Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Rätsel der blauen Leuchtdioden ist gelöst - Defekt behaftetes Ausgangsmaterial "schirmt" seine eigenen Fehler ab

20.09.2005


Die Energielandschaft in der "aktiven" Schicht des LED-Materials. Das Galliumnitrid entwickelt kegelförmige Ausbuchtungen rund um die Defekte. Auftreffende Elektronen können dadurch nicht "verschluckt" werden und setzen Photonen frei - die Lichtemission findet statt. TU Braunschweig - Inst. f. Angewandte Physik


Die Ausbuchtungen rund um die linienförmigen Defekte werden unter dem Transmissionselektronenmikroskop sichtbar. TU Braunschweig - Inst. f. Angewandte Physik


Blaue und grüne Leuchtdioden (LED) erobern seit mehr als zehn Jahren den Alltag. Warum sie aber funktionieren, war für Physiker und Ingenieure aus aller Welt bisher ein Rätsel. Forscher aus Braunschweig haben es jetzt gelöst. Mit ihrem Wissen können sie die Energieausbeute der hoch effizienten Lichtquellen noch mehr steigern (Physical Review Letters, 16. September 2005, Volume 95, Number 12).

... mehr zu:
»Effizienz »LED »Leuchtdiode »Lichtemission

Sie 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. In naher Zukunft werden weiße Leuchtdioden auf dieser Basis zunehmend für die Allgemeinbeleuchtung interessant, als Taschenlampe kann man sie heute schon kaufen.

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.


Viele Jahre lang wurde spekuliert, dass nur eine Lokalisierung von Ladungsträgern in diesem stark inhomogenen Material die einzig vorstellbare Erklärung für die rätselhaft große Effizienz der Lichtemission sein könne. 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. Gemeinsam mit Forschern der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig konnten sie 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". Das übertrifft die Ergebnisse anderer Forschergruppen um etwa die Hälfte. Und höhere Werte sind durchaus realistisch. Die größten Verbesserungen sind künftig im grünen und im ultravioletten Spektralbereich zu erwarten. Auch für die industrielle Anwendung dürfte das ein Meilenstein sein.

Kontakt:

Prof. Dr. Andreas Hangleiter
Institut für Angewandte Physik der Technischen Universität Braunschweig
Tel.: 0531 / 391-8500
a.hangleiter@tu-braunschweig.de

Dr. Elisabeth Hoffmann | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-braunschweig.de
http://mammut.techphys.nat.tu-bs.de/

Weitere Berichte zu: Effizienz LED Leuchtdiode Lichtemission

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Wie Protonen durch eine Brennstoffzelle wandern
22.06.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht Omicron Diodenlaser mit höherer Ausgangsleistung und erweiterter Garantie
20.06.2017 | Omicron - Laserage Laserprodukte GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften