Besonders effiziente Lichterzeugung
Grundlagen: Emission und Energiebänder
Licht entsteht durch Emission, d.h. dadurch dass ein Elektron aus einem
angeregten Zustand in ein tieferes Energieniveau fällt. Die dabei freigesetzte
Energie wird in Form von Licht abgegeben.
In Festkörpern bilden die benachbarten Atome gemeinsame Energiebänder aus. Je
nach Material erstrecken sich diese Energiebänder über unterschiedliche
Energiebereiche.
Halbleitermaterialien (z.B. Silizium und Germanium) können durch
Verunreinigungen (durch Dotierung) dazu gebracht werden, unterschiedliche
Energiebänder auszubilden.
| Aufbau einer Diode: unterschiedlich dotierte
Materialien Eine Diode besteht aus zwei unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten. Diese Halbleiterschichten haben dadurch unterschiedlich hohe Energiebänder. Dies hat zur Folge, dass Elektronen in eine Fließrichtung gegen einen Energieunterschied angehen müssen (Sperrrichtung), während sie in der anderen Richtung den "Energieberg herunterrutschen" können (Durchlassrichtung). |
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| Erzeugung des Lichtes: Wechsel des Energieniveaus
Bei genauerer Betrachtung erkennt man, dass bei der Durchlassrichtung Licht emittiert werden muss. Dabei wechselt das Elektron aus dem teilweise gefüllten Leitungsband der p-Schicht auf einen freien Platz in der n-Schicht. Je größer der Unterschied zwischen den Energiebändern ist, desto energiereicher kann das Licht sein, das emittiert wird. Während es schon lange rote und gelbe LEDs gab, gelang es erst 1988 auch blaue LEDs herzustellen. Die Japaner Akasaki, Amano und Nakamura erhielten dafür 2014 den Nobelpreis. |
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