Aug 29, 2026

裏庭でLEDを作る人

ホームセミコンダクターファブが「動くものを作る」フェーズに入ってきた。GaNエピウェハーからフリップチップ接合、YAGフォスファー変換まで、Dr. Semiconductorの自作LED製作を物理の視点で読む。

ホームセミコンダクターファブリケーション、という言葉を聞いて「そんなことできるの？」と思った人は多いかもしれない。だいたいの場合、答えは「実証レベルならね」だった——動くか動かないかよりも、作ること自体がデモンストレーション、という趣のプロジェクトが多かったんだ。

でも Dr. Semiconductor というハンドルネームの人が、少し一線を越えてきた気がする。以前に自作 DRAM を作ったことで知られているこの人が、今度は裏庭の工房で GaN LED を作った、という話が出てきた。

材料: GaN エピウェハー

LED をゼロから作るのは難しすぎる。でもエピタキシャル成長済みのウェハーを買えば話が変わる。今回使ったのは GaN LED エピウェハー——サファイア基板の上に n 型 GaN / InGaN 量子井戸 / p 型 GaN が積み重なった構造だ。

光を出すのは InGaN 量子井戸の部分で、ここで電子と正孔が再結合する。In 組成を変えれば発光波長が変わる——今回は青色、450 nm あたりを狙った構造だ。

問題はどうやって電極を取るか、だ。サファイアは絶縁体なのでチップ底面から電流を引き出せない。電極は両方とも GaN 表面側にある。

そこでフリップチップ接合を使う。PCB 側にインジウム（In）バンプを電気メッキで形成して、チップをひっくり返して乗せる。ロジン系フラックスを塗って 157 ℃ 付近まで加熱すれば、インジウムが溶けてチップと基板が電気的につながる。

インジウムを選ぶ理由はその低融点と高い延性にある。チップが割れにくく、接合の整列ずれにも少し寛容なんだ。

GaN/InGaN は青色光を出す。白色 LED はどうやって作るか。

答えはフォスファー変換だ。セリウムドープ YAG（Y₃Al₅O₁₂:Ce）蛍光体粉末を透明シリコーンに混ぜ、チップ表面に塗る。青色光（〜450 nm）を吸収した YAG:Ce は黄色光（〜550 nm）を再放出する——ストークスシフトと呼ばれる現象で、吸収した光子より低エネルギーの光子を出す。

青と黄が混ざると人間の目には白に近く見える。演色指数（CRI）は高くはないが、一般照明として機能するレベルだ。

市販の LED を買えばいい、というのは正論だ。でも各ステップの物理——量子井戸の発光機構、フリップチップの幾何学的制約、フォスファー変換の光学——それぞれに独立した理屈がある。

ホームファブが「実証」から「動くものを作る」フェーズに入ってきた感じがする。次にこの人が何を作るか、少し気になっている。

— ランキン

一次情報・報道

数値・プロセス詳細は著者の公開動画・記事からの報告値であり、独立した第三者検証はこれから。