2014年06月30日08:42
绿色LED取得突破
在多色LED方式上，还有不依赖荧光材料，而是全力开发高发光效率的绿色LED的的研究者。比如名古屋大学研究生院工学系研究科教授天野浩的研究室（图7）。最近，据称外部量子效率（EQE）高达约60％的绿色LED已有眉目达成极高的效率。而在此之前，EQE最高只有20％左右。
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图7：将实现超高效率绿色发光LED 名古屋大学天野研究室等开发的高效率绿色LED的概要。绿色LED采用In含量较多的InGaN晶体，需要对温度等晶体生长条件进行绝妙的控制。天野研究室通过用激光监控晶体状态来随时保持最佳生长条件，制作了高效率绿色LED。 |
此前，很多研究人员和企业都放弃了提高绿色LED的InGaN晶体品质。因为，只要晶体生长时的温度稍有偏差，就会出现In过剩或者不足的情况。
天野研究室采取的是实时、详细地观察晶体生长的方法。在晶体生长时边照射3种波长的激光，边观察晶体状态，根据情况调整温度等生长条件。天野介绍说，“接下来要对结果进行详细分析和评测”，通过与高效率红色LED和蓝色LED等组合，“应该能实现接近300lm/W的效率”（天野）。
新基板蕴藏着巨大的可能性
在对白色LED的要求中，（2）制造成本、（3）高亮度化以及（4）超越显色指数和眩光极限的技术大多都与新基板有关。这些技术不使用蓝宝石基板，而是在其他基板上生长GaN晶体制作LED（图8）。可以选择SiC基板、Si基板以及GaN基板等。
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图8：利用不同的基板推进开发 生长LED用GaN晶体的不同基板种类以及各自的优点和课题。Si基板作为大幅降低LED成本的撒手锏受到期待，GaN基板在需要大电流密度的用途备受关注（a）。蓝宝石基板方面也有人在尝试采取一些措施，以兼顾发光效率和大电流密度（b～e）。（图片由各公司和大学提供） |
这些基板虽然各有各的课题，但优点是都蕴藏着能大幅超越以往白色LED技术的冲击力，有望开拓LED照明的新用途。
此外，也有想利用蓝宝石基板提高发光效率和支持大电流密度的研究开发（图8（b～d））。这些开发大多都是在基板上稍微施加一些特殊加工，目前还没形成主流技术，不过为解决存在的课题，正在加速开发。新基板将在与蓝宝石基板的竞争中，加速提高性能。
利用Si基板大幅削减成本
在新基板技术中，有望（2）大幅降低制造成本的，是在Si基板上生长GaN晶体的“GaN on Si”技术。该技术最近突然开始受到关注。
GaN on Si技术的最大特点是，制造装置可使用普通的半导体用装置。这样就有望大幅削减包括封装工序在内的制造成本。也在推进GaN on Si技术研发的名古屋大学的天野预测，“采用GaN on Si技术可将LED封装价格降至1/4”。
GaN on Si技术还有其他优点。比如通过采用半导体制造技术，可提高加工效率，能与其他电路集成等，有望催生新的附加值。
另外，GaN on Si并不是新技术。该技术虽然备受期待，但直到最近才开始推进实用化，这是因为一直未能解决技术课题（图9）。例如，由于GaN与Si的晶格常数之差和热膨胀系数之差较大，不容易在Si基板上生长高品质GaN晶体。因为热膨胀系数不同，存在晶体破损和硅晶圆曲翘的课题。制作的LED发光效率也比较低，很难追上性能领先的蓝宝石基板白色LED。另外还存在作为LED基板来说最致命的课题，即Si会吸收可见光。（作者：野泽哲生，日经技术在线！供稿）
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图9：是GaNonSi（001）还是GaNonSi（111） GaN on Si基板技术的两个选项。Si（001）基板一般难以生长GaN晶体，而选择Si（111）基板的话，现有制造装置的加工效率会降低。东芝收购了采用Si（111）的美国风险公司的技术，率先实现了产品化。而名古屋大学天野研究室通过将某金属层用于缓冲层，实现了在Si（001）基板上的晶体生长。 |
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