Technologieforum Laser Photonik

UV-Mikro-LED für Sensorik, Produktion und Kommunikation

Am Berliner Ferdinand-Braun-Institut (FBH) haben Forschende erste Prototypen von Mikro-LEDs hergestellt, die im ultravioletten Spektralbereich (UVB) emittieren.

Die Mikro-LEDs mit einer Emissionswellenlänge von 310 nm zeichnen sich durch eine geringe Größe der emittierenden Fläche mit Durchmessern bis hinunter zu 1,5 µm aus. Für die Herstellung wurden im ultravioletten Spektralbereich emittierende Halbleiterschichtstrukturen mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie abgeschieden und anschließend mithilfe lithografischer Prozesse sowie durch Plasmaätz- und Abscheideverfahren strukturiert. Die UV-Mikro-LEDs mit geringen Durchmessern zwischen 1,5 und 50 µm und einem Pitch zwischen 2 und 60 µm stellen höchste Anforderungen an die Justage, Fertigungspräzision und Materialperfektion. So war etwa eine exakte Ausrichtung der verschiedenen Prozessebenen zueinander (Overlaykontrolle) mit einer Genauigkeit von besser als 20 nm über den 2″-LED-Wafer erforderlich. Die Eigenschaften, wie Durchmesser, Form und die Flankenwinkel der geätzten Halbleiterstrukturen, wurden mittels Elektronenmikroskopie kontrolliert.

Vom Array zur individuellen Ansteuerung

Eine einzelne UV-Mikro-LED mit 1,5 µm Durchmesser.
Bild: FBH

Einzeln oder als Array mit hoher Dichte können UV-Mikro-LEDs in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt werden – unter anderem in der Sensorik, bei der Härtung von Kunststoffen, zur Fertigung von Halbleiterchips sowie für die optische Kommunikation. Aktuell werden die UV-Mikro-LEDs eines Arrays auf einem Chip gleichzeitig betrieben. Im nächsten Schritt sollen die Pixel über einen Steuerchip individuell

Ein Array von UV-Mikro-LEDs mit 2 µm Abstand (Pitch). Bild: FBH

angesteuert werden. Damit lassen sich individuelle Beleuchtungsmuster generieren und schnell modulieren, was beispielsweise eine maskenfreie Fotolithografie ermöglicht. So lassen sich einfach, schnell und kostengünstig individuelle Strukturen auf Halbleiterwafern erzeugen. Auch im Bereich des Rapid Prototyping und in der Fluoreszenzanalytik eröffnen sich durch die Möglichkeit der hochaufgelösten individuellen UV-Bestrahlung neue Anwendungen.

Parallel wird am FBH bereits daran gearbeitet, diese Technologie auf UVC-LEDs zu übertragen, unter anderem auf Fern-UVC-LEDs mit extrem kurzen Emissionswellenlängen um 230 nm. Dafür sollen nun Partner aus dem Anwendungsbereich von UV-Mikro-LEDs gefunden werden, um die Technologie weiterzuentwickeln und das Potenzial solcher Bauelemente auszuschöpfen.

Quelle und Bild: www.fbh-berlin.de



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