III-nitrides for UV and high frequency applications
- Reference number
- RE07-0007
- Start and end dates
- 080701-120630
- Amount granted
- 15 600 000 SEK
- Administrative organization
- Linköping University
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
This joint effort between Linköping University (LiU) and Chalmers, supported by industry, aims at developing a III-nitride (III-N) technology that allows for the fabrication of •"Laser Diodes (LDs) and Light Emitting Diodes (LEDs) as sources for coherent and incoherent Ultra-Violet (UV, <400 nm) and Deep UV (DUV, <300 nm) radiation, •"advanced High Electron Mobility Transistors (HEMTs) to be used in high-power, high-frequency (HF) applications with performances significantly exceeding those of today’s technologies, thereby enabling exploitation of III-N based systems in several ICT application areas such as: High density data storage, Biological sensor system, Solid State Lighting, Tools for the microelectronics industry, Wireless communication and Radar systems. This will be accomplished by combining a set of unique capabilities. •"LiU has developed a novel technique for growth of high quality wide band gap (WBG) materials, known as “hot-wall CVD”, which is very suitable for preparing the high quality Al-rich AlGaN heterostructures needed for emission in the UV/DUV as well as the InAlN/GaN heterostructures useful for both UV and HF applications. Defects in WBG materials are another focus area of LiU, which will be very valuable in the project. •"Chalmers has many years of experience and expertise from high level research on semiconductor based light emitting devices and HF electronics as well as well-developed techniques for fabrication of WBG devices.
Popular science description
Under det senaste decenniet har det skett en kraftfull utveckling av nya komponenter baserade på halvledarmaterial med stora bandgap. Detta projekt berör det viktigaste av dessa nya materialsystem, nämligen III-nitrider (GaN, AlN, InN och legeringar mellan dessa). Effektiva lysdioder av InGaN-GaN för våglängder violett – grönt saknades tidigare, men sådana möjliggör nu nya applikationer inom t ex displayer, trafikreglering, indikatorlampor i apparatur och fordon, etc. Violetta InGaN-GaN diodlasrar används i de senaste systemen för datalagring och DVD baserad hemelektronik. En kraftfull utveckling har också ägt rum inom mikrovågsområdet. Transistorer baserade på AlGaN-GaN introduceras nu i applikationer som högeffektiva och bredbandiga förstärkare för trådlös kommunikation och radar. En andra generation avancerade komponenter av III-nitrider för nya tillämpningar håller nu på att utvecklas. Ett exempel är vita diodlampor avsedda att ersätta dagens glödlampor och lysrörssystem, vilka är olämpliga ur miljösynpunkt. Dessa förväntas få ett genomslag inom 5-10 år för allmänbelysning, men redan inom något år inom fordonsindustrin, förutsatt att de materialrelaterade problem som sänker ljusutbytet på dessa lampor kan lösas. En del av projektet berör utveckling av lysdioder och diodlasrar inom UV-området. Ett antal materialproblem föreligger här, t ex hur man uppnår önskvärd konduktivitet och hur man reducerar defekttätheten så att ljusutbytet blir optimalt. Sådana nya kompakta komponenter med nästan obegränsad livslängd beräknas ersätta dagens klumpiga och miljöfarliga UV emitterande lampor och lasrar. Intressanta nya applikationer finns inom högupplöst litografi, medicinsk teknik (t ex sterilisering), detektion av farliga molekyler i t ex luft, men även destruktion av sådana via UV stimulerade kemiska processer med hjälp av katalysatorer. Detta kan få mycket bred användning för luftrening i lokaler eller fordon (en prototyp finns redan i vissa Toyotamodeller). Rening av rökgaser i industrin och avgaser från fordon är av stort intresse. Inom mikrovågsområdet kommer den andra generationens III-nitrider att möjliggöra ännu mer effektiva transistorer och ökade möjligheter för att skräddarsy material för specifika applikationer (lågbrusförstärkare, signalkällor). Dessutom kommer nya möjligheter inom trådlös kommunikation (t.ex. trådlös ”multi-Gb/s ” kommuniktion) att öppnas upp tack vare de högre gränsfrekvenser som möjliggörs med dessa material.