Die Leuchtdiode - LED

Kurz LED, für Light Emitting Diode genannt, ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement mit einem p-n Übergang. Fließt durch die Diode Strom in Durchlassrichtung, so strahlt sie Licht mit einer vom Halbleitermaterial abhängigen Wellenlänge ab.

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, 1947 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.

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 und

Ein neues Verfahren kündigt eine kostengünstigere Erzeugung bei weißen LEDs an:

Bei dem gängigsten 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.