日本产业技术综合研究所开发出了用金刚石作半导体的深紫外LED。详细内容将在应用物理学会举办的09年春季的“第56届应用物理学联合演讲会”(3月30日~4月2日,筑波大学)上发布(演讲序号:1p-TC-9~10)。
此次开发的深紫外LED采用在2mm见方的金刚石底板上层叠p-i-n结构金刚石半导体的设计。采用发光波长为235nm深紫外线。注入 320mA电流时的输出功率为30μW。“目前已接近实用水平”(产综研能源技术研究部门主要研究员、筑波大学数理物质化学研究科教授山崎聪)。
据产综研透露,该LED具有两大特点:(1)即使接通大电流发光效率仍继续增加,(2)耐高温。比如即使通过直径为120μm的电极接通电流 密度超过2000A/cm2的电流,发光效率也不会达到饱和,而是继续升高。目前,使用竞争材料AlGaN类半导体的深紫外LED的工作电流密度最大约为 500A/cm2。
耐高温方面,即使将温度从室温提高到420℃,发光强度也不减弱,而是继续增强。金刚石LED与普通LED不同,用“激子 (exciton)”的产生作发光原理。激子是类似粒子一样运动的电子·空穴对。不过,一般情况下并不耐热,大部分激子很快就会破裂。而金刚石LED产生 的激子“非常稳定,即使在600℃的温度下也不破裂”(产综研能源技术研究部门电力能源基础部特别研究员牧野俊晴)。这就是耐高温的原因。
不久将实现大幅的成本降低
此前,用作金刚石LED底板的金刚石价格非常高,而且只能得到数mm见方的金刚石底板,无法达到实用化水平。对此牧野等表示:“目前正在开发 在硅晶圆上层叠多结晶金刚石半导体膜的技术。效率也只比此次开发的LED低1位数。由于采用硅和甲烷等极为常见的材料,所以投入实用的话,能以非常低的成 本制造金刚石LED”。
日本产综研开发的金刚石LED的发光演示。可见光不是本来的紫外线,而是利用棱角缺陷等产生的可视光。采用实际强度(单位波长)约为可视光20倍的深紫外线。