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2010年9月28日 (火)

240nm 100mW 深紫外領域のUV光源

http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/news_data/h/h1/news6/2010/100927_1.htm

図1: AlGaN/AlN量子井戸構造
「素子構造の概略を図1に示します。サファイア基板上に600nmのAlN、さらにその上にAlGaN/AlN量子井戸構造を京都大学独自の技術により積層 しました。AlGaN発光層の膜厚は1nm、それをサンドイッチするAlNの膜厚は15nm、これらの積層を8回繰り返した多重量子井戸構造としていま す。この表面から、電子線を照射すると、照射した電子がサンプルに浸透していきます。浸透した電子は、電子同士や構成原子との衝突によってエネルギーを失 うのですが、その際に、量子井戸内に高密度に電子・正孔対が形成され、それが再結合して消滅するときに発光します。」「重要なことは、電子線励起により、p型層、n型層を用いることなく発光が得られることです。」

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(2010年9月27日  読売新聞)

京大工学研究科の川上養一教授らは、2種類の薄い窒化物半導体の層を、交互に重ねた構造を持つ試料を作製。これに電子線を当てると、正孔という電子 などが飛び出した穴が多数でき、再び穴が結合した時に、出力100ミリ・ワットの紫外線を出すことができた。この領域では世界最高の出力で、研究チームは 「1〜2年後の製品化を目指す」としている。

京都大とウシオ電機の研究チームが開発した。

27日の英科学誌「ネイチャー・フォトニクス」電子版に発表する。
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http://www.asahi.com/kansai/sumai/news/OSK201009270058.html
投入した電力を光として出力する効率:40%
波長300ナノメートル以下で発光するこれまでの紫外線LEDは、出力は10ミリワット程度で、効率も2〜3%だった。
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京都新聞
http://www.kyoto-np.co.jp/environment/article/20100927000028
新たに開発された半導体光源からの紫外線を受けて光る蛍光体(川上養一教授提供)


窒化アルミニウムと窒化ガリウムアルミニウムを1~15ナノメートル(ナノは10億分の1)間隔で交互に8回積み重ねた半導体に電子線を当てた。
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■「投入電力の40%が光」について:

市販の水銀蛍光ランプで、80lm/W(ルーメンパーワット)程度。
もし、555nmの光であるとすれば、680lm/Wが最大効率の100%ですので、
効率は、1/8程度ということになります。
更にこの内訳を見ると、水銀蛍光ランプは、投入電力の約60%が紫外線(λ=253.7nm)になる、そして紫外線を可視に変換する蛍光体の効率が20~25%くらい。
よって、最大でも、0.60x0.25=0.15となり、555nmの緑蛍光体だけにしたとしても、102lm/Wが理論限界となります。
「投入電力の40%が光」の意味が、UV光エネルギー/電子ビームエネルギーであるならば、まだまだ、(効率60%の)水銀の殺菌灯にかなわないということになります。

■写真
写真は、左から、(緑色に見える)電子ビームが照射され、半導体素子が深紫外を放出し、その紫外線を受けた蛍光体が白色に光っている。
という実験の様子を示しているようです。
たぶん、水銀蛍光ランプの蛍光体塗布されたガラス破片を光らせているように見えます。

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