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Die LED

LED

auch Lumineszenz-Diode oder kurz LED, für Light Emitting Diode genannt, ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement mit einem p-n Übergang. Fließt durch die Diode Strom in Durchlassrichtung, so strahlt sie Licht mit einer vom Halbleitermaterial abhängigen Wellenlänge ab.

Am Beginn der Entwicklung von Halbleitern, stand eine wissenschaftliche Entdeckung, die lange ignoriert wurde. 1876 hielt Ferdinand Braun einen Vortrag über Stromleitung durch Kristalle.
Er schildert seine Versuche, bei denen er eine Metallspitze auf einen Schwefelkristall presste und herausfand, dass der Kristall in einer Richtung gut leitet und zwar um so besser, je höher der Strom ist, in der anderen Richtung fließt hingegen nur wenig Strom. Da man damals nur Ohmsche Leiter und Isolatoren kannte, passte dieser Gleichrichteffekt nicht in die damals bekannten Eigenschaften der Materie und es dauerte fast 60 Jahre!!! bis eine Erklärung dieser besonderen Merkmale gefunden werden konnte. Diese von Braun gefundene "elektrische Einbahn" spielte dann als Germanium-Kristalldetektor im frühen 19. Jahrhundert in der Anfangszeit von Telegrafie und Radio eine wichtige Rolle und beeinflusste später sogar entscheidend den Ausgang des 2. Weltkrieges! Radaranlagen benützen sehr kurzwellige, hochfrequente elektromagnetische Wellen. Radarempfänger müssen die schwach reflektierten Signale empfangen und verstärken. Für diesen Zweck erwies sich Brauns Kristalldetektor als qualifiziert. Die in Massen produzierten Radergeräte entschieden somit den Luftkrieg um England

Wie funktioniert nun eine Led?
In einem reinem Halbleiterkristall befinden sich immer gleich viele Leitungselektronen wie Elektronenlöcher. Die Anzahl der frei beweglichen Ladungsträger und somit die Leitfähigkeit eines Halbleiters kann durch die Zugabe(dotieren) bestimmter Fremdatome wesentlich gesteigert werden. Man spricht dann von dotierten Halbleitern. Durch Einbau von fünfwertigen Fremdatomen (Donatoren) erhält man Elektronen Überschussleiter(n-Leiter) und durch Einbau von dreiwertigen Fremdatomen (Akzeptoren) erhält man Elektronenmangelleiter (p-Leiter).
Bauen wir nun in Gedanken eine Diode zusammen.
Wir nehmen je ein Stück n- leitendes und p- leitendes Material. Solange sich die beiden Halbleiter nicht berühren, sind sie elektrisch neutral. Im n-Leiter befinden sich viele frei bewegliche Elektronen und im p-Leiter befinden sich viele frei bewegliche Elektronenlöcher.
Nun verbinden wir den n und p-Leiter mit einem Hauch dünnen Golddraht und legen eine Durchlassspannung an. An der Kontaktfläche kommt nun einiges in Schwung. Elektronen aus dem n-Bereich und Elektronenlöcher aus dem p-Bereich wandern durch den pn-Übergang (Golddraht) und r e k o m b i n i e r e n d.h. Elektronen werden von den Löchern eingefangen und wieder an Gitterplätze gebunden. Die dabei freiwerdende Energie wird als Licht abgestrahlt.
Die Farbe des abgestrahlten Lichtes hängt somit vom Material (Halbleiter) der Led´s ab.

Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) – rot und infrarot, bis 1000 nm Wellenlänge
Galliumaluminiumarsenid (GaAlAs) – z. B. 665 nm, rot, LWL bis 1000 nm
Galliumarsenidphosphid (GaAsP) und Aluminiumindiumgalliumphosphid (AlInGaP) – rot, orange und gelb
Galliumphosphid (GaP) – grün
Indiumgalliumnitrid (InGaN)/Galliumnitrid (GaN) – UV, blau und grün
Kupferplumbid (CuPb) - Emitter im nahen Infrarot (NIR)
Weiße LEDs sind meistens blaue LEDs mit einer Phosphorschicht, die als Lumineszenz-Konverter wirkt
Indiumgalliumnitrid (InGaN)/Galliumnitrid (GaN) – UV, blau,
Galliumphosphid (GaP) – grün,
Galliumaluminiumarsenid (GaAlAs) – z. B. 665 nm, rot, Aluminiumindiumgalliumphosphid (AlInGaP), orange.