L’
industria dell’illuminazione
allo stato solido è costan-
temente alla ricerca di in-
novazioni ed espedienti che
permettano di ridurre i co-
sti di produzione e la com-
plessità delle apparecchia-
ture a LED. Attualmente la
tecnologia più diffusa tra i
dispositivi emettitori di luce
per illuminotecnica è quel-
la in nitruro di gallio (GaN)
su substrato in zaffiro (una
forma cristallina dell’ossido
di alluminio, Al
2
O
3
). In una
lampada, però, oltre ai LED
sono necessari svariati altri
componenti, come conden-
satori, induttori e transistor
di potenza che vanno a for-
mare convertitori AC-DC per
l’alimentazione e modulatori
PWM per la regolazione del-
la luminosità. L’integrazione
di questi componenti sul-
lo stesso die o la loro ag-
giunta come parti esterne
comporta un aumento della
complessità dei wafer e un
assemblaggio lungo e non
completamente automatiz-
zabile che si riflettono sul
costo finale e sulle presta-
zioni.
In passato sono state pro-
poste diverse soluzioni per
l’integrazione monolitica dei
LED e dei relativi transistor
di pilotaggio: negli anni ‘80 e
‘90 hanno riguardato LED e
Mesfet in arseniuro di gallio;
nel 2007 LED in AlGaInP e
transistor Cmos in silicio su
wafer di SiGe; nel 2009 è
toccato ai LED in arseniuro
di gallio e ai Cmos in sili-
cio con tecnica flip-chip. Un
significativo passo avanti
nell’integrazione monoliti-
ca tutta in GaN è stato fat-
to quest’anno dai ricercatori
dello
del
.
Nell’articolo
” pubblicato sul numero 21
del volume 102 di
, Paul Cho e
Zhonda Li hanno dimostrato
la compatibilità dei processi
produttivi di LED e HEMT
(High Electron Mobility Tran-
sistor) con nitruri del terzo
gruppo.
Il gruppo di ricerca diretto
da Chow aveva preceden-
temente illustrato, in una
serie di articoli pubblicati
nel 2012, tre diverse tecni-
che per integrare sul mede-
simo chip un diodo e transi-
stor in nitruro di gallio: rimo-
zione epitassiale selettiva
(SER), crescita selettiva di
aree (SAG) e integrazione
3D. Per la realizzazione del
prototipo illustrato nell’arti-
colo apparso su APL è sta-
ta utilizzata la metodologia
SER.
I ricercatori di Rensselaer
sono partiti da un wafer in
zaffiro con epitassia HEMT
fornito da un produttore
esterno e su questo hanno
realizzato, con una tecnica
epitassiale metallo-organica
in fase di vapore (MOVPE)
la struttura del LED. L’espo-
sizione delle aree da con-
nettere, la realizzazione di
trincee di isolamento, la de-
posizione degli strati isolanti
e dielettrici e della metalliz-
zazione che ha completato
la struttura monolitica hanno
richiesto tutta una serie di
passi con tecniche più o me-
no elaborate.
Secondo Chow, l’eliminazio-
ne del Mosfet esterno è solo
il primo passo: le tecniche
utilizzate possono infatti es-
sere impiegate per integrare
anche il circuito di pilotaggio
e il convertitore di potenza.
In teoria è possibile integra-
re direttamente anche sen-
sori e funzioni complesse di
elaborazione e di rete, an-
che se per questioni di costi
le funzionalità più comples-
se saranno verosimilmente
appannaggio della ben con-
solidata tecnologia Cmos.
Con l’integrazione di LED
e transistor di potenza sul-
lo stesso chip in nitruro di
gallio si apriprebbe l’era dei
circuiti integrati di potenza
ad emissione di luce (o LE-
PIC, Light-Emitting Power
Integrated Circuits), le cui
applicazioni si estendono al
di là dell’illuminazione allo
stato solido.
EON
ews
n.
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-
settembre
2013
3
M
assimo
G
iussani
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L’integrazione di LED e transistor
di potenza sullo stesso chip in nitruro
di gallio amplia le prospettive dei circuiti
integrati di potenza a emissione di luce
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Illuminazione LED:
verso il LEPIC
Fonte:
Applied
Physics Letters
