DE102009022900A1 - Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit einem Substrat, einer Anode und einer Kathode sowie mindestens einer zwischen der Anode ut auf der kathodenseitigen Oberfläche der Anode ist eine amorphe dielektrische Schicht, die ein Metalloxid, ein Metallnitrid oder ein Metalloxinitrid enthält oder daraus besteht, angeordnet. Das im Metalloxid, Metallnitrid oder Metalloxinitrid enthaltene Metall ist ausgewählt aus einem oder mehreren der Metalle der Gruppe bestehend aus Aluminium, Gallium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Lanthan und Zink.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement, insbesondere ein organisches optoelektronisches Bauelement, bei dem auf der Anode eine amorphe dielektrische Schicht angeordnet ist.
  • Die Effizienz und die Lebensdauer von optoelektronischen Bauelementen, wie zum Beispiel Leuchtdioden, Infrarot-emittierenden Leuchtdioden, organischen Leuchtdioden (OLEDs), organischen Solarzellen oder organischen Fotodetektoren mit funktionellen Schichten kann durch das Auftreten eines Kurzschlusses stark herabgesetzt werden.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Bauelement anzugeben, bei dem die Anfälligkeit gegenüber Kurzschlüssen vermindert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauelements beziehungsweise des Verfahrens zu dessen Herstellung sind Gegenstand von Unteransprüchen und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnungen hervor.
  • Ein optoelektronisches Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat, eine Anode und eine Kathode und zumindest eine zwischen der Anode und der Kathode angeordnete aktive Schicht, z. B. Emitterschicht. Ferner ist direkt auf der kathodenseitigen Oberfläche der Anode eine amorphe dielektrische Schicht angeordnet. Diese Schicht enthält ein Metalloxid, ein Metallnitrid und/oder ein Metalloxinitrid oder besteht daraus; das im Metalloxid, Metallnitrid oder Metalloxinitrid enthaltene Metall ist dabei ausgewählt aus einem oder mehreren der Metalle der Gruppe bestehend aus Aluminium, Gallium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Lanthan und Zink.
  • Hier und im Folgenden bezeichnet eine Schicht oder ein Element, das „auf” einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet ist, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt (also direkt) auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein.
  • Dass eine Schicht oder eine Element „zwischen” zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur einen der zwei anderen Schichten oder zum einen der zwei anderen Elemente und in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt zur anderen der zwei anderen Schichten oder zum anderen der zwei anderen Elemente angeordnet ist. Dabei können bei mittelbarem Kontakt dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und zumindest einer der zwei anderen Schichten beziehungsweise zwischen dem einen und zumindest einem der zwei anderen Elemente angeordnet sein.
  • Unter einer „amorphen” Schicht wird eine Schicht verstanden, bei der mittels Röntgenbeugung (XRD) keine scharfen Bragg-Reflexe (bzw. Signale) erhalten werden. Insbesondere liegen in den Bereichen mit Nahordnung in dieser amorphen Schicht maximal vier, üblicherweise maximal drei, parallele Gitterebenen vor. Insbesondere wird daher unter einer amorphen Schicht eine Schicht verstanden, bei der die „Kristallite” einen maximalen Durchmesser von 2,5 nm aufweisen. Ferner ist ein amorphes Material im Sinne der vorliegenden Erfindung im meist auch dadurch charakterisiert, dass die Dichte dieses amorphen Materials mindestens zehn Prozent, häufig mindestens 15 Prozent und oft auch mehr als 20 Prozent geringer ist als die des entsprechenden vollständig kristallinen natürlich vorkommenden Materials (bei mehreren Modifikationen der natürlich vorkommenden Modifikation mit der höchsten Dichte). Beispielsweise weist Korund eine Dichte von 3,99 g/cm3 und amorphes Aluminiumoxid im Sinne der vorliegenden Erfindungen eine Dichte von etwa 2,8 bis 3,4 g/cm3, häufig 2,8 bis 3 g/cm3 auf. Die Dichte der amorphen Schicht kann hierbei mittels Röntgen-Reflektometrie (XRR) bestimmt werden.
  • Unter einer amorphen dielektrischen Schicht kann erfindungsgemäß ferner eine Schicht verstanden werden, bei der nur die Oberfläche auf einer oder beiden Hauptseiten der Schicht (nämlich die der Anode bzw. der Emitterschicht zugewandte Seite der dielektrischen Schicht) vollflächig amorph im Sinn der vorliegenden Erfindung ist. Dies kann mittels winkelabhängiger Röntgenfotoelektronenspektroskope (XPS) nachgewiesen werden (auch hier liegen dann für die oberflächennahen Bereiche keine scharfen Signale vor).
  • Das erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement mit dielektrischer Schicht zeichnet sich dadurch aus, dass aufgrund der dielektrischen Schicht eine deutlich geringere Häufigkeit von Kurzschlüssen zu verzeichnen ist und die Stromeffizienz erhöht ist. Die Verwendung einer amorphen dielektrischen Schicht hat gegenüber einer nicht amorphen dielektrischen Schicht den Vorteil, dass sich in der Schicht in vertikaler Richtung keine Korngrenzen ausbilden können; erfindungsgemäß wurde erkannt, dass hierdurch nochmals eine deutliche Verminderung der Häufigkeit von Kurzschlüssen zu verzeichnen ist.
  • Ist das erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement eine organische Leuchtdiode, so kann die verminderte Anzahl an Kurzschlüssen auch am Erscheinungsbild der OLED erkannt werden. Im Vergleich zu einer OLED, die identisch aufgebaut ist, allerdings keine dielektrische amorphe Schicht aufweist, besitzt die erfindungsgemäße OLED ein deutlich homogeneres Leuchtbild; auch die Anzahl der ”black spots” ist deutlich gegenüber der in den Vergleichs-OLEDs vermindert und zumeist gleich Null. Als ”black spots” werden hierbei Bereiche verstanden, die mit bloßem Auge sichtbar sind (bei denen der Maximaldurchmesser also größer oder gleich 50 μm beträgt).
  • Das Material der amorphen dielektrischen Schicht ist ein Metalloxid, ein Metallnitrid oder Metalloxinitrid, wobei das Metall Aluminium, Gallium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Lanthan und/oder Zink sein kann. Diese Verbindungen besitzen im Regelfall die Formel MmEn auf, wobei M das Metall ist, E für Sauerstoff und/oder Stickstoff steht und m und n ganze Zahlen sind. Das Metall liegt hierbei insbesondere in der Oxidationsstufe II (Zink), III (Aluminium, Gallium, Lanthan), IV (Titan, Zirkonium, Hafnium) oder V (Tantal) vor; der (formale) Anteil des Metalls in anderen Oxidationsstufen beträgt maximal 2 Atom-% und ist zumeist kleiner 0,5 Atom-% und häufig gleich Null. Die konkreten Indices m und n ergeben sich daher aufgrund der Wertigkeit 2 für Sauerstoff und 3 für Stickstoff; es resultieren (in der Reihenfolge der vorstehend beschriebenen Oxidationsstufen für Oxide beispielsweise die Formeln MO, M2O3, MO2 und M2O5). Die vorstehend genannten Verbindungen können auch eine gewisse Nichtstöchiometrie aufweisen; allerdings ist (korrespondierend mit den Metallatomen in anderen als den angegebenen Oxidationsstufen) die Abweichung gegenüber dem ganzzahligen Index im Regelfall maximal 2 Prozent (im Fall einer Verbindung des Typs M2O5 sollte also die Nichtstöchiometrie nicht größer sein als bei der Verbindung M1,96O5). Bevorzugt sollten die vorstehenden Verbindungen aber gar keine Nichtstöchiometrie aufweisen, da die Dielektrizitätskonstante nichtstöchiometrischer Verbindungen gegenüber den entsprechenden stöchiometrischen Verbindungen ansteigt und zwar im Ausmaß der Nichtstöchiometrie. Materialien mit höheren Dielektrizitätskonstanten sind aber weniger gut für die Verhinderung von Kurzschlüssen geeignet.
  • In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement eine Lochinjektionsschicht auf, die direkt auf der dielektrischen Schicht (und zwar auf der der Anode abgewandten Seite) angeordnet ist und eine Dicke von insbesondere kleiner oder gleich 5 nm aufweist. Üblicherweise beträgt die Dicke der Lochinjektionsschicht zumindest 1 nm; häufig beträgt die Dicke dieser Schicht 1 bis 2 nm.
  • Gegenüber identischen Bauelementen nach dem Stand der Technik, die keine dielektrische Schicht aufweisen, kann daher die Dicke der Lochinjektionsschicht deutlich reduziert werden. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass dabei die Stromeffizienz im Wesentlichen gleich bleibt und auch die Homogenität des Leuchtbilds gleich bleibt. Nach dem Stand der Technik werden – um Kurzschlüsse zu vermeiden – häufig Lochinjektionsschichten mit einer Dicke von 400 nm oder größer eingesetzt. Die Dicke der erfindungsgemäß eingesetzten Lochinjektionsschicht ist daher üblicherweise gegenüber einer Lochinjektionsschicht in einem vergleichbaren optoelektronischen Bauelement nach dem Stand der Technik mindestens um 90 Prozent, häufig um mindestens 95 Prozent und oft sogar um mindestens 97,5 Prozent reduziert. Nach einer derartigen Ausführungsform kann also eine enorme Materialersparnis realisiert werden. Zudem kann auch die Gesamtdicke des optoelektronischen Bauelements deutlich reduziert werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist die im optoelektronischen Bauelement enthaltene dielektrische Schicht eine Dicke von 0,1 bis 100 nm auf. Meist ist eine Dicke von 0,1 bis 3 nm, insbesondere von 0,1 bis 1 nm, beispielsweise von 0,5 bis 1 nm sinnvoll.
  • Eine besonders geringe Dicke der dielektrischen Schicht führt im Regelfall zu einer besseren Stromeffizienz als eine dicke dielektrische Schicht, da die Tunnelwahrscheinlichkeit für die gebildeten Löcher dann deutlich höher ist. Auch die Leuchtdichte ist bei sehr dünnen Schichten größer als bei dicken Schichten. Üblicherweise beträgt die Leuchtdichte eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements, das als OLED ausgebildet ist, zumindest 1000 cd/m2 meist sogar mehr als 3000 cd/m2. Die Effizienz der Leuchtdichte beträgt bei einer Stromdichte von 10 bis 200 mA/cm2 im Regelfall etwa 5 bis 10 cd/A.
  • Maßgeblich für die Dicke der dielektrischen Schicht ist allerdings auch die Homogenität der Schichtdicke, die mit dem Verfahren mit dem die Schicht aufgebracht wird, erzielt werden kann. Um eine effiziente Schutzwirkung gegen Kurzschlüsse realisieren zu können, sollte die Schicht möglichst die gesamte Oberfläche der Anode bedecken und keine Lücken aufweisen. Die Homogenität der Schicht ist damit nicht nur vom Aufbringungsverfahren für die dielektrische Schicht abhängig – auch die Oberflächenqualität der darunter liegenden Anode spielt eine Rolle. Weist diese Oberfläche Poren beziehungsweise Hinterschneidungen auf, so ist bevorzugt ein Verfahren zu wählen, bei dem auch die Porenoberfläche vollständig mit der dielektrischen Schicht belegt ist beziehungsweise die Poren damit ausgefüllt sind und auch bei Hinterschneidungen keine Lücken in der dielektrischen Schicht auftreten.
  • Um dies realisieren zu können, können abhängig vom verwendeten Verfahren auch Schichtdicken von 5 bis 15 nm oder auch größere Schichtdicken erforderlich sein.
  • In einer Ausgestaltung besteht die dielektrische Schicht des optoelektronischen Bauelements aus Aluminiumoxid oder enthält dieses.
  • Eine derartige Schicht ist besonders leicht aufbringbar und die zu verwendenden Ausgangsmaterialien sind billig. Zudem weist Aluminiumoxid eine besonders niedrige Dielektrizitätskonstante auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Anode ein transparentes leitfähiges Oxid, insbesondere Indiumzinnoxid. Transparente leitende Oxide (transparent conductive oxides, kurz „TCO”) sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO2 oder In2O3 gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3O12 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein. Wird ein TCO als Anodenmaterial eingesetzt, so kann die dielektrische Schicht besonders einfach aufgebracht werden. Zudem kann – sofern die Strahlungsemission anodenseitig erfolgt – eine besonders hohe Transparenz des optoelektronischen Bauelements erreicht werden. Alternativ kann die Anode aber auch ein Metall umfassen, insbesondere eine Metallschicht umfassen beziehungsweise hieraus bestehen. Das Material einer derartigen Elektrode kann dann ausgewählt sein aus einem oder mehreren der Metalle der Gruppe Aluminium, Barium, Indium, Silber, Gold, Magnesium, Calcium und Lithium sowie Verbindungen, insbesondere Legierungen, hiervon.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Homogenität der Schichtdicke unabhängig von der Oberflächenstruktur der direkt an die dielektrische Schicht angrenzenden Schichten, insbesondere der Schicht, auf die die dielektrische Schicht aufgebracht wird, insbesondere unabhängig von der Oberflächenstruktur der Anode des optoelektronischen Bauelements. Die dielektrische Schicht kann also insbesondere derart ausgebildet sein, dass sie der Oberflächenstruktur der Anode zumindest teilweise oder annähernd folgen kann, was insbesondere bedeutet, dass die kathodenseitige Oberfläche der dielektrischen Schicht der topographischen Struktur der Grenzfläche zwischen dielektrischer Schicht und Anode teilweise oder annähernd folgt (und die Oberfläche der dielektrischen Schicht die Oberfläche der Anode gleichsam abbildet).
  • Dass die kathodenseitige Oberfläche der dielektrischen Schicht der Grenzfläche zwischen der Anode und der dielektrischen Schicht und damit der Oberflächenstruktur der Anode zumindest teilweise folgt, bedeutet erfindungsgemäß insbesondere, dass die kathodenseitige Oberfläche der dielektrischen Schicht ebenfalls eine topographische Oberflächenstruktur aufweist. Die topographische Oberflächenstruktur der kathodenseitigen Oberfläche der dielektrischen Schicht kann dabei insbesondere gleich oder ähnlich der topographischen Oberflächenstruktur der der Kathode zugewandten Oberfläche der Anode sein. „Gleich” oder „ähnlich” bedeutet hierbei, dass die jeweiligen topographischen Oberflächenstrukturen der der Kathode zugewandten Seiten der Anode und der dielektrischen Schicht gleiche oder ähnliche Höhenprofile mit einander entsprechenden Strukturen wie etwa Erhebungen und Vertiefungen aufweisen. Beispielsweise können diese topographischen Oberflächenstrukturen jeweils lateral nebeneinander angeordnete Erhebungen und Vertiefungen in einer bestimmten charakteristischen Abfolge aufweisen, die abgesehen von relativen Höhenunterschieden der Erhebungen und Vertiefungen für die genannten topographischen Oberflächenstrukturen gleich sind. Mit anderen Worten kann eine Oberfläche, die der topographischen Oberflächenstruktur einer anderen Fläche zumindest teilweise folgt, eine Erhebung angeordnet über einer Erhebung beziehungsweise eine Vertiefung angeordnet über einer Vertiefung der topographischen Oberflächenstruktur der Oberfläche der jeweils benachbarten Schicht aufweisen. Der relative Höhenunterschied zwischen benachbarten Erhebungen und Vertiefungen der einen Oberfläche kann dabei auch unterschiedlich zum relativen Höhenunterschied der entsprechenden Erhebungen und Vertiefungen der topographischen Oberflächenstruktur der anderen Fläche sein – häufig ist aber auch dieser relative Höhenunterschied in etwa gleich.
  • Weist die Oberflächenstruktur der Anode Poren und/oder Hinterschneidungen auf, so wird unter „gleich” oder „ähnlich” verstanden, dass die der Kathode zugewandte Seite der dielektrischen Schicht diese Poren und/oder Hinterschneidungen nicht nachbilden muss (aber kann). Wie oben erläutert ist es im Sinn der vorliegenden Erfindung ausreichend, wenn gewährleistet ist, dass bei derartigen Strukturelementen keine „Lücken” in der dielektrischen Schicht ausgebildet sind und eine vollständig die Anode bedeckende Schicht erhalten wird.
  • Mit anderen Worten kann „teilweise oder annähernd folgen” insbesondere bedeuten, dass die obere Oberfläche der dielektrischen Schicht und die Grenzfläche zwischen dielektrischer Schicht und Anode parallel oder zumindest annähernd parallel verlaufen. Die dielektrische Schicht kann also insbesondere eine Dicke aufweisen die unabhängig oder annähernd unabhängig von der Oberflächenstruktur der Anode ist.
  • Die Schichtdicke der dielektrischen Schicht kann somit insbesondere eine Dickenvariation von maximal 10 Prozent, häufig kleiner oder gleich 5 Prozent gemessen an der Gesamtdicke der dielektrischen Schicht aufweisen. Eine derartige Ausbildung der dielektrischen Schicht mit einer derart geringen Dickenvariation kann auch als so genanntes „conformal coating” bezeichnet werden.
  • Die Dickenvariation der dielektrischen Schicht kann allerdings bei sehr dünnen Schichten (insbesondere wenn die Schicht nur bis zu 10 Atomlagen dick ist beziehungsweise bis zu 1 nm dick ist) naturgemäß auch größer sein. Bei derart dünnen Schichten ist die Dickenvariation dann ±2 Atomlagen (im Regelfall sogar ±1 Atomlage).
  • Weiterhin kann die dielektrische Schicht eine Dicke aufweisen, die kleiner ist als die Abmessungen von zumindest einigen Strukturen und insbesondere makroskopischen Strukturen der Oberflächenstruktur der Anode. Den makroskopischen Strukturen werden hierbei Strukturen der Oberflächenstruktur zugerechnet, die mittels sichtbaren Lichts auflösbar sind (und können etwa Steigungen, Erhebungen, Winkel, Kanten, Ecken, Vertiefungen, Gräben, Furchen, Poren und ähnliches aufweisen). Dies bedeutet insbesondere, dass hier als makroskopisch bezeichnete Strukturen Abmessungen von größer oder gleich etwa 400 nm aufweisen. Kleinere Strukturen werden als mikroskopische Strukturen bezeichnet. Insbesondere kann die dielektrische Schicht den mikroskopischen Strukturen der Oberflächenstruktur der Anode folgen, deren Abmessungen größer als die Dicke der dielektrischen Schicht sind.
  • Die Dicke der dielektrischen Schicht kann auch unabhängig von Poren in der der Kathode zugewandten Oberfläche der Anode sein. Insbesondere wenn der Durchmesser der Pore (bei flaschenartigen Poren etc. der kleinste Durchmesser der Pore) größer als die zweifache Schichtdicke der dielektrischen Schicht ist, kann auch die Porenoberfläche gleichmäßig und im obigen Sinn zumindest nahezu mit einer gleichen Schichtdicke der dielektrischen Schicht versehen sein, in dem die dielektrische Schicht der Oberflächenstruktur der Anode folgt. Ist die Schichtdicke der dielektrischen Schicht größer als der halbe Durchmesser dieser Poren, so wird die dielektrische Schicht die Poren abdecken, ohne der Oberflächenstruktur dieser Poren zu folgen und dabei trotzdem eine im obigen Sinn zumindest nahezu gleich bleibende Dicke aufweisen. Die mittlere Rauheit Ra von TCO-Anoden, insbesondere von ITO-Anoden, ist typischerweise kleiner oder gleich 1,5 nm und ist im Regelfall kleiner 2,5 nm.
  • Ein Verfahren, mit dem es möglich ist, dielektrische Schichten aufzubringen, die den oben genannten Bedingungen gehorchen, ist die Atomlagenabscheidung („atomic layer deposition, ALD”).
  • Mit einem derartigen Verfahren werden einzelne Atomlagen sukzessive nacheinander abgeschieden, so dass die Schichtdicke der gebildeten Schicht im Wesentlichen gleich bleibt, da die abgeschiedenen Atomlagen (insbesondere bei geeigneter Wahl des Precursors – insbesondere bei Wahl eines sterisch nicht sonderlich anspruchsvollen Precursors) im Wesentlichen die darunter liegende Atomlage beziehungsweise die darunter liegende zu beschichtende Oberfläche vollständig bedecken. Die mittels ALD erzeugten Schichten haben den Vorteil, dass sie auch Hinterschneidungen und Porenoberflächen vollständig bedecken, da die Schichtbildung von der Abscheidungsrichtung unabhängig ist (das heißt dass das abgeschiedene Material – beziehungsweise der Precursor – nicht aus einer Vorzugsrichtung oder einem Vorzugsraumsegment die zu beschichtende Oberfläche beaufschlagt – wie dies zum Beispiel beim Sputtern der Fall ist). Ganz generell sind daher erfindungsgemäß Verfahren zur Aufbringung der dielektrischen Schicht bevorzugt, bei denen die Schichtbildung in Poren und Hinterschneidungen vom Aufbringungsverfahren unabhängig ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung wird die Atomlagenabscheidung plasmafrei durchgeführt. Dies führt zu einer besonders homogenen Schichtdicke der gebildeten dielektrischen Schicht. Während bei plasmaunterstützter Atomlagenabscheidung eine Reaktion des Precursors mit dem Plasma nicht ausgeschlossen werden kann (was zu einer Reaktion noch in der Gasphase und daher zur Ausbildung nicht vollkommen einheitlicher Monolagen führen kann), ist dies bei plasmafreier ALD nicht der Fall. Insbesondere bei sehr dünnen Schichtdicken von 0,1 bis 0,5 nm führt daher die plasmafreie ALD meist zum besseren Ergebnis; im Regelfall kann bei derartigen Schichtdicken nur durch plasmafreie ALD eine vollständige Bedeckung der Anodenoberfläche und eine einigermaßen einheitliche Schichtdicke realisiert werden.
  • Eine mittels Atomlagenabscheidung erzeugte dielektrische Schicht zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass die üblicherweise frei oder im Wesentlichen frei von Gaseinschlüssen ist. Insbesondere sind keine Gaseinschlüsse erhalten, die auf ein bei der Abscheidung der Schicht verwendetes Trägergas zurückzuführen sind. Bei Sputter-Prozessen zur Aufbringung einer Schicht finden sich stets derartige Einschlüsse (zum Beispiel Einschlüsse von Argon als Trägergas). Allenfalls sind Gaseinschlüsse denkbar, die auf das verwendete Precursormaterial zurückgehen (beispielsweise Methan). Aufgrund der sukzessiven Abscheidung der Atomlagen sind aber bei plasmafreier ALD auch derartige Einschlüsse im Regelfall nicht zu finden. Lediglich bei plasmaunterstützter ALD ist eine gewisse Neigung zur Bildung von Gaseinschlüssen vorhanden (die allerdings abhängig ist von den konkreten Abscheidungsbedingungen).
  • Die Atomlagenabscheidung wird insbesondere folgendermaßen durchgeführt:
    Ein Substrat mit einer darauf angeordneten zu beschichtenden Elektrodenschicht wird zunächst einem Reaktor, in dem die ALD durchgeführt wird, zugeführt. Das Substrat beziehungsweise der Reaktor wird dann mit einem Absorptionspuls beaufschlagt (Verfahrensschritt B1). Hierbei wird dem Reaktor entweder ein Precursor oder ein Oxidationsmittel (beziehungsweise statt eines Oxidationsmittels ein Reduktionsmittel) zugeführt. Ein Oxidationsmittel wird benötigt, wenn eine Oxidation des Precursors oder einer Komponente des Precursors erforderlich ist, um eine Schicht der gewünschten Zusammensetzung zu erhalten (zum Beispiel bei der Herstellung von Metalloxidschichten); ein Reduktionsmittel ist erforderlich, wenn eine Reduktion des Precursors oder einer Komponente des Precursors erforderlich ist um die zu bildende Schicht zu erhalten oder die zu bildende Schicht eine durch die Reaktion mit dem Reduktionsmittel „auf das Precursor-Metall übertragene” Komponente (zum Beispiel eine Nitrid-Komponente) enthält (beispielsweise bei der Bildung von Metallnitriden mit zum Beispiel Ammoniak als Precursor). Der Precursor beziehungsweise das Oxidations- oder Reduktionsmittel wird dem Reaktor üblicherweise gasförmig zugeführt. Während des Absorptionspulses kann dann der Precursor beziehungsweise das Oxidations- oder Reduktionsmittel auf der zu beschichtenden Oberfläche adsorbieren. Im Regelfall erfolgt eine vollständige oder zumindest nahezu vollständige Bedeckung der Oberfläche mit dieser gasförmigen Verbindung. Wird ein Precursor mit besonders sperrigen Substituenten verwendet (beispielsweise eine Metall-Alkyl-Verbindung mit Alkylresten mit jeweils 3 oder mehr C-Atomen), so ist eine vollständige Bedeckung der Oberfläche (die dann zu einer vollständigen Atomlage nach Vollendung des jeweiligen ALD-Zyklus führt) nicht in jedem Fall gewährleistet ist. Meist ist es daher sinnvoll, Precursor einzusetzen, die weniger sperrige Substituenten aufweisen, da dann eine „dichtere Packung” in der absorbierten Atomlage vorliegt. Die vorstehenden Ausführungen für den Precursor gelten auch, wenn der Precursor erst in einem nachfolgend beschriebenen Reaktionspuls zugeführt wird.
  • Nach dem Absorptionspuls erfolgt im Reaktor ein Spül- und/oder Evakuierungsschritt (Verfahrensschritt B2). Hierdurch werden nicht auf der zu beschichtenden Oberfläche absorbierte Moleküle aus dem Reaktor im Wesentlichen entfernt. Als Spülgas kann ein Inertgas verwendet werden (zum Beispiel Argon). Der Spül- und/oder Evakuierungsschritts wird im Regelfall so durchgeführt, dass ein gewisser konstanter Spülgasstrom durch den Reaktor fließt und die vor Durchführung des Adsorptionspulses herrschenden Druckverhältnisse sukzessive wieder aufgebaut werden.
  • Anschließend erfolgt ein Reaktionspuls (Verfahrensschritt B3), bei dem das Substrat mit dem absorbierten Precursor mit einem Oxidationsmittel (beziehungsweise mit einem Reduktionsmittel) beaufschlagt wird oder – sofern auf dem Substrat nicht der Precursor absorbiert ist sondern das Oxidationsmittel (beziehungsweise das Reduktionsmittel) mit einem Precursor beaufschlagt wird. Durch die Zuführung der zweiten Reaktionskomponente im Reaktionspuls kann eine Reaktion von Precursor und Oxidationsmittel beziehungsweise Precursor und Reduktionsmittel erfolgen, wodurch eine Monolage des Metalloxids beziehungsweise Metallnitrids beziehungsweise Metalloxinitrids (der dielektrischen Schicht der vorliegenden Erfindung) gebildet wird. Gegebenenfalls kann hierzu die zu beschichtende Oberfläche oder auch der Reaktor erwärmt werden, um eine thermische Unterstützung der Reaktion von Precursor und Oxidations- beziehungsweise Reduktionsmittel zu ermöglichen.
  • Nach erfolgtem Reaktionspuls wird im Regelfall ein weiterer Spül- und/oder Evakuierungsschritt (Verfahrensschritt B4) durchgeführt, um überschüssige Moleküle der während des Reaktionspulses zugeführten Komponente aus dem Reaktor zu entfernen.
  • Um zur gewünschten, mittels ALD erzeugten Schicht zu gelangen, werden Absorptionspuls, Spül/Evakuierungsschritt, Reaktionspuls und zweiter Spül/Evakuierungsschritt so oft in der angegebenen Reihenfolge nacheinander wiederholt, bis die gewünschte Anzahl von Atomlagen abgeschieden ist (beziehungsweise die gewünschte Schichtdicke erreicht ist).
  • In einer Ausführungsform wird der ALD-Prozess so durchgeführt, dass die Schichtabscheidung (Verfahrensschritt B) beziehungsweise die mehrfache Wiederholung der Verfahrensschritte B1, B2, B3 und B4 bei einer Temperatur von mindestens 60°C und/oder einem Druck von maximal 50 mbar durchgeführt wird. Werden die Prozessparameter derart gewählt, so ist einerseits gewährleistet, dass die im Verfahrensschritt B2 (Absorptionspuls) erfolgende Absorption tatsächlich zu einer Monolage führt und andererseits eine vollständige Reaktion im Verfahrensschritt B3 (Reaktionspuls) erfolgt. Ferner kann durch den niedrigen Druck (und gegebenenfalls auch die erhöhte Temperatur) erreicht werden, dass die verwendeten Precursor beziehungsweise Oxidations- oder Reduktionsmittel gasförmig vorliegen.
  • In einer Ausgestaltung beträgt die Temperatur im Verfahrensschritt B) 80 bis 260°C. In einem derartigen Reaktionsfenster ist gewährleistet, dass keine Schädigung einer empfindlicheren zu beschichtenden Oberfläche erfolgt. Wird als zu beschichtende Oberfläche eine organische Schicht (zum Beispiel eine Lochinjektionsschicht) vorgelegt, so sollte die Reaktionstemperatur 100°C nicht überschreiten und bevorzugt 80 bis 100°C sein, um eine Schädigung dieser Schicht zu verhindern.
  • Bevorzugt wird Verfahrensschritt B bei einem Druck von maximal 5 mbar, meist mehr als 0,1 mbar, durchgeführt. Auch hierdurch wird gewährleistet, dass eine besonders „dicht gepackte” Monolage im Absorptionspuls entstehen kann.
  • Als Oxidationsmittel kommen insbesondere Wasser und Ozon (aber auch Sauerstoff oder Wasserstoffperoxid) in Betracht.
  • Die vorgenannten Oxidationsmittel können auch in Gemischen (zum Beispiel einem O2/O3-Gemisch) vorliegen. Bei der Verwendung von Wasser als Oxidationsmittel wird das ALD-Verfahren häufig so durchgeführt werden, dass im Absorptionspuls Wasser auf der zu beschichtenden Oberfläche absorbiert wird; im Reaktionspuls wird dann der Precursor (zum Beispiel Trimethylaluminium) zugeführt. Bei der Verwendung von anderen Oxidationsmitteln wird im Adsorptionspuls häufig der Precursor adsorbiert werden.
  • Im Fall von Wasser als im Absorptionspuls zugeführtes Oxidationsmittel wurde erfindungsgemäß festgestellt, dass direkt auf der zu beschichtenden Oberfläche auch eine Monolage aus Wasser aufgebracht werden kann, ohne das Bauelement beziehungsweise die zu beschichtende Oberfläche selbst zu beschädigen. Voraussetzung dabei ist, dass die Zeit, die das Wasser auf der zu beschichtenden Oberfläche verweilen kann bevor im Reaktionspuls die zweite Verbindung zugeführt wird, kleiner sein muss als die Diffusionszeit, die das Wasser benötigt, um in die zu beschichtende Schicht zu diffundieren. Häufig kann das realisiert werden, indem die Prozessschritte B1 und B2 nicht länger als 5 s (zum Beispiel nicht länger als 100 s) dauern. Die kurzen Gesamtzeiten von im Regelfall ca. 10–20 s für einen ALD-Zyklus erlauben eine kurze Prozesszeit und damit eine sehr hohe Wirtschaftlichkeit des hier beschriebenen Verfahrens.
  • Die vorgenannten Oxidationsmittel werden insbesondere für die Herstellung von Metalloxiden verwendet.
  • Als Reduktionsmittel für das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere Ammoniak eingesetzt. Im Absorptionspuls wird dann häufig der Precursor (zum Beispiel ein Metall-Amid) auf der Oberfläche absorbiert und reagiert im Reaktionspuls mit dem Ammoniak, wobei ein Metallnitrid gebildet wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird als Precursor für das ALD-Verfahren eine Metallalkyl-, eine Metallalkoxid-, eine Metalldialkylamid- und/oder eine Metallhalogenid-Verbindung eingesetzt. Im Regelfall werden die eingesetzten Precursor nur einen Typ von Substituenten (also Alkyl, Alkoxid, Dialkylamid oder Halogenid) tragen; allerdings können auch gemischte Systeme (die zum Beispiel eine Halogenid und eine Alkoxidgruppe tragen) verwendet werden.
  • Für die Abscheidung von Aluminiumoxid-Schichten werden häufig Aluminiumalkyl-Verbindungen (zum Beispiel Trimethylaluminium) oder Aluminiumalkoxid-Verbindungen (zum Beispiel Aluminiumethoxid) eingesetzt. Für Galliumoxid werden häufig Galliumalkyl-Verbindungen (zum Beispiel Trimethylgallium) oder Galliumhalogenide (zum Beispiel Galliumchlorid) eingesetzt. Für Titanoxide, Zirkoniumoxide und Hafniumoxide werden häufig die Metallhalogenide (zum Beispiel TiCl4, ZrCl4 oder HfCl4 oder Metallalkoxid-Verbindungen (zum Beispiel Ti(OR)4, Zr(OR)4 oder Hf(OR)4) eingesetzt. Für die Herstellung von Tantaloxid werden häufig Tantalhalogenide (zum Beispiel Tantalchlorid) eingesetzt, für Lanthanoxide die entsprechenden Alkoxy- oder Halogenid-Verbindungen. Zur Herstellung von Zinkoxidschichten werden schließlich häufig die Zinkalkyl-Verbindungen (zum Beispiel Dimethylzink) oder die Zinkhalogenide (zum Beispiel Zinkchlorid) eingesetzt; allerdings kann Zink auch in elementarer Form eingesetzt werden. Zur Herstellung von Metallnitriden werden im Regelfall die Metalldialkylamid-Verbindungen der entsprechenden Elemente (zum Beispiel Mk(N(CH3)2)l – wobei k und l ganze Zahlen sind) verwendet.
  • Die Abscheidung einer Oxinitrid-Schicht kann beispielsweise erfolgen, indem abwechselnd Nitrid und Oxid-Lagen abgeschieden werden.
  • Das Substrat des Bauelements ist insbesondere als Trägerelement für elektronische Elemente, insbesondere optoelektronische Elemente, geeignet. Beispielsweise kann das Substrat Glas, Quarz und/oder ein Halbleitermaterial enthalten oder daraus bestehen. Weiterhin kann das Substrat eine Kunststofffolie oder ein Laminat mit einer oder mehreren Kunststofffolien enthalten oder daraus bestehen. Der Kunststoff kann eines oder mehrere Polyolefine wie etwa Polyethylen (PE) hoher und niedriger Dichte und Polypropylen (PP) aufweisen. Weiterhin kann der Kunststoff auch Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester und/oder bevorzugt Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethersulfon (PES) und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) aufweisen.
  • Weiterhin kann das Substrat Metall, insbesondere etwa eine Metallfolie, aufweisen. Ein eine Metallfolie umfassendes oder ein als Metallfolie ausgeführtes Substrat kann beispielsweise eine Aluminiumfolie, eine Kupferfolie, eine Edelstahlfolie oder eine Kombination oder einen Schichtenstapel daraus aufweisen.
  • Das Substrat kann eines oder mehrere der oben genannten Materialien aufweisen und dabei transparent, teilweise transparent oder auch opak ausgeführt sein.
  • Das erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement kann insbesondere eine organische lichtemittierende Diode (OLED), eine organische Fotodiode (OPD), eine organische Solarzelle (OSC), einen organischen Dünnfilmtransistor (OTFT) oder einen integrierten Schaltkreis (IC) oder eine Mehrzahl oder Kombination der vorgenannten Elemente aufweisen beziehungsweise nur aus einem dieser Elemente bestehen.
  • Das Bauelement kann weiterhin eine funktionale Schichtenfolge mit zumindest einer organischen funktionellen Schicht umfassen. Diese Schichtenfolge ist insbesondere zwischen den beiden Elektroden angeordnet.
  • Weist das Bauelement beispielsweise eine OLED, eine OPD und/oder eine OSC auf, kann die funktionelle Schichtenfolge einen aktiven Bereich (zum Beispiel eine Emitterschicht) aufweisen, der geeignet ist, im Betrieb des Bauelements elektromagnetische Strahlung zu erzeugen oder zu detektieren. Weiterhin weist das Bauelement dann häufig ein transparentes Substrat auf.
  • Weiterhin können die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode transparent sein und beispielsweise ein TCO enthalten oder daraus bestehen. Eine Elektrode mit einem derartigen Material kann insbesondere als Anode, also als löcherinjizierendes Material, ausgebildet sein.
  • Weiterhin können die erste und/oder die zweite Elektrode ein Metall aufweisen, das beispielsweise als Kathodenmaterial, also als elektroneninjizierendes Material, dienen kann. Als Kathodenmaterial können sich insbesondere Aluminium, Barium, Indium, Silber, Gold, Magnesium, Kalzium oder Lithium sowie Verbindungen, Kombinationen und Legierungen davon als vorteilhaft erweisen. Alternativ oder zusätzlich kann eine oder können beide Elektroden auch Kombinationen, insbesondere Schichtenfolgen aus TCOs und/oder Metallen aufweisen.
  • Die mindestens eine funktionelle Schicht kann eine organische Schicht beziehungsweise eine Schichtenfolge mehrerer organischer Funktionsschichten umfassen. Beispielsweise können hierbei organische Polymere, organische Oligomere oder organische kleine, nicht polymere (monomere) Moleküle („small molecules”) oder Kombinationen dieser Verbindungsklassen enthalten sein beziehungsweise die Schichten aus diesen Verbindungsklassen oder deren Gemischen bestehen.
  • Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn ein als organisches elektronisches Bauelement ausgeführtes Bauelement eine funktionelle Schicht aufweist, die als Lochtransportschicht ausgeführt ist, um beispielsweise im Fall einer OLED eine effektive Lochinjektion in eine elektrolumineszierende Schicht oder einen elektrolumineszierenden Bereich zu ermöglichen.
  • Weiterhin kann die aktive Schicht als elektrolumineszierende Schicht ausgeführt sein. Als Materialien hierzu eignen sich Materialien, die eine Strahlungsemission aufgrund von Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen, wobei die Schicht aus diesen Materialien bestehen kann oder die Emittermaterialien in einer Matrix vorliegend enthält. Abhängig von den Materialien in dieser Emitterschicht kann die erzeugte Strahlung Wellenlängenbereiche aus dem ultravioletten bis zum roten Spektralbereich aufweisen.
  • Ein eine oder mehrere OLEDs aufweisendes Bauelement kann insbesondere als Beleuchtungseinrichtung oder als Display ausgebildet sein und eine großflächig ausgebildete aktive Leuchtfläche aufweisen. „Großflächig” kann dabei bedeuten, dass das Bauelement eine Fläche von größer oder gleich einigen Quadratmillimetern, bevorzugt größer oder gleich einem Quadratzentimeter und besonderes bevorzugt größer oder gleich einem Quadratdezimeter aufweist.
  • Bei derartigen großflächigen Leuchtflächen können Displays realisiert werden, die auch nach einer Betriebszeit von 500 Stunden weniger als einen Black Spot pro Quadratzentimeter aufweisen.
  • Die genannte Aufzählung der Ausführungsformen des Bauelements ist nicht beschränkend zu verstehen. Vielmehr kann das Bauelement weitere elektronische Elemente und/oder funktionelle Schichtenfolgen aufweisen, die dem Fachmann bekannt sind und die daher hier nicht weiter aufgeführt werden.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsformen.
  • Die 1 und 2 zeigen jeweils schematische Übersichten über eine Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 3 und die 4A–4C zeigen schematische Darstellungen von Ausschnitten dielektrischer Schichten auf einer Anodenschicht.
  • Die 1 zeigt den schematisierten Aufbau eines organischen strahlungsemittierenden Bauteils. Von unten nach oben ist folgender Schichtaufbau realisiert: Zuunterst befindet sich das Substrat 1, das beispielsweise transparent sein kann, zum Beispiel aus Glas sein kann. Darauf befindet sich eine Anodenschicht 2, die beispielsweise ein transparentes leitendes Oxid wie Indium-Zinn-Oxid (ITO) sein kann beziehungsweise dieses umfassen kann. Über dieser Anodenschicht 2 ist eine dielektrische Schicht 3, zum Beispiel aus Aluminiumoxid, angeordnet. Über dieser ist wiederum eine Lochtransport-Schicht 4 angeordnet, die aus einem Material besteht beziehungsweise dieses enthält, das beispielsweise ausgewählt sein kann aus tertiären Aminen, Carbazolderivaten, Polyanilin oder Polyethylendioxythiophen. Beispielhaft sei NPB (N,N'-Bis(naphth-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin und TAPC (Di-[4-(N,N-ditolyl-amino)-phenyl]cyclohexan) genannt. Auf die Lochtransportschicht folgt die aktive Schicht – im Fall einer OLED zum Beispiel eine organische Emitterschicht 6. Eine derartige organische Emitterschicht kann als emittierendes Material eine organische oder organometallische Verbindung enthalten beziehungsweise daraus bestehen. Genannt seien insbesondere Derivate von Polyfluoren, Polythiophen und Polyphenylen (z. B. 2- oder 2,5-substituiertes Poly-p-phenylenvinylen) sowie Metallkomplexe, beispielsweise Iridium-Komplexe wie blau phosphoreszierendes FIrPic (Bis(3,5-difluoro-2-(2- pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)-iridium III), grün phosphoreszierendes Ir(ppy)3 (Tris(2-phenylpyridin)iridium(III)), rot phosphoreszierendes Ru(dtb-bpy)3·2(PF6) (Tris[4,4'-di-tert-butyl-(2,2')-bipyridin]ruthenium(III)komplex) sowie blau fluoreszierendes DPAVBi (4,4-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl), grün fluoreszierendes TTPA (9,10-Bis[N,N-di-(p-tolyl)-amino]anthracen) und rot fluoreszierendes DCM2 (4-(Dicyanomethylen)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran) als nichtpolymere Emitter. Auf der Emitterschicht ist schließlich eine Kathode, beispielsweise eine Metallkathode oder eine Kathode, die ebenfalls aus einem transparenten leitenden Oxid gefertigt ist (was zu einem Top/Bottom-Emitter führt) angeordnet. Die Schichtdicke der dielektrischen Schicht 3 kann hierbei beispielsweise 1,5 nm betragen, die der Lochinjektionsschicht 4 zum Beispiel 15 nm.
  • Bei Anlegen einer Spannung zwischen Anode und Kathode fließt Strom durch das Bauteil und in der organisch aktiven Schicht werden Photonen freigesetzt, die in Form von Licht über die transparente Anode und das Substrat beziehungsweise im Fall eines Top/Bottom-Emitters auch über die transparente Kathode das Bauteil verlassen. In einer Ausführungsform emittiert die OLED weißes Licht; in diesem Fall enthält die Emitterschicht entweder mehrere verschiedenfarbig (zum Beispiel blau und gelb oder blau, grün und rot) emittierende Emittermaterialien; alternativ kann die Emitterschicht auch aus mehreren Teilschichten aufgebaut sein, in denen jeweils eine der genannten Farben emittiert wird, wobei durch Mischung der verschiedenen Farben die Emission von Licht mit weißem Farbeindruck resultiert. Alternativ kann im Strahlengang der durch diese Schichten erzeugten Primäremission auch ein Konvertermaterial angeordnet sein, das die Primärstrahlung zumindest teilweise absorbiert und eine Sekundärstrahlung anderer Wellenlänge emittiert, so dass sich aus einer (noch nicht weißen) Primärstrahlung durch die Kombination von primärer und sekundärer Strahlung ein weißer Farbeindruck ergibt.
  • Das in 1 gezeigte Bauteil kann insbesondere hergestellt werden, in dem auf das Substrat zunächst die Anode zum Beispiel aufgesputtert wird und anschließend mittels ALD die dielektrische Schicht aufgebracht wird. Nachfolgend werden die Lochinjektionsschicht 4, die aktive Schicht (Emitterschicht) 6 und die Kathode aufgebracht.
  • 2 zeigt eine OLED, die als Topemitter ausgebildet ist; ist die Kathode 10 transparent, so handelt es sich um einen Top/Bottom-Emitter.
  • Hier ist auf einem Substrat 1 (zum Beispiel einem Glas-Substrat) eine Kathode 10 angeordnet (die zum Beispiel aus einem Metall gebildet ist oder – insbesondere wenn eine transparente Elektrode erwünscht ist – aus einem TCO gefertigt ist). Auf der Kathode ist eine Elektroneninjektionsschicht 9 angeordnet, auf dieser befindet sich eine Elektronentransportschicht 8. Auf der Elektronentransportschicht 8 befindet sich eine lochblockierende Schicht 7 auf der dann die aktive Schicht (eine organische Emitterschicht) 6 angeordnet ist. Diese Emitterschicht kann wie zu 1 beschrieben ausgebildet sein.
  • Auf der Emitterschicht befindet sich eine Lochtransportschicht 5, die beispielsweise beispielsweise TPBi (2,2',2''-(1,3,5-Benz-triyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazol)) umfassen kann. Auf der Lochtransportschicht befindet sich wiederum eine dünne Lochinjektionsschicht 4, beispielsweise mit einer Dicke von 15 nm. Über der Lochinjektionsschicht 4 befindet sich die dielektrische Schicht 3 (zum Beispiel aus Aluminiumoxid) auf der wiederum die Anode, die zum Beispiel aus einem TCO gebildet ist) angeordnet ist.
  • Eine OLED gemäß 2 kann beispielsweise gefertigt werden, in dem die organischen Schichten 4 bis 9 mittels eines Nassprozesses (zum Beispiel Spincoating) aufgebracht werden; dies ist insbesondere sinnvoll, wenn die aufzubringenden Schichten ein Polymer enthalten. Alternativ können die organischen Schichten auch mittels Aufdampfens aufgebracht werden. Hierzu wird das zu beschichtende Substrat mit Elektrode beziehungsweise Elektrode und dielektrischer Schicht in einen Rezipienten eingebracht, der die verschiedenen organischen Materialien in verschiedenen Quellen enthält. Zur Herstellung der einzelnen funktionellen Schichten werden dann aus den jeweiligen Quellen die organischen Substanzen verdampft und auf der beschichteten Oberfläche abgeschieden. Ferner werden mehrere Quellen für die Zuführung von ein oder mehreren verschiedenen Matrixmaterialien vorgesehen. Beispielsweise wird zur Ausbildung einer Lochinjektionsschicht eine Quelle mit Matrixmaterial und eine Quelle mit einem p-Dotanden abgeschieden. Entsprechend erfolgt die gemeinsame Abscheidung von Emittermaterial und Matrixmaterial beziehungsweise von verschiedenen Emittermaterialen und Matrixmaterial für die Emitterschicht 6. Entsprechend kann die Abscheidung der weiteren organischen Schichten erfolgen. Schließlich ist auch noch eine gemischte Abscheidung möglich, bei der ersten organischen Schichten mittels Spincoating aufgebracht werden und die weiteren organischen Schichten mittels Verdampfen aufgebracht werden möglich.
  • Zur Herstellung des Bauelements gemäß 2 kann also zunächst auf einem Substrat mittels HF-Sputtern eine ITO-Schicht als Kathode (im Fall eines Top/Bottom-Emitters) beziehungsweise mittels CVD (chemical vapour deposition) eine Aluminiumschicht aufgebracht werden. Diese hat den Vorteil, dass sie reflektierend wirkt, das heißt, das in der aktiven Schicht emittierte Strahlung, die in Richtung des Substrats gerichtet ist an dieser reflektierenden Elektrode gespiegelt und in Richtung der transparenten Elektrode umgelenkt wird.
  • Auf diese Kathode werden nachfolgend die organischen Schichten 9 bis 4 (beginnend mit der Elektroneninjektionsschicht 9 und endend mit der Lochinjektionsschicht 4) aufgebracht. Auf die Lochinjektionsschicht wird anschließend mittels ALD eine dielektrische Schicht 3 (zum Beispiel aus Aluminiumoxid) aufgebracht; um die bereits aufgebrachten organischen Schichten nicht zu schädigen wird das ALD-Verfahren daher bei einer Temperatur von etwa 90 bis 100°C durchgeführt. Auf dieser dielektrischen Schicht 3 wird schließlich mittels Sputtern die transparente Anode (zum Beispiel aus ITO) aufgebracht.
  • In 3 ist ein Ausschnitt aus einem optoelektronischen Bauelement gezeigt, der die Situation nach Aufbringen der dielektrischen Schicht 3 auf die Anode 2 zeigt. Wie aus 3 ersichtlich ist, weist die Oberfläche 21 der Anodenschicht 2, auf der die dielektrische Schicht 3 aufgebracht ist, eine Oberflächenstruktur in Form einer Rauhigkeit auf, die beispielsweise durch das Aufbringverfahren, mit dem die Anodenschicht 2 aufgebracht wird, bedingt ist. Ferner können Verunreinigungen auf der Oberfläche 11 des Substrats 1 beim Aufbringen der Anodenschicht dazu führen, dass die Oberfläche 21 der Anodenschicht 2 eine Rauhigkeit aufweist.
  • Die dielektrische Schicht 3 weist hierbei eine Dicke auf, die rein beispielhaft an zwei Stellen mit den Bezugszeichen 31 gekennzeichnet ist. Wie aus 3 erkennbar ist, folgt die dielektrische Schicht 3 der Oberflächenstruktur der Oberfläche 21 der Anodenschicht 2 in der im allgemeinen Teil beschriebenen Weise, so dass die Dicke 31 der dielektrischen Schicht 3 nahezu unabhängig von der Oberflächenstruktur der Anodenschicht 2 ist. Dabei beträgt die Dickenvariation der Dicke 31 weniger als 10 Prozent. Wie in 3 gezeigt ist, ist die dielektrische Schicht 3 derart ausgebildet, dass sie den mikroskopischen Strukturen der Oberflächenstruktur 21 der Anodenschicht zumindest nahezu folgen kann.
  • In den 4A bis 4C sind in diesem Zusammenhang weitere Ausschnitte aus der Oberflächenstruktur von Anodenschicht 2 und dielektrischer Schicht 3 des erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements gezeigt. Hierbei sind rein beispielhaft verschiedene makroskopische Strukturen abgebildet.
  • In 4A weist die Oberfläche 21 der dielektrischen Schicht 2 eine Vertiefung auf, die – verglichen zum Durchmesser – eine deutlich höhere Tiefe besitzt. Die dielektrische Schicht 3 folgt der Oberflächenstruktur 21 der Anodenschicht 2 und bildet daher auf der gesamten Oberfläche der Öffnung eine durchgängige Schicht mit gleich bleibender Dicke aus. Hierbei verändert sich das Tiefe-zu-Durchmesser-Verhältnis der Vertiefung.
  • In 4B weist die Anodenschicht 2 eine Oberfläche 21 mit einem überstehenden Teilbereich auf, während die Anodenschicht 2 in 4C eine sich nach unten verbreiternde Öffnung (nach Art einer Flaschenpore) aufweist. Trotz der negativen Winkel zum Aufbringen der dielektrischen Schicht 3 auf derartige Strukturen in der Oberfläche der Anodenschicht 2 kann die dielektrische Schicht mit einer nahezu gleich bleibenden Dicke wie in 3 ausgebildet werden. Dadurch dass die dielektrische Schicht die Anode gleichmäßig, homogen und vollständig bedeckt, kann – auch bei Hinterschneidungen wie in 4B oder flaschenartigen Poren wie in 4C – gewährleistet werden, dass ein „Durchschlagen” von Elektronen bis zur Anode verhindert werden kann wodurch die Gefahr von Kurzschlüssen deutlich reduziert wird.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims (15)

  1. Optoelektronisches Bauelement aufweisend: – ein Substrat (1); – eine Anode (2) und eine Kathode (9) – mindestens eine zwischen der Anode und der Kathode angeordnete aktive Schicht (6), wobei – direkt auf der kathodenseitigen Oberfläche der Anode (2) eine amorphe dielektrische Schicht (3), die ein Metalloxid, ein Metallnitrid oder ein Metalloxinitrid enthält oder daraus besteht, angeordnet ist, wobei das im Metalloxid, Metallnitrid oder Metalloxinitrid enthaltene Metall ausgewählt ist aus einem oder mehreren der Metalle der Gruppe bestehend aus Aluminium, Gallium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Lanthan und Zink.
  2. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, wobei direkt auf der dielektrischen Schicht (3) eine Lochinjektionsschicht (4) mit einer Dicke von kleiner oder gleich 20 nm angeordnet ist.
  3. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Schicht (3) eine Dicke von 0,1 bis 100 nm, insbesondere 0,1 bis 3 nm aufweist.
  4. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Schicht (3) aus Aluminiumoxid besteht.
  5. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anode ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO), insbesondere Indiumzinnoxid (ITO) umfasst.
  6. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Homogenität der Schichtdicke der dielektrischen Schicht (3) unabhängig von der Oberflächenstruktur der direkt an die dielektrische Schicht angrenzenden Schichten, insbesondere unabhängig von der Oberflächenstruktur der Anode (2), ist.
  7. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Dickenvariation der dielektrischen Schicht (3) maximal 10% ist.
  8. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Schicht (3) mittels Atomlagenabscheidung (ALD), insbesondere plasmafreier Atomlagenabscheidung, herstellbar ist.
  9. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als OLED ausgebildet ist.
  10. Verfahren zur Beschichtung einer Elektrode, insbesondere einer Anode für ein optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer dielektrischen Schicht, die ein Metalloxid, ein Metallnitrid oder ein Metalloxinitrid enthält oder daraus besteht, wobei das Metall M ausgewählt ist aus einem oder mehreren der Metalle der Gruppe bestehend aus Aluminium, Gallium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Lanthan und Zink mit folgenden Schritten: A) Bereitstellung eines Substrats mit einer darauf angeordneten Elektrodenschicht B) Abscheidung der dielektrischen Schicht mittels Atomlagenabscheidung (ALD), so dass die Elektrodenschicht vollständig mit der dielektrischen Schicht bedeckt ist.
  11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei Schritt B) mittels plasmafreier Atomlagenabscheidung (ALD) durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei während Schritt B) folgende Teilschritte in der angegebenen Reihenfolge mehrfach nacheinander wiederholt werden: B1) Adsorptionspuls, bei dem das Substrat mit einem Precursor oder einem Oxidationsmittel bzw. Reduktionsmittel beaufschlagt wird; B2) Spülschritt oder Evakuierungsschritt; B3) Reaktionspuls, bei dem das Substrat mit dem adsorbierten Precursor mit einem Oxidationsmittel bzw. Reduktionsmittel beaufschlagt wird oder das Substrat mit dem adsorbiertem Oxidationsmittel bzw. Reduktionsmittel mit einem Precursor beaufschlagt wird; B4) Spülschritt oder Evakuierungsschritt.
  13. Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt B) bei einer Temperatur von mindestens 60°C, insbesondere 80°C bis 260°C, und einem Druck von maximal 50 mbar, insbesondere 0,1 mbar bis 5 mbar, durchgeführt wird.
  14. Verfahren nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei das Oxidationsmittel ausgewählt wird der Gruppe bestehend aus Wasser, Ozon, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid und Gemischen der vorgenannten Stoffe.
  15. Verfahren nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, wobei der Precursor eine Metallalkyl, ein Metallalkoxid, ein Metalldialkylamid und/oder ein Metallhalogenid ist.
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