Für die Leistungselektronik in Elektroautos oder in der Photovoltaik werden hochreine Halbleiterkristalle aus z. B. Galliumoxid benötigt. Forschende aus Japan und Deutschland haben jetzt eine Methode entwickelt, um solche Kristalle ohne Tiegel mit einem laserbasierten Prozess herzustellen. Das Team des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT in Aachen hat dafür eine prozess-optimierte Hochleistungsoptik entwickelt, die zusammen mit einem 20 kW-Laser eingesetzt wird.
Mit einem Schmelzpunkt von etwa 1.800 °C lässt sich Galliumoxid (Ga2O3) aus der Schmelze züchten. Führt man die Wärme nicht über einen Tiegel, sondern in Form von Strahlung zu, kann das polykristalline Ausgangsmaterial zu einem hochreinen Einkristall umgeschmolzen werden. Die Optiken für hohe Laserleistungen müssen sorgfältig ausgelegt und gekühlt werden, da schon kleine Verluste von unter einem Prozent bei längerem Einsatz zur Zerstörung der Optik führen können.
Am Fraunhofer ILT in Aachen wurde dementsprechend eine wassergekühlte Hochleistungsoptik speziell für das LDFZ-Verfahren entwickelt und anschließend zu den Projektpartnern nach Japan überführt und dort getestet. Erste Ergebnisse sind vielversprechend. Es gelang, Kristalle mit einem Durchmesser von bis zu 30 mm zu züchten – die größten Galliumoxid-Kristalle, die bisher mit einem tiegelfreien Züchtungsverfahren hergestellt wurden
