GaN基板主要有两大作用

　　采用新基板而非蓝宝石基板的LED还有一项技术也备受关注，即使用GaN基板的“GaN on GaN”技术(图11)。GaN基板主要有两大效果。一是(3)通过为LED芯片加载大电流密度，大幅提高亮度。二是(4)确保高显色指数，实现眩光少、保护眼睛的光。

　　之所以能利用GaN on GaN技术大幅提高亮度，是因为GaN基板与GaN晶体的晶格常数基本一致，GaN晶体中的线缺陷非常少。这种情况下，即使提高电流密度，发光效率的降幅也很小。

　　开发GaN基板的日本碍子已开始生产线缺陷密度为106个/cm2的4英寸(100mm)晶圆。这一密度还不到在蓝宝石基板上采用GaN时的1/100。据日本碍子研究开发本部晶圆项目部长吉野隆史介绍，“在实验室已经实现105个/cm2。预计在不久的将来可实现104个/cm2”注3)。

　　注3)不过，并不是说线缺陷密度越低，就越能维持发光效率。“即使线缺陷减少，还有点缺陷，因此将线缺陷密度降到1×107个/cm2以下并没有多大意义”(名古屋大学的天野)。

　　2mm见方芯片实现大光通量

　　采用GaN on GaN技术量产LED的少数厂商之一——美国Soraa公司*公布了10A/mm2这一数据，也就是说，即使以普通LED几十倍的电流密度驱动，外部量子效率也在约55%以上(图11)。

　　*Soraa=采用GaN on GaN技术从事LED芯片、LED封装和LED照明器具业务的厂商。由美国加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)的三名教授于2008年创建。这三名创始人中有一人是原来在日亚化学工业工作的中村修二。

　　这相当于能在约2mm见方的LED芯片上实现西铁城电子利用发光部直径为38.2mm的大型COB实现的2万3549lm的光通量注4)。此时的发光效率推测高达160lm/W以上。不过，如何散热是个问题。

　　注4)这是根据外部量子效率推测的、实现白色发光时的发光效率。因为Soraa的LED为紫色LED，无法直接定义有效发光效率。

　　日本碍子也与名古屋大学共同试制了采用该公司GaN晶圆的蓝色LED，电流密度约为2A/mm2时，内部量子效率高达约90%。绿色LED也高达60%。

　　该用途存在的课题也是实现超高亮度时的散热问题。由于发光面积较小，热量会集中在这个面积上。

　　强调光线“比白色还白”

　　最近，GaN on GaN技术受到关注的不是单纯的高亮度，而是白色LED要求的(4)的要素，即在高亮度下显色指数也很高、容易制作眩光少的LED。

　　这是因为，GaN on GaN技术适合制作用于实现高显色指数白色的紫色LED。利用GaN on GaN技术比利用蓝宝石基板更容易制作减少了GaN晶体中In用量的紫色LED。Soraa公司的LED也是紫色LED。

　　紫色LED的发光中心波长约为410nm，光的能量比蓝色光稍高。与荧光灯使用的荧光材料组合，可制作显色指数与荧光灯一样高的照明器具。例如，Soraa公司的高顶天花板用高亮度LED灯的显色指数(CRI)为95，相对于深红色的显色指数指标R9也是95，都非常高。关于白色，Soraa公司CTO Mike Krames强调称，“与以往的白色LED相比，白色更白了”。

　　受现有LED降价影响

　　GaN on GaN技术在(3)和(4)两种用途存在的共同课题是成本竞争力低。与GaN on Si技术的高成本竞争力正好相反。因为GaN基板价格非常高，目前无望大幅降价。不过，GaN基板的价格与科锐公司采用的SiC基板没差太多。最大的问题在于，在即将实用化之际，与其竞争的现有白色LED迅速降价。

　　研发GaN on GaN技术的日本厂商很多。例如松下、三菱化学、住友电气工业等。但实现量产的例子很少。还有的厂商对GaN on GaN技术表示怀疑，“新技术需要具备现有LED所没有的高附加值，但GaN on GaN技术能提供这种附加值吗”(日本碍子)。

　　抑制LED芯片的直接光

　　在大幅提高LED性能的技术中，作为(4)提高显色指数，降低眩光的方法，可以选择新开发荧光材料。小糸制作所、名古屋大学和东京工业大学通过自主开发黄色发光体，为(4)的实现做出了贡献(图12)。

　　小糸制作所开发的是含钙(Ca)等的Cl_MS荧光材料。芯片采用紫色LED，组合Cl_MS荧光材料与荧光灯使用的蓝色荧光材料制作而成。

　　眩光与原来的白色LED的构成密切相关。与芯片的蓝色发光和黄色荧光材料的发光中，蓝色光直接进入眼睛有关系。而且蓝色光难以从LED封装的周围透出来，因此封装的周围会变成黄色，造成颜色不均。

　　此次用两种荧光材料将紫色LED发出的光一次全部吸收，仅荧光材料发的光会透到外面。这样就基本消除了眩光和颜色不均现象。现在已经开发出LED灯泡、直管型LED灯以及NHK的电视剧拍摄用照明器具等。小糸制作所研究所主管大长久芳称，“听说拍摄现场对不刺眼的光评价很高”。