VGF - GaP LEDs

GaP nach vertikalen Gradient Freeze-Verfahren

Ein von der Europäischen Kommission innerhalb des 5. Rahmen-programmes gefördertes Projekt zur

“Erzeugung von monokristallinen Galliumphosphid (GaP) mittels vertikalen Gradient-Freeze-Verfahren (VGF) für LEDs”Die Projektanwendung ist auf die Erzeugung von LEDs fokussiert, als Erstanwendung zu verstehen.

Andere, vor allem neuartige Anwendungsfelder sind gesucht !

Werkstoff-FORUM, Hannover Messe, 15. April 2005

VGF - GaP LEDs

Ziel des Projektes „VGF GaP - LED‘s“

• GaP-Substrat mit geringer struktureller Defektdichte

(Zahl der strukturellen Defekte um den Faktor 100 - 1000 kleiner als beim Czochralski-Verfahren)

• Projektanwendungsfokus: Substrat für LEDs

(unter Nutzung der Defektarmut und Materialtransparenz

• Erzeugung von Epi-Schichten auf GaP mit MOVPE

• Neuer LED-Zugang: direkt auf GaP gewachsene LEDs

• Validierung des GaP-Substrates anhand “epi-ready” Wafers

Werkstoff-FORUM, Hannover Messe, 15. April 2005

VGF - GaP LEDs

Zielstellung: Data Sheet

Parameters/technical characteristics Project goal envisaged

conductivity type n or p NEPD should be < 103 / cm2

Sides polished will be one side polisheddiameter will be 74 mmthickness according requirements in the

range 0,3 - 0,5 mmcrystal orientation now we do growth in [111]

direction, later on in [100]resistively should be max. 0,2 ohm - cmdopant S

Werkstoff-FORUM, Hannover Messe, 15. April 2005

VGF - GaP LEDs

Projektpartner „VGF GaP - LED‘s“

• CiS Institut für Mikrosensorik gGmbH Erfurt

(Germany)

• PHOSTEC s.r.o. Žarnovica (Slowakische Republik)

• Slowakische Akademie der Wissenschaften,

Bratislava

• Slowakische Technische Universität Bratislava

Projektende: 31. August 2005

Werkstoff-FORUM, Hannover Messe, 15. April 2005

VGF - GaP LEDs

Arbeitsschritte

• Zielbestimmung und Bewertung (Marktanalyse)

• Entwicklung, Konstruktion und Bau eines

VGF GaP Kristallzuchtofens

• Waferherstellung

• Optimierung der auf VGF GaP gewachsenen

LEDs (Layerstrukturen)

• Erzeugung Epi-Schichten mit MOVPE auf

VGF GaP-Substrat (Wachstumsbedingungen)

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VGF - GaP LEDs

Projektstatus im Überblick

Gegenwärtig:

• Herstellung von polykristallinen VGF GaP Ingots

erfolgreich

• Wachstum einzelkristalliner VGF GaP Ingots in

einem Gesamtprozess mit der polykristallinen Schmelze erfolgreich gestartet

• User Group von “epi-ready” Waferherstellern

formiert

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VGF - GaP LEDs

Patentierter Kristallzuchtofen

PHOSTEC - Lösung garantiert VGF-Synthese und Kristallzüchtung von Phosphiden in einem ProzessDamit wird nach der Synthese noch im gleichen Produktionszylus das Einkristallwachstrum realisiert.

Grundlage sind • eine spezielle Kammerstruktur und • ein in dem Schmelztiegel eingelassener Seed-Kanal für

den Keimkristall.Werkstoff-FORUM, Hannover Messe, 15. April 2005

VGF - GaP LEDs

PHOSTEC Ergebnisse

GaP InP PG- PBN-polykristalline Ingots Beschichtungen

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VGF - GaP LEDs

Praktisches Ergebnis E1 für GaP

GaP-Kristallzüchtung:- gute Ergebnisse für polykristallinen Ingot bei Ø = 110 mm,- Einkristallwachstum für kleine Ø in Vorbereitung

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VGF - GaP LEDs

E2: auf GaP-Substrat direkt gewachsene LEDs

Teilaufgabenstellung:

Erkundung eines neuen LED-Zugangs durch direkt auf GaP-Substrat gewachsene LED-Strukturen

GaNxP1-x repräsentiert eine solche neuartige Halbleiterverbindung, die für LEDs im sichtbaren Bereich zwischen grün und rot interessant ist.

GaNxP1-x / GaP LED Strukturen sind möglich durch Wachstum von Buffer-Layers über MOVPE!

Werkstoff-FORUM, Hannover Messe, 15. April 2005

VGF - GaP LEDs

GaNxP1-x / GaP LEDs

Vorläufiges Ergebnis auf Basis kommerziellen GaP:

LED-Effizienz (Leistung:Energie) erreicht nicht die von konventionellen LEDs,

LED-Spektren im sichtbaren Bereich von grün bis rot3 Varianten: grün, gelb und orange

Endgültige Ergebnisse sind erst mit dem Ersatz des kommerziellen GaP (Czochralski) durch das neue VGF GaP Substrat möglich !

Werkstoff-FORUM, Hannover Messe, 15. April 2005

VGF - GaP LEDs

Alternative InxGa1-xP / GaP

Zur Vermeidung von Anpassungsproblemen von Epi-Schichten und GaP-Substrat: InxGa1-xP graduierte Zwischenschichten

Erste Messungen zeigen

eine vielversprechende Lichtintensität und

Möglichkeiten eines Farbtuning durchVariation der InxGa1-xP - Aufbauten

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VGF - GaP LEDs

Applikationsstudie für GaNxP1-x / GaP LEDs

Lichteffizienz - wichtiges, aber nicht einziges Applikationsmerkmal

Als LED-Anwender wird CiS diese LEDs für

(erster Ansatz: kommerzielles GaP !!!)

Applikationen in der Messtechnik, z.B. Remissions- und Transmissionssensorik ausloten.

Weitere Interessenten sind erwünscht !

Werkstoff-FORUM, Hannover Messe, 15. April 2005

VGF - GaP LEDs

Grundlage: CiS Mikrosystem MORES

Werkstoff-FORUM, Hannover Messe, 15. April 2005

SiMonitorLEDss

Foturanglas-blende

Meßobjekt

pin-Diode

VGF - GaP LEDs

Kontakt

Werkstoff-FORUM, Hannover Messe, 15. April 2005

CiS Institut für Mikrosensorik gGmbHKonrad-Zuse-Strasse 14

99099 ErfurtDr. Dietmar Starke

Tel. +49 361 663 1474Fax: +49 361 663 1423

Email: dstarke@cismst.de

Weitere Projektinformationen: www.vgfgapleds.sk