日本資訊通訊研究機構（NICT）未來ICT研究所的井上振一郎室長等的研究團隊發佈研究成果稱，運用比光波長更小的奈米光結構技術，透過微構造進行光的相，控制了光的擴散角度，從而成功地開發出了具有極高指向性、不使用其他光學零件的無光學深紫外LED。這是世界上首個不使用高成本透鏡或光學零件，將通常向各個方向擴散的深紫LED擴散角度控制爲極窄角度，使得光具有極高的直進性（準直）的實例。相關成果於10月31日刊登在英國物理可用能學會出版局發行的學術論文雜誌《JournAl of Physics D:Applied Physics》電子版上。
圖1 本研究開發的具有將光輻射準直爲光束形狀功能的「高指向性」深紫外LED示意圖（供圖：國立研究開發法人資訊通訊研究機構（NICT））。
由於深紫外LED對電腦病毒和細菌具有很高的滅活效果，因此作爲抑制接觸傳染和氣溶膠傳染傳播的新型工具而備受關注。
此外，使用波長在280奈米以下的深紫外LED的光無線通信技術由於可以避免太陽光背景雜訊的影響，因此有望極大地擴展高速光無線通信在室外環境中的應用可能性。
然而，將具有這些特性的深紫外LED實際應用於物體表面和空間殺菌或自由空間光通訊用途等時，爲確保對人體等的安全，需要有技術選擇性地指向需要照射的區域。
但是，由於LED發出的光通常會向各個方向擴散，因此迄今爲止，LED光的擴散角度都是透過安裝在外部的透鏡或光學零件來控制的。
另一方面，在控制深紫外LED的擴散角度時，由於普通光學玻璃鏡片會吸收深紫外光，所以需要使用在深紫外區域具有高透明度的高純度合成石英鏡片，從而導致系統整體成本會變得非常高。
NICT的研究團隊一直積極致力於有望用於上述用途的深紫外LED的研發及其實際應用。作爲其成果，本次開發出了世界上首個無需使用光學透鏡即可控制光線擴散角度的深紫外LED。
這種深紫外LED是將氮化鋁（AlN）光出射面上形成的奈米級相型菲涅爾波帶片結構與氮化鋁鎵（AlGaN）微型LED結構相互結合而成的。
這是一種無需使用光學透鏡即可將擴散的光輻射轉換爲高度直進性光束形狀（擴散角度半峯全寬：10度以下）、具有高指向性的深紫外LED。
深紫外LED是一種發射深紫外波長區域光的半導體發光二極體。
此次開發的深紫外LED的結構還可以有效提高將半導體内部活性層發出的光有效提取到LED外部的比例。除了控制擴散角度的功能外，此次還揭示了可以大幅提升光輸出（約1.5倍）的效果。
深紫外LED有望用於滅活空氣中漂浮的霧狀電腦病毒，並作爲不受太陽光背景噪音影響的光無線通信用光源等。本次開發的技術將不僅抑制深紫外光不必要的擴散，降低對人體等的照射風險，還將顯着提高深紫外LED的安全、效率性和生產性。
利用深紫外LED的光學系將有望應用於從殺菌到醫療、感測、環境、光學加工和日盲光無線通信的廣泛領域，並顯着提高此類系統的安全、效率性和生產性。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：JournAl of Physics D: Applied Physics
論文：Far-field pattern control and light-extraction enhancement of deep-ultraviolet light-emitting diodes with large-area Fresnel zone plate nano-structures
DOI：10.1088/1361-6463/ad056a
