2013 Fiscal Year Annual Research Report
ダイナミックマイクロプラズマ励起ＡｌＧａＮ１０Ｗクラス高出力深紫外発光素子の開発
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25249053
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
青柳 克信 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 上席研究員 (70087469)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒木 努 立命館大学, 理工学部, 准教授 (20312126)
神子 直之 立命館大学, 理工学部, 教授 (70251345)
神谷 格 豊田工業大学, 工学(系)研究科, 教授 (10374018)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 深紫外発光素子 / プラズマ励起 / 深紫外光源 / 大面積 / マイクロプラズマ / 波長可変 / 紫外線殺菌 / 紫外線分解 |
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| Research Abstract |
１．もしも深紫外波長領域（200～350nm）で高出力、高効率、大面積、長寿命且つ、波長を任意に選ぶことが出来る光源が出来れば今環境問題の大きな課題となっている深紫外光による水の浄化を初めとして、殺菌、医療応用等、その応用は限りないものがある。従来これを実現するためにAlGaN材料を中心とした半導体深紫外ＬＥＤの開発が進められてきたがその発光効率は極端に低く、又発光出力も大きく出来ない。本研究はAlGaN系エピタキシャル成長とダイナミック制御マイクロプラズマを用いた世界で全く新しいアイデアに基づく高出力、高効率、大面積、長寿命、任意波長の深紫外光発生技術の開発を行う。さらにこれを水処理に具体的に応用し、従来の水銀ランプによる水処理に対する本研究で開発した光源の優位性を明らかにする。本研究により、半導体深紫外光発生法の概念が大きく変わり、本分野の飛躍的発展が期待される。
２．今年度は高効率発光、高出力化に向けてのプラズマの最適化、大面積化に向けての封止技術の開発、MIPEを用いた水の殺菌実験の開始、並びに新しい発光材料の探索を目指した。
３．特に本年度は大面積化を試み５ｃｍｘ６ｃｍの大きさを持つ単一素子でのMIPE発光に成功した。そのためのプラズマ条件並びに封止技術を探索した。探索したものは必ずしも最適でないのでさらなる探索が必要である。
４．又AlGaN超格子ではない新たな発光材料を開発し２００nm近傍での発光を確認した。これはさらなる短波長でのMIPEの動作の可能性を示すものである。
５．水の殺菌に関してはMIPEによる殺菌の可能性に関し検討を行った。細菌、バクテリア等のDNA吸収曲線より従来の水銀ランプを主に考えた２５４nmよりもっと短波長の深紫外線を用いることが菌、バクテリアの死滅化に有効であることがわかった。さらに有機化合物の分解実験を試み有効に分解できることを確認した。
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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
１．提案した原理に基づき、５ｃｍｘ６ｃｍの大面積MIPEの作製と発光に成功した。これは深紫外領域の単一素子としては最大の大きさの平面素子であり、MIPEのさらなる大面積化に向けての有効性を実証することができた。
２．短波長で発光する新たな材料を開発しAlGaN超格子では発光できない200nm近傍の短波長での発光に成功した。
３．高効率発光のプラズマの最適化に関し、イオン励起することにより電子励起よりさらに高効率で発光することがわかった。この結果はダイナミックプラズマによりプラズマを制御すればイオンでターゲットを効率よく励起できることを示しており、将来の新たな発展が期待される。
４．水への殺菌応用に関し探索が進み、従来の水銀ランプの波長ではなくさらに短波長領域で効率よい殺菌ができる可能性があることがわかってきた。これは水銀ランプでの殺菌が単なる菌、ウイルスの不活性化であるのに対し、死滅化させることが可能であることを示唆している。今後のおもしろい展開が期待されるようになった。
５．以上、本年度は高効率発光、高出力化に向けてのプラズマの最適化、大面積化に向けての封止技術の開発、MIPEを用いた水の殺菌実験の開始、並びに新しい発光材料の探索を目指したが、予想以上の知見が得られ初年度としては順調に進んでいる。さらに付け加えると有機化合物の分解実験も行っており、効率よく分解できることもわかってきている。以上の結果はLaserion 国際会議（Munich, Germany)等で招待講演として発表されている。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．Si基板上に高効率発光ＡｌＧａＮのエピタキシャル成長技術を開発する。（黒瀬，青柳）又、高品質ＡｌＧａＮ結晶成長に用いるＡｌＮ層の伝導性を高める新たな技術を開発する。（黒瀬）
２．上記の結晶の評価を行い結晶成長にフィードバックする。（荒木）
３．上記結晶の評価を行い高品質化に向けての成長条件の知見を明らかにする。（神谷）
４．セル構造並びにダイナミックプラズマの最適化を行う。（黒瀬、青柳）
５．ＭＩＰＥを用いた殺菌実験を行い水銀ランプによる殺菌と比較検討する。（神子、青柳、黒瀬）
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