专利名称：一种掺Er的GaN荧光粉及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种无机发光材料，特别是一种掺Er的GaN荧光粉及其制备方法。
背景技术：
以GaN为代表的第三代半导体材料近年来发展迅速，GaN具有宽的直接带隙，良好的化学稳定性和热稳定性，在光电子领域存在着巨大的应用价值。GaN还是一种理想的稀土元素掺杂的基体材料，3. 4eV的禁带宽度远大于硅，可降低温度淬灭效应，且大多数的稀土离子在GaN晶格中占据( 的位置，可增加4f层内跃迁几率。稀土离子在GaN中的掺杂浓度可以达到1021cm_3，如此高的掺杂浓度增加了稀土离子发光中心浓度。在GaN中掺入不同的稀土元素可发出从可见光到红外光不同波长的光，而且发出的光亮度高，色彩纯正，在全色显示及LED显示方面有重要应用。在GaN中掺入Er离子，在光激发、电注入等外界能量激发下，Er离子会吸收能量发生从基态到激发态的跃迁，激发态不稳定，会重新跃迁回基态而发光，其中包括发生 4I1372 — 4I1572的能级跃迁，发射出1. 55Mffl的光，在光通讯、光放大、医疗等方面有重要应用(参见文献“Erbium-doped GaN epilayers synthesized by metal-organic chemical vapor deposition", [J]Applied Physics Letters，2006，89，151903)。然而在掺 Er 的 GaN中，4Iiv2激发态能级的荧光寿命较长，较不容易弛豫到4Iiv2能级，这一特性导致发生 %3/2 —%5/2的能级跃迁的原子数目较少，1.55ΜΠ1波段的发光效率较低。此外，Er离子的掺入对半导体材料GaN的导电性也会有一定的不利影响。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种掺Er的GaN荧光粉及其制备方法，它能有效提高掺Er的GaN荧光粉的发光效率，同时，材料的N型或P型导电性能得到改善。实现本发明目的的技术方案是提供一种掺Er的GaN荧光粉，其化学式为 Ga(1-&-y-z)Er2x Cey AzN，其中，A 为元素 Mg 或 Si，0. 05% 彡 χ 彡 5. 0%,0. 2x ^ y ^ 2x,
0. 001% 彡 Z 彡 0· 01%。本发明还提供一种掺Er的GaN荧光粉的制备方法，包括如下步骤
1、按摩尔比，(^a(NO3)3· 9H20 Er2O3 CeO2: MgO 或 Si (OC2H5) 4) = (l_2x-y-z) :x :y ζ 称取各原料，其中，0. 05% 彡 χ 彡 5. 0%, 0. 2x ^ y ^ 2x, 0. 001% 彡 ζ 彡 0. 01% ；
2、把(^a(NO3)3· 9Η20溶解于去离子水中，Er2O3和( 分别溶解于浓硝酸中，将上述三种溶液混合均勻后，再加入MgO的浓硝酸溶液，或在快速搅拌条件下滴加Si (OC2H5)4，得到混合溶液；
3、在90 120°C的温度下将上述混合溶液中的溶剂蒸发，得到干的块体，再将其研细成粉体；
4、将得到的粉体在氮气气氛、温度为600 800V的条件下处理5 7小时，使硝酸盐和硅胶粉体分解，得到掺杂Er3+、Ce3+，及Mg2+或Si4+离子的Ga2O3粉体；
5、在NH3气氛、温度为850 1050°C的条件下处理6 9小时，得到一种掺杂离子的 GaN荧光粉。与现有技术相比，本发明的优点是由于在(iaN中掺入Er元素的同时，共掺入了 Ce元素，从而能在一定程度上加强Er元素在1. 55 Mm波段的发射效率，同时在GaN中共掺入Mg或Si元素，可以提高材料的P型或N型导电性能，避免因为Er，Ce等稀土元素的掺入而降低材料的导电性能。
图1是本发明实施例制备的掺Er的GaN荧光粉的X射线衍射图谱。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的描述。实施例1
在本实施例中，制备化学式(iaa-2x-y-z)Er& Cey AzN的荧光粉，其中，A为元素Mg，χ = 0. 05%, y = 0. 01%, z = 0. 001%。其制备方法是将Ga(NO3)3 · 9H20, Er2O3, CeO2, MgO高纯原料按照 0.99889 0.0005 0.0001: 0. 00001 的摩尔配比称重，用去离子水溶解 Ga(NO3) 3 · 9H20， 用浓硝酸溶解Er2O3，CeO2, MgO得到溶液，将上述溶液均勻混合；在90°C的温度下蒸发以上混合溶液，得到干的块体材料，然后将其研细得到粉体。在氮气保护下，在600°C下处理5小时使粉体分解得到掺Er3+、Ce3+和Mg2+的Ga2O3粉体。将得到的离子掺杂的Ga2O3粉体在NH3 气氛保护下，在850°C下处理6小时得到掺Er3+、Ce3+和Mg2+的GaN荧光粉体。参见附图1，它是本实施例制备的掺Er的GaN荧光粉的X射线衍射谱，由图1可以看出，与标准的GaN的X射线衍射谱(X-ray数据库PDF卡片号为760703)完全对应，表明本实施例制备的掺Er的荧光粉为GaN六方相，没有其他杂相。将本实施例掺Er3+，Ce3+，Mg2+的GaN荧光粉体样品与不共掺Ce3+和Mg2+的同浓度样品相比，1. 55Mffl荧光强度增强8 15%。将本样品在扫描电镜中进行20KV电子束辐照观察，没有发现明显的电荷积累效应，表明电荷被导走，样品导电性较好；而掺Er3+，Ce3+的GaN 荧光粉体材料在同样条件下观察，有较明显的电荷积累效应，因此说明共掺入Mg2+后确实能提高样品的导电性。实施例2
在本实施例中，制备化学式(iaa-2x-y-z)Er& Cey AzN的荧光粉，其中，A为元素Mg，χ = 5%, y = 10%, z = 0. 01%。将Ga (NO3) 3 ·9Η20，Er2O3, CeO2, MgO 高纯原料按照 0.7999 0. 05 0.1: 0.0001
的摩尔配比称重，用去离子水溶解(^a(NO3)3 · 9Η20，用浓硝酸溶解Er2O3，CeO2, MgO得到溶液，将上述溶液均勻混合；在120°C的温度下蒸发以上混合溶液得到干的块体材料，然后将其研细得到粉体。在氮气保护下，在800°C下处理几使粉体分解得到掺Er3+、Ce3+和Mg2+的 Ga2O3粉体。将得到的离子掺杂的Ga2O3粉体在NH3气氛保护下，在1050°C下处理9h得到掺 Er3+、Ce3+和Mg2+的GaN荧光粉体。较之不共掺Ce3+和Mg2+的同浓度掺Er3+的GaN荧光粉体，1. 55Mfli荧光强度增强8%-15%。在扫描电镜中20KV电子辐照下观察没有明显的电荷积累效应，说明材料的导电性良好，而只掺杂同浓度的Er3+，Ce3+的GaN荧光粉体材料在同样条件下观察，有较明显的电荷积累效应。实施例3
在本实施例中，制备化学式(^(1-2”-ζ)Ει^ Cey AzN的荧光粉，其中，A为元素Mg，x = 1%, y = 1%, z = 0. 005%。将Ga(NO3)3 · 9H20，Er2O3, CeO2, MgO 高纯原料按照 0. 96995 0. 01 0. 01: 0. 00005的摩尔配比称重，用去离子水溶解(^a(NO3)3 · 9H20，用浓硝酸溶解Er2O3，CeO2, MgO 得到溶液，将上述溶液均勻混合；在105°C的温度下蒸发以上混合溶液得到干的块体材料， 然后将其研细得到粉体。在氮气保护下，在700°C下处理他使粉体分解得到掺Er3+、Ce3+和 Mg2+的Ga2O3粉体。将得到的离子掺杂的Ga2O3粉体在NH3气氛保护下，在950°C下处理他得到掺Er3+、Ce3+和Mg2+的GaN荧光粉体。较之不共掺Ce3+和Mg2+的同浓度掺Er3+的GaN 荧光粉体，1. 55Mffl荧光强度增强8%-15%。在扫描电镜中20KV电子辐照下观察没有明显的电荷积累效应，说明材料的导电性良好，而只掺杂同浓度的Er3+，Ce3+的GaN荧光粉体材料在同样条件下观察，有较明显的电荷积累效应。实施例4
在本实施例中，制备化学式Cey AzN的荧光粉，其中，A为元素Si，χ = 0. 5%, y = 0. 6%, ζ = 0.006%。将 Ga (NO3) 3 · 9H20，Er2O3, CeO2, Si (OC2H5) 4 高纯原料按照 0.98394 0. 005 0.006: 0. 00006的摩尔配比称重，用去离子水溶解Ga(NO3)3 · 9H20， 用浓硝酸溶解Er2O3, CeO2得到溶液，将溶液混合均勻后，再在快速搅拌下滴入规定量的 Si(OC2H5)4 ；在100°C的温度下蒸发以上混合溶液得到干的块体材料，然后将其研细得到粉体。在氮气保护下，在700°C下处理他使粉体分解得到掺Er3+、Ce3+和Si4+的Ga2O3粉体。 将得到的离子掺杂的Ga2O3粉体在NH3气氛保护下，在900°C下处理几得到掺Er3+、Ce3+和 Si4+的GaN荧光粉体。较之不共掺Ce3+和Si4+的同浓度掺Er3+的GaN荧光粉体，1. 55Mm荧光强度增强8%-15%。在扫描电镜中20KV电子辐照下观察没有明显的电荷积累效应，说明材料的导电性良好，而只掺杂同浓度的Er3+，Ce3+的GaN荧光粉体材料在同样条件下观察，有较明显的电荷积累效应。实施例5
在本实施例中，制备化学式Cey AzN的荧光粉，其中，A为元素Si，χ = 0. 05%, y = 0. 01%, z = 0. 001%。将 Ga(NO3)3 · 9H20, Er2O3, CeO2, Si (OC2H5) 4 高纯原料按照 0.99889 0.0005 0.0001: 0. 00001 的摩尔配比称重，用去离子水溶解 Ga(NO3) 3 · 9H20， 用浓硝酸溶解Er2O3, CeO2得到溶液，将溶液混合均勻后，再在快速搅拌下滴入规定量的 Si (OC2H5)4 ;在901的温度下蒸发以上混合溶液得到干的块体材料，然后将其研细得到粉体。在氮气保护下，在600°C下处理证使粉体分解得到掺Er3+、Ce3+和Si4+的Ga2O3粉体。 将得到的离子掺杂的Ga2O3粉体在NH3气氛保护下，在850°C下处理Mi得到掺Er3+、Ce3+和 Si4+的GaN荧光粉体。较之不共掺Ce3+和Si4+的同浓度掺Er3+的GaN荧光粉体，1. 55Mm荧光强度增强8%-15%。在扫描电镜中20KV电子辐照下观察没有明显的电荷积累效应，说明材料的导电性良好，而只掺杂同浓度的Er3+，Ce3+的GaN荧光粉体材料在同样条件下观察，有较明显的电荷积累效应。
实施例6
在本实施例中，制备化学式(^(1-2”-ζ)Ει^ Cey AzN的荧光粉，其中，A为元素Si，x = 5%, y = 10%, z = 0. 01%。将Ga(NO3)3 · 9H20, Er2O3, CeO2, Si (OC2H5) 4 高纯原料按照 0. 7999 0. 05 0. 1: 0. 0001的摩尔配比称重，用去离子水溶解(^a(NO3)3 · 9H20，用浓硝酸溶解Er2O3，CeO2得到溶液，将溶液混合均勻后，再在快速搅拌下滴入规定量的Si(OC2H5)4 ；在120°C的温度下蒸发以上混合溶液得到干的块体材料，然后将其研细得到粉体。在氮气保护下，在800°C下处理几使粉体分解得到掺Er3+、Ce3+和Si4+的Ga2O3粉体。将得到的离子掺杂的Ga2O3粉体在 NH3气氛保护下，在1050°C下处理9h得到掺Er3+、Ce3+和Si4+的GaN荧光粉体。较之不共掺 Ce3+和Si4+的同浓度掺Er3+的GaN荧光粉体，1. 55Mm荧光强度增强8%_15%。在扫描电镜中 20KV电子辐照下观察没有明显的电荷积累效应，说明材料的导电性良好，而只掺杂同浓度的Er3+，Ce3+的GaN荧光粉体材料在同样条件下观察，有较明显的电荷积累效应。
权利要求
1.一种掺Er的GaN荧光粉，其特征在于化学式为feidnyEi^ Cey Az N，其中，A为元素 Mg 或 Si，0. 05% 彡 χ 彡 5. 0%, 0. 2x 彡 y 彡 2x, 0. 001% 彡 ζ 彡 0. 01%。
2.一种如权利要求1所述的掺Er的GaN荧光粉的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)按摩尔比，(^a(NO3)3 ·9Η20 Er2O3 CeO2: MgO 或 Si (OC2H5) 4) = (l_2x-y-z) :x y :z 称取各原料，其中，0. 05% 彡 χ 彡 5. 0%, 0. 2x ^ y ^ 2x, 0. 001% 彡 ζ 彡 0. 01% ；(2)把(^a(NO3)3·9Η20溶解于去离子水中，Er2O3和CeO2分别溶解于浓硝酸中，将上述三种溶液混合均勻后，再加入MgO的浓硝酸溶液，或在快速搅拌条件下滴加Si (OC2H5)4，得到混合溶液；(3)在90 120°C的温度下将上述混合溶液中的溶剂蒸发，得到干的块体，再将其研细成粉体；(4)将得到的粉体在氮气气氛、温度为600 800°C的条件下处理5 7小时，使硝酸盐和硅胶粉体分解，得到掺杂Er3+、Ce3+，及Mg2+或Si4+离子的Ga2O3粉体；(5)在NH3气氛、温度为850 1050°C的条件下处理6 9小时，得到一种掺杂离子的 GaN荧光粉。
全文摘要
本发明公开了一种掺Er的GaN荧光粉及其制备方法。它的化学式为Ga(1-2x-y-z)Er2xCeyAzN，其中，A为元素Mg或Si，0.05%≤x≤5.0%，0.2x≤y≤2x，0.001%≤z≤0.01%。按摩尔比称取原料Ga(NO3)3·9H2O、Er2O3、CeO2及MgO或Si(OC2H5)4)，分别溶解并混合，蒸发溶剂后，将得到的块体研细成粉体，在氮气气氛、600～800℃的条件下处理，得到掺杂离子的Ga2O3材料。然后在NH3气氛、850～1050℃的条件下进一步处理，得到掺杂离子的GaN荧光粉。该方法能有效提高掺Er的GaN荧光粉的发光效率，同时，材料的导电性能得到改善。
文档编号C09K11/80GK102391872SQ20111040342
公开日2012年3月28日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者毛红敏, 王晓丹, 程新利, 臧涛成, 马春兰 申请人:苏州科技学院