Rätsel der blauen Leuchtdioden gelöst

Ausbuchtungen um linienförmige Defekte unter Mikroskop

Bestimmte LEDs erzeugen zum Beispiel das Grün in modernen energiesparenden Verkehrsampeln und sorgen für das blaue Licht bei der Armaturenbeleuchtung von Autos: Aufgrund ihrer hohen Effizienz lassen sich immer mehr Anwendungsgebiete für blaue und grüne Leuchtdioden erschließen.

Für die Experten war die hohe Effizienz dieser Leuchtdioden allerdings immer ein Rätsel. Das zugrunde liegende Material Galliumnitrid (GaN) weist nämlich eine große Zahl struktureller Defekte auf - sogar millionenfach mehr als das Material in roten Leuchtdioden mit vergleichbarer Effizienz. Bei roten LED würde eine derart hohe Zahl von Defekten jegliche Lichtemission unterdrücken.

Prof. Andreas Hangleiter vom Institut für Angewandte Physik der Technischen Universität Braunschweig und sein Team haben nun das Rätsel gelöst und eine überzeugende Erklärung für das paradoxe Phänomen gefunden. Sie konnten einen bisher unentdeckten Mechanismus nachweisen, mit dem sich die Defekte im Material gleichsam selbst "abschirmen" und so die Unterdrückung der Lichtemission verhindern.

"Schon seit langem können wir Galliumnitrid in den Zustand versetzen, bei dem dieses Phänomen auftritt. Dadurch wurden die LED erst möglich", erläutert Prof. Hangleiter, "doch der Weg dorthin war bisher reine Alchimie - niemand wusste, was wirklich mit dem Material geschah." Sein Forscherteam konnte unter dem Transmissionselektronenmikroskop beobachten, wie sich unter bestimmten Laborbedingungen kegelförmige Ausbuchtungen rings um die Defekte herum bildeten. Wie eine Barriere schirmen diese die Defekte ab und verhindern, dass die Lichtemission unterdrückt wird.

"Unsere Erkenntnisse machen nun eine noch bessere Ausnutzung der Galliumnitrid-basierten LED möglich", so Hangleiter. "Schon jetzt haben wir einen Rekordwert von 73 Prozent für die interne Effizienz blauer LED im Labor erreicht

COMPAMED.de; Quelle: Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig