日本產綜研開發出金剛石LED ,耐600℃高溫

在日本筑波大學3月末的09年春季「第56屆應用物理學聯合演講會」上,日本產業技術綜合研究所發佈開發出了用金剛石作半導體的深紫外LED。

深紫外LED採用在2mm見方的金剛石底板上層疊p-i-n結構金剛石半導體的設計。採用發光波長為235nm深紫外線,注入320mA電流時的輸出功率為30μW。產綜研能源技術研究部門主要研究員表示,目前已接近實用水平。

產綜研表示,該LED具有兩大特點。

(1)即使接通大電流發光效率仍繼續增加。比如即使通過直徑為120μm的電極接通電流密度超過2000A/cm2的電流,發光效率也不會達到飽和,而是繼續升高。目前,使用競爭材料AlGaN類半導體的深紫外LED的工作電流密度最大約為500A/cm2。

(2)耐高溫。即使將溫度從室溫提高到420℃,發光強度也不減弱,而是繼續增強。金剛石LED與普通LED不同,用「激子(exciton)」的產生作發光原理。激子是類似粒子一樣運動的電子•空穴對。不過,一般情況下並不耐熱,大部分激子很快就會破裂。而金剛石LED產生的激子「非常穩定,即使在600℃的溫度下也不破裂」(產綜研能源技術研究部門電力能源基礎部特別研究員牧野俊晴)。這就是耐高溫的原因。

此前,用作金剛石LED底板的金剛石價格非常高,而且只能得到數mm見方的金剛石底板,無法達到實用化水平。對此產綜研研究院牧野等表示:「目前正在開發在矽晶圓上層疊多結晶金剛石半導體膜的技術。效率也只比此次開發的LED低1位數。由於採用矽和甲烷等極為常見的材料,所以投入實用的話,能以非常低的成本製造金剛石LED」。

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