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TU Berlin

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FP Versuch F24 Lumineszenz- und IU-Charakteristik von Halbleiterlichtemittern

Standort:
IFKP (Arbeitsgruppe Prof. Kneissl)
Inhalt:
Im heutigen Alltag sind halbleiterbasierte Lichtemitter wie z.B. LEDs kaum noch wegzudenken. Ob als Hintergrundbeleuchtung in Mobiltelefonen, als Lichtquellen in modernen Ampeln oder als Pixel in Großdisplays, die Anwendungsmöglichkeiten sind fast unerschöpflich.
Ein wichtiger Punkt nach der Herstellung der Lichtemitter (z.B. mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie) ist die elektrische und optische Charakterisierung. So können aus der Strom-Spannungs-Kennlinie (IV-Kennlinie) der Dioden Aussagen über den Serien- und Parallelwiderstand, dem Idealitätsfaktor und über Leckströme gemacht werden. Aus der Strom-Leistungs-Kennlinie (LI-Kennlinie) kann z.B. die Effizienz der LEDs berechnet werden. Durch Analyse der Spektren können Aussagen über Erwärmungen der Diode oder andere Effekte, wie den Quanten Confinement Stark Effekt (QCSE), gemacht werden. Mit diesen Werten und weiteren Analysemethoden ist nun eine gezielte Verbesserung des Epitaxieprozesses möglich, welcher für Bauelemente, deren Leistungsfähigkeit immer größer werden soll, benötigt wird.
In diesem FP-Versuch sollen die grundlegenden Vorgehensweisen bei der elektrischen- und optischen Charakterisierung von LEDs kennengelernt werden. Dazu werden von mehreren Dioden die IV- und LI-Kennlinien, sowie deren Emissionsspektren gemessen. Die Messung erfolgt sowohl unter cw- als auch unter gepulsten Bedingungen. Es sollen dabei Werte wie der Serienwiderstand, der Idealitätsfaktor, der Sperrstrom, die Schleusenspannung sowie die externe Quanteneffizienz bestimmt werden. Des Weiteren sollen durch Auswertung der Emissionsspektren der Temperatureinfluss und der Einfluss interner Verspannungen der Kristallstruktur (QCSE) auf die Emissionscharakteristiker der LEDs untersucht werden.
Lernziele bzw. Methoden:
• elektrische Charakterisierung von LEDs (Elektrolumineszenzmessungen cw/gepulst)
• Bestimmung charakteristischer Größen aus den Kennlinien (z.B. des Idealitätsfaktors)
• Kennenlernen des Temperatureinflusses und interner Verspannungen der Kristallstruktur (QCSE) auf die Emissionscharakteristiker der LEDs
Literatur:
E.F. Schubert, Light-Emitting Diodes. Cambridge, zweite Auflage (2005).
S.M. Sze, Physics of Semiconductor Devices. John Wiley and Sons (1981).
C. Kittel, Festkörperphysik, Oldenbourg (2006).
Ibach-Lüth: Festkörperphysik. Springer-Verlag Berlin-Heidelberg (1981).

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