CN103943759A - 包括发光含钆材料的物件及其形成工艺 - Google Patents

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Abstract

一种包括发光含钆材料的物件及其形成工艺。一种物件，例如发光装置，可包括第一材料和第二材料，其中第一材料能够发射在第一波长处具有第一发射最大值的第一辐射，且第二材料能够回应于捕捉第一辐射而发射第二辐射。第二材料可在可见光谱的第二波长处具有第二发射最大值。在一个实施例中，第二材料可与第一材料不同。在另一实施例中，第一波长与第二波长之间可相差至少约70nm。另外，第二材料可包括具有式Gd3(x)Y3(1-x)Al5(y)Ga5(1-y)O12的发光材料，其中x为至少约0.2且不大于约0.99，并且y为至少约0.05且不大于约0.99。

Description

包括发光含钆材料的物件及其形成工艺
技术领域
本发明针对包括发光含钆材料的物件和其形成工艺。
背景技术
发光装置可用于多种应用。举例来说，发光装置可用作信号指示器(例如交通灯、转向灯等)、用于向黑暗区域提供光、显示文字、产生图像等。某些发光装置可能具有有限的寿命，用电效率低下或产生不需要的热量。在有些情况下，由这些发光装置产生的热可能损害发光装置的组件，由此降低所述发光装置的使用寿命。需要进一步改良发光装置。
发明内容
实施例可以与如以下所列出的任何一项或一项以上一致，所述实施例说明而不限制所附权利要求书的范围。
第1项.一种包括发光装置的物件，其可以包括能够发射第一辐射的第一材料，所述第一辐射在第一波长处具有第一发射最大值；以及能够回应于捕捉所述第一辐射而发射第二辐射的第二材料，所述第二辐射在可见光谱内的第二波长处具有第二发射最大值，其中所述第二材料与所述第一材料不同，所述第一波长与所述第二波长之间相差至少约70nm，并且所述第二材料包含具有式Gd3(x)Y3(1-x)Al5(y)Ga5(1-y)O12的发光材料，其中x为至少约0.2且不大于约0.99，并且y为至少约0.05且不大于约0.99。
第2项.一种工艺，其可以包括形成一种或一种以上起始材料的粉末；将所述一种或一种以上起始材料混合以形成混合物；将所述混合物形成为生坯；对所述生坯进行热处理以形成第二材料，所述第二材料包括具有式Gd3(x)Y3(1-x)Al5(y)Ga5(1-y)O12的陶瓷发光构件，其中x为至少约0.2且不大于约0.99，并且y为至少约0.05且不大于约0.99；以及通过将所述第二材料耦合至包括半导体材料的第一材料来形成发光装置。所述第一材料能够发射在第一波长处具有第一发射最大值的第一辐射；并且所述第二材料能够回应于捕捉所述第一辐射而发射第二辐射，所述第二辐射在可见光谱内的第二波长处具有第二发射最大值。
第3项.根据第2项所述的工艺，其中所述一种或一种以上起始材料粉末是经由溶液燃烧工艺或沉淀工艺而形成。
第4项.根据第2项或第3项所述的工艺，其中所述一种或一种以上起始材料粉末的颗粒的比表面积为至少约7.0m2/g、至少约13.1m2/g或至少约18.4m2/g；或其中所述一种或一种以上起始材料粉末的颗粒的比表面积不大于约21.9m2/g、不大于约19.4m2/g或不大于约17.7m2/g。
第5项.根据第2项至第4项中任一项所述的工艺，其还包括形成耦合到所述半导体材料的引导构件。
第6项.根据第1项至第5项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第一材料经配置以回应于通过所述第一材料的电流而发射所述第一辐射。
第7项.根据第1项至第6项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第二材料经安置而与所述第一材料相邻。
第8项.根据第1项至第7项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第一材料包括半导体材料。
第9项.根据第1项至第8项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第二材料的孔隙率不大于约1000ppm、不大于约100ppm、不大于约50ppm、不大于约20ppm或不大于约10ppm。
第10项.根据第1项至第9项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第一材料包括GaN层。
第11项.根据第1项至第10项中任一项所述的物件或工艺，其中所述GaN层还包括In或Al。
第12项.根据第1项至第11项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第一材料包括n型区域和p型区域，其中所述n型区域耦合至一个引导构件，并且所述p型区域耦合至一个不同的引导构件。
第13项.根据第12项所述的物件或工艺，其中所述n型区域包含n型掺杂剂，所述n型掺杂剂包括Si、Ge、Se、Te、C或其任何组合。
第14项.根据第12项或第13项所述的物件或工艺，其中所述p型区域包含p型掺杂剂，所述p型掺杂剂包括Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba或其任何组合。
第15项.根据第1项至第14项中任一项所述的物件或工艺，其中x为至少约0.40、至少约0.55、至少约0.65、至少约0.74或至少约0.77；或其中x不大于约0.88、不大于约0.84、不大于约0.81或不大于约0.78。
第16项.根据第1项至第14项中任一项所述的物件或工艺，其中x在约0.74至约0.84范围内。
第17项.根据第1项至第16项中任一项所述的物件或工艺，其中y为至少约0.18、至少约0.39、至少约0.54或至少约0.72；或其中y不大于约0.87、不大于约0.61、不大于约0.44或不大于约0.23。
第18项.根据第1项至第16项中任一项所述的物件或工艺，其中y在约0.39至约0.61范围内。
第19项.根据第1项至第19项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第二材料包括至少约100ppm(原子)的Ce、至少约200ppm(原子)的Ce、至少约400ppm(原子)的Ce或至少约700ppm(原子)的Ce；或其中所述第二材料包括不大于50,000ppm(原子)的Ce、不大于约9000ppm(原子)的Ce、不大于约1000ppm(原子)的Ce、不大于约800ppm(原子)的Ce或不大于约500ppm(原子)的Ce。
第20项.根据第1项至第18项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第二材料包括约400ppm至约800ppm范围内的Ce。
第21项.根据第19项到第20项中任一项所述的物件或工艺，其中Ce取代部分Gd、部分Y、或部分Gd与Y两者。
第22项.根据第1项至第21项中任一项所述的物件或工艺，其中所述发光装置还包含一个漫射器，所述漫射器经配置以漫射至少所述第二辐射，从而在穿过所述漫射器后产生第三辐射，其中所述第三辐射至少与所述第二辐射不同。
第23项.根据第1项至第21项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第二材料具有一个粗糙表面，所述粗糙表面能够由至少所述第二辐射产生第三辐射，其中所述第三辐射与所述至少第二辐射不同。
第24项.根据第1项至第23项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第三辐射的x坐标在约0至约1范围内，更具体来说，在约0.1至0.7范围内，且甚至更具体来说，在约0.2至0.5范围内。
第25项.根据第1项至第23项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第三辐射的y坐标在约0至约1范围内，更具体来说，在约0.1至约0.5范围内，且甚至更具体来说，在约0.15至约0.45范围内。
第26项.根据第1项至第25项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第三辐射大体上是白光。
第27项.根据第1项至第26项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第二辐射大体上是黄光。
第28项.根据第1项至第26项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第二波长在约550nm与约600nm或约570nm与590nm之间的波长范围内。
第29项.根据第1项至第28项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第一辐射大体上是蓝光。
第30项.根据第1项至第28项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第一波长在约350nm与约500nm、约420nm与约480nm、或约450nm与约475nm之间的波长范围内。
第31项.根据第1项至第30项中任一项所述的物件或工艺，其中所述发光装置经配置以合并所述第一辐射与所述第二辐射，从而产生第三辐射，所述第三辐射具有在可见光谱内且与所述第二辐射不同的发射。
第32项.根据第1项至第26项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第一辐射具有在紫外光谱内的发射最大值。
第33项.根据第1项至第26项中任一项所述的物件或工艺，其中所述第一辐射具有在约200nm至约300nm范围内的发射最大值。
附图说明
通过实例方式说明实施例，且所述实施例不受附图限制。
图1包括说明发光装置的特定实施例的图。
图2包括由根据一个实施例的发光装置发射的辐射的图。
图3包括由根据一个特定实施例的发光构件发射的辐射的图。
图4包括由漫射器发射的辐射的图，所述漫射器可以拓宽来自图3的发光构件的发射光谱。
图5包括描述用于制造根据一个实施例的发光装置的工艺的流程图。
图6包括(Gd0.5Y0.5)2O3:Ce粉末的扫描电子显微镜(SEM)图像。
图7包括Al2O3粉末的SEM图像。
图8包括使用氨水溶液沉淀的Ga2O3粉末的SEM图像。
图9包括使用碳酸氢铵溶液沉淀的Ga2O3粉末的SEM图像。
不同图式中的相同参考符号指示类似或相同的项目。
熟习此项技术者应了解，为了简单和清楚起见而说明各图中的元件且未必按比例绘制。举例来说，图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大以帮助加深对本发明实施例的理解。在不同图式中使用相同参考符号来指示类似或相同的项目。
具体实施方式
提供以下描述与各图组合来帮助理解本文所公开的教示内容。以下论述将集中于所述教示内容的特定实施方案和实施例。提供此集中论述以帮助描述教示内容，且不应被解释为对教示内容的范围或适用性的限制。
在本说明书中，颜色可以表示为由一组1931CIE(国际照明委员会(CommissionInternationale de L′Eclairage))颜色空间座标x、y以及z规定的颜色空间。
如本文所用的术语“包含”、“包括”、“具有”或其任何其他变化形式希望涵盖非排他性包含。举例来说，包含一列特征的工艺、方法、物件或装置不必仅限于这些特征，而是可以包括未明确列出的其他特征或所述工艺、方法、物件或装置固有的其他特征。此外，除非有明确相反陈述，否则“或”是指包括性或而不是指排他性或。举例来说，条件A或B满足以下情形中的任一种：A为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A与B都为真(或存在)。
采用“一”的用法来描述本文所述的元件和组件。这仅为方便且提供本发明实施例的范围的一般含义起见。应理解，本描述应被理解为包括一个或至少一个，并且除非显然其另有含义，否则单数也包括复数，或复数也包括单数。
除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语与本发明所属领域的一般技术人员通常所理解具有相同的含义。材料、方法和实例仅具有说明性而不希望具有限制性。在本文未加以描述的程度下，关于特定材料和处理动作的许多细节是常规的，并且可以在教科书和闪烁与发光装置领域内的其他来源中获得。
图1包括描述发光装置100的特定实施例的说明。发光装置100可以包括引导构件101和引导构件103。在一个实施例中，引导构件101可以是阳极，而引导构件103可以是阴极。在一个实施例中，引导构件101、引导构件103或两者可以包括金属、金属合金或其组合。在一个特定实施例中，引导构件101、引导构件103或两者可以包括铜、黄铜或银。在另一特定实施例中，引导构件101、引导构件103或两者可以包括有机材料，诸如塑料材料。为了说明，引导构件101、引导构件103或两者可以包括磺化聚吡咯、聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩)(“PEDOT”)或聚酰胺。
引导构件103可以包括凹陷部分105。发光构件107驻留在凹陷部分105内。在一个特定实施例中，构件107可包括基板1072、包括半导体材料的p型区域1074以及包括半导体材料的n型区域1076。在下文更详细地讨论关于构件107内的材料的更多细节。构件107的电极在n型区域1076处可以经由连接器109耦合到引导构件101，且构件107在p型区域1074处可以经由连接器111耦合到引导构件103。在一个特定实施例中，连接器109、连接器111或两者可以包括金属、金属合金或其组合。在一个说明性实施例中，连接器109、连接器111或两者可以包括含铜、金或其任何组合的导线。在一个实施例中，连接器109、连接器111或两者可以耦合到形成在构件107上的电极上。在一个特定实施例中，构件107可以分别经由连接器109和111电连接到引导构件101和103上。
在一个实施例中，由构件107发射的辐射可以具有一定的波长范围。在一个实施例中，波长范围可以包括特定波长处的发射最大值。在一个特定实施例中，来自构件107的辐射可能大体上是蓝光。在一个说明性实施例中，波长范围可以包括在约350nm至约500nm，或具体来说，约420nm至约480nm，或更具体来说，约450nm至约475nm范围内的波长。在另一实施例中，构件107可以发射人类不可见的多种波长的紫外辐射。在一个特定实施例中，构件107可以在约200nm至约300nm范围内，且在一个更特定实施例中，在约230nm至约270nm范围内具有发射最大值。
构件113可以捕捉来自构件107的辐射，并且发射与来自构件107的辐射相比不同的辐射。构件113可以驻留在凹陷部分105内。在一个实施例中，构件113可以经安置而与构件107相邻。在一个实施例中，构件113可以耦合到构件107上，如经由粘合剂。另外，构件113可以包括一种或一种以上与构件107的材料不同的材料。
来自构件113的辐射可以具有与由构件107发射的辐射的波长范围不同的波长范围。在一个实施例中，从构件113发出的波长范围可以包括特定波长的发射最大值。在一个特定实施例中，从构件113发出的光可能大体上是黄光。在一个说明性实施例中，波长范围可以包括在约550nm至约600nm或尤其是约570nm至约590nm范围内的波长。在另一实施例中，对应于构件107的发射最大值与对应于构件113的发射最大值之间可以彼此相差至少约70nm。
在一个实施例中，构件107可以包括半导体装置。在一个特定实施例中，实施例半导体装置可以包括GaN层。在一个特定实施例中，GaN层可以形成在衬底1072上。在一个说明性实施例中，衬底1072可以包括蓝宝石、ZnO、SiC、Si、Ga2O3、AlN、GaN或另一合适的衬底。
在另一实施例中，GaN层可以包括添加剂。在一个实施例中，GaN层可以包括至少约100ppm(原子)的添加剂、至少约350ppm(原子)的添加剂、至少约600ppm(原子)的添加剂或至少约1100ppm(原子)的添加剂。另外，GaN可以包括不大于约2mol％的添加剂、不大于约1mol％的添加剂或不大于约0.5mol％的添加剂。在一个说明性实施例中，添加剂可以包括In或Al。
另外，半导体装置可以包括n型区域1076和p型区域1074。在一个实施例中，n型区域1076可以具有n型掺杂剂，所述n型掺杂剂包括Si、Ge、Se、Te、C或其任何组合。在另一特定实施例中，p型区域1074可以包括p型掺杂剂，所述p型掺杂剂包括Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba或其任何组合。
在一个实施例中，构件113可以包括陶瓷材料。在一个实施例中，陶瓷材料可以包括Gd。在一个特定实施例中，陶瓷材料可以包括具有式Gd3(x)Y3(1-x)Al5(y)Ga5(1-y)O12的发光材料，其中x为至少约0.2且不大于约0.99，并且y为至少约0.05且不大于约0.99。可以通过用Ga取代组合物中的一部分Al(由式中的“y”表示)将所发出的光的波长变成较短波长，并且可以通过用Gd取代组合物中的一部分Y(由式中的“x”表示)将所发出的光的波长变成较长波长。用这种方式，可以通过改变组合物来连续改变发射的光颜色。举例来说，低于20％的Gd取代度产生具有较多绿色组分和较少红色组分的颜色，而高于60％的Gd取代度引起红色组分增加但在亮度方面快速降低。
在一个实施例中，x可以为至少约0.40、至少约0.55、至少约0.65、至少约0.74或至少约0.77。在另一实施例中，x可以不大于约0.95、不大于约0.88、不大于约0.84、不大于约0.81或不大于约0.78。在一个说明性实施例中，x在约0.70至约0.85范围内。在另一实施例中，y可以为至少约0.18、至少约0.39、至少约0.54或至少约0.72。在另一实施例中，y可以不大于约0.95、不大于约0.87、不大于约0.61、不大于约0.44或不大于约0.23。在另一说明性实施例中，y可以在约0.4至约0.6范围内。
在一个实施例中，构件113可以包括活化剂。在一个特定实施例中，活化剂可以包括Ce、Pr、Tb、Eu或另一合适的元素。在一个特定实施例中，构件113可以包括至少约100ppm(原子)的Ce、至少约200ppm(原子)的Ce、至少约400ppm(原子)的Ce或至少约700ppm(原子)的Ce。在另一特定实施例中，构件113可以包括不大于约50,000ppm(原子)的Ce、不大于约9000ppm(原子)的Ce、不大于约1000ppm(原子)的Ce、不大于约800ppm(原子)的Ce或不大于约500ppm(原子)的Ce。在一个说明性实施例中，构件113的Ce可取代构件113的一部分Gd、一部分Y或一部分Gd与Y。在另一说明性实施例中，构件113可以包括在约400ppm至约800ppm范围内的Ce。
构件113可以具有不大于约1000ppm、不大于约100ppm、不大于约50ppm、不大于约20ppm或不大于约10ppm的孔隙率。另外，构件113可以包括多个相。在一个实施例中，多个相可以包括陶瓷相和至少一个非结晶次生相。在一个特定实施例中，至少一个次生相可以包括非晶相。举例来说，至少一个次生相可以包括具有SiO2的相。在一个替代实施例中，构件113可以包括单一相。
构件107可以具有厚度115和宽度117。构件107的厚度115可以为至少约194微米、至少约248微米、至少约297微米、至少约331微米、至少约383微米或至少约414微米。在另一实施例中，构件107的厚度115可以不大于约1.62mm、不大于约1.25mm、不大于约0.93mm、不大于约0.78mm、不大于约0.61mm或不大于约0.52mm。在一个说明性实施例中，构件107的厚度115可以在约350微米至约950微米范围内。
另外，构件107的宽度117可以为至少约0.85mm、至少约1.13mm、至少约1.52mm、至少约1.86mm或至少约2.19mm。在另一实施例中，宽度117可以不大于约4.61mm、不大于约4.27mm、不大于约3.84mm、不大于约3.38mm或不大于约2.77mm。在一个说明性实施例中，构件107的宽度117可以在约1.75mm至约3.5mm范围内。
在一个实施例中，构件113可以具有厚度119和宽度121。构件113的厚度119可以为至少约122微米、至少约183微米、至少约231微米、至少约278微米、至少约344微米、至少约395微米或至少约444微米。在另一实施例中，构件107的厚度119可以不大于约2.91mm、不大于约2.53mm、不大于约2.18mm、不大于约1.76mm、不大于约1.32mm、不大于约0.93mm、不大于约0.71mm或不大于约0.56mm。在一个说明性实施例中，构件113的厚度119可以在约300微米至约900微米范围内。
另外，构件113的宽度121可以为至少约0.62mm、至少约0.98mm、至少约1.41mm、至少约1.97mm或至少约2.26mm。在另一实施例中，宽度121可以不大于约6.91mm、不大于约6.15mm、不大于约5.62mm、不大于约5.28mm、不大于约4.69mm、不大于约4.04mm、不大于约3.62mm、不大于约3.37mm或不大于约2.81mm。在一个说明性实施例中，构件113的宽度121可以在约3.5mm至约5.5mm范围内。
虽然图1的说明性实施例说明具有类似尺寸的构件107和构件113，但在其他实施例中，构件107和构件113可以具有不同的尺寸。举例来说，构件113的宽度121可以比构件107的宽度117长。在一个特定实施例中，宽度121可以跨越凹陷部分105的宽度。在另一特定实施例中，构件113可以经形成而包覆构件107。另外，在一个实施例中，发光装置100可以包括多个半导体装置、多个发光构件或其组合。
发光装置100还可以包括套管123。在一个实施例中，套管123可以包括塑料材料。在一个特定实施例中，套管123可以包括环氧树脂。
在一个说明性实施例中，可向构件107提供电信号。构件107可经配置以回应于通过构件107的电流而发射辐射。
在一个实施例中，构件113可包括发光材料，所述发光材料经配置以回应于捕捉由构件107发射的一部分辐射而发光。在一个特定实施例中，可使构件107与构件113匹配，使得构件113的发光材料在发射闪烁光时捕捉辐射的波长范围与由构件107发射的光的波长范围重叠。在一个实施例中，由构件107发射的辐射和由构件113发射的光可合并以产生光，所述光的波长范围与由构件107发射的光的波长范围和由构件113发射的光的波长范围不同。在一个特定实施例中，通过使来自构件107的光与构件113的光合并而产生的光大体上是白光。在一个说明性实施例中，在由构件107发射的光与由构件113发射的光合并时产生的光的x坐标可在约0到约1范围内，更具体来说，在约0.1到0.7范围内，且甚至更具体来说，在约0.2到0.5范围内。在另一实施例中，y坐标可在约0到约1范围内，更具体来说，在约0.1到约0.5范围内，且甚至更具体来说，在约0.15到约0.45范围内。
发光装置可具有如图2所说明的发射光谱200。构件107可具有与部分210相似的发射光谱，且构件113可具有与部分220相似的发射光谱。经过合并的部分210和220大体上可产生白光。如图2中看出，发射光谱200在约450nm处的强度高于发射光谱200在约570nm处的强度。因此，发射光谱200可产生“冷”白光，与汽车上的一些氙气前灯相似。发射光谱200可产生x坐标在约0.2到约0.3范围内且y坐标在约0.15到约0.3范围内的光。
如可在图2中看出，构件107和113的发射光谱可相互重叠。在一个实施例中，构件113的发光材料捕捉辐射的波长范围包括由构件107发射的光的至少一个峰值波长。在另一实施例中，构件113的发光材料捕捉辐射的至少约5％波长可与由构件107发射的光的波长范围重叠，构件113的发光材料捕捉辐射的至少约18％波长可与由构件107发射的光的波长范围重叠，构件113的发光材料捕捉辐射的至少约32％波长可与由构件107发射的光的波长范围重叠，或构件113的发光材料捕捉辐射的至少约46％波长可与由构件107发射的光的波长范围重叠。另外，构件113的发光材料捕捉辐射的不大于约99％波长可与由构件107发射的光的波长范围重叠，构件113的发光材料捕捉辐射的不大于约87％波长可与由构件107发射的光的波长范围重叠，构件113的发光材料捕捉辐射的不大于约72％波长可与由构件107发射的光的波长范围重叠，或构件113的发光材料捕捉辐射的不大于约56％波长可与由构件107发射的光的波长范围重叠。在一个特定实施例中，构件113的发光材料捕捉辐射的大体上所有波长与由构件107发射的光的波长范围重叠。在一个替代性实施例中，构件113的发光材料可通过与构件107分离的辐射源捕捉辐射。在另一替代性实施例中，构件113的发光材料可通过与构件107分离的辐射源和通过构件107两者来捕捉辐射。
在另一实施例中，构件107可发射在可见光谱以外的辐射。举例来说，构件107可发射紫外辐射。在一个特定实施例中，构件107可发出辐射，所述辐射的发射最大值在约200nm到约300nm范围内，且更具体来说，在约230nm到约270nm范围内。构件113可具有如图3中所说明的发射光谱。所述发射光谱可被人类感知为黄-绿光。当所述光穿过漫射器时，可拓宽发射光谱，例如以图4中的发射光谱说明。漫射器可通过沿构件113的暴露表面(图1中的最高表面)具有相对粗糙表面来获得。所述相对粗糙表面可通过研磨或磨蚀构件113的表面来获得。或者可使用具有磨砂或粗糙表面的窗口。因此，窗口可接受图3的发射光谱且发出图4的发射光谱。
图4中的发射光谱大体上可产生白光。因此，发射光谱可产生与白炽台灯类似的白光。发射光谱可产生x坐标在约0.4到约0.5范围内且y坐标在约0.3到约0.45范围内的光。如果需要“暖”光，那么Al含量可相对较高，从而在发射光谱中产生较强红色组分。
在一个实施例中，发光装置100具有优于常规LED的优点。举例来说，构件113的发光材料的组成可经调整以特制来自发光材料的光发射，从而控制由发光装置100产生的光的颜色。为了说明，由构件113发射的光的发射最大值可通过用Ga取代构件113的一部分Al含量来偏移到较短波长。在另一情形中，由构件113发射的光的发射最大值可通过用Gd取代构件113的一部分Y含量来偏移到较长波长。在一个特定例示性实例中，由构件113发射的光的发射最大值可基于构件113的组成来调整到约530nm到约590nm范围内。此外，发光装置100的热降解可因构件113的陶瓷材料的耐热性而降低。因此，由发光装置100发射的光的发光强度和颜色一致性与常规LED相比可维持较长的一段时间。
图5包括流程图，所述流程图说明根据一个实施例制造发光装置的发光构件的工艺500。举例来说，构件113可包括如本文所述制备的发光材料。发光材料可具有式Gd3(x)Y3(1-x)Al5(y)Ga5(1-y)O12，其中x和y可具有任何先前所述的值。在一个实施例中，x为至少约0.2且不大于约0.99，且y为至少约0.05且不大于约0.99。发光材料能够回应于捕捉来自来源的辐射而发射光。在一个实施例中，来源可是半导体装置，例如先前相对于构件描述，耦合到发光材料。
在501下，工艺500可包括形成一种或一种以上起始材料的粉末。在503下，起始材料的粉末可通过溶液燃烧工艺产生。在一个特定实施例中，对应于式Gd3(x)Y3(1-x)Al5(y)Ga5(1-y)O12的粉末可经由溶液燃烧工艺而产生。在另一实施例中，Ga2O3粉末可经由溶液燃烧工艺而产生。溶液燃烧工艺可包括混合物的放热反应，所述混合物包括一种或一种以上氧化剂、有机燃料和水。在一个实施例中，一种或一种以上氧化剂可包括金属硝酸盐、硝酸铵、过氯酸铵或其任何组合。燃料可包括尿素(CH4N2O)、碳酰肼(CH6N4)、甘氨酸(C2H5NO2)或其任何组合。在一个特定实施例中，溶液燃烧反应可在不大于约500℃的温度下引发。可使用马弗炉(muffle furnace)或热板将混合物加热到燃烧反应引发温度。混合物可加热至少约15秒、至少约1分钟或至少约3分钟，随后发生燃烧反应。在另一实施例中，混合物可加热不大于约15分钟、不大于约7分钟、不大于约5分钟或不大于约2分钟，随后发生溶液燃烧反应。
在505下，起始材料的粉末可经由沉淀工艺而产生。举例来说，一种或一种以上Ga2O3粉末可由沉淀工艺形成。在一个实施例中，Ga2O3粉末可使用氨水溶液通过沉淀形成。在另一实施例中，Ga2O3粉末可使用碳酸氢铵溶液通过沉淀形成。在另一实施例中，(Gd，Y)2O3:Ce粉末可经由共沉淀工艺而产生。
起始材料还可包括一种或一种以上其它粉末，例如Al2O3粉末。此外，起始材料包括激活剂，例如Ce。在另一实施例中，起始材料可包括烧结助剂(例如LIF、GdF3、原硅酸四乙酯)、另一添加剂或其任何组合。
在一个实施例中，起始材料的粉末颗粒的D10值可为至少约0.065微米、至少约0.140微米、至少约0.225微米或至少约0.310微米。在另一实施例中，起始材料的粉末颗粒的D10值可能不大于约0.600微米、不大于约0.460微米或不大于约0.380微米。在一个说明性实施例中，起始材料的粉末颗粒的D10值可在约0.075微米到约0.500微米范围内。在一个特定说明性实施例中，含有钆和氧化钇的氧化物粉末的D10值可在约0.07微米到约0.09微米范围内，且Al2O3粉末的D10值可在约0.09微米到约0.125微米范围内。在另一特定说明性实施例中，经由氨水沉淀形成的Ga2O3粉末的D10值可在约0.41微米到约0.55微米范围内，且经由碳酸氢铵沉淀工艺形成的Ga2O3粉末的D10值可在约0.13微米到约0.155微米范围内。
另外，起始材料的粉末颗粒的D50值可为至少约0.10微米、至少约0.55微米、至少约0.90微米或至少约1.30微米。起始材料的粉末颗粒的D50值也可能不大于约1.73微米、不大于约1.40微米或不大于约1.15微米。在一个说明性实施例中，起始材料的粉末颗粒的D50值可在约0.10微米到约1.60微米范围内。在一个特定说明性实施例中，含有钆和氧化钇的氧化物粉末的D50值可在约0.10微米到约0.22微米范围内，且Al2O3粉末的D50值可在约0.10微米到约0.23微米范围内。在另一特定说明性实施例中，经由氨水沉淀形成的Ga2O3粉末的D50值可在约0.70微米到约0.95微米范围内，且经由碳酸氢铵沉淀工艺形成的Ga2O3粉末的D50值可在约1.45微米到约1.65微米范围内。
在另一实施例中，起始材料的粉末颗粒的D90值可为至少约0.180微米、至少约0.95微米、至少约1.40微米或至少约2.90微米。起始材料的粉末颗粒的D90值也可能不大于约4.80微米、不大于约3.90微米或不大于约3.10微米。在一个说明性实施例中，起始材料的粉末颗粒的D90值可在约0.2微米到约0.4.6微米范围内。在一个特定说明性实施例中，含有钆和氧化钇的氧化物粉末的D90值可在约1.10微米到约1.65微米范围内，且Al2O3粉末的D90值可在约0.15微米到约0.32微米范围内。在另一特定说明性实施例中，经由氨水沉淀形成的Ga2O3粉末的D90值可在约1.1微米到约1.6微米范围内，且经由碳酸氢铵沉淀工艺形成的Ga2O3粉末的D90值可在约3.75微米到约5.10微米范围内。
在另一实施例中，起始材料的粉末颗粒的比表面积可为至少约7.0m2/g、至少约13.1m2/g或至少约18.4m2/g。起始材料的粉末颗粒的比表面积也可能不大于约21.9m2/g、不大于约19.4m2/g或不大于约17.7m2/g。在一个说明性实施例中，起始材料的粉末颗粒的比表面积可在约8.0m2/g到约21.5m2/g范围内。在一个特定说明性实施例中，含有钆和氧化钇的氧化物粉末的比表面积可在约15.5m2/g到约21.3m2/g范围内，且Al2O3粉末的比表面积可在约18.5m2/g到约23.8m2/g范围内。在另一特定说明性实施例中，经由氨水沉淀形成的Ga2O3粉末的比表面积可在约7.75m2/g到约9.4m2/g微米范围内，且经由碳酸氢铵沉淀工艺形成的Ga2O3粉末的比表面积可在约17.5m2/g到约24.2m2/g范围内。
在507下，可将起始材料混合。在一个特定实施例中，混合可经由球磨进行。
在509下，可将混合物形成为生坯，例如经由冷模压、冷等静压或其组合。在冷等静压过程中，混合物可在约150MPa到约300MPa范围内的压力下压榨。
在511下，可对生坯进行一种或一种以上热处理，例如烧结、热等静压或其组合。在一个实施例中，生坯可在约1700℃到约1750℃范围内的温度下经历真空烧结工艺持续在约4小时到约12小时范围内的持续时间。真空烧结可在约10-4Pa到约10-3Pa范围内的压力下进行。在另一实施例中，可在约1300℃到约1500℃范围内的温度下在约50MPa到约100MPa范围内的压力下对生坯进行热等静压。
在513下，在热处理之后，生坯可经历一种或一种以上后处理操作，例如干燥、固化、成形或其任何组合，从而形成用于发光装置(例如图1的发光装置100)的发光构件。
在515下，工艺500包括通过将发光构件耦合到半导体装置来形成发光装置。在一个实施例中，由发光构件发射的光能够与由半导体装置发射的光合并以产生白光。在517下，向半导体装置提供电信号以激活发光二极管。在一个特定实施例中，发光装置被激活，归因于半导体装置回应于接受电信号而发射光，且发光构件回应于接受来自半导体装置的光而发射光。
许多不同的方面和实施例是可能的。一些所述方面和实施例描述于本文中。在阅读本说明书之后，熟练技术人员应理解所述方面和实施例仅为例示性的且不限制本发明的范围。另外，所属领域的技术人员将理解包括类似电路的一些实施例可使用数字电路以类似方式实施，且反之亦然。
实例
本文中描述的概念将进一步描述于以下实例中，所述实例不限制申请专利范围中所述的本发明的范围。为方便起见，此实例部分中的数值可能是近似的或舍去零数的。
使用先前描述的工艺制备发光构件。具体地说，使用(Gd0.5Y0.5)2O3:Ce、Al2O3和Ga2O3制备发光构件。粉末颗粒的特征包括于表1中。(Gd0.5Y0.5)2O3:Ce和Ga2O3粉末通过沉淀工艺来制备。具体地说，由使氨水(AW)溶液沉淀成Ga(NO3)3和GaCl3的溶液来制造Ga2O3AW粉末，且由使Ga(NO3)3和GaCl3的溶液沉淀成碳酸氢铵溶液来形成Ga2O3(AHC)粉末。Ga(NO3)3溶液和GaCl3溶液是由将金属Ga溶解于王水中而产生。王水是硝酸和盐酸的混合物。在约930℃到约970℃范围内的温度下将Ga2O3(AW)和Ga2O3(AHC)粉末煅烧在约1.8小时与约2.2小时范围内的持续时间。
(Gd0.5Y0.5)2O3:Ce粉末是经由共沉淀工艺而形成。共沉淀工艺包括将一定量的沉淀剂(例如氨水溶液或碳酸氢铵溶液)与Y(NO3)3、Gd(NO3)3和Ce(NO3)3的混合物合并，从而形成沉淀前驱溶液。随后将沉淀前驱溶液过滤，形成湿滤饼，且随后干燥。在约930℃到约970℃范围内的温度下将(Gd0.5Y0.5)2O3:Ce湿滤饼煅烧在约1.8小时与约2.2小时范围内的持续时间。
表1
图6到图9包括用于形成如本文中实施例中所述的发光构件的粉末的扫描电子显微镜(SEM)图像。具体地说，图6包括(Gd0.5Y0.5)2O3粉末的扫描电子显微镜(SEM)图像，图7包括Al2O3粉末的SEM图像，图8包括Ga2O3(AW)粉末的SEM图像，且图9包括Ga2O3(AHC)粉末的SEM图像。
将粉末称重一定的量以形成具有特定组成的发光材料，且随后经由行星铣法混合粉末。随后，使用冷等静压工艺在约150MPa到约300MPa范围内的压力下将粉末混合物形成为生坯。在冷等静压之后，在约1700℃到约1750℃范围内的温度下持续在约4小时到约12小时范围内的持续时间且在约10-4Pa到约10-3Pa范围内的压力下，通过真空烧结工艺形成一些样品。在约1300℃到约1500℃范围内的温度下在约50MPa到约100MPa范围内的压力下，通过热等静压形成其它样品。
应注意并非需要以上一般描述或实例中所述的所有活动，可能不需要一部分特定活动，并且可能进行除所述活动以外的一种或一种以上其它活动。另外，所列活动顺序未必是其进行的顺序。
为了清楚起见，本文中在单独实施例情形下描述的特定特征也可组合在单个实施例中提供。相反，为了简便起见，在单个实施例情形下描述的各种特征也可单独或以任何亚组合的形式提供。另外，提及以范围形式陈述的值包括所述范围内的每一个值。
上文就特定实施例已描述了益处、其它优点和问题的解决方法。然而，所述益处、优点、问题的解决方法和可能引起任何益处、优点或解决方法发生或变得更明显的任何特征皆不应理解为任何或所有权利要求的决定性的、必要的或本质的特征。
本文中所述的实施例的技术要求和说明旨在提供对各种实施例的结构的一般理解。技术要求和说明不打算充当使用本文中所述结构或方法的设备和系统的所有元件和特征的详尽和全面的描述。单独实施例也可组合在单个实施例中提供，且反之，为了简便起见，在单个实施例情形下描述的各种特征也可单独或以任何亚组合的形式提供。另外，提及以范围形式陈述的值包括所述范围内的每一个值。仅在阅读本说明书之后，熟练技术人员即可显而易知许多其它实施例。其它实施例可由本发明使用和获得，使得可在不背离本发明范围的情况下进行结构性取代、逻辑性取代或其它改变。因此，本发明应视为例示性的而非限制性的。
附图翻译
图2
Wavelength(nm)波长(nm)
Intensity(arb.units)强度(任意单位)
图3
Waveleength(nm)波长(nm)
Intensity(arb.units)强度(任意单位)
图4
Wavelength(nm)波长(nm)
Intensity(arb.units)强度(任意单位)
图5
Form one or more powders of starting materials for a scintillator，the sci ntillator having the formula of Gd3(x)Y3(1-x)Al5(y)Ga5(1-y)O12，
where x is at least approximately0.2and no greater thanapproximately0.9and y is at least approximately0.05and nogreater than approximately0.95形成用于闪烁体的起始材料的一种或一种以上粉末，所述闪烁体具有式Gd3(x)Y3(1-x)Al5(y)Ga5(1-y)O12，其中x为至少约0.2且不大于约0.9，并且y为至少约0.05且不大于约0.95
Solution combustion溶液燃烧
Precipitation沉淀
Mix the one or more powders混合一种或一种以上粉末
Form a green body with the one or more powders用一种或一种以上粉末形成生坯Subject the green body to heat treatment对生坯进行热处理
Perform post-processing of the heat-treated green body to form ascintillator to be used in a neutron detection apparatus对经过热处理的生坯进行后处理，以形成用于中子检测设备的闪烁体
Form a light emitting diode by coupling the ceramic scintillator toa semicond uctor device，where first light emitted by thesemiconductor device is capable of combining with second lightemitted by the ceramic scintillator to produce white light通过将陶瓷闪烁体耦合到半导体器件来形成发光二极管，其中由半导体器件发射的第一束光能够与由陶瓷闪烁体发射的第二束光合并以产生白光
Provide an electriical signal to the semiconductor device toactivate the liaht emittina diode向半导体器件提供电信号以激活发光二极管

Claims (33)

1.一种包括发光装置的物件，所述物件包含：
第一材料，其能够发射第一辐射，所述第一辐射在第一波长处具有第一发射最大值；以及
第二材料，其能够回应于捕捉所述第一辐射而发射第二辐射，所述第二辐射在可见光谱内的第二波长处具有第二发射最大值，其中：
所述第二材料与所述第一材料不同；
所述第一波长与所述第二波长之间相差至少70nm；并且
所述第二材料包含具有式Gd3(x)Y3(1-x)Al5(y)Ga5(1-y)O12的发光材料，其中x为至少0.2且不大于0.99，并且y为至少0.05且不大于0.99。
2.一种工艺，其包含：
形成一种或一种以上起始物质的粉末；
将所述一种或一种以上起始物质混合以形成混合物；
将所述混合物形成为生坯；
将所述生坯进行热处理以形成第二材料，所述第二材料包括具有式Gd3(x)Y3(1-x)Al5(y)Ga5(1-y)O12的陶瓷发光构件，其中x为至少0.2且不大于0.99，并且y为至少0.05且不大于0.99；以及
通过将所述第二材料耦合到包括半导体材料的第一材料来形成发光装置，其中：
所述第一材料能够发射在第一波长处具有第一发射最大值的第一辐射；并且
所述第二材料能够回应于捕捉所述第一辐射而发射第二辐射，所述第二辐射在可见光谱内的第二波长处具有第二发射最大值。
3.根据权利要求2所述的工艺，其中所述一种或一种以上起始物质粉末是经由溶液燃烧工艺或沉淀工艺而形成。
4.根据权利要求2所述的工艺，其中所述一种或一种以上起始物质粉末的颗粒的比表面积为至少7.0m2/g、至少13.1m2/g或至少18.4m2/g；或其中所述一种或一种以上起始物质粉末的颗粒的比表面积不大于21.9m2/g、不大于19.4m2/g或不大于17.7m2/g。
5.根据权利要求2所述的工艺，其还包含形成耦合到所述半导体材料的引导构件。
6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中所述第一材料经配置以回应于通过所述第一材料的电流而发射所述第一辐射。
7.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中所述第二材料经安置而与所述第一材料相邻。
8.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中所述第二材料的孔隙率不大于1000ppm、不大于100ppm、不大于50ppm、不大于20ppm或不大于10ppm。
9.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中所述第一材料包括半导体材料。
10.根据权利要求9所述的物件或工艺，其中所述第一材料包括GaN层。
11.根据权利要求10所述的物件或工艺，其中所述GaN层还包括In或Al。
12.根据权利要求9所述的物件或工艺，其中所述第一材料包括n型区域和p型区域，其中所述n型区域耦合到一个引导构件，并且所述p型区域耦合到一个不同的引导构件。
13.根据权利要求12所述的物件或工艺，其中所述n型区域包含n型掺杂剂，所述n型掺杂剂包括Si、Ge、Se、Te、C或其任何组合。
14.根据权利要求13所述的物件或工艺，其中所述p型区域包含p型掺杂剂，所述p型掺杂剂包括Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba或其任何组合。
15.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中x为至少0.40、至少0.55、至少0.65、至少0.74或至少0.77；或其中x不大于0.88、不大于0.84、不大于0.81或不大于0.78。
16.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中x在0.74到0.84范围内。
17.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中y为至少0.18、至少0.39、至少0.54或至少0.72；或其中y不大于0.87、不大于0.61、不大于0.44或不大于0.23。
18.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中y在0.39到0.61范围内。
19.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中所述第二材料包括至少100ppm(原子)的Ce、至少200ppm(原子)的Ce、至少400ppm(原子)的Ce或至少700ppm(原子)的Ce；或其中所述第二材料包括不大于50,000ppm(原子)的Ce、不大于9000ppm(原子)的Ce、不大于1000ppm(原子)的Ce、不大于800ppm(原子)的Ce或不大于500ppm(原子)的Ce。
20.根据权利要求19所述的物件或工艺，其中所述第二材料包括在400ppm到800ppm范围内的Ce。
21.根据权利要求19所述的物件或工艺，其中Ce取代部分Gd、部分Y、或部分Gd与Y两者。
22.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中所述发光装置还包含一个漫射器，所述漫射器经配置以漫射至少所述第二辐射，从而在穿过所述漫射器后产生第三辐射，其中所述第三辐射至少与所述第二辐射不同。
23.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中所述第二材料具有一个粗糙表面，所述粗糙表面能够由至少所述第二辐射产生第三辐射，其中所述第三辐射与所述至少第二辐射不同。
24.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中所述第三辐射的x坐标在0到1范围内，更具体来说，在0.1到0.7范围内，且甚至更具体来说，在0.2到0.5范围内。
25.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中所述第三辐射的y坐标在0到1范围内，更具体来说，在0.1到0.5范围内，且甚至更具体来说，在0.15到0.45范围内。
26.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中所述第三辐射是白光。
27.根据权利要求26所述的物件或工艺，其中所述第二辐射是黄光。
28.根据权利要求27所述的物件或工艺，其中所述第一辐射是蓝光。
29.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中所述第二波长在550nm与600nm或570nm与590nm之间的波长范围内。
30.根据权利要求29所述的物件或工艺，其中所述第一波长在350nm与500nm、420nm与480nm、或450nm与475nm之间的波长范围内。
31.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中所述发光装置经配置以合并所述第一辐射与所述第二辐射，从而产生第三辐射，所述第三辐射具有在可见光谱内且与所述第二辐射不同的发射。
32.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中所述第一辐射具有在紫外光谱内的发射最大值。
33.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的物件或工艺，其中所述第一辐射具有在200nm到300nm范围内的发射最大值。
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