Целый ряд компаний заявляет о внедрении процесса выращивания светодиодов на кремниевых подложках вместо сапфировых с особо низким количеством ростовых дефектов (дислокаций).
По оценкам, это может снизить стоимость светодиодов на 75%.
На смену дорогим сапфировым подложкам, используемым при газофазной эпитаксии, может прийти кремний. Проблема с этим материалом была в том, что после осаждения нитридов галлия на подложку они могут потрескаться при охлаждении, поскольку коэффициент термического расширения у нитридов галлия и кремния разный. Чтобы бороться с этим, калифорнийский стартап Bridgelux разработал в прошлом году технологию, не позволяющую нитриду галлия свободно расширяться со скоростями больше, чем у кремния. Тогда было заявлено об эффективности получаемых таким образом светодиодов в 1,5 мм диаметром в 135 люмен на ватт мощности (при напряжении 2,9 В и силе тока в 350 мА) при цветовой температуре в 4 730 К. Впрочем, вскоре выяснилось, что и у Bridgelux пока не получается поточно производить такие светодиоды в силу необходимости серьёзно проработать новый производственный процесс...
А теперь небезызвестная каждому автолюбителю OSRAM («дочка» Siemens) заявила, что в ближайшие пару лет начинает производство диодов на аналогичных технологиях. КПД новых диодов немецкого производителя достигло 58% при 127 люменах на ватт мощности, что весьма близко к лучшим образцам на сапфировой подложке. Светодиод белый (то есть использует люминесцент), выращивается на 15-сантиметровой подложке, что пока недостижимо для массовых сапфировых подложек. Напомним: чем больше площадь подложки, тем больше светодиодов можно получить за один цикл эпитаксии. Чтобы решить проблему разного теплового расширения нитрида галлия и кремния, немцы выращивают дополнительную плёнку из алюминия и нитрида галлия вокруг нитрида галлия, на базе которого делается светодиод, что позволяет снизить колебания линейных размеров в период охлаждения.
Кроме OSRAM, о намерении начать производство светодиодов на новой основе заявили китайская Lattice Power, Toshiba (за счёт объединения усилий с упомянутой выше Bridgelux) и британская Plessey Semiconductors, которая обещает сделать это в конце текущего года. Технологии последней компании, кстати, были разработаны при тесном сотрудничестве с Кембриджским университетом — точнее, со специализированной фирмой при нём под названием CamGaN. Впрочем, поправимся: Lattice Power уже заявила о переходе на новую технологию, но безуспешность наших попыток найти у неё лампы такого типа не позволяет уверенно подтвердить это известие. О намерении освоить новый техпроцесс говорят также Philips и Samsung, но подробностей по ним пока мало.
Что это значит на практике? Нам обещают, что светодиодный аналог 75-ваттной лампы будет стоить не 40 долл., а 5 долл. (данные Bridgelux). Хотя такие оценки кажутся другим участникам рынка преувеличенными (консенсус находится в районе 75-процентного падения цен при массовом производстве), нечего и говорить, что при реализации даже столь умеренных обещаний цена светодиодных ламп сравняется с люминесцентными, примерно вдвое уступающими им по КПД и в несколько раз — по длительности работы. После этого отпадёт нужда даже в плохо продуманных законах об ограничении продаж ламп накаливания, кои станут значительно дороже светодиодных применительно к часу рабочего ресурса.
Кстати, это тот редкий случай, когда новость о высокотехнологичном производстве может затронуть интересы отечественного производителя. Напомним: российская компания «Оптоган», ориентированная в основном на внутренний рынок, пока не имеет готовых к производству образцов светодиодов со сходными ценовыми характеристиками и отдачей в районе 130 люмен на ватт. Хотя её руководство полагает, что используемые ею технологии — коммерческая тайна, ни для кого не секрет, что подложки применяются сапфировые. А это значит, что в ближайшие годы «Оптоган» будет вынужден экстренно перестраивать производство.
Думаете, кремниевый подход к замене сапфировой подложки — единственно возможный? Как заявляет калифорнийский стартап Soraa, он использует галлий-нитридные субстраты подложек для выращивания на них галлий-нитридов, что позволяет получать практически бездефектные светодиоды. Да, выходит существенно дороже, чем с кремнием, но, по словами представителей компании, и яркость у новых светодиодов в десять раз выше, что перекрывает рост расходов на подложку. Правда, шансы сторонников кремния кажутся выше просто потому, что технология давно отработана, да и мощностей такого рода по всему миру очень много.