LEDs machen die Biege
Neues Verfahren bringt vertikal emittierende Leuchtdioden auf flexible Unterlagen.
Komplexe und leistungsfähige optoelektronische Bauelemente werden normalerweise auf starren Wafern aus anorganischem Halbleitermaterial gefertigt. Doch das steht ihrer Verwendung in Schaltungen auf biegsamen Materialien nicht im Wege. Jetzt haben Forscher an der University of Illinois in Urbana-Champaign vertikal emittierende LEDs auf Plastikfolien aufgetragen und adressierbar verschaltet.
Abb.: Ob auf gerader oder gebogener Unterlage – die vertikal emittierenden Leuchtdioden strahlen hell und klar. (Bild: Kim et al., Small)
John Rogers und seine Kollegen stellten zunächst auf einem Wafer aus Galliumarsenid zahlreiche 100 µm große Leuchtdioden her, die aus unterschiedlich zusammengesetzten AlInGaP-Schichten bestanden. Das Herz dieser sogenannten µ-ILEDs war eine Quantengrabenstruktur, die an ihrer Ober- und Unterseite von p- bzw. n-dotierten Schichten ummantelt war. Zwischen jeder µ-ILED und dem Wafer befand sich eine 500 nm dicke Opferschicht aus AlGaAs. Die Oberseite der Leuchtdioden war mit einem Photolack überzogen, der zudem kleine Brücken bildete, die die µ-ILEDs mit dem Wafer verbanden.
Mit stark verdünnter Flusssäure ätzten die Forscher die Opferschicht unter den Leuchtdioden von der Seite her weg. Die µ-ILEDs schützten sie dabei durch den Photolack, was sie zugleich am Wafer festhielt. Ein weicher, elastischer Kunststoffstempel packte die Leuchtdioden einzeln an ihrer Oberseite und riss sie von der Unterlage ab. Ihre nun frei zugängliche Unterseite wurde unter anderem mit Gold bedampft, was einen ohmschen Kontakt bildete.
Der Stempel drückte die µ-ILEDs auf eine flexible, mit elektrischen Kontakten versehene Plastikfolie. Dort wurden sie an ihrer Ober- und Unterseite elektrisch angeschlossen. Eine elektrische Spannung von einigen Volt brachte die µ-ILEDs dazu, durch ihre Oberseite intensiv rot zu leuchten. Die Leuchtdioden, die bei der Herstellung mit Photolack vor Beschädigung geschützt worden waren, strahlten deutlich heller als andere µ-ILEDs, die man ohne diesen Schutz produziert hatte. Noch heller leuchteten allerdings diejenigen, die die Wissenschaftler auf dem Wafer belassen und dort kontaktiert hatten. Das lag vermutlich daran, dass der Wafer die entstehende Wärme besser abführte als die Plastikschicht.
Die Forscher stellten auf einer Plastikfolie eine etwa 5×5 mm2 große Anordnung von 25 µ-ILEDs her, die mit unverminderter Helligkeit leuchteten, wenn die Folie mit einem Krümmungsradius von 7 mm gebogen wurde. Darüber hinaus fertigten sie eine Anordnung von 11×11 Leuchtdioden auf einer Plastikfolie, die einzeln an- und abgeschaltet werden konnten. Wie Rogers und seine Kollegen feststellen, erweitert das von ihnen entwickelte Verfahren die Leistungsfähigkeit und die Kombinationsmöglichkeiten der anorganischen Optoelektronik im Zusammenspiel mit ungewöhnlichen Materialien.
Rainer Scharf
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