WO2008007559A1 - Film mince épitaxial de phosphore d'oxyde - Google Patents

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WO2008007559A1
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phosphor
oxide phosphor
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Hiroshi Takashima
Kazushige Ueda
Mitsuru Itoh
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National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
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    • C30B33/005—Oxydation

Definitions

  • the present invention relates to an oxide phosphor epitaxial thin film, and more particularly, to an oxide phosphor epitaxial thin film capable of emitting three primary colors of red, green, and blue.
  • Patent Document 1 discloses a method for producing a double oxide phosphor thin film in which a metal ion is substituted for an inorganic base material such as yttrium aluminate!
  • Patent Document 2 discloses a method for producing a thin film that emits light by applying a mechanical external force to a material containing a rare earth metal ion or a transition metal ion in an inorganic base material.
  • Patent Document 3 shows the fluorescence characteristics of a polycrystalline Sn perovskite oxide system.
  • Non-Patent Document 2 shows that blue fluorescence can be obtained in a polycrystalline Sn-based layered perovskite structure.
  • Non-Patent Document 3 fluorescence characteristics are obtained when Tb is substituted in polycrystalline CaSnO.
  • Non-Patent Document 4 includes polycrystalline layered layered perovskite Sr TiO system with red fluorescence characteristics n + 1 3n + l
  • Non-Patent Document 5 describes blue-white fluorescence due to oxygen deficiency for SrTiO single crystals and thin films.
  • Non-Patent Document 6 describes that red fluorescent properties can be obtained by substituting Pr atoms for polycrystalline SrTiO.
  • Non-Patent Document 7 describes red fluorescence characteristics in polycrystalline Pr atom substitution (Ca Sr) TiO.
  • Non-Patent Document 8 shows that blue fluorescence characteristics of thin film MHfO: Tm substitution can be obtained.
  • Non-Patent Document 9 describes that fluorescence characteristics can be obtained in a BaTiO thin film substituted with Er atoms.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-183646
  • Patent Document 2 JP-A-11-219601
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application 2005-322286
  • Non-Patent Document 1 J. AlloyCompd. Vol.387, pp LI-4 (2005)
  • Non-Patent Document 2 J. Mater. Sci. Lett., Vol. 11, 1330 (1992)
  • Non-Patent Document 3 MaterialsChemistry and Physics Vol.93, pp.129-132 (2005)
  • Non-Patent Document 4 J.J.Appl.Phys. Vol.44, pp.761-764 (2005)
  • Non-Patent Document 5 Naturematerials Vol 4, 816 (2005)
  • Non-Patent Document 6 Appl.Phy. Lett Vol 78, 655 (2001)
  • Non-Patent Document 7 Chem. Mater. Vol 17, 3200 (2005)
  • Non-Patent Document 8 Appl.Surf. Sci. Vol 197-198, 402 (2002)
  • Non-Patent Document 9 Appl.Phy. Lett Vol 65, 25 (1994)
  • An object of the present invention is to provide an oxide phosphor thin film capable of developing three primary colors of red, green, and blue, which is a basis for display production.
  • the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
  • the first means is a pulse laser deposition method using an oxide fluorescent material as a target material.
  • the oxide phosphor epitaxial thin film is characterized in that a thin film is formed on the substrate by epitaxial growth at a temperature of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower.
  • a second means is an acid characterized in that, in the first means, the target material is a polycrystalline target material in which a rare earth element, a transition metal element, an alkaline earth element, or the like is substituted with a mouth-bumskite structure. This is a phosphor fluorescent thin film.
  • the third means is the first means or the second means, wherein the target material is Sr (Sn)
  • the fourth means is that, in the first means or the second means, the target material is Pr (C a Sr) TiO: 0.1 ⁇ x ⁇ 1.0, 0.0005 ⁇ y ⁇ 0.05, and red fluorescence is obtained.
  • the target material is Pr (C a Sr) TiO: 0.1 ⁇ x ⁇ 1.0, 0.0005 ⁇ y ⁇ 0.05, and red fluorescence is obtained.
  • a fifth means is the first means or the second means, wherein the target material is (Sr
  • a sixth means is the first means or the second means, wherein the target material is ⁇ (Ca
  • a seventh means is characterized in that, in the first means or the second means, the target material is (Pr Sr) SnO: 0.001 ⁇ x ⁇ 0.2, and fluorescence having a wavelength of 490 nm ⁇ 10 nm is obtained.
  • the eighth means is the method according to any one of the first to seventh means, wherein the thin film is improved in fluorescence characteristics by heat treatment at 900 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower in oxygen or air.
  • This is an acidic phosphor fluorescent thin film characterized by the above.
  • a ninth means is the perovskite-related structure according to any one of the first means to the eighth means, wherein the substrate is made of any force of SrTiO, LaAlO, LaGaO, and LaSrGaO.
  • an oxide phosphor fluorescent thin film characterized in that it also has material strength.
  • the invention's effect [0007] According to the present invention, an oxide phosphor epitaxial thin film having excellent fluorescence characteristics of three primary colors of red, green, and blue is obtained. As a result, an oxide phosphor epitaxy thin film is obtained. Development of an electrification luminescence device is possible. In addition, according to the electoric luminescence device using the oxide phosphor epitaxial thin film, it is possible to drive at a low voltage, so that the system can be miniaturized.
  • FIG. 3 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of an oxide phosphor epitaxial thin film, a polycrystal, and a polycrystal obtained from the calculation results when grown at 800 ° C.
  • FIG. 6 is a diagram showing the measurement results of the fluorescence characteristics of oxide phosphor epitaxial thin films after growth at 850 ° C. and after heat treatment at 1000 ° C., 1100 ° C., and 1200 ° C. in the atmosphere.
  • FIG. 5 is a diagram showing the measurement results of the fluorescence characteristics of oxide phosphor epitaxial thin films after growth at 800 ° C. and after heat treatment at 1000 ° C., 1100 ° C., and 1200 ° C. in the atmosphere.
  • FIG. 6 is a graph showing the measurement results of the fluorescence characteristics of oxide phosphor epitaxial thin films after growth at 600 ° C. and after heat treatment at 1000 ° C. in the atmosphere.
  • FIG. 5 is a table summarizing the measurement results of the fluorescence properties shown in FIGS.
  • Pr (Ca Sr) TiO is used as the target material for pulsed laser deposition.
  • FIG. 4 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of an oxide phosphor epitaxial thin film grown at 800 ° C.
  • FIG. 4 is a graph showing the measurement results of the fluorescence characteristics of the oxide phosphor epitaxial thin film after growth at 600 ° C. and after heat treatment at 1000 ° C. and 1100 ° C. in the atmosphere.
  • This figure shows the measurement results of the fluorescence characteristics of oxide phosphor epitaxial thin films grown at 600 ° C and 800 ° C by the single deposition method, and after heat treatment at 1000 ° C, 1100 ° C, and 1,200 ° C in the atmosphere. is there.
  • FIG. 4 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of an oxide phosphor epitaxial thin film grown at 800 ° C. and a polycrystalline body obtained from calculation results.
  • FIG. 4 is a graph showing the measurement results of the fluorescence characteristics of oxide phosphor epitaxial thin films grown at 600 ° C. and 800 ° C. and after heat treatment at 1000 ° C. and 1100 ° C. in the atmosphere.
  • the laser laser deposition method is used for thin film production.
  • the pulsed laser deposition method is expected to be capable of forming a thin film of about 500 hours in a short time (typical film formation time is 1 hour), and is expected for industrial applications.
  • the film can be formed in an oxygen stream. Therefore, deterioration of electrical characteristics and fluorescence characteristics due to oxygen deficiency can be extremely reduced during the growth of the oxide thin film.
  • the pulsed laser deposition method irradiates an oxide target material with ArF (wavelength: 193 nm) excimer laser in low-pressure oxygen of 1 Torr or less to turn the target material into a plasma to form a plume and counteract the target material.
  • ArF wavelength: 193 nm
  • a heated substrate is placed on the surface to be deposited, and a thin film is deposited. At temperatures below 1000 ° C, cluster growth is dominant and the target material can be deposited with its stoichiometric composition.
  • the laser irradiation frequency is 8 Hz
  • the film formation time is 30 minutes.
  • the distance between the substrate and the target was 32 mm.
  • the laser energy is about 120mJ.
  • the target material a polycrystalline target material in which rare earth elements, transition metal elements, and alkaline earth elements are substituted with a perovskite structure is used.
  • the substrate has a perovskite-related structure consisting of any of SrTi 0, LaAlO, LaGaO, LaSrGaO
  • the crystal structure of 0 is tetragonal and the lattice constant is 3.905.
  • Fig. 2 shows the X-ray diffraction pattern of the phosphor epitaxy thin film, polycrystal, and polycrystal obtained from the calculation results.
  • Figure 3 shows the measurement results of the fluorescence characteristics of oxide phosphor epitaxial thin films after growth at 850 ° C by pulsed laser deposition and after heat treatment at 1000 ° C, 1100 ° C, and 1200 ° C in the atmosphere.
  • Pulsed laser deposition using Sr (Sn Ti) 0: x 0.05 as the target material
  • FIG. 5 is a diagram summarizing the measurement results of the fluorescence characteristics of FIGS. 2 to 4 and FIG. 5 is a diagram showing the measurement results of the fluorescence characteristics of the oxide phosphor epitaxial thin film after heat treatment at 1000 ° C. in the atmosphere.
  • Patent Document 3 describes that the polycrystalline Sn Sn perovskite oxide provides red, blue, and green fluorescence characteristics, and that the polycrystalline Sr (Sn Ti) 0: 0.01 ⁇ x ⁇ Blue fluorescence is obtained at 0.1
  • the oxide phosphor epitaxy thin film obtained by the invention of the present example has Sr (Sn Ti) 0: 0.01 ⁇ x ⁇ 0.
  • No. 1 was deposited on the substrate by epitaxy at a temperature of 600 ° C or higher and 800 ° C or lower by pulsed laser deposition.
  • FIG. 1 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of an oxide phosphor epitaxy thin film grown at 800 ° C. as a typical example. As shown in FIG. In contrast to the results obtained by the body, only the (110) orientation appears in the thin film pattern, which indicates that it grows epitaxially in the (110) orientation.
  • FIG. 2 is a diagram showing the measurement results of fluorescence characteristics after growing an oxide phosphor epitaxial thin film at 850 ° C and after heat treatment at 1000 ° C, 1100 ° C, and 1200 ° C in the atmosphere. As shown in the figure, it can be seen that fluorescence characteristics are obtained at a wavelength of 410 ° for each. In particular, the heat treatment at 1000 ° C is considered optimal because the fluorescence characteristics are remarkably improved by heat treatment at 1000 ° C.
  • FIG. 3 is a diagram showing the measurement results of the fluorescence characteristics after growing an oxide phosphor epitaxial thin film at 800 ° C and after heat treatment at 1000 ° C, 1100 ° C, and 1200 ° C in the atmosphere. As shown in the figure, it can be seen that the fluorescence characteristics are remarkably improved by the heat treatment at 1000 ° C. From these results, it can be seen that the fluorescence characteristics are remarkably improved by heat treatment at 1000 ° C in the air after thin film growth.
  • Fig. 4 is a diagram showing the measurement results of the fluorescence characteristics after growing the oxide phosphor epitaxial thin film at 600 ° C and after heat treatment at 1000 ° C in the atmosphere. It can be seen that the fluorescence characteristics are remarkably improved by heat treatment at 1000 ° C in the atmosphere.
  • FIG. 5 is a diagram summarizing the measurement results shown in FIGS. 2 to 4. As shown in the figure, it can be seen that the best fluorescence characteristics can be obtained by heat treatment at 1000 ° C in the atmosphere after film formation of the target with the above chemical composition at 600 ° C by the pulse laser single deposition method. . Since about 20% of oxygen is contained in the atmosphere, it is considered that similar results can be obtained by heat treatment in oxygen. Since these results were obtained with the optimum chemical composition, it is considered that the same fluorescence characteristics can be obtained even when Sr (Sn Ti) 0: 0.01 ⁇ x ⁇ 0.1.
  • Figure 6 shows the use of Pr (Ca Sr) TiO as the target material and the acid during growth at 800 ° C by pulsed laser deposition.
  • Fig. 7 shows the X-ray diffraction pattern of a nitride phosphor epitaxial thin film.
  • Fig. 7 shows growth using a pulsed laser deposition method at 600 ° C with Pr (Ca Sr) TiO as the target material
  • FIG. 4 is a diagram showing the measurement results of the fluorescence characteristics of an oxide phosphor epitaxial thin film after heat treatment at 1000 ° C. and 1100 ° C. in the atmosphere.
  • Non-Patent Document 7 includes a polycrystal, Pr (Ca Sr) TiO: 0.1 ⁇ x ⁇ 1.0, 0.0005 ⁇ y ⁇ 0.05 y x 1— x 1-y 3
  • the oxide phosphor thin film obtained by the invention of the present embodiment is pulsed with Pr (Ca Sr) TiO: 0.1 ⁇ x ⁇ 1.0, 0.0005 ⁇ y ⁇ 0.05 as the target material.
  • the film was formed on the substrate by epitaxy at a temperature of 600 ° C or higher and 800 ° C or lower.
  • Fig. 6 is a graph showing an x-ray diffraction pattern of an oxide phosphor epitaxy thin film grown at 800 ° C as a typical example. This figure shows X-rays from 10 to 80 degrees. It is a diffraction pattern, and (001) thin film is formed!
  • FIG. 7 is a diagram showing measurement results of fluorescence characteristics after forming an oxide phosphor epitaxial thin film at 600 ° C. and after heat treatment at 1000 ° C. and 1100 ° C. in the atmosphere. As shown in the figure, it can be seen that fluorescence characteristics are obtained at a wavelength of 620 ° for each. Fluorescence characteristics are significantly improved in the thin film after heat treatment at 1000 ° C in the atmosphere or in the thin film after heat treatment at 1100 ° C in the air at a higher temperature than the fluorescence characteristic only after the growth of oxide phosphor epitaxial film You can see that It was found that the thin film after heat treatment at 1200 ° C in the atmosphere deteriorated in fluorescence characteristics even when this material was used. Since about 20% of oxygen is contained in the atmosphere, it is considered that the same result can be obtained by heat treatment in oxygen. Since these results were obtained with the optimal chemical composition, Pr (Ca Sr) TiO: 0.1 y x l- ⁇ 1-y 3
  • Fluorescence characteristics are expected to be obtained even in the region of ⁇ x ⁇ 1.0 and 0.0005 ⁇ y ⁇ 0.05.
  • FIGS. 8 to 10 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 10.
  • Fig. 9 shows the ⁇ -ray diffraction pattern of the polycrystalline oxide obtained from the long-time oxide phosphor epitaxial thin film and the calculation results.
  • Patent Document 3 describes that red, blue, and green fluorescent properties can be obtained by polycrystalline Sn perovskite oxide, and that polycrystalline (Sr Eu) (Sn Ti) 0: 0.01 ⁇ x ⁇ 0.1, 0.01 ⁇ y ⁇ 0.2
  • the oxide phosphor epitaxy thin film obtained in the invention of this example is used as a target material (Sr Eu) (Sn Ti) 0: 0.01 ⁇ x ⁇ 0.1, 0.01 ⁇ y ⁇ 0.2 by pulsed laser deposition 600 2 1 ⁇
  • the film was formed on the substrate by epitaxy growth at a temperature of ° C or higher and 800 ° C or lower.
  • Fig. 8 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of an oxide phosphor epitaxy thin film grown at 600 ° C. In the diffraction pattern, a thin film oriented in the (110) direction grows, indicating that it is an epitaxially grown thin film.
  • FIG. 9 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of an oxide phosphor epitaxial thin film grown at 800 ° C. As shown in FIG. In the diffraction pattern, a thin film oriented in the (110) direction grows, indicating that it is an epitaxially grown thin film.
  • FIG. 10 shows an oxide phosphor epitaxial thin film formed at 800 ° C. and 1000 in the atmosphere. It is the figure which shows the measurement result of the fluorescence characteristic after heat treatment at C, 1100 ° C and 1200 ° C, and as shown in the figure, the fluorescence characteristic at the wavelength of 590nm to 610nm showing red! It can be seen that In particular, it can be seen that the optimum conditions are obtained because the fluorescence properties after film formation at 600 ° C and heat treatment at 1000 ° C in the atmosphere have the strongest intensity. Since about 20% of oxygen is contained in the atmosphere, it is considered that the same result can be obtained by heat treatment in oxygen. Since these results were obtained with the optimal chemical composition, (Sr Eu) (Sn Ti) 0:
  • fluorescence characteristics can be obtained even in the region of 0.01 ⁇ x ⁇ 0.1 and 0.01 ⁇ y ⁇ 0.2.
  • Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 13.
  • Figure 12 shows the x-ray diffraction pattern of, and Fig. 12 shows ⁇ (Ca Mg) Tb ⁇ SnO: x as the target material
  • Patent Document 3 the polycrystal Sn perovskite oxide, red, blue, can be obtained green fluorescence characteristic force s, and polycrystal ⁇ (Ca Mg) Tb ⁇ SnO : 0.01 ⁇ x ⁇ 0.2, 0.001 ⁇ y ⁇ 0.
  • the phosphor oxide epitaxy thin film obtained by the invention of this example has ⁇ (C a Mg) Tb ⁇ SnO: 0.01 ⁇ x ⁇ 0.2, 0.001 ⁇ y ⁇ as the target material. 0.2 by pulsed laser deposition, ⁇ 1 3
  • the film is formed on the substrate by epitaxial growth at a temperature of 600 ° C to 800 ° C.
  • FIG. 11 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of an oxide phosphor epitaxial thin film grown at 600 ° C. As shown in FIG. In the diffraction pattern, a thin film oriented in the (110) direction grows, indicating that it is an epitaxially grown thin film.
  • FIG. 12 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of an oxide phosphor epitaxial thin film grown at 800 ° C. As shown in FIG. In the diffraction pattern, a thin film oriented in the (110) direction grows, indicating that it is an epitaxially grown thin film.
  • FIG. 13 shows an atmospheric state after the oxide phosphor thin film is formed at 600 ° C and 800 ° C, and then in the atmosphere.
  • . C, 1100 ° C, 1200 ° C shows the measurement results of the fluorescence characteristics after heat treatment. As shown in the figure, the results of the measurement of the fluorescence characteristics of the thin film showed that it was good immediately after film formation at 800 ° C. Neither result was obtained. As a result of heat treatment at 1000 ° C, 1100 ° C, 1200 in air after film formation at 800 ° C, and as a result of heat treatment at 1100 ° C in air after film formation at 600 ° C, all It can be seen that remarkable fluorescence characteristics are obtained at a wavelength of 540 nm.
  • Example 5 of the present invention will be described with reference to FIGS. 14 and 15.
  • Fig. 15 shows the X-ray diffraction pattern of the polycrystalline phosphor obtained from the nitride phosphor epitaxial thin film and the calculation results.
  • Patent Document 3 describes that a polycrystalline Sn perovskite oxide provides red, blue, and green fluorescence characteristics S, and a wavelength of polycrystalline (Pr Sr) SnO: 0.001 ⁇ x ⁇ 0.2. 490nm x 1-x 3
  • the phosphor oxide epitaxy thin film obtained by the invention of this example uses (Pr Sr) S x 1-xn ⁇ : 0.001 ⁇ x ⁇ 0.2 as the target material by pulsed laser deposition By 600. C over 800. Temperature below C
  • the film is formed on the substrate by epitaxial growth.
  • FIG. 14 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of an oxide phosphor epitaxial thin film grown at 800 ° C. As shown in FIG. In the diffraction pattern, a thin film oriented in the (110) direction grows, indicating that it is an epitaxially grown thin film.
  • FIG. 15 is a graph showing the measurement results of the fluorescence characteristics after forming an oxide phosphor epitaxial thin film at 600 ° C and 800 ° C and after heat treatment at 1000 ° C and 1100 ° C in the atmosphere.
  • good results were not obtained immediately after film formation at 600 ° C and 800 ° C.
  • heat treatment at 1000 ° C and 1100 ° C in the air after film formation at 600 ° C and 800 ° C it can be seen that the fluorescence properties have improved and remarkable fluorescence properties have been obtained at a wavelength of 490.

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Description

明 細 書
酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜
技術分野
[0001] 本発明は、酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜に係り、特に、赤色、緑色、及び青色 の 3原色を発光することが可能な酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜に関する。
背景技術
[0002] 従来、有機 ELや無機 EL等多数の蛍光体が知られて ヽるが、酸化によって結晶性 が低下し、蛍光特性の経年劣化が著 、と 、う問題がある。
[0003] 特許文献 1には、イットリウムアルミネート等の無機母材材料に金属イオンを置換し た複酸化物蛍光体薄膜の製造方法が示されて!/、る。
特許文献 2には、無機母体材料に希土類金属イオンや遷移金属イオンを含有した 材料に機械的外力を印加することにより発光する薄膜の製造方法が示されている。 特許文献 3には、多結晶体 Snぺロブスカイト酸ィ匕物系の蛍光特性が示されている。 非特許文献 1には、多結晶体 ASnO系ぺロブスカイト構造 (A=Ca,Sr,Ba)において、
3
Eu3+で置換した際に赤色蛍光特性が得られることが示されている。
非特許文献 2には、多結晶体 Sn系層状ぺロブスカイト構造において青色蛍光が得 られることが示されている。
非特許文献 3には、多結晶体 CaSnOにおいて、 Tbを置換した際に蛍光特性が得ら
3
れることが示されている。
非特許文献 4には、多結晶体層状層状ぺロブスカイト Sr TiO 系で赤色蛍光特 n+1 3n+l
性が得られることが示されて 、る。
非特許文献 5には、 SrTiO単結晶および薄膜に関し、酸素欠損により青白蛍光が
3
得られることが示されて ヽる。
非特許文献 6には、多結晶体 SrTiOに Pr原子を置換することにより、赤色蛍光特性
3
が得られることが示されて 、る。
非特許文献 7には、多結晶体 Pr原子置換 (Ca Sr )TiOにおいて赤色蛍光特性が
1 3
得られることが示されて ヽる。 非特許文献 8には、薄膜 MHfO： Tm置換の青色蛍光特性が得られることが示されて
3
いる。
非特許文献 9には、 Er原子で置換した BaTiO薄膜において蛍光特性が得られるこ
3
とが示されている。
[0004] 特許文献 1：特開 2003-183646号公報
特許文献 2 :特開平 11-219601号公報
特許文献 3：特願 2005-322286
非特許文献 1 :J. AlloyCompd. Vol.387, pp LI- 4 (2005)
非特許文献 2 : J. Mater. Sci. Lett., Vol.11, 1330 (1992)
非特許文献 3 : MaterialsChemistry and Physics Vol.93, pp.129- 132 (2005) 非特許文献 4 :J.J.Appl. Phys. Vol.44, pp. 761-764 (2005)
非特許文献 5 : Naturematerials Vol 4, 816 (2005)
非特許文献 6 :Appl.Phy. Lett Vol 78, 655 (2001)
非特許文献 7 : Chem.Mater. Vol 17, 3200 (2005)
非特許文献 8 :Appl.Surf. Sci. Vol 197-198, 402 (2002)
非特許文献 9 :Appl.Phy. Lett Vol 65, 25 (1994)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 従来技術に示すように、酸化物多結晶体においては良好な蛍光体が得られること は知られているが、ディスプレイ作製上必要な赤色、緑色、及び青色の 3原色の蛍光 を発する酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜は知られていない。特に、ディスプレイ応 用の際には、薄膜による ELの開発が必要不可欠であり、酸化物蛍光体ェピタキシャ ル薄膜の開発が急務とされている。
本発明の目的は、ディスプレイ作製の基礎となる赤色、緑色、青色の 3原色の発色 が可能な、酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第 1の手段は、酸ィ匕物蛍光材料をターゲット材料としてパルスレーザー堆積法によ つて、 600°C以上 800°C以下の温度でェピタキシャル成長により基板上に薄膜が形成 されたことを特徴とする酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜である。
第 2の手段は、第 1の手段において、前記ターゲット材料が、希土類元素、遷移金 属元素、アルカリ土類元素等をべ口ブスカイト構造に置換した多結晶ターゲット材料 であることを特徴とする酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜である。
第 3の手段は、第 1の手段または第 2の手段において、前記ターゲット材料が、 Sr (Sn
2
Ti )0 :0.01≤x≤ 0.1であり、青色蛍光が得られることを特徴とする酸化物蛍光体ェ
1 4
ピタキシャル薄膜である。
第 4の手段は、第 1の手段または第 2の手段において、前記ターゲット材料が、 Pr (C a Sr ) TiO :0.1≤x≤1.0、 0.0005≤y≤0.05であり、赤色蛍光が得られることを特徴 1 1 3
とする酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜である。
第 5の手段は、第 1の手段または第 2の手段において、前記ターゲット材料が、 (Sr
1
Eu ) (Sn Ti )0 :0.01≤x≤0.1, 0.01≤y≤0.2であり、赤色蛍光が得られることを特徴 2 1
とする酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜である。
第 6の手段は、第 1の手段または第 2の手段において、前記ターゲット材料が、 {(Ca
1 -
Mg ) Tb }SnO :0.01≤x≤0.2、 0.001≤y≤0.2であり、緑色蛍光が得られることを特 1 3
徴とする酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜である。
第 7の手段は、第 1の手段または第 2の手段において、前記ターゲット材料が、 (Pr Sr )SnO :0.001≤x≤0.2であり、波長 490nm± 10nmの蛍光が得られることを特徴とす
1 3
る酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜である。
第 8の手段は、第 1の手段ないし第 7の手段いずれか 1つの手段において、前記薄 膜を、酸素中または大気中で、 900°C以上 1200°C以下の熱処理によって蛍光特性を 向上させたことを特徴とする酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜である。
第 9の手段は、第 1の手段ないし第 8の手段いずれか 1つの手段において、前記基 板が、 SrTiO、 LaAlO、 LaGaO、 LaSrGaOのいずれ力からなるぺロブスカイト関連構
3 3 3 4
造を有する材料、または MgO、 MgAl 0のいずれ力からなる立方晶もしくは正方晶系
2 4
を有する材料力もなることを特徴とする酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜である。 発明の効果 [0007] 本発明によれば、赤色、緑色、青色の 3原色の優れた蛍光特性を有する酸化物蛍 光体ェピタキシャル薄膜が得られ、その結果、酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜によ るエレクト口ルミネッセンスデバイスの開発が可能となる。また酸化物蛍光体ェピタキ シャル薄膜を用いたエレクト口ルミネッセンスデバイスによれば、低電圧駆動が可能と なることから、システムの小型化が可能となる。
図面の簡単な説明
[0008] [図 1]ターゲット材料として Sr (Sn Ti )0 :x=0.05を用い、パルスレーザー堆積法によ
2 1 4
る 800°Cで成長時の酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜、多結晶体および計算結果よ り得られた多結晶体の X線回折パターンを示す図である。
[図 2]ターゲット材料として Sr (Sn Ti )0 :x=0.05を用い、パルスレーザー堆積法によ
2 1 4
る 850°Cで成長後、および大気中 1000°C、 1100°C、 1200°Cで熱処理後の酸化物蛍光 体ェピタキシャル薄膜の蛍光特性の測定結果を示す図である。
[図 3]ターゲット材料として Sr (Sn Ti )0 :x=0.05を用い、パルスレーザー堆積法によ
2 1 4
る 800°Cで成長後、および大気中 1000°C、 1100°C、 1200°Cで熱処理後の酸化物蛍光 体ェピタキシャル薄膜の蛍光特性の測定結果を示す図である。
[図 4]ターゲット材料として Sr (Sn Ti )0 :x=0.05を用い、パルスレーザー堆積法によ
2 1 4
る 600°Cで成長後、および大気中 1000°Cで熱処理後の酸化物蛍光体ェピタキシャル 薄膜の蛍光特性の測定結果を示す図である。
[図 5]図 2ないし図 4の蛍光キ 性の測定結果をまとめた図である。
[図 6]ターゲット材料として Pr (Ca Sr ) TiOを用い、パルスレーザー堆積法に
0.002 0.6 0.4 0.998 3
よる 800°Cで成長後の酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜の X線回折パターンを示す 図である。
[図 7]ターゲット材料として Pr (Ca Sr ) TiOを用い、パルスレーザー堆積法に
0.002 0.6 0.4 0.998 3
よる 600°Cで成長後、および大気中 1000°C、 1100°Cで熱処理後の酸化物蛍光体ェピ タキシャル薄膜の蛍光特性の測定結果を示す図である。
[図 8]ターゲット材料として (Sr Eu ) (Sn Ti )0 :x=0.02
1 2 1 4 、 y=0.1を用い、パルスレーザ 一堆積法による 600°Cで成長時の酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜および計算結果 より得られた多結晶体の X線回折パターンを示す図である。 [図 9]ターゲット材料として (Sr Eu ) (Sn Ti )0 :x=0.02、 y=0.1を用い、パルスレーザ
1-χ χ 2 1-y y 4
一堆積法による 800°Cで成長時の酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜および計算結果 より得られた多結晶体の X線回折パターンを示す図である。
[図 10]ターゲット材料として (Sr Eu ) (Sn Ti )0 :x=0.02、 y=0.1を用い、パルスレーザ
1-χ χ 2 1-y y 4
一堆積法による 600°C、 800°Cで成長後、および大気中 1000°C、 1100°C、 1,200°Cで 熱処理後の酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜の蛍光特性の測定結果を示す図であ る。
[図 11]ターゲット材料として {(Ca Mg ) Tb }SnO :x=0.03、 y=0.005を用い、ノ レスレ
1-χ χ 1-y y 3
一ザ一堆積法による 600°Cで成長時の酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜および計算 結果より得られた多結晶体の X線回折パターンを示す図である。
[図 12]ターゲット材料として {(Ca Mg ) Tb }SnO :x=0.03、 y=0.005を用い、ノ レスレ
1-χ χ 1-y y 3
一ザ一堆積法による 800°Cで成長時の酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜および計算 結果より得られた多結晶体の X線回折パターンを示す図である。
[図 13]ターゲット材料として {(Ca Mg ) Tb }SnO :x=0.03、 y=0.005を用い、ノ レスレ
1-χ χ 1-y y 3
一ザ一堆積法による 600°C、 800°Cで成長後、および大気中 1000°C、 1100°C、 1200°C で熱処理後の酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜の蛍光特性の測定結果を示す図で ある。
[図 14]ターゲット材料として (Pr Sr )SnO :x=0.005を用い、パルスレーザー堆積法に
1 3
よる 800°Cで成長時の酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜および計算結果より得られた 多結晶体の X線回折パターンを示す図である。
[図 15]ターゲット材料として (Pr Sr )SnO :x=0.005を用い、パルスレーザー堆積法に
1 3
よる 600°C、 800°Cで成長後、および大気中 1000°C、 1100°Cで熱処理後の酸化物蛍 光体ェピタキシャル薄膜の蛍光特性の測定結果を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
はじめに、本発明に係る酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜の作製の概要につ!、て 説明する。薄膜の作製にはノ ルスレーザー堆積法を用いる。パルスレーザー堆積法 は短時間 (典型的成膜時間は 1時間)で 500應程度の薄膜を形成することができるこ と力 、工業的応用に期待されている。また、酸素気流中で成膜することができるた め、酸ィ匕物薄膜成長時には酸素欠損等による電気的特性、蛍光特性の劣化を極め て少なくすることができる。パルスレーザー堆積法は、 lTorr以下の低圧酸素中で、 酸化物からなるターゲット材料に ArF (波長 193nm)のエキシマレーザーを照射し、タ 一ゲット材料をプラズマ化させプルームを形成し、ターゲット材料に対抗する面にカロ 熱した基板を配置し、薄膜を堆積させるものである。 1000°C以下の温度ではクラスタ 一成長が支配的であり、ターゲット材料をその化学量論組成で成膜させることができ る。
[0010] パルスレーザー堆積法における、レーザー照射周波数は 8Hzであり、成膜時間は 3 0分である。基板とターゲット間距離は 32mmとした。レーザーエネルギーは約 120mJ である。ターゲット材料としては、希土類元素、遷移金属元素、アルカリ土類元素をぺ 口ブスカイト構造に置換した多結晶ターゲット材料を用いる。また、基板としては、 SrTi 0 、 LaAlO 、 LaGaO 、 LaSrGaOのいずれ力からなるぺロブスカイト関連構造を有す
3 3 3 4
る材料、または MgO、 MgAl 0のいずれかからなる立方晶もしくは正方晶系を有する
2 4
材料を用いる。ここでは、典型的例として SrTiO (001)単結晶研磨基板を用いた。 SrTi
3
0の結晶構造は正方晶であり、格子定数は 3.905應である。ぺロブスカイト酸ィ匕物の
3
多くの材料はこの近傍の格子定数を持ち、整合性が良いため、結晶性の優れた酸化 物ェピタキシャル薄膜の成長が期待できる。
実施例 1
[0011] 本発明の実施例 1を図 1ないし図 5を用いて説明する。図 1は、ターゲット材料として S r (Sn Ti )0 :x=0.05を用い、パルスレーザー堆積法による 800°Cで成長時の酸化物
2 1 4
蛍光体ェピタキシャル薄膜、多結晶体および計算結果より得られた多結晶体の X線 回折パターンを示す図、図 2は、ターゲット材料として Sr (Sn Ti )0 :x=0.05を用い、
2 1 4
パルスレーザー堆積法による 850°Cで成長後、および大気中 1000°C、 1100°C、 1200 °Cで熱処理後の酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜の蛍光特性の測定結果を示す図 、図 3は、ターゲット材料として Sr (Sn Ti )0 :x=0.05を用い、パルスレーザー堆積法
2 1 4
による 800°Cで成長後、および大気中 1000°C、 1100°C、 1200°Cで熱処理後の酸化物 蛍光体ェピタキシャル薄膜の蛍光特性の測定結果を示す図、図 4は、ターゲット材料 として Sr (Sn Ti )0 :x=0.05を用い、パルスレーザー堆積法による 600°Cで成長後、お
2 1 4 よび大気中 1000°Cで熱処理後の酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜の蛍光特性の測 定結果を示す図、図 5は、図 2ないし図 4の蛍光特性の測定結果をまとめた図である。
[0012] 特許文献 3には、多結晶体 Snぺロブスカイト酸ィ匕物により、赤、青、緑色の蛍光特性 力 S得られること、および多結晶体 Sr (Sn Ti )0 :0.01≤x≤0.1において青色蛍光が得
2 1-x X 4
られることが示されている。これらの知見に基づいて、本実施例の発明で得られる酸 化物蛍光体ェピタキシャル薄膜は、ターゲット材料として Sr (Sn Ti )0 :0.01≤x≤0.
2 1-x x 4
1をパルスレーザー堆積法によって、 600°C以上 800°C以下の温度でェピタキシャル 成長により基板上に成膜したものである。
[0013] 以下においては、前記化学組成の蛍光特性において最も良い蛍光特性が得られ る x=0.05の場合につ!、て述べる。パルスレーザー堆積法によって前記化学組成のタ 一ゲットを基板温度が 600°C、 800°C、 850°Cにおいて、ェピタキシャル成長により基板 上に成膜した。その後、成膜された酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜の結晶構造を 調べるため X線回折パターンを測定した。その結果、全ての温度で (110)薄膜が形成 されていること力もェピタキシャル成長が確認された。
[0014] 図 1は、典型的例として 800°Cで成長時の酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜の X線 回折パターンを示す図であり、同図に示すように、計算結果と多結晶体で得られた結 果に対し、薄膜のパターンは (110)方位のみが出現していることから、（110)方位にェ ピタキシャル成長して 、ることが分かる。
[0015] 図 2は、酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜を 850°Cで成長後、および大気中 1000°C 、 1100°C、 1200°Cで熱処理後の蛍光特性の測定結果を示す図であり、同図に示すよ うに、それぞれにおいて 410應の波長で蛍光特性が得られていることが分かる。特に 、 1000°Cの熱処理によって蛍光特性が顕著に向上していることから、 1000°Cによる熱 処理が最適と考えられる。
[0016] 図 3は、酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜を 800°Cで成長後、および大気中 1000°C 、 1100°C、 1200°Cで熱処理後の蛍光特性の測定結果を示す図であり、同図に示すよ うに、 1000°Cの熱処理によって、蛍光特性が顕著に改善していることが分かる。これ らの結果から、薄膜成長後、大気中 1000°Cで熱処理を行うことによって、蛍光特性が 顕著に向上することが分力る。 [0017] 図 4は、酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜を 600°Cで成長後、および大気中 1000°C で熱処理後の蛍光特性の測定結果を示す図であり、同図に示すように、大気中 1000 °Cで熱処理を行うことによって、蛍光特性が顕著に向上していることが分かる。
[0018] 図 5は、図 2ないし図 4に示した測定結果を総合的にまとめた図である。同図に示す ように、最も良好な蛍光特性は、 600°Cで上記化学組成のターゲットをパルスレーザ 一堆積法によって成膜後、大気中 1000°Cで熱処理することによって得られることが分 かる。大気中には 20%前後の酸素が含有されていることから、酸素中における熱処 理でも同様の結果が得られると考えられる。最適な化学組成でこれらの結果が得られ たことから、 Sr (Sn Ti )0 :0.01≤x≤ 0.1においても、同様の蛍光特性が得られると考
2 1-x X 4
えられる。
実施例 2
[0019] 本発明の実施例 2を図 6および図 7を用いて説明する。図 6は、ターゲット材料として Pr (Ca Sr ) TiOを用い、パルスレーザー堆積法による 800°Cで成長時の酸
0.002 0.6 0.4 0.998 3
化物蛍光体ェピタキシャル薄膜の X線回折パターンを示す図、図 7は、ターゲット材 料として Pr (Ca Sr ) TiOを用い、パルスレーザー堆積法による 600°Cで成長
0.002 0.6 0.4 0.998 3
後、および大気中 1000°C、 1100°Cで熱処理後の酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜 の蛍光特性の測定結果を示す図である。
[0020] 非特許文献 7には、多結晶体、 Pr (Ca Sr ) TiO :0.1≤x≤1.0、 0.0005≤y≤0.05 y x 1— x 1 - y 3
において赤色蛍光特性が得られることが示されている。これらの知見に基づいて、本 実施例の発明で得られる酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜は、ターゲット材料として 、 Pr (Ca Sr ) TiO :0.1≤x≤1.0、 0.0005≤y≤ 0.05をパルスレーザー堆積法によ y X 1-χ 1 y 3
つて、 600°C以上 800°C以下の温度でェピタキシャル成長により基板上に成膜したも のである。
[0021] 以下においては、前記非特許文献 7において化学組成において最も良い蛍光特 性が得られる x=0.6、 y=0.002の場合について述べる。パルスレーザー堆積法によつ て前記化学組成のターゲットを基板温度が 600°Cおよび 800°Cにお!/、て、ェピタキシ ャル成長により基板上に成膜した。その後、成膜された酸化物蛍光体ェピタキシャル 薄膜の結晶構造を調べるため X線回折パターンを測定した。 [0022] 図 6は、典型的例として 800°Cで成長時の酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜の x線 回折パターンを示す図であり、同図は 10度から 80度までの X線回折パターンであり、 ( 001)薄膜が形成されて!ヽることからェピタキシャル成長した薄膜であることが分かる。
[0023] 図 7は、酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜を 600°Cで成膜後、および大気中 1000°C 、 1100°Cで熱処理後の蛍光特性の測定結果を示す図であり、同図に示すように、そ れぞれにお 、て 620應の波長で蛍光特性が得られて 、ることが分かる。酸化物蛍光 体ェピタキシャル薄膜の成長後のみの蛍光特性よりも大気中 1000°Cで熱処理後の 薄膜、またはそれよりも高温の大気中 1100°Cで熱処理後の薄膜において蛍光特性 が顕著に向上していることが分かる。なお、大気中 1200°Cで熱処理後の薄膜は、この 材料を使用しても蛍光特性が劣化することが分力つた。大気中には 20%前後の酸素 が含有されて 、ることから、酸素中における熱処理でも同様の結果が得られると考え られる。最適な化学組成でこれらの結果が得られたことから、 Pr (Ca Sr ) TiO :0.1 y x l-χ 1-y 3
≤x≤1.0、 0.0005≤y≤ 0.05の領域でも蛍光特性が得られると考えられる。
実施例 3
[0024] 本発明の実施例 3を図 8ないし図 10を用いて説明する。図 8は、ターゲット材料として (Sr Eu ) (Sn Ti )0 :x=0.02、 y=0.1を用い、パルスレーザー堆積法による 600°Cで成
1-χ X 2 1-y y 4
長時の酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜および計算結果より得られた多結晶体の χ 線回折パターンを示す図、図 9は、ターゲット材料として (Sr Eu ) (Sn Ti )0 :x=0.02
1-χ x 2 1-y y 4
、 y=0.1を用い、パルスレーザー堆積法による 800°Cで成長時の酸ィ匕物蛍光体ェピタ キシャル薄膜および計算結果より得られた多結晶体の X線回折パターンを示す図、 図 10は、ターゲット材料として (Sr Eu ) (Sn Ti )0 :x=0.02、 y=0.1を用い、パルスレー
1-χ χ 2 1-y y 4
ザ一堆積法による 600°C、 800°Cで成長後、および大気中 1000°C、 1100°C、 1,200°C で熱処理後の酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜の蛍光特性の測定結果を示す図で ある。
[0025] 特許文献 3には、多結晶体 Snぺロブスカイト酸化物により、赤、青、緑色の蛍光特性 が得られること、および多結晶体 (Sr Eu ) (Sn Ti )0 :0.01≤x≤0.1、 0.01≤y≤0.2
1-x x 2 1-y y 4
において赤色蛍光が得られたことが示されている。これらの知見に基づいて、本実施 例の発明で得られる酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜は、ターゲット材料として (Sr Eu ) (Sn Ti )0 :0.01≤x≤0.1、 0.01≤y≤0.2をパルスレーザー堆積法によって、 600 2 1 Υ
°C以上 800°C以下の温度でェピタキシャル成長により基板上に成膜されたものである
[0026] 以下においては、前記化学組成の蛍光特性において最も良い蛍光特性が得られ る x=0.02、 y=0.1の場合について述べる。パルスレーザー堆積法によって前記化学組 成のターゲットを基板温度が 600°Cおよび 800°Cお!、て、ェピタキシャル成長により基 板上に成膜した。その後、成膜された酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜の結晶構造 を調べるため X線回折パターンを測定した。
[0027] 図 8は、 600°Cで成長時の酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜の X線回折パターンを 示す図であり、同図に示すように、計算結果に対し、薄膜の X線回折パターンは (110) 方位に配向した薄膜が成長して 、ることから、ェピタキシャル成長した薄膜であること が分かる。
[0028] 図 9は、 800°Cで成長時の酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜の X線回折パターンを 示す図であり、同図に示すように、計算結果に対し、薄膜の X線回折パターンは (110) 方位に配向した薄膜が成長して 、ることから、ェピタキシャル成長した薄膜であること が分かる。
[0029] 図 10は、酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜を 800°Cで成膜後、および大気中 1000 。C、 1100°C、 1200°Cで熱処理後の蛍光特性の測定結果を示す図であり、同図に示 すように、それぞれにお!/、て赤色を示す 590nmから 610nmの波長で蛍光特性が得ら れていることが分かる。特に、 600°Cで成膜後、大気中 1000°Cで熱処理した蛍光特性 が最も強度が強いことから、最適条件であることが分かる。大気中には 20%前後の酸 素が含有されて 、ることから、酸素中における熱処理でも同様の結果が得られると考 えられる。最適な化学組成でこれらの結果が得られたことから、 (Sr Eu ) (Sn Ti )0：
1 2 1 4
0.01≤x≤0.1、 0.01≤y≤ 0.2の領域でも蛍光特性が得られると考えられる。
実施例 4
[0030] 本発明の実施例 4を図 11ないし図 13を用いて説明する。図 11は、ターゲット材料とし て {(Ca Mg ) Tb }SnO :x=0.03、 y=0.005を用い、パルスレーザー堆積法による 600°C
1 1 3
で成長時の酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜および計算結果より得られた多結晶体 の x線回折パターンを示す図、図 12は、ターゲット材料として {(Ca Mg ) Tb }SnO :x
l-χ x 1 y y 3
=0.03、 y=0.005を用い、パルスレーザー堆積法による 800°Cで成長時の酸化物蛍光 体ェピタキシャル薄膜および計算結果より得られた多結晶体の X線回折パターンを 示す図、図 13は、ターゲット材料として {(Ca Mg ) Tb }SnO :x=0.03、 y=0.005を用い
l-χ x 1 y y 3
、パルスレーザー堆積法による 600°C、 800°Cで成長後、および大気中 1000°C、 1100 °C、 1200°Cで熱処理後の酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜の蛍光特性の測定結果 を示す図である。
[0031] 特許文献 3には、多結晶体 Snぺロブスカイト酸化物により、赤、青、緑色の蛍光特性 力 s得られること、および多結晶体 {(Ca Mg ) Tb }SnO :0.01≤x≤0.2、 0.001≤y≤0.
l-χ x 1 y y 3
2において緑色蛍光が得られることが示されている。これらの知見に基づいて、本実 施例の発明で得られる酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜は、ターゲット材料として {(C a Mg ) Tb }SnO :0.01≤x≤0.2、 0.001≤y≤0.2をパルスレーザー堆積法によって、 ι 1 3
600°C以上 800°C以下の温度でェピタキシャル成長により基板上に成膜したものであ る。
[0032] 以下においては、特許文献 3に示すィ匕学組成において最も良い蛍光特性が得られ る x=0.03、 y=0.005の場合について述べる。パルスレーザー堆積法によって前記化学 組成のターゲットを基板温度が 600°Cおよび 800°Cにお!/、て、ェピタキシャル成長によ り基板上に成膜した。その後、成膜された酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜の結晶 構造を調べるため X線回折パターンを測定した。
[0033] 図 11は、 600°Cで成長時の酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜の X線回折パターンを 示す図であり、同図に示すように、計算結果に対し、薄膜の X線回折パターンは (110) 方位に配向した薄膜が成長して 、ることから、ェピタキシャル成長した薄膜であること が分かる。
[0034] 図 12は、 800°Cで成長時の酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜の X線回折パターンを 示す図であり、同図に示すように、計算結果に対し、薄膜の X線回折パターンは (110) 方位に配向した薄膜が成長して 、ることから、ェピタキシャル成長した薄膜であること が分かる。
[0035] 図 13は、酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜を 600°C、 800°Cで成膜後、大気中 1000 。C、 1100°C、 1200°Cで熱処理後の蛍光特性の測定結果を示す図であり、同図に示 すように、薄膜の蛍光特性測定の結果、 800°Cで成膜直後では、良好な結果は得ら れなかった。 800°Cで成膜後、大気中 1000°C、 1100°C、 1200で熱処理を行った結果、 および、 600°Cで成膜後、大気中 1100°Cで熱処理を行った結果、全ての場合におい て 540nmの波長において顕著な蛍光特性が得られていることが分かる。特に、 600°C で成膜後、大気中 1100°Cで熱処理を行った場合、最も顕著な蛍光特性が得られるこ とが分かる。大気中には 20%前後の酸素が含有されていることから、酸素中における 熱処理でも同様の結果が得られると考えられる。最適な化学組成でこれらの結果が 得られたことから、 {(Ca Mg ) Tb }SnO :0.01≤x≤0.2、 0.001≤y≤0.2の領域でも蛍
1-χ χ 1 y y 3
光特性が得られると考えられる。
実施例 5
[0036] 本発明の実施例 5を図 14および図 15を用いて説明する。図 14は、ターゲット材料と して (Pr Sr )SnO :x=0.005を用い、パルスレーザー堆積法による 800°Cで成長時の酸
X 1-x 3
化物蛍光体ェピタキシャル薄膜および計算結果より得られた多結晶体の X線回折パ ターンを示す図、図 15は、ターゲット材料として (Pr Sr )SnO :x=0.005を用い、パルス
X 1-x 3
レーザー堆積法による 600°C、 800°Cで成長後、および大気中 1000°C、 1100°Cで熱 処理後の酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜の蛍光特性の測定結果を示す図である
[0037] 特許文献 3には、多結晶体 Snぺロブスカイト酸化物により、赤、青、緑色の蛍光特性 力 S得られること、および多結晶体 (Pr Sr )SnO :0.001≤x≤0.2において波長 490nm x 1-x 3
± 10nm蛍光が得られることが示されている。これらの知見に基づいて、本実施例の 発明で得られる酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜は、ターゲット材料として (Pr Sr )S x 1-x n〇：0.001≤x≤0.2をパルスレーザー堆積法によって、 600。C以上 800。C以下の温度
3
でェピタキシャル成長により基板上に成膜したものである。
[0038] 以下においては、特許文献 3に示すィ匕学組成において最も良い蛍光特性が得られ る x=0.005の場合につ!、て述べる。パルスレーザー堆積法によって前記化学組成の ターゲットを基板温度が 600°Cおよび 800°Cにお!/ヽて、ェピタキシャル成長により基板 上に成膜した。その後、 800°Cで成膜された酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜の結 晶構造を調べるため X線回折パターンを測定した。
[0039] 図 14は、 800°Cで成長時の酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜の X線回折パターンを 示す図であり、同図に示すように、計算結果に対し、薄膜の X線回折パターンは (110) 方位に配向した薄膜が成長して 、ることから、ェピタキシャル成長した薄膜であること が分かる。
[0040] 図 15は、酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜を 600°C 800°Cで成膜後、大気中 1000 °C 1100°Cで熱処理後の蛍光特性の測定結果を示す図であり、同図に示すように、 薄膜の蛍光特性測定の結果、 600°C 800°Cで成膜直後では、良好な結果は得られ なかった。 600°C 800°Cで成膜後、大気中 1000°C 1100°Cで熱処理を行った結果、 蛍光特性が改善し、 490 の波長において顕著な蛍光特性が得られていることが分 かる。特に、 600°Cで成膜後、大気中 1100°Cで熱処理を行った場合、最も顕著な蛍 光特性が得られることが分かる。大気中には 20%前後の酸素が含有されていることか ら、酸素中における熱処理でも同様の結果が得られると考えられる。最適な化学組成 でこれらの結果が得られたことから、 (Pr Sr )SnO :0.001≤x≤0.2の領域でも蛍光特
1 3
性が得られると考えられる。

Claims

請求の範囲
[1] 酸ィ匕物蛍光材料をターゲット材料としてパルスレーザー堆積法によって、 600°C以 上 800°C以下の温度でェピタキシャル成長により基板上に薄膜が形成されたことを特 徴とする酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜。
[2] 前記ターゲット材料が、希土類元素、遷移金属元素、アルカリ土類元素をべ口ブス カイト構造に置換した多結晶ターゲット材料であることを特徴とする請求項 1に記載の 酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜。
[3] 前記ターゲット材料力 Sr (Sn Ti )0 :0.01≤x≤0.1であり、青色蛍光が得られるこ
2 1-x X 4
とを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載の酸ィ匕物蛍光体ェピタキシャル薄膜。
[4] 前記ターゲット材料力 Pr (Ca Sr ) TiO :0.1≤x≤1.0、 0.0005≤y≤0.05であり、 y x 1-χ 1 y 3
赤色蛍光が得られることを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載の酸化物蛍光体 ェピタキシャル薄膜。
[5] 前記ターゲット材料力 （Sr Eu ) (Sn Ti )0 :0.01≤x≤0.1、 0.01≤y≤0.2であり、
1-χ x 2 1-y y 4
赤色蛍光が得られることを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載の酸化物蛍光体 ェピタキシャル薄膜。
[6] 前記ターゲット材料が、 {(Ca Mg ) Tb }SnO :0.01≤x≤0.2、 0.001≤y≤0.2であり l-χ x 1-y y 3
、緑色蛍光が得られることを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載の酸化物蛍光 体ェピタキシャル薄膜。
[7] 前記ターゲット材料力 (Pr Sr )SnO :0.001≤x≤0.2であり、波長 490nm± 10nmの x 1-x 3
蛍光が得られることを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載の酸ィヒ物蛍光体ェピ タキシャル薄膜。
[8] 前記薄膜を、酸素中または大気中で、 900°C以上 1200°C以下の熱処理によって蛍 光特性を向上させたことを特徴とする請求項 1ないし請求項 7のいずれ力 1つの請求 項に記載の酸ィヒ物蛍光体ェピタキシャル薄膜。
[9] 前記基板が、 SrTiO、 LaAlO、 LaGaO、 LaSrGaOのいずれかからなるぺロブスカイ
3 3 3 4
ト関連構造を有する材料、または MgO、 MgAl 0のいずれかからなる立方晶もしくは
2 4
正方晶系を有する材料からなることを特徴とする請求項 1な ヽし請求項 8の ヽずれか 1 つの請求項に記載の酸化物蛍光体ェピタキシャル薄膜。
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