Neues Verfahren für blaue und weiße Leuchtdioden

Kanagawa (Japan) – Hauchdünne Schichten aus dem Halbleiter Galliumnitrid sind der Schlüssel zu hell strahlenden blauen und weißen Leuchtdioden. Doch für die Produktion dieser möglichst perfekt aufgebauten Kristallfilme sind bislang aufwendige und teure Prozesse nötig. Forscher entwickelten nun ein neues Verfahren, mit dem sich Galliumnitrid-Schichten einfacher und günstiger fertigen lassen könnten. Über ihre Methode, die neben Leuchtdioden auch bessere Bauteile in der Hochfrequenztechnik ermöglichen sollen, berichten sie in der Zeitschrift „Nature“.

Eine extrem glatte und saubere Unterlage aus Saphir bildet bereits beim herkömmlichen Verfahren die notwendige Basis für dünne Galliumnitrid-Schichten. Nur auf diesen künstlich hergestellten Substraten können die kristallinen Halbleiterschichten in der erforderlichen Qualität gezüchtet werden. Schwierig gestaltet sich allerdings bisher das Abtrennen der Galliumnitrid-Schichten mit aufwendigem Lasereinsatz, da Galliumnitrid stabile Bindungen mit dem Saphir-Träger aufbaut. Genau für diesen Arbeitsschritt haben Yasuyuki Kobayashi und seine Kollegen vom NTT Forschungszentrum in Kanagawa in Japan nun eine schnellere Alternative entdeckt.

Die Wissenschaftler bedampften die Saphir-Unterlage zunächst mit einer nur drei millionstel Millimeter dünnen Schicht aus Bornitrid. Auf dieser stapelten sie danach mehrere Lagen aus Galliumnitrid, die teilweise mit den Elementen Aluminium und Indium versetzt wurden. Dieser Stapel entsprach im Prinzip bereits einer blauen Leuchtdiode, musste allerdings noch von dem Saphirträger abgelöst werden. Dank der zuvor aufgebrachten Trennschicht aus Bornitrid ließ sich der gesamte Stapel rein mechanisch ohne Einsatz von Lasern abheben. Der direkte Vergleich dieser Leuchtdiode mit einer herkömmlich gefertigten zeigte, dass so sogar eine bessere Qualität für die stromsparenden Halbleiter-Leuchten erreicht werden können.

In seinen ersten Versuchen gelang es dem Team um Kobayashi, Galliumnitrid-Schichten von bis zu zwei Quadratzentimetern Größe ohne Beschädigungen herzustellen. In weiteren Schritten halten sie auch deutlich großflächigere Schichten für möglich. Dadurch könnten nicht nur die Produktionskosten für intensiv strahlende blaue und weiße Leuchtdioden sinken. Auch für die Entwicklung von neuen Bauteilen für den Einsatz in der Hochfrequenztechnik sind möglichst großflächige Galliumnitrid-Schichten sehr interessant.