CN103469298A - 一种泡生法生长掺铈钇铝石榴石单晶的方法及高温炉 - Google Patents

一种泡生法生长掺铈钇铝石榴石单晶的方法及高温炉 Download PDF

Info

Publication number
CN103469298A
CN103469298A CN2013103698326A CN201310369832A CN103469298A CN 103469298 A CN103469298 A CN 103469298A CN 2013103698326 A CN2013103698326 A CN 2013103698326A CN 201310369832 A CN201310369832 A CN 201310369832A CN 103469298 A CN103469298 A CN 103469298A
Authority
CN
China
Prior art keywords
crystal
temperature
growth
heating power
equal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013103698326A
Other languages
English (en)
Inventor
梁月山
马晓晶
杨莹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUNSHAN KAIWEI ELECTRONIC CO Ltd
Original Assignee
KUNSHAN KAIWEI ELECTRONIC CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KUNSHAN KAIWEI ELECTRONIC CO Ltd filed Critical KUNSHAN KAIWEI ELECTRONIC CO Ltd
Priority to CN2013103698326A priority Critical patent/CN103469298A/zh
Publication of CN103469298A publication Critical patent/CN103469298A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种泡生法生长掺铈钇铝石榴石系列单晶的方法及高温炉，该单晶可应用于白光LED领域。该单晶的化学式为：(Y1-x-mAxCem)3(Al1-yBy)5O12；0≤x≤1，0≤y≤1，0≤m≤0.05；其中A为Lu、Tb、Pr、La、Gd、Sm中的一种；B为Ga、Ti、Mn、Cr、Zr中的一种。晶体的生长过程包括配料、混料，压料，烧料；调节籽晶；炉体抽真空；以1.5～4KW/h的速率增加加热功率，直至原料全部熔化，保温数小时；下降籽晶，使其下降至熔体液面以上5～10mm，打开晶转，维持转速2～15r/min，再下降籽晶，使其下端接触熔体，开始引晶，放肩；适当调节加热功率，完成晶体生长；调节加热功率降温，在1500℃左右原位退火，之后再次调节加热功率，直至炉内温度降低至室温，开炉取出晶体。

Description

一种泡生法生长掺铈钇铝石榴石单晶的方法及高温炉
技术领域
本发明涉及LED生产制造领域，尤其涉及一种泡生法生长掺铈钇铝石榴石单晶荧光材料的方法。
背景技术
LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。与传统的白炽灯、荧光灯相比，白光LED具有耗电量小、发光效率高、使用寿命长、节能环保等优点，不仅在日常照明领域得到广泛的应用，且已进入显示领域。目前，获取白光LED的技术可以分为两大类:(1)采用发射红、绿、蓝色光线的三种LED芯片混合;(2)采用单色(蓝光或紫外)LED芯片激发黄光荧光材料。目前白光LED主要是利用蓝光LED芯片和发黄光的掺铈钇铝石榴石荧光粉结合得到。
对于黄光荧光粉封装的白光LED，由于荧光粉紧贴芯片，芯片温度升高会直接导致荧光粉发光效率降低，同时芯片散发的热量和短波辐射会使封装材料加速老化导致透过率下降，缩短白光LED的寿命。此外，荧光粉在胶体中分布不均匀，易出现白光LED器件的白光质量不一致的问题。而钇铝石榴石单晶相比荧光粉具有激发发射效率高、热稳定性好、热导率高、机械强度好、光学均匀性好等优点，非常适合作为传统荧光粉的替代材料。
传统的掺铈钇铝石榴石单晶生长方法主要为提拉法和温梯法。提拉法目前应用最为广泛，但该方法在实际应用中存在如下问题：1）晶体尺寸受限制，提拉法通常仅能够生长出直径为3～4英寸，长度为200mm左右的晶体；2）晶体内部缺陷较多，易产生较多的位错和气泡。中科院上海光机所采用温梯法长出了直径100mm以上的晶体，但此方法也存在一些缺陷：1）温梯法生长的晶体与坩埚壁直接接触，造成晶体内部内应力偏大，容易开裂；2）温梯法采用石墨发热体，在生长过程中，碳原子会大量进入晶体晶格，形成杂质，影响晶体光学质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能克服现有技术缺陷，实现大尺寸、低成本、缺陷少、光学质量高的铈（稀土）掺杂的钇铝石榴石单晶荧光材料的生长方法及生长装置。
为解决上述问题，本发明的一种泡生法生长掺铈钇铝石榴石单晶的方法，包括以下步骤：
1）将原料按照下列化学式中的摩尔比进行称量配比，混合均匀，压制成饼，高温烧结，放入坩埚；
化学式：(Y1-x-mAxCem)3(Al1-yBy)5O12
0≤x≤1，0≤y≤1，0≤m≤0.05
其中A为Lu、Tb、Pr、La、Gd、Sm中的一种；B为Ga、Ti、Mn、Cr、Zr中的一种；
2）放入籽晶，调节籽晶杆，使籽晶位于坩埚几何中心；
3）将炉体抽真空至5×10-3Pa～8×10-3Pa，然后以1.5～4KW/h的速率开始加热，直至原料全部熔化，然后保温2～8小时，使熔体内各处温度分布趋于稳定；
4）缓慢下降籽晶，使其下降至熔体液面以上5～10mm，打开晶转，维持转速2～15r/min，下降籽晶，使其下端接触熔体；
5）进行引晶、放肩，放肩阶段以0.1～1mm/h的速度提拉籽晶杆，同时以1～20W/h的速率降低加热功率；当放肩结束后，停止提拉，以5～40W/h的速率降低加热功率，使晶体维持一个稳定的生长速度，当晶体重量停止增加时，完成生长过程；
6）调节加热功率以20～80W/h的速度缓慢下降，当炉内温度到1500℃时，恒温8～12小时对晶体进行原位退火，之后再次调节加热功率以80～150W/h速度下降，直至炉内温度降低至室温；在室温状态维持10～20小时，然后开炉取出晶体。
所述步骤1中，烧结成块的温度为1200℃，烧结时间为12h。
一种高温炉，包括炉体、炉盖，炉体内设置有坩埚，坩埚设置在托盘上，坩埚***为发热体，发热体外设有反射屏，反射屏外是保温层；炉盖上端设置有籽晶杆，籽晶杆连接电子秤及升降装置。
所述发热体为钨笼发热体。
本发明的泡生法生长掺铈钇铝石榴石单晶的方法，与现有技术相比，具有以下优点：
1）该方法能够生长出大尺寸的掺铈钇铝石榴石单晶，最大重量在20公斤以上，原料利用率大于85%，可显著降低成本；
2）晶体在生长过程中及生长结束后不接触坩埚，能有效降低晶体应力并减少坩埚引起的污染；
3）引晶结束后，实现静态生长，扰动小，能有效减少位错等缺陷；
4）采用钨笼发热体，在真空环境下也没有任何挥发，保证了生长环境的清洁，避免晶体的污染。
附图说明
图1为本发明中用于晶体生长的高温炉的结构示意图；
图2为实施例1生长的晶体用蓝光LED激发时的相对能量分布曲线；
图3为实施例2生长的晶体的透光谱。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一种高温炉，用于通过泡生法生长掺铈钇铝石榴石单晶荧光材料，包括炉壁9、炉盖7，所述炉体内设置有坩埚5，坩埚5设置在托盘8上，坩埚5内用于生成晶体4，坩埚5***为钨笼发热体6，钨笼发热体6外设有反射屏3，反射屏外是保温层2；炉盖上端设置有籽晶杆1，籽晶杆1连接电子秤及升降装置。
实施例一：
按照化学式(Y1-mCem)3Al5O12（m=0.01）中原料Y2O3、Al2O3、CeO2粉末的摩尔比进行称量配比，总重15Kg，混合均匀，压制成块，1200℃烧结，时间为12h；烧结后放入坩埚；装籽晶，调节籽晶杆，使籽晶位于坩埚几何中心；将炉体抽真空至6×10-3Pa，以3.5KW/h的速率增加加热功率，直至原料全部熔化，然后保温2小时；缓慢下降籽晶，使其下降至熔体液面以上5mm，打开晶转，维持转速2r/min，下降籽晶，使其下端接触熔体；适当调节加热功率，控制籽晶端部形状和大小，完成引晶过程；以0.3mm/h的速度提拉籽晶杆，同时以15W/h的速率降低加热功率，至生长到所需要的直径后，停止提拉，并缓慢降低转速，至最终停止旋转；之后以30W/h的速率降低加热功率，使晶体处于稳定生长状态，当晶体重量停止增加时，完成生长过程；调节加热功率以30W/h的速度缓慢下降，当炉内温度在1500℃时，恒温8小时对晶体进行原位退火，之后再次调节加热功率以80W/h速度下降，直至炉内温度降低至室温，在室温状态维持10小时后开炉取出晶体。得到晶体黄色透明，外形完整，质量较好。
实施例二：
按照化学式(Y1-mCem)3Al5O12（m=0.005）中原料Y2O3、Al2O3、CeO2粉末的摩尔比进行称量配比，总重18Kg，混合均匀，压制成块，1200℃烧结，时间为12h；烧结后放入坩埚；装籽晶，调节籽晶杆，使籽晶位于坩埚几何中心；将炉体抽真空至5×10-3Pa，以1.5KW/h的速率增加加热功率，直至原料全部熔化，然后保温8小时；缓慢下降籽晶，使其下降至熔体液面以上7mm，打开晶转，维持转速9r/min，下降籽晶，使其下端接触熔体；适当调节加热功率，控制籽晶端部形状和大小，完成引晶过程；以0.1mm/h的速度提拉籽晶杆，同时以1W/h的速率降低加热功率，至生长到所需要的直径后，停止提拉，并缓慢降低转速，至最终停止旋转，完成放肩过程；之后以40W/h的速率降低加热功率，使晶体处于稳定生长状态，当晶体重量停止增加时，完成生长过程；调节加热功率以20W/h的速度缓慢下降，当炉内温度在1500℃时，恒温10小时对晶体进行原位退火，之后再次调节加热功率以150W/h速度下降，直至炉内温度降低至室温，在室温状态维持12小时后开炉取出晶体。得到晶体黄色透明，外形完整，质量较好。
实施例三：
按照化学式(Y0.99Ce0.01)3(Al0.998Mn0.002)5O12原料Y2O3、Al2O3、CeO2粉末的摩尔比进行称量配比，总重22Kg，混合均匀，压制成块，1200℃烧结，时间为12h；烧结后放入坩埚；装籽晶，调节籽晶杆，使籽晶位于坩埚几何中心；将炉体抽真空至8×10-3Pa，以4KW/h的速率增加加热功率，直至原料全部熔化，然后保温4小时；缓慢下降籽晶，使其下降至熔体液面以上10mm，打开晶转，维持转速15r/min，下降籽晶，使其下端接触熔体；适当调节加热功率，控制籽晶端部形状和大小，完成引晶过程；以1mm/h的速度提拉籽晶杆，同时以20W/h的速率降低加热功率，至生长到所需要的直径后，停止提拉，并缓慢降低转速，至最终停止旋转；之后以5W/h的速率降低加热功率，使晶体处于稳定生长状态，当晶体重量停止增加时，完成生长过程；调节加热功率以80W/h的速度缓慢下降，当炉内温度在1500℃时，恒温12小时对晶体进行原位退火，之后再次调节加热功率以100W/h速度下降，直至炉内温度降低至室温，在室温状态维持20小时后开炉取出晶体。得到晶体偏黄绿色，透明完整，质量较好。

Claims (4)

1.一种泡生法生长掺铈钇铝石榴石单晶的方法，包括以下步骤：
1）将原料按照下列化学式中的摩尔比进行称量配比，混合均匀，压制成饼，高温烧结，放入坩埚；
化学式：(Y1-x-mAxCem)3(Al1-yBy)5O12
0≤x≤1，0≤y≤1，0≤m≤0.05
其中A为Lu、Tb、Pr、La、Gd、Sm中的一种；B为Ga、Ti、Mn、Cr、Zr中的一种；
2）放入籽晶，调节籽晶杆，使籽晶位于坩埚几何中心；
3）将炉体抽真空至5×10-3Pa～8×10-3Pa，然后以1.5～4KW/h的速率开始加热，直至原料全部熔化，然后保温2～8小时，使熔体内各处温度分布趋于稳定；
4）缓慢下降籽晶，使其下降至熔体液面以上5～10mm，打开晶转，维持转速2～15r/min，下降籽晶，使其下端接触熔体；
5）进行引晶、放肩，放肩阶段以0.1～1mm/h的速度提拉籽晶杆，同时以1～20W/h的速率降低加热功率；当放肩结束后，停止提拉，以5～40W/h的速率降低加热功率，使晶体维持一个稳定的生长速度，当晶体重量停止增加时，完成生长过程；
6）调节加热功率以20～80W/h的速度缓慢下降，当炉内温度到1500℃时，恒温8～12小时对晶体进行原位退火，之后再次调节加热功率以80～150W/h速度下降，直至炉内温度降低至室温；在室温状态维持10～20小时，然后开炉取出晶体。
2.如权利要求1所述的泡生法生长掺铈钇铝石榴石单晶的方法，其特征在于：所述步骤1中，烧结成块的温度为1200℃，烧结时间为12h。
3.一种高温炉，用于生长如权利要求1所述的掺铈钇铝石榴石单晶，其特征在于：包括炉体、炉盖，炉体内设置有坩埚，坩埚设置在托盘上，坩埚***为发热体，发热体外设有反射屏，反射屏外是保温层；炉盖上端设置有籽晶杆，籽晶杆连接电子秤及升降装置。
4.如权利要求3所述的高温炉，其特征在于：所述发热体为钨笼发热体。
CN2013103698326A 2013-08-22 2013-08-22 一种泡生法生长掺铈钇铝石榴石单晶的方法及高温炉 Pending CN103469298A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013103698326A CN103469298A (zh) 2013-08-22 2013-08-22 一种泡生法生长掺铈钇铝石榴石单晶的方法及高温炉

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013103698326A CN103469298A (zh) 2013-08-22 2013-08-22 一种泡生法生长掺铈钇铝石榴石单晶的方法及高温炉

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103469298A true CN103469298A (zh) 2013-12-25

Family

ID=49794331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013103698326A Pending CN103469298A (zh) 2013-08-22 2013-08-22 一种泡生法生长掺铈钇铝石榴石单晶的方法及高温炉

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103469298A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104357899A (zh) * 2014-11-21 2015-02-18 中国电子科技集团公司第二十六研究所 大尺寸Yb-YAG激光晶体泡生法制备方法
CN105283526A (zh) * 2013-10-23 2016-01-27 株式会社光波 单晶荧光体、含荧光体构件以及发光装置
CN105483818A (zh) * 2015-12-25 2016-04-13 邢台晶龙电子材料有限公司 一种m2型单晶硅放肩方法
CN105803516A (zh) * 2015-01-20 2016-07-27 丰田自动车株式会社 单晶制造装置
JPWO2019181618A1 (ja) * 2018-03-23 2021-03-25 Tdk株式会社 蛍光体および光源装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1030798A (zh) * 1988-05-09 1989-02-01 西南技术物理研究所 掺钕和铈的钇铝石榴石激光晶体的生长技术
CN1088635A (zh) * 1993-12-29 1994-06-29 西南技术物理研究所 掺钕、铽和铈的钇铝石榴石激光晶体及其制备技术
CN1544712A (zh) * 2003-11-18 2004-11-10 陈迎春 综合熔体法生长晶体
CN101338453A (zh) * 2008-07-16 2009-01-07 成都东骏激光有限责任公司 大尺寸无核心yag系列激光晶体的生长装置及其生长方法
CN101545140A (zh) * 2009-04-30 2009-09-30 中国科学院上海光学精密机械研究所 铈锰共掺的铝酸钇(镥)超快闪烁晶体及其制备方法
CN202786499U (zh) * 2012-07-11 2013-03-13 浙江特锐新能源有限公司 适用于泡生法生长掺钛蓝宝石晶体的高温炉
CN103059860A (zh) * 2012-09-17 2013-04-24 温州大学 一种锰掺杂钇铝石榴石单晶材料及其应用
CN103147121A (zh) * 2013-04-03 2013-06-12 中国科学院上海硅酸盐研究所 提拉泡生法生长晶体的装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1030798A (zh) * 1988-05-09 1989-02-01 西南技术物理研究所 掺钕和铈的钇铝石榴石激光晶体的生长技术
CN1088635A (zh) * 1993-12-29 1994-06-29 西南技术物理研究所 掺钕、铽和铈的钇铝石榴石激光晶体及其制备技术
CN1544712A (zh) * 2003-11-18 2004-11-10 陈迎春 综合熔体法生长晶体
CN101338453A (zh) * 2008-07-16 2009-01-07 成都东骏激光有限责任公司 大尺寸无核心yag系列激光晶体的生长装置及其生长方法
CN101545140A (zh) * 2009-04-30 2009-09-30 中国科学院上海光学精密机械研究所 铈锰共掺的铝酸钇(镥)超快闪烁晶体及其制备方法
CN202786499U (zh) * 2012-07-11 2013-03-13 浙江特锐新能源有限公司 适用于泡生法生长掺钛蓝宝石晶体的高温炉
CN103059860A (zh) * 2012-09-17 2013-04-24 温州大学 一种锰掺杂钇铝石榴石单晶材料及其应用
CN103147121A (zh) * 2013-04-03 2013-06-12 中国科学院上海硅酸盐研究所 提拉泡生法生长晶体的装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105283526A (zh) * 2013-10-23 2016-01-27 株式会社光波 单晶荧光体、含荧光体构件以及发光装置
CN104357899A (zh) * 2014-11-21 2015-02-18 中国电子科技集团公司第二十六研究所 大尺寸Yb-YAG激光晶体泡生法制备方法
CN105803516A (zh) * 2015-01-20 2016-07-27 丰田自动车株式会社 单晶制造装置
CN105803516B (zh) * 2015-01-20 2018-06-22 丰田自动车株式会社 单晶制造装置
CN105483818A (zh) * 2015-12-25 2016-04-13 邢台晶龙电子材料有限公司 一种m2型单晶硅放肩方法
JPWO2019181618A1 (ja) * 2018-03-23 2021-03-25 Tdk株式会社 蛍光体および光源装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100389504C (zh) 一种yag晶片式白光发光二极管及其封装方法
CN107056070B (zh) 一种透明Ce：YAG玻璃陶瓷及其制备方法
CN104446428B (zh) 一种用于白光led器件的复相透明陶瓷及其制备方法
CN102560665B (zh) 铈掺杂氧化铝-钇铝石榴石共晶荧光材料的生长方法
CN103469298A (zh) 一种泡生法生长掺铈钇铝石榴石单晶的方法及高温炉
CN105198224B (zh) 一种Ce:YAG微晶玻璃及其制备方法和应用
CN103468264B (zh) 一种Ce：YAG多晶荧光体的制作方法
CN103803797A (zh) 一种led用发光玻璃及其制备方法
CN103936281B (zh) 一种稀土掺杂发光玻璃及其制备方法
CN105523715A (zh) 一种低熔点的透明荧光玻璃及其制备方法和在白光led中的应用
CN102730975A (zh) 一种微晶玻璃及其制备方法
CN103849933A (zh) 一种生长三价铈离子掺杂硅酸钇镥闪烁晶体的方法
CN109592907B (zh) 白光LED用硼铋酸盐玻璃基Ce:YAG玻璃陶瓷及其制备方法
CN104529165B (zh) 一种用于ac-led的黄色余辉微晶玻璃及其制备技术
CN103469306A (zh) 一种生长Ce：YAG单晶荧光材料的方法
CN103194797A (zh) 一种用于白光LED的Tm3+/Dy3+掺杂LiYF4单晶体及其制备方法
CN107352795A (zh) 一种全无机低温荧光玻璃材料及其制备方法
CN101894900A (zh) 一种将单晶体用于白光led的制作方法
CN107176791A (zh) 一种高功率照明与显示用荧光玻璃陶瓷及其制备方法和应用
CN107163938A (zh) 一种Ho掺杂硅酸铋绿光荧光体及其制备方法
JP5616446B2 (ja) 緑色発光ガラス
CN105131953A (zh) 一种近紫外激发白光led用稀土离子掺杂的新型多硅酸盐绿色荧光粉及其制备方法
CN106698933B (zh) 一种透明低熔点的微晶玻璃及其制备方法和应用
CN106277799B (zh) 一种微晶玻璃及其制备工艺以及远程暖白光led器件
CN104163572A (zh) 一种具有高效白光发射的透明玻璃陶瓷及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20131225