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Broadband Short-Wave Infrared-Emitting MgGa2O4:Cr3+, Ni2+ Phosphor with Near-Unity Internal Quantum Efficiency and High Thermal Stability for Light-Emitting Diode Applications

荧光粉 材料科学 光电子学 发光 发光二极管 光致发光 半最大全宽 红外线的 量子效率 二极管 共发射极 波长 光学 物理
作者
Shihai Miao,Yanjie Liang,Ruiqi Shi,Weili Wang,Yongfu Li,Xiaojun Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (27): 32580-32588 被引量:44
标识
DOI:10.1021/acsami.3c05980
摘要

Blue InGaN chip-pumped short-wave infrared (SWIR) emitters have aroused tremendous attention and shown emerging applications in diverse fields such as healthcare, retail, and agriculture. However, discovering blue light-emitting diode (LED)-pumped SWIR phosphors with a central emission wavelength over 1000 nm remains a significant challenge. Herein, we demonstrate the efficient broadband SWIR luminescence of Ni2+ by simultaneously incorporating Cr3+ and Ni2+ ions into the MgGa2O4 lattice, with Cr3+ as the sensitizer and Ni2+ as the emitter. Because of the strong blue light absorption of Cr3+ and high energy transfer efficiency to Ni2+, the obtained MgGa2O4:Cr3+, Ni2+ phosphors show intense SWIR luminescence with a peak wavelength at 1260 nm and a full width at half maximum (FWHM) of 222 nm under the excitation of blue light. The optimized SWIR phosphor presents an ultra-high SWIR photoluminescence quantum efficiency of 96.5% and outstanding luminescence thermal stability (67.9%@150 °C). A SWIR light source has been fabricated through a combination of the prepared MgGa2O4:Cr3+, Ni2+ phosphor and a commercial 450 nm blue LED chip, delivering a maximum SWIR radiant power of 14.9 mW at 150 mA input current. This work not only demonstrates the feasibility of developing broadband high-power SWIR emitters using converter technology but also presents new insights into the importance of SWIR technology.
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