フォトルミネッセンスマッピングシステムによるLEDチップ。クレジット: Markus Pristovsek
発光ダイオード (LED) は、スマートフォンから家庭用照明に至るまで、現代の生活のいたるところにあります。しかし、今日の LED には大きな制限があります。出力を増やして明るくしようとすると、効率が低下します。
日本の名古屋大学の研究チームは、効率を維持しながらLEDをより明るくする方法を発見した。彼らの研究は、可視光通信や仮想現実 (VR) メガネなどのアプリケーションのパフォーマンスを向上させながら、LED 製造のコストと環境への影響を削減することを約束します。の 勉強 日記に登場する レーザーとフォトニクスのレビュー。
「この研究の革新性は、光の生成に必要な窒化ガリウム/窒化インジウムガリウム(GaN/InGaN)層構造の固有特性である偏光の影響をより深く理解できることです」と主任研究員のマルクス・プリストフセク氏は述べた。
InGaN LED は世界的に最も効率的な光源ですが、通常は低電力レベルで動作します。より明るい光を得るには、そのパワーを高める必要があります。ただし、LED に供給される電力が増加すると効率が低下し、効率の低下として知られる現象が発生します。
効率の低下を克服する 1 つの方法は、LED の面積を増やすことです。これにより、より多くの光が得られますが、より大きなチップが必要になることも意味します。その結果、ウェーハ（LED デバイス製造のベースとなる InGaN から作られた薄く平らな半導体材料）から得られる LED の数が減ります。その結果、生産コストが上昇し、環境への影響も大きくなります。
研究者は、InGaN 層を傾け、ウェーハをさまざまな方向に切断することで、得られる結晶の特性を変えることで、効率の低下を減らすことができます。この方法で変更される最も重要な特性は「分極」として知られています。低偏光の傾斜配向は 15 年以上研究されているにもかかわらず、これらの配向を使用して製造された InGaN LED は、一貫して標準の高偏光 LED の効率の半分未満しか示していません。
名古屋大学フューチャーエレクトロニクス統合研究センター（CIRFE）のPristovsek氏とNan Hu氏による研究では、偏光が低いことが、標準的なLEDと同じ方向を向いている場合にのみ役立つことが判明した。彼らはその発見を利用して、安価なサファイア基板上にいわゆる (101̅3) 配向、つまり偏光は低いが標準 LED の配向と同様の配向で LED を成長させました。これらの (101̅3) LED は、より高い電力でより高い効率を示します。
この発見は、モバイル機器や大画面テレビ向けのより効率的で明るいマイクロ LED ディスプレイなど、メーカーが次世代 LED 技術を開発するための革新的な方法を示唆しています。より高い電流密度機能により、自動車および特殊産業用照明における新たなアプリケーションが可能になる可能性があり、また、より高速なスイッチング速度により、可視光通信技術や VR メガネにもアプリケーションが見つかる可能性があります。
「今後の研究では、特にコスト効率の高いサファイア基板上で、より良い方向性が見つかる可能性は低い。なぜなら、サファイア基板に適合できるのは傾斜した２方向のみだからである」とプリストフセク氏は述べた。
「しかし、サファイアや場合によってはシリコンでも欠陥の少ない（101̅3）個のLEDを製造する他の方法はあります。しかし、これまでにサファイアやシリコンで達成された他の配向は、本質的に粗く、偏光量が増加するため、さらに悪いものです」あるいは、間違った二極化の符号を持っています。」
詳細情報:
Markus Pristovsek 他、高い内部量子効率を持つ半極性 InGaN 発光ダイオードの作り方: 内部磁場の重要性、 レーザーとフォトニクスのレビュー （2024年）。 DOI: 10.1002/lpor.202400529
引用: 低偏光を備えたより明るく効率的な LED は「効率の低下」に耐えます (2024 年 11 月 25 日) (2024 年 11 月 25 日取得)
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