Charakterisierung interner optischer Verluste von Leuchtdioden im InGaN-Materialsystem mit Hilfe integrierter Wellenleiter

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Effiziente Leuchtdioden im InGaN-Materialsystem sind auf Grund zahlreicher Eigenschaften für die Erzeugung von Licht im grünen bis ultravioletten Spektralbereich sehr attraktiv. Die Konversion von ultraviolettem Licht mittels Phosphoren ermöglicht die Erzeugung von weißem Licht und damit den universellen Einsatz in der Leuchtdioden in der Beleuchtungstechnik. Klassische Beleuchtungsmittel wie die Glühbirne werden schon heute in der Effizienz übertroffen. Dennoch ist das Optimierungspotenzial des Halbleitechips noch nicht ausgereizt, da neben qualitativ hochwertigen epitaktischen Strukturen bisher das Problem der Extraktion der im Halbleiter generierten Photonen wenig Beachtung fand. Interne optische Verluste und die Existenz der Totalreflexion verhindern, dass das Licht den Halbleiter vollständig verlassen kann.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem systematischen Zugang zu internen optischen Verlusten, die in Saphir- bzw. Siliziumkarbid-basierenden Leuchtdiodenstrukturen auftreten. Ein integriertes optisches Wellenleiterexperiment wird genutzt, um die laterale Wellenausbreitung des Lichts zu untersuchen. Die theoretische Modellierung der speziellen, nicht-exponentiellen Intensitätsverteilung erlaubt einen Einblick in die Absorptionsverteilung, die anhand von weiteren begleitenden Messverfahren verifiziert wird. Eine Korrelation zwischen Absorptionsverteilung und Schichtaufbau führt zur Erkenntnis, dass das defektreiche GaN, welches zwischen dem Saphir-Substrat und der Leuchtdiodenstruktur existiert, stark absorbierend wirkt. Erstmals ist eine quantitative Analyse der Absorptionseigenschaften möglich. Durch die Modifikation des Wachstumsprozesses kann das Absorptionsverhalten verbessert werden, womit eine Steigerung der Lichtausbeute der Leuchtdioden ermöglicht wird.