Oberflächenemittierende UV-LEDs mit kleiner Apertur
Abb. 1: Topemitter-LED-Chip (400 µm x 400 µm) mit ITO-Emissionsfenster
Abb. 2: Leistung-Strom-Spannungskennlinien einer Topemitter-LED. Die Emission erfolgt durch eine runde Apertur mit 90 µm Durchmesser (siehe Inset).
Für Anwendungen in der Medizintechnik, Gassensorik und im sicherheitstechnischen Bereich werden effiziente, gut fokussierbare Strahlungsquellen im UVA-Spektralbereich (320 - 380 nm) benötigt. Dafür bieten sich UV-LEDs an, die ggf. als Arrays in batteriebetriebenen Geräten integriert werden. Der Aufwand für die optische Strahlformung ist gering wenn der LED-Chip einem Punktstrahler ähnelt, d.h. über eine nur geringe Fläche abstrahlt. Gelingt es zudem, auf dem Chip eine Linse hybrid zu montieren, kann eine Strahlungskollimation kostengünstig bereits auf Chipniveau erfolgen. Im Rahmen des innovativen regionalen Wachstumskerns "Berlin WideBaSe" entwickelt das FBH gemeinsam mit der TU Berlin und den Firmen Jenoptik Polymer Systems und Sentech fokussierbare LEDs mit einer Emission bei 360 nm insbesondere für den Einsatz bei der Analyse von Körperflüssigkeiten.
In einem ersten Schritt wurden Top-Emitter-LEDs hergestellt, die über die Chipvorderseite durch eine geringe Fläche abstrahlen (Abb. 1). Die Emission erfolgt über einen optisch transparenten Indiumzinnoxid (ITO)-Kontakt. Die Definition der stromdurchflossenen Fläche erfolgt hier entweder über Isolatorschichten oder über Ionenimplantation. Abb. 2 zeigt die Leistung-Strom-Spannungskennlinien einer 360-nm-Topemitter-LED mit einer homogenen Abstrahlung über eine Lochapertur von 90 µm Durchmesser. Bei einem Diodenstrom von 10 mA beträgt die optische Leistung ca. 0,3 W. Über eine Optimierung der Lichtextraktionseffizienz soll im nächsten Schritt die optische Leistung weiter erhöht werden. Darüber hinaus werden Verfahren entwickelt, um Linsen auf dem Chip zu montieren und so den Abstrahlwinkel auf 90° zu beschränken.
FBH-Forschung: 01.11.2011