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常識を覆す深紫外発光デバイスで未来を拓く！東北大学と岩崎電気が挑む次世代殺菌技術の可能性

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従来の常識を覆す！深紫外発光デバイスで社会課題を解決

「殺菌・消毒」は、私たちの健康を守る上で欠かせない要素です。しかし、既存の殺菌システムには、人体への影響や設置場所の制限、エネルギー効率の課題など、さまざまなハードルがありました。特に、災害時のような緊急を要する状況では、迅速かつ安全に水や空気を殺菌できる小型で持ち運び可能な光源が強く求められています。

そんな中、東北大学と岩崎電気の共同研究グループが、防衛装備庁の「令和7年度 安全保障技術研究推進制度」に採択され、画期的な深紫外発光デバイスの研究開発に着手しました。その鍵を握るのは、これまで「光らない」とされてきた間接遷移型半導体「BN（窒化ホウ素）」です。

解決できる悩み：従来の深紫外光源の限界を突破

これまでの深紫外光源開発では、主にAlGaN系LEDが用いられてきました。しかし、230nm以下の短波長化には、非発光再結合中心（NRC）と呼ばれる点欠陥の発生が避けられず、発光効率の低下が大きな課題でした。

この新しい研究は、これらの課題に対し、以下のような画期的な解決策を提示します。

  • 安全性の向上: 人体への低侵襲性を確保しつつ、強力な殺菌・消毒が可能になります。

  • 柔軟な運用: 小型・軽量・省エネルギーなデバイスにより、オンサイトでの迅速な殺菌・消毒、さらには有人環境での使用も期待できます。

  • 安定した性能: BNは組成揺らぎがないため、発光波長の安定性も確保され、信頼性の高いシステム構築に貢献します。

導入後のメリット：社会全体に広がるポジティブな影響

この電子線励起型BN深紫外発光デバイスは、その特性から多岐にわたる分野で大きなメリットをもたらすことが期待されます。

生産性向上とコスト削減

省エネルギー性、小型・軽量化されたデバイスは、従来の大型殺菌装置に比べて設置や運用にかかるコストを大幅に削減し、現場での迅速な対応を可能にすることで作業効率、ひいては生産性の向上に貢献します。例えば、食品工場でのライン殺菌や医療現場での器具消毒など、これまで時間や手間がかかっていた作業が効率化されることでしょう。

競争力強化と新たな市場創出

有人環境での使用が可能になることで、従来の深紫外光源では難しかった新たな応用分野が開拓されます。これは、企業にとって新たなサービスや製品を生み出すチャンスとなり、市場における競争力強化に直結します。医療・食品・公共衛生・防災といった分野での需要は非常に高く、この技術が普及すれば、これらの産業構造そのものに大きな変革をもたらす可能性を秘めています。

社会的課題の解決

特に、災害時の衛生確保は喫緊の課題です。このデバイスは、高効率で低侵襲性の深紫外光源として、被災地での水や空気の殺菌・消毒に貢献し、感染症のリスクを低減します。これにより、社会全体の安心・安全レベルが向上し、SDGs（持続可能な開発目標）の達成にも寄与すると考えられます。

なぜ「光らない」はずのBNが光るのか？技術的ブレークスルー

BNは「間接遷移型半導体」に分類され、通常は効率的な発光には不向きとされてきました。しかし、東北大学の研究グループは、BNが持つ「強い励起子格子相互作用」によって、215nmという短波長でAlGaN混晶よりも優れた発光性能を示すことを発見しました。

窒化ホウ素（BN）の単層および積層構造を示す図

この研究では、以下の3つの開発を推進しています。

  1. 高品質薄膜の創製: 高発光効率を持つsp²-BNの気相エピタキシャル結晶成長による高品質薄膜を創製します。
  2. 発光メカニズムの解明: sp²-BNの発光ダイナミクスを理解し、バンド端励起子発光の強度や寿命、温度依存性、空間分布を解析。格子との相互作用を解明します。
  3. デバイス開発: sp²-BNを発光層とする深紫外発光デバイスにおいて、小型で高効率な電子線励起源と面発光型デバイスの開発を進めます。

特に、励起源として岩崎電気が培ってきたランプ製造技術を活かした独自の電子線源が開発されており、両者の強みが融合することで、この画期的なデバイスが実現に近づいています。

東北大学の秩父研究室が開発した「時間空間同時分解カソードルミネッセンス(STRCL)評価技術」は、ナノスケールでの結晶欠陥や発光メカニズムを高精度に評価できる、国内唯一の装置構成です。この先端技術が、本研究における発光メカニズム解明の強力な基盤となっています。

スタートアップが学べること：常識を疑い、未来を創る

この共同研究から、スタートアップ企業が学ぶべき重要な教訓がいくつかあります。

  • 既存の常識を疑う勇気: 「間接遷移型半導体は光らない」という従来の常識を覆し、新たな可能性を見出した姿勢は、既存の枠にとらわれずにイノベーションを生み出す上で不可欠です。

  • 異分野連携の力: 大学の持つ基礎研究力と企業の持つ応用技術・量産化ノウハウが結びつくことで、単独では成し得ない大きな成果が生まれます。自社の強みと外部リソースを組み合わせる戦略は、スタートアップにとって特に重要です。

  • 社会的課題への着目: 防災や公衆衛生といった社会が抱える大きな課題を解決する技術は、持続的な成長に繋がりやすいだけでなく、社会貢献という大きな意義を持ちます。

まとめ：深紫外発光デバイスが拓く、安心・安全な未来

東北大学と岩崎電気による深紫外発光デバイスの研究開発は、単なる技術革新に留まらず、私たちの生活の質を向上させ、社会が抱える喫緊の課題を解決する大きな可能性を秘めています。省エネルギーで小型、そして人体に優しいこの次世代光源は、医療現場から災害対策、日常の衛生管理まで、幅広い分野で安心と安全を提供してくれるでしょう。

もしあなたが、既存の技術に限界を感じ、新たなソリューションを求めているなら、この深紫外発光デバイスの進化に注目してください。きっと、あなたのビジネスや社会貢献の新たな扉を開くきっかけとなるはずです。

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