一種生長Ce：YAG單晶熒光材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了坩堝下降法生長Ce：YAG單晶熒光材料的方法。該晶體化學式為：(Y1-x-mAxCem)3(Al1-yBy)5O12；0≤x≤1，0≤y≤1，0≤m≤0.05；其中A為Lu、Tb、Pr、La、Gd中的一種；B為Ga、Ti、Mn、Cr、Zr中的一種。晶體生長爐溫范圍1900～2000℃，坩堝下降方向固液界面的溫度梯度為10～50℃/cm，坩堝下降速率為0.1～5mm/h，籽晶可采用<111>、<100>、<001>等方向，坩堝直徑為30～120mm，高度為50～200mm。本發(fā)明采用坩堝下降法具有操作簡單，成本低，生長的Ce：YAG晶體體積大、內部缺陷少、摻雜濃度高等優(yōu)點。
【專利說明】—種生長Ce: YAG單晶熒光材料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及LED生產制造領域，尤其涉及一種坩堝下降法生長Ce: YAG單晶熒光材料的方法。
【背景技術】
[0002]LED是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電能轉化為光能。與傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈相比，白光LED具有耗電量小、發(fā)光效率高、使用壽命長、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，因此其不僅在日常照明領域得到廣泛的應用，而且進入顯示設備領域。目前，獲取白光LED的技術可以分為兩大類:(I)采用發(fā)射紅、綠、藍色光線的三種LED芯片混合；(2)采用藍光或紫外LED芯片激發(fā)適當的熒光材料。目前白光LED主要是利用藍光LED芯片和可被藍光有效激發(fā)的、發(fā)黃光的突光粉Ce3+: YAG結合,再利用透鏡原理將互補的黃光和藍光予以混合，從而得到白光。
[0003]對于采用熒光粉封裝的結構，熒光粉材料緊貼芯片發(fā)熱源，芯片溫度升高導致熒光粉性能劣化，同時芯片散發(fā)的熱量和短波輻射會使封裝材料加速老化導致透過率下降，白光LED使用壽命縮短。此外，由于熒光粉在膠體中分布不均勻，容易出現不同白光LED器件之間白光質量不一致的問題。Ce3+:YAG晶體相比熒光粉具有激發(fā)發(fā)射效率高、受熱穩(wěn)定、熱導率高、機械強度好等優(yōu)點，非常適合作為傳統(tǒng)熒光粉的替代材料。
[0004]傳統(tǒng)的Ce:YAG晶體生產工藝主要為提拉法和溫度梯度法。其中提拉法是目前Ce:YAG晶體生長中應用最為廣泛的方法，然而該方法在實際應用中存在如下問題:1)提拉法生長的晶體內部缺陷較多，位錯密度大；2)提拉法生長過程中熔體存在強迫對流，且Ce離子在YAG晶體中的分凝系數小(0.2左右)，因此晶體中Ce的摻雜濃度很難提高；3)提拉法通常采用銥鍋，成本投入過高 ；4)提拉法生長的晶體尺寸受限制。溫度梯度法生長的CeiYAG晶體尺寸較大，直徑可達IOOmm以上，位錯密度小，但溫度梯度法工藝要求高，且通常采用石墨發(fā)熱體，容易造成碳污染。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種生長Ce:YAG單晶熒光材料的方法，包括以下步驟:
[0006]I)將原料按照下列化學式中的摩爾比進行稱量配比，混合均勻，壓制成餅，高溫燒結；
[0007]化學式:(UCeJ3 (AVyBy) 5012
[0008]O ^ X ^ I,O ^ y ^ I,O ^ m ^ 0.05
[0009]其中A 為 Lu、Tb、Pr、La、Gd、Sm 中的一種;B 為 Ga、T1、Mn、Cr、Zr 中的一種；
[0010]2)將籽晶放入坩堝底部，將坩堝放入下降爐中，放入料塊，升溫至1900~2000°C，恒溫3~5小時；
[0011]3)下降坩堝，下降速率為0.1~5mm/h，坩堝下降方向固液界面的溫度梯度為10~50 °C /cm ；
[0012]4)晶體生長完畢后，控制爐溫下降，初始降溫速度在0.1~3°C /h范圍，由慢至快加速降溫，終了降溫速度為30-50°C /h，整個降溫過程為50~180h ；
[0013]5)使爐體自然冷卻至室溫，取出坩堝，將晶體從坩堝中剝離。
[0014]所述步驟I中，燒結成塊的溫度為1200°C，燒結時間為12h。
[0015]所述樹禍直徑為30~120mm,高度為50~220mm。
[0016]所述坩堝為鎢或者鎢鑰合金材料。
[0017]所述發(fā)熱體為鎢發(fā)熱體，揮發(fā)少。
[0018]所述籽晶采用〈111〉、〈100〉或〈001〉方向。
[0019]本發(fā)明的下降法生長Ce:YAG單晶熒光材料的方法，與現有技術相比具有以下優(yōu)
占-
.[0020]I)生長的晶體尺寸大，晶體內部缺陷少，雜質污染少。
[0021]2)由于是準靜態(tài)生長，可以實現高濃度的鈰離子摻雜，鈰離子在Ce =YAG晶體中的實際摻雜濃度可接近1% ;
[0022]3 )生長方法簡單，成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明晶體生長裝置的結構示意圖；
[0024]圖2為實施例3生長的晶體用藍光LED激發(fā)時的相對能量分布曲線。
【具體實施方式】
[0025]為了使本【技術領域】的人員更好地理解本發(fā)明技術方案，下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0026]本發(fā)明的一種生長坩堝下降法生長Ce:YAG單晶熒光材料的方法，采用的生長裝置，如圖1所示，包括發(fā)熱體1，坩堝2位于發(fā)熱體I內。
[0027]所述坩堝2為鎢或者鎢鑰合金材料，其直徑為30~120mm，高度為50~220mm ;坩堝2內承裝有熔體5，通過下降法生成晶體6。
[0028]同時，所述發(fā)熱體為鎢發(fā)熱體，揮發(fā)少，不易對晶體造成污染。
[0029]所述發(fā)熱體I外部設置有反射屏3，保溫層4位于反射屏3外。
[0030]實施例一:
[0031]按照化學式(YnCem)3Al5O12 (m=0.01)中原料Y203、A1203、CeO2粉末的摩爾比進行稱量配比，總重2.7Kg，混合均勻，壓制成塊，1200°C燒結，時間為12h ;燒結后放入坩堝；坩堝直徑為80mm，長度150mm;將籽晶取向〈111〉放入坩堝底部，將坩堝放入下降爐中，保持爐溫在1950°C，保持恒溫5小時；以恒定的速率下降坩禍，下降速率0.4mm/h，坩堝下降方向固液界面的溫度梯度為25°C /cm ;晶體生長完畢后，控制爐溫下降，初始降溫速度為1°C /h,由慢至快加速降溫，終了降溫速度為50°C /h,降溫過程為80h ;使爐體自然冷卻至室溫，取出坩堝，將晶體從坩堝中剝離，得到晶體黃色透明完整，直徑78mm，長度120mm。
[0032]實施例二:
[0033]按照化學式(YhCeJ 3A15012 (m=0.008)中原料Y203、Al203、Ce02粉末的摩爾比進行稱量配比，總重7.5Kg，混合均勻，壓制成塊，1200°C燒結，時間為12h ;燒結后放入坩堝；坩堝直徑為120mm，長度220mm ;將籽晶取向〈111〉放入坩堝底部，將坩堝放入下降爐中，保持爐溫在1950°C，保持恒溫5小時；以恒定的速率下降坩堝，下降速率0.2mm/h，坩堝下降方向固液界面的溫度梯度為25°C /cm ;控制爐溫下降，初始降溫速度為0.2V /h,由慢至快加速降溫，終了降溫速度為30°C /h,降溫過程為180h ;晶體生長完畢后，使爐體自然冷卻至室溫，取出坩堝，將晶體從坩堝中剝離，得到晶體黃色透明完整，直徑118.5mm，長度160mm。
[0034]實施例三:
[0035]按照化學式(Ya99Ceacil)3(Ala 998Mnacici2)5O12進行稱量配比，總重5Kg，混合均勻，壓制成塊，1200°C燒結，時間為12h ;燒結后放入坩堝；坩堝直徑為100mm，長度200mm ;將籽晶取向〈111〉放入坩堝底部，將坩堝放入下降爐中，保持爐溫在1950°C，保持恒溫5小時；以恒定的速率下降坩堝，下降速率0.3mm/h，坩堝下降方向固液界面的溫度梯度為25 V /cm；控制爐溫下降，初始降溫速度為0.50C /h,由慢至快加速降溫，終了降溫速度為35°C /h,降溫過程為120h ;晶體生長完畢后，使爐體自然冷卻至室溫，取出坩堝，將晶體從坩堝中剝離，得到晶體黃綠色透明完整，直 徑99mm，長度140mm。
【權利要求】
1.一種生長Ce:YAG單晶熒光材料的方法，包括以下步驟: 1)將原料按照下列化學式中的摩爾比進行稱量配比，混合均勻，壓制成餅，高溫燒結；
化學式:(Υ1?ιΑχ(:θπ) 3 (AVyBy)5O12 0^x^l,0^y^l,0^m^0.05 其中 A 為 Lu、Tb、Pr、La、Gd、Sm 中的一種；B 為 Ga、T1、Mn、Cr、Zr 中的一種； 2)將籽晶放入坩堝底部，將坩堝放入下降爐中，放入料塊，升溫至1900~2000°C，恒溫3~5小時； 3)下降坩堝，下降速率為0.1~5mm/h，坩堝下降方向固液界面的溫度梯度為10~50 °C /cm ； 4)晶體生長完畢后，控制爐溫下降，初始降溫速度在0.1~3°C /h范圍，由慢至快加速降溫，終了降溫速度為30~50°C /h，整個降溫過程為50~180h ； 5)使爐體自然冷卻至室溫，取出坩堝，將晶體從坩堝中剝離。
2.如權利要求1所述的生長Ce:YAG單晶熒光材料的方法，其特征在于:所述步驟I中，燒結成塊的溫度為1200°C，燒結時間為12h。
3.如權利要求1所述的生長Ce:YAG單晶熒光材料的方法，其特征在于:所述坩堝直徑為30~120mm,高度為50~220mm。.
4.如權利要求1所述的生長Ce:YAG單晶熒光材料的方法，其特征在于:所述坩堝為鎢或者鎢鑰合金材料。
5.如權利要求1所述的生長Ce:YAG單晶熒光材料的方法，其特征在于:所述發(fā)熱體為鎢發(fā)熱體。
6.如權利要求1所述的生長Ce:YAG單晶熒光材料的方法，其特征在于:所述籽晶采用〈111〉、〈100〉或〈001〉方向。
【文檔編號】C30B11/00GK103469306SQ201310369824
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權日:2013年8月22日
【發(fā)明者】曹頓華, 董永軍, 梁月山 申請人:昆山開威電子有限公司