Eclairage semi-conducteurs : percée dans la technologie GaN

S’appuyant sur sa technologie de couche tampon, l’entreprise a réussi à faire croître des couches GaN sur des tranches de silicium de 200 mm (8 inch) sans fissure et sans déformation à température ambiante.

Bridgelux affiche ainsi des niveaux de performance des LED comparables aux LED modernes d’aujourd’hui basées sur du saphir. La société enregistre pour les LED blanc froid une performance de 160 Lm/W à une température de couleur corrélée de 4350K et les LED blanc chaud produites à partir de GaN sur des puces Si présentent quant à elles une performance de 125 Lm/W à une température de couleur de 2940K et un CRI de 80.

Les LED conventionnelles sont fabriquées avec des substrats en saphir ou en carbure de silicium qui forment la matière première. Ces deux matériaux sont plus coûteux que le silicium. Les coûts de production ont de ce fait freiné l’adoption de l’éclairage à LED dans les foyers et les bâtiments commerciaux. En revanche, faire croître du GaN sur des tranches de silicium plus grandes et à bas coût, compatibles avec la fabrication moderne des semi-conducteurs, permet de réduire les coûts de 75% en comparaison avec les approches actuelles.

Grâce à ce nouveau processus technologique, il sera enfin possible de diminuer le coût de production des LED et de concurrencer efficacement la technologie d’éclairage blanc conventionnelle.

« Les niveaux de performance annoncés aujourd’hui sont les plus grandes valeurs Lm/W jamais publiées pour le GaN sur Si et rivalisent avec les meilleures LED commerciales développées sur du saphir ou du carbure de silicium (SiC) », souligne Dr. Steve Lester, Chief Technology Officer de Bridgelux . « Si nous avons pu réaliser cette performance, c’est grâce à l’équipe internationale Bridgelux, formée de scientifiques en matériaux et d’ingénieurs-concepteurs de circuits, qui a axé ses efforts sur le développement d’un processus épitaxial avancé. Nous sommes très satisfaits de l’évolution de nos progrès dans ce domaine et comptons maintenir cette stratégie offensive de développement des processus GaN sur Si afin de favoriser la transition des substrats en saphir vers des substrats en silicium pour la production commerciale des LED. D’après nos prévisions, nous devrions proposer nos premiers produits GaN sur Si sur le marché d’ici les deux prochaines années »


Explication pour les spécialistes :

Le coefficient de dilatation thermique du GaN est nettement plus élevé que celui du silicium. Ce décalage est susceptible de provoquer une fissuration des couches épitaxiales ou une déformation des tranches pendant la croissance épitaxiale ou à température ambiante. Le processus propriétaire de couche tampon de Bridgelux assure néanmoins des tranches sans fissure qui restent plates à température ambiante.

Les LED bleues encapsulées d’1,5mm émettent 591mW avec une efficacité de la prise murale de 59% à 350mA, des valeurs qui dépassent tous les résultats déjà publiés. Les LED présentent des tensions directes très basses, 2,85V à 350mA. Elles sont donc idéales pour les densités de courant élevées. Avec un courant d’attaque de 1 amp, les LED émettent 1,52 watts de puissance avec une tension directe de 3,21V, ce qui représente une efficacité de la prise murale de 47%. Une uniformité de la longueur d’onde de 6.8nm sigma a par ailleurs pu être démontrée pour des tranches de LED de 200 mm (8 inch) avec une longueur d’onde médiane de 455nm.

« Cette nouvelle percée technologique est le résultat direct de l’investissement permanent de Bridgelux dans la recherche et le développement et des efforts employés pour répondre aux besoins du marché de l’éclairage à semi-conducteurs », explique Bill Watkins, CEO de Bridgelux. « Cette innovation majeure révolutionne le marché, car elle permet de réduire considérablement les investissements de départ requis pour l’éclairage à semi-conducteurs et donc d’améliorer de manière conséquente le taux d’adoption de la technologie sur le marché.»

Bridgelux, qui gère un modèle de développement « asset-light », occupe une position idéale qui lui permettra de profiter de la transition vers les substrats de silicium.