創光科学における高性能...2010/10/29 · packaging flip chip bonding duv-led structure...
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創光科学における高性能DUV-LEDの開発
“DUV-LED本格実用化元年を目前にして”
創光科学株式会社 代表取締役会長
一本松正道
1
本日の講演内容
1. DUV-LEDとは何か
原理・構造
UV-LED 応用市場
2. Who is UV Craftry 創光科学のご紹介
3. 最近の研究成果
4. 今後の展望
2
Background
AlN is one of the promising template materials for optical devices
such as deep ultraviolet light emitting diodes (DUV-LEDs).
<UV-LED >
UV-LEDs/AlN/sapphire
@UVCR
III -N
III -As
III -P
II -Se
7
6
5
4
3
2
1
0
Ba
ndga
penerg
y(e
V)
6.05.55.04.54.03.5
Lattice parameter (Å)
AlN
InN
GaAs
GaP
Si
InP
6H-SiCAlAs
InAs
CdS
CdSe
ZnSeAlP
HgSe
GaN
AlN
600 500 400 300 200700
GaN(365)
1.9
3.4
6.2 AlN(200)
InNBlue Ray(405)
Blue(450)
Wavelength [nm]
Ban
d G
ap
[eV
]
Green(525)
AlGaN
365
ターゲット250-365nm
InGaN
AlGaN-based LED: Target Wavelength
Electrode
p-GaN
p-AlGaN
QW Electrode
n-AlGaN
u-AlGaN
AlN
Sapphire
DUV-LED Structure
Film Structure Process Flow
LED Growth
Mesa Etching
Electrode
Dicing
Bonding
Packaging
Flip chip bonding
DUV-LED Structure
TO-5
Sapphire
UV Craftory Co. Ltd.
Bonding Packaging
Examples of Wavelength Spectra of LEDs
0.0
0.5
1.0
250 300 350 400
Wavelength [nm]
No
rma
lize
d In
ten
sit
y [
a.u
.] 255nm
270nm
280nm
290nm
305nm
315nm
335nm
350nm
各波長帯のLEDが得られている
＜本質的特徴＞
任意の単一波長が得られる
小型・軽量
瞬時起動・低電圧駆動
高輝度
非コヒーレント光
Hg Free
8
DUV-LEDの特徴
DUV-LEDの特徴
＜比較優位の可能性が高い特徴＞
長寿命
高効率
低コスト
9
General UV curing
UV printing
Photolithography
UV-A: >315nm Counterfeit banknote detection
Photocatalysis air purification
UV-B: 280-315nm Medical phototherapy
Analytical instruments (ex. DNA)
UV-C: <280nm Disinfection purification (water/air)
Analytical instruments (ex. BOD sensor)
DUV-LED Market
DUV-LED応用市場の分類
＜市場類型＞
既存紫外線光源の代替
既存応用の拡大
応用製品の機能向上、コストダウンによるシェア拡大
Ｅｘ．殺菌・制菌、UV Print
新規応用
＜機能分類＞
照射用/センサー用
11
DUV-LED市場の特徴
多数のニッチ市場の集合体
応用製品の設計と密接にリンクした光源設計
12
13
日本最大級の大学発ベンチャー
“創光科学”
AlGaInN系化合物半導体エピタキシャル成長技術
創光科学
パワーデバイス
開発中
紫外線LED
開発中
青色LED
一兆円市場を形成
日本発の人類社会を変え得る新材料技術
基本的ブレークスルー
の達成赤崎 勇先生天野 浩先生
主要メンバー
天野 浩名古屋大学 教授 工学博士
◎主な受賞
1998年 英国Rank賞
2002年 武田賞
赤崎 勇名城大学 教授 工学博士 名古屋大学特別教授
◎主な受賞1997年 紫綬褒章2002年 勲三等旭日中綬章2003年 日本学術会議会長賞2004年 文化功労者2009年 京都賞
一本松 正道
創光科学株式会社 代表取締役会長
東北大学 客員教授
㈱ルネッサンス・エナジー・インベストメント
代表取締役
元大阪ガス株式会社エネルギー開発部/部長
東京大学理学部化学科卒 工学博士（東京大学）
平野 光
創光科学株式会社 取締役研究開発所長
東京大学工学部応用物理学科卒
工学博士（東京大学）
地上の星投資事業有限責任組合
創光科学のビジネススキーム
名古屋大学・名城大学
日本政策投資銀行
日機装
一般投資家
専用実施権供与・共同研究
30億円70%
30%
創光科学
大阪ガス 主要メンバー
研究チームの譲渡 創業出資
実験室 ２F
実験室 １F
研究開発センター名城大学14号館
19
最近の研究成果
UV Craftory Co. Ltd.
高出力実験
実験条件
UV Craftory Co. Ltd.
・チップサイズ： 800 mm×800 mm
0.64 mm2
・p電極面積： 0.15 mm2
・電流密度 66A/cm2 ＠ 0.1A
電極 マウント
サファイア
活性層
・フリップチップボンディング
サブマウント
Moth-eye
UV Craftory Co. Ltd.
SEM photograph of moth-eye.
Moth-eye
Ultraviolet Light (360-250nm)
Sapphire
HT-AlN
un-AlGaN
n-AlGaN
QW
p-AlGaN
EBL
p-GaN
Moth-eyeによる光取出しの改善率
UV Craftory Co. Ltd.
※Note:
On wafer condition0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
250 300 350
Wavelength (nm)
Lig
ht
ex
tracti
on
facto
r
0
50
100
0 100 200 300 400 500
Current (mA)
Lig
ht
ou
tpu
t (m
W)
0%
5%
EQ
E (
%)
354 nm(GaN Well, Without Epitaxial Lateral Overgrowth )
UV Craftory Co. Ltd.
Estimation
with
moth-eye
CW 5min
Pulse 1sec
EQE
0
50
100
150
0 100 200 300 400 500
Current (mA)
Lig
ht
ou
tpu
t (m
W)
0%
5%
EQ
E (
%)
UV Craftory Co. Ltd.
280 nm(Al0.35Ga0.65N Well, Without Epitaxial Lateral Overgrowth )
Estimation
with
moth-eyeCW 5min
Pulse 1sec
EQE
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500
Current (mA)
Lig
ht
ou
tpu
t (m
W)
0%
5%
EQ
E (
%)
UV Craftory Co. Ltd.
259 nm(Al0.57Ga0.43N Well, Without Epitaxial Lateral Overgrowth )
Estimation
with
moth-eye
CW 5min
Pulse 1sec
EQE
Endurance( 354nm @DC 200mA, 初期出力33mW)
UV Craftory Co. Ltd.
23mW
0.0
0.5
1.0
0 100 200 300 400 500
Time (hours)
Lig
ht
ou
tpu
t ra
tio
(a
.u.)
L70 ~500 hours
高出力実験結果
（１）各波長の高出力連続試験結果
【354 nm】50mW@DC 500mA
T70 ～ 500 hours @DC 200mA
【 280 nm】75mW@DC 500mA
【 259 nm】38mW@DC 500mA
（２）光取出し加工(motheye)を想定した場合の計算値DC 連続500mA駆動で、354, 280nm 100mW以上、259nm 50mW以上
0
50
100
150
0 100 200 300 400 500
Current (mA)
Lig
ht
ou
tpu
t (m
W)
0%
5%
10%
EQ
E (
%)
343 nm
(GaN Well, With ELO)
UV Craftory Co. Ltd.
Conclusion
UV Craftory Co. Ltd.
波長(nm)
初期出力(mW@500mA)
光取出し推算値(mW@500mA)
L70 @200mA
(hours)
354 64 96 ～500
280 77 116
256 38 57
波長(nm)
EQE
光取出し推算値(%)
300-350 6.4~8.8
250-300 5.4~7.2
EQE
(%)
4.3~5.9
3.6~4.8
UV Craftory Co. Ltd.
外部量子効率（ＥＱＥ)
External quantum efficiency
1
10
260 280 300 320 340 360
Corrected EQE valuesE
xte
rnal Q
uan
tum
Eff
icie
ncy (
%)
Wavelength (nm)
□Estimated values with motheye.
Experimentally Demonstrated
without both motheye and ELO.
ELO
3
5
2
7
UV Craftory Co. Ltd.
弊社の現状認識と今後の展望
創光科学は、商業生産に十分な出力・効率・生産効率を
持つ照射用DUV-LEDの開発に成功した。
（センサー用途は言うまでもない）
来る2011年は、DUV-LED本格実用化元年となるだろう。
DUV-LEDの市場の拡大は、DUV-LED技術そのものの
進歩と応用製品の開発を両輪として発展していくであろう。
32
ご静聴ありがとうございました。
33
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