのアミン塩等のように水溶性の有機酸系キレート剤を使用することもできる。アミノカルボン酸系キレート剤を使用する場合でも、遊離酸タイプやアンモニウム塩またはアミン塩を使用することが好ましい。この場合、各金属とのキレート生成定数や、有機金属キレート錯体の安定性、さらには有機金属キレート錯体の水またはアルカリ水溶液への溶解性などを考慮し、使用する各金属またはそれらの金属化合物ごとに適切なものを適宜選択して使用することが望ましい。アミノカルボン酸系キレート剤および有機酸系キレート剤は炭素、窒素、酸素、水素のみから構成され、加熱処理すると炭素、酸素、水素が除去されるため、これらのキレート剤を用いると高純度の金属窒化物を容易に得ることができる。アミノカルボン酸系キレート剤の中でも、ニトリロ三酢酸、エチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸は、より容易に有機金属キレート錯体を得ることができ、得られた有機金属キレート錯体は水溶液中でより安定に存在するため、特に好ましく用いられる。   The organic chelating agent is preferably ethylenediaminetetraacetic acid, 1,2-cyclohexanediaminetetraacetic acid, dihydroxyethylglycine, diaminopropanoltetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, ethylenediaminediacetic acid, ethylenediaminedipropionic acid, hydroxyethylenediaminetriacetic acid, Glycol ether diamine tetraacetic acid, hexamethylene diamine tetraacetic acid, ethylenediamine di (o-hydroxyphenyl) acetic acid, hydroxyethyliminodiacetic acid, iminodiacetic acid, 1,3-diaminopropanetetraacetic acid, 1,2-diaminopropanetetraacetic acid, Nitrilotriacetic acid, nitrilotripropionic acid, triethylenetetraminehexaacetic acid, ethylenediamine disuccinic acid, 1,3-diaminopropane disuccinic acid, glutamic acid-N, N-diacetic acid, asphalt Ragin acid -N, it can be cited such as water-soluble aminocarboxylic acid chelating agent such as N- diacetic acid, none of these monomers or oligomers or polymers can be used. In addition, as the chelating agent, a water-soluble organic acid chelating agent such as hydroxycarboxylic acid such as gluconic acid, citric acid, tartaric acid, malic acid, or an amine salt thereof can be used. Even when an aminocarboxylic acid chelating agent is used, it is preferable to use a free acid type, an ammonium salt or an amine salt. In this case, taking into consideration the chelate formation constant with each metal, the stability of the organometallic chelate complex, and the solubility of the organometallic chelate complex in water or an aqueous alkali solution, for each metal or metal compound used It is desirable to select and use an appropriate one for the above. Aminocarboxylic acid chelating agents and organic acid chelating agents are composed only of carbon, nitrogen, oxygen, and hydrogen, and carbon, oxygen, and hydrogen are removed by heat treatment. Nitride can be easily obtained. Among aminocarboxylic acid-based chelating agents, nitrilotriacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, triethylenetetraminehexaacetic acid can obtain an organometallic chelate complex more easily, and the obtained organometallic chelate complex is an aqueous solution. Among them, it is particularly preferably used because it exists more stably.

前記金属化合物としては、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、酸化物など、様々の形態のものを使用できる。前記金属化合物として特に好ましいのは、反応性が高くかつ反応後に余分なイオン等が残らない炭酸塩や水酸化物、酸化物である。   As the metal compound, various forms such as carbonate, nitrate, hydroxide and oxide can be used. Particularly preferred as the metal compound are carbonates, hydroxides and oxides which have high reactivity and do not leave excessive ions after the reaction.

構成金属元素の原料である金属単体もしくはその金属化合物の一部または全部に、前記単一の金属を含む有機金属キレート錯体の製法により製造した有機金属キレート錯体を用いることも可能である。この方法は、クロムのように金属としての反応性が乏しい場合、チタンのように炭酸塩、硝酸塩、水酸化物の形態を取らず、かつ酸化物が非常に安定な金属を用いる場合、Gaのように炭酸塩を形成せず、水酸化物や酸化物の形態では有機キレート剤との反応性が乏しい場合等に特に有効である。これらの場合、塩化物や硫酸塩、硝酸塩を用いて有機金属キレート錯体溶液を製造した後、晶析などにより高純度の有機金属キレート錯体結晶を作製し、これを原料として使用することが望ましい。全ての構成金属元素の原料として、前記単一の金属を含む有機金属キレート錯体の製法により製造した有機金属キレート錯体を用いる場合は、これらを水溶媒中に溶解させることにより作製した水溶液は、極めて純度の高いものとなるので、不純物の極めて少ない金属窒化物を作製することができる。   It is also possible to use an organometallic chelate complex produced by a method for producing an organometallic chelate complex containing a single metal as a part of or all of a metal simple substance or a metal compound thereof as a constituent metal element raw material. In this method, when the reactivity as a metal such as chromium is poor, the form of carbonate, nitrate and hydroxide is not used as in titanium, and when the oxide is a very stable metal, Ga is used. Thus, it is particularly effective when the carbonate is not formed and the reactivity with the organic chelating agent is poor in the form of hydroxide or oxide. In these cases, it is desirable to produce an organometallic chelate complex solution using chloride, sulfate, or nitrate, and then produce a highly pure organometallic chelate complex crystal by crystallization or the like, and use this as a raw material. When using an organometallic chelate complex produced by the method for producing an organometallic chelate complex containing a single metal as a raw material for all constituent metal elements, an aqueous solution prepared by dissolving them in an aqueous solvent is extremely Since the purity is high, a metal nitride with very few impurities can be manufactured.

オキソ酸等として安定な金属元素、例えばケイ素、モリブデン、タングステンは、有機金属キレート錯体として得ることが困難なこともある。この場合、これらの元素については、オキソ酸の如き金属無機酸の形態で前記有機金属キレート錯体と併用することで、複数の金属を均一組成で含む有機金属キレート錯体を得ることも可能である。金属無機酸を併用する際の配合方法としては、金属窒化物の目標金属組成に応じて、有機金属キレート錯体水溶液を形成する前の原料段階で金属無機酸を配合しておいてもよいし、あるいは有機金属キレート錯体水溶液の形成後に適量の金属無機酸を配合してもよい。併用されることのある前記金属無機酸は、共存する前記有機金属キレート錯体との水溶液中での均一な混合状態から噴霧乾燥などによって乾燥すれば、均一なアモルファス状の粉末として得ることができる。   Metal elements that are stable as oxoacids, such as silicon, molybdenum, and tungsten, may be difficult to obtain as organometallic chelate complexes. In this case, these elements can be used together with the organometallic chelate complex in the form of a metal inorganic acid such as an oxo acid to obtain an organometallic chelate complex containing a plurality of metals in a uniform composition. As a blending method when using a metal inorganic acid in combination, depending on the target metal composition of the metal nitride, the metal inorganic acid may be blended in the raw material stage before forming the organometallic chelate complex aqueous solution, Or you may mix | blend a suitable quantity of metal inorganic acids after formation of organic metal chelate complex aqueous solution. The metal inorganic acid that may be used in combination can be obtained as a uniform amorphous powder by drying by spray drying or the like from a homogeneous mixed state in an aqueous solution with the coexisting organometallic chelate complex.

金属の種類によっては、水溶液中で有機金属キレート錯体を形成していても、金属イオンの空気との接触またはその他の酸化還元作用により、金属イオンが酸化を受けて水に不溶な化合物に変化したり、水溶液中で不安定な相になることがある。このような現象を防止するためには、有機金属キレート錯体水溶液を作製する際に、金属化合物を加える前に還元剤や酸化防止剤を加えるのがよい。前記還元剤または酸化防止剤としては、アスコルビン酸、イソアスコルビン酸、シュウ酸、ヒドラジン等が例示される。例えば、金属としてチタンが含まれる場合は、還元剤や酸化防止剤を加えることによりチタン(III)の安定化を図るのがよい。   Depending on the type of metal, even if an organometallic chelate complex is formed in an aqueous solution, the metal ion undergoes oxidation and changes to an insoluble compound in water due to contact with the air or other redox action. Or an unstable phase in an aqueous solution. In order to prevent such a phenomenon, it is preferable to add a reducing agent or an antioxidant before adding the metal compound when preparing the aqueous solution of the organometallic chelate complex. Examples of the reducing agent or antioxidant include ascorbic acid, isoascorbic acid, oxalic acid, hydrazine, and the like. For example, when titanium is contained as a metal, it is preferable to stabilize titanium (III) by adding a reducing agent or an antioxidant.

上記のようにして調製された有機金属キレート錯体水溶液は、次いで噴霧乾燥され、複数の金属を均一組成で含む有機金属キレート錯体が得られる。噴霧乾燥時の条件は、溶液の濃度や溶液処理速度、噴霧気体量、熱風量などによって適宜に調整すればよい。噴霧乾燥の乾燥温度は、有機物が分解しない温度を上限とし、また十分に乾燥可能な温度を下限とする。好ましい乾燥温度は100〜200℃、より好ましくは140〜180℃の範囲である。また、こうした乾燥温度を考慮すると、本発明で使用される前記有機キレート剤は、少なくとも200℃以下の温度では熱分解しないものが好ましい。   The organometallic chelate complex aqueous solution prepared as described above is then spray-dried to obtain an organometallic chelate complex containing a plurality of metals in a uniform composition. The conditions at the time of spray drying may be appropriately adjusted depending on the concentration of the solution, the solution processing speed, the amount of spray gas, the amount of hot air, and the like. The drying temperature of spray drying has an upper limit at a temperature at which organic substances are not decomposed, and a lower limit at a temperature at which sufficient drying is possible. A preferable drying temperature is in the range of 100 to 200 ° C, more preferably 140 to 180 ° C. In consideration of such a drying temperature, the organic chelating agent used in the present invention is preferably one that does not thermally decompose at a temperature of 200 ° C. or lower.

上記製造方法により得られた複数の金属を均一組成で含む有機金属キレート錯体は、アモルファス状(非晶質)であって分子レベルで均一な組成を有している。前記複数の金属を均一組成で含む有機金属キレート錯体は、入射X線の散乱によるハロー図形を示し、結晶構造的に非晶質のものである。すなわち、均一組成である有機金属キレート錯体水溶液を、噴霧乾燥法などによって瞬時に乾燥すると、均一相を保ったままで固相となり、得られる粉末は、複数の金属を含む有機金属キレート錯体でありながら各金属キレート分子が分子レベルで均一に混合されたものとなり、各成分が結晶の形態をとらないままで凝集した非晶質のものとなる。ミクロ的に見ると、非晶質構造内に残存する規則性には、若干の差異が見られるのが一般的である。しかし、前記複数の金属を均一組成で含む有機金属キレート錯体では、前掲の従来技術に比較するとその規則性の差異は極めて小さく、結晶質の有機金属キレート錯体とは明確に差別化できる。   The organometallic chelate complex containing a plurality of metals obtained by the above production method with a uniform composition is amorphous (amorphous) and has a uniform composition at the molecular level. The organometallic chelate complex containing a plurality of metals in a uniform composition exhibits a halo figure due to scattering of incident X-rays and is amorphous in terms of crystal structure. That is, when an aqueous solution of an organometallic chelate complex having a uniform composition is instantaneously dried by spray drying or the like, it becomes a solid phase while maintaining a homogeneous phase, and the resulting powder is an organometallic chelate complex containing a plurality of metals. Each metal chelate molecule is uniformly mixed at the molecular level, and each component is an amorphous one aggregated without taking a crystal form. When viewed microscopically, a slight difference is generally observed in the regularity remaining in the amorphous structure. However, the organometallic chelate complex containing a plurality of metals in a uniform composition has a very small difference in regularity compared to the prior art described above, and can be clearly differentiated from a crystalline organometallic chelate complex.

前記複数の金属を均一組成で含む有機金属キレート錯体粉末の外観は、略球形である。   The appearance of the organometallic chelate complex powder containing a plurality of metals in a uniform composition is substantially spherical.

本発明で用いられる複数の金属を均一組成で含む有機金属キレート錯体は上記のように製造されるため、成分元素の種類や組成比を容易に設計することができる。   Since the organometallic chelate complex containing a plurality of metals used in the present invention in a uniform composition is produced as described above, the types and composition ratios of the component elements can be easily designed.

次に、有機金属キレート錯体から金属窒化物を製造する方法について説明する。   Next, a method for producing a metal nitride from an organometallic chelate complex will be described.

以上のように作製された有機金属キレート錯体は、次いで窒化処理されることによって金属窒化物が得られる。窒化処理は、窒素含有雰囲気中で熱処理することによって行われる。   The organometallic chelate complex produced as described above is then nitrided to obtain a metal nitride. The nitriding treatment is performed by heat treatment in a nitrogen-containing atmosphere.

窒素含有雰囲気としては窒素、一酸化二窒素、アンモニア等が挙げられ、それらの少なくとも1種を含む雰囲気であればよいが、特に好ましいのはアンモニアである。アンモニアを用いた場合、他の窒素ガスを用いる場合と比較して、低い温度で窒化処理を行うことができるため好ましい。また、アンモニアは安価である点も好ましい。   Examples of the nitrogen-containing atmosphere include nitrogen, dinitrogen monoxide, ammonia, and the like. Any atmosphere containing at least one of them may be used, and ammonia is particularly preferable. When ammonia is used, it is preferable because nitriding can be performed at a lower temperature than when other nitrogen gas is used. Ammonia is also preferred because it is inexpensive.

窒素含有雰囲気中での熱処理は、例えば、BN,AlN,GaN,TiNのいずれか1種、またはそれらの2種以上を含む混晶を製造する場合は、加熱温度を500〜1600℃、より好ましくは900〜1500℃の範囲とするのがよい。InNまたはそれを含む混晶を製造する場合は、加熱温度を400〜900℃、より好ましくは450〜800℃の範囲とするのがよい。加熱温度を前記範囲とすることで、金属窒化物の分解反応を抑えつつ、金属窒化物の生成反応を効率的に進めることができる。   For the heat treatment in a nitrogen-containing atmosphere, for example, in the case of producing a mixed crystal containing any one of BN, AlN, GaN, and TiN, or two or more thereof, the heating temperature is preferably 500 to 1600 ° C. Is preferably in the range of 900-1500 ° C. In the case of producing InN or a mixed crystal containing it, the heating temperature is preferably 400 to 900 ° C, more preferably 450 to 800 ° C. By setting the heating temperature within the above range, it is possible to efficiently advance the formation reaction of the metal nitride while suppressing the decomposition reaction of the metal nitride.

有機金属キレート錯体は必ずしも直接窒化処理されなければならない訳ではない。場合によっては、有機金属キレート錯体を、例えば空気、酸素、窒素、アルゴン等の雰囲気中、前記窒化処理の熱処理温度以下の温度で予め熱処理した後、前記窒化処理を行うことも可能である。   The organometallic chelate complex does not necessarily have to be directly nitrided. In some cases, the nitriding treatment may be performed after the organometallic chelate complex is preheated at a temperature equal to or lower than the heat treatment temperature of the nitriding treatment in an atmosphere such as air, oxygen, nitrogen, or argon.

次に、本発明の製造方法により得られるIII系窒化物系蛍光体について説明する。   Next, the III-based nitride phosphor obtained by the production method of the present invention will be described.

本発明の製造方法により得られるIII族窒化物系蛍光体とは、組成式InGaAlNまたはInGaAlN:M(ただしx+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、Mは金属または半金属を表す)で表される化合物である。すなわち、In,Ga,AlよりなるIII族金属から選ばれる少なくとも1種の金属の窒化物、あるいは、これらIII族金属窒化物に賦活剤元素がドープされたものである。具体的には、GaN,InN,GaAl1−pN,InAl1−pNなど、あるいは一般組成式GaN:MやInN:Mなどにおいて、賦活剤元素Mがマグネシウム、亜鉛、ケイ素または希土類元素などである窒化物が例示される。The group III nitride phosphor obtained by the production method of the present invention is composed of In x Ga y Al z N or In x Ga y Al z N: M (where x + y + z = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, M represents a metal or a semimetal). That is, a nitride of at least one metal selected from group III metals consisting of In, Ga, and Al, or a group III metal nitride doped with an activator element. Specifically, GaN, InN, Ga p Al 1-p N, etc. In p Al 1-p N, or the general formula GaN: M and InN: M in such magnesium activator element M, zinc, silicon Or nitride which is rare earth elements etc. is illustrated.

前記組成式において、x,y,zの関係は上記の通りであるが、窒化物系蛍光体として特に有効なのは、yが0.7以上で、(x+z)が0.3以下であるもの、より好ましくは、yが0.8以上で、(x+z)が0.2以下であるものである。すなわちIII族元素の主体がGaであるものが好ましく、とりわけ好ましいのはyが1で(x+z)が0である窒化ガリウム系の蛍光体である。III族元素の主体がGaであれば、比較的容易に窒化物系蛍光体を作製することができる。   In the composition formula, the relationship between x, y, and z is as described above. Particularly effective as the nitride-based phosphor is that y is 0.7 or more and (x + z) is 0.3 or less. More preferably, y is 0.8 or more and (x + z) is 0.2 or less. That is, a group III element mainly composed of Ga is preferable, and a gallium nitride-based phosphor in which y is 1 and (x + z) is 0 is particularly preferable. If the main group III element is Ga, a nitride-based phosphor can be produced relatively easily.

しかし、III元素の主体がInやAlの窒化物系蛍光体であっても、蛍光体としての特性が必ずしも劣るわけではない。用途や要求特性によっては、Ga以外の元素、すなわちInやAl主体の窒化物系蛍光体も有効である。これらも、前記有機金属キレート錯体水溶液を噴霧乾燥する方法などによって得られた有機金属キレート錯体の粉末を原料として使用し、これを加熱処理して窒化することで、目標通りの均一組成を有する窒化物系蛍光体として得ることができる。 However, even if the main group III element is a nitride-based phosphor of In or Al, the characteristics as a phosphor are not necessarily inferior. Depending on the application and required characteristics, elements other than Ga, that is, nitride phosphors mainly composed of In or Al are also effective. These also use a powder of an organometallic chelate complex obtained by spray drying the organometallic chelate complex aqueous solution as a raw material, and heat treat this to nitriding, thereby nitriding having a uniform composition as intended It can be obtained as a physical phosphor.

前記組成式中のMで示される元素は、蛍光特性を与えるための賦活材として有用な元素であり、アルカリ土類金属、遷移金属、希土類金属、半金属など様々の元素が包含される。蛍光特性の観点から、元素Mとして好ましいのは、Mgなどの2A族元素、Znなどの2B族元素、SiやGeなどの4B族元素、およびCe,Pr,Eu,Tb,Tm等の希土類元素である。これらの中でも、特に好ましいのは、Mg,Zn,Si,Ge、およびCe,Pr,Eu,Tb,Tmなどの希土類元素である。   The element represented by M in the composition formula is an element useful as an activator for imparting fluorescence characteristics, and includes various elements such as alkaline earth metals, transition metals, rare earth metals, and semimetals. From the viewpoint of fluorescence characteristics, elements M are preferably 2A group elements such as Mg, 2B group elements such as Zn, 4B group elements such as Si and Ge, and rare earth elements such as Ce, Pr, Eu, Tb, and Tm. It is. Among these, particularly preferred are rare earth elements such as Mg, Zn, Si, Ge, and Ce, Pr, Eu, Tb, and Tm.

III族金属としてGaとAl、InとAl、GaとIn、あるいはGa,In,Alの3種を含む複合窒化物の場合は、Mで示される元素と併用した場合はもとより、Mと併用せずとも蛍光特性を発揮することがある。   In the case of a composite nitride containing three types of Ga and Al, In and Al, Ga and In, or Ga, In, and Al as group III metals, it should be used together with M as well as when used in combination with the element indicated by M. At least it may exhibit fluorescence characteristics.

本発明の製造方法によって得られるIII族窒化物系蛍光体は、導電率の制御が可能であり、ブラウン管(CRT)やプラズマディスプレイ(PDP)、電界放射型ディスプレイ(FED)、蛍光表示管、蛍光ランプ等に用いられる蛍光体素材として極めて有用である。   The group III nitride phosphor obtained by the production method of the present invention can control conductivity, and is a cathode ray tube (CRT), plasma display (PDP), field emission display (FED), fluorescent display tube, fluorescent tube It is extremely useful as a phosphor material used in lamps and the like.

以上のように、本発明によれば、金属窒化物合成用の出発原料として有機金属キレート錯体を使用し、これを窒素含有雰囲気中で窒化処理することにより、金属窒化物を容易に得ることができる。また、得られる金属窒化物は、極めて高度に組成制御されたものとなる。また、本発明の製造方法により得られるIII族窒化物系蛍光体は、蛍光体素材として有効に活用できる。   As described above, according to the present invention, a metal nitride can be easily obtained by using an organometallic chelate complex as a starting material for synthesizing a metal nitride and nitriding it in a nitrogen-containing atmosphere. it can. Further, the obtained metal nitride has a very high composition control. The group III nitride phosphor obtained by the production method of the present invention can be effectively used as a phosphor material.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples as a matter of course, and may be implemented with appropriate modifications within a range that can meet the purpose described above and below. All of which are within the scope of the present invention.

参考例1
500mlのビーカーにエチレンジアミン四酢酸ガリウムアンモニウム結晶100gを入れ、これに水を加えて総量500gとした後、撹拌して溶解させた。この溶液を噴霧乾燥法により乾燥温度160℃で粉末化すると、Ga−EDTA錯体粉末95gが得られた。この錯体粉末2.0gを管状炉に入れ、アンモニア雰囲気中800℃、900℃、1000℃、または1100℃で1時間熱処理すると、淡黄緑色の粉末0.4gが得られた。
Reference example 1
100 g of ethylenediaminetetraacetate gallium ammonium crystals were put into a 500 ml beaker, and water was added thereto to make a total amount of 500 g, followed by stirring to dissolve. When this solution was pulverized by a spray drying method at a drying temperature of 160 ° C., 95 g of Ga-EDTA complex powder was obtained. When 2.0 g of this complex powder was placed in a tubular furnace and heat-treated at 800 ° C., 900 ° C., 1000 ° C., or 1100 ° C. for 1 hour in an ammonia atmosphere, 0.4 g of a pale yellowish green powder was obtained.

この粉末をX線回折装置により結晶相の同定を行ったところ、図1のX線回折チャートが得られた。なお、X線回折装置はフィリップス社製のMPD型を用いた(以下、X線回折装置は同装置)。800℃以上で熱処理することにより、単相のGaNが得られたことが明らかになった。   When this powder was identified for the crystal phase by an X-ray diffractometer, the X-ray diffraction chart of FIG. 1 was obtained. Note that the MPD type manufactured by Philips was used as the X-ray diffractometer (hereinafter, the X-ray diffractometer is the same device). It was revealed that single-phase GaN was obtained by heat treatment at 800 ° C. or higher.

参考例2
エチレンジアミン四酢酸チタンアンモニウム塩2.0gを管状炉に入れ、アンモニア雰囲気中1100℃で1時間熱処理することにより、こげ茶色の粉末0.6gを得た。
Reference example 2
Ethylenediaminetetraacetic acid titanium ammonium salt 2.0g was put into the tubular furnace, and it heat-processed at 1100 degreeC for 1 hour in ammonia atmosphere, and obtained 0.6g of dark brown powder.

得られた粉末をX線回折装置により結晶相の同定を行ったところ、図2のX線回折チャートに示す如く、単相のTiNであることが確認された。   When the obtained powder was crystallized with an X-ray diffractometer, it was confirmed to be single phase TiN as shown in the X-ray diffraction chart of FIG.

実施例3
エチレンジアミン四酢酸インジウムアンモニウム塩1.0gを管状炉に入れ、アンモニア雰囲気中500℃で3時間熱処理することにより、黒色の粉末0.3gを得た。得られた粉末をX線回折装置により結晶相の同定を行ったところ、図3のX線回折チャートに示す如く、単相のInNであることが確認された。
Example 3
1.0 g of ethylenediaminetetraacetic acid indium ammonium salt was put in a tubular furnace and heat-treated at 500 ° C. for 3 hours in an ammonia atmosphere to obtain 0.3 g of black powder. When the crystal phase of the obtained powder was identified with an X-ray diffractometer, it was confirmed to be single phase InN as shown in the X-ray diffraction chart of FIG.

参考例4
100mlのビーカーにエチレンジアミン四酢酸8.47gを入れ、水を加えて総量50gとした後、25%アンモニア水3.87gを加えて25℃で溶解させた。この溶液を撹拌しながら、この溶液に酸化亜鉛2.31gを少しずつ加えた後、100℃に昇温して30分撹拌した。この溶液に水を加えて総量1000gとすることにより、無色透明の亜鉛・エチレンジアミン四酢酸(Zn−EDTA)錯体水溶液を得た。得られたZn−EDTA錯体水溶液(Zn含量:0.186質量%)18.72gと、エチレンジアミン四酢酸ガリウムアンモニウム(EDTA・Ga・NH)(Ga含量:18.0質量%)20.58gを、それぞれ精秤して、100mlのビーカーに入れた後、水を加えて総量100gとした。次いで30分間撹拌することによって完全溶解し、金属成分組成がGa/Zn=1/0.01である無色透明の(Ga,Zn)EDTA錯体水溶液を得た。この溶液を噴霧乾燥法により乾燥温度160℃で粉末化すると、(Ga,Zn)−EDTA錯体粉末が得られた。この錯体粉末1.0gを管状炉に入れ、アンモニア雰囲気中、1100℃で1時間熱処理すると、淡黄色の粉末0.2gが得られた。
Reference example 4
In a 100 ml beaker, 8.47 g of ethylenediaminetetraacetic acid was added and water was added to make a total amount of 50 g. Then, 3.87 g of 25% aqueous ammonia was added and dissolved at 25 ° C. While stirring this solution, 2.31 g of zinc oxide was added little by little to this solution, and then the temperature was raised to 100 ° C. and stirred for 30 minutes. By adding water to this solution to make a total amount of 1000 g, a colorless and transparent zinc / ethylenediaminetetraacetic acid (Zn-EDTA) complex aqueous solution was obtained. 18.72 g of the obtained Zn-EDTA complex aqueous solution (Zn content: 0.186% by mass) and 20.58 g of ethylenediaminetetraacetic acid gallium ammonium (EDTA · Ga · NH 4 ) (Ga content: 18.0% by mass) Each was precisely weighed and placed in a 100 ml beaker, and then water was added to make a total amount of 100 g. Next, the solution was completely dissolved by stirring for 30 minutes to obtain a colorless and transparent (Ga, Zn) EDTA complex aqueous solution having a metal component composition of Ga / Zn = 1 / 0.01. When this solution was pulverized by a spray drying method at a drying temperature of 160 ° C., a (Ga, Zn) -EDTA complex powder was obtained. When 1.0 g of this complex powder was put in a tubular furnace and heat-treated at 1100 ° C. for 1 hour in an ammonia atmosphere, 0.2 g of a pale yellow powder was obtained.

この粉末をX線回折装置により結晶相の同定を行ったところ、図4のX線回折チャートが得られた。このX線回折チャートは、Znを含むものであってもGaNのピークと一致し、不純物ピークも見られないことから、この粉末はZnが均一に固溶されたGaN(ZnドープGaN)であることが確認された。   When this powder was identified for the crystal phase by an X-ray diffractometer, the X-ray diffraction chart of FIG. 4 was obtained. This X-ray diffraction chart coincides with the peak of GaN even if it contains Zn, and no impurity peak is seen, so this powder is GaN in which Zn is uniformly dissolved (Zn-doped GaN). It was confirmed.

この粉末を、カソードルミネッセンス測定装置(励起電圧3kV)により測定した。なお、カソードルミネッセンス測定装置は愛宕物産社製である(以下、カソードルミネッセンス測定装置は同装置)。得られた発光スペクトルは図5に示す通りであり、発光のピーク波長は430nmである。   This powder was measured with a cathodoluminescence measuring device (excitation voltage: 3 kV). The cathodoluminescence measuring device is manufactured by Ehime Bussan Co., Ltd. (hereinafter, the cathodoluminescence measuring device is the same device). The obtained emission spectrum is as shown in FIG. 5, and the peak wavelength of emission is 430 nm.

これらの結果より、得られたZnドープGaNは、金属含有組成の均一な青紫色蛍光体GaN:Znであることが確認された。   From these results, it was confirmed that the obtained Zn-doped GaN was a blue-violet phosphor GaN: Zn having a uniform metal-containing composition.

参考例5
100mlのビーカーにエチレンジアミン四酢酸35.54gを入れ、水を加えて総量を200gとした後、25%アンモニア水16.23gを加えて溶解させた。この溶液を撹拌しながら、この溶液に酸化マグネシウム4.81gを少しずつ加えた後、100℃に昇温して更に30分撹拌した。この溶液に水を加えて総量1000gとすることにより、無色透明のマグネシウム・エチレンジアミン四酢酸(Mg−EDTA)錯体水溶液を得た。得られたMg−EDTA錯体水溶液(Mg含量:0.29質量%)4.46gと、エチレンジアミン四酢酸ガリウムアンモニウム(EDTA・Ga・NH)(Ga含量:18.0質量%)20.58gを、それぞれ精秤して、100mlのビーカーに入れた後、水を加えて総量100gとした。次いで25℃で30分間撹拌して完全溶解し、金属成分組成がGa/Mg=1/0.01である無色透明の(Ga,Mg)−EDTA錯体水溶液を得た。この溶液を噴霧乾燥法により乾燥温度160℃で粉末化すると、(Ga,Mg)−EDTA錯体粉末が得られた。この錯体粉末1.0gを管状炉に入れ、アンモニア雰囲気中、1100℃で1時間熱処理すると、淡黄色の粉末0.2gが得られた。
Reference Example 5
35.54 g of ethylenediaminetetraacetic acid was added to a 100 ml beaker, water was added to make the total amount 200 g, and then 16.23 g of 25% aqueous ammonia was added and dissolved. While stirring this solution, 4.81 g of magnesium oxide was added little by little to this solution, and then the temperature was raised to 100 ° C. and the mixture was further stirred for 30 minutes. By adding water to this solution to a total amount of 1000 g, a colorless and transparent magnesium-ethylenediaminetetraacetic acid (Mg-EDTA) complex aqueous solution was obtained. 4.46 g of the obtained Mg-EDTA complex aqueous solution (Mg content: 0.29% by mass) and 20.58 g of ethylenediaminetetraacetic acid gallium ammonium (EDTA · Ga · NH 4 ) (Ga content: 18.0% by mass) Each was precisely weighed and placed in a 100 ml beaker, and then water was added to make a total amount of 100 g. Subsequently, it stirred for 30 minutes at 25 degreeC, and melt | dissolved completely, and the colorless and transparent (Ga, Mg) -EDTA complex aqueous solution whose metal component composition is Ga / Mg = 1 / 0.01 was obtained. When this solution was pulverized by a spray drying method at a drying temperature of 160 ° C., a (Ga, Mg) -EDTA complex powder was obtained. When 1.0 g of this complex powder was put in a tubular furnace and heat-treated at 1100 ° C. for 1 hour in an ammonia atmosphere, 0.2 g of a pale yellow powder was obtained.

この粉末をX線回折装置により結晶相の同定を行ったところ、図4のX線回折チャートが得られた。このX線回折チャートは、Mgを含むものであってもGaNのピークと一致し、不純物ピークも見られないことから、この粉末はMgが均一に固溶されたGaN(MgドープGaN)であることが確認された。   When this powder was identified for the crystal phase by an X-ray diffractometer, the X-ray diffraction chart of FIG. 4 was obtained. This X-ray diffraction chart coincides with the peak of GaN even if it contains Mg, and no impurity peak is seen. Therefore, this powder is GaN in which Mg is uniformly dissolved (Mg-doped GaN). It was confirmed.

この粉末を、カソードルミネッセンス測定装置(励起電圧3kV)により測定した。得られた発光スペクトルは図5に示す通りであり、発光のピーク波長は430nmであった。   This powder was measured with a cathodoluminescence measuring device (excitation voltage: 3 kV). The obtained emission spectrum is as shown in FIG. 5, and the peak wavelength of emission was 430 nm.

これらの結果より、得られたMgドープGaNは、青紫色蛍光体GaN:Mgであることが確認された。   From these results, it was confirmed that the obtained Mg-doped GaN was the blue-violet phosphor GaN: Mg.

参考例6
100mlのビーカーにエチレンジアミン四酢酸19.21gを入れ、これに水を加えて総量を200gとした後、25%アンモニア水8.94gを加えて溶解させた。この溶液を撹拌しながら、この溶液に酸化テルビウム12.05gを少しずつ加えた後、100℃に昇温して30分撹拌した。この溶液に水を加えて総量1000gとすることにより、無色透明のテルビウム−エチレンジアミン四酢酸(Tb−EDTA)錯体水溶液を得た。得られたTb−EDTA錯体水溶液(Tb含量:0.29質量%)4.46gと、エチレンジアミン四酢酸ガリウムアンモニウム(EDTA・Ga・NH)(Ga含量:18.0質量%)20.58gをそれぞれ精秤して、100mlのビーカーに入れた後、水を加えて総量100gとした。次いで30分間撹拌することにより完全溶解し、金属含有組成がGa/Tb=1/0.01である無色透明の(Ga,Tb)−EDTA錯体水溶液を得た。この溶液を噴霧乾燥法により乾燥温度160℃で粉末化すると、(Ga,Tb)−EDTA錯体粉末が得られた。この錯体粉末1.0gを管状炉にいれ、アンモニア雰囲気中1100℃で5時間熱処理すると、淡黄色の粉末0.2gが得られた。
Reference Example 6
In a 100 ml beaker, 19.21 g of ethylenediaminetetraacetic acid was added, water was added to make the total amount 200 g, and 8.94 g of 25% aqueous ammonia was added and dissolved. While stirring this solution, 12.05 g of terbium oxide was added little by little to this solution, and then the temperature was raised to 100 ° C. and stirred for 30 minutes. By adding water to this solution to a total amount of 1000 g, a colorless and transparent terbium-ethylenediaminetetraacetic acid (Tb-EDTA) complex aqueous solution was obtained. 4.46 g of the obtained aqueous solution of Tb-EDTA complex (Tb content: 0.29% by mass) and 20.58 g of ethylenediaminetetraacetic acid gallium ammonium (EDTA · Ga · NH 4 ) (Ga content: 18.0% by mass) Each was precisely weighed and placed in a 100 ml beaker, and then water was added to make a total amount of 100 g. Next, the solution was completely dissolved by stirring for 30 minutes to obtain a colorless and transparent (Ga, Tb) -EDTA complex aqueous solution having a metal-containing composition of Ga / Tb = 1 / 0.01. When this solution was pulverized by a spray drying method at a drying temperature of 160 ° C., a (Ga, Tb) -EDTA complex powder was obtained. When 1.0 g of this complex powder was placed in a tubular furnace and heat-treated at 1100 ° C. for 5 hours in an ammonia atmosphere, 0.2 g of a pale yellow powder was obtained.

この粉末をX線回折装置により結晶相の同定を行ったところ、図6のX線回折チャートが得られた。このX線回折チャートは、Tbを含むものであってもGaNのピークと一致し、不純物ピークも見られないことから、この粉末はTbが均一に固溶したGaN(TbドープGaN)であることが確認された。   When this powder was identified for the crystal phase by an X-ray diffractometer, the X-ray diffraction chart of FIG. 6 was obtained. This X-ray diffraction chart coincides with the peak of GaN even if it contains Tb, and no impurity peak is observed. Therefore, this powder is GaN in which Tb is uniformly dissolved (Tb-doped GaN). Was confirmed.

この粉末をカソードルミネッセンス測定装置(励起電圧3kV)により測定した。得られた発光スペクトルは図5に示す通りであり、発光のピーク波長は545nmであった。   This powder was measured with a cathodoluminescence measuring device (excitation voltage: 3 kV). The obtained emission spectrum was as shown in FIG. 5, and the peak wavelength of emission was 545 nm.

これらの結果から、得られたTbドープGaNは、緑色蛍光体GaN:Tbであることが確認された。   From these results, it was confirmed that the obtained Tb-doped GaN was a green phosphor GaN: Tb.

また、Gaの一部をInまたはAlに置換して得た窒化物についても、発光特性を有することが確認された。   Further, it was confirmed that a nitride obtained by substituting a part of Ga with In or Al also has light emission characteristics.

実施例7
100mlのビーカーにクエン酸25.1gを入れ、水を加えて総量を100gとした後、撹拌して溶解させた。この溶液を撹拌しながら、この溶液に硝酸インジウムn水和物15.7gを少しずつ加え、室温にて30分撹拌した。この溶液に水を加えて総量200gにすると、無色透明のインジウム−クエン酸(In−Cit)錯体水溶液が得られた。得られたIn−Cit錯体水溶液(In含量:2.40質量%)25.42gと、エチレンジアミン四酢酸ガリウムアンモニウム(EDTA・Ga・NH)(Ga含量:18.0質量%)20.58gをそれぞれ精秤して、100mlのビーカーに入れた後、水を加えて総量100gとした。次いで30分間撹拌して完全溶解すると、金属成分組成がGa/In=0.9/0.1である無色透明の(Ga−EDTA,In−Cit)混合錯体水溶液が得られた。この溶液を、噴霧乾燥法により乾燥温度160℃で粉末化し、(Ga−EDTA,In−Cit)混合錯体粉末を得た。この錯体粉末1.0gを管状炉に入れ、アンモニア雰囲気中500℃で1時間熱処理すると淡黄色の粉末0.2gが得られた。
Example 7
In a 100 ml beaker, 25.1 g of citric acid was added, water was added to make the total amount 100 g, and then dissolved by stirring. While stirring this solution, 15.7 g of indium nitrate n-hydrate was added little by little to this solution, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. When water was added to this solution to make a total amount of 200 g, a colorless and transparent indium-citric acid (In-Cit) complex aqueous solution was obtained. 25.42 g of the obtained In-Cit complex aqueous solution (In content: 2.40% by mass) and 20.58 g of ethylenediaminetetraacetic acid gallium ammonium (EDTA · Ga · NH 4 ) (Ga content: 18.0% by mass) Each was precisely weighed and placed in a 100 ml beaker, and then water was added to make a total amount of 100 g. Next, the mixture was stirred for 30 minutes and completely dissolved to obtain a colorless and transparent (Ga-EDTA, In-Cit) mixed complex aqueous solution having a metal component composition of Ga / In = 0.9 / 0.1. This solution was pulverized by a spray drying method at a drying temperature of 160 ° C. to obtain a (Ga-EDTA, In-Cit) mixed complex powder. When 1.0 g of this complex powder was placed in a tube furnace and heat-treated at 500 ° C. for 1 hour in an ammonia atmosphere, 0.2 g of a pale yellow powder was obtained.

この粉末をX線回折装置により結晶相の同定を行ったところ、このX線回折チャートは、Inを含むものであってもGaNのピークと一致し、Inに起因する不純物ピークが見られなかったことから、この粉末はInが均一に固溶したGaN(InドープGaN)であることが確認された。   When this powder was identified by the X-ray diffractometer, the X-ray diffraction chart was consistent with the peak of GaN even when it contained In, and no impurity peak was observed due to In. From this, it was confirmed that this powder was GaN (In-doped GaN) in which In was uniformly dissolved.

この粉末をカソードルミネッセンス測定装置(励起電圧3kV)により測定したところ、青色発光が確認された。   When this powder was measured with a cathodoluminescence measuring device (excitation voltage: 3 kV), blue light emission was confirmed.

本発明によれば、金属窒化物合成用の出発原料として有機金属キレート錯体を使用し、これを窒素含有雰囲気中で加熱処理することにより、金属窒化物を容易に得ることができる。また、得られる金属窒化物は、高度に組成制御されたものとなる。本発明の製造方法により得られるIII族窒化物系蛍光体は、ブラウン管(CRT)やプラズマディスプレイ(PDP)、電界放射型ディスプレイ(FED)、蛍光表示管、蛍光ランプ等に用いられる蛍光体素材として極めて有効に活用できる。   According to the present invention, a metal nitride can be easily obtained by using an organometallic chelate complex as a starting material for synthesizing a metal nitride and heat-treating it in a nitrogen-containing atmosphere. Further, the obtained metal nitride is highly controlled in composition. The group III nitride phosphor obtained by the production method of the present invention is used as a phosphor material used in a cathode ray tube (CRT), a plasma display (PDP), a field emission display (FED), a fluorescent display tube, a fluorescent lamp, and the like. It can be used very effectively.

Claims (5)

単一の金属を含む有機金属キレート錯体を窒素含有雰囲気中で400〜900℃の温度で加熱処理するInNの金属窒化物の製法であって、
前記単一の金属を含む有機金属キレート錯体として、当該金属もしくはその金属化合物とアミノカルボン酸系キレート剤とを反応させることにより得られる有機金属キレート錯体水溶液から晶析した有機金属キレート錯体結晶、または当該有機金属キレート錯体水溶液を噴霧乾燥して得た有機金属キレート錯体粉末を使用することを特徴とする金属窒化物の製法。
A process for producing a metal nitride of InN, comprising heat-treating an organometallic chelate complex containing a single metal at a temperature of 400 to 900 ° C. in a nitrogen-containing atmosphere,
As the organometallic chelate complex containing a single metal, an organometallic chelate complex crystal crystallized from an organometallic chelate complex aqueous solution obtained by reacting the metal or a metal compound thereof with an aminocarboxylic acid chelating agent, or A method for producing a metal nitride, comprising using an organometallic chelate complex powder obtained by spray drying the organometallic chelate complex aqueous solution.
複数の金属を含む均一組成の有機金属キレート錯体を窒素含有雰囲気中で400〜900℃の温度で加熱処理するInとGaを含む混晶の金属窒化物の製法であって、
前記複数の金属を含む均一組成の有機金属キレート錯体として、当該構成金属元素の金属単体もしくはその金属化合物とアミノカルボン酸系キレート剤、および/またはその構成金属元素のアミノカルボン酸系金属キレート錯体を、所定の金属組成となるように混合して調製した有機金属キレート錯体水溶液を噴霧乾燥して得た有機金属キレート錯体粉末を使用することを特徴とする金属窒化物の製法。
A process for producing a mixed crystal metal nitride containing In and Ga, in which an organometallic chelate complex having a uniform composition containing a plurality of metals is heated at a temperature of 400 to 900 ° C. in a nitrogen-containing atmosphere,
As the organometallic chelate complex having a uniform composition containing a plurality of metals, a single metal of the constituent metal element or a metal compound thereof and an aminocarboxylic acid chelating agent, and / or an aminocarboxylic acid metal chelate complex of the constituent metal element A method for producing a metal nitride, comprising using an organometallic chelate complex powder obtained by spray drying an aqueous solution of an organometallic chelate complex prepared by mixing so as to have a predetermined metal composition.
前記InとGaを含む混晶の金属窒化物が蛍光体である請求項に記載の金属窒化物の製法。 The method for producing a metal nitride according to claim 2 , wherein the mixed crystal metal nitride containing In and Ga is a phosphor. 前記アミノカルボン酸系キレート剤として、ニトリロ三酢酸、エチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸およびそれらのアミン塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種を使用する請求項1〜3のいずれかに記載の金属窒化物の製法。 As the aminocarboxylic acid chelating agent, any of claims 1 to 3 using at least one selected from nitrilotriacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, triethylenetetraminehexaacetic acid and the group consisting of an amine salt thereof preparation of metal nitride as claimed in either. 前記窒素含有雰囲気として、窒素、一酸化二窒素およびアンモニアの少なくとも1種を含む雰囲気を採用する請求項1〜のいずれかに記載の金属窒化物の製法。 The method for producing a metal nitride according to any one of claims 1 to 4 , wherein an atmosphere containing at least one of nitrogen, dinitrogen monoxide, and ammonia is adopted as the nitrogen-containing atmosphere.
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