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Cuvillier Verlag

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Ursachen der stromgetriebenen Degradation von UV-LEDs

Printausgabe
EUR 49,90

E-Book
EUR 35,50

Ursachen der stromgetriebenen Degradation von UV-LEDs (Band 67)

Jan Ruschel (Autor)

Vorschau

Leseprobe, PDF (170 KB)
Inhaltsverzeichnis, PDF (33 KB)

ISBN-13 (Printausgabe) 9783736975422
ISBN-13 (E-Book) 9783736965423
Sprache Deutsch
Seitenanzahl 180
Umschlagkaschierung matt
Auflage 1.
Buchreihe Innovationen mit Mikrowellen und Licht. Forschungsberichte aus dem Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik
Band 67
Erscheinungsort Göttingen
Promotionsort Berlin
Erscheinungsdatum 14.12.2021
Allgemeine Einordnung Dissertation
Fachbereiche Physik
Physik der kondensierten Materie (einschließlich Festkörperphysik, Optik)
Schlagwörter Lichtemittierende Dioden, UV-LED, LED, Materialsystem (In)AlGaN, LED-Betriebsparameter, LED-Chips, Chipdesign, Halbleiterschichtstruktur, Kristallqualität, Lebensdauer, Stromdichte, Stromdichteverteilung, Beschleunigungsfaktor, Degradation, Ladungsträgerdichte, experimentelle Ergebnisse, theoretische Simulationen, Ladungsträgertransport, Ladungsträgerdynamik, Auger-Rekombination, Degradationsmodell, treibender Prozess, L70-Lebensdauer, Versetzungsdichte, Verkürzung der PL-Abklingzeit, SRH-Rekombinationsrate, Verlustmechanismus, Weibullfunktion, Elektronenspektroskopie, Positronen-Annihilations-Lebensdauer-Spektroskopie (PALS), Defektdichte, UVB-LEDs, UVC-LEDs, Fern-UVC-LEDs, Light emitting diodes, UV LED, LED, (In)AlGaN material system, LED operating parameters, LED chips, chip design, semiconductor layer structure, crystal quality, lifetime, current density, current density distribution, acceleration factor, degradation, charge carrier density, experimental results, theoretical simulations, charge carrier transport, charge carrier dynamics, Auger recombination, degradation model, driving process, L70 lifetime, dislocation density, PL decay time shortening, SRH recombination rate, loss mechanism, Weibull function, electron spectroscopy, positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS), defect density, UVB LEDs, UVC LEDs, remote UVC LEDs, Elektronenblockierschicht, electron-blocking layer, Elektrolumineszenz, electroluminescence, Mehrfachquantenfilm, multi-quantum well, kurzperiodisches Supergitter, short period superlattice, Wärmesenke, high temperature annealed, Metallorganische Gasphasenepitaxie, metal organic vapour phase epitaxy, Photolumineszenz, photoluminescence, willkürliche Einheit
Beschreibung

Lichtemittierende Dioden (LEDs) auf Basis des Materialsystems (In)AlGaN, die im ultravioletten (UV) Spektralbereich abstrahlen, werden unter anderem in der medizinischen Phototherapie, beim Pflanzenwachstum oder zur Desinfektion eingesetzt. Mit kurzwelligem UVC-Licht lassen sich auch Mikroben wie Viren inaktivieren, wodurch UV-LEDs auch dabei helfen können, die Ausbreitung von SARS-CoV-2 zu verringern. Allerdings nimmt im Langzeitbetrieb die optische Leistung der UV-LEDs schnell ab. Damit einher geht eine geringe Lebensdauer von einigen hundert bis tausend Stunden, die dem breiten Einsatz von UV-LEDs bislang im Weg steht.
Ziel dieser Arbeit war es, die physikalischen Ursachen zu finden, die zu der betriebsbedingten Leistungsabnahme von UVB- und UVC-LEDs führen. Hierzu wurde der Einfluss der LED-Betriebsparameter, des Chipdesigns, der Halbleiterschichtstruktur und deren Kristallqualität auf die Lebensdauer der LEDs untersucht. Dabei stellte sich die Stromdichte als der wesentliche Beschleunigungsfaktor der Degradation heraus, wofür eine mathematische Beschreibung hergeleitet wurde. Zudem wurde aufgedeckt, dass hohe Ladungsträgerdichten in der aktiven Zone die LED-Lebensdauer verkürzen. Durch eine verbesserte Kristallqualität ließ sich jedoch die Lebensdauer der LEDs signifikant auf mehr als 10.000 h erhöhen, was den breiten Einsatz von UV-LEDs ermöglicht.
Die experimentellen Ergebnisse in Verbindung mit theoretischen Simulationen des Ladungsträgertransports legen nahe, dass die betriebsbedingte Leistungsabnahme maßgeblich durch die Auger-Rekombination angetrieben wird. Im Ergebnis kann erstmalig ein quantitativ begründetes Degradationsmodell aufgestellt werden.