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LEDの発光効率10倍に? 東北大など、量子ドット構造LEDの有望な製法を発見

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LEDの発光効率10倍に? 東北大など、量子ドット構造LEDの有望な製法を発見

東北大学および流体科学研究所のグループは、北海道大学、東京大学の研究グループと共同で、バイオテンプレート技術と融合して世界で初めて高均一・高密度・無欠陥の6層積層した「3次元ガリウム砒素/アルミニウムガリウム砒素量子ドット」を作製することに成功した。さらに、この量子ドットを用いて発光ダイオード(LED)を作製し、電流注入によるLEDからの発光を世界で初めて実現した。

研究グループは、鉄などの金属微粒子を内包したたんぱく質が、特殊な処理をした表面に自発的に規則正しく配列した構造を作る性質を用いて、金属微粒子を化合物基板の上に高密度に等間隔で配置。その後、たんぱく質だけを除去して金属微粒子を加工マスクとして中性粒子ビームによる無損傷エッチングを行うことにより、ナノメートルオーダの欠陥のないガリウム砒素/アルミニウムガリウム砒素が6層に積層した柱状の構造が20nm間隔で高密度に配列した構造を形成した。

これにより作製された構造は、量子ドットLED及びレーザにおける量子ドット構造として極めて有望で、従来に比べて10倍以上の発光強度が期待される。本研究成果により、究極のグリーンテクノロジーといわれる量子ドットLEDやレーザの実現に向け、大きく前進した。同グループでは、すでに大手装置メーカーと装置化への検討も進んでおり、近い将来の実用化に向けてさらに研究を進めていく。

ガリウム砒素などの化合物半導体は、シリコンに比べて光の発光効率や吸光効率が極めて高く、特に化合物半導体の量子ドットレーザは、ナノスケールの構造から生じる量子効果によって、より単色化され高強度な光を低消費電力で温度の影響少なく発光できることが期待され、その実用化が精力的に検討されている。

しかし、従来の加工法では、微細化に限界があるばかりではなく、脆弱な化合物半導体では激しく欠陥が生成されるため、発光効率が大きく劣化してしまうという問題点があった。また、損傷を回避するために開発された量子ドット作製法では、サイズや密度、位置などの制御が難しく、高効率な発光の実現や発光波長の制御が不可能だった。

【参考】
東北大 - 東北大など、3次元量子ドット構造の形成実現によるLED発光を観察

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