用于发光器件的波长转换材料制造技术

本发明专利技术的实施例包括包含(La,Gd)3Ga5‑x‑yAlxSiO14:Cry的红外发射磷光体，其中0≤x≤1且0.02≤y≤0.08。在一些实施例中，红外发射磷光体是钙镓锗酸盐材料。在一些实施例中，红外发射磷光体与第二红外发射磷光体一起使用。第二红外发射磷光体是一种或多种铬掺杂的石榴石，其组分为Gd3‑x1Sc2‑x2‑yLux1+x2Ga3O12:Cry，其中0.02≤x1≤0.25，0.05≤x2≤0.3且0.04≤y≤0.12。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于发光器件的波长转换材料
技术介绍
包括发光二极管（LED）、谐振腔发光二极管（RCLED）、垂直腔激光二极管（VCSEL）和边缘发射激光器的半导体发光器件属于当前可用的最高效的光源。在能够跨可见光谱操作的高亮度发光器件的制造中，当前引起兴趣的材料系统包括Ⅲ-Ⅴ族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金，也被称为Ⅲ族氮化物材料。典型地，Ⅲ族氮化物发光器件通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）或其他外延技术，通过在蓝宝石、碳化硅、Ⅲ族氮化物或其他合适的衬底上外延生长不同组分和掺杂剂浓度的半导体层的叠层来制造。该叠层经常包括在衬底上方形成的掺杂有例如Si的一个或多个n型层、在一个或多个n型层上方形成的有源区中的一个或多个发光层、以及在有源区上方形成的掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。电接触部在n型区和p型区上形成。诸如LED的发光器件经常与诸如磷光体的波长转换材料组合。这样的器件经常被称为磷光体转换的LED或PCLED。附图说明图1图示了根据一些实施例的两种近红外发射磷光体的发射光谱。图2是LED的截面视图。图3是具有与LED直接接触的波长转换结构的器件的截面视图。图4是具有靠近LED的波长转换结构的器件的截面视图。图5是具有与LED间隔开的波长转换结构的器件的截面视图。图6是合成的La3Ga4.98SiO14:Cr0.02的X射线衍射（XRD）图案。图7是合成的La3Ga4.48Al0.5SiO14:Cr0.02的XRD图案。图8是合成的Gd2.8La0.2Sc1.7Lu0.2Ga3O12:Cr0.1的XRD图案。图9是合成的Gd2.4La0.6Sc1.5Lu0.4Ga3O12:Cr0.1的XRD图案。图10和11图示了较长波长近红外发射材料和较短波长近红外发射材料的混合物的发射光谱。图12和13图示了磷光体转换LED的发射光谱，该磷光体转换LED包括较长波长近红外发射材料和较短波长近红外发射材料的混合物。图14是合成的La2.89Gd0.02Ga4.76Al0.2SiO14:Cr0.04的X射线衍射（XRD）图案。图15是合成的Gd2.85Sc1.75Lu0.3Ga3O12:Cr0.1的XRD图案。图16图示了磷光体转换LED的发射光谱，该磷光体转换LED包括12wt％的Gd2.85Sc1.75Lu0.3Ga3O12:Cr0.1和88wt％的La2.98Gd0.02Ga4.76Al0.2SiO14:Cr0.04的混合物。具体实施方式本专利技术的实施例包括波长转换材料或发光材料，诸如发射近红外（NIR）辐射的磷光体。为了语言的经济性，红外辐射在本文可以被称为“光”。NIR磷光体可以用于例如磷光体转换LED中。NIR磷光体可以发射具有在一些实施例中至少700nm并且在一些实施例中不超过1100nm的峰值波长的光。NIR磷光体可以具有700-1100nm范围内的分布发射强度；例如，在一些实施例中，NIR磷光体可以具有在一些实施例中至少1700cm-1并且在一些实施例中不超过4000cm-1的半峰全宽。NIR磷光体可以例如由可见光谱范围内的光激发，意味着它们吸收可见光，并且作为响应，发射NIR光。NIR磷光体可以是宽带隙材料。宽带隙主晶格的使用可能由于光电离的原因而限制在升高的温度下的发光猝灭。NIR磷光体的带隙可以是在一些实施例中至少4.8eV，在一些实施例中大于5eV，并且在一些实施例中小于7eV。在一些实施例中，NIR磷光体是电绝缘材料。电绝缘材料的一个益处可能是更高的带隙，因为导电率与带隙有关。带隙越高，导电率越低。另外，半导体经常在较高的温度下示出增加的导电性，而诸如金刚石（带隙~5.5eV，与根据一些实施例的NIR磷光体的带隙相当）的绝缘体即使在增加的温度下也保持绝缘。诸如磷光体的波长转换材料典型地包括主晶格和至少一种掺杂剂物质。掺杂剂物质的原子起发光中心的作用。在一些实施例中，NIR磷光体包括作为发射中心的三价阳离子，诸如Cr（III）（Cr（III）与Cr3+相同）。在一些实施例中，除三价阳离子之外或代替三价阳离子，NIR磷光体包括作为发射中心的四价阳离子。在一些实施例中，主晶格包括诸如Si4+的四价阳离子，Si4+具有四倍配位的有效离子半径，其比Cr4+的有效离子半径小38％。小的四价主晶格阳离子尺寸可以抑制不想要的Cr（IV）的形成，这可以改善NIR磷光体的稳定性并且可以提高NIR磷光体在升高的温度下的发光转换效率。在一些实施例中，NIR磷光体包含相对于NIR磷光体中的总铬含量小于10％的Cr（IV），以减少或消除自吸收损失，其中发射的光在磷光体材料中被再吸收。由于Cr（III）发射带和Cr（IV）吸收带的重叠，所以可能发生自吸收损失。发射能量中的大部分被转化为热，这可以降低效率。例如，Cr（IV）在一些实施例中小于（总Cr含量的）10％，在一些实施例中小于5％，在一些实施例中小于1％以及在一些实施例中为0％。在一些实施例中所需的Cr（IV）的低浓度在诸如La3Ga5GeO14:Cr的其他磷光体（其在主晶格中不包括小半径的四价阳离子）中不能被容易地达到，因为较大尺寸的Ge4+阳离子具有与Cr4+相同的尺寸（在5％以内），因此Cr4+在该结构中稳定。在这样的磷光体中，需要比如高压下的还原烧制的昂贵的变通方法（workaround）来抑制例如镓损失。根据一些实施例的NIR磷光体包括Si4+，其比Ge4+和Cr4+小得多。因此，不需要诸如上面描述的还原烧制的技术来防止Cr4+并入Si4+位点上。另外，在例如La3Ga5GeO14:Cr中包括Cr（IV）也导致明显的余辉（afterglow）（在需要具有恒定光谱功率分布的短光脉冲的应用中是不合乎期望的低强度、持续发射），并且如果用红光直接激发Cr（IV），则导致发射光谱朝向更长波长的偏移。通过用二价阳离子进一步掺杂La3Ga5GeO14:Cr材料可以增强余辉现象，所述二价阳离子可以稳定结构中的Cr（IV）。根据一些实施例的NIR磷光体不包括作为掺杂剂的二价阳离子（诸如例如Mg2+）。根据一些实施例的NIR磷光体在主晶格中不包括不期望地稳定Cr（IV）的四价阳离子，诸如例如Ge4+。在一些实施例中，NIR磷光体具有属于在极性空间群P321中结晶的钙镓锗酸盐（gallogermanate）结构族的主晶格。主晶格可以以三方钙镓锗酸盐结构类型结晶。合适的钙镓锗酸盐材料可以具有组分范围RE3Ga5-x-yAxSiO14:Cry（RE=La、Nd、Gd、Yb、Tm；A=Al、Sc），其中0≤x≤1且0.005≤y≤0.1。在一些实施例中，NIR磷光体具有钙镓锗酸盐、石榴石或氟铝钙锂化合物（colquiirite）晶体结构主晶格，其包括一定量的二价微量金属，比如Mg、Ca、Yb、Sr、Eu、Ba、Zn、Cd。二价微量金属的浓度保持低，在一些实施例中小于400ppm，并且在一些实施例中小于100ppm。小的二价微量金属（诸如Mg、Zn和Cd）可以代替上面描述的RE3Ga5-x-yAxSiO14:Cry材料中的镓。在一些实施例中，NIR磷光体是La3Ga5-ySiO14:Cry（也被称为兰克赛（Langasite）），其示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种发光材料，包括：主晶格，其以三方钙镓锗酸盐结构类型结晶；和掺杂剂，其设置于所述主晶格中，所述掺杂剂包括：三价铬；和四价铬，其浓度小于所述发光材料中的所有铬的总浓度的1％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.09.28 EP 17193745.11.一种发光材料，包括：主晶格，其以三方钙镓锗酸盐结构类型结晶；和掺杂剂，其设置于所述主晶格中，所述掺杂剂包括：三价铬；和四价铬，其浓度小于所述发光材料中的所有铬的总浓度的1％。2.根据权利要求1所述的发光材料，其中所述主晶格包括四价阳离子，所述四价阳离子具有比Cr（IV）的有效离子半径小至少10％的有效原子半径。3.根据权利要求1所述的发光材料，其中所述发光材料是RE3Ga5-x-yAxSiO14Cry（RE=La、Nd、Gd、Yb、Tm；A=Al、Sc），其中0≤x≤1且0.005≤y≤0.1。4.根据权利要求1所述的发光材料，其中所述主晶格是La3Ga5-xSiO14。5.根据权利要求1所述的发光材料，其中所述发光材料发射700-1100nm范围内的光。6.根据权利要求1所述的发光材料，其中所述发光材料是(La,Gd)3Ga5-x-yAlxSiO14:Cry，其中0≤x≤1且0.02≤y≤0.08。7.根据权利要求6所述的发光材料，其中所述发光材料由蓝光或红光激发。8.根据权利要求1或6所述的发光材料，其中所述发光材料具有在1700cm-1和4000cm-1之间的半峰全宽。9.根据权利要求6所述的发光材料，其中所述发光材料的带隙为至少4.8eV。10.根据权利要求1或6所述的发光材料，其中所述发光材料是La2.98Gd0.02Ga4.76Al0.2SiO14:Cr...

【专利技术属性】
技术研发人员：PJ施密特，R恩格伦，T迪德里希，
申请(专利权)人：亮锐控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL