El precio ha sido una barrera muy importante para el consumidor a la hora de comprar bombillas LED de gran eficiencia energética. Aunque duran mucho más que las bombillas incandescentes de un dólar (unos 80 céntimos de euro) o los fluorescentes compactos de 4 dólares (unos 3 euros), su precio es desalentador: una bombilla LED equivalente a una bombilla de 60 vatios cuesta de 15 a 25 dólares (de unos 12 a unos 20 euros).

Ahora, uno de los mayores fabricantes de LED del mundo, Osram Opto Semiconductors, afirma que ha perfeccionado una técnica capaz de reducir significativamente su coste de producción.

Los LED se suelen producir cubriendo LED azules de nitruro de galio con fósforo amarillo. Los fabricantes suelen hacer crecer el nitruro de galio en finas capas sobre costosos sustratos de zafiro. Por el contrario, Osram está fabricando sobre sustratos de silicio, que cuestan una tercera parte de lo que cuestan los de zafiro y podrían ser aún más baratos, puesto que se fabrican en piezas más grandes.

La empresa afirma que sus LED blancos con base de silicio producen 127 lúmenes por cada vatio de potencia, con una eficiencia energética del 58 por ciento, comparable a la de los LED de última tecnología cultivados sobre zafiro que se comercializan en la actualidad. Peter Stauss, director de proyectos en Osram afirma que los investigadores están probando y optimizando estos aparatos y esperan empezar a venderlos de aquí a dos o tres años.

Osram se une así a otras compañías implicadas en la carrera por comercializar LED más baratos de nitruro de galio sobre silicio. Lattice Power, una empresa China, afirma haber comenzado ya con la producción comercial usando esta misma técnica. El mes pasado, la start-up de California (EE.UU.) Bridgelux anunció que se ha asociado con Toshiba para fabricar LED sobre silicio. A su vez, Plessey Semiconductors con sede en el Reino Unido, planea producir LED de nitruro de galio sobre silicio a finales de este año usando tecnología adquirida a CamGaN,  una empresa con origen en la Universidad de Cambridge (Reino Unido). Se afirma que Phillips y Samsung también exploran este método.

Osram no ha explicado cómo de baratos serán los nuevos LED, pero tanto Bridgelux como Plessey afirman que el método con silicio podría reducir sus costes de fabricación en un 75 por ciento o más. Bridgelux también predice que su proceso podría hacer bajar el coste de una bombilla LED equivalente a 75 vatios, que ahora cuesta 40 dólares (unos 32 euros), a menos de 5 dólares (unos 4 euros).

Comparado con el zafiro, es más fácil y barato fabricar obleas de silicio de gran diámetro, lo que reduce el coste. Otro motivo que hace que resulte atractivo pasarse al silicio es que se puede aprovechar maquinaria que ya existe y que se utiliza para fabricar chips de ordenador de silicio. Bridgelux ya ha probado aparatos generados sobre obleas de silicio de 20 centímetros de ancho.

El reto a la hora de cultivar nitruro de galio sobre silicio es que los dos materiales se expanden y se contraen de diferente manera. Los LED se fabrican a altas temperaturas y al enfriarse los materiales, la capa emisora de luz de nitruro de galio se puede rajar por la tensión con la base de silicio que hay debajo. Para resolver este problema, Osram y los demás fabricantes hacen crecer finas películas adicionales de materiales como el nitruro de galio aluminio en torno al nitruro de galio, para equilibrar la tensión que se produce durante el enfriamiento.

Muchos fabricantes de LED están optando por el silicio, pero la start-up de California (EE.UU.) Soraa usa sustratos de nitruro de galio. Según el director tecnológico de Soraa, Michael Krames, esto reduce la diferencia entre la estructura cristalina de las dos capas y da lugar a un material con mil veces menos defectos que el cultivado sobre silicio. Los LED resultantes son más caros que los de base de silicio, pero también son 10 veces más luminosos, lo que compensa el coste extra. “En realidad el rendimiento del LED es lo que dicta el coste global de la bombilla”, afirma Krames. “Además, el sustrato solo representa una pequeña parte del coste total del producto”.

Sin embargo, ahora mismo, según Stauss, la ventaja de coste que presentan los sustratos de silicio es más interesante para los fabricantes de LED. “Los sustratos de nitruro de galio pueden ser una opción cuando sean mucho más baratos, pero ahora mismo usarlos no es una ventaja”, afirma.

Steve Denbaars, profesor de materiales e ingeniería eléctrica informática en la Universidad de California, Santa Barbara (EE.UU.) y cofundador de Soraa cree que tanto el sustrato de nitruro de galio como el de silicio tienen buenas posibilidades de sustituir al zafiro. Afirma que aunque el nitruro de galio presenta algunas ventajas en cuanto a rendimiento, “existe la posibilidad de que el silicio se imponga sobre el zafiro simplemente porque hay muchísimas plantas de producción de silicio en todo el mundo”.