DE102017107432A1

DE102017107432A1 - Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements für ein optoelektronisches Bauelement und optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102017107432A1
Application number: DE102017107432.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Eichinger; Maja Hackenberger
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2017-04-06
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2037-04-07
Also published as: WO2018184917A1; US11024764B2; DE102017107432B4; US20200058826A1; US20210273129A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements (2) für ein optoelektronisches Bauelement (100) aufweisend die folgenden Verfahrensschritte:
A) Bereitstellen eines anorganischen dielektrischen Elements (3) mit einer Oberfläche (4) in eine Kammer (10), wobei das dielektrische Element im Betrieb rotiert (5), und
B) Bereitstellen eines Strukturierungsmittels (6) umfassend Wasser (7) und Ozon (8) und Einbringen des Strukturierungsmittels (6) in die Kammer (10), so dass das Strukturierungsmittel (6) die Oberfläche (4) des anorganischen dielektrischen Elements (3) berührt und eine Aufrauung (9) in der Oberfläche (4) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements für ein optoelektronisches Bauelement. Ferner betrifft die Erfindung ein optoelektronisches Bauelement, das insbesondere ein Auskoppelelement aufweist.
Bisher werden anorganische Halbleiterschichten, gegebenenfalls dielektrische Schichten oder Halbleiterschichten mittels Nasschemie aufgeraut. Dabei kann beispielsweise Kaliumhydroxidlösung dienen. Damit kann eine statistische Verteilung der Aufraustruktur-Größen erzielt werden. Alternativ kann die Aufrauung auch mittels Plasmastrukturierung erzeugt werden. Damit können definierte Strukturen erzeugt werden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements für ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das effizient und einfach ein Auskoppelelement erzeugt. Ferner ist Aufgabe der Erfindung, ein optoelektronisches Bauelement mit einem Auskoppelelement bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements für ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner werden diese Aufgaben durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem Anspruch 15 gelöst.
In zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements für ein optoelektronisches Bauelement die folgenden Verfahrensschritte auf:

A) Bereitstellen eines anorganischen dielektrischen Elements. Das dielektrische Element weist eine Oberfläche auf. Das dielektrische Element ist in einer Kammer eingebracht. Das dielektrische Element und/oder ein Träger ist im Betrieb dazu eingerichtet, zu rotieren. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Kammer im Betrieb rotieren.

Das Verfahren weist einen Schritt B) auf, der beinhaltet das Bereitstellen eines Strukturierungsmittels und das Einbringen des Strukturierungsmittels in die Kammer. Das Strukturierungsmittel umfasst Ozon und Wasser oder besteht daraus. Das Strukturierungsmittel kann die Oberfläche des anorganischen dielektrischen Elements berühren, insbesondere direkt berühren, und damit eine Aufrauung in der Oberfläche erzeugen.
Direkt berühren meint hier unmittelbarer mechanischer Kontakt des Strukturierungsmittels mit der Oberfläche des anorganischen dielektrischen Elements.
Anorganisches dielektrisches Element meint hier, dass das Element, das insbesondere als Schicht ausgeformt wird, dielektrische Eigenschaften aufweist. Zudem ist das dielektrische Element insbesondere ausschließlich aus anorganischen Materialien geformt.
Die Erfinder haben erkannt, dass mit dem hier beschriebenen Verfahren eine Aufrauung in dem anorganischen dielektrischen Element erzeugt werden kann, so dass das Auskoppelelement eine sehr gute Lichtauskopplung aufweist. Zudem ist das hier beschriebene Verfahren leicht anwendbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt A) auf, Bereitstellen eines anorganischen dielektrischen Elements. Das anorganische dielektrische Element kann als Schicht ausgeformt sein. Insbesondere weist das anorganische dielektrische Element eine homogene Schichtdicke von beispielsweise zwischen 20 nm bis einschließlich 150 nm auf. Grundsätzlich können auch dickere Schichten mit Schichtdicken von größer als 150 nm verwendet werden. Das anorganische dielektrische Element weist eine Oberfläche auf. Insbesondere ist die Oberfläche für das Strukturierungsmittel zugänglich. In Schritt A) ist das anorganische dielektrische Element in einer Kammer angeordnet. Das dielektrische Element und/oder der Träger mit den Wafern rotieren im Betrieb insbesondere um ihre Rotationsachse. Das anorganische dielektrische Element kann in die Kammer eingebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das anorganische dielektrische Element ein Oxid oder Nitrid eines Metalls auf oder besteht aus diesem. Das Metall kann beispielsweise Aluminium sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das anorganische dielektrische Element Aluminiumoxid (Al2O3) auf. Alternativ besteht das anorganische dielektrische Element aus Aluminiumoxid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt B) auf. In dem Verfahrensschritt B) wird das Strukturierungsmittel bereitgestellt. Das Strukturierungsmittel weist Wasser und Ozon auf. Das Strukturierungsmittel wird in die Kammer eingebracht. Damit kann das Strukturierungsmittel die Oberfläche des anorganischen dielektrischen Elements berühren, insbesondere direkt berühren, und eine Aufrauung in der Oberfläche erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mittlere Rauigkeit Rq während oder nach Schritt B) zwischen einschließlich 20 nm und einschließlich 50 nm, insbesondere zwischen einschließlich 22 nm und einschließlich 40 nm, insbesondere zwischen einschließlich 25 nm und einschließlich 35 nm, insbesondere zwischen einschließlich 25 nm und einschließlich 32 nm, beispielsweise 30 nm.
Vorzugsweise ist die mittlere Rauigkeit Rq nach Schritt B) zwischen 20 nm und 30 nm. Die mittlere Rauigkeit Rq kann mittels Weißlichtinterferometrie (WLI) bestimmt werden. WLI ist eine berührungslose optische Messmethode, welche die Interferenz von breitbandigem Licht (Weißlicht) ausnutzt und sogenannte dreidimensionale Profilmessungen von Strukturen mit Abmessungen zwischen einigen Zentimetern und einigen Mikrometern erlaubt. Die Weißlichtinterferometrie ist dem Fachmann hinreichend bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert.
Insbesondere ist die mittlere Rauigkeit Rq hier für Schichtdicken zwischen einschließlich 20 nm und einschließlich 150 nm, insbesondere zwischen einschließlich 35 nm und einschließlich 85 nm, beispielsweise zwischen einschließlich 40 nm und einschließlich 80 nm des organischen dielektrischen Elements angegeben.
Der Begriff mittlere Rauigkeit Rq ist einem Fachmann bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Der quadratische Mittenrauwert Rq kann der quadratische Mittelwert der Profilabweichung sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Strukturierungsmittel Wasser und Ozon auf. Insbesondere ist das Wasser deionisiert. Deionisiertes Wasser meint hier, dass das Wasser durch unterschiedliche Verfahren von seinen Ionen befreit wurde. Dieses Wasser zeichnet sich durch seine geringe Leitfähigkeit aus.
Das Strukturierungsmittel weist Ozon auf. Durch die Verwendung des Strukturierungsmittels, das heißt einer Mischung aus Ozon und Wasser, kann eine Strukturierung oder Aufrauung in der Oberfläche des anorganischen dielektrischen Elements erzeugt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird Ozon gasförmig in die Kammer eingeleitet. Zusätzlich wird insbesondere Wasser flüssig eingeleitet. Das Wasser bildet während der Rotation des anorganischen dielektrischen Elements in der Kammer einen dünnen Wasserfilm auf der Oberfläche des anorganischen dielektrischen Elements, wobei das Ozon in Radikale gespaltet wird, leicht zugänglich zum dielektrischen Element ist und somit eine Aufrauung der Oberfläche des anorganischen dielektrischen Elements bewirkt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Strukturierungsmittel zusätzlich eine Base oder Säure auf, wobei die Base katalysierend und die Säure inhibierend wirkt. Eine Base ist eine chemische Verbindung mit einem pH-Wert größer 7. Die Base kann gelöst in Wasser sein, es kann also eine wässrige Base vorliegen. Als Base kann beispielsweise Ammoniak verwendet werden. Ammoniak kann hier als Katalysator eingesetzt werden, der zur Dissoziation des Ozons beiträgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Konzentration des Ammoniaks kleiner oder gleich 0,05 %. Mit % sind hier Volumenprozent gemeint.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Ozon, insbesondere das gasförmige Ozon, mit einer Konzentration zwischen 180 g/m³ bis 250 g/m³, beispielsweise mit 240 g/m³, in die Kammer eingeleitet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Strukturierungsmittel im Schritt B) eine Temperatur zwischen einschließlich Raumtemperatur und einschließlich 90 °C, insbesondere beispielsweise 40 °C auf. Die Reaktionstemperatur sollte nicht unter 40 °C liegen, um eine optimale Aufrauung an der Oberfläche des anorganischen dielektrischen Elements zu erzeugen. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere ein optimales Ergebnis im Verhältnis zur Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Reaktionstemperatur von ungefähr 40 °C beobachtet werden konnte.
Der Träger, in oder auf dem die Wafer angeordnet sind, kann eine Rotationsgeschwindigkeit zwischen 5 U/min oder 25 U/min und 1200 U/min aufweisen. Je dünner der Wasserfilm ist, der die Oberfläche des anorganischen dielektrischen Elements berührt, umso größer ist der Anteil des Ozons, der an die Oberfläche gelangen kann. Dies resultiert in einer optimalen Aufrauung der Oberfläche des anorganischen dielektrischen Elements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren nach Schritt B) einen weiteren Schritt auf, Trocknen des anorganischen dielektrischen Elements. Mit anderen Worten, kann nach der Aufrauung der Oberfläche des anorganischen dielektrischen Elements das Strukturierungsmittel wieder entfernt werden.
Im anschließenden Verfahrensschritt kann das anorganische dielektrische Element mittels eines Gases, beispielsweise Stickstoff, oder gepresste Luft (Compressed Air, CDA) gespült werden. Es kann Inertgas und/oder Druckluft verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Träger in der Kammer im Betrieb eine Rotationsgeschwindigkeit von 25 RPM bis 1200 RPM, typischerweise 1000 RPM auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das anorganische dielektrische Element als Schicht mit einer Schichtdicke zwischen einschließlich 20 nm und einschließlich 150 nm ausgeformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das anorganische dielektrische Element zwischen einschließlich 5 Minuten und einschließlich 20 Minuten mit dem Strukturierungsmittel behandelt.
Die Erfinder haben erkannt, dass mittels dem hier beschriebenen Verfahren eine Mikrorauigkeit in dem anorganischen dielektrischen Element, das insbesondere eine Aluminiumoxidschicht ist, erzeugt werden kann. Das Verfahren verwendet vorzugsweise eine nasschemische Ätzung mittels eines Strukturierungsmittels aus zumindest deionisiertem Wasser und Ozon. Zusätzlich kann Ammoniak zugesetzt sein.
Die Anpassung der Dimension der Rauigkeit der Schichtdickenänderung des anorganischen dielektrischen Elements ist möglich. Die herkömmlichen Methoden können nicht das komplette Dimensionsspektrum hin zu kleineren Strukturgrößen abdecken.
Die Erfindung betrifft ferner ein optoelektronisches Bauelement. Vorzugsweise weist das optoelektronische Bauelement ein Auskoppelelement auf. Das optoelektronische Bauelement wird vorzugsweise mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt. Dabei gelten alle Definitionen und Ausführungen des Verfahrens auch für das optoelektronische Bauelement und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement eine Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge ist zur Strahlungsemission eingerichtet. Alternativ kann das optoelektronische Bauelement auch eine organische Schichtenfolge aufweisen. Das optoelektronische Bauelement weist ein Auskoppelelement auf. Das Auskoppelelement weist zumindest ein anorganisches dielektrisches Element mit einer Oberfläche auf. Das anorganische dielektrische Element kann eine mittlere Rauigkeit, hier auch als Rq bezeichnet, zwischen einschließlich 20 nm und einschließlich 30 nm aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement eine Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-m Ga_mP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge umfasst ein oder mehrere aktive Schichten. Die mindestens eine aktive Schicht ist zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung eingerichtet. Beispielsweise beinhaltet die aktive Schicht wenigstens einen pn-Übergang oder mindestens einen Quantentopf. Insbesondere wird in der aktiven Schicht ultraviolettes, sichtbares und/oder nahinfrarotes Licht oder Strahlung im Betrieb des optoelektronischen Bauelements erzeugt. Die in der aktiven Schicht erzeugte Strahlung weist eine Hauptwellenlänge auf. Die Hauptwellenlänge, englisch: peak wavelength, ist diejenige Wellenlänge, bei der im bestimmungsgemäßen Betrieb die größte Strahlungsintensität erzeugt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optoelektronische Bauelement eine Leuchtdiode, kurz LED.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optoelektronische Bauelement als organische lichtemittierende Diode (OLED) ausgeformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement ein Substrat auf. Das Substrat kann beispielsweise ein oder mehrere Materialien in Form einer Schicht, einer Platte, einer Folie oder einem Laminat aufweisen, die ausgewählt sind aus Gas, Quarz, Kunststoff, Metall, Siliziumwafer, keramikbeschichtetes Papier. Besonders bevorzugt weist das Substrat Glas, beispielsweise in Form einer Glasschicht, Glasfolie oder Glasplatte auf oder besteht daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement eine erste und zweite Elektrode auf. Davon ist insbesondere zumindest eine Elektrode transparent ausgeformt. Mit transparent wird hier und im Folgenden eine Schicht bezeichnet, die durchlässig für sichtbares Licht ist. Alternativ können auch beide Elektroden transparent ausgeführt sein, so dass das Bauelement als sogenannte beidseitig emittierende OLED ausgestaltet ist.
Als Material für eine transparente Elektrode kann beispielsweise ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO, transparent conductive oxide), wie beispielsweise ITO, verwendet werden.
Weiterhin kann eine transparente Elektrode auch eine Metallschicht mit einem Metall oder einer Legierung aufweisen, beispielsweise mit einem oder mehreren der folgenden Materialien: Silber, Platin, Gold, Magnesium oder eine Legierung aus Silber und Magnesium.
Insbesondere bildet eine der Elektroden die Anode, während die andere Elektrode die Kathode ausbildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement als OLED einen organisch funktionellen Schichtenstapel auf. Im Betrieb des optoelektronischen Bauelements wird in dem organisch funktionellen Schichtenstapel Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge der Strahlung oder das Wellenlängenmaximum liegt bevorzugt im infraroten und/oder ultravioletten und/oder sichtbaren Spektralbereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm und einschließlich 680 nm.
Der organische funktionelle Schichtenstapel kann Schichten mit organischen Polymeren, organischen Oligomeren, organischen Monomeren, organischen kleinlichtpolymeren Molekülen („small molecules“) oder Kombinationen daraus aufweisen. Der organische funktionelle Schichtenstapel kann zusätzliche funktionelle Schichten aufweisen, die als Lochtransportschichten ausgeführt sind, um eine effektive Löcherinjektion in den zumindest einen funktionellen Schichtenstapel zu ermöglichen. Der organische funktionelle Schichtenstapel kann weiterhin zumindest eine funktionelle Schicht aufweisen, die als Elektronentransportschicht ausgebildet ist. Allgemein kann der organische funktionelle Schichtenstapel zusätzliche Schichten aufweisen, die ausgewählt sind aus Löcherinjektionsschichten, Lochtransportschichten, Elektroninjektionsschichten, Elektrontransportschichten, Lochblockierschichten und Elektronenblockierschichten. Insbesondere können die Schichten des organischen funktionellen Schichtenstapels vollständig oder zumindest überwiegend organische funktionelle Schichten sein. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass einzelne Schichten des organischen funktionellen Schichtenstapels auch anorganische Materialien aufweisen oder daraus gebildet sind.
Das optoelektronische Bauelement kann zusätzlich Stromaufweitungsstrukturen aufweisen.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1A bis 1C ein optoelektronisches Bauelement gemäß einer Ausführungsform,
2A bis 2B eine Halbleiterschichtenfolge oder eine organische Schichtenfolge gemäß einer Ausführungsform,
3A bis 3E ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform,
4A bis 4C jeweils eine elektromikroskopische Aufnahme (SEM) gemäß jeweils einer Ausführungsform,
5A und 5C eine dreidimensionale Profilmessung mittels Weißlichtinterferometrie gemäß einer Ausführungsform,
5B und 5D die zugehörigen ermittelten Messwerte der 3D-Profilmessung der 5B beziehungsweise 5C, und
6A und 6B AFM-Messungen gemäß einer Ausführungsform.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
Die 1A bis 1C zeigen jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Das optoelektronische Bauelement weist ein Substrat 11, oder auch Träger genannt, auf. Auf dem Träger 11 ist eine Halbleiterschichtenfolge 1 oder organische Schichtenfolge 1 angeordnet. Im Fall einer Halbleiterschichtenfolge 1 ist diese Halbleiterschichtenfolge auf beispielsweise einem Saphirsubstrat epitaktisch aufgewachsen. Im Falle einer OLED ist eine organische Schichtenfolge 1 auf beispielsweise einem Glassubstrat 11 aufgebracht.
In 1A ist gezeigt, dass das Auskoppelelement 2 auf der Halbleiterschichtenfolge 1, insbesondere direkt, angeordnet ist. Das Auskoppelelement 2 weist eine Strukturierung auf der Oberfläche 4 auf. Die Strukturierung ist in Folge der Aufrauung mit dem hier beschriebenen Verfahren erzeugt worden. Die Strukturierung oder Aufrauung weist eine mittlere Rauigkeit insbesondere zwischen einschließlich 10 nm und einschließlich 50 nm, beispielsweise zwischen einschließlich 20 nm und einschließlich 30 nm auf. Das in der Halbleiterschichtenfolge 1 erzeugte Licht kann über das Auskoppelelement 2 aus dem Bauelement 100 ausgekoppelt werden 12.
Im Gegensatz dazu zeigt die 1B, dass das Auskoppelelement 2 rückseitig auf dem Träger 11 direkt angeordnet ist. Insbesondere kann, wie in 1A gezeigt, die in der Halbleiterschichtenfolge 1 erzeugte Strahlung nach oben, also in die entgegengesetzte Richtung des Trägers 11 ausgekoppelt werden. Im Fall der 1B wird die Strahlung über den Träger 11 und dem Auskoppelelement 2 aus dem Bauelement 100 ausgekoppelt.
Die 1C zeigt eine Kombination der Anordnung des Auskoppelelements 2 der 1A und 1B. Im Bauelement der 1C sind zwei Auskoppelelemente 2 vorhanden. Das eine Auskoppelelement 2-1 ist auf der Halbleiterschichtenfolge 1 direkt aufgebracht. Das zweite Auskoppelelement 2-2 ist auf einer der Halbleiterschichtenfolge 1 gegenüberliegenden Seite des Trägers 11 aufgebracht, insbesondere direkt aufgebracht.
Vorzugsweise wird in dem Auskoppelelement 2-1, 2-2 oder in den hier beschriebenen Auskoppelelementen 2-1, 2-2 Aluminiumoxid als Material für das anorganische dielektrische Element 3 verwendet.
Die 2A und 2B zeigen eine schematische Seitenansicht einer Halbleiterschichtenfolge 1 beziehungsweise einer organischen Schichtenfolge 1 gemäß einer Ausführungsform.
Die 2A zeigt eine n-dotierte Halbleiterschicht 101, darauf angeordnet eine aktive Schicht 102 und darauf angeordnet eine p-dotierte Halbleiterschicht 103. Diese Schichten können die epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge 1 einer anorganischen lichtemittierenden Leuchtdiode (LED) bilden.
Im Vergleich dazu ist, wie in 2B gezeigt, die Schichtenfolge organisch ausgebildet. Die Schichtenfolge ist hier insbesondere eine Schichtenfolge 1 einer OLED. Die Schichtenfolge weist eine Lochtransportschicht 104, Lichtinjektionsschicht 105, Emissionsschicht 106, Elektronentransportschicht 107 und Elektroneninjektionsschicht 108 auf. Diese organischen Schichten können zwischen zwei Elektroden 109 und 110 angeordnet sein.
Die 3A bis 3E zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements 2 für ein optoelektronisches Bauelement 100.
In der 3A ist das Bereitstellen eines anorganischen dielektrischen Elements 3 mit einer Oberfläche 4 gezeigt. Das anorganische dielektrische Element 3 wird in einer Kammer 10, wie in 3B gezeigt, eingebracht. Der Träger 11 und/oder das anorganische dielektrische Element 3 sind dazu eingerichtet, im Betrieb zu rotieren. Damit kann ein gleichmäßiges Auftragen des Strukturierungsmittels 6 in der Kammer 10 auf das anorganische dielektrische Element 3, das auf einem Wafer angeordnet sein kann, erzeugt werden, wobei eine gleichmäßige Aufrauung in der Oberfläche 4 erzeugt wird.
Das Strukturierungsmittel 10 kann über separate Einlässe zugefügt werden. Das Strukturierungsmittel kann Wasser 7 und Ozon 8 umfassen. Zusätzlich kann auch Ammoniak als Katalysator zugesetzt werden (hier nicht gezeigt).
Die 3C zeigt das anorganische dielektrische Element 3, das eine Aufrauung in der Oberfläche 4 aufweist. Die Aufrauung kann jede mögliche Struktur, wie pyramidal oder kegelstumpfartig, aufweisen.
Die 3D zeigt, dass nicht nur die Oberfläche 4 strukturiert wurde, sondern auch die der Oberfläche 4 gegenüberliegende Seite des anorganischen dielektrischen Elements 3 strukturiert ist.
Die 3E zeigt, dass die Aufrauung des anorganischen dielektrischen Elements 3 hier bereichsweise erfolgte. Beispielsweise können vor Einbringen des anorganischen dielektrischen Elements 3 bestimmte Bereiche auf der Oberfläche 4 maskiert werden, die also nicht mit aufgeraut werden sollen. Nach der Behandlung des anorganischen dielektrischen Elements 3 in der Kammer 10 und nach Schritt B) kann diese Maske wieder entfernt werden, sodass auf der Oberfläche Bereiche erzeugt werden, die aufgeraut sind und Bereiche erzeugt werden, die keine Aufrauung aufweisen.
Die 4A bis 4C zeigen jeweils eine elektronenmikroskopische Aufnahme (SEM) gemäß einer Ausführungsform.
Die 4A bis 4C zeigen jeweils ein anorganisches dielektrisches Element 2 mit einer Oberfläche 4, die die Aufrauung aufweist. Im Zentrum des jeweiligen Ausschnittes der elektronenmikroskopischen Aufnahmen ist eine kreisförmige Anordnung aufgebracht. Dies kann beispielsweise ein zusätzliches Element sein, was auf dem anorganischen dielektrischen Element 3 angeordnet ist.
Die 5A und 5C zeigen eine dreidimensionale Profilstruktur einer Weißlichtinterferometriemessung gemäß jeweils einer Ausführungsform.
Die 5B und 5D zeigen jeweils die zugehörigen ermittelten Messwerte aus den 3D-Profilmessungen. Die Tabelle der 5B zeigt die Ergebnisse der Messung aus 5A. Die Tabelle der 5D zeigt die Ergebnisse der Messungen der 5C. In den Tabellen 5B und 5D sind jeweils Ra-Werte, Rp-Werte, Rq-Werte, Rt-Werte und Rv-Werte dargestellt (quadratische Mittenrauwert Rq, arithmetische Mittenrauwert Ra, Rautiefe Rt, mittlere Glättungstiefe Rp und mittlere Riefentiefe Rv).
Aus der Tabelle der 5B und 5D ist zu entnehmen, dass die Messungen hier einen Rq-Wert von 31,05 nm beziehungsweise 22,35 nm aufweisen. Mit anderen Worten kann mittels dem hier beschriebenen Verfahren eine mittlere Rauigkeit Rq von zwischen einschließlich 20 nm und einschließlich 35 nm, insbesondere zwischen einschließlich 22 nm und einschließlich 30 nm erzeugt werden. Die Schichtdicken des hier bestimmten dielektrischen Elements 3 sind beispielsweise zwischen 40 nm und 80 nm. Dickere oder dünnere Schichten sind auch möglich.
Die 6A und 6B zeigen rasterkraftmikroskopische Aufnahmen (AFM) gemäß einer Ausführungsform. Das anorganische dielektrische Element 3 ist hier aus Aluminiumoxid geformt. Die Schichtdicke des anorganischen dielektrischen Elements 3 ist 190 nm. Die mittlere Rauigkeit Rq weist einen Wert von zirka 27,9 nm auf.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, die 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.
Bezugszeichenliste

100: optoelektronisches Bauelement
1: Halbleiterschichtenfolge oder organische Schichtenfolge
2: Auskoppelelement
3: anorganisches dielektrisches Element
4: Oberfläche des anorganischen dielektrischen Elements
5: Rotation
6: Strukturierungsmittel
7: Wasser
8: Ozon
9: Aufrauung
10: Kammer
Rq: mittlere Rauigkeit
11: Träger oder Substrat
12: Strahlung
101: n-dotierte Halbleiterschicht
102: aktive Schicht
103: p-dotierte Halbleiterschicht
104: Lochtransportschicht
105: Lochinjektionsschicht
106: Emissionsschicht
107: Elektronentransportschicht
108: Elektroneninjektionsschicht
109: erste Elektrode
110: zweite Elektrode

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements (2) für ein optoelektronisches Bauelement (100) aufweisend die folgenden Verfahrensschritte: A) Bereitstellen eines anorganischen dielektrischen Elements (3) mit einer Oberfläche (4) in eine Kammer (10), wobei das dielektrische Element im Betrieb in der Kammer rotiert (5), und B) Bereitstellen eines Strukturierungsmittels (6) umfassend Wasser (7) und Ozon (8) und Einbringen des Strukturierungsmittels (6) in die Kammer (10), so dass das Strukturierungsmittel (6) die Oberfläche (4) des anorganischen dielektrischen Elements (3) berührt und eine Aufrauung (9) in der Oberfläche (4) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das anorganische dielektrische Element (3) aus einem Oxid oder Nitrid eines Metalls geformt ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das anorganische dielektrische Element (3) Aluminiumoxid aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mittlere Rauigkeit (Rq) nach Schritt B) zwischen 20 und 30 nm ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strukturierungsmittel (6) zusätzlich eine Base aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Base Ammoniak ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Konzentration des Ammoniaks kleiner oder gleich 0,05 % ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ozon gasförmig in die Kammer (10) eingeleitet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konzentration des Ozons zwischen 180 g/m³ bis 250 g/m³ beträgt.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wasser deionisiert ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strukturierungsmittel (6) im Schritt B) eine Temperatur zwischen einschließlich Raumtemperatur und einschließlich 90 °C aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kammer (10) und/oder der Träger (11) im Betrieb eine Rotationsgeschwindigkeit von 5 U/min bis 1200 U/min aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das anorganische dielektrische Element (3) als Schicht mit einer Schichtdicke zwischen 20 nm und 150 nm ausgeformt ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das anorganische dielektrische Element (3) zwischen 5 Minuten und 20 Minuten mit dem Strukturierungsmittel (6) behandelt wird.
Optoelektronisches Bauelement (100) aufweisend - eine Halbleiterschichtenfolge (1), die zur Strahlungsemission eingerichtet ist, - ein Auskoppelelement (2), das zumindest ein anorganisches dielektrisches Element (3) mit einer Oberfläche (4) aufweist, wobei das anorganische dielektrische Element (3) eine mittlere Rauigkeit (Rq) zwischen einschließlich 20 nm und einschließlich 30 nm aufweist.