Yellow YAG:Ce Single Crystal Phosphor for High-power LD/LED

Abstract

황색을 발광하는 Y3Al5O12:Ce (YAG:Ce) 단결정 형광체를 floating zone 법으로 성장시키고 연구를 진행하였다. YAG 단결정은 결정구조내의 {110}의 결정방향으로 성장시켰다. 이 단결정 형광체는 450 nm의 청색광을 여기했을 때 황색광을 발광하고 540 nm의 최대 발광파장과 75 nm의 반치폭을 가진다. Y의 자리에 Lu이 치환되면 발광파장은 녹색으로 이동되고, 이는 치환되는 Lu의 농도가 많아질수록 더 많이 이동된다. 이러한 YAG:Ce 단결정 형광체의 광학적, 열적 특성은 기존에 상용화된 YAG:Ce 분말과 함께 비교했다. 이러한 열전도율은 격자진동에 관련이 있고, 라만 스펙트럼 측정을 통해 단결정의 라만 강도가 크다는 것을 확인하고 열전도율을 계산하고 비교하였다. 단결정 형광체는 열전도율이 높아서 고출력의 레이저 다이오드에 의한 발광에서 열적 안정성이 우수하다.

Yellow-emission Y3Al5O12:Ce (YAG:Ce) single crystal phosphors was grown through a floating zone method. They had the {110} crystal orientations in the cubic structure. It showed a yellow photoluminescence spectrum with 540 nm peak and 75 nm half width, and a blue photoluminescence excitation spectrum with 450 nm peak due to f-d transition of Ce3+ ion. The Lu substitutions for Y were tried for emission color tuning: the color shifted to the green as an increase of Lu compositions. Its optical and thermal properties are compared with the commercial YAG:Ce powder. The Raman intensity are significantly increased for a single crystal YAG phosphor. Thus, Raman spectroscopic studies on the YAG can be helpful to estimate the thermal conductivity. It gave and excellent thermal stability in photoluminescence under high-power laser diode due to its high thermal conductivity, especially at the high temperature.