一种掺杂稀土元素的荧光粉及其制备方法技术

一种掺杂稀土元素的荧光粉，包括由掺杂有稀土元素的ＩＩＩ族氮化物构成的多晶粉末，所述ＩＩＩ族氮化物由氮原子和一种ＩＩＩ族元素组成，所述多晶粉末中进一步包括替位掺杂物，所述替位掺杂物亦为一种ＩＩＩ族元素或多种ＩＩＩ族元素的组合，且替位元素的原子序数小于构成多晶粉末的ＩＩＩ族元素的原子序数，所述替位掺杂物在多晶粉末中替代原有的ＩＩＩ族元素形成替位缺陷。本发明专利技术进一步提供了上述荧光粉的制备方法。本发明专利技术的优点在于，通过引入替位掺杂物在多晶粉末中替代原有的ＩＩＩ族元素形成替位缺陷，以改善因为ＩＩＩ族元素和稀土元素之间由于较大的原子半径失配而造成的多晶粉体晶格畸变，从而提高粉体的发光性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体材料领域，尤其涉及。
技术介绍
第三代半导体材料GaN及其相关器件由于在光显示、光存储、激光打印、光照明以 及医疗和军事等领域有着广阔的应用前景，因此以GaN为代表的第三代半导体材料被誉为 IT产业新的发动机。 GaN是一种宽禁带半导体，其禁带宽度达3. 4eV，因此在GaN中可以掺入各种稀土 离子，而不会发生发光猝灭。其他类似的III族氮化物也具有同样的性质。稀土离子的发 光波段可以覆盖从紫外到红外的区域，而且稀土离子的发光跃迁主要产生于部分填满的4f 能级之间跃迁，受晶体场环境影响较少，发光峰尖锐，其色纯度较高。所以稀土掺杂的GaN 材料在平板显示领域展现出巨大的应用前景。稀土离子掺杂的氮化镓粉体由于容易和各 种材料和器件集成因此也受到了研究者的重视("Green emission from Er-doped GaN powder",发表在"Applied Physics Letters", 2005， 86， 191918)。 稀土离子在掺入GaN基质后， 一般取代的是Ga3+的晶格格位，而稀土离子的半 径普遍比Ga3+的半径要大，Ga3+的半径为62pm，而稀土离子半径处于103. 4pm(Ce3+)和 84.8pm(Lu3+)之间。所以从离子半径匹配的角度来看，稀土离子掺入后会引起较大的晶格 畸变，毫无疑问，这种晶格畸变的产生，会在晶体中引入较多的点缺陷，从而降低多晶粉料 的发光性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供，能够改善由于稀土元素掺杂而引起的晶格畸变，进而提高荧光粉的发光性能。 为了解决上述问题，本专利技术提供了一种掺杂稀土元素的荧光粉，包括由掺杂有稀土元素的III族氮化物构成的多晶粉末，所述III族氮化物由氮原子和一种III族元素组成，所述多晶粉末中进一步包括替位掺杂物，所述替位掺杂物亦为一种III族元素或多种III族元素的组合，且替位元素的原子序数小于构成多晶粉末的III族元素的原子序数，所述替位掺杂物在多晶粉末中替代原有的III族元素形成替位缺陷。 作为可选的技术方案，所述构成多晶粉末的III族元素选自于Al、Ga和In中的一 种或多种，所述替位掺杂物中的元素选自于B、A1和Ga中的一种或多种，且替位掺杂物中所 含元素的原子序数均小于构成多晶粉末的III族元素的原子序数。 作为可选的技术方案，所述替位掺杂物中所含元素的原子数目不大于稀土元素的 原子数目，且不小于稀土元素的原子数目的十分之一。 本专利技术进一步提供了一种上述荧光粉的制备方法，包括如下步骤提供含有X203、 Re203与A203三种物质的粉末，其中Re代表Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm和3Yb中的一种或多种，X选自于Al、Ga和In中的一种，A选自于B、A1和Ga中的一种或多种， 且A的原子序数小于X的原子序数；将上述粉末在NH3气氛保护下处理，得到掺有元素Re和 A的X元素氮化物粉末。 作为可选的技术方案，所述提供含有X203、 Re203与A203三种物质的粉末进一步包 括如下步骤提供含有^03、1^203与403三种物质的固形物；将上述固形物溶解于硝酸中配 成溶液；蒸发上述溶液得到干的硝酸盐粉体；将上述粉体在氮气保护下处理，使硝酸盐分 解，以获得含有X203、 Re203与A203三种物质的粉末。 作为可选的技术方案，所述X203、 Re203、与A203之间的摩尔数配比为 (1-x-y) : x : y，其中x和y的取值范围分别是0.1X《x《10.0%，0.1x《y《x。 作为可选的技术方案，所述元素X为Ga，所述元素A选自与B与A1中的一种或两 种。 作为可选的技术方案，所述在氮气保护下处理硝酸盐粉末的步骤中，工艺的温度 范围是500°C 70(TC，处理时间范围是4小时 8小时。 作为可选的技术方案，所述在NH3气氛下处理氧化物粉末的步骤中，工艺的温度范 围是80(TC 110(TC，处理时间范围是4小时 8小时。 本专利技术的优点在于，通过引入替位掺杂物在多晶粉末中替代原有的III族元素形 成替位缺陷，以改善因为III族元素和稀土元素之间由于较大的离子半径失配而造成的多 晶粉体晶格畸变，从而提高粉体的发光性能。附图说明附图1所示为本专利技术所述掺杂稀土元素的荧光粉制备方法的具体实施方式的实 施步骤示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的一种掺杂稀土元素的荧光粉及其生长方法的具体 实施方式做详细说明。 首先给出本专利技术所述掺杂稀土元素的荧光粉的具体实施方式，所述荧光粉包括由 掺杂有稀土元素的III族氮化物构成的多晶粉末和替位掺杂物。所述III族氮化物由氮原 子和一种III族元素X组成，所述替位掺杂物A亦为一种III族元素或者多种III族元素 的混合物，且A中每一种元素的原子序数都应当小于X的原子序数。 所述替位掺杂物A在多晶粉末中替代原有的III族元素形成替位缺陷，以改善因 为元素X和稀土元素之间由于较大的原子半径失配而造成的多晶粉体晶格畸变，从而提高 粉体的发光性能。 例如所述构成多晶粉末的III族氮化物为GaN，即所述元素X为Ga。 GaN是目前最 为常见的一种III族氮化物，在此情况下，所述替位掺杂物A可以是选自于B和Al中的一 种或者两种，即替位掺杂物可以是B，也可以是A1，也可以是由B和A1组成的混合物。 作为一种优选的元素配比比例，所述替位掺杂物的原子数目不大于稀土元素的原 子数目，且不小于稀土元素的原子数目的十分之一。替位掺杂物存在的意义在于改善稀土 元素和元素X之间的晶格畸变，因此替位元素的掺杂比例不能太小，较佳的比例是不小于4稀土元素原子数目的十分之一，否则与稀土元素之间相比的数目太少，降低了其改善晶格 畸变作用的效果。进一步的，替位元素的掺杂会对荧光粉发光起到一定的副作用，因此掺杂 的较佳上线比例是不大于稀土元素的原子数目，否则替位元素对荧光粉发光效率的影响将 会变得比较明显。 其次结合附图给出本专利技术所述掺杂稀土元素的荧光粉生长方法的具体实施方式， 附图l所示为本具体实施方式的实施步骤示意图，包括步骤310，提供^03、1^203与403三 种物质；步骤Sll，将上述物质溶解于硝酸中配成溶液；步骤S12，蒸发上述溶液得到干的硝 酸盐粉体；步骤S13，将上述粉体在氮气保护下处理，使硝酸盐分解，以获得含有X203、 Re203 与A203三种物质的粉末；步骤S14，将上述元素X的氧化物粉末在NH3气氛保护下处理。 参考步骤S10，提供含有X203、Re203与A203三种物质的固形物，其中Re代表Ce、Pr、 Nd、Pm、 Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm禾口 Yb中的一禾中或多禾中，X选自于Al、Ga禾口 In中的一 种，A选自于B、 Al、和Ga中的一种或多种，且A的原子序数小于X的原子序数。 实质上，Re所代表的元素实质上是稀土元素，X是一种III族元素，而A代表的是 原子序数比X小的一种或者几种III族元素。 作为优选的技术方案，所述X203、 Re203、与A203之间的摩尔数配比为 (1-x-y) : x : y，其中x和y的取值范围分别是0.1X《x《10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺杂稀土元素的荧光粉，包括由掺杂有稀土元素的Ⅲ族氮化物构成的多晶粉末，所述Ⅲ族氮化物由氮原子和Ⅲ族元素组成，其特征在于，所述多晶粉末中进一步包括替位掺杂物，所述替位掺杂物亦为一种Ⅲ族元素或多种Ⅲ族元素的组合，且替位元素的原子序数小于构成多晶粉末的Ⅲ族元素的原子序数，所述替位掺杂物在多晶粉末中替代原有的Ⅲ族元素形成替位缺陷。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾雄辉，徐科，王建峰，任国强，
申请(专利权)人：苏州纳维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]