Neue Fertigungstechnik macht LEDs viel günstiger

Forscher der Universität in Cambridge haben eine neue Methode entwickelt, Leuchtdioden (LED) aus Galliumnitrid (GaN) herzustellen. Die neue Methode macht die LEDs deutlich günstiger als heute. Eine größere Verbreitung der sparsamen LEDs könnte so den Stromverbrauch deutlich senken.

Colin Humphreys mit GaN-Dioden (Foto: Uni Cambridge)

Der Halbleiter GaN wird heutzutage auf teuren Wafern aus Saphir gezüchtet. Silizium, das normalerweise als Substrat von elektronischen Bauteilen genutzt wird, eignet sich in diesem Fall nicht als Trägermaterial, weil GaN beim Abkühlen viel schneller schrumpft als das Silizium und deshalb bricht. Die britischen Wissenschaftler haben nun eine neue Möglichkeit gefunden, dieses Problem zu umgehen, indem sie in das GaN Lagen aus Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) einfügen, die als Puffer dienen. Das AlGaN schrumpft deutlich langsamer und verhindert, dass die LEDs beim Abkühlen kaputtgehen. Die AlGaN-Schichten beeinträchtigten die Funktionsweise der LEDs nicht, sagt Projektleiter Colin Humphreys.

Durch die neue Methode lasse sich die Herstellung der Dioden deutlich effizienter gestalten, so die Wissenschaftler. Sie erlaube zum einen, mehr LEDs auf einmal herzustellen. Zum anderen sei der Ausschuss deutlich geringer. Derzeit werden die LEDs auf einem 5 cm großen Saphirwafer hergestellt. Auf einem deutlich günstigeren 15-cm-Silizumwafer hingegen lassen sich 9-mal so viele LEDs züchten. Da zudem die Kanteneffekte geringer sind, ist die Ausbeute brauchbarer LEDs rund 10-mal höher. Insgesamt, so die Rechnung der britischen Forscher, ließen sich durch ihre Entdeckung die Herstellungskosten auf ein Zehntel reduzieren.

Humphreys glaubt, dass diese Fertigungsmethode für LEDs der Schlüssel für die Fragen der Beleuchtung der Zukunft sein könne. "Wir sind kurz davor, hocheffiziente, günstige weiße LEDs zu bekommen, die sowohl die traditionellen Glühbirnen, als auch die derzeit erhältlichen Energiesparlampen ersetzen können. Das sind nicht nur gute Nachrichten für die Umwelt, sondern auch für die Verbraucher, die niedrigere Stromrechnungen bekommen."

LEDs haben gegenüber den als Energiesparlampen bezeichneten Kompaktleuchtstofflampen den Vorteil, dass sie keine Vorheizphase brauchen, sondern ihre volle Leuchtkraft sofort entfalten. Daneben enthalten sie anders als die Energiesparlampen kein Quecksilber, sind also umweltfreundlicher. Die Lebensdauer von GaN-LEDs beträgt etwa 100.000 Stunden. Damit brennen sie gut 10-mal so lange wie Energiesparlampen und 100-mal so lange wie herkömmliche Glühbirnen. (wp)