2014年07月02日08:25
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LED照明第二幕（三）東芝的實用化突飛猛進，有望實現“發光的線”
LED照明第二幕（二）綠色LED取得突破，利用Si基板大幅削減成本
LED照明第二幕（一）刷新基本構造，突破發光效率、成本和亮度壁壘
GaN基板主要有兩大作用
採用新基板而非藍寶石基板的LED還有一項技術也備受關注，即使用GaN基板的“GaN on GaN”技術（圖11）。該技術主要有兩大效果。一是（3）的使LED芯片流過加載大電流密度，大幅提高亮度。二是（4）確保高顯色指數，實現眩光少、不傷眼睛的光。
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圖11：GaN on GaN也開始實現產品化 Soraa公司採用GaN on GaN技術的紫色LED的特性和產品（a、b），以及日本礙子的GaN基板及藍色和綠色LED的試制示例。發揮了GaN on GaN技術在大電流密度下也能實現高發光效率的特點。（圖（a）由Soraa公司提供，照片由各公司提供） |
GaN on GaN之所以能大幅提高亮度，是因為GaN基板與GaN晶體的晶格常數基本一致，GaN晶體中的線缺陷非常少。這樣，即使提高電流密度，發光效率的降幅也很小。
開發GaN基板的日本礙子已開始生產線缺陷密度為106個/cm2的4英寸（100mm）晶圓。這一密度還不到在藍寶石基板上採用GaN時的1/100。據日本礙子研究開發本部晶圓項目部長吉野隆史介紹，“在實驗室已經實現105個/cm2。預計在不久的將來可實現104個/cm2”注3）。
注3）不過，並不是說線缺陷密度越低，就越能維持發光效率。“即使線缺陷減少，還有點缺陷，因此將線缺陷密度降到1×107個/cm2以下並沒有多大意義”（名古屋大學的天野）。
2mm見方芯片實現大光通量
採用GaN on GaN技術量產LED的少數廠商之一——美國Soraa公司*公布了10A/mm2的數據，即以普通LED幾十倍的電流密度驅動，外部量子效率也在約55％以上（圖11）。
*Soraa＝採用GaN on GaN技術從事LED芯片、LED封裝和LED照明器具業務的廠商。由美國加州大學聖塔芭芭拉分校（UCSB）的三名教授於2008年創建。這三名創始人中有一人是原來在日亞化學工業工作的中村修二。
這相當於能在約2mm見方的LED芯片上實現西鐵城電子利用發光部直徑為38.2mm的大型COB實現的2萬3549lm的光通量注4）。此時的發光效率推測高達160lm/W以上。不過，如何散熱是個問題。
注4）這是《日經電子》根據外部量子效率推測的、實現白色發光時的發光效率。因為Soraa的LED為紫色LED，無法直接定義有效發光效率。
日本礙子也與名古屋大學共同試制了採用該公司GaN晶圓的藍色LED，電流密度約為2A/mm2時，內部量子效率高達約90％。綠色LED也高達60％。
該用途存在的課題也是實現超高亮度時的散熱問題。由於發光面積較小，熱量會集中在這個面積上。
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