Hocheffiziente weiße LED-Lampen
Die Größe des Wafers bestimmt entscheidend die Anzahl der darauf Platz findenden LED-Chips. Bisher werden LEDs in flachen Schichten gestapelt, wobei die Lichtstärke proportional zur Fläche des Wafers ist. Inzwischen hat nun der 3D-Trend Einzug gehalten, und zwar nicht nur in der modernen Halbleiterindustrie, sondern auch bei LED-Chips. Das Projekt GECCO (3D GaN for high-efficiency solid-state lighting) entwickelte dreidimensionale LEDs und machte sich hierfür die 3D-Struktur vertikaler Seitenwände von 3D-Galliumnitrid (GaN) zunutze. Jede LED ist ein kleiner Leuchtturm, der Licht über die gesamte vertikale Oberfläche emittiert. Die Fläche des Prototyp-Chips, der das gleiche Substrat verwendet, ist fünfmal größer als bei herkömmlichen LED-Chips und erzeugt damit viel mehr Licht. Nach diesem Modell können mehrere tausend zusätzliche Chips für jeden Wafer erzeugt werden. Wie bei den meisten weißen LEDs ist die Oberfläche mit Leuchtstoffmaterial beschichtet, das das ursprünglich blaue in weißes Licht umwandelt. Arrays aus 3D-GaN-LED-Strukturen im Submikrometerbereich wurden mit optimierten Techniken auf Vorlagen aufgebracht, entweder mittels konventioneller oder auch Nanoimprint-Lithographie. Um die dreidimensionale Chipgeometrie zu erzeugen, wurde auf den Wafer oberhalb der ersten abgeschiedenen Halbleiterschichten eine spezielle Maskenschicht aufgelegt. Die Wachstumsmasken, die für das selektive Flächenwachstum benötigt werden, wurden entsprechend optimiert, um nicht nur Homogenität und Reproduzierbarkeit, sondern auch isolierende Eigenschaften im Innern des LED-Chips zu gewährleisten. Die 3D-GaN-Säulen wurden dann mit einem transparenten Kontaktmaterial beschichtet, damit sich der Hauptstrom über die gesamte Oberfläche verteilt. Mit der erstmaligen Entwicklung eines weißen Phosphor-LED-Chips kommt GECCO dem hocheffizienten SSL (Solid State Lighting) nahe, auch wenn der angestrebte Elektrolumineszenzwert von 200 lm/W noch nicht erreicht ist.
Schlüsselbegriffe
Weiße LED, GaN, SSL, 3D-Chip
