Noch verhindern ungelöste Fragen ihre Herstellung, aber für Fachleute ist der Durchbruch nur eine Frage der Zeit: Grün emittierende Laserdioden, Voraussetzung etwa für eine Laser-Projektion mit dem gesamten Farbspektrum, sind derzeit noch Zukunftsmusik. Grüne Leuchtdioden (LED), die Vorstufe also und nötig für eine breit gefächerte Anwendung dieser in vielfacher Hinsicht vorteilhaften Technologie zum Beispiel bei Ampelanlagen, erfüllen momentan noch nicht die geforderte Qualität. Grund: Das hierfür geeignete Halbleiter-Material, Kristalle auf Gallium-Indium-Nitrid-Basis (GaInN) lässt sich bisher nicht in der notwendigen höchsten Perfektion herstellen. Damit beschäftigt sich jetzt eine überregionale Forschergruppe aus Physikern und Ingenieuren, gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit rund 1,9 Millionen Euro für zunächst drei Jahre, aber mit begründeter Aussicht auf eine Verlängerung um den gleichen Zeitraum. Leiter der Gruppe mit Wissenschaftlern aus Regensburg, Berlin, Braunschweig, Magdeburg, Stuttgart und Zürich ist Professor Ferdinand Scholz vom Institut für Optoelektronik der Universität Ulm.
„Wir bearbeiten das Thema mit verschiedenen Ansätzen und Untersuchungsmethoden“, sagt Professor Scholz, von den Partnern aufgrund seiner Erfahrung und anerkannten Kompetenz auf diesem Gebiet als Sprecher der Gruppe benannt, wobei diese Scholz zufolge fast alle in der GaN-Forschung federführenden Wissenschaftler in Deutschland bündelt. Nicht nur deswegen ist der Ulmer Physiker zuversichtlich: „Die Zielsetzung ist meines Erachtens absolut realistisch. Ich gehe davon aus, dass wir der grünen Laserdiode schon in der ersten Projektphase deutlich näherkommen werden.“
Zwei Probleme vor allem gelte es dabei auszuräumen: Zum einen werde durch die Zugabe von Indium, dem entscheidenden Faktor bei der Farbsteuerung, die Materialqualität der Kristalle schlechter, zum anderen entstünden mit wachsendem Indium-Anteil hohe Polarisationsfelder, resultierend aus den größeren Indium-Atomen und deren Anpassung an die Strukturen der Gallium-Nitrid-Verbindung. Als Kernziel sehen die beteiligten Wissenschaftler deshalb eine Reduktion der elektrischen Felder durch ein Halbleiter-Wachstum auf weniger polaren Kristallflächen, mithin ein neues Produktionsverfahren für die Gallium-Nitrid-Basis. Denkbar seien aber auch völlig neuartige Ansätze, unter anderem ein teilweiser Ersatz von Gallium durch Aluminium, zentrales Thema einer Forschergruppe der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg.
Derweil beschäftigt sich die von Professor Scholz selbst geleitete Arbeitsgruppe in Ulm unter anderem mit der Entwicklung stärkerer GaN-Kristalle. „Je dicker desto besser wird die Materialqualität“, erklärt Thomas Wunderer, Diplom-Ingenieur und einer von fünf Doktoranden bei Scholz. 257 000 Euro fließen für das Projekt von der DFG an die Uni Ulm, hauptsächlich zur Finanzierung von Personal, der Rest für die Sachkosten. „Wir kaufen Saphir-Wafer als Basismaterial. Das ist vergleichsweise günstig“, so Wunderer, „die GaN-Kristalle als Grundlage für die Laserstrukturen produzieren wir selbst“. Zwei wesentliche Vorteile dabei: Eine so genannte HVPE-Anlage („davon gibt es weltweit nicht viele“) und der beim Bau der Uni West geschaffene Reinstraum.
Weitere 123 000 Euro erhält das Institut übrigens für die Koordination des Projekts. Dazu beitragen soll neben regelmäßigen Treffen auch eine gemeinsame Datenbank. „Insgesamt beste Voraussetzungen für unser Forschungsvorhaben“, meint Professor Scholz, Optimist nicht nur im Hinblick auf die Entwicklung grüner Laserdioden: „Mit dem Projekt werden wir sicher auch die Qualität blauer und anderer Laserdioden verbessern. Die blauen sind vor allem für die Datenspeicherung relevant.“ Insofern bewege sich das Vorhaben schon im Grenzbereich zur angewandten Forschung. „Eine Vorstufe zur Unternehmensforschung sozusagen.“ Ein namhaftes Unternehmen jedenfalls habe bereits Interesse an einer Zusammenarbeit signalisiert.
Weitere Informationen: Prof. Dr. Ferdinand Scholz, Tel. 0731/50-26052