Das Institut für Halbleitertechnik der Technischen
Universität Braunschweig entwickelt in einem EU-geförderten
Forschungsprojekt energiesparende weiße Leuchtdioden. Unter der
Leitung von OSRAM Opto Semiconductor GmbH, Regensburg, wollen
internationale Expertenteams aus fünf Universitäten, vier
Forschungsinstituten sowie fünf Industriepartnern weiße
Leuchtdioden (LEDs) kostengünstiger, noch effektiver und
"weißer" machen.
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| NanoLEDs
werden in einem Rasterelektronenmikroskop mit Kontakt-Spitzen
vermessen.Mithilfe des Rasterelektronenmikroskop werden die
Kontaktspitzen direkt auf einzelne nanoLEDs aufgesetzt und diese damit
kontaktiert. |
Obwohl moderne LEDs aus dem Halbleitermaterial Galliumnitrid (GaN)
bereits so hell sind, dass sie in Autoscheinwerfern eingesetzt werden
können, sind Anwendungen für die Raumbeleuchtung noch die
Ausnahme. Gerade hier könnte man aber erheblich Energie einsparen,
denn etwa 20 Prozent der gesamten Stromerzeugung in Deutschland wird
für Beleuchtung genutzt. Durch den aufwendigen und teuren
Produktionsprozess sind LEDs als Glühlampenersatz noch nicht
für den Massenmarkt geeignet.
Zusätzlich ist die Farbtreue von LEDs bislang nicht besonders gut,
da sich ihr abgestrahltes Licht in der Regel nur aus zwei Farben
zusammensetzt. Die Diode selbst sendet blaues Licht aus ihrer aktiven
Zone, in der zusätzlich noch Indium in die Kristallschichten
eingebaut wird. Der Indium-Anteil bestimmt die genaue Emissionsfarbe.
Über der Halbleiterdiode befindet sich eine Farbstoffschicht, die
einen Teil des blauen Lichtes absorbiert und als gelbes wieder abgibt.
Zusammen erscheint blaues und gelbes Licht weiß. Je nach
Alterungsgrad und Schichtdicke des Farbstoffs erscheint das Licht
jedoch manchmal blau- manchmal eher gelbstichig. Das menschliche Auge
ist da sehr empfindlich und kann kleinste Farbveränderungen
wahrnehmen.
"Die technologische Neuerung in unserem Projekt besteht darin, dass wir
LEDs verwenden, die nicht aus dünnen Schichten bestehen, sondern
aus dreidimensionalen Nanosäulen", erläutert Privatdozent Dr.
Hergo Wehmann vom TU-Institut für Halbleitertechnik. Solchen
Strukturen in unterschiedlichen Abmessungen um 100 milliardstel Meter
(100 nm) haben Vorteile zu herkömmlichen LEDs:
- Die kristalline Qualität von Nanosäulen wird kaum
noch vom Substrat bestimmt, auf dem sie aufwachsen. Vielmehr kann man
von teuren Saphir-Substraten auf preisgünstige und
größere Silizium-Substrate wechseln. Dies verringert die
Herstellungskosten der nanoLEDs.
- Die kleinen Strukturen sorgen
dafür, dass das Licht leichter aus dem Halbleiter in die Umgebung
abgestrahlt werden kann, die Säulen wirken direkt als Lichtleiter.
Außerdem ist die aktive Fläche bei gleicher Grundfläche
größer - eine Säule strahlt Licht auf der gesamten
Oberfläche ab. Dadurch werden die nanoLEDs stromsparender arbeiten.
- Eine
einzige, große strahlende Fläche kann aus vielen nanoLEDs
aufgebaut werden, die unterschiedliche Farben abstrahlen. Diese Farben
werden dann zu einem angenehmen, "warmen" Weiß gemischt.
Die Forschergruppe um Prof. Andreas Waag aus dem Institut für
Halbleitertechnik wird mit 850.000 Euro von der EU gefördert und
beschäftigt sich vor allem mit der Herstellung und der Optimierung
der Nanostrukturen. Das Projekt nennt sich "SMASH" (Smart
Nanostructured Semiconductors for Energy-Saving Light Solutions) und
wird von der Europäischen Kommission über die nächsten
drei Jahre mit insgesamt mit 12 Millionen Euro gefördert.
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