Leistungssteigerung bei 380 nm UV-LEDs
Abb. 1: PUI-Charakteristik oberflächenemittierender 380 nm UV-LEDs mit dicker (durchgezogene Linien) bzw. dünner n-AlGaN-Schicht unterhalb der aktiven Zone (gestrichelte Linien).
Abb. 2: PUI-Charakteristik oberflächenemittierender 380 nm UV-LEDs mit einem defektreduzierten GaN/Saphir Template (durchgezogene Linien) anstelle eines Templates ohne Defektreduktion (gestrichelte Linien).
Im Rahmen des regionalen Wachstumskerns Berlin WideBaSe entwickelt das FBH in Kooperation mit der TU Berlin und der Firma Jenoptik oberflächenemittierende UV-LEDs für Sensorik-Anwendungen. Der Schwerpunkt der Arbeiten liegt bei LEDs mit Emissionswellenlängen zwischen 360 und 380 nm, deren Effizienz durch eine Reihe von Optimierungen in der Epitaxiestruktur deutlich erhöht werden konnte.
Da insbesondere hohe optische Ausgangsleistungen bei kleinen Strömen gefordert sind, wurde die aktive Zone mit einem einzelnen Quantenfilm anstelle einer 5x InGaN/AlInGaN-Multi-Quantenfilmstruktur realisiert. Des Weiteren wurde die AlGaN-Ummantelung der aktiven Zone, welche durch eine höhere Bandlücke ein Überströmen der Majoritätsladungsträger verhindern soll, angepasst. Durch eine dickere und aluminiumärmere AlGaN-Schicht auf der n-Seite wurde der Bandverlauf derart modifiziert, dass die Elektronen effizienter in die Quantenfilme injiziert werden. Abb. 1 zeigt die Kennlinien der als Topemitter prozessierten LEDs mit herkömmlicher und verbreiterter n-AlGaN-Schicht.
Bei GaN-basierten Bauelementen auf Saphirsubstrat kann die strahlende Rekombinationseffizienz der Quantenfilme weiter erhöht werden, indem die Anzahl der Gitterversetzungen in der Struktur verringert wird. In Abb. 2 sind die Kennlinien zweier identischer LED-Heterostrukturen auf herkömmlichen und defektreduzierten GaN/Saphir-Templates gegenübergestellt. Die Defektreduktion von 109 cm-2 auf 3x108 cm-2 wird durch ein spezielles Wachstumsverfahren der GaN-Pufferschichten erreicht. Durch die Gesamtheit der beschriebenen Maßnahmen konnte die externe Quanteneffizienz bei 380 nm um den Faktor zwei erhöht werden. Im nächsten Schritt soll die Emissionswellenlänge der verbesserten LED-Heterostruktur auf die für die Sensorikanwendung notwendige Wellenlänge von 360 nm verschoben werden.
Publikationen
A. Knauer, H. Wenzel, T. Kolbe, S. Einfeldt, M. Weyers, M. Kneissl, G. Tränkle, "Effect of the barrier composition on the polarization fields in near UV InGaN light emitting diodes", Appl. Phys. Lett., vol. 92, no. 191912 (2008).
A. Knauer, T. Kolbe, S. Einfeldt, M. Weyers, M. Kneissl, and T. Zettler, "Optimization of InGaN/(In,Al,Ga)N based near UV-LEDs by MQW strain balancing with in-situ wafer bow sensor", phys. stat. sol. (a), vol. 206, no. 2, pp. 211-214 (2009).
T. Kolbe, A. Knauer, H. Wenzel, S. Einfeldt, V. Kueller, P. Vogt, M. Weyers, and M. Kneissl, "Emission characteristics of InGaN multi quantum well light emitting diodes with differently strained InAlGaN barriers", phys. stat. sol. (c), vol. 6, no. S2, pp. S889-S892 (2009).
T. Kolbe, T. Sembdner, A. Knauer, V. Kueller, H. Rodriguez, S. Einfeldt, P. Vogt, M. Weyers, and M. Kneissl, "Carrier injection in InAlGaN single and multi-quantum-well ultraviolet light emitting diodes", phys. stat. sol. (c), vol. 7, no. 7-8, pp. 2196-2198 (2010).
T. Kolbe, T. Sembdner, A. Knauer, V. Kueller, H. Rodriguez, S. Einfeldt, P. Vogt, M. Weyers, and M. Kneissl, "(In)AlGaN deep ultraviolet light emitting diodes with optimized quantum well width", phys. stat. sol. (a), vol. 207, no. 9, pp. 2198-2200 (2010).
FBH-Forschung: 23.05.2012