シリコン基板上に窒化アルミニウム高品質結晶を製膜－安価で高効率な深紫外LEDの実現に大きな一歩－

シリコン基板上に窒化アルミニウム

高品質結晶を製膜

－安価で高効率な深紫外LEDの

　実現に大きな一歩－

2016年12月15日

理化学研究所

詳細は、リンクを参照して下さい。

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　理化学研究所　光量子工学研究領域

テラヘルツ研究グループ テラヘルツ

量子素子研究チームの

平山秀樹チームリーダー、

ティン・トラン国際特別研究員、

前田哲利技師、定昌史研究員らの

研究チーム※は、シリコン（Si）基板上に

窒化アルミニウム（AlN）半導体[1]の

高品質結晶を製膜することに成功しました。

　従来よりも安価、かつ高効率で

発光する深紫外LED[2]の実現につながる

成果です。

　深紫外LED（波長200～350ナノメートル、

nm、1nmは10億分の1メートル）は、

殺菌・浄水、空気清浄をはじめ、

医療、樹脂硬化形成・接着、印刷など

非常に広い応用分野での利用が

期待されています。

　しかし、これまでの深紫外LEDは、

LED内部で発光した光を外部に取り出す

効率（光取り出し効率[3]）が低く

かつ高価なため、普及が進んでいません。

　製造コストを下げるには、安価で

大面積なSi基板上に半導体材料である

AINを製膜することが考えられます。

　しかし、AIN膜表面にクラック

（裂け目）が発生し、かつ貫通転位密度

[4]（結晶のずれの密度）が高くなるため、

LEDの発光層の発光効率が低下する

といった問題がありました。

　研究チームは、加工シリコン基板

（PSiS）[5]上に厚膜2マイクロメートル

（μm、1μmは100万分の1メートル）の

AlNの結晶成長[6]を行うことにより、

膜表面のクラックの発生を防ぐことに

成功しました。

　また、貫通転位密度が大幅に低減し、

発光層の発光効率の向上が可能と

なりました。

　実際に、PSiS基板上のAlN結晶の上に

窒化アルミニウムガリウム（AlGaN）系

深紫外LED構造を作製したところ、

波長325nmにおいてLED動作を

確認できました。

　Si基板は容易に剥離できるため、

縦型LED構造[7]をとることで、

LEDの光取り出し効率の大幅な向上も

期待できます。

　今後、安価かつ高効率な深紫外LEDが

実現すれば、殺菌・浄水、空気清浄を

はじめ、皮膚治療などへの医療用途や、

農作物の病害防止などの農業、

紫外線硬化を用いた樹脂形成、紫外接着、

3Dプリンター、印刷・塗装、

コーティング、高密度光記録、

各種計測など幅広い応用分野での普及

が期待できます。

　本研究成果は、英国のオンライン

科学雑誌『Scientific Reports』

（11月7日付け）に掲載されました。

　本研究は、科学技術振興機構（JST）

戦略的創造研究推進事業先端的低炭素化

技術開発（ALCA）「水銀ランプ殺菌灯の

代替となる縦型高効率・深紫外LEDの開発

（研究代表：平山秀樹）」の一環として

行われました。

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　良さそうですね。

　研究継続しているようです。

　関連投稿です。

「世界最高出力（90mW超）の深紫外LEDの

　開発に成功」

国立研究開発法人 情報通信研究機構

　こちらは実製品です。

　今度の成果で、さらに安価で高効率な

深紫外LEDが製品化されると良いですね。