直径2インチの壁を越える困難

垂直ブリッジマン法と引き上げ法の比較

左：「これが単結晶サファイアです」。インゴットを手に干川客員教授。（サファイアインゴット表面は研削加工されているのでスリガラス状）
右：大型化に成功した単結晶サファイア

「結果を数値的に言えば、従来は直径2インチ（約50mm）が主流だった単結晶サファイアを、3インチ（約75mm）で製造できるようにしたということです。さらにごく近い将来に、４インチ、6インチも可能です」干川客員教授は、円柱形の単結晶人工サファイアを手に、話し始めた。

この円柱形の単結晶のインゴット（塊）が、特殊な装置で円板状に薄切りにされ、青色ＬＥＤの基板（ウエハ）になる。
1インチ、2インチの違いを軽く見るなかれ。1枚のウエハは最終的に細分化され多数のＬＥＤ素子になる。ウエハの直径が2～3倍になれば、取れるＬＥＤ素子の数は単純計算で4～9倍。「量産化に道を拓く」と注目される所以だ。
「しかし、この直径を大きくすることが至難の技だったのです」

作るのは単結晶のサファイア。ガラスを溶かして固めるのとはわけが違う。原子が規則性を保って並び、どの部分を取り出しても結晶の軸が同じ方向を向いていなければならない（これを「単結晶」と呼ぶ）。
しかも、ＬＥＤ基板に使用するには、専門用語で「Ｃ軸」と呼ばれる特定の軸方向に成長させた結晶でなければならず、この条件を満たす形で大型化することが難しかった。

干川客員教授らは、従来、「日本が最も得意」と言われてきた「引き上げ法」の限界を見極め、これまでは工業用に使用された例が少なかった「垂直ブリッジマン法」という方法を採用した。そして、試行錯誤の末に、先の条件をクリアする形で、単結晶サファイアの大型化に成功したのである。

発光ダイオードって何だ？

左：青色LEDを使用した信号機
右：大きな可能性を持つ青色ＬＥＤ
（写真提供：サイトキット株式会社）

発光ダイオード（ＬＥＤ）とは、電流が流れた時に発光する半導体素子。特定の物質が、電気のエネルギーを受け取った時に、それを直接光に変換する発光原理。

物質によって発光する光の波長が異なり様々な色の光ができる。赤から緑くらいまでの発光体は、既に30年ほど前から実用化が進んでいるが、青色の発光体は実用性のあるものの発見が遅れ、１９９３年を前後する頃から、窒化ガリウムが定番となり開発が進んでいる。サファイアウエハは、この窒化ガリウムの薄膜を作るのに最適の基板として利用される。

光の三原色は、赤・緑・青で、その合成によって白い光が生まれる。現在はまだ、波長の調整が難しく、この方法よりも、黄色蛍光体に青色の光を当てて白色光を出す方法が主流だが、いずれにせよ、ＬＥＤを照明として使用する際に重要な役割を果たすのが青色ＬＥＤである。