Светодиоды нового поколения GaN-on-Si от Plessey

Конечно, утверждения о 15‑летнем ресурсе и энергоэффективности светодиодных ламп вызывают интерес. Такие лампы значительно превышают по этим показателям как люминесцентные лампы, так и лампы накаливания. Но, как показывает практика, большинство потребителей еще не готово приобретать светодиодные лампы по нынешней цене, они ждут, пока цена не упадет до эквивалента $10 или ниже.

Цены на лампы начнут падать, только когда светодиодные чипы станут дешевле. Согласно «маршрутным картам» производителей светодиодных ламп, на сегодня стоимость комплекта светодиодов составляет больше половины от общей стоимости производства светодиодной лампы.

Одним из наиболее перспективных вариантов для уменьшения расходов на светодиодное производство является переход на подложки из кремния, которые заменят дорогие сапфировые и карбид-кремниевые подложки. Кремниевая подложка не только дешевле, но и позволяет работать на линиях, которые были установлены много лет назад для создания приборов на основе кремния. Так что есть возможность создавать светодиодное производство с минимальными затратами или наладить его по конкурентным ценам.

Экономия, связанная с созданием светодиодов на кремнии, очевидна, и некоторые компании подтверждают свои намерения разработать такую технологию для получения дешевых светодиодов.

Но, как известно, высококачественный рост излучающих структур на кремнии — это сложный и трудоемкий процесс, и сложность, в первую очередь, связана с напряжениями и деформациями в пластине, которые приводят к ее изгибу. Но эти проблемы не являются непреодолимыми.

Так, британская компания Plessey Semiconductors Ltd., основанная как производитель интегральных микросхем в 1957 году, после череды слияний и поглощений стала известна как фирма, которая является производителем полного цикла с собственным центром разработок и современной производственной базой, позволяющей выпускать компоненты по технологии КМОП 0,35 мкм. Plessey производит как ИМС общего назначения, датчики, так и высокотехнологичные инновационные светодиоды, применяемые в различных областях: это освещение офисных помещений, декоративное освещение, индикация, подсветка приборных панелей и др.

Plessey занялась выпуском светодиодов благодаря приобретению компании CamGaN, отделившейся от Центра изучения GaN-on-Si при Кембриджском университете. В дальнейшем это позволило компании Plessey коммерциализировать производство GaN-светодиодов на 6‑дюймовых кремниевых подложках. По заявлению руководства Plessey, эта технология поставит ее в ряд первых компаний, которым удастся успешно освоить коммерческое производство мощных GaN-on-Si светодиодов по стандарту 6‑дюймовых подложек.

Хотя Plessey не имеет опыта в светодиодном производстве, но ее руководство твердо убеждено, что компания имеет конкурентоспособную технологию.

Прежде чем приступить к выпуску осветительных светодиодов, Plessey начала производство индикаторных светодиодов первого поколения линейки MAGIC, низкая цена которых нивелирует не самый высокий коэффициент полезного действия. Эти светодиоды излучают 2 лм при токе 20 мА. Они заключены в корпус PLCC‑2 размером 3,5×2,7 мм.

По сути, стоимость таких светодиодов примерно на 80% ниже стоимости карбидкремниевых светодиодов.

Эффективность сигнальных светодиодов со световым потоком 2 лм составляет 32 лм/Вт, что немного по сравнению с осветительными светодиодами нижней категории других компаний.

По словам доктора Кейта Стрикленда (Keith Strickland), главного инженера Plessey, его компания сделала большой шаг, усовершенствовав запатентованную технологию MAGIC и выпустив на рынок изделия на ее основе. Эта технология обеспечит более высокую эффективность излучения по сравнению со светодиодами на основе сапфира, что задает новую планку по соотношению лм/$. Светодиодные изделия на основе технологии MAGIC имеют ценовое преимущество над сапфировыми аналогами, поскольку выпускаются на основе 6‑дюймового автоматизированного кремниевого процесса с высоким выходом годных.

«Когда мы достигнем эффективности 60 лм/Вт, мы представим нашу первую осветительную продукцию», — заявил Кейт Стрикленд.

Однако компания действует верно, так как это первое производство светодиодов «нитрид галлия на кремнии», и Plessey, никогда не выпускавшая светодиодов, прошла путь к производству по новейшей технологии за 15 месяцев.

В ноябре 2013 года компания Plessey анонсировала светодиоды PLW114050 и PLB114050 средней мощности следующего поколения, изготовленные по технологии GaN-on-Si. Новое семейство источников света мощностью 0,2 Вт излучает до 12,3 лм светового потока с кристалла, что в два раза выше, чем у светодиодов первого поколения MAGIC, выполненных по технологии GaN-on-Si и выпущенных в феврале 2013 года. Эффективность новых светодиодов составляет 61 лм/Вт.

Цветовая температура светодиодов PLW114050 и PLB114050, выполненных в корпусе 3020 промышленного стандарта (рисунок), находится в диапазоне 6500–2700 К. Диаграмма пространственного распределения излучения этих светодиодов имеет ламбертово распределение. Прямое напряжение составляет 3,2 В при управляющем токе 60 мА. Эти светодиоды находят широкое применение в различных областях: в декоративном освещении, блоках индикации, системах подсветки приборных панелей и др.

Рисунок. Светодиод PLW114050 в корпусе PLCC типа 3020

В ближайшее время Plessey планирует начать выпуск осветительных светодиодов. По словам Кейта Стрикленда, первый осветительный светодиод, вероятно, будет иметь потребляемую мощность 1 Вт.

Таким образом, доступные и высокоэффективные светодиоды производства Plessey на основе инновационной технологии GaN-on-Si позволят кардинально изменить весь рынок светодиодов.