Luminescence Characteristics of (Y_0.85-xYb_0.15)₃Ga₅O₁₂:Er³⁺_x Phosphors

(Y_0.85-xYb_0.15)₃Ga₅O₁₂:Er³⁺_x 형광체의 형광특성

$Er^{3+}$ and $Yb^{3+}$ co-doped $Y_3Ga_5O_{12}$ polycrystalline powders were prepared by using a solid-state reaction method, and their crystallinities were measured using X-ray diffraction. According to the results of X-ray diffraction, the powders showed a polycrystalline tetragonal structure. The photoluminescence and the upconversion luminescence properties of the $(Y_{0.85-x}Yb_{0.15})_3Ga_5O_{12}:Er^{3+}_x$ (x = 0.03, 0.06, 0.09, 0.12 and 0.15) phosphors were investigated in detail. Green and red upconversion emissions were observed for the phosphors excited by 980 nm radiation from a semiconductor laser. The powders exhibited strong green and weak red upconversion emission peaks at 553 and 660 nm, respectively. Also, their upconversion processes were explained using an energy-diagram analysis and the strongest upconversion intensity was emitted by the powder with a 0.12 mol $Er^{3+}$ ion concentration.

본 연구에서는 고상반응법을 이용하여 $(Y_{0.85-x}Yb_{0.15})_3Ga_5O_{12}:Er^{3+}_x$ 형광체 분말을 합성하고 그 분말의 형광특성을 연구하였다. $Yb^{3+}$ 이온의 농도를 0.15 mol에 고정하고 $Er^{3+}$ 이온의 농도를 변화시키며 제작된 $(Y_{0.85-x}Yb_{0.15})_3Ga_5O_{12}:Er^{3+}_x$ 형광체의 결정성을 X-선 회절장치를 이용하여 형광체 분말의 결정성을 측정하였다. $(Y_{0.85-x}Yb_{0.15})_3Ga_5O_{12}:Er^{3+}_x$ 분말은 $Er^{3+}$ 이온의 함유량에 관계없이 입방정계 구조의 다결정 상으로 성장하였음을 확인할 수 있었다. 형광광도계를 이용하여 형광체의 형광특성을 관찰하였으며, 980 nm 레이저 다이오드와 분광기를 이용하여 형광체의 상방전환 형광특성을 분석하였다. 980 nm 레이저 다이오드로 여기시킨 $(Y_{0.85-x}Yb_{0.15})_3Ga_5O_{12}:Er^{3+}_x$ 형광체의 상방전환 발광스펙트럼은 553 nm 부근의 강한 녹색 형광과 660 nm에서의 약한 적색 형광을 나타내었다. 형광과 상방전환에 의한 형광의 세기는 $Er^{3+}$ 이온의 첨가량이 0.12 mol 일 때 가장 높게 나타났으며, 에너지 전달 과정을 이용해 상방전환에 의한 형광 특성을 분석하였다.