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150mW超(発光波長265nm)の深紫外LEDの開発に成功情報通信研究機構(NICT) 研究グループ

 情報通信研究機構(NICT)の研究グループは,光出力150mWを超える深紫外LED(発光ダイオード)の開発に成功したと発表した。
 波長200~300nmで発光する深紫外LEDは,塩素などの有害な薬剤を用いない光のみによるウィルスの殺菌・無害化や水銀ランプの代替などが期待されている。
水銀フリーかつ小型で手軽に機器に取り付けることができるため,医療から環境,ICT分野まで幅広い分野の産業,生活,社会インフラに対して画期的な技術革新をも たらす可能性があるが,これまで深紫外LEDの光出力は高いものでも数十mW程度と低く,実用面で普及させるにはその出力が十分ではなかった。
 今回,新たに開発した窒化アルミニウム(AlN)基板上深紫外LEDに対するナノインプリント技術を用いて,LEDチップ全面に光取り出し特性と放熱特性を同時に向上させる独自のナノ光・ナノフィン構造を形成することで,従来構造と比べ光出力を大幅に増大させることに成功した。これにより,シングルチップ(チップサイズ:1 mm2, 電極メサ面積:0 .35 mm2) の深紫外LED,殺菌作用の最も高い発光波長265nm,室温・連続駆動下において,深紫外波長帯の光出力150mW超を達成した。
 従来のフラットな素子構造では,注入電流が増加するとともに,外部量子効率と光出力が大きく低下する現象が見られたが,今回開発したナノ光・ナノフィン構造を形成した深紫外LEDでは, 注入電流を増加( 最大850mAまで)させても外部量子効率の低下は極めて少なく,光出力も増大を続けた。この結果,従来構造に対し,最大注入電流時において,約20倍という大幅な光出力の向上を達成した。また,スペクトル解析の結果,高注入電流時でのLEDのジャンクション温度の上昇が従来構造に対し抑制されていることを明らかにした。
 今回,新たに開発した高スループット・低コストに作製可能,かつ小型・ポータブルで高出力な深紫外LEDは,水銀ランプなどの既存大型光源では難しかった様々 な新しい組込み型アプリケーション実現の可能性を飛躍的に高めるものと期待される。

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