采用新基板而非藍寶石基板的LED還有一項技術(shù)也備受關(guān)注，即使用GaN基板的“GaN on GaN”技術(shù)。GaN基板主要有兩大效果。一是通過為LED芯片加載大電流密度，大幅提高亮度。二是確保高顯色指數(shù)，實現(xiàn)眩光少、保護眼睛的光。
之所以能利用GaN on GaN技術(shù)大幅提高亮度，是因為GaN基板與GaN晶體的晶格常數(shù)基本一致，GaN晶體中的線缺陷非常少。這種情況下，即使提高電流密度，發(fā)光效率的降幅也很小。
開發(fā)GaN基板的日本礙子已開始生產(chǎn)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采用GaN時的1/100。據(jù)日本礙子研究開發(fā)本部晶圓項目部長吉野隆史介紹，“在實驗室已經(jīng)實現(xiàn)105個/cm2。預計在不久的將來可實現(xiàn)104個/cm2”注3)。
注3)不過，并不是說線缺陷密度越低，就越能維持發(fā)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以下并沒有多大意義”(名古屋大學的天野)。
2mm見方芯片實現(xiàn)大光通量
采用GaN on GaN技術(shù)量產(chǎn)LED的少數(shù)廠商之一——美國Soraa公司*公布了10A/mm2這一數(shù)據(jù)，也就是說，即使以普通LED幾十倍的電流密度驅(qū)動，外部量子效率也在約55%以上。
*Soraa=采用GaN on GaN技術(shù)從事LED芯片、LED封裝和LED照明器具業(yè)務(wù)的廠商。由美國加州大學圣塔芭芭拉分校(UCSB)的三名教授于2008年創(chuàng)建。這三名創(chuàng)始人中有一人是原來在日亞化學工業(yè)工作的中村修二。
這相當于能在約2mm見方的LED芯片上實現(xiàn)西鐵城電子利用發(fā)光部直徑為38.2mm的大型COB實現(xiàn)的2萬3549lm的光通量注4)。此時的發(fā)光效率推測高達160lm/W以上。不過，如何散熱是個問題。
注4)這是根據(jù)外部量子效率推測的、實現(xiàn)白色發(fā)光時的發(fā)光效率。因為Soraa的LED為紫色LED，無法直接定義有效發(fā)光效率。
日本礙子也與名古屋大學共同試制了采用該公司GaN晶圓的藍色LED，電流密度約為2A/mm2時，內(nèi)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(xiàn)超高亮度時的散熱問題。由于發(fā)光面積較小，熱量會集中在這個面積上。
強調(diào)光線“比白色還白”
最近，GaN on GaN技術(shù)受到關(guān)注的不是單純的高亮度，而是白色LED要求的(4)的要素，即在高亮度下顯色指數(shù)也很高、容易制作眩光少的LED。
這是因為，GaN on GaN技術(shù)適合制作用于實現(xiàn)高顯色指數(shù)白色的紫色LED。利用GaN on GaN技術(shù)比利用藍寶石基板更容易制作減少了GaN晶體中In用量的紫色LED。Soraa公司的LED也是紫色LED。
紫色LED的發(fā)光中心波長約為410nm，光的能量比藍色光稍高。與熒光燈使用的熒光材料組合，可制作顯色指數(shù)與熒光燈一樣高的照明器具。例如，Soraa公司的高頂天花板用高亮度LED燈的顯色指數(shù)(CRI)為95，相對于深紅色的顯色指數(shù)指標R9也是95，都非常高。關(guān)于白色，Soraa公司CTO Mike Krames強調(diào)稱，“與以往的白色LED相比，白色更白了”。
受現(xiàn)有LED降價影響
GaN on GaN技術(shù)在(3)和(4)兩種用途存在的共同課題是成本競爭力低。與GaN on Si技術(shù)的高成本競爭力正好相反。因為GaN基板價格非常高，目前無望大幅降價。不過，GaN基板的價格與科銳公司采用的SiC基板沒差太多。最大的問題在于，在即將實用化之際，與其競爭的現(xiàn)有白色LED迅速降價。
研發(fā)GaN on GaN技術(shù)的日本廠商很多。例如松下、三菱化學、住友電氣工業(yè)等。但實現(xiàn)量產(chǎn)的例子很少。還有的廠商對GaN on GaN技術(shù)表示懷疑，“新技術(shù)需要具備現(xiàn)有LED所沒有的高附加值，但GaN on GaN技術(shù)能提供這種附加值嗎”(日本礙子)。
