05.06.2007

Kleines Leuchtwunder

Physik Journal - Eine blaue Leuchtdiode stellt einen Rekord in puncto Quantenausbeute auf.



Physik Journal - Eine blaue Leuchtdiode stellt einen Rekord in puncto Quantenausbeute auf.

Leuchtdioden auf Nitridbasis gelten als mögliche Nachfolger konventioneller Lichtquellen – sowohl als Raumbeleuchtung als auch für Fahrzeugscheinwerfer oder für Laserprojektions-Displays. Dies erklärt das weltweit große Interesse an Galliumnitrid-Halbleitern. Allerdings kämpfen die Wissenschaftler beim Aufbau geeigneter Sandwich-Strukturen mit starken piezoelektrischen Feldern, die aufgrund der Kristallsymmetrie entstehen und einer höheren Effizienz solcher LEDs im Wege stehen.

Um dieses Problem zu umgehen, versuchen die Forscher, entsprechende Heterostrukturen entlang bestimmter kristallografischer Achsen wachsen zu lassen, an denen das piezoelektrische Feld schwach ist oder verschwindet. Solche unpolaren GaN-Leuchtdioden erreichten allerdings bislang nur eine sehr geringe Quanteneffizienz, weil die gezüchteten Kristalle viele Defekte aufgewiesen hatten.

Abb.: Labormuster der von Kim und Kollegen entwickelten GaN-Leuchtdiode. (Quelle: UCSB)

Kwang-Choong Kim und seinen Mitarbeitern von der University of California, Santa Barbara, ist nun ein Durchbruch gelungen. 1) Die Wissenschaftler nutzten von Mitsubishi Chemical produziertes GaN mit sehr wenigen Defekten. Daraus erzeugten sie eine mehrschichtige Sandwich-Struktur entlang einer geeigneten kristallografischen Achse, wodurch sie das piezoelektrische Feld klein halten konnten. Bei einer Wellenlänge von 402 nm und einem Steuerstrom von 20 mA erreicht diese unpolare LED eine Quanteneffizienz von gut 45 Prozent. Bei höheren Strömen sinkt die Effizienz der LED aufgrund von Wärmeentwicklung, sie liegt bei 300 mA allerdings immer noch in der Größenordnung von 40 Prozent.

Einer Kommerzialisierung des Labormusters stehen derzeit die hohen Kosten des Ausgangsmaterials und dessen relativ kleine Fläche, die im Bereich einiger Quadratzentimeter liegt, entgegen. Auch die Frage der Lebensdauer dieser unpolaren GaN-Leuchtdioden ist noch ungeklärt.

Michael Vogel

Quelle: Physik Journal, Juni 2007, S. 19

1) Kim et al. Phys. Stat. Sol. (RRL) 1, 125 (2007).

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