Нитридные светодиоды подешевеют

Светодиоды (LEDs — light-emitting diodes) в 4 раза более эффективны, чем обычные лампы накаливания, и экологически более безопасны в сравнении с компактными флуоресцентными лампами, содержащими токсичную ртуть. Кроме того, они дольше живут (по оценкам, более 15 лет). Однако их широкому распространению препятствует сегодняшняя высокая стоимость – почти в 20 раз дороже ламп накаливания (100 долл. за 10-Вт светодиод, по светимости, однако, равноценный 60-Вт лампе накаливания). Своей высокой стоимости нитридгаллиевые светодиоды во многом обязаны дорогой сапфировой подложке, к тому же требующей введения в конструкцию дополнительных элементов – зеркал для собирания отраженного света.

Исследователи Purdue University (штат Индиана, США) нарушили сложившуюся традицию, использовав для формирования GaN-светодиода кремниевые подложки, покрытые хорошо отражающим эпитаксиальным слоем нитрида циркония. Нитрид циркония химически взаимодействует с кремнием, изменяя его свойства. Исследователи решили проблему, предварительно осадив на кремний барьерный слой стабильного нитрида алюминия. Эпитаксиальный слой ZrN обеспечивает омический контакт к слою GaN n-типа и служит орошим рефлектром для отраженного света, в то время как слой AlN выполняет три функции – барьер, препятствующий взаимодействию с кремнием, хороший проводник тепла и электрический изолятор. Для осаждения обоих слоев использован метод реактивного распыления. Работа опубликована в журнале Appl.Phys.Lett., 2008, v.93, p. 023109.

Кремниевые подложки массово выпускаются значительно больших размеров (диаметром до 300 мм) в сравнении с сапфировыми, что позволит значительно увеличить выход светодиодов в одном процессе и таким образом снизить их стоимость. Кроме того, кремний лучше рассеивает тепло, чем сапфир, что увеличит надежность работы светодиодов.

Массовый переход в домашнем освещении на светодиоды приведет к значительной экономии электроэнергии. Так, на освещение затрачивается почти пятая часть всей электрической мощности, потребляемой в США. Известно, что лампы накаливания – это, скорее, нагреватель, чем излучатель света. Они преобразуют в свет только 10% потребляемого электричества, 90% уходит на их нагревание. Для сравнения, белые светодиоды имеют эффективность от 47 до 64%. По некоторым оценкам, светодиоды займут рынок освещения в течение 5—10 лет, а лампы накаливания переселятся на полки музейных хранилищ.

Светотехника