TuneDBR

Steuerbare Bragg-Reflektoren (TuneDBR)

Wissenschaftliche Vorprojekte – Erkenne die Anfänge: Wer frühzeitig innovative Ideen testet, ist später ganz vorn dabei!

Grundlage technologischer Innovationen sind der Entdecker- und Erfindergeist des Menschen. Die naturwissenschaftliche Grundlagenforschung erschließt der menschlichen Erkenntnis permanent vormals unbekannte und unverstandene Wirkungsweisen der Natur. Viele dieser naturwissenschaftlichen Erkenntnisse lassen sich für technische Zwecke nutzen. Mit der Förderinitiative „Wissenschaftliche Vorprojekte (WiVoPro)“ innerhalb des Förderprogramms „Photonik Forschung Deutschland“ verfolgt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) das Ziel, diejenigen neuen Erkenntnisse aufzugreifen, die mittelfristig eine Verwertbarkeit für neue Technologien versprechen. Beispiele hierfür sind die Quantenoptik oder photonische Metamaterialien, die gerade beginnen, der reinen Grundlagenforschung zu entwachsen und Potenziale für konkrete Anwendungen aufzeigen. Neue Ergebnisse der Grundlagenforschung sind hinsichtlich ihres späteren Marktpotenzials oft kaum zu beurteilen. Es besteht somit die Notwendigkeit, durch wissenschaftlich-technische Vorarbeiten eine Grundlage zu schaffen, die eine Bewertung ermöglicht, welches Potenzial in der neuen Erfindung bzw. der neuen wissenschaftlichen Erkenntnis tatsächlich steckt. Oft muss dabei schnell reagiert werden, denn je früher den interessierten Unternehmen die Bedeutung des neuen Themas plausibel gemacht werden kann, desto eher werden diese in das neue Thema investieren und versuchen ihre Marktchancen zu nutzen. Wissenschaftliche Vorprojekte leisten somit einen wichtigen Beitrag zu einem schnellen Transfer neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse in innovative Produkte.

Optische Modulatoren für ein breites Anwendungsfeld

Optische Technologien besitzen insbesondere in Deutschland einen sehr hohen Stellenwert, da große Teile der weltweiten Innovation und Wertschöpfung in Ländern mit einem hohen Lohn- und Kostenniveau stattfinden. Dies schließt auch die zugehörige Produktionstechnologie sowie den Anlagenbau für Herstellung und Anwendung mit ein.

Der grüne bis ultraviolette Spektralbereich hat in den letzten Jahren insbesondere durch die stetige Weiterentwicklung der Nitrid-basierten Optoelektronik (LED, RCLED, LD) technisch und kommerziell enorm an Wichtigkeit gewonnen. Die Technologie monolithischer Halbleiterlichtemitter würde durch einen hocheffizienten und ultraschnellen Modulator, der sowohl in Reflexion als auch in Transmission realisiert werden kann, ergänzt. Wodurch eine Vielzahl neuer oder verbesserter Applikationen ermöglicht wird. Die potentiellen Anwendungen reichen von der Telekommunikation (auch Freifeld) sowie der Bild- und Videoprojektion über die Materialbearbeitung bis hin zur Sensorik und zur Datenspeicherung.

Demonstration der TuneDBR-Technologie für den grünen bis ultravioletten Spektralbereich

Im Vorhaben „Steuerbare Bragg-Reflektoren (TuneDBR)“ wird zu diesem Zweck ein neuartiger elektrooptischer TuneDBR-Modulator erforscht. Zum Projektende soll die Funktionsweise anhand eines Prototyps demonstriert werden. Dieser Modulator basiert auf einem verteilten Bragg-Reflektor (engl. Distributed Bragg Reflector, DBR), welcher ein weit verbreitetes wellenlängenspezifisch spiegelndes Bauelement ist. Durch die neuartige Integration von AlN-GaN-Halbleiterübergittern in DBR ist es möglich, diese Bragg-Spiegel durch Anlegen elektrischer Spannungen schnell und leistungsarm zu steuern.

Ziel des Projektes ist, die TuneDBR-Technologie, die sich noch in einer frühen Phase beendet, zu einer vorindustriellen Reife zu führen. Dies schließt Verbesserungen bei der Schichtherstellung ebenso mit ein wie eine Weiterentwicklung der Prozesstechnik. Zwei alternative Ansätze sollen verfolgt und verglichen werden. Auf Basis des erfolgversprechenderen Ansatzes wird ein Demonstrator entwickelt, der sowohl die grundsätzliche Funktionalität unter Beweis stellt als auch Kennzahlen und Leistungsdaten für die weitere Verwertung der Ergebnisse im industriellen Umfeld liefert.

Physikalisch basiert die Technologie auf der Modulation der optischen Eigenschaften einer Halbleiterschichtstruktur durch elektrisch gesteuerte zweidimensionale Elektronengase, vereinfacht dargestellt sehr dünne Schichten mit sehr hohen Konzentrationen an Ladungsträgern. Dieser Effekt ist nur sehr wenig erforscht und bisher nicht für optoelektronische Bauelemente ausgenutzt worden. Der darauf basierende TuneDBR-Demonstrator soll den Weg zur Kommerzialisierung dieser neuen Technologie bereiten. Eine den momentan verfügbaren technologischen Optionen in Bezug auf Geschwindigkeit, Energieeffizienz und Größe überlegene Alternative für die Lichtmodulation im grünen bis ultravioletten Spektralbereich würde damit demonstriert.

Projektdetails

Koordinator

Dr.Holger Kalisch
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - Fakultät 6 - Elektrotechnik und Informationstechnik - Lehr- und Forschungsgebiet GaN-Bauelementtechnologie
Sommerfeldstr. 24, 52074Aachen
+49 241 80-27761

Projektvolumen

ca. 328.000 € (Förderquote 100%)

Projektdauer

01.02.2017 - 31.01.2019

Projektpartner

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - Fakultät 6 - Elektrotechnik und Informationstechnik - Lehr- und Forschungsgebiet GaN-BauelementtechnologieAachen