複合電子顕微分光による窒化アルミニウム蛍光体の発光メカニズム解明

白色LEDは青色または近紫外LEDと蛍光体を組み合わせて実現することが多く、化学的に安定なAlNに希土類をドープした蛍光体材料の開発が近年進められている。本研究では、AlNを起点物質として、酸素、カーボン、Si、Euをドープした新しいAlN基蛍光体の燃焼合成、および複合電子顕微分光を用いた発光メカニズムの解明を目的とした。2022年度は、カーボンを含まないAlN-O-Eu系、AlN-O-Si-Eu系の蛍光体材料を燃焼合成し、これらの特性や発光メカニズムの解明を試みた。AlNにEuを添加して燃焼合成を行うと緑色の発光を示す試料が得られたが、TEM-EDS分析の結果、EuはAlN粒内部にはドープされず、粒界に酸化物として存在した。EuとSiを共添加したAlNは、粒内にEu、Si、Oを含む層が形成したポリタイプであり、STEM観察から、Euは極性の反転によってできる面欠陥中のNサイトに2価でドープされていることがわかった。Euに配位するイオンの対称性やEuとイオン間の距離により強い青色発光を示すことがわかった。AlNとほかの結晶との固溶体にEuを合成できれば、固溶量の調整により発光特性を幅広く調整可能な蛍光体が実現できる可能性がある。そこで、カーボンをドープしたAlN-Al2OC系およびAlN-SiC系固溶体の燃焼合成を試みた。カーボン源として原料に黒鉛またはSiCを添加して燃焼合成を行ったが、発光特性に優れた蛍光体は得られなかった。黒鉛を添加した場合は蒸発や酸化物の還元が生じる可能性があり、SiCは反応性が低かった可能性がある。今後、熱力学的な検討を行い、最適なカーボンやSi供給源、反応温度を探索する。

白色LEDは青色または近紫外LEDと蛍光体を組み合わせて実現することが多く、化学的に安定なAlNに希土類をドープした蛍光体材料の開発が近年進められている。本研究では、AlNを起点物質として、酸素、カーボン、Si、Euをドープした新しいAlN基蛍光体の燃焼合成、および複合電子顕微分光を用いた発光メカニズムの解明を目的とした。2022年度は、カーボンを含まないAlN-O-Eu系、AlN-O-Si-Eu系の蛍光体材料を燃焼合成し、これらの特性や発光メカニズムの解明を試みた。AlNにEuを添加して燃焼合成を行うと緑色の発光を示す試料が得られたが、TEM-EDS分析の結果、EuはAlN粒内部にはドープされず、粒界に酸化物として存在した。EuとSiを共添加したAlNは、粒内にEu、Si、Oを含む層が形成したポリタイプであり、STEM観察から、Euは極性の反転によってできる面欠陥中のNサイトに2価でドープされていることがわかった。Euに配位するイオンの対称性やEuとイオン間の距離により強い青色発光を示すことがわかった。AlNとほかの結晶との固溶体にEuを合成できれば、固溶量の調整により発光特性を幅広く調整可能な蛍光体が実現できる可能性がある。そこで、カーボンをドープしたAlN-Al2OC系およびAlN-SiC系固溶体の燃焼合成を試みた。カーボン源として原料に黒鉛またはSiCを添加して燃焼合成を行ったが、発光特性に優れた蛍光体は得られなかった。黒鉛を添加した場合は蒸発や酸化物の還元が生じる可能性があり、SiCは反応性が低かった可能性がある。今後、熱力学的な検討を行い、最適なカーボンやSi供給源、反応温度を探索する。