阪大と立命大、AlGaNで多色発光LEDを実証 ディスプレイの小型・高精密化に期待

大阪大学と立命館大学は、希土類元素のテルビウム(Tb)を添加した窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)を用いて、室温で動作する多色発光LED(青・緑・黄・赤)の実証に成功した(ニュースリリース)。

(図)電流注入時に安定な青・緑・黄・赤色発光を呈すTb添加AlGaN LEDの模擬図。

現在、注目されている「マイクロLEDディスプレイ」の実現には、赤・緑・青(RGB)などの微細なLEDチップを同一基板上に一括して作り込む「モノリシック集積」が求められる。しかし、現在主流のインジウムガリウム窒化物(InGaN)を用いた緑色や赤色LEDは、電流を増やすと発光する色にずれが生じてしまうという大きな課題があった。また、通常の半導体からの発光は、一つの発光層からは一つの色しか実現できないことから、複数の発光層を積層する必要があった。

研究グループは、一つの材料で多色に光り、周辺環境の変化に発光色が影響されない「希土類元素」を添加した半導体に注目した。なかでも、青・緑・黄・赤色と同時に4色で発光するTbイオンに着目し、結晶成長過程でTbを添加したAlGaN半導体による新たな可視光LEDの実現を目指した。作製にあたっては、すでにGaN系半導体の量産に使用されているMOVPE法を利用。実際に作製したTb添加AlGa NLEDに対して、室温下で電流を流すことでTbイオン由来の安定した4色の発光が得られることを実証した。

(図)実作したTb添加AlGaN LEDの多色発光スペクトル。電流注入量に対して波長が極めて安定。

研究の結果、母体となるAlGaN半導体のアルミニウム(Al)の割合を増やすほど、Tbイオンへ効率よくエネルギーが伝達され、発光効率(外部量子効率)が劇的に向上する機構があることがわかった。さらに、発光層の下地層に窒化アルミニウム(AlN)を用いると、基板との格子のずれが減少して高い結晶品質が得られることや、Tb周りの結晶に圧縮ひずみが導入されることで、Tbがより発光しやすい状態(高い放射遷移速度)へと変化する。そうして、電気的・光学的特性が大幅に向上することを実証した。また、カラーフィルターを通すことで、同じ発光領域からRGBそれぞれの光を選択的に取り出すことにも成功した。

研究成果により、単一の半導体材料(Tb添加AlGaN)から、電流注入量に対して高い波長安定性を示す多色発光が得られることが示された。これにより、RGB個別のチップを一つずつ並べる複雑な製造工程から脱却し、同一基板上にフルカラーLEDを一括で形成する「モノリシック集積」に向けた新たな可能性が示された。今後は、発光効率のさらなる向上や、各色の発光比率を自在に制御する技術の確立を目指す。製造工程の大幅な効率化につながるだけでなく、スマートグラスやウェアラブル端末向けの超小型・高精細フルカラーディスプレイの実用化を加速させる画期的な成果だとしている。

キーワード:

関連記事

  • 今回開発した“トップエミッション型” 深紫外LEDの模式図

    NICT、トップエミッション型の深紫外LEDを開発 従来構造比で電力変換効率35%向上

    情報通信研究機構(NICT)は、LEDチップを上面から光を取り出す「トップエミッション型」の深紫外LEDを開発した。電極と光取り出し部に独自の素子構造を設け、従来構造の深紫外LEDより約35%高い電力変換効率を実証した(…

    2026.10.28
  • 日亜化学工業「NVSU434A」シリーズ

    日亜化学、効率2倍・出力3倍の高性能UV-LEDを開発 300nm帯の製品群を拡充

    日亜化学工業は、300nm帯の高効率・高出力UV-LED「NVSU434A」シリーズを開発し、2027年1月に発売する予定だ。ピーク波長308nmと330nmの製品では、従来製品比で約2倍の発光効率と約3倍の光出力を実現…

    2026.10.21
  • 電通大と日亜化学、全固体電池向け軽量固体電解質を開発

    電気通信大学・教授の中村淳氏と日亜化学工業の市川諒英氏らの共同研究グループは、軽元素を主体とした新しい固体電解質材料「RbLi(Li₃SiO₄)₂」を合成し、そのリチウムイオン伝導特性と伝導機構を解明した(ニュースリリー…

    2026.10.16
  • 日亜化学、植物育成用LEDで園芸売り場の商品ロス削減・売上増を確認 

    日亜化学工業は、植物育成用LED「Hortisolis™」を搭載した照明を園芸売り場に設置して実証試験を行ない、植物の廃棄削減と売上向上を確認した(ニュースリリース)。 小売店の園芸売り場では、自然光が十分に得られないこ…

    2026.10.08
  • 【解説】半導体を支える「光」 熊本県立大の新学部から見る半導体とフォトニクスの接点

     熊本県立大学は2026年9月1日、文部科学大臣から「半導体学部半導体学科」の設置認可を受けた(ニュースリリース)。2027年4月に開設し、1学年60人、教員16人体制で半導体分野の人材育成に取り組む。  「半導体学部」…

    2026.09.23

新着ニュース

人気記事

編集部おすすめ

  • オプトキャリア