LED aus Photonischem Kristall

Forscher entwickeln dreidimensionalen Photonischen Kristall, der optische mit elektronischen Eigenschaften vereint.

Photonische Kristalle bieten viele interessante Möglichkeiten, Licht zu kontrollieren und zu manipulieren. Allerdings haben bisherige Ansätze, dreidimensionale Photonische Kristalle herzustellen, zu Strukturen geführt, die nur optisch und nicht elektronisch aktiv sind. Sie leiten Licht, aber sie können nicht Strom in Licht oder Licht in Strom umwandeln. Nun ist es Forschern um Paul Braun von der University of Illinois in Urbana-Champaign, USA, gelungen, einen dreidimensionalen Photonischen Kristall zu fertigen, der beide Eigenschaften hat.

Abb.: Das GaAs (grau) wächst in den Hohlräumen einer Schablone von unten nach oben. Nachdem die Schablone aufgefüllt ist, wird sie entfernt, wodurch das Halbleitermaterial einkristallin in der Struktur eines dreidimensionalen Photonischen Kristalls zurück bleibt. (Bild: Erik Nelson)

Die Forscher haben eine Methode entwickelt, mit der sie die dreidimensionale Struktur eines Halbleitermaterials (GaAs) und damit dessen optische Eigenschaften verändern können, ohne dass das Material seine besonderen elektrischen Eigenschaften verliert. Zur Herstellung solcher Photonischen Kristalle starten sie mit einer Schablone aus kleinen dicht gepackten Kugeln. Anschließend scheiden sie Gallium Arsenit ab, das die Hohlräume der Schablone zwischen den Kugeln auffüllt. Das GaAs wächst dabei epitaktisch und bildet so eine einkristalline dreidimensionale Struktur, wodurch die elektronischen Eigenschaften des Halbleiters erhalten bleiben. Ist die Schablone ganz gefüllt, entfernen die Forscher die Kugeln. Zurück bleibt der Photonische Kristall.

Mit diesem Ansatz ist es möglich, die elektronischen und optischen Eigenschaften simultan zu optimieren. Damit lässt sich sowohl kontrollieren, wie Licht emittiert wird als auch, wie es propagiert. Um ihre Technik zu testen, haben die Forscher eine LED aus dem dreidimensionalen Photonischen Kristall gebaut – die erste dieser Art. Die LED demonstriert, dass es mit der Methode möglich ist, funktionelle Bauteile herzustellen. Nun wollen die Forscher die Struktur weiter optimieren und andere Halbleitermaterialien einsetzen, um weitere Anwendungsmöglichkeiten zu erschließen. Ziel ist es, durch Veränderung der Geometrie die Eigenschaften für eine spezielle Anwendung maßzuschneidern.

MH

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  E. C. Nelson et al.: Epitaxial growth of three-dimensionally architectured optoelectronic devices. Nature Materials, online 24. Juli 2011
  dx.doi.org/10.1038/nmat3071
• Arbeitsgruppe von Paul Braun an der University of Illinois, Urbana-Champaign, USA