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2020 年度 実績報告書

サブ波長ナノ構造を用いた多機能LEDの開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K04238
研究機関徳島大学

研究代表者

直井 美貴  徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (90253228)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードLED / サブ波長 / 紫外
研究実績の概要

本研究の目的は,高屈折率サブ波長周期構造を窒化物系デバイスに応用し,メタ表面型光デバイスを開発することである。
最終年度は,紫外域のLEDにメタ構造を実装し,集光・コリメート特性を持つ紫外発光ダイオードを中心に理論・実験面から検討した。特に,殺菌作用のある深紫外(DUV)光に注目した。DUV光の殺菌作用効果は光密度と密接な関係があり,十分な光密度を得るためにはLED光のコリメート特性が重要であるが,一般にDUV領域では物質での光吸収が大きく従来のレンズによる高効率なコリメートは困難である。本研究では,光吸収の影響を受けない高効率メタ周期構造を用いた検討を行った。
ターゲット波長は280nmとし,AlGaN系LED表面に高屈折率材料でありTiO2をサブ波長間隔で配列させた。本構造において,活性層から放出された光はメタ構造の周期的境界条件で決定される固有モードと結合し空気側へ放出される。メタ構造の中心部と周辺部のモード位相を調整することにより,高効率にDUV光をコリメートさせることができる。有限差分時間領域法によるポインティングベクトルの評価から,表面から2ミクロン離れた位置でコリメートかつ光強度を構造なしに比較し1.6倍増加させることが可能であるとの結果を得た。また,実際に電子線リソグラフィー法を用いて波長280nmのLEDデバイスを作製し,表面から14mm離れた位置において幅約2mmにコリメートされ,その光出力が1.79倍増強されるメタレンズ一体型高効率コリメート深紫外LEDを実現した。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] GaN-Based High-Contrast Grating for Refractive Index Sensor Operating BlueViolet Wavelength Region2020

    • 著者名/発表者名
      Yuusuke Takashima ,Masanobu Haraguchi andYoshiki Naoi
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 20 ページ: 4444 (1-12)

    • DOI

      10.3390/s20164444

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Magnetically tunable visible reflectivity utilizing the electron accumulation in indium-tin-oxide waveguide layer with subwavelength grating2020

    • 著者名/発表者名
      Yua Okano, Yuusuke Takashima, Masanobu Haraguchi and Yoshiki Naoi
    • 雑誌名

      Proceedings of SPIE

      巻: 11467 ページ: 114671U (1-7)

    • DOI

      10.1117/12.2568382

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical detection for magnetic field using Ni-subwavelength grating on SiO2/thin-film Ag/glass structure2020

    • 著者名/発表者名
      Yuusuke Takashima, Kohei Moriiwa, Masanobu Haraguchi and Yoshiki Naoi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 ページ: 19298 (1-8)

    • DOI

      10.1038/s41598-020-74202-w

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] High refractive index contrast meta-structures for GaN-based and sensing applications operating at deep ultraviolet to visible wavelength2021

    • 著者名/発表者名
      Yuusuke Takashima, Kentaro Nagamatsu, Masanobu Haraguchi and Yoshiki Naoi
    • 学会等名
      13thInternational Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] TiO2メタ周期構造を表面に有するAlGaN系深紫外発光ダイオードのコリメート特性2021

    • 著者名/発表者名
      髙島 祐介, 永松 謙太郎, 原口 雅宣, 直井 美貴
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Magnetically tunable visible reflectivity utilizing the electron accumulation in indium-tin-oxide waveguide layer with subwavelength grating2020

    • 著者名/発表者名
      Yua Okano, Yuusuke Takashima, Masanobu Haraguchi and Yoshiki Naoi
    • 学会等名
      SPIE Optics + Photonics 2020 DIgital Forum
    • 国際学会
  • [学会発表] 高屈折率差周期ブリッジ構造による可視光フィルター2020

    • 著者名/発表者名
      髙島 祐介, 原口 雅宣, 直井 美貴
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 構造高さを変調したTiO2メタ表面による集光紫外発光ダイオードの提案2020

    • 著者名/発表者名
      髙島 祐介, 永松 謙太郎, 原口 雅宣, 直井 美貴
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会Optics & Photonics Japan 2020
  • [学会発表] Significant enhancement of magneto-optical effect at ultraviolet wavelength using Nisubwavelength grating on SiO2/Ni structure2020

    • 著者名/発表者名
      Yuusuke Takashima, Masanobu Haraguchi and Yoshiki Naoi
    • 学会等名
      30th International Symposium on Imaging, Sensing, and Optical Memory (ISOM'20)
    • 国際学会

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公開日: 2021-12-27  

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