深紫外LEDの基礎技術から応用技術まで俯瞰 ～巨大な市場潜在力から新産業創出が期待～
※紙媒体で資料をご利用される場合は、書籍版とのセット購入をご検討ください。書籍版が無い【PDF商品のみ】取り扱いの調査資料もございますので、何卒ご了承ください。
調査資料詳細データ
矢野経済研究所では、2016年より大手企業等でご活躍されたシニアの方々を当社の「社外マイスター」としてお迎えし、現役時代に培った経験、知見、人脈などを矢野経済研究所の事業活動を通じて、社会に還元していただくための新たな組織を立ち上げました。エキスパートシリーズは、社外マイスターの方が執筆した、新たな切り口によるオリジナルレポートです。長年培った経験・知見による技術や開発、市場への目利き力で、従来の市場調査資料とは一味違った情報をご提供いたします。
本レポートは、弊社社外マイスターである鵜飼育弘氏（客員研究員）がとりまとめました。
調査主旨：深紫外LEDの主たる用途は殺菌などである。この用途では水銀ランプが広く用いられてきた。しかし、2013年10月「水銀に関する水俣条約」が採決され、水銀などの人体・環境に有害な物質の削減・廃絶に向け、2020年以降、水銀を含む製品の輸出入が原則禁止される。したがって、水銀フリーである深紫外LEDへの代替技術実現への要請が高まっている。
本レポートでは、デバイスの構造、プロセス、装置、性能および応用分野について最新動向を基礎技術から応用技術までを網羅する。
調査方法：研究員による直接面談・電話・メール・ウェブ・文献調査を併用。
調査期間：2017年3月～2017年4月
■掲載内容
１．はじめに
２．深紫外線（DUV）と深紫外LEDとは
（図1）紫外線と深紫外LED
３．窒化アルミニウム単結晶基板上深紫外LED特性と応用
3.1 窒化アルミニウム（AlN）単結晶
（1）AlN基板UV吸収率
（図2）AlN基板のUV吸収率（旭化成エレクトロニクス資料）
（2）AlN基板の結晶品質
（図3）AlN基板の結晶品質（旭化成エレクトロニクス資料）
（3）2インチAlN単結晶基板の特性
3.2 窒化アルミニウム（AlN）単結晶上UVC-LED
（1）CIS AlN基板の優位性
（図4）サファイア基板上AlN（AlN/Sapphire）とAlN基板上AlN（AlN/AlN substrate）の比較
（旭化成エレクトロニクス資料）
（図5）AlN基板上UVC-LEDの構造とサファイア基板上との断面TEM
（旭化成エレクトロニクス資料）
（図6）表面平坦性の比較（旭化成エレクトロニクス資料）
（2）CIS UVC-LED製品
（図7）CIS UVC-LED製品ラインナップ（旭化成エレクトロニクス資料）
（表1）水銀ランプとUVC-LEDの比較（旭化成エレクトロニクス資料）
3.3 UVC-LEDの応用分野
（図8）UVC-LEDの応用分野（旭化成エレクトロニクス資料）
（1）UVC-LEDの殺菌効果
（図9）発光波長とDNAの吸収スペクトル（旭化成エレクトロニクス資料）
（図10）UV光による殺菌効果と波長依存性（旭化成エレクトロニクス資料）
（図11）枯草菌でのUVC照射効果（旭化成エレクトロニクス資料）
（2）UVC-LEDを用いた殺菌モジュール開発
（図12）用途開発用のモジュール例（旭化成エレクトロニクス資料）
（図13）暮らしの中でのUVC-LED利用シーン（旭化成エレクトロニクス資料）
3.4 まとめ
４．ナノ光構造を駆使した深紫外LEDの高性能化
4.1 AlGaN系深紫外LEDのデバイス構造
（図14）AlGaN系深紫外LEDデバイス構造（NICT資料）
4.2 ナノ光取出し構造のデザイン
（図15）ナノ光取出し構造のデザイン（NICT資料）
（図16）SEM写真（NICT資料）
（図17）ナノインプリント法によるナノ微細パターニング技術（NICT資料）
（図18）深紫外LEDのファーフィールド放射パターンの評価（NICT資料）
4.3 ナノ構造を駆使した深紫外LEDの高性能化
（図19）265nm帯深紫外LEDナノ光取出し構造を付加した場合の光取出し効率の向上率（左図）と
注入電流に対する光出力と外部量子効率（右図）（NICT資料）
（図20）殺菌効果（大腸菌）の実証（NICT資料）
（図21）深紫外LED（ブースで著者撮影）
4.4 150mW超（発光波長265nm）世界最高出力の深紫外LEDの開発に成功（2017.4.4プレスリリース）
（1）今回の成果
（図22）今回開発した深紫外LEDの模式図とナノインプリント技術工程
(a)メサ形成及びp、n電極形成後の深紫外LED
(b)ポリマー犠牲層、SiO2層、インプリント樹脂の形成
(c)ソフトUVインプリント工程
(d)ドライエッチング工程
(e)Niハードマスクリフトオフ工程
(f)ドライ＆ウェットエッチング工程（NICT資料）
（図23）(a)ソフトUVインプリント後の樹脂パターン
(b)AlN表面上のNiリフトオフパターン
(c)深紫外LED光取出し面上の全面に形成された
AlNナノ光・ナノフィン構造の走査電子顕微鏡写真（NICT資料）
（図24）マウントへのフリップチップ接合後の深紫外LEDの外観（NICT資料）
光の干渉を起こすナノ構造がチップ全面に形成されているのが分かる。
（図25）深紫外LEDの注入電流に対する (a)光出力とエンハンスメント及び
(b)外部量子効率開発品（ナノ光・ナノフィン構造付）と従来品（フラット表面）との比較（NICT資料）
（図26）深紫外LEDの各注入電流値に対するELスペクトル開発品
（ナノ光・ナノフィン構造付）と従来品（フラット表面）との比較（NICT資料）
（図27）深紫外LEDの3次元ファーフィールド放射パターン
(a)従来品（フラット表面）
(b)開発品（ナノ光・ナノフィン構造付）の比較（NICT資料）
（図28）深紫外LEDのニアフィールド光出力パターン
(a)従来品（フラット表面）及び (b)開発品（ナノ光・ナノフィン構造付）の比較（NICT資料）
（2）今後の展望
4.5 まとめ
５．深紫外光源の鍵となるAlNテンプレートの作製
5.1 深紫外光デバイスのための基板
（1）深紫外発光LED
（2）深紫外LEDのデバイス構造
（図29）深紫外LEDの構造（三重大学資料）
（図30）AlGaNの転移密度と発光効率（三重大学資料）
5.2 AlN緩衝層のN2-COアニール
（図31）AlN緩衝層のN2-COアニール（三重大学資料）
（図32）AlN膜アニール後のX線ロッキングカーブによる評価（三重大学資料）
5.3 スパッタ法によるサファイア上AlN薄膜アニール
（図33）紫外発光デバイスに要求される転移密度とAlN膜作製法の関係（三重大学資料）
（図34）AlNのスパッタリング条件と装置（三重大学資料）
（図35）サファイア上AlN成長とアニールの必要性（三重大学資料）
（図36）AlN膜アニール前後におけるAFM像（測定範囲1μm×1μm）（三重大学資料）
（図37）AlNアニール前後でのX線ロッキングカーブ評価（1700℃アニール品）（三重大学資料）
（図38）スパッタAlNのアニール後のTEM写真（三重大学資料）
（図39）AlN/Sapphireのアニールによる結晶性向上と装置（三重大学資料）
5.4 まとめ
６．水銀フリー紫外光源の開発
6.1 水銀代替カドリニウム（Gd）を含む蛍光体
（1）水銀代替材料
（2）AlGdN薄膜の作製
（図40）AlGdN成膜装置と成膜条件および断面SEM写真（神戸大資料）
（図41）AlGdNの典型的なUV発光スペクトル（神戸大資料）
（3）AlGdN薄膜を用いた電子線励起型深紫外光源デバイス
（図42）開発したUV-LEDの構造と特性（神戸大資料）
（図43）試作したUV-LEDと発光パターン（神戸大資料）
（図44）UV-FEDの特性（神戸大資料）
（図45）高エネルギー電子による多重励起過程（神戸大資料）
（4）ナローバンドUV光源の応用
（図46）市販UV-LEDとUV-FEDの比較（神戸大資料）
6.2 UVチューブを用いた医療用シート型紫外光源の開発と応用
（1）フィルム型紫外光源
（図47）UVチューブを用いた医療用シート型紫外光源の開発（神戸大資料）
（表2）開発した紫外光源の性能比較（神戸大資料）
（2）オーダーメイド皮膚治療器
（図48）エリア選択型紫外線治療器（神戸大資料）
（3）まとめ
７．超ワイドギャップ酸化物半導体の成長と機能
7.1 酸化物半導体とミストCVD
（1）酸化物半導体
（図49）深紫外発光材料候補と物性（京大資料）
（図50）深紫外発光が可能と思われる構造（京大資料）
（2）ミストCVD
（表3）半導体と成長法（京大資料）
（図51）ミスト発生部（原料供給部）の概略（京大資料）
（図52）単結晶ZnOのホモエピタキシャル成長（京大資料）
7.2 サファイア基板上のα-(Al,Ga)2O3
（1）サファイア基板上のα-(Al,Ga)2O3
（図53）Ga2O3の結晶形（京大資料）
（図54）サファイア基板上α-(Al,Ga)2O3の成長（京大資料）
（図55）α-(Al,Ga)2O3/α-Ga2O3界面の構造（京大資料）
（図56）二次元成長の実現（京大資料）
（2）p型酸化物への挑戦
（図57）p型酸化物への挑戦（FLOSFIAプレスリリースから転載）
7.3 MgO基板上の岩塩構造RS(rocksalt)-MgZnO
（図58）MgO基板を用いたMgZnOの成長（1）（京大資料）
（図59）MgO基板を用いたMgZnOの成長（2）（京大資料）
7.4 まとめ
８．時間的・空間的隔たり産み出すミスト流を用いた新反応制御技術の開発
8.1 各種成膜法とミストCVD法
（1）各種成膜法
（図60）各種成膜法（高知工科大資料）
（2）ミストCVD
（図61）ミストCVDの装置構成（高知工科大資料）
（図62）成膜のポイント（高知工科大資料）
（図63）IGZO-TFTの作製（高知工科大資料）
（図64）多重量子井戸の作製（高知工科大資料）
8.2 ミストの特徴とミストCVDの可能性
（図65）ミストの平均自由行程（高知工科大資料）
（図66）ミストCVDによる組成制御（高知工科大資料）
（図67）ミストCVDの可能性（高知工科大資料）
8.3 世代別結果
（図68）ミストCVDにより作製した各種機能膜の成膜速度及び組成比（高知工科大資料）
（図69）多元系材料（AlGaO）の組成制御（高知工科大資料）
8.4 まとめ
９．おわりに
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個別のクライアント様からの調査も承っております
マーケティングや経営課題の抽出、リサーチの企画設計・実施、調査結果に基づく具体的な戦略立案・実行支援に至るまで、課題解決に向けた全ての段階において、クライアント企業をトータルでサポート致します。