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(元垣内准教授グループの研究内容は、こちらをご覧ください。)
2014年のノーベル物理学賞に日本の研究者3人が選ばれました。 受賞理由は、”明るく、省エネルギーの白色光源を可能とした高効率青色LEDの発明”です。 白色LED照明は、青色LEDとオレンジ色の蛍光体発光でできています。この青色LEDに用いられている材料は窒化物半導体です。 私たちは、この窒化物半導体の結晶成長とその素子応用に関する研究を行っています。
白熱電球は、フィラメントが光ります。フィラメントが高温になって、熱の副産物として発光しています。 蛍光灯も両端にフィラメントがあって、電気を通すと放電が起きて、その放電でガラスの内側が光ります。
これに対して、LEDは光る半導体*です。半導体に電気を流すと電子の移動により生じたエネルギーから直接光に代わるので、効率が良いです。 つまり、LEDは「省エネ」の証明です。
*「半導体」とは電気を通す「導体」と電気を通さない「絶縁体」の両方の性質をもつ物質。
空にかかる虹は、赤色から紫色まで7色に見えていますが、実は目に見えない「光」が存在しています。 赤の外側には、目に見えない「赤外線」があり、紫の外側には「紫外線」があります。 テレビのリモコンには赤外線が使われていて、目には見えませんが、光の信号を送ってチャンネルを切り替えています。 紫外線も目には見えませんが、大きなエネルギーを持っていて、殺菌や消臭などに使われています。 紫外線の光源開発は未来の光技術としてとても重要です。 特に発展途上国において、清潔な飲料水が手に入らないことが大きな問題となっています。 強い紫外線を出すLEDを安価に量産化できれば、このような問題を解決することができます。
LEDを効率良く発光させるためのポイントは、半導体に使われる結晶の欠陥をいかに少なくするかということです。 そのためにサファイアなどの基板の上に、数ナノメートル(髪の毛の10万分の１以下)ほどの厚さの幕をMOVPEという結晶装置で作製します。 欠陥を少なく結晶成長することは非常に難しく、青色LEDではこの技術がノーベル賞に繋がりました。 紫外線は赤・緑・青などの可視光線よりも大きなエネルギーを持つので、紫外線LEDの実用は難しいです。 しかし、積み重ねられた学術的知見、加えて、「工夫」と「アイデア」で、欠陥の少ない結晶を作ることで、 強い強度の紫外線を出すLEDなどの光源開発を目指します。
研究内容 (三宅グループ) 、研究室配属前の学生さん・高専生・高校生向け
(少し半導体を知っている方にはより詳しい最近の研究内容の説明を用意しています。)
地域イノベーション・エコシステム形成プログラム 地域創生を本気で具現化するための応用展開「深紫外ＬＥＤで創生される産業連鎖プロジェクト」の紹介ビデオです。
（音声のデフォルトはミュートです）
研究風景や研究設備については下記の動画をご覧ください。
（音声のデフォルトはミュートです）
2014年のノーベル物理学賞は青色LED
2014年のノーベル物理学賞に日本の研究者3人が選ばれました。 受賞理由は、”明るく、省エネルギーの白色光源を可能とした高効率青色LEDの発明”です。 白色LED照明は、青色LEDとオレンジ色の蛍光体発光でできています。この青色LEDに用いられている材料は窒化物半導体です。 私たちは、この窒化物半導体の結晶成長とその素子応用に関する研究を行っています。
LEDは光る半導体からできています
白熱電球は、フィラメントが光ります。フィラメントが高温になって、熱の副産物として発光しています。 蛍光灯も両端にフィラメントがあって、電気を通すと放電が起きて、その放電でガラスの内側が光ります。
これに対して、LEDは光る半導体*です。半導体に電気を流すと電子の移動により生じたエネルギーから直接光に代わるので、効率が良いです。 つまり、LEDは「省エネ」の証明です。
*「半導体」とは電気を通す「導体」と電気を通さない「絶縁体」の両方の性質をもつ物質。
発展途上国の水不足問題を解決する紫外光源の開発
空にかかる虹は、赤色から紫色まで7色に見えていますが、実は目に見えない「光」が存在しています。 赤の外側には、目に見えない「赤外線」があり、紫の外側には「紫外線」があります。 テレビのリモコンには赤外線が使われていて、目には見えませんが、光の信号を送ってチャンネルを切り替えています。 紫外線も目には見えませんが、大きなエネルギーを持っていて、殺菌や消臭などに使われています。 紫外線の光源開発は未来の光技術としてとても重要です。 特に発展途上国において、清潔な飲料水が手に入らないことが大きな問題となっています。 強い紫外線を出すLEDを安価に量産化できれば、このような問題を解決することができます。
欠陥の少ない結晶成長の実現へ
LEDを効率良く発光させるためのポイントは、半導体に使われる結晶の欠陥をいかに少なくするかということです。 そのためにサファイアなどの基板の上に、数ナノメートル(髪の毛の10万分の１以下)ほどの厚さの幕をMOVPEという結晶装置で作製します。 欠陥を少なく結晶成長することは非常に難しく、青色LEDではこの技術がノーベル賞に繋がりました。 紫外線は赤・緑・青などの可視光線よりも大きなエネルギーを持つので、紫外線LEDの実用は難しいです。 しかし、積み重ねられた学術的知見、加えて、「工夫」と「アイデア」で、欠陥の少ない結晶を作ることで、 強い強度の紫外線を出すLEDなどの光源開発を目指します。
Contact
三宅グループ
三宅秀人
miyake*elec.mie-u.ac.jp
元垣内グループ
元垣内敦司
motogaito*elec.mie-u.ac.jp
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