本发明专利技术涉及一种稀土掺杂GaN发光粉体及其制备方法，其化学式为Ga(1-x-y)RexAyN，Re为Ce3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+和Yb3+中的一种，A为B3+或Al3+，x为Re的含量，y为B3+或Al3+的含量，0.1%≦x≦10.0%，0.1x≦y≦x。将原料混合后在500～1000℃的真空石英管中保温8～16小时，研磨后再在1000～1150℃的氨气气氛中保温10～20小时，得到发光粉体材料。本发明专利技术改善了由于Re3+和Ga3+之间的半径失配而造成的晶格畸变，有效提高了GaN粉体材料的发光性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种GaN半导体材料，特别涉及一种采用金属氨化法制备的稀土离子掺杂的GaN发光粉体材料及其制备方法。
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3.4 eV，因此，在GaN中可以掺入各种稀土离子，而不会发生发光猝灭。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。稀土离子掺杂的氮化镓粉体由于容易与各种材料和器件集成，因此也受到了研究者的重视，如文献“Green emission from Er-doped GaN powder” (Applied Physics Letters”，2005, 86, 191918)报道了米用金属 Ga、稀土金属 Er 作为原料，按一定比例混合后，在高温下和氨气反应，得到Er掺杂的GaN粉体。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62 pm,而稀土离子半径处于103.4 pm (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，将在粉体中引入较多的点缺陷，从而降低GaN粉体的发光性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有金属氨化法制备掺稀土离子的GaN粉体材料存在的不足，提供一种稀土掺杂GaN发光粉及其制备方法，能有效改善由于掺入的稀土离子和Ga3+之间较大的离子半径失配而引起的晶格畸变，提高材料的发光性能。本专利技术的技术解决方案是提供一种稀土掺杂GaN发光粉体,它的化学式为Ga(1_x_y)RexAyN,其中，Re 为稀土金属离子 Ce3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+和Yb3+中的任意一种，A为金属离子B3+或Al3+，x为Re的含量，y为B3+或Al3+的含量，0.1% = X = 10.0%, 0.1x = y = X。本专利技术技术方案还包括一种如上述稀土掺杂GaN发光粉体的制备方法，包括如下步骤: 1、按Ga: Re: A= (l_x_y):x:y的摩尔比，称量各原料:其中，Re为稀土金属离子Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb中的任意一种稀土金属，A为金属离子B3+或Al3+, X 为 Re 的含量，y 为 B3+ 或 Al3+ 的含量，0.1% ^ x ^ 10.0%, 0.1x ^ y ^ x ； 2、将各原料混合后真空封装于石英管中；3、将石英管在500 1000°C的温度下保温8 16小时后冷却至室温，得到固溶体；4、取出石英管中的固溶体，研磨成粉体，放入刚玉舟中，在温度为1000 1150°C的氨气气氛中保温10 20小时后，冷却至室温，得到一种稀土金属离子和金属离子B3+或Al3+共掺杂的GaN发光粉体材料。本专利技术的原理是:由于B3+和Al3+的半径分别为20 pm和50 pm,本专利技术技术方案是在GaN粉体材料中按适当的配比共掺B3+或Al3+和稀土离子，将能在一定程度上改善粉体材料的晶格畸变；此外，由于B3+或Al3+是一种中性组分，所以掺入少量的B3+或Al3+不会对GaN粉体材料的发光性能产生副作用。与现有技术相比，本专利技术的优点是:由于采用了金属B或Al和稀土金属按一定配比进行共掺的方法，从而能在很大程度上改善由于Re3+和Ga3+之间较大的半径失配而造成的GaN粉体材料晶格畸变，有效提高了 GaN粉体材料的发光性能。附图说明 图1是本专利技术实施例提供的一种稀土掺杂GaN发光粉末的XRD图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案作进一步的阐述。实施例1: 按摩尔比，本实施例的原料配方为Ga: Re: A= (l_x_y):x:y,其中，x = 0.1%, y =0.01%, Re为稀土金属Er，A为金属B。将上述称量好的原料一起真空封装于石英管中，将石英管在500°C保温8h，然后冷却至室温。将石英管中的固溶体取出，研磨成粉体，放入刚玉舟中在氨气气氛中，控制温度在1000°C，保温10h，然后冷却至室温，即可取出稀土Er3+和B3+共掺的GaN粉体材料。与不共掺B3+的同浓度掺Er3+的GaN粉体材料相比，荧光强度增强5% 20%0该粉体材料可应用于平板显示领域。参见附图1，它是本实施例提供的稀土掺杂GaN发光粉末的XRD图，由图1可以看出，本实施例合成的粉体材料呈现出典型的六方GaN结构，证明得到了 GaN粉体材料。实施例2 按Ga: Re: A= (Ι-χ-y):x:y的摩尔比,在本实施例中，x = 10%, y = 1%, Re为稀土金属Ce，A为金属B，将上述称量好的原料一起真空封装于石英管中，将石英管在1000°C，保温16h，然后冷却至室温。将石英管中的固溶体取出，研磨成粉体，放入刚玉舟中在氨气气氛中，控制温度在1150°C，保温20h，然后冷却至室温，即可取出稀土 Ce3+和B3+共掺的GaN粉体材料。较之不共掺B3+的同浓度掺Ce3+的GaN粉体材料，荧光强度增强5% 20%。实施例3 按Ga: Re: A= (Ι-χ-y):x:y的摩尔比,在本实施例中，x = 5%, y = 0.5%, Re为稀土金属Pr，A为金属B。将上述称量好的原料一起真空封装于石英管中，将石英管在800°C，保温12h，然后冷却至室温。将石英管中的固溶体取出，研磨成粉体，放入刚玉舟中在氨气气氛中，控制温度在1050°C，保温15h，然后冷却至室温，即可取出稀土Pr3+和B3+共掺的GaN粉体材料。较之不共掺B3+的同浓度掺Pr3+的GaN粉体材料，荧光强度增强5% 20%。实施例4 按Ga: Re: A= (Ι-χ-y):x:y的摩尔比,在本实施例中，x = 5%, y = 0.5%, Re为稀土金属Tm，A为金属Al。将上述称量好的原料一起真空封装于石英管中，将石英管在900°C，保温14h，然后冷却至室温。将石英管中的固溶体取出，研磨成粉体，放入刚玉舟中在氨气气氛中，控制温度在1100°C，保温15h，然后冷却至室温，即可取出稀土 Tm3+和Al3+共掺的GaN粉体材料。较之不共掺Al3+的同浓度掺Tm3+的GaN粉体材料，荧光强度增强5% 20%。实施例5 按Ga: Re: A= (Ι-χ-y):x:y的摩尔比,在本实施例中，x = 5%, y = 0.5%, Re为稀土金属Eu，A为金属Al。将上述称量好的原料一起真空封装于石英管中，将石英管在500°C，保温8h，然后冷却至室温。将石英管中的固溶体取出，研磨成粉体，放入刚玉舟中在氨气气氛中，控制温度在1000°C，保温10h，然后冷却至室温，即可取出稀土 Eu3+和Al3+共掺的GaN粉体材料。较之不共掺Al3+的同浓度掺Eu3+的GaN粉体材料，荧光强度增强5% 2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种稀土掺杂GaN发光粉体，其特征在于：它的化学式为Ga(1?x?y)RexAyN，其中，Re为稀土金属离子Ce3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+和Yb3+中的任意一种，A为金属离子B3+或Al3+，x为Re的含量?，y为B3+或Al3+的含量，0.1%≦x≦10.0%，0.1x≦y≦x?。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓丹，毛红敏，马春兰，
申请(专利权)人：苏州科技学院，
类型：发明
国别省市：
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