휴대용 근적외선 분광기를 위한 컴팩트 광원에 대한 긴급한 수요에 대응하여, 형광체 변환형 발광 다이오드(pc-LED)가 큰 잠재력을 보여주고 있다. 그 중 Cr³⁺로 활성화된 근적외선 형광체는 높은 효율과 파장 조절 특성으로 매우 경쟁력 있는 재료 시스템으로 평가된다. 그러나 현재 보고된 Cr³⁺ 활성 근적외선 형광체는 좁은 반치폭(FWHM<150 nm)과 짧은 발광 파장(λ_em<750 nm) 문제를 가지고 있다. 본 연구에서는 [Na⁺-Ge⁴⁺] 공동 치환 전략을 통해 새로운 석류석 구조 근적외선 형광체 Na₂Lu₂Ga₄GeO₁₂∶Cr³⁺(NLGG∶Cr³⁺)를 설계 및 합성하였다. 468 nm 청색광 여기 하에 최적화된 NLGG∶0.08Cr³⁺ 시료는 780 nm에 피크를 가지며 600~1100 nm를 포함하는 폭넓은 대역 발광을 나타냈고, FWHM은 196 nm, 내부 및 외부 양자 효율(IQE, EQE)은 각각 56%와 22%였다. 분광 분석과 결정장 계산을 통해 폭넓은 발광이 중간 결정장 세기를 가진 단일 Ga³⁺ 위치에 자리한 Cr³⁺로부터 비롯됨을 확인하였다. Cr³⁺ 농도를 조절하여 742~790 nm의 발광 피크 및 182~196 nm의 FWHM을 연속적으로 조절할 수 있었다. 이 형광체와 청색 LED 칩을 사용하여 NIR pc-LED 소자를 제작하였으며, 바이오메디컬 이미징, 야간 투시 및 비파괴 검사 분야에서 잠재적 응용 가치를 보였다.

근적외선 형광체;광대역 발광;Cr³⁺ 도핑;NIR pc-LED