2014年06月30日08:42
綠色LED取得突破
在多色LED方式上，還有不依賴熒光材料，而是全力開發高發光效率的綠色LED的的研究者。比如名古屋大學研究生院工學系研究科教授天野浩的研究室（圖7）。最近，據稱外部量子效率（EQE）高達約60％的綠色LED已有眉目達成極高的效率。而在此之前，EQE最高隻有20％左右。
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圖7：將實現超高效率綠色發光LED 名古屋大學天野研究室等開發的高效率綠色LED的概要。綠色LED採用In含量較多的InGaN晶體，需要對溫度等晶體生長條件進行絕妙的控制。天野研究室通過用激光監控晶體狀態來隨時保持最佳生長條件，制作了高效率綠色LED。 |
此前，很多研究人員和企業都放棄了提高綠色LED的InGaN晶體品質。因為，隻要晶體生長時的溫度稍有偏差，就會出現In過剩或者不足的情況。
天野研究室採取的是實時、詳細地觀察晶體生長的方法。在晶體生長時邊照射3種波長的激光，邊觀察晶體狀態，根據情況調整溫度等生長條件。天野介紹說，“接下來要對結果進行詳細分析和評測”，通過與高效率紅色LED和藍色LED等組合，“應該能實現接近300lm/W的效率”（天野）。
新基板蘊藏著巨大的可能性
在對白色LED的要求中，（2）制造成本、（3）高亮度化以及（4）超越顯色指數和眩光極限的技術大多都與新基板有關。這些技術不使用藍寶石基板，而是在其他基板上生長GaN晶體制作LED（圖8）。可以選擇SiC基板、Si基板以及GaN基板等。
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圖8：利用不同的基板推進開發 生長LED用GaN晶體的不同基板種類以及各自的優點和課題。Si基板作為大幅降低LED成本的撒手?受到期待，GaN基板在需要大電流密度的用途備受關注（a）。藍寶石基板方面也有人在嘗試採取一些措施，以兼顧發光效率和大電流密度（b∼e）。（圖片由各公司和大學提供） |
這些基板雖然各有各的課題，但優點是都蘊藏著能大幅超越以往白色LED技術的沖擊力，有望開拓LED照明的新用途。
此外，也有想利用藍寶石基板提高發光效率和支持大電流密度的研究開發（圖8（b∼d））。這些開發大多都是在基板上稍微施加一些特殊加工，目前還沒形成主流技術，不過為解決存在的課題，正在加速開發。新基板將在與藍寶石基板的競爭中，加速提高性能。
利用Si基板大幅削減成本
在新基板技術中，有望（2）大幅降低制造成本的，是在Si基板上生長GaN晶體的“GaN on Si”技術。該技術最近突然開始受到關注。
GaN on Si技術的最大特點是，制造裝置可使用普通的半導體用裝置。這樣就有望大幅削減包括封裝工序在內的制造成本。也在推進GaN on Si技術研發的名古屋大學的天野預測，“採用GaN on Si技術可將LED封裝價格降至1/4”。
GaN on Si技術還有其他優點。比如通過採用半導體制造技術，可提高加工效率，能與其他電路集成等，有望催生新的附加值。
另外，GaN on Si並不是新技術。該技術雖然備受期待，但直到最近才開始推進實用化，這是因為一直未能解決技術課題（圖9）。例如，由於GaN與Si的晶格常數之差和熱膨脹系數之差較大，不容易在Si基板上生長高品質GaN晶體。因為熱膨脹系數不同，存在晶體破損和硅晶圓曲翹的課題。制作的LED發光效率也比較低，很難追上性能領先的藍寶石基板白色LED。另外還存在作為LED基板來說最致命的課題，即Si會吸收可見光。（作者：野澤哲生，日經技術在線！供稿）
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圖9：是GaNonSi（001）還是GaNonSi（111） GaN on Si基板技術的兩個選項。Si（001）基板一般難以生長GaN晶體，而選擇Si（111）基板的話，現有制造裝置的加工效率會降低。東芝收購了採用Si（111）的美國風險公司的技術，率先實現了產品化。而名古屋大學天野研究室通過將某金屬層用於緩沖層，實現了在Si（001）基板上的晶體生長。 |
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