JP6638152B2 - 蛍光体組成物の製造方法および発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置に有用な蛍光体組成物の製造方法に関する。
従来から蛍光体は、ディスプレイ用などの表示用途、照明用途、それにセキュリティ用途や医療用途等の幅広い用途に使用されている。そのため、耐久性や耐熱性等も徐々に求められており、金属酸化物蛍光体等が注目されてきている。
金属酸化物蛍光体を製造する方法として、現在、一般的に採用されているのは、蛍光体の原料として金属の炭酸塩や酸化物などの固体原料を所定の金属組成となるように混合し、これを焼成して複合酸化物を得る固相法である。しかし、この方法では、原料粉末を固相状態で混合することから、ミクロ的観点からすると明らかに不均一相であり、異相の生成による組成ズレが避けられないといった問題があった。また、得られる金属酸化物の粒子径が大きく且つ不揃いになることから、小粒径のものを得るには粉砕や分級などの後処理が不可欠となるため収率も低くなり、粒度調整も意外に難しい等の問題もあった。
このような問題を解決する方法として、水系において金属イオンとオキシカルボン酸またはポリアミノキレート剤等との間で金属錯体を形成し、これに架橋剤としてエチレングリコール等のポリオールを加えてエステル重合することによりゲル状の錯体重合体を製造し、これを熱分解する方法も提案されている（特許文献１、特許文献２）。しかしながら、これらの方法でも、エステル重合工程で金属錯体から金属が外れることによって偏析が生じる問題があったり、しかも、ゲルを焼成した後に焼成物を粉砕する工程が必要になったりして、作業が煩雑で製造コストも高くつくという問題もあった。そのため、簡便且つ工業的有利に発光性に優れた蛍光体組成物を製造できる方法が待ち望まれていた。
本発明は、簡便かつ工業的有利に発光性に優れた蛍光体組成物を製造できる方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、原料溶液を霧化または液滴化して生成されるミストまたは液滴を、キャリアガスでもって基体まで搬送し、ついで該基体上で該ミストまたは該液滴を加熱により熱反応させることで蛍光体組成物を製造すると、驚くべきことに、発光性に優れた蛍光体組成物を簡便かつ工業的有利に製造することができることを見出し、このような製造方法が、上記した従来の問題を一挙に解決できるものであることを知見した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至った。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
［１］ 原料溶液を熱反応させて蛍光体を含む蛍光体組成物を製造する方法において、前記原料溶液を霧化または液滴化して生成されるミストまたは液滴を、キャリアガスでもって基体まで搬送し、ついで該基体上で該ミストまたは該液滴を加熱により熱反応させることを特徴とする蛍光体組成物の製造方法。
［２］ 基体が結晶基板であり、結晶基板の結晶成長面上に、直接または他の層を介して、凹部または凸部からなる凹凸部を形成し、前記凹凸部上で、前記ミストまたは前記液滴を加熱により熱反応させる前記［１］記載の製造方法。
［３］ 前記凹凸部を複数かつ周期的に形成する前記［２］記載の製造方法。
［４］ 前記凹凸部の形成を、ストライプ状またはドット状に凹部または凸部を形成することにより行う前記［２］または［３］に記載の製造方法。
［５］ 前記基体が、サファイア基板である前記［１］〜［４］のいずれかに記載の製造方法。
［６］ 蛍光体を含む蛍光体組成物であって、前記蛍光体が、コランダム構造を有しており、少なくともガリウムを含有する酸化物半導体であり、薄膜であることを特徴とする蛍光体組成物。
［７］ 光源と蛍光体組成物とを少なくとも含む発光装置であって、蛍光体組成物が、前記［６］記載の蛍光体組成物であることを特徴とする発光装置。
［８］ ［７］記載の発光装置を含む表示装置。
［９］ ［７］記載の発光装置を含む照明装置。
［１］ 原料溶液を熱反応させて蛍光体を含む蛍光体組成物を製造する方法において、前記原料溶液を霧化または液滴化して生成されるミストまたは液滴を、キャリアガスでもって基体まで搬送し、ついで該基体上で該ミストまたは該液滴を加熱により熱反応させることを特徴とする蛍光体組成物の製造方法。
［２］ 基体が結晶基板であり、結晶基板の結晶成長面上に、直接または他の層を介して、凹部または凸部からなる凹凸部を形成し、前記凹凸部上で、前記ミストまたは前記液滴を加熱により熱反応させる前記［１］記載の製造方法。
［３］ 前記凹凸部を複数かつ周期的に形成する前記［２］記載の製造方法。
［４］ 前記凹凸部の形成を、ストライプ状またはドット状に凹部または凸部を形成することにより行う前記［２］または［３］に記載の製造方法。
［５］ 前記基体が、サファイア基板である前記［１］〜［４］のいずれかに記載の製造方法。
［６］ 蛍光体を含む蛍光体組成物であって、前記蛍光体が、コランダム構造を有しており、少なくともガリウムを含有する酸化物半導体であり、薄膜であることを特徴とする蛍光体組成物。
［７］ 光源と蛍光体組成物とを少なくとも含む発光装置であって、蛍光体組成物が、前記［６］記載の蛍光体組成物であることを特徴とする発光装置。
［８］ ［７］記載の発光装置を含む表示装置。
［９］ ［７］記載の発光装置を含む照明装置。
本発明の製造方法によれば、簡便かつ工業的有利に発光性に優れた蛍光体組成物を製造できる。
本発明の蛍光体組成物の製造方法は、原料溶液を熱反応させて蛍光体を主成分として含む蛍光体組成物を製造する方法において、前記原料溶液を霧化または液滴化して生成されるミストまたは液滴を、キャリアガスでもって基体まで搬送し、ついで該基体上で該ミストまたは該液滴を加熱により熱反応させることを特徴とする。
（蛍光体）
本発明においては、前記蛍光体が酸化物半導体であるのが好ましい。また、前記酸化物半導体は、アルミニウム、ガリウムおよびインジウムから選ばれる１種または２種以上を少なくとも含むのが好ましく、少なくともガリウムを含むのがより好ましい。
本発明においては、前記蛍光体が酸化物半導体であるのが好ましい。また、前記酸化物半導体は、アルミニウム、ガリウムおよびインジウムから選ばれる１種または２種以上を少なくとも含むのが好ましく、少なくともガリウムを含むのがより好ましい。
前記酸化物半導体は、コランダム構造を有しており、かつアルミニウム、ガリウムおよびインジウムからなる１種または２種以上を少なくとも含有しているのが好ましい。前記酸化物半導体としては、例えば、α−Ｇａ２Ｏ３、α−（ＡｌｘＧａ１−ｘ）２Ｏ３（但し、１＞Ｘ＞０）、α−（ＩｎＹＧａ１−Ｙ）２Ｏ３（但し、１＞Ｙ＞０）、α−（ＡｌＺ１ＧａＺ２ＩｎＺ３）２Ｏ３（但し、１＞Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３＞０およびＺ１＋Ｚ２＋Ｚ３＝１）などが挙げられる。本発明においては、前記酸化物半導体が、少なくともガリウムを含むのがより好ましい。
（原料溶液）
前記原料溶液は、特に限定されず、通常、前記蛍光体によって適宜選択される。例えば、蛍光体が、アルミニウム、ガリウムおよびインジウムからなる１種または２種以上を少なくとも含む酸化物半導体である場合には、原料溶液としては、例えば、ガリウム化合物及び所望によりインジウム化合物またはアルミニウム化合物等の金属化合物などが挙げられる。ガリウム化合物としては、ガリウム金属を出発材料として成膜直前にガリウム化合物に変化させたものであってもよい。ガリウム化合物としては、ガリウムの有機金属錯体（例：アセチルアセトナート錯体）やハロゲン化物（フッ化物、塩化物、臭化物、又はヨウ化物）などが挙げられるが、本発明においては、ハロゲン化物（フッ化物、塩化物、臭化物、又はヨウ化物）を用いることが好ましい。
前記原料溶液は、特に限定されず、通常、前記蛍光体によって適宜選択される。例えば、蛍光体が、アルミニウム、ガリウムおよびインジウムからなる１種または２種以上を少なくとも含む酸化物半導体である場合には、原料溶液としては、例えば、ガリウム化合物及び所望によりインジウム化合物またはアルミニウム化合物等の金属化合物などが挙げられる。ガリウム化合物としては、ガリウム金属を出発材料として成膜直前にガリウム化合物に変化させたものであってもよい。ガリウム化合物としては、ガリウムの有機金属錯体（例：アセチルアセトナート錯体）やハロゲン化物（フッ化物、塩化物、臭化物、又はヨウ化物）などが挙げられるが、本発明においては、ハロゲン化物（フッ化物、塩化物、臭化物、又はヨウ化物）を用いることが好ましい。
また、前記原料溶液には、ドーパントが含まれていてもよい。前記ドーパントは、特に限定されず、公知のものであってよい。前記ドーパントとしては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブ等のｎ型ドーパント、またはｐ型ドーパントなどが挙げられる。本発明においては、前記ドーパントが、ＧｅまたはＳｉであるのが好ましい。前記ＧｅまたはＳｉの含有量は、前記蛍光体組成物の組成中、０．００００１原子％以上であるのが好ましく、０．００００１原子％〜２０原子％であるのがより好ましく、０．００００１原子％〜１０原子％であるのが最も好ましい。
＜基体＞
前記基体は、前記膜を支持できるものであれば特に限定されない。前記基体の材料も、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の基体であってよく、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。前記基体の形状としては、どのような形状のものであってもよく、あらゆる形状に対して有効であり、例えば、平板や円板等の板状、繊維状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、螺旋状、球状、リング状などが挙げられるが、本発明においては、基板が好ましい。基板の厚さは、本発明においては特に限定されない。
前記基体は、前記膜を支持できるものであれば特に限定されない。前記基体の材料も、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の基体であってよく、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。前記基体の形状としては、どのような形状のものであってもよく、あらゆる形状に対して有効であり、例えば、平板や円板等の板状、繊維状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、螺旋状、球状、リング状などが挙げられるが、本発明においては、基板が好ましい。基板の厚さは、本発明においては特に限定されない。
前記結晶基板は、結晶物を主成分として含む基板であれば特に限定されず、公知の基板であってよい。絶縁体基板であってもよいし、導電性基板であってもよいし、半導体基板であってもよい。単結晶基板であってもよいし、多結晶基板であってもよい。前記結晶基板としては、例えば、コランダム構造を有する結晶物を主成分として含む基板、またはβ−ガリア構造を有する結晶物を主成分として含む基板、六方晶構造を有する基板などが挙げられる。なお、前記「主成分」とは、基板中の組成比で、前記結晶物を５０％以上含むものをいい、好ましくは７０％以上含むものであり、より好ましくは９０％以上含むものである。
前記コランダム構造を有する結晶物を主成分として含む基板としては、例えば、サファイア基板、α型酸化ガリウム基板などが挙げられる。前記β−ガリア構造を有する結晶物を主成分として含む基板としては、例えば、β−Ｇａ２Ｏ３基板、またはβ−Ｇａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３とを含む混晶体基板などが挙げられる。なお、β−Ｇａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３とを含む混晶体基板としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３が０ｗｔ％より多くかつ６０ｗｔ％以下である混晶体基板などが好適な例として挙げられる。また、前記六方晶構造を有する基板としては、例えば、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板、ＧａＮ基板などが挙げられる。その他の結晶基板の例示としては、例えば、Ｓｉ基板などが挙げられる。
本発明においては、前記結晶基板が、サファイア基板であるのが好ましい。前記サファイア基板としては、例えば、ｃ面サファイア基板、ｍ面サファイア基板、ａ面サファイア基板などが挙げられる。また、前記サファイア基板はオフ角を有していてもよい。前記オフ角は、特に限定されないが、好ましくは０°〜１５°である。
なお、前記結晶基板の厚さは、特に限定されないが、好ましくは、５０〜２０００μｍであり、より好ましくは２００〜８００μｍである。
なお、前記結晶基板の厚さは、特に限定されないが、好ましくは、５０〜２０００μｍであり、より好ましくは２００〜８００μｍである。
また、本発明では、前記基体が結晶基板であるのが好ましく、前記結晶基板の結晶成長面上に、直接または他の層を介して、凹部または凸部からなる凹凸部を形成し、前記凹凸部上で、前記ミストまたは前記液滴を加熱により熱反応させるのがより好ましい。
＜凹凸部＞
前記凹凸部は、凸部または凹部からなるものであれば特に限定されず、凸部からなる凹凸部であってもよいし、凹部からなる凹凸部であってもよいし、凸部および凹部からなる凹凸部であってもよい。また、前記凹凸部は、規則的な凸部または凹部から形成されていてもよいし、不規則な凸部または凹部から形成されていてもよい。本発明においては、前記凹凸部が周期的に形成されているのが好ましく、周期的かつ規則的にパターン化されているのがより好ましい。前記凹凸部の形状としては、特に限定されず、例えば、ストライプ状、ドット状、メッシュ状またはランダム状などが挙げられるが、本発明においては、ストライプ状またはドット状が好ましい。なお、ドット状に凹凸部を形成する場合には、例えば正方格子、斜方格子、三角格子、六角格子などの格子位置に、周期的かつ規則的に、三角形、四角形（例えば正方形、長方形若しくは台形等）、五角形若しくは六角形等の多角形状、円状、楕円状などの凹凸部を配置することができる。前記凹凸部の凹部または凸部の断面形状としては、特に限定されないが、例えば、コの字型、Ｕ字型、逆Ｕ字型、波型、または三角形、四角形（例えば正方形、長方形若しくは台形等）、五角形若しくは六角形等の多角形等が挙げられる。
前記凹凸部は、凸部または凹部からなるものであれば特に限定されず、凸部からなる凹凸部であってもよいし、凹部からなる凹凸部であってもよいし、凸部および凹部からなる凹凸部であってもよい。また、前記凹凸部は、規則的な凸部または凹部から形成されていてもよいし、不規則な凸部または凹部から形成されていてもよい。本発明においては、前記凹凸部が周期的に形成されているのが好ましく、周期的かつ規則的にパターン化されているのがより好ましい。前記凹凸部の形状としては、特に限定されず、例えば、ストライプ状、ドット状、メッシュ状またはランダム状などが挙げられるが、本発明においては、ストライプ状またはドット状が好ましい。なお、ドット状に凹凸部を形成する場合には、例えば正方格子、斜方格子、三角格子、六角格子などの格子位置に、周期的かつ規則的に、三角形、四角形（例えば正方形、長方形若しくは台形等）、五角形若しくは六角形等の多角形状、円状、楕円状などの凹凸部を配置することができる。前記凹凸部の凹部または凸部の断面形状としては、特に限定されないが、例えば、コの字型、Ｕ字型、逆Ｕ字型、波型、または三角形、四角形（例えば正方形、長方形若しくは台形等）、五角形若しくは六角形等の多角形等が挙げられる。
前記凸部の構成材料は、特に限定されず、公知の材料であってよい。絶縁体材料であってもよいし、導電体材料であってもよいし、半導体材料であってもよいが、縦方向の結晶成長を阻害可能な材料が好ましい。また、前記構成材料は、非晶であってもよいし、単結晶であってもよいし、多結晶であってもよい。前記凸部の構成材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｓｎ等の酸化物、窒化物または炭化物、カービン、ダイヤモンド、金属、これらの混合物などが挙げられる。より具体的には、ＳｉＯ２、ＳｉＮまたは多結晶シリコンを主成分として含むＳｉ含有化合物、前記結晶性半導体の結晶成長温度よりも高い融点を有する金属（例えば、白金、金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウムなどの貴金属等）などが挙げられる。なお、前記構成材料の含有量は、凸部中、組成比で、５０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましく、９０％以上が最も好ましい。
前記凸部の形成手段としては、公知の手段であってよく、例えば、フォトリソグラフィー、電子ビームリソグラフィー、レーザーパターニング、その後のエッチング（例えばドライエッチングまたはウェットエッチング等）などの公知のパターニング加工手段などが挙げられる。本発明においては、前記凸部がストライプ状またはドット状であるのが好ましく、ストライプ状であるのがより好ましい。
前記凹部は、特に限定されないが、上記凸部の構成材料と同様のものであってよいし、結晶基板であってもよい。本発明においては、前記凹部が、ドット状であるのが好ましく、前記シリコン含有化合物からなるマスク層にドット状の凹部が設けてあるのがより好ましい。前記凹部の形成手段としては、前記の凸部の形成手段と同様の手段を用いることができる。また、前記凹部が結晶基板の結晶成長面上に設けられた空隙層であるのも好ましい。前記空隙層は、公知の溝加工手段により、結晶基板に溝を設けることで、前記結晶基板の結晶成長面上に形成することができる。空隙層の溝幅、溝深さ、テラス幅等は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、適宜に設定することができる。また、空隙層には、空気が含まれていてもよいし、不活性ガス等が含まれていてもよい。
以下、本発明の好ましい態様を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明における結晶基板の結晶成長面上に設けられた凹凸部の一態様を示す。図１の凹凸部は、結晶基板１と、結晶成長面１ａ上の凸部２ａとから形成されている。凸部２ａはストライプ状であり、結晶基板１の結晶成長面１ａ上には、ストライプ状の凸部２ａが周期的に配列されている。なお、凸部２ａは、ＳｉＯ２等のシリコン含有化合物からなり、フォトリソグラフィー等の公知の手段を用いて形成することができる。
図１は、本発明における結晶基板の結晶成長面上に設けられた凹凸部の一態様を示す。図１の凹凸部は、結晶基板１と、結晶成長面１ａ上の凸部２ａとから形成されている。凸部２ａはストライプ状であり、結晶基板１の結晶成長面１ａ上には、ストライプ状の凸部２ａが周期的に配列されている。なお、凸部２ａは、ＳｉＯ２等のシリコン含有化合物からなり、フォトリソグラフィー等の公知の手段を用いて形成することができる。
図２は、本発明における結晶基板の結晶成長面上に設けられた凹凸部の一態様を示し、図１とは別の態様を示している。図２の凹凸部は、図１と同様、結晶基板１と、結晶成長面１ａ上に設けられた凸部２ａとから形成されている。凸部２ａはドット状であり、結晶基板１の結晶成長面１ａ上には、ドット状の凸部２ａが周期的かつ規則的に配列されている。なお、凸部２ａは、ＳｉＯ２等のシリコン含有化合物からなり、フォトリソグラフィー等の公知の手段を用いて形成することができる。
図３は、本発明における結晶基板の結晶成長面上に設けられた凹凸部の一態様を示す。図３は、凸部ではなく凹部２ｂを備えている。図３の凹部は、結晶基板１と、マスク層４とから形成されている。マスク層は、結晶成長面１上に形成されており、ドット状に穴が空いている。マスク層４のドットの穴からは結晶基板１が露出しており、結晶成長面１ａ上にドット状の凹部２ｂが形成されている。なお、凹部２ｂは、フォトリソグラフィー等の公知の手段を用いて、マスク層４を形成することにより得ることができる。また、マスク層４は、縦方向の結晶成長を阻害可能な層であれば特に限定されない。マスク層４の構成材料としては、例えば、ＳｉＯ２等のシリコン含有化合物などの公知の材料等が挙げられる。
図４は、本発明における結晶基板の結晶成長面上に設けられた凹凸部の一態様を示す。図４の凹凸部は、結晶基板１と空隙層とから形成されている。空隙層は、ストライプ状であり、結晶基板１の結晶成長面１ａ上には、ストライプ状の凹部２ｂが周期的に配列されている。なお、凹部２ｂは、公知の溝加工手段により形成することができる。
また、図５にも、本発明における結晶基板１の結晶成長面１ａ上に設けられた凹凸部の一態様を示す。図５の凹凸部は、図４とは、凹部２ｂの間隔が異なっており、間隔の幅が小さくなっている。つまり、凹部２ｂのテラス幅が、図４では広くなっており、図５では狭くなっている。図５の凹部２ｂもまた、図４の凹部と同様、公知の溝加工手段を用いて形成することができる。
図６は、図４および図５と同様、本発明における結晶基板の結晶成長面上に設けられた凹凸部の一態様を示し、図６の凹凸部は、結晶基板１と空隙層とから形成されている。空隙層は、図４および図５とは異なり、ドット状であり、結晶基板１の結晶成長面１ａ上には、ドット状の凹部２ｂが周期的かつ規則的に配列されている。なお、凹部２ｂは、公知の溝加工手段により形成することができる。
凹凸部の凸部の幅および高さ、凹部の幅および深さ、間隔などが特に限定されないが、本発明においては、それぞれが例えば約１０ｎｍ〜約１ｍｍの範囲内であり、好ましくは約１０ｎｍ〜約３００μｍであり、より好ましくは約１０ｎｍ〜約１μｍであり、最も好ましくは約１００ｎｍ〜約１μｍである。
また、本発明においては、前記結晶基板上にバッファ層や応力緩和層等の他の層を設けもよく、他の層を設ける場合には、他の層上でも他の層下でも前記凹凸部を形成してもよいが、通常、他の層上に、前記凹凸部を形成する。
（製造方法）
本発明では、好適には、前記原料溶液を霧化または液滴化し（霧化・液滴化工程）、生成されるミストまたは液滴をキャリアガスによって前記基体に供給し（ミスト・液滴供給工程）、供給されたミストまたは液滴を加熱により熱反応させて成膜する（成膜工程）。
本発明では、好適には、前記原料溶液を霧化または液滴化し（霧化・液滴化工程）、生成されるミストまたは液滴をキャリアガスによって前記基体に供給し（ミスト・液滴供給工程）、供給されたミストまたは液滴を加熱により熱反応させて成膜する（成膜工程）。
前記霧化・液滴化工程は、原料溶液を調整し、前記原料溶液を霧化または液滴化してミストを発生させる原料溶液における金属化合物の配合割合は、特に限定されないが、原料溶液全体に対して、０．０００１ｍｏｌ／Ｌ〜２０ｍｏｌ／Ｌが好ましい。霧化または液滴化手段は、前記原料溶液を霧化または液滴化できさえすれば特に限定されず、公知の霧化手段または液滴化手段であってよいが、本発明においては、超音波を用いる霧化手段または液滴化手段であるのが好ましい。前記ミストまたは前記液滴は、初速度がゼロで、空中に浮遊するものが好ましく、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、空間に浮かびガスとして搬送することが可能なミストであるのがより好ましい。液滴サイズは、特に限定されず、数ｍｍ程度の液滴であってもよいが、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは１〜１０μｍである。
前記ミスト・液滴供給工程では、前記キャリアガスによって前記ミストまたは前記液滴を基体へ供給する。キャリアガスの種類としては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、または水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが好適な例として挙げられる。また、キャリアガスの種類は１種類であってよいが、２種類以上であってもよく、キャリアガス濃度を変化させた希釈ガス（例えば１０倍希釈ガス等）などを、第２のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。また、キャリアガスの供給箇所も１箇所だけでなく、２箇所以上あってもよい。キャリアガスの流量は、特に限定されないが、反応炉内での線速（より具体的には、反応炉は高温になっており、環境に依存して変化してしまうため、室温を仮定して換算される線速）で、０．１ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓが好ましく、１ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓがより好ましい。
成膜工程では、前記ミストまたは前記液滴を熱反応させて、前記基体表面の一部または全部に成膜する。前記熱反応は、熱でもって前記ミストまたは前記液滴が反応すればそれでよく、加熱手段も公知の手段であってよく、反応条件等も本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。本工程においては、前記熱反応を、通常、溶媒の蒸発温度以上の温度で行うが、高すぎない温度以下が好ましい。また、熱反応は、本発明の目的を阻害しない限り、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下および酸素雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよく、また、大気圧下、加圧下および減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、本発明においては、大気圧下で行われるのが蒸発温度の計算が簡単になる等の点で好ましい。なお、真空の場合には、蒸発温度を下げることができる。また、膜厚は成膜時間を調整することにより、設定することができる。
前記蛍光体組成物は発光装置に有用である。前記発光装置としては、例えば、表示装置または照明装置などが挙げられ、より具体的には、例えば屋内及び屋外用の照明等の照明装置、携帯電話、家庭用電化製品、屋外設置用ディスプレイ等の各種電子機器の画像表示装置などが挙げられる。いずれも公知の手段等を用いて、公知の光源等とともに好適に用いることができる。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
１．ミストＣＶＤ装置
まず、図９を用いて、本実施例で用いたミストＣＶＤ装置１９を説明する。ミストＣＶＤ装置１９は、下地基板等の被成膜試料２０を載置する試料台２１と、キャリアガスを供給するキャリアガス源２２と、キャリアガス源２２から送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁２３と、原料溶液２４ａが収容されるミスト発生源２４と、水２５ａが入れられる容器２５と、容器２５の底面に取り付けられた超音波振動子２６と、内径４０ｍｍの石英管からなる成膜室２７と、成膜室２７の周辺部に設置されたヒータ２８を備えている。試料台２１は、石英からなり、被成膜試料２０を載置する面が水平面から傾斜している。成膜室２７と試料台２１をどちらも石英で作製することにより、被成膜試料２０上に形成される薄膜内に装置由来の不純物が混入することを抑制している。
まず、図９を用いて、本実施例で用いたミストＣＶＤ装置１９を説明する。ミストＣＶＤ装置１９は、下地基板等の被成膜試料２０を載置する試料台２１と、キャリアガスを供給するキャリアガス源２２と、キャリアガス源２２から送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁２３と、原料溶液２４ａが収容されるミスト発生源２４と、水２５ａが入れられる容器２５と、容器２５の底面に取り付けられた超音波振動子２６と、内径４０ｍｍの石英管からなる成膜室２７と、成膜室２７の周辺部に設置されたヒータ２８を備えている。試料台２１は、石英からなり、被成膜試料２０を載置する面が水平面から傾斜している。成膜室２７と試料台２１をどちらも石英で作製することにより、被成膜試料２０上に形成される薄膜内に装置由来の不純物が混入することを抑制している。
２．凹凸部の形成
結晶基板として、ｃ面サファイア基板を用いた。ＳＯＧをスピンコーターで塗布し、フォトリソグラフィー法を用いて、ｃ面サファイア基板上に、ＳｉＯ２のストライプ（ｍ軸と平行）を形成した。
結晶基板として、ｃ面サファイア基板を用いた。ＳＯＧをスピンコーターで塗布し、フォトリソグラフィー法を用いて、ｃ面サファイア基板上に、ＳｉＯ２のストライプ（ｍ軸と平行）を形成した。
３．原料溶液の作製
臭化ガリウム０．１ｍｏｌ／Ｌの水溶液を調整し、この際、さらに４８％臭化水素酸溶液を体積比で１０％となるように含有させ、これを原料溶液とした。
臭化ガリウム０．１ｍｏｌ／Ｌの水溶液を調整し、この際、さらに４８％臭化水素酸溶液を体積比で１０％となるように含有させ、これを原料溶液とした。
４．成膜準備
上記３．で得られた原料溶液２４ａをミスト発生源２４内に収容した。次に、被成膜試料２０として、１辺が１０ｍｍの正方形の結晶成長用基板を試料台２１上に設置させ、ヒータ２８を作動させて成膜室２７内の温度を５８０℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁２３を開いてキャリアガス源２２からキャリアガスを成膜室２７内に供給し、成膜室２７の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を５Ｌ／ｍｉｎに調節した。なお、キャリアガスとして酸素を用いた。
上記３．で得られた原料溶液２４ａをミスト発生源２４内に収容した。次に、被成膜試料２０として、１辺が１０ｍｍの正方形の結晶成長用基板を試料台２１上に設置させ、ヒータ２８を作動させて成膜室２７内の温度を５８０℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁２３を開いてキャリアガス源２２からキャリアガスを成膜室２７内に供給し、成膜室２７の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を５Ｌ／ｍｉｎに調節した。なお、キャリアガスとして酸素を用いた。
５．単層膜形成
次に、超音波振動子２６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水２５ａを通じて原料溶液２４ａに伝播させることによって、原料溶液２４ａを微粒子化させて原料微粒子を生成した。この原料微粒子が、キャリアガスによって成膜室２７内に導入され、５８０℃にて、成膜室２７内で反応して、被成膜試料２０上に薄膜を形成した。なお、成膜時間は４時間であった。
次に、超音波振動子２６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水２５ａを通じて原料溶液２４ａに伝播させることによって、原料溶液２４ａを微粒子化させて原料微粒子を生成した。この原料微粒子が、キャリアガスによって成膜室２７内に導入され、５８０℃にて、成膜室２７内で反応して、被成膜試料２０上に薄膜を形成した。なお、成膜時間は４時間であった。
６．評価
上記５．にて得られたα−Ｇａ２Ｏ３薄膜の相の同定をした。同定は、薄膜用ＸＲＤ回折装置を用いて、１５度から９５度の角度で２θ／ωスキャンを行うことによって行った。測定は、ＣｕＫα線を用いて行った。その結果、α−Ｇａ２Ｏ３であった。
上記５．にて得られたα−Ｇａ２Ｏ３薄膜の相の同定をした。同定は、薄膜用ＸＲＤ回折装置を用いて、１５度から９５度の角度で２θ／ωスキャンを行うことによって行った。測定は、ＣｕＫα線を用いて行った。その結果、α−Ｇａ２Ｏ３であった。
得られた膜につき、カソードルミネッセンス分光装置を用いて、断面ＣＬ強度マッピングを実施した。結果を図１０に示す。図１０から、６３０ｎｍ付近において、良好な発光性を示していることが分かる。また、レーザーラマン分光測定装置を用いて、ラマンマッピング測定を行った。結果を図１１に示す。図１１から、得られた膜が良好な結晶性を有することが分かる。
本発明の蛍光体組成物は、電子部品・電気機器部品、光学・電子写真関連装置、工業部材などあらゆる分野に用いることができるが、特に、発光装置（例えば、表示装置や照明装置）に有用である。
１ 結晶基板
１ａ 結晶成長面
２ａ 凸部
２ｂ 凹部
３ エピタキシャル層
４ マスク層
５ バッファ層
１９ ミストＣＶＤ装置
２０ 被成膜試料
２１ 試料台
２２ キャリアガス源
２３ 流量調節弁
２４ ミスト発生源
２４ａ 原料溶液
２５ 容器
２５ａ 水
２６ 超音波振動子
２７ 成膜室
２８ ヒータ
１ａ 結晶成長面
２ａ 凸部
２ｂ 凹部
３ エピタキシャル層
４ マスク層
５ バッファ層
１９ ミストＣＶＤ装置
２０ 被成膜試料
２１ 試料台
２２ キャリアガス源
２３ 流量調節弁
２４ ミスト発生源
２４ａ 原料溶液
２５ 容器
２５ａ 水
２６ 超音波振動子
２７ 成膜室
２８ ヒータ
Claims (4)
- 結晶基板の結晶成長面上に、直接または他の層を介して、凹部または凸部からなる凹凸部が形成されており、前記凹凸部上に、コランダム構造を有しており、少なくともガリウムを含有する酸化物半導体であり、薄膜である蛍光体が形成されており、前記蛍光体が、ガリウム化合物を含む原料溶液を霧化または液滴化して生成されるミストまたは液滴を、キャリアガスでもって前記結晶基板まで搬送し、ついで、前記凹凸部上で該ミストまたは該液滴を加熱により熱反応させてなることを特徴とする蛍光体組成物。
- 光源と蛍光体組成物とを少なくとも含む発光装置であって、蛍光体組成物が、請求項１記載の蛍光体組成物であることを特徴とする発光装置。
- 請求項２記載の発光装置を含む表示装置。
- 請求項２記載の発光装置を含む照明装置。
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