[发明专利]一种掺Er的GaN荧光粉及其制备方法

说明书

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Ga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⁴I_13/2→⁴I_15/2的能级跃迁，发射出1.55μm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，⁴I_11/2激发态能级的荧光寿命较长，较不容易弛豫到⁴I_13/2能级，这一特性导致发生⁴I_13/2→⁴I_15/2的能级跃迁的原子数目较少，1.55μm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_(1-2x-y-z)Er_2x Ce_y A_zN，其中，A为元素Mg或Si，0.05%≤x≤5.0%，0.2x≤y≤2x, 0.001%≤z≤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，Ga(NO₃)₃·9H₂O∶Er₂O₃∶CeO₂: MgO或Si(OC₂H₅)₄)= (1-2x-y-z)：x ：y：z称取各原料，其中，0.05%≤x≤5.0%，0.2x≤y≤2x, 0.001%≤z≤0.01%；

2、把Ga(NO₃)₃·9H₂O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匀后，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℃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 ℃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℃的条件下处理6～9小时，得到一种掺杂离子的GaN荧光粉。