Leuchtende Säulen dank leitfähigem Kunststoff TU Braunschweig verbessert dreidimensionale LEDs
Seit Jahren versuchen Forscherinnen und Forscher, effiziente blaue Leuchtdioden (LEDs) in Form kleiner dreidimensionaler Strukturen herzustellen. LEDs in Säulenform hätten beispielsweise bei gleicher Chipgröße mehr Leuchtoberfläche als die üblichen ebenen LEDs. Sie könnten also zugleich günstiger in der Herstellung und effizienter im Betrieb sein. Zusammen mit nationalen und internationalen Forschungspartnern zeigten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TU Braunschweig, wie dreidimensionale LEDs leistungsfähig werden können. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie im Fachmagazin „Nature Communications“.
Die Idee ist simpel: Je größer die leuchtende Oberfläche der dreidimensionalen LED, desto effizienter nutzt sie den Chip, auf dem sie hergestellt wird. Doch hinter der alltäglich gewordenen LED-Technologie versteckt sich komplexe Wissenschaft. Leuchtdioden bestehen aus übereinandergestapelten, mikroskopischen Halbleiterschichten, beispielsweise aus Galliumnitrid (GaN). Legt man eine elektrische Spannung an, fließt ein Strom durch diese Schichten und sie strahlen Licht aus.
Als 2014 der Nobelpreis für die Erfindung der LEDs überreicht wurde, ehrte man damit vor allem die Entwicklung des komplexen Herstellungsprozesses blauer Leuchtdioden. Die Preisträger schlossen Fremdatome mit weniger Elektronen in eine der GaN-Schichten ein. Der Halbleiter ist dann „p-dotiert“ und erhält so jene elektrischen Eigenschaften, die die LED erst zum Leuchten bringen. Bei dreidimensionalen Leuchtdioden leitet die p-dotierte GaN-Schicht den Strom jedoch nicht gut genug. Es leuchtet nicht die ganze Säule und die Effizienz bleibt hinter den erwarteten Werten zurück.
Hybride LED-Säulen aus Braunschweig
Linus Krieg und Florian Meierhofer, wissenschaftliche Mitarbeiter am Institut für Halbleitertechnik in der Abteilung von Professor Tobias Voß, fanden zusammen mit einem internationalen Team von Forschungspartnern eine Lösung: Sie ersetzten die oberste Schicht der dreidimensionalen Leuchtdioden durch einen leitfähigen Kunststoff und verbesserten so die Leuchteigenschaften. Für die Herstellung einer geschlossenen und gleichmäßigen Schicht dieses Kunststoffs auf der Oberfläche einer etwa 1,5 Mikrometer breiten Säule aus Galliumnitrid ist jedoch ein weiterer Kniff gefragt. Die Forscherinnen und Forscher lösten das Problem, indem sie die organischen Ausgangskomponenten des Kunststoffes auf die Halbleiterstruktur aufdampften und dort zur Reaktion brachten. Unter dem Mikroskop zeigte sich dann, wie das neuartige hybride LED-Design die gesamte Mikrosäule zum Leuchten bringt.
Projektpartner
- Institut für Halbleitertechnik (IHT), TU Braunschweig
- Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), TU Braunschweig
- Epitaxy Competence Center ec², TU Braunschweig
- Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, USA
- Felix-Bloch-Institut für Festkörperkörperphysik, Universität Leipzig
- OSRAM Opto Semiconductor GmbH
