UV-Leuchtdioden (LEDs)

Wir entwickeln (In)AlGaN-basierte Leuchtdioden (LEDs) mit einer Emission im ultravioletten (UV) Spektralbereich. Die Forschungsarbeiten finden in enger Kooperation mit der TU Berlin im Rahmen des Joint Lab GaN Optoelectronics statt. Unsere Aktivitäten umfassen die Simulation der Bauelemente, Design, Epitaxie von (InAlGa)N-Heterostrukturen, die Fabrikation der Bauelementechips sowie deren Montage und Charakterisierung.

Die Vorteile auf einen Blick

  • Emissionswellenlänge durch Anpassen der Heterostruktur auf die jeweilige Anwendung einstellbar
  • klein, kompakt und robust
  • bei niedrigen Spannungen betreibbar (mobile Anwendungen)
  • lassen sich schnell schalten
  • enthalten keine toxischen Substanzen

Dank dieser Eigenschaften sind UV-LEDs schon jetzt konventionellen UV-Strahlern wie Quecksilber-basierten Gasentladungslampen in vielerlei Hinsicht überlegen. Mit fortschreitender Technologie werden die Vorteile der UV-LEDs weiter zunehmen.

  • 300-320 nm für die Oberflächenpolymerisation, Fototherapie und Pflanzenbeleuchtung, typ. Lichtleistung 25 mW (350 mA)
  • 260-280 nm für die Wasser-, Luft- und Oberflächendesinfektion, typ. Lichtleistung 18 mW (350 mA)
  • 250-260 nm für die Spektroskopie, typ. Lichtleistung 9 mW (350 mA)
  • 225-235 nm für die Gassensorik und hautverträgliche UV-Antiseptik, typ. Lichtleistung 1,5 mW (200 mA)

Unsere besten UV-LEDs erreichen eine bis zu doppelt so hohe Lichtleistung wie oben angegeben. Zusammen mit dem hauseigenen EntwicklungsZentrum verbauen wir unsere UV-LEDs zu Strahlermodulen und kompletten Bestrahlungssystemen. Diese testen wir mit Partnern in praktischen Anwendungen wie etwa der Pflanzenbeleuchtung oder der Wund- und Hautdesinfektion.  

  • Simulation der LED-Heterostruktur
  • epitaktische Abscheidung der (InAlGa)N-Heterostrukturen an verschiedenen MOVPE-Anlagen
  • Chiptechnologie in der Prozesslinie des FBH-Reinraums (u. a. monolithisch integrierte Gold-Mikro-Studbumps für die spätere Flip-Chip-Montage über Thermokompression)
  • Aufbau der LED-Chips in SMD-Gehäuse aus AlN-Keramik oder kristallinem Silizium, die mit Linsendeckeln verschlossen werden können
  • Charakterisierung (u. a. Messung der Leistung-Strom-Spannung-Kennlinien sowie deren Spektren on-wafer oder am montierten Chip, detaillierte Alterungsuntersuchungen zur Analyse möglicher Degradationsmechanismen)
Die volle Wertschöpfungskette bei UV-LEDs – ein Blick in die Labore und Fertigungsschritte am FBH

Unsere aktuellen Projekte

CORSA

Im Verbundprojekt CORSA* sollen SARS-CoV-2 und weitere Atemwegsviren auf Oberflächen und Haut durch den Einsatz von UVC-Licht inaktiviert werden. Dafür entwickelt das Projektteam des FBH spezielle UVC-LEDs mit sehr kurzer Wellenlänge und geeignete Bestrahlungssysteme. Diese liefern wir an die Projektpartner, die die Effizienz des UV-induzierten Inaktivierungsprozesses in Abhängigkeit von der Wellenlänge, der Bestrahlungsdosis und dem Virushabitat untersuchen.

* Inaktivierung von SARS-CoV-2 durch UVC-Licht und Verträglichkeit für den Menschen

DINoLED

Im Projekt DINoLED* wird eine DIN-Norm erarbeitet, die die gesetzlichen und normativen Grundlagen für die Trinkwasseraufbereitung mittels UV-Licht aus LEDs legt. Dies ist nötig, da bisher in Deutschland lediglich Quecksilberdampf-Gasentladungslampen für derartige Behandlungen zugelassen sind. Das FBH steuert seine Expertise im Bereich der UV-LEDs bei, untersucht typische, am Markt verfügbare UVC-LEDs elektrooptisch und unterstützt die Projektpartner mit den gewonnenen Daten sowie bei der Erarbeitung des Normentwurfs.

* Erarbeitung eines DIN-Norm-Entwurfs für UV-LED-basierte Wasserdesinfektionsgeräte in der öffentlichen Trinkwasseraufbereitung

OLAV

Im OLAV* Projekt wird die Eignung und Stabilität bereits am Markt erhältlicher Vergussmaterialien sowie neu hergestellter Materialien für die Verkapselung von UVB- und UVC-LEDs untersucht. Dafür stellen wir den Projektpartnern 265-nm- und 310-nm-LEDs zur Verfügung. Wir führen die elektrooptische Charakterisierung der LEDs mit und ohne Verguss durch und untersuchen das Degradationsverhalten der Vergussmaterialien während des LED-Betriebs.

* UV-LEDs mit optimierter Lichtauskopplung durch angepasste Vergusstechnologie

ULTRA.sens

Im ULTRA.sens* Projekt sollen fotometrische UV-Gasanalysegeräte auf Basis von UV-LEDs realisiert werden, um Gase wie Stickoxide, Schwefeldioxid oder Schwefelwasserstoff mit Nachweisgrenzen < 1 ppm zu detektieren. Dazu entwickeln wir gemeinsam mit der TU Berlin Fern-UVC-LEDs (Emissionswellenlänge = 226 nm) mit ausreichend hoher Effizienz und Zuverlässigkeit für den Einsatz in wartungsarmen mobilen Gasanalysegeräten. Zudem entwickeln wir die LED-Strahlereinheit, bei der neben den Fern-UVC LEDs auch LEDs anderer Wellenlänge eingesetzt werden.

* UV-Gasanalyse auf der Basis innovativer UV LEDs und UV LED-Arrays

UVPower

Im Projekt UVPower entwickeln wir mit unseren Projektpartnern die Epitaxie und die Chiptechnologie für UVB- und UVC-LEDs mit hohen Ausgangsleistungen. Dabei ist das FBH für den UVB-Bereich um 310 nm zuständig. Wir entwickeln unter anderem angepasste Wafer-Frontend- und Backendprozesse - wie UV-reflektierende Kontakte und ein Laser-Lift-off des Substrats -, die die Lichtauskopplung gegenüber dem derzeitigen Stand deutlich erhöhen sollen.

VIMRE

Im Projekt VIMRE* entwickelt das FBH Bestrahlungssysteme, die auf Fern-UVC-LEDs basieren. Die Projektpartner aus dem Bereich Medizin wollen damit nachweisen, dass diese Strahlung geeignet ist, Mikroorganismen und insbesondere multiresistente Erreger abzutöten. Gleichzeitig soll gezeigt werden, dass die Strahlung für den Menschen unbedenklich ist, wenn bestimmte Strahlendosen eingehalten werden. Die in den Systemen verwendeten (230 ± 5) nm LEDs werden am FBH in Zusammenarbeit mit der TU Berlin gefertigt.

* Verhinderung der Infektion mit multiresistenten Erregern über In-vivo-UVC-Bestrahlung