高出力の深紫外LED 殺菌用水銀ランプを代替可能に

2015/4/2付
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日経テクノロジーオンライン

情報通信研究機構(NICT)は、波長265nmの深紫外LED(発光ダイオード)において、実用化に十分な90mW/cm2(平方センチメートル)という高出力の連続発光を達成したと発表した。既存の殺菌用水銀ランプを置き換えるのみならず、ポータブルな殺菌、殺ウイルスシステムの実現、そして医療診断や医療分析などの新規市場の創出も見込めるという。

波長265nm付近の電磁波は、「深紫外線」と呼ばれ、生体のDNAやRNAを効果的に破壊する。このため、細菌やウイルスなどの殺菌・無害化に有効とされている。この波長で発光するLEDが深紫外LEDである。実用化できれば、既存の殺菌用水銀ランプを大幅に小型化する格好で置き換えることができ、新規市場も創出できるとして以前から開発が進められていた。ところが、出力がなかなか上がらないことが大きな課題になっていた。

開発した深紫外LEDの素子構造(上)と、AIN基板表面に施した光取り出し構造2種類。単なるフォトニック結晶だけ(左下)から、波長より小さな構造を加えたハイブリッド構造(右下)にすることで、光取り出し効率は約140%超から196%へと大幅に向上したとする

開発した深紫外LEDの素子構造(上)と、AIN基板表面に施した光取り出し構造2種類。単なるフォトニック結晶だけ(左下)から、波長より小さな構造を加えたハイブリッド構造(右下)にすることで、光取り出し効率は約140%超から196%へと大幅に向上したとする

■光取り出し効率を3倍に

今回、NICTは、従来用いられていたサファイア基板を窒化アルミニウム(AIN)基板に変更して深紫外LEDを開発した。AIN基板はサファイア基板に比べて結晶欠陥が大幅に減る、という長所がある。

ところが、これまでAIN基板は屈折率が大きく、光の取り出し効率が非常に低いという課題があった。NICTは、光取り出し面となるAIN基板の表面に、波長と同程度の寸法の構造である2次元フォトニック結晶と、波長より小さなナノ構造を組み合わせたパターンを形成。表面加工しない場合と比べて196%(約3倍)の光取り出し効率を実現したとする。

外部量子効率は6.3%(電流が200mAの場合)で、「波長270nm以下における世界最高値」(NICT)だとする。

(日経テクノロジーオンライン 野澤哲生)

[日経テクノロジーオンライン 2015年4月1日掲載]

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