JP6774189B2 - 発光体、発光体の製造方法、および、発光体粉末の製造方法 - Google Patents
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Description
<板状発光体の構造>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る板状発光体10の構成を模式的に示す図である。図2は、板状発光体10の上面のレーザー顕微鏡像である。図3は、板状発光体10において下地基板として用いられる配向アルミナ基板1の詳細について説明するための図である。
次に、板状発光体10の製造方法を、配向アルミナ基板1上への各層の形成にMOCVD法を用いる場合を例として説明する。
形成温度:500℃〜600℃;
形成圧力:20kPa〜100kPa;
キャリアガス:水素;
原料ガス:TMG(トリメチルガリウム)およびアンモニアガス;
15族/13族ガス比:500〜2000。
形成温度:1050℃〜1200℃;
形成圧力:10kPa〜100kPa;
キャリアガス:窒素および水素;
原料ガス:TMG(トリメチルガリウム)およびアンモニアガス;
15族/13族ガス比:1500〜3000;
ドーパント源:シランガス。
形成温度:800℃〜870℃;
形成圧力:20kPa〜100kPa;
キャリアガス:窒素;
第1単位層4aの原料ガス:TMG(トリメチルガリウム)、TMI(トリメチルインジウム)、およびアンモニアガス;
ドーパント源:シランガス;
第2単位層4bの原料ガス:TMG(トリメチルガリウム)およびアンモニアガス;
ドーパント源:シランガス;
15族/13族ガス比:300〜800;
第1単位層4aと第2単位層4bのペアの繰り返し数:1〜8。
形成温度:950℃〜1050℃;
形成圧力:10kPa〜100kPa;
キャリアガス:窒素および水素;
原料ガス:TMG(トリメチルガリウム)およびアンモニアガス;
15族/13族ガス比:500〜3000;
ドーパント源:シランガス。
上述した第1の実施の形態においては、板状発光体について説明しているが、X線、電子線その他の放射線を照射すると発光する発光体として、粉末(粒子状)のものを用いたいという要求もある。粉末の発光体は、例えば、ペースト状にして任意の面に塗布しその後乾燥させることで当該面に密に固着させたり、任意の形状に成形加工したりすることなど、加工の自由度が高いので、結果として、発光体の使用局面の拡大に寄与するからである。
上述の実施の形態においては、発光層4を、第1単位層4aと第2単位層4bとを繰り返し交互に積層してなるInGaN/GaN MQW構造にて設けるようにしていたが、これに代わり、あるいはこれに加えて、発光層4にPr(プラセオジム)、Eu(ユウロピウム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、Ce(セリウム)、Nd(ネオジム)、Gd(ガドリニウム)といった希土類元素を含有させるようにして、発光強度を高めるようにしてもよい。係る希土類元素の含有は、例えば、結晶成長時のドーピングによって行う態様であってもよいし、量子ドットとする態様であってもよい。あるいは、結晶成長後にイオン打ち込みをする態様であってもよい。
本実施例では、アルミナ結晶におけるc軸配向度が異なる8種類の配向アルミナ基板1を用意し、それぞれを用いて、第1の実施の形態に係る板状発光体10(No.1−a〜1−h)を作製した。そして、得られた7種類の板状発光体10について、発光特性を評価した。
本実施例では、第2の実施の形態に係る発光体粉末を3種類作製し、それぞれを用いて蛍光板(No.2−a〜2−c)を作製して、発光特性を評価した。
配向アルミナ基板1の代わりにc軸配向単結晶サファイア基板を用いたほかは実施例1と同様の手順で板状発光体(No.3−a)を作製し、実施例1と同様にCL測定を行った。なお、c軸配向単結晶サファイア基板は、法線方向に対するc軸のばらつきが事実上ない(法線方向とc軸方向とのなす角度が0度)とみなすことができる基板である。それゆえ、c軸配向単結晶サファイア基板についてはRC半値幅測定を行っていない。また、板状発光体の表面に溝部は形成されなかった。
単位発光体20Aからなる発光体粉末の代わりに公知の青色蛍光粉末であるP55,BM粉末を用いたほかは実施例2と同様の手順にて蛍光板(No.3−b)を作製し、実施例1と同様にCL法による発光評価を行った。
実施例1の全8種の板状発光体10(No.1−a〜1−h)、実施例2の全3種の蛍光板(No.2−a〜2−c)、比較例1の板状発光体(No.3−a)、および、比較例2の蛍光板(No.3−b)についての、CL測定結果(発光波長(発光スペクトルにおけるピーク波長)、発光強度、波長半値幅)を表1に示す。実施例1および実施例2については、配向アルミナ基板1のRC半値幅の測定値も併せて示している。比較例1のRC半値幅の値は実測値ではなく、仮定した値である。
1a、1b、1c、1d アルミナ結晶
1g (配向アルミナ基板の)結晶粒界
2 バッファ層
3 第1のn型GaN層
4 発光層
4a 第1単位層
4b 第2単位層
5 第2のn型バッファ層
6 溝部
10 板状発光体
20 発光体構造
20A 単位発光体
20s (発光体構造の)側面
Claims (21)
- 発光体であって、
複数の単位発光体が、アルミナ(006)面についてのX線ロッキングカーブ半値幅の値が2.0度〜6.5度である、c軸配向した多結晶アルミナ基板の上に備わっており、
前記複数の単位発光体のそれぞれが、
13族窒化物半導体からなり、
c軸配向した複数の層の積層体であり、
前記複数の層の一部が蛍光発光する発光層であり、
c面を主面とする平板粒子状をなしており、
前記主面の面内方向における平均サイズが30μm以上100μm以下であり、
前記多結晶アルミナ基板の個々の結晶上に一の前記単位発光体が備わり、
前記一の単位発光体のc軸方位が、直下の結晶のc軸方位に倣っており、
前記一の単位発光体同士の間に溝部が備わる、
ことを特徴とする発光体。 - 請求項1に記載の発光体であって、
前記発光層が、相異なる組成を有する第1単位層と第2単位層とが繰り返し交互に積層された多重量子井戸構造を有する、
ことを特徴とする発光体。 - 請求項2に記載の発光体であって、
前記第1単位層がInGaNからなり、前記第2単位層がGaNからなる、
ことを特徴とする発光体。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の発光体であって、
前記溝部が前記多結晶アルミナ基板の結晶粒界に沿って備わる、
ことを特徴とする発光体。 - アルミナ(006)面についてのX線ロッキングカーブ半値幅の値が2.0度〜6.5度である、c軸配向した多結晶アルミナ基板と、
13族窒化物半導体からなり、前記多結晶アルミナ基板の上に備わる発光体構造と、
を備え、
前記発光体構造が、それぞれが前記多結晶アルミナ基板の個々の結晶上に備わり、蛍光を発する発光層を有する複数の単位発光体によって構成されてなり、
前記複数の単位発光体のそれぞれのc軸方位が、直下の結晶のc軸方位に倣っており、
前記複数の単位発光体それぞれの間に溝部が備わる、
ことを特徴とする発光体。 - 請求項5に記載の発光体であって、
前記溝部が前記多結晶アルミナ基板の結晶粒界に沿って備わる、
ことを特徴とする発光体。 - 請求項5または請求項6に記載の発光体であって、
前記多結晶アルミナ基板の面内方向における平均サイズが30μm以上100μm以下である、
ことを特徴とする発光体。 - 請求項5ないし請求項7のいずれかに記載の発光体であって、
前記複数の単位発光体が、それぞれがc軸配向した複数の層の積層体であり、
前記複数の層の一部が前記発光層である、
ことを特徴とする発光体。 - 請求項8に記載の発光体であって、
前記発光層が、相異なる組成を有する第1単位層と第2単位層とが繰り返し交互に積層された多重量子井戸構造を有する、
ことを特徴とする発光体。 - 請求項9に記載の発光体であって、
前記第1単位層がInGaNからなり、前記第2単位層がGaNからなる、
ことを特徴とする発光体。 - 発光体を製造する方法であって、
アルミナ(006)面についてのX線ロッキングカーブ半値幅の値が2.0度〜6.5度である、c軸配向した多結晶アルミナ基板の主面に存在する個々の結晶上に、13族窒化物半導体からなり、当該結晶のc軸方位に倣ったc軸方位を有し、蛍光を発する発光層を有する単位発光体を、それぞれの前記単位発光体の間に溝部を設けつつ成長させることによって、複数の前記単位発光体からなる発光体構造を形成する、
ことを特徴とする発光体の製造方法。 - 請求項11に記載の発光体の製造方法であって、
前記溝部を前記多結晶アルミナ基板の結晶粒界に沿って形成させる、
ことを特徴とする発光体の製造方法。 - 請求項11または請求項12に記載の発光体の製造方法であって、
前記多結晶アルミナ基板の面内方向における平均サイズが30μm以上100μm以下である、
ことを特徴とする発光体の製造方法。 - 請求項11ないし請求項13のいずれかに記載の発光体の製造方法であって、
それぞれがc軸配向した複数の層を積層させることによって複数の前記単位発光体を形成し、前記複数の層の一部を前記発光層として形成する、
ことを特徴とする発光体の製造方法。 - 請求項14に記載の発光体の製造方法であって、
前記発光層を、相異なる組成を有する第1単位層と第2単位層とが繰り返し交互に積層することによって多重量子井戸構造として形成する、
ことを特徴とする発光体の製造方法。 - 請求項15に記載の発光体の製造方法であって、
前記第1単位層をInGaNにて形成し、前記第2単位層をGaNにて形成する、
ことを特徴とする発光体の製造方法。 - 蛍光を発する発光体粉末を製造する方法であって、
請求項11ないし請求項16のいずれかに記載の製造方法によって発光体を得る発光体作製工程と、
前記発光体において前記多結晶アルミナ基板を前記発光体構造から剥離させることで、前記発光体構造において個々の前記単位発光体同士を分離させ、これによって発光体粉末を得る粉末作製工程と、
を備えることを特徴とする発光体粉末の製造方法。 - 請求項17に記載の発光体粉末の製造方法であって、
前記発光体作製工程においては、前記多結晶アルミナ基板と前記発光体構造との間に剥離層を形成し、
前記粉末作製工程においては、前記発光体の前記多結晶アルミナ基板側にレーザー光を照射することによって前記剥離層のところで前記多結晶アルミナ基板を前記発光体構造から剥離させる、
ことを特徴とする発光体粉末の製造方法。 - 蛍光を発する発光体粉末を製造する方法であって、
請求項5ないし請求項10のいずれかに記載の発光体を用意する発光体準備工程と、
前記発光体において前記多結晶アルミナ基板を前記発光体構造から剥離させることで、前記発光体構造において個々の前記単位発光体同士を分離させ、これによって発光体粉末を得る粉末作製工程と、
を備えることを特徴とする発光体粉末の製造方法。 - 請求項19に記載の発光体粉末の製造方法であって、
前記発光体が前記多結晶アルミナ基板と前記発光体構造との間に剥離層を有してなり、
前記粉末作製工程においては、前記発光体の前記多結晶アルミナ基板側にレーザー光を照射することによって前記剥離層のところで前記多結晶アルミナ基板を前記発光体構造から剥離させる、
ことを特徴とする発光体粉末の製造方法。 - 請求項17ないし請求項20のいずれかに記載の発光体粉末の製造方法であって、
前記発光体粉末の粉末粒子が、
c面を主面とする平板状をなしており、
前記主面の面内方向における平均サイズが30μm以上100μm以下である、
ことを特徴とする発光体粉末の製造方法。
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