[發明專利]一種錳摻雜釔鋁石榴石單晶材料及其應用

有效

• 申請號: 201210345341.3
• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN103059860A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 向衛東;張志敏;陳兆平;鐘家松;趙寅生;劉炳峰;梁曉娟;趙斌宇
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: C09K11/80
• 分類號: C09K11/80;C30B29/28;H01L33/50
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;俞慧

技術領域

本發明涉及過渡元素摻雜新型單晶材料及其應用，特別涉及一種錳摻釔鋁石榴石單晶材料及其應用。

背景技術

LED熒光材料是當今研究的一項熱門和前沿課題，現階段商品化白光LED產品以芯片與熒光粉組合為發展主流，但在提高發光效率、改進顯色性能、延長使用壽命和大功率使用等方面遭遇瓶頸。伴隨著人們日益增長的照明需求，制備高效率、高顯色指數、低色溫、大功率的白光LED用熒光材料將具有非常重要的意義。

1997年T.Ludziejewski等人研究了不同鈰摻雜濃度的Ce:YAG晶體而得出閃爍晶體中鈰離子的最佳摻雜濃度(“Investigation?of?some?scintillation?properties?of?YAG:Ce?crystals”發表在Nuclear?Instruments?and?Methods?in?Physics?Research?A398(1997)287-294)；專利CN101894900A公開利用YAG單晶作為白光LED的基質材料。目前，已有研究表明可以在摻雜Ce離子的基礎上共摻其它稀土離子，提高YAG熒光材料的光效和光譜發射范圍。專利CN102168307A敘述了從高溫熔體中生長Pr，Tb，Sm，Dy和Ce離子摻雜億鋁石榴石晶體的方法；專利CN101899710A公開了稀土鈰和鐿離子共摻雜釔鋁石榴石激光晶體的制備方法。對于紅光發射，常用的有Pr、Eu、Sm等稀土離子，它們的發光由4f-4f躍遷引起，特點是發光峰的位置不受基質影響，但也存在特征發光峰較窄，半高寬小，發光峰波長較短的缺點，對光譜中紅色成分的增加效果不夠理想。

過渡元素錳是一種具有豐富價態的化學元素，不同價態的Mn離子(2+,3+,4+)具有不同的發光特性，Mn離子在某些基質中，可以產生位于紅光區域的寬帶發射，Mn離子作為發光中心被應用于熒光粉已有報道。專利CN102337134A涉及了一種白光LED用錳鈰共摻億鋁石榴石熒光粉的制備方法。通過Mn離子的摻入可以使YAG:Ce熒光粉的發光峰紅移，半高峰寬擴大，改善了白光LED中熒光粉的顯色性能。然而，熒光粉在穩定性、老化性、均勻性等方面仍存在一定的缺陷，限制了其在白光LED尤其是大功率LED的應用與發展。2012年W?xiang等人用提拉法生長了錳鈰共摻億鋁石榴石晶體并進行了退火實驗，所制備晶體中Mn離子為+4價，主發光峰位置在530nm，退火后雖光效有所提升，但未能顯著增加發射光譜中的紅色成分。

現有晶片制備白光LED的技術與熒光粉封裝相比，存在色溫高、顯色指數低的問題。紅光缺乏是白光LED用晶片進一步發展需要解決的難點和重點。本發明的錳摻雜億鋁石榴石晶體利用稀土離子鈰與錳離子之間的能量傳遞機制，采用藍光激發，有效克服鈰釔鋁石榴石制備白光LED的紅光缺乏問題，提升晶片制備白光LED的綜合光電性能。

發明內容

本發明的首要目的在于提供一種錳摻雜釔鋁石榴石單晶材料，該單晶材料具有色溫低、波譜寬、發光強度大等特點，可提高白光LED器件的綜合光電性能。

本發明的第二個目的是將所述錳摻雜釔鋁石榴石單晶材料作為熒光材料用于制備白光LED器件。

下面對本發明的技術方案做具體說明。

本發明提供了一種錳摻雜釔鋁石榴石單晶材料，其特征在于所述錳摻雜釔鋁石榴石單晶材料的化學組成表示式為：Y_3-yAl_5-xO₁₂:Mn_x,Ce_y，其中x的取值范圍為0.01≤x≤0.12，y的取值范圍為0≤y≤0.1；所述錳摻雜釔鋁石榴石單晶材料通過熔體直拉法制備，制備方法包括如下步驟：

①將原料Y₂O₃、Al₂O₃、CeO₂、MnO₂或Y₂O₃、Al₂O₃、MnO₂按化學組成準確稱量，混合均勻后壓塊，于1100-1300℃預燒12-24h；其中確保原料Y₂O₃、Al₂O₃的純度≥99.99%，CeO₂、MnO₂的純度≥99.9%；