理研など、シリコン基板上に窒化アルミニウム高品質結晶を成膜

　理化学研究所 光量子工学研究領域テラヘルツ研究グループ　テラヘルツ量子素子研究チームの平山秀樹チームリーダー、ティン・トラン国際特別研究員、前田哲利技師、定昌史研究員らの研究チームは、シリコン（Si）基板上に窒化アルミニウム（AlN）半導体の高品質結晶を成膜することに成功した。従来よりも安価かつ高効率で発光する深紫外LEDの実現につながる成果だという。

　深紫外LED（波長200～350nm）は、殺菌・浄水、空気清浄をはじめ、医療、樹脂硬化形成・接着、印刷など非常に広い応用分野での利用が期待されている。しかし、これまでの深紫外LEDは、LED内部で発光した光を外部に取り出す効率が低く高価なため、普及が進んでいなかった。製造コストを下げるには、安価で大面積なSi基板上に半導体材料であるAINを成膜することが考えられるという。しかし、AIN膜表面にクラック（裂け目）が発生し、貫通転位密度（結晶のずれの密度）が高くなるため、LEDの発光層の発光効率が低下するといった問題があった。

加工Si基板（PSiS）の鳥瞰写真（左）とPSiS上窒化アルミニウム（AlN）層の断面写真（右）

　研究チームは、加工シリコン基板（PSiS）上に膜厚２µmのAlNの結晶成長を行うことにより、膜表面のクラックの発生を防ぐことに成功した。また、貫通転位密度が大幅に低減し、発光層の発光効率の向上が可能となった。実際に、PSiS基板上のAlN結晶の上に窒化アルミニウムガリウム（AlGaN）系深紫外LED構造を作製したところ、波長325nmにおいてLED動作を確認できた。

　Si基板は容易にはく離できるため、縦型LED構造をとることで、LEDの光取り出し効率の大幅な向上も期待できるという。今後、安価で高効率な深紫外LEDが実現すれば、殺菌・浄水、空気清浄をはじめ、皮膚治療などへの医療用途や、農作物の病害防止などの農業、紫外線硬化を用いた樹脂形成、紫外接着、３Dプリンター、印刷・塗装、コーティング、高密度光記録、各種計測など幅広い応用分野での普及が期待できる。