Nanodrähte wachsen auf Saphir-Strukturen

Neue Zuchtmethode könnte zu besseren Solarzellen, Leuchtdioden und Schaltkreisen führen

Nanodrähte
Nanodrähte

Rehovot (Israel) - Ohne Kristalle aus Galliumnitrid gäbe es heute weder blaue Leuchtdioden noch BluRay-Laufwerke. Für dieses Schlüsselmaterial moderner Lichtelektronik entwickelten nun israelische Materialforscher ein neues Produktionsverfahren. Es gelang ihnen, Millimeter lange Nanodrähte aus Galliumnitrid in hoher Qualität auf gestuften Saphir-Oberflächen kontrolliert zu züchten. Damit überwanden sie eine wesentliche Hürde für die Entwicklung noch leistungsfähigerer Solarzellen, Leuchtdioden und Schaltkreise. Ihre Methode, die nun auf eine Umsetzung in der Halbleiterindustrie wartet, präsentieren sie in der Fachzeitschrift "Science".

"Dieses Verfahren wird die Produktion von Halbleitern mit streng kontrollierten Strukturen und einzigartigen Eigenschaften ermöglichen", berichten David Tsivion und seine Kollegen vom Weizmann Institute of Science in Rehovot. Auf acht unterschiedlich geformten Saphir-Oberflächen ließen die Forscher die Halbleiter-Kristalle aus einem fast 1000 Grad heißen Galliumoxid-Dampf, der zudem Stickstoff, Wasserstoff und Ammoniak enthielt, wachsen. Auf einem Saphir mit Millionstel Millimeter kleinen Stufen lagerten sich dabei über einen Millimeter lange, liegende Nanodrähte aus Galliumnitrid ab. Solche Längen, die für Anwendungen in neuen Computerchips, Leuchtdioden oder Solarzellen wichtig sind, konnten bisher mit keiner anderen Methode so kontrolliert erzielt werden.

Unter hochauflösenden Mikroskopen und mit verschiedenen Messverfahren analysierten Tsivion und Kollegen die physikalischen Eigenschaften ihrer säuberlich angeordneten Nanodrähte. Weder bei der Leitfähigkeit noch in ihrem optischen Verhalten konnten die Forscher Einbußen bei ihren kristallinen Strukturen - im Vergleich zu kürzeren Galliumnitrid-Nanodrähten - feststellen. Zuvor hatten sie befürchtet, dass die Saphir-Oberfläche zu störenden Defekten in den Kristallen führen könnte. Doch die Messungen zeigten, dass dieser Fall nicht eingetreten war.

Aufbauend auf den Ergebnissen können nun weitere Verfahren entwickelt werden, um lange und damit vielseitige Galliumnitrid-Nanodrähte in großer Zahl herzustellen. Gelingt dieser Schritt, wird die Halbleiterindustrie in absehbarer Zeit Leuchtdioden oder Solarzellen mit besseren Wirkungsgraden fertigen können. Auch für den Bau extrem schneller Schaltkreise, die nicht mehr allein auf Silizium basieren, bieten die Galliumnitrid-Nanodrähte ein großes Potenzial.