Die Ausbeute einer Siliziumleuchtdiode verhundert- bis verzehnfacht sich, wenn ihre Oberfläche mit regelmäßigen Ausbuchtungen versehen wird. Darüber berichten Physiker der Universität von Neu-Südwales in Australien in der aktuellen Ausgabe des Fachblattes Nature. Leuchtdioden aus Silizium könnten somit schon bald auf optischen Chips eingesetzt werden und die Integrationsdichte optischer Geräte erhöhen.
In ihrem Experiment versahen die Physiker um Martin Green die Oberseite einer Siliziumleuchtdiode mit kleinen Ausbuchtungen in Pyramidenform. Zur besseren Lichtbündelung verspiegelten sie zudem die Unterseite der Leuchtdiode. Wird an diese nun eine Spannung angelegt, so sendet die Siliziumleuchtdiode durch die Rekombination der Elektronen und Löcher Licht aus. Der Grad der Umwandlung der elektrischen Energie zu Licht beträgt dabei mehr als ein Prozent. Gewöhnliche Siliziumleuchtdioden haben hingegen nur eine Effizienz von 0,01bis 0,1Prozent auf. Die Forscher hoffen, die neu entwickelten Leuchtdioden schon bald auf herkömmlichen Siliziumchips integrieren zu können.
Die Steigerung der Ausbeute mittels rauher Oberflächen wurde kürzlich bei Solarzellen entdeckt. Diese wandeln Lichtenergie in elektrische Energie um. Leuchtdioden hingegen stellen das genaue Gegenteil zu Solarzellen dar – sie wandeln elektrische Energie in Licht um. Daher ist es einleuchtend, dass rauhe Oberflächen auch Leuchtdioden effizienter machen. Dies wurde nun eindrucksvoll bestätigt.
Herkömmliche Leuchtdioden beruhen meistens auf dem Halbleiter Galliumarsenid. Dieser weist einen so genannten direkten Bandübergang der Elektronen auf, während Silizium einen indirekten Bandübergang aufweist. Daher ist die Lichterzeugung von Leuchtdioden aus Galliumarsenid effizienter als bei Leuchtdioden auf Siliziumbasis. Allerdings kann Galliumarsenid nur schwer mit Silizium zusammen verwendet werden. Da praktisch alle Computerchips aus Silizium sind, interessieren die Ergebnisse der Wissenschaftler sowohl Grundlagenforscher als auch die Industrie.
Stefan Maier
