金属・半導体多層系ファノ共鳴励起による深紫外LEDの輻射場制御

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深紫外LEDは、ウイルスの殺菌や水銀ランプの代替等において期待され、社会的に高い注目を集めている。しかし、コンタクト層で発生する強い光吸収や自己発熱に伴うドループ現象などによって、世界的に未だ低い外部量子効率、光出力レベルにとどまっている。本研究では、深紫外LEDを動作させるうえで避けられないコンタクト材料による光吸収の問題を正面から捉え、素子内に吸収体が含まれていても、LED活性層近傍の半導体・金属ナノ構造により放射角度分布を狭域に制御することで、シングルパスで深紫外光を素子外部に効果的に取出す手法の創出を目指している。2022年度の研究では、昨年度に引き続き、窒化アルミニウムガリウム（AlGaN）系深紫外LEDの光取出し効率の向上や内部光吸収の抑制に向けて、提案デバイス構造に対する電磁界解析による検証を進めた。また、MOCVD（有機金属気相成長）法を用いた単結晶AlN基板上MgドープAlGaNエピタキシャル層構造の結晶性向上の取組みを実施し、世界最小レベルの高Al組成 p-AlGaN／p-電極間の接触抵抗率を実証した。またこれらの基盤技術を活かし、最も殺菌性能の高い波長265 nm帯の発光ピークを示す高強度深紫外LEDデバイスを作製し、チップ化したLEDを高放熱実装基板に高密度マルチチップ実装することにより、光出力8 Wを超えるワット級高出力動作の深紫外LEDハンディ照射モジュールを開発することに成功した。さらに、開発したワット級の265 nm帯深紫外LEDハンディ照射モジュールを用いて、豚コロナウイルス（PEDV）に対する不活性化効果を検証した。直径100cmの広範囲のウイルスに対して、わずか12.86秒の照射で99.9％、22.17秒の照射で99.99％不活性化できることを実証した。