発光機能元素を含む窒化ガリウムと多元系スズ酸塩の合成

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本研究では、発光機能を有するEuなどの希土類元素やTiなどの遷移金属元素をドープした窒化ガリウム(GaN)および多元系スズ酸塩を合成し、発光機能元素のドープ量と結晶構造変化や発光特性を明らかにすることを目的とした。本年度は、Y^<3+>とEu^<3+>を添加した試料Ca_<2-x>Y_xEu_xSn_<1-x>O_4(0.10〓x〓0.50)を合成し、X線粉末回折パターンのリートベルト解析により、Y^<3+>はCa^<2+>を、Eu^<3+>はSn^<4+>を選択的に占有する可能性が高いことを明らかにした。また、Ca_<2-x>Y_xEu_xSn_<1-x>O_4固溶体の格子定数および単位胞体積は、Y^<3+>とEu^<3+>の置換量xに対して直線的に増加し、固溶限は0.50<x<0.55であることを示した。励起波長λ_<ex>=389nmのとき、Ca_<2-x>Y_xEu_xSn_<1-x>O_4の発光強度はx=0.20付近で最大となり、Eu^<3+>の電気双極子遷移^5D_0→^7F_2に起因する616nmの赤色発光が観測された。Ca_<2-0.5y>Eu_ySn_<1-0.5y>O_4およびCa_<2-x>Y_xEu_xSn_<1-x>O_4において同じEu^<3+>濃度のCa_<1.9>Eu_<0.2>Sn_<0.9>O_4とCa_<1.8>Y_<0.2>Eu_<0.2>Sn_<0.8>O_4の発光スペクトル強度を比較すると、Y^<3+>-Eu^<3+>共付活試料のCa_<1.8>Y_<0.2>Eu_<0.2>Sn_<0.8>O_4の方が1.83倍大きかった。この発光強度増大の原因として、対称中心のあるSnサイト(2/m)よりも、電気双極子遷移が起こりやすい対称中心のないCa^<2+>サイト(m)にEu^<3+>が選択的に入ることが考えられた。本研究で合成された試料は、本特定領域計画班の武藤俊介教授(名古屋大学)らに提供され、計画班が開発した電子顕微鏡と電子エネルギー損失分光法および蛍光X線分析法を応用した方法でEu^<3+>とY^<3+>の占有サイトと電子状態が分析された。