[发明专利]一种掺杂稀土元素的荧光粉及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及半导体材料领域，尤其涉及一种掺杂稀土元素的荧光粉及其制 备方法。

【背景技术】

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。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是，提供一种掺杂稀土元素的荧光粉及其制备 方法，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，本发明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、Al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。

本发明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X₂O₃、Re₂O₃与A₂O₃三种物质的粉末，其中Re代表Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、 Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb中的一种或多种，X选自于Al、Ga和 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；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X₂O₃、Re₂O₃与A₂O₃三种物质的粉 末进一步包括如下步骤：提供含有X₂O₃、Re₂O₃与A₂O₃三种物质的固形物； 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X₂O₃、Re₂O₃与A₂O₃三种物质的粉末。