創光科学における高性能...2010/10/29 · packaging flip chip bonding duv-led structure...

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

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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

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最近の研究成果


高出力実験

実験条件


・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


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


※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 )


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 (

%)


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 (

%)


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)


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)


Conclusion


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


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


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。

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ご静聴ありがとうございました。

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