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Am Beginn der Entwicklung von Halbleitern, stand eine wissenschaftliche Entdeckung, die lange ignoriert wurde. 1876 hielt Ferdinand Braun einen Vortrag über Stromleitung durch Kristalle.
 Der erste Transistor, Die Leitfähigkeit eines reinen Halbleiterkristalls beruht auf der Bildung von frei beweglichen Ladungsträgern: Elektronen und Elektronenlöcher. Die Elektronenlöcher verhalten sich wie positive Ladungen. Die Leitfähigkeit nimmt mit wachsender Temperatur zu. |
Auch die zweite Hälfte des 20. Jahrhunderts ist eindeutig durch den Aufschwung der Halbleiterindustrie geprägt. Elektonische Schaltkreise sowie Computer revolutionierten die Arbeitswelt und Freizeit.
LEDS
, die Lampen der ZukunftWie funktioniert nun eine LED?
| Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) – rot und infrarot, bis 1000 nm Wellenlänge Galliumaluminiumarsenid (GaAlAs) – z. B. 665 nm, rot, LWL bis 1000 nm Galliumarsenidphosphid (GaAsP) und Aluminiumindiumgalliumphosphid (AlInGaP) – rot, orange und gelb Galliumphosphid (GaP) – grün Indiumgalliumnitrid (InGaN)/Galliumnitrid (GaN) – UV, blau und grün Kupferplumbid (CuPb) - Emitter im nahen Infrarot (NIR) Weiße LEDs sind meistens blaue LEDs mit einer Phosphorschicht, die als Lumineszenz-Konverter wirkt  Indiumgalliumnitrid (InGaN)/Galliumnitrid (GaN) – UV, blau, Galliumphosphid (GaP) – grün, Galliumaluminiumarsenid (GaAlAs) – z. B. 665 nm, rot, Aluminiumindiumgalliumphosphid (AlInGaP), orange. |
Bauen wir nun in Gedanken eine LED zusammen.
Wir nehmen je ein Stück n- leitendes und p- leitendes Material. Solange sich die beiden Halbleiter nicht berühren, sind sie elektrisch neutral. Im n-Leiter befinden sich viele frei bewegliche Elektronen und im p-Leiter befinden sich viele frei bewegliche Elektronenlöcher.
Nun verbinden wir den n und p-Leiter mit einem Hauch dünnen Gold oder Aluminiumdraht und legen eine Durchlassspannung an. An der Kontaktfläche kommt nun einiges in Schwung. Elektronen aus dem n-Bereich und Elektronenlöcher aus dem p-Bereich wandern durch den pn-Übergang (Golddraht) und
d.h. Elektronen werden von den Löchern eingefangen und wieder an Gitterplätze gebunden. Die dabei freiwerdende Energie wird als Licht abgestrahlt.
Die Farbe des abgestrahlten Lichtes hängt somit vom Material (Halbleiter) der LEDS ab. Bei LEDs liegt der n und p Leiter in einem Halbleiterkristall und "berühren" sich durch die Sperrschicht (Raumladungszone).
Ein neues Verfahren kündigt eine kostengünstigere Erzeugung bei weißen LEDs an:
Bei dem gängigste Herstellungsverfahren um weiße LEDs herzustellen, wird Galliumnitrid auf eine Grundschicht aus Saphir gedampft dann wieder abgelöst und erneut bedampft. So entsteht die erste Schicht des GaN-Halbleiterkristall. In einem neuen Verfahren des Birck Nanotechnology Center an der Universität Purdue wurde jetzt die teure Saphirschicht durch Silizium ersetzt. Eine Beschichtung aus Zirkonnitrid verhindert, dass die Siliziumschicht Licht absorbiert. Die Verwendung von Zirkonnitrid wurde erst ermöglicht indem man das Silizium zuvor mit einer Zwischenschicht aus Aluminiumnitrid überzog, um die Reaktion des Siliziums mit dem Zirkonnitrid zu verhindern. Als letzte Schicht wird das Galliumnitrid aufgedampft. Durch dieses Verfahren können die wesentlich günstigeren und großflächigen Siliziumscheiben zur LED Herstellung verwendet werden.
* Gallium-Nitrid-LED-Chips auf Silizium von OSRAM:
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Forschern von OSRAM Opto Semiconductors ist es gelungen, leistungsfähige Prototypen blauer und weißer LED herzustellen, bei der die lichtemittierenden Gallium-Nitrid-Schichten (GaN) auf Silizium-Scheiben mit 150 Millimeter Durchmesser gewachsen wurden. Das Silizium ersetzt dabei ohne Qualitätsverlust bisher übliche Saphir-Substrate. Die neuen LED-Chips befinden sich bereits im Pilotstatus und werden unter realen Bedingungen getestet. Erste LED auf Silizium von OSRAM Opto Semiconductors könnten damit schon in den nächsten zwei Jahren auf den Markt kommen.
Vorteile von Silizium: |
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Die Zinkoxid-LED ist eine neue Generation von Leuchtdioden: Einfach und ungiftig herzustellen, zudem günstig und effizient
Die Diode, bei der zwei Nanodraht-Schichten aufeinander gedrückt werden. Außerdem ist der Druckbehälter zu sehen, in dem die Drähte gewachsen werden.
(Foto: IFP/Universität Bremen)
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