近赤外蛍光変換型発光ダイオード（pc-LED）は、分光分析、生体イメージング、夜間照明などの分野で重要な応用価値があり、広く注目されています。本研究では、高温固相法を用いて一連のCa₂TbHf₂Al₃O₁₂:Ce³⁺、xCr³⁺（CTHAO:Ce³⁺、xCr³⁺）近赤外蛍光材料を合成し、粉末XRD解析と構造精密化技術により合成したCTHAO:Ce³⁺、xCr³⁺が純相ガーネット構造であることを確認しました。本試料では、Tb³⁺が基質成分として機能し、ドーパントイオンCe³⁺と共にCr³⁺イオンの感作剤として働きます。3つのイオンの間には複数のエネルギー移動効果が存在し、分光および蛍光寿命測定によりCe³⁺→Tb³⁺、Ce³⁺→Cr³⁺、Tb³⁺→Cr³⁺のエネルギー移動過程が確認されました。特にTb³⁺からCr³⁺へのエネルギー移動機構を重点的に解析し、双極子-四極子相互作用が主導し、エネルギー移動効率は79.5％に達しました。CTHAO:Ce³⁺、0.02Cr³⁺は100 ℃で近赤外発光強度が初期強度の36％を維持し、活性化エネルギーは0.30 eVと算出されました。本試料を410 nmチップと組み合わせてデバイスを作製し、駆動電流200 mAでは近赤外最大出力が7.5 mW、光電変換効率は1.2％に達しました。本研究は多重エネルギー移動によるCr³⁺の発光増強を研究しており、Cr³⁺励起高効率近赤外発光材料の設計・開発に一定の指針を与えます。

エネルギー移動;Cr³⁺;蛍光変換型発光ダイオード（pc-LED）;広帯域近赤外発光