Bessere LED-Heterostrukturen

LEDs leuchten schwächer oder fallen aus, wenn in einer bestimmten Halbleiterschicht ein Defekt auftritt. Nach genauer Lokalisierung kann die Fertigung jetzt verbessert werden.

LEDs bestehen aus Heteroschichtfolgen – verschiedene Halbleitermaterialen liegen übereinander. Fließt in Durchlassrichtung Strom, leuchtet die LED. Degradations-(Verschlechterungs-) und Ausfallmechanismen solcher LED-Heterostrukturen sind in der Regel mit einer veränderten Durchlassspannung und einem schwächeren Licht verbunden. Das Potenzial verändert sich innerhalb der LED-Struktur nicht über sämtliche Schichten, sondern oft an einer bestimmten Schicht oder bei einem bestimmten Material.

Das Ziel des Projekts war die möglichst genaue Lokalisierung der Degradation in einer quer geschliffenen Probe mit Hilfe von Kelvin-Probe-Force-Microscopy-Messungen (KPFM) an einem Raster-Sonden-Mikroskop.

Der erste Schritt: die Messungen an LED-Heterostrukturen zu verbessern. Dazu wurden Messspitzen verschiedener Hersteller verglichen, die für KPFM geeignet sind und deren Schichtmaterialien sich unterschieden. Daneben wurde eine Probenhalterung entworfen und gefertigt, um die präparierten LED-Strukturen exakt zu befestigen.

In der Probenpräparation wurde die Schleif- und Poliertechnik im Hinblick auf die Oberflächenrauigkeit optimiert. Mehrere Poliermethoden wurden miteinander verglichen. Für die Auswertung der Messdaten wurde eine Software entwickelt, in der die aufgenommenen Kurven schnell und genau miteinander überlagert werden können.

Aufgrund der exakten Lokalisierung der Defekte im Potenzialverlauf kann ihre Ursache nun theoretisch interpretiert werden. So können Gegenmaßnahmen in der Fertigung ergriffen werden. Weiterhin konnten durch zyklische Alterungsversuche und Messungen Materialien identifiziert werden, die diese unerwünschte Degradation verursachen.