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图1：开发的紫外线LED及其结构
图2：发光光谱
图3：在1100℃下实现结晶生成，晶格缺陷降至1/10以下
图4：制备掺入Mg及Si的p型、n型AlN
图5：带隙比钻石还大
2006年5月18日，日本电报电话公司(NTT)开发出波长210 nm、AlN衬底、可降解多氯化联苯、二恶英等有毒材料的紫外（UV）LED。NTT称，现有的紫外LED的波长（365 nm）对降解有毒物质来说仍然太长，另外，其开发的新紫外LED是GaN基LED发光功率的1.8倍。NTT物性科学基础研究所用带隙非常大的AlN（氮化铝）结晶制作了发光二极管（LED），在世界上首次成功实现了波长仅210nm（在远紫外线（UV-C）中也算是非常短的波长）的发光技术（图1、图2）。上述内容刊登在学术杂志《Nature》5月18日刊的论文中。最初计划用于二恶英及PCB等环境污染物质的分解等用途，另外也可能用于纳米技术及更大容量的光盘媒体。
众所周知，AlN结晶采用在理论上称为“直接跃迁型”的容易提高发光效率的带结构，而且也是直接跃迁型中带隙最大的半导体结晶。由于带隙的大小与发光波长成反比，因此如能将AlN用于LED中发光，就可以制作出波长最短的LED。
掺杂技术也是“世界首创”
但是，此前并没有使用AlN结晶开发LED的先例。这是由于Al和N的结合力比其它的半导体结晶强，因而存在结晶时易产生晶格缺陷以及Al和N的衍生物的问题。NTT表示，此次除高纯度结晶制备技术外，还开发出了制备p型和n型结晶的掺杂技术，从而开发出了LED发光技术。
具体而言，要实现高纯度的AlN结晶，关键是1100℃的高温（比原来高100℃）下的MOVPE（有机金属气相外延）法结晶生成装置的开发，以及Al及N的衍生反应的抑制技术（图3）。通过采用上述技术，将晶格缺陷及杂质降低到原来的1/10以下。另外，还开发出了在利用上述技术制备的高纯度结晶中掺入Mg制备p型AlN、掺入Si制备n型AlN的技术（图4）。LED采用以p型和n型AlN夹住AlN发光层的结构。
可制作更高密度光盘
在UV-C中，210nm这一波长接近在空气中传播的极限200nm（图5）。由于分解有机物等的能力较高，NTT计划将其用于二恶英及PCB的分解。AlN的带隙为6eV，约相当于目前蓝色LED中采用的GaN的3.3eV的1.8倍。波长为GaN的1/1.8，应用在光盘中与GaN相比，约可以实现3.2倍的高密度存储。
此前UV-C的光源仅限于水银灯及气体激光器等大型装置，存在水银问题及不易小型化的问题。NTT认为，通过此次实现LED的稳定、高输出，将来可以代替气体激光器用于微加工技术。（记者：野泽 哲生）
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