2022 Fiscal Year Annual Research Report
金属・半導体多層系ファノ共鳴励起による深紫外LEDの輻射場制御
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20H00348
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
井上 振一郎 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 室長 (20391865)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
HAO GUODONG 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 主任研究員 (30773866)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 深紫外LED / ファノ共鳴 / ナノ周期構造 / ウイルス不活性化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
深紫外LEDは、ウイルスの殺菌や水銀ランプの代替等において期待され、社会的に高い注目を集めている。しかし、コンタクト層で発生する強い光吸収や自己発熱に伴うドループ現象などによって、世界的に未だ低い外部量子効率、光出力レベルにとどまっている。本研究では、深紫外LEDを動作させるうえで避けられないコンタクト材料による光吸収の問題を正面から捉え、素子内に吸収体が含まれていても、LED活性層近傍の半導体・金属ナノ構造により放射角度分布を狭域に制御することで、シングルパスで深紫外光を素子外部に効果的に取出す手法の創出を目指している。2022年度の研究では、昨年度に引き続き、窒化アルミニウムガリウム（AlGaN）系深紫外LEDの光取出し効率の向上や内部光吸収の抑制に向けて、提案デバイス構造に対する電磁界解析による検証を進めた。また、MOCVD（有機金属気相成長）法を用いた単結晶AlN基板上MgドープAlGaNエピタキシャル層構造の結晶性向上の取組みを実施し、世界最小レベルの高Al組成 p-AlGaN／p-電極間の接触抵抗率を実証した。またこれらの基盤技術を活かし、最も殺菌性能の高い波長265 nm帯の発光ピークを示す高強度深紫外LEDデバイスを作製し、チップ化したLEDを高放熱実装基板に高密度マルチチップ実装することにより、光出力8 Wを超えるワット級高出力動作の深紫外LEDハンディ照射モジュールを開発することに成功した。さらに、開発したワット級の265 nm帯深紫外LEDハンディ照射モジュールを用いて、豚コロナウイルス（PEDV）に対する不活性化効果を検証した。直径100cmの広範囲のウイルスに対して、わずか12.86秒の照射で99.9％、22.17秒の照射で99.99％不活性化できることを実証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要に記載の通り、当初の研究計画通り、概ね順調に研究は進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、光吸収の要因となっている金属電極・半導体コンタクト層をナノ周期構造化し、多層系のファノ共鳴を介した特異な輻射場制御を行うことにより、活性層からの放射パターンを光取出し角度領域（光エスケープコーン）内に収まるように狭域化し、深紫外LEDの吸収損失の問題を解消する画期的手法の創出を試みる。今後の研究においても、提案構造の理論的最適化と作製技術の開発、評価検証を進めていくが、2023年度以降の研究においては、これらに加えて、深紫外LEDチップに対する新たな封止材料構造・実装技術の開発を進め、光取出し角の拡大と活性層温度低減によるドループの抑制に向けた実験的検証を進めていく。これらにより、深紫外LEDの重要課題の解決に係る新たな知見が得られるだけでなく、深紫外LEDの光取出し効率や外部量子効率、光出力等について、さらなる画期的な向上が期待できる。
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