Claus Weyrich

Silicon carbide blue light emitting diodes with improved external quantum efficiency

The most relevant features in the fabrication and room temperature operation of blue light emitting 6H‐SiC:Al,N diodes are reported. Epilayers are grown either on opaque Acheson substrates or on semi‐ to fully transparent substrate platelets obtained from larger ingots grown in our laboratory. The p‐n junction is obtained by overcompensating Al acceptors with N donors. Electroluminescent light, which is mainly due to N‐donor‐Al‐acceptor pair recombination is generated in the n region of the diode. The emission spectrum is saturated to about 90% at normal driving conditions, the hue of the diodes being slightly dependent on the current density. Optimization of diode preparation and design, especially the use of transparent substrates, yields external quantum efficiencies of 1.1×10−4 for unencapsulated samples, nearly triplicating the best quantum efficiency values for SiC:Al,N diodes reported so far.

Determination of the recombination coefficients in undoped (In,Ga)(As,P) from transient optical output analysis of (In,Ga)(As,P)‐InP double heterostructure LED’s

The transient optical output of (In,Ga)(As,P)‐InP light‐emitting diodes with unintentionally doped active layers was analyzed experimentally and theoretically to determine the coefficients of radiative and nonradiative recombination mechanisms. Two models are given which describe both the transient behavior of these diodes and their output saturation. As a result, a linear radiative term plays an important part. On the other hand bimolecular radiative recombination, is much smaller than for (Ga,Al)As diodes. Nonradiative terms may be attributed to Auger recombination.

High efficiency, high modulation bandwidth (Ga,Al)As:Te,Zn light‐emitting diodes with graded band gap

A new (Ga,Al)As light‐emitting diode (λmax =660–880 nm) is presented which has several advantages: simple processing, high external quantum efficiencies (up to 12%), and short decay times (down to 12 ns). The importance of photon recycling and reduced self‐absorption in the graded band gap is demonstrated.

Industrieforschung am Beispiel des Hauses Siemens

Der Weitelektromarkt unterliegt seit etwa 2 Jahrzehnten, getrieben durch die zunehmende Durchdringung der Produkte mit Mikroelektronik und Software, einem starken technologischen Wandel, dessen Merkmale kurzere Innovationszyklen, wachsende Komplexitat und damit hohere anteilige Aufwendungen fur Forschung und Entwicklung sind. In der globalen industriellen— und auch volkswirtschaftlichen—Auseinandersetzung wird Forschung und Entwicklung damit zu einem entscheidenden Wettbewerbsfaktor, dem weltweit besondere Aufmerksamkeit gezollt wird. Das Haus Siemens mit seiner enorm breiten Produktpalette wendet zur Zeit fur Forschung und Entwicklung knapp 7 Milliarden DM auf — das sind uber 11 % vom Umsatz. Etwa 7 % davon entfallen auf die Zentralabteilung Forschung und Entwicklung. Ihre Funktion als Bindeglied zwischen den Entwicklungsabteilungen der geschaftsfuhrenden Bereiche einerseits und dem weltweiten Forschungsgeschehen andererseits, stellt zur Bewaltigung der grosen technologischen Herausforderung des kommenden Jahrzehnts hohe Anforderungen an Management und Mitarbeiter bezuglich fachlicher Flexibilitat, Integrationsfahigkeit, personliche Mobilitat und unternehmerischer Fahigkeiten.

Fabrication of green‐emitting monolithic GaP light‐emitting diode displays by laser‐induced ablation and ion implantation

A novel and simple method for the fabrication of green‐emitting monolithic GaP:N displays comprises pulsed ruby laser irradiation‐induced, self‐aligned ablation combined with self‐aligned ion implantation. The different fabrication steps are described. With this technology, displays with reduced optical crosstalk and hence very high contrast in the range of 1:100 are obtained.

Anwendungen von Lumineszenz- und Laserdioden

LED werden fast ausschlieslich fur Anzeigezwecke eingesetzt. Ihre Aufgabe ist es, bei moglichst geringer elektrischer Leistung beim Beobachter einen optimalen visuellen Eindruck zu erzeugen. Neben der Lichtausbeute der LED mussen physiologische Effekte, aber auch psychologische Momente — beispielsweise bedeutet rotes Licht in der Regel Gefahr — berucksichtigt werden. Diese Fragen, die LED-Anzeigelampen und LED-Displays gleichermasen betreffen, sollen daher vor einer Beschreibung bestimmter Diodentypen fur verschiedenartige Anwendungen zunachst kurz diskutiert werden.

Strahlende und nichtstrahlende Rekombination in Halbleitern

Dieses Kapitel gibt einen Uberblick uber die verschiedenen strahlenden und nichtstrahlenden Rekombinationsprozesse in Halbleitern. Als Modellhalbleiter dienen dabei die beiden fur Lumineszenz- und Laserdioden wichtigsten Werkstoffe GaAs und GaP. Die relative Haufigkeit der einzelnen Rekombinationsprozesse hangt von deren Ubergangswahrscheinlichkeiten ab. Diese wiederum sind abhangig von der Bandstruktur des Halbleiters und der Art und Dichte von eventuell vorhandenen Rekombinationszentren. Im Falle der optischen Ubergange — das sind jene Ubergange, die mit der Absorption und Emission von Photonen verbunden sind — lassen sich die Ubergangswahrscheinlichkeiten aus der Wechselwirkung der Ladungstrager in Leitungs- und Valenzband des Halbleiters mit einem elektromagnetischen Strahlungsfeld berechnen. Fur Halbleiter mit direkter Bandlucke liegen sie um Grosenordnungen uber denen von Halbleitern mit indirekter Bandlucke. Durch Einbau von isoelektronischen Rekombinationszentren last sich jedoch auch bei indirekten Halbleitern die Wahrscheinlichkeit fur strahlende Ubergange betrachtlich erhohen.

Physik der Lumineszenzdioden

Die zur Erzeugung von Licht notwendige Anregung eines Halbleiterkristalls wird am einfachsten in einer in Flusrichtung betriebenen Lumineszenzdiode erzielt. Diese enthalt einen pn-Ubergang, uber den jeweils Minoritatstrager in das neutrale p- bzw. n-Gebiet injiziert werden, wo sie sich durch strahlend oder nichtstrahlend erfolgende Rekombinationsprozesse wieder der Gleichgewichtszustand einstellt. Ein der Messung unmittelbar zugangliches Mas fur die dabei erzielte Umwandlung von elektrischer in Strahlungsenergie ist der externe Quantenwirkungsgrad, der sich als Quotient aus der Zahl der die Diode in der Zeiteinheit verlassenden Photonen und der in der gleichen Zeit transportierten Ladungstrager ergibt. Dieser Wirkungsgrad wird durch den Quantenwirkungsgrad der strahlenden Rekombination der Minoritatstrager, den Injektionswirkungsgrad und durch den optischen Wirkungsgrad beim Austritt des Lichtes aus dem Kristall bestimmt.

Materialherstellung und -technologie

Die Materialherstellung spielt bei Lumineszenzdioden eine besondere Rolle, da der Einbau der strahlenden und nichtstrahlenden Rekombinationszentren und damit auch der Quantenwirkungsgrad der Dioden empfindlich vom Herstellverfahren abhangen.

Langzeitverhalten von Lumineszenz- und Laserdioden

Beim Langzeitverhalten von Lumineszenz- und Laserdioden spielen die zeitlichen Veranderungen ihrer Emissionseigenschaften die entscheidende Rolle. Im allgemeinen nimmt die Intensitat der Emissionsstrahlung einer unter konstanten Bedingungen betriebenen Lumineszenzdiode kontinuierlich ab: Dieses Verhalten wird als Alterung oder Degradation bezeichnet. Eine abrupte Abnahme der Emission, wie sie von Gluhlampen her bekannt ist, wird bei Halbleiterlichtquellen nur bei der Laserdiode beobachtet, wenn infolge der weiter unten beschriebenen Kettenreaktion der Schwellenstrom so hoch wird, das es zu einer Zerstorung der Diode kommt.