2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high performance LED with subwavelength nano structure
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18K04238
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
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)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | LED / サブ波長 / 紫外 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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