Grünes Licht für bessere Displays

Mit Hilfe der Laserprojektionstechnologie soll es in Zukunft möglich werden, auf Bildschirmen das gesamte Farbspektrum darzustellen, Präsentationen auf beliebige, auch gekrümmte Flächen zu projizieren oder Beamer herzustellen, die bei verbesserter Farbtiefe weniger Energie verbrauchen.

Eine der Voraussetzungen für diese Technologie sind grün emittierende Laserdioden. In einem Projekt am Institut für Halbleiteroptik und Funktionelle Grenzflächen (IHFG) der Universität Stuttgart werden im Rahmen der neu eingerichteten überregionalen Forschergruppe 957 „Polarisations-Feld-Kontrolle in Nitrid-Licht-Emittern (Polarization field control in nitride light emitters)“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) Halbleiterschichten entwickelt und hergestellt, die für solche Dioden geeignet sind.

Bisherige grüne Leuchtdioden, wie sie zum Besipiel in Ampelanlagen eingesetzt werden, erfüllen die für Laserverfahren erforderliche Qualität noch nicht. Dies liegt daran, dass das geeignete Halbleiter-Material, Kristalle auf Gallium-Indium-Nitrid-Basis (GaInN), sich bisher nicht in der notwendigen Perfektion herstellen lässt.

Vor diesem Hintergrund arbeitet die Forschergruppe an Halbleiterschichten mit hohen Anteilen von Indium, einem chemischen Element, das bei der Farbsteuerung insbesondere für den grünen beziehungsweise roten Spektralbereich entscheidend ist. Durch die Zugabe von Indium soll die Materialqualität der Kristalle verbessert werden. Allerdings entstehen mit wachsendem Indium-Anteil Felder mit hoher Polarisation. Diese reduzieren die Lichtausbeute erheblich und erhöhen die Betriebsspannung, was sich in einem höheren Energieverbrauch sowie in einer Erwärmung des Bauteils und somit in deutlich schlechteren Lasermerkmalen niederschlägt. Deshalb ist es erforderlich, diese Polarisationsfelder klein zu halten beziehungsweise zu eliminieren.

Um dieses Ziel zu erreichen, entwickelten die Wissenschaftler ein neues Produktionsverfahren auf Gallium-Nitrid-Basis, das ein Halbleiter-Wachstum auf weniger polaren Kristallflächen ermöglicht.

Die Wissenschaftler um Prof. Peter Michler und Dr. Michael Jetter am IHFG der Uni Stuttgart scheiden hierfür GaInN-Schichten auf semi-polaren Seitenflächen von Mikropyramiden ab, bei denen der Einfluss des oben erwähnten Polarisationsfeldes relativ stark reduziert ist. Auf diesen Seitenflächen wird auch ein unterschiedlicher Indium-Einbau in den Kristall erwartet, der es ermöglicht, deutlich mehr Indium zu integrieren und gleichzeitig eine homogene Schichtqualität zu erhalten. Optische Untersuchungen erlauben es, die elektrischen Felder lokal, auf einer Größenskala von Mikrometern, zu untersuchen und Fluktuationen in der Emission des Lichts zu erkennen.
Beteiligt sind an dem Projekt neben der Universität Stuttgart führende Wissenschaftler der ETH Zürich, der Universitäten Ulm, Magdeburg, Regensburg sowie der Technischen Universitäten Berlin und Braunschweig. Sprecher sind Prof. Ferdinand Scholz von der Universität Ulm und Dr. Ulrich Schwarz von der Universität Regensburg. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützt das Projekt über die nächsten drei Jahre mit mehr als 1,8 Millionen Euro, die Schweizer Projektgruppe wird vom Schweizerischen Nationalfonds gefördert. Mit ihrer einzigartigen Kombination von Wachstums- und optischen Experimenten möchten die Mitglieder der Forschergruppe entscheidend zur Entwicklung von grünen nitridischen Halbleiterlaserdioden beitragen und darüber hinaus das Potenzial des Materialsystems zur Herstellung effizienter Gallium-Indium-Nitrid Leuchtdioden bis in den roten Spektralbereich ausnutzen.

Weitere Informationen bei Dr. Michael Jetter,
Institut für Halbleiteroptik und Funktionelle Grenzflächen,
Telefon: 0711/685-65105,
e-mail: m.jetter@ihfg.uni-stuttgart.de