Techniklexikon

Elektrolumineszenz

Siehe auch: Lumineszenz Atom- und Molekülphysik, Anregung von Lumineszenz durch elektrische Felder, welche die Elektronen in einem Festkörper in angeregte Zustände heben. Beim Übergang in den Grundzustand senden diese Licht der Frequenz DE / h aus (DE: Energiedifferenz, h: Plancksches Wirkungsquantum). 1936 wurde Elektrolumineszenz durch Wechselfelder an Kristallen von G. Destriau entdeckt (Destriau-Effekt).

Die wichtigsten Anregungsmechanismen bei der Elektrolumineszenz sind

1) Injektion von Minoritätsladungsträgern (Injektionslumineszenz): Aus äusseren Metallelektroden oder an pn-Übergängen treten Elektronen (in p-Halbleitern) bzw. Löcher (in n-Halbleitern) ins Valenzband und rekombinieren mit den jeweiligen Majoritätsladungsträgern unter Aussendung eines Photons (z.T. über Zwischenzustände). Dies geschieht bereits bei kleinen Spannungen (wenige V), die Ausbeute ist jedoch, z.B. wegen strahlungsloser Rekombinationen, relativ gering.

2) Elektronenstossanregung: Elektronen oder Löcher werden durch die angelegte Spannung beschleunigt und erzeugen Elektron-Loch-Paare, die wiederum strahlend rekombinieren.

3) Feldionisation von Störstellen: In starken elektrischen Feldern treten Elektronen von Störstellenatomen ins Leitungsband und rekombinieren strahlend. Meist überwiegen jedoch die ersten beiden Mechanismen, z.B. bei GaP-Halbleitern der erste, bei Cu-dotierten ZnS-Halbleitern der zweite.

Elektrolumineszenz tritt vor allem an II-VI- oder III-V-Halbleitern auf, ausserdem bei Germanium, Silicium und Siliciumcarbid (SiC). Seit Beginn der 90er Jahre hat man Elektrolumineszenz auch bei organischen Halbleitern (konjugierte Polymere) oder in nanoporösem Silicium gefunden.

Eine sehr wichtige Anwendung des Effektes sind die Leuchtdioden (LED), ausserdem Halbleiterlaser. Zukünftige Entwicklungen sind weitere optoelektronische Bauelemente und vor allem optische Computer.