Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiter-Bauelemente, die bei Durchlassbetrieb elektromagnetische Strahlung, überwiegend im sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich, emittieren. Zentrales Funktionsprinzip ist die strahlende Rekombination von Elektronen und Löchern in einer p-n-Übergangszone. Die emittierte Wellenlänge wird primär durch die Bandlücke des eingesetzten Halbleitermaterials bestimmt.

Werkstoffseitig dominieren III-V-Verbindungen wie GaN, InGaN, AlGaN (für sichtbare und UV-LEDs) sowie AlGaInP (für rot–gelb). Kristallqualität, Versetzungsdichte und Dotierstoffverteilung beeinflussen interne Quanteneffizienz, Lebensdauer und Degradationsmechanismen wesentlich. Substratwahl (Saphir, SiC, Si, GaN) bestimmt Verspannungszustand, Defektdichte und thermische Leitfähigkeit und ist daher ein zentrales materialspezifisches Designkriterium.

Neben der aktiven Zone sind Kontaktmetallisierungen, Passivierungsschichten und Verguss- bzw. Gehäusematerialien entscheidend. Optisch klare Epoxide oder Silikone müssen hohe Transparenz, Photostabilität und geringe Vergilbung aufweisen, insbesondere bei Hochleistungs- und UV-LED-Technologie. Phosphorkonversionsschichten (z.B. YAG:Ce) zur Erzeugung weißer LEDs stellen zusätzliche Anforderungen an chemische Stabilität, Korrosionsbeständigkeit und thermisches Management.

Thermische Leitpfade via Leiterplattenmaterialien (MCPCB, Keramiksubstrate) sowie Löt- und Die-Attach-Materialien sind kritisch für Zuverlässigkeit und Effizienz. Degradationsphänomene wie Defektwachstum, Elektromigration oder Delamination sind eng an die gewählten Werkstoffe gekoppelt. Damit stehen LEDs exemplarisch für die enge Verzahnung von Halbleiterphysik, Werkstoffdesign und Zuverlässigkeitsforschung.