LED auf Silizium können Herstellung verbilligen

Forschern der Siemens-Tochter Osram Opto Semiconductors ist es erstmalig gelungen, Gallium-Nitrid-LED-Chips auf Siliziumträgern statt auf teuren Saphirsubstraten herzustellen.

Silizium ist als Standardmaterial der Halbleiterindustrie eine kostengünstige Alternative und zudem ausreichend verfügbar. Durch diese Entwicklungsarbeit leistet Osram einen wesentlichen Beitrag, LED-Komponenten bei gleichbleibender Qualität und Leistung künftig kostengünstiger herstellen zu können.

LED sind eine effiziente und vor allem energiesparende Alternative zur herkömmlichen Raumbeleuchtung. Bislang ist jedoch ihre Herstellung noch teurer als herkömmliche Beleuchtung, so dass sie sich bei der Alltagsbeleuchtung bisher nicht breit durchsetzen konnten.

Durch das neue Verfahren wird es möglich, großflächige Siliziumscheiben für die LED-Herstellung zu verwenden, was den Herstellungsprozess deutlich effizienter werden lässt. Osram gelingt es schon jetzt, die Hochleistungs- LED-Chips auf einer 150-Millimeter-Scheibe – dies entspricht sechs Zoll – zu fertigen.

Daraus können theoretisch 17.000 LED-Chips mit einer Chipgröße von einem Quadratmillimeter hergestellt werden. Die Forscher arbeiten bereits daran, den Herstellungsprozess für acht Zoll große Scheiben umzusetzen, um die Anzahl der Chips pro Substrat zu erhöhen und damit die Herstellungskosten weiter zu reduzieren. Erste kommerziell erhältliche LED-Produkte mit Chips auf Silizium-Basis werden in etwa zwei Jahren erwartet.

Die neuen Dünnfilm-basierten LED-Chips befinden sich im Pilotstatus und werden unter realen Bedingungen getestet. Die Prototypen blauer und weißer LED auf Silizium-Basis zeigen Leistungswerte, die den heute verfügbaren LED ebenbürtig sind .So liefert der blaue, einen Quadratmillimeter große Chip im Standardgehäuse eine Rekordhelligkeit von 634 Milliwatt bei einer Spannung von 3,15 Volt, was einer Leistungseffizienz von 58 Prozent entspricht. Das sind herausragende Werte für Chips dieser Größe bei einem Strom von 350 Milliampere.

Grundlage für die Entwicklung der neuen Fertigungstechnologien sind die Spezialkenntnisse bei Osram Opto Semiconductors zum künstlichen Kristallwachstum. Der Durchbruch liegt vor allem in einem besonderen Epitaxieverfahren, das es ermöglicht, besonders stabile Schichten abzuscheiden, ohne dass die bei Silizium häufig auftretenden Risse entstehen. Gleichzeitig sind diese Schichten in Bezug auf Helligkeit und Stabilität mit Saphir vergleichbar. (IN 2012.05.3)