Erste Gallium-Nitrid-LED-Chips auf Silizium im Pilotstatus
Forschern von Osram Opto Semiconductors ist es gelungen, leistungsfähige Prototypen blauer und weißer LEDs ohne Saphir-Substrate herzustellen.
Die neuen LED-Chips, bei denen die lichtemittierenden Gallium-Nitrid-Schichten (GaN) auf Silizium-Scheiben mit 150 Millimeter Durchmesser wachsen, die ohne Qualitätsverlust bisher übliche Saphir-Substrate ersetzen, durchlaufen derzeit Tests unter realen Bedingungen und könnten in den nächsten zwei Jahren auf den Markt kommen. „Unsere Investitionen in jahrelange Forschung zahlen sich aus, denn es ist uns gelungen, die Qualität der Gallium-Nitrid-Schichten auf den Silizium-Substraten so zu optimieren, dass Effizienz und Helligkeit inzwischen marktfähige Werte erreicht haben“, sagt Peter Stauss, Projektleiter bei Osram Opto Semiconductors.
Abb.: Das Prozessschema zeigt die Entstehung eines UX:3-Chips auf Silizium-Wafermaterial. (Bild: Osram OS)
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF fördert die Aktivitäten im Rahmen des Projektverbundes „GaNonSi“. Diese Entwicklung ist aus mehreren Gründen richtungsweisend: Silizium ist aufgrund seiner Verbreitung in der Halbleiterindustrie, der Verfügbarkeit großer Scheibendurchmesser und seiner sehr guten thermischen Eigenschaften eine attraktive und kostengünstige Option für die Lichtmärkte der Zukunft.
Qualität und Leistungsdaten der gefertigten LED-Silizium-Chips stehen der von Saphir-basierenden Chips nicht nach: Die blauen UX:3 Chips im Standard-Gehäuse erreichen eine Rekordhelligkeit von 634 mW bei einer Spannung von 3,15 Volt. Das entspricht einer Leistungseffizienz von 58 Prozent – das sind herausragende Werte für 1 mm²-Chips bei 350 mA. In Kombination mit einem konventionellen Phosphorkonverter – also als weiße LED – entsprechen diese Prototypen 140 lm bei 350 mA mit einer Effizienz von 127 lm/W bei 4500 K. „Damit sie sich flächendeckend in der Beleuchtung durchsetzen, müssen LED-Komponenten einfach noch deutlich günstiger werden und das bei gleich bleibend hoher Qualität und Leistung“, betont Stauss.
Schon auf einer 150-Millimeter-Scheibe ist es rein rechnerisch möglich, mehr als 17.000 LED-Chips bei einer Chipgröße von einem Quadratmillimeter herzustellen. Noch größere Siliziumwafer können die Produktivität weiter steigern, erste Strukturen auf 200-Millimeter-Substraten haben die Forscher bereits demonstriert.
Osram OS / OD
