"September/2018: IKZ leitet Initiative zur Entwicklung von UV-Leuchtdioden"

Am 1. September startete ein neues Verbundprojekt, das im Rahmen des BMBF-Konsortiums „Advanced UV for Life“ gefördert und vom IKZ koordiniert wird. In den nächsten drei Jahren wird die Themengruppe „Aluminiumnitrid“ am IKZ mit ihren Partnern die Wertschöpfungskette aufbauen und entwickeln, um die kommerzielle Fertigung von UV-Leuchtdioden (UV-LEDs) mit ultrakurzen Wellenlängen um 230 nm auf AlN-Substraten zu ermöglichen. Solche Bauelemente sind für neue Anwendungen in der Gas- und biochemischen Sensorik, Medizin- und Umwelttechnik, Wasser-, Oberflächen- und Luftdesinfektion wichtig, aber noch nicht auf dem Markt verfügbar.

 

Die Entwicklung von UV-LEDs mit einer Wellenlänge im Bereich 265-310 nm steht im Mittelpunkt der derzeitigen Aktivitäten in "Advanced UV for Life". Dank der erfolgreich eingesetzten Technologie der Epitaxie von AlGaN-Schichten auf Saphirsubstraten stehen solche Bauelementen kurz vor der Markteinführung. Im Gegensatz dazu benötigen Bauelemente mit einer Wellenlänge unter 245 nm AlGaN-Schichten mit einem Al-Gehalt über 80%. Für diese Schichten sind Saphirsubstrate nicht mehr geeignet, und es sollten native, defektarme AlN-Substrate verwendet werden.

 

Als Element ganz am Beginn der Wertschöpfungskette entwickelt die Forschungsgruppe "Aluminiumnitrid" des IKZ die Züchtungstechnologie zur Herstellung von AlN-Substraten mittels physikalischem Gasphasentransport (PVT). Im aktuellen Vorhaben werden AlN-Substrate mit einer spezifizierten, geringen Defektdichte sowie einem industriell verwendbaren Substratdurchmesser von mindestens 25 mm benötigt. Zudem müssen die Substrate bei der Anwendungswellenlänge optisch transparent sein, um eine effiziente Extraktion der in den aktiven Schichten erzeugten Photonen zu ermöglichen. Für die geplante industrielle Herstellung von AlN-Substraten ist darüber hinaus entscheidend, die Reproduzierbarkeit und Ausbeute in der AlN-Kristallzüchtung zu erhöhen.

 

Zusätzlich zur Herstellung defektarmer AlN-Kristalle enthält der gemeinsame Arbeitsplan des IKZ und seiner Partner – Ferdinand-Braun-Institut (FBH), AG Nanophotonik (Prof. Kneissl) an der Technischen Universität Berlin sowie die Firmen Freiberger Compound Materials und CrysTec – die Konfektionierung in epitaxietaugliche Wafer, die Epitaxie pseudomorph verspannter Schichtsysteme und die Entwicklung der spezifischen Bauelementtechnologie (siehe die Abbildung)

AlN230 Eng

Wertschöpfungskette im Verbundprojekt „AlN-230nm“. (Foto: IKZ; C. Kuhn (TU Berlin))

 

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