DE102017107939A1 - Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und optoelektronisches Bauelement - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (100) angegeben. Das Verfahren umfasst die Schritte
A) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (5) umfassend eine Vielzahl an Pixeln (1) und eine aktive Schicht, wobei die aktive Schicht dazu eingerichtet ist, eine Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums mit einer Peakwellenlänge zwischen einschließlich 420 nm und einschließlich 480 nm zu emittieren,
B) Aufbringen eines Photolacks (9) und eines ersten Konvertermaterials (10a) auf die Halbleiterschichtenfolge (5),
D) Belichten des Photolacks (9) mit einer Strahlung mit einer Peakwellenlänge, die längerwelliger ist als die Peakwellenlänge der Primärstrahlung,
E) Aushärten des Photolacks (9) durch eine Polymerisation zur Bildung einer ersten Konverterschicht (2a) umfassend ein Matrixmaterial und das erste Konvertermaterial (10a),
F) Strukturieren der ersten Konverterschicht (2a).

Description

  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben.
  • Konverterschichten zur Vollkonversion von Primärstrahlung einzelner kleiner Pixel eines pixelierten Halbleiterchips unterliegen vielen Anforderungen. Beispielsweise muss die Konversion Chip-nah erfolgen und die Schichtdicken der Konverterschichten müssen gering sein. Bekannte anorganische Leuchtstoffe eignen sich nicht, da ihre Korngrößen größer sind als die Ausmaße kleiner Pixel, beispielsweise mit einer Kantenlänge von 5 µm. Zudem ist kein effizientes Verfahren bekannt, dünne Konverterschichten über den einzelnen kleinen Pixeln anzuordnen. Es ist bekannt, dünne Schichten mittels eines Photolacks aufzubringen, der durch UV-Strahlung ausgehärtet wird. Diese Photolacke sind allerdings zur Herstellung von Konverterschichten für kleine Pixel nicht geeignet, da die eingesetzten Konvertermaterialien üblicherweise eine höhere Absorption im UV-Bereich als im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums aufweisen, sodass die zur Vollkonversion einer Primärstrahlung im blauen Bereich benötigte Schichtdicke größer ist als die Eindringtiefe der UV-Strahlung, sodass diese Photolacke nicht vollständig ausgehärtet werden können. Zudem zeigen UVgehärtete Materialien oft das Problem, dass diese auf Dauer gegenüber Licht instabil sind und deshalb in einem optoelektronischen Bauelement nicht einsetzbar sind. Da eine blaue Primärstrahlung zudem noch einen geringen Anteil an Strahlung im UV-Bereich aufweist, wird diese von dem ausgehärteten Photolack absorbiert und steht damit der Konversion durch die Konvertermaterialien nicht oder nicht vollständig zur Verfügung, was zu unerwünschten Effizienzverlusten führt.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit einer Vielzahl an Pixeln und Konverterschichten anzugeben. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement mit einer Vielzahl an Pixeln und Konverterschichten anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein Verfahren und durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Das Verfahren umfasst folgende Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:
    • A) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Vielzahl an Pixeln. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine aktive Schicht, die dazu eingerichtet ist, eine Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums mit einer Peak-Wellenlänge zwischen einschließlich 420 nm und einschließlich 480 nm zu emittieren.
    • B) Aufbringen eines Photolacks und eines ersten Konvertermaterials auf die Halbleiterschichtenfolge.
    • D) Belichten des Photolacks mit einer Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge, die längerwelliger ist als die Peak-Wellenlänge der Primärstrahlung.
    • E) Aushärten des Photolacks durch eine Polymerisation zur Bildung einer ersten Konverterschicht umfassend ein Matrixmaterial und das erste Konvertermaterial. Insbesondere entsteht das Matrixmaterial durch die Polymerisation des Photolacks.
    • F) Strukturieren der ersten Konverterschicht. Bevorzugt wird die erste Konverterschicht so strukturiert, dass diese über einem Teil der Vielzahl an Pixeln angeordnet ist, während ein anderer Teil der Pixel frei von der ersten Konverterschicht ist.
  • Als „Peak-Wellenlänge“ wird vorliegend die Wellenlänge im Emissionsspektrum bezeichnet, bei der die maximale Intensität im Emissionsspektrum liegt.
  • Durch das Belichten des Photolacks wird die Polymerisation des Photolacks initiiert, der Photolack härtet aus und bildet das Matrixmaterial. Insbesondere ist das erste Konvertermaterial in dem Matrixmaterial verteilt, bevorzugt homogen verteilt. Mit Vorteil erfolgt die Belichtung und damit die Initiierung der Polymerisation mit einer Strahlung, die längerwelliger ist als die Primärstrahlung. Damit ist gewährleistet, dass das erste Konvertermaterial, das bevorzugt eine maximale Absorption im Bereich der Peakwellenlänge der Primärstrahlung aufweist, diese Strahlung nicht oder kaum absorbiert und diese Strahlung somit vollständig oder nahezu vollständig der Belichtung des Photolacks dient.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Matrixmaterial transparent für die Primär- und die Sekundärstrahlung des Konvertermaterials. Unter transparent wird verstanden, dass das Matrixmaterial zumindest teilweise durchlässig für die Primärstrahlung als auch für die Sekundärstrahlung ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Photolack in Schritt D) mit einer Strahlung mit einer Peakwellenlänge zwischen 480 nm und einschließlich 3000 nm, bevorzugt 550 nm bis 1500 nm, belichtet. Damit liegt die Strahlung, mit der der Photolack belichtet wird, im sichtbaren oder infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Bei einer Belichtung mit Strahlung im infraroten Bereich kann auch von einer thermischen Aushärtung des Photolacks und bei einer Belichtung mit Strahlung im sichtbaren Bereich kann auch von einer photo-induzierten Aushärtung des Photolacks gesprochen werden. Liegt die Strahlung im infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums, kann bevorzugt ein IR-Laser zur Belichtung eingesetzt werden. Die Schichtdicken der Konverterschicht werden bevorzugt zwischen einschließlich 800 nm und einschließlich 1500 nm gewählt, so dass auch durch den Einsatz eines IR-Lasers beziehungsweise einer Strahlung im infraroten Bereich eine vollständige Aushärtung des Photolacks möglich ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Vielzahl an Pixeln lateral nebeneinander angeordnet. Die Vielzahl an Pixeln ist vorliegend von einer gemeinsamen Halbleiterschichtenfolge umfasst. Die Strukturierung der Pixel kann insbesondere durch eine Wegnahme von Material eines Teils der Halbleiterschichtenfolge erfolgen. Mit anderen Worten kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise durch Ätzen strukturiert werden. Bevorzugt erfolgt eine Materialwegnahme aus der Halbleiterschichtenfolge heraus zwischen benachbarten Pixeln.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Pixel eine gemeinsame aktive Schicht auf, die sich lateral entlang einer Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge zusammenhängend durch alle Pixel erstreckt. Durch eine geeignete Bestromung erzeugt die aktive Schicht jedoch nur in den Bereichen der Pixel elektromagnetische Primärstrahlung, sodass direkt benachbarte Pixel durch optisch inaktive Bereiche voneinander getrennt sind, die keine Strahlung erzeugen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert die Halbleiterschichtenfolge auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamAs oder wie AlnGamIn1-n-mAskP1-k, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 sowie 0 ≤ k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 < n ≤ 0,8, 0,4 ≤ m < 1 und n + m ≤ 0,95 sowie 0 < k ≤ 0,5. 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.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Pixel eine Kantenlänge zwischen einschließlich 4500 nm und einschließlich 5500 nm, bevorzugt zwischen einschließlich 4800 nm und einschließlich 5200 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 4900 nm und einschließlich 5100 nm, beispielsweise 5000 nm, auf. Die Pixel weisen dabei bevorzugt eine quadratische Geometrie auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Halbleiterschichtenfolge auf einem Träger angeordnet. Der Träger basiert bevorzugt auf einem Halbleitermaterial wie Silizium oder Germanium. Bevorzugt weist der Träger eine Vielzahl an Ansteuereinheiten auf. Besonders bevorzugt ist jedem Pixel eine Ansteuereinheit zugeordnet und umgekehrt, wodurch die Pixel unabhängig voneinander elektrisch kontaktiert und unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Insbesondere handelt es sich bei dem Träger um einen Halbleiterträger auf Basis von Silizium, der Ansteuereinheiten aufweist. Die Ansteuereinheiten können in CMOS-Technologie erzeugt sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist jedes Pixel eine Strahlungsaustrittsfläche auf, von der die Primärstrahlung ausgesandt wird. Die erste Konverterschicht wird insbesondere auf der Strahlungsaustrittsfläche einzelner Pixel ausgebildet. Bevorzugt bedeckt die erste Konverterschicht die Strahlungsaustrittsfläche einzelner Pixel vollständig beziehungsweise vollflächig. Bevorzugt befindet sich die erste Konverterschicht nicht über allen Pixeln der Halbleiterschichtenfolge, sondern nur über einem Teil der Vielzahl an Pixeln. Bevorzugt steht dabei die erste Konverterschicht jeweils in direktem Kontakt mit der Strahlungsaustrittsfläche des Pixels.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Polymerisation in Schritt E) um eine kationische Polymerisation, eine radikalische Polymerisation, eine anionische Polymerisation oder eine Hydrosilylierung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Photolack zumindest ein Monomer und einen Katalysator oder besteht aus einem Monomer und einem Katalysator. Bevorzugt leitet der Katalysator die Polymerisation ein, wenn dieser einer Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge, die längerwelliger ist als die Peak-Wellenlänge der Primärstrahlung, bevorzugt mit einer Peak-Wellenlänge zwischen 480 nm und 3000 nm, ausgesetzt wird.
  • Wird der Katalysator durch die Belichtung mit einer Strahlung im sichtbaren Bereich aktiviert, kann er auch in der Konverterschicht die Sekundärstrahlung absorbieren. Dies führt allerdings nur zu geringen Effizienzverlusten, da der Katalysator, wie dem Fachmann bekannt ist, nur zu geringen Anteilen vorhanden ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Katalysator nach Verfahrensschritt E), also dem Aushärten des Photolacks, zersetzt, um eine hohe Transparenz der Konverterschicht zu gewährleisten. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn der Katalysator Strahlung im sichtbaren Bereich absorbiert, so dass diese Strahlung nicht mehr nach außen aus dem Bauelement abgestrahlt werden kann. Dies kann beispielsweise durch einen weiteren Belichtungsschritt oder einen Temperschritt nach Schritt E) erfolgen. Dabei kann insbesondere eine von der Strahlung zur Belichtung des Photolacks abweichende Strahlung eingesetzt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Photolack einen Katalysator, ein Monomer mit zumindest zwei SH-Gruppen und ein Monomer mit zumindest zwei endständigen Doppelbindungen auf und es handelt sich bei der Polymerisation in Schritt E) um eine Hydrosilylierung. Der Photolack kann auch aus einem Katalysator, einem Monomer mit zumindest zwei SH-Gruppen und einem Monomer mit zumindest zwei endständigen Doppelbindungen bestehen. Bevorzugt werden die Monomere in einem Mol-Verhältnis von 1:1 eingesetzt.
  • Beispielsweise kann das Monomer mit zumindest zwei endständigen Doppelbindungen eine Verbindung der Formel 1 und das Monomer mit zumindest zwei SH-Gruppen eine Verbindung der Formel 2 sein:
    Figure DE102017107939A1_0001
  • R1 und R2 sind dabei unabhängig voneinander aus einer Gruppe ausgewählt, die Vinyl-, Alkoxy-, Alkyl- und Arylreste umfasst.
  • R3 und R4 sind dabei unabhängig voneinander aus einer Gruppe ausgewählt, die H, Alkoxy-, Alkyl- und Arylreste umfasst.
  • Eine Hydrosilylierung bezeichnet eine Addition eines Silans an eine Doppelbindung, insbesondere die syn-selektive Anti-Markovnikov Addition eines Silans an eine Doppelbindung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Katalysator der Hydrosilylierung um einen Platin-Katalysator. Der Platin-Katalysator kann bevorzugt durch Bestrahlung mit einer Strahlung, die längerwelliger ist als die Peak-Wellenlänge der Primärstrahlung, bevorzugt mit einer Peak-Wellenlänge zwischen 480 nm und 3000 nm, aktiviert werden. Dabei kann der Platin-Katalysator von einer nicht reaktiven Form in eine reaktive Form umgewandelt werden, sodass eine Reaktion zwischen den Monomeren, insbesondere eine Vernetzung, stattfindet.
  • Der Platin-Katalysator in der reaktiven Form, also nach der Belichtung in Schritt D), kann beispielsweise ein Platin-Carbonylcyclovinylmethylsiloxan-Komplex, ein Platin-1,3-Divinyl-1,1,3,3-Tetrymethyldisiloxan-Komplex, ein Platin-Tetravinyltetramethyltetracyclosiloxan-Komplex oder ein Platin-Octanaloctanol-Komplex sein.
  • Die Hydrosilylierungsreaktion kann beispielweise nach folgender Reaktion erfolgen:
    Figure DE102017107939A1_0002
  • Dabei kann das dargestellte Produkt der Hydrosilylierung über die SH-Gruppe oder die Vinylgruppe weitere Hydrosilylierungen eingehen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Photolack zumindest ein Monomer und einen Inhibitor oder besteht aus einem Monomer und einem Inhibitor. Zusätzlich kann der Photolack in dieser Ausführungsform einen Katalysator aufweisen. Der Inhibitor wird eingesetzt, um die Polymerisation des zumindest einen Monomers zu verhindern, das heißt, ohne den Zusatz des Inhibitors würde das Monomer mit oder ohne Katalysator aushärten. Insbesondere wird der Inhibitor durch die Strahlung in Schritt D) zerstört, sodass die Polymerisation stattfindet. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass der Inhibitor durch die Strahlung in Schritt D) bereits zerstört ist und dies nicht in einem separaten Schritt erfolgen muss. So sind vorteilhafterweise keine oder kaum Absorptionsverluste der Strahlung des optoelektronischen Bauelements durch den Inhibitor zu verzeichnen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform findet zwischen Schritt B) und D) folgender Schritt statt:
    • C) Aufbringen einer Maske über dem Photolack, wobei die Maske Ausnehmungen aufweist. Dabei erfolgt in Schritt D) das Belichten des Photolacks in den Bereichen der Ausnehmungen der Maske und das Strukturieren der ersten Konverterschicht in Schritt F) erfolgt durch das Entfernen des Photolacks an den unbelichteten Bereichen und somit der Entfernung des nicht ausgehärteten Photolacks. Besonders bevorzugt sind die Ausnehmungen der Maske entsprechend der Pixel beziehungsweise der Strahlungsaustrittsflächen der Pixel ausgeformt und über den Pixeln angeordnet. Besonders bevorzugt bedeckt die Maske einen Anteil der Pixel vollständig, während über einem anderen Anteil der Pixel die Ausnehmungen der Maske angeordnet sind. Bevorzugt sind einzelne Pixel beziehungsweise die Strahlungsaustrittsfläche einzelner Pixel vollständig beziehungsweise vollflächig nicht von der Maske bedeckt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Strukturieren der ersten Konverterschicht in Schritt F) durch einen Laser. Bevorzugt wird die erste Konverterschicht so strukturiert, dass diese über einem Teil der Vielzahl an Pixeln angeordnet ist, während ein anderer Teil der Pixel frei von der ersten Konverterschicht ist. Bevorzugt bedeckt die erste Konverterschicht die Strahlungsaustrittsfläche einzelner Pixel vollständig beziehungsweise vollflächig.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die weiteren Schritte:
    • G) Aufbringen eines Photolacks und eines zweiten Konvertermaterials auf die Halbleiterschichtenfolge.
    • I) Belichten des Photolacks mit einer Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge, die längerwelliger ist als die Peak-Wellenlänge der Primärstrahlung.
    • J) Aushärten des Photolacks durch eine Polymerisation zur Bildung einer zweiten Konverterschicht umfassend ein Matrixmaterial und das zweite Konvertermaterial.
    • K) Strukturieren der zweiten Konverterschicht. Insbesondere finden die Schritte G) bis K) nach Schritt F) und besonders bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge statt.
  • Bei dem Photolack des Schritts G) kann es sich um den gleichen Photolack wie in Schritt B) handeln. Alle Merkmale der Schritte B) bis F) sind auch für die Schritte G) bis K) offenbart. Die zweite Konverterschicht kann also insbesondere wie die erste Konverterschicht hergestellt werden. Unterschiede bestehen insbesondere nur hinsichtlich des Konvertermaterials.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das erste Konvertermaterial und/oder das erste und das zweite Konvertermaterial dazu eingerichtet, die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung im längerwelligeren Bereich des elektromagnetischen Spektrums als die Primärstrahlung zu konvertieren beziehungsweise umzuwandeln. Die Sekundärstrahlung des ersten und/oder des zweiten Konvertermaterials liegt vorzugsweise im grünen oder roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Besonders bevorzugt erfolgt die Konversion der Primärstrahlung vollständig. Unter vollständiger Konversion ist insbesondere zu verstehen, dass die Primärstrahlung zu über 95 % oder über 97 % in die Sekundärstrahlung konvertiert wird. Mit anderen Worten liegt der Anteil an Primärstrahlung, der von der ersten Konverterschicht und/oder zweiten Konverterschicht abgestrahlt wird, unter 5 %, bevorzugt unter 3 %.
  • Bevorzugt handelt es sich bei dem zweiten Konvertermaterial um ein zu dem ersten Konvertermaterial verschiedenes Konvertermaterial. Beispielsweise konvertiert das erste Konvertermaterial die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums und das zweite Konvertermaterial konvertiert die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums oder umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform findet zwischen Schritt G) und I) folgender Schritt statt:
    • H) Aufbringen einer Maske über dem Photolack, wobei die Maske Ausnehmungen aufweist. Dabei erfolgt das Belichten des Photolacks in Schritt I) in den Bereichen der Ausnehmungen der Maske und das Strukturieren der zweiten Konverterschicht in Schritt K) erfolgt durch das Entfernen des Photolacks an den unbelichteten Bereichen und somit die Entfernung des nicht ausgehärteten Photolacks. Besonders bevorzugt sind die Ausnehmungen der Maske entsprechend der Pixel beziehungsweise der Strahlungsaustrittsflächen der Pixel ausgeformt und über den Pixeln angeordnet. Besonders bevorzugt bedeckt die Maske einen Anteil der Pixel vollständig, bevorzugt unter anderem die Pixel, die eine erste Konverterschicht aufweisen, während über einem anderen Anteil der Pixel die Ausnehmungen der Maske angeordnet sind. Bevorzugt sind einzelne Pixel beziehungsweise die Strahlungsaustrittsfläche einzelner Pixel vollständig beziehungsweise vollflächig nicht von der Maske beziehungsweise nicht von der Maske und der ersten Konverterschicht bedeckt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Strukturieren der zweiten Konverterschicht in Schritt F) durch einen Laser. Bevorzugt wird die zweite Konverterschicht so strukturiert, dass diese über einem Teil der Vielzahl an Pixeln angeordnet ist, während über einem anderen Teil der Vielzahl an Pixeln entweder die erste Konverterschicht oder keine Konverterschicht angeordnet ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die erste Konverterschicht und die zweite Konverterschicht auf unterschiedlichen Pixeln erzeugt. Besonders bevorzugt ist nach der Durchführung des Verfahrens über jedem Pixel entweder je genau eine Konverterschicht, ausgewählt aus einer ersten Konverterschicht und einer zweiten Konverterschicht, oder keine Konverterschicht angeordnet. Bevorzugt stehen die erste und die zweite Konverterschicht jeweils in direktem Kontakt mit der Strahlungsaustrittsfläche einzelner Pixel und bedecken diese bevorzugt vollständig beziehungsweise vollflächig.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die gebildete erste Konverterschicht und/oder die gebildete zweite Konverterschicht eine Schichtdicke zwischen einschließlich 800 nm und einschließlich 1500 nm auf. Beispielsweise weist die erste und/oder die zweite Konverterschicht eine Schichtdicke von 1 µm auf. Mit Vorteil lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren so dünne Konverterschichten erzeugen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Konvertermaterial und/oder dem zweiten Konvertermaterial um Quantenpunkte. Bei den Quantenpunkten handelt es sich insbesondere um Nanopartikel, das heißt Teilchen mit einer Größe im Nanometerbereich mit einem Partikeldurchmesser d50, zum Beispiel zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 10 nm. Bevorzugt umfassen die Quantenpunkte einen Halbleiterkern oder bestehen aus einem Halbleiterkern, der wellenlängenkonvertierende Eigenschaften aufweist. Insbesondere umfasst oder besteht der Kern der Quantenpunkte aus einem II/IV- oder III/V-Halbleiter. Beispielsweise sind die Quantenpunkte aus einer Gruppe ausgewählt, die InP, CdS, CdSe, InGaAs, GaInP und CuInSe2 umfasst.
  • Der Halbleiterkern kann von einer oder mehreren Schichten als Beschichtung ummantelt sein. Die Beschichtung kann organisch und/oder anorganisch sein, mit anderen Worten kann der Halbleiterkern an seiner Außenfläche oder Oberfläche vollständig oder nahezu vollständig von einer oder mehreren weiteren Schichten bedeckt sein. Die Schicht oder die Schichten können ein anorganisches Material wie beispielsweise Zinksulfid, Cadmiumsulfid und/oder Cadmiumselenid umfassen oder daraus bestehen.
  • Der Halbleiterkern kann ein einkristallines oder polykristallines Agglomerat sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Quantenpunkte einen durchschnittlichen Durchmesser von 3 nm bis 10 nm, besonders bevorzugt von 3 nm bis 5 nm auf. Durch die Variation der Größe der Quantenpunkte kann gezielt die Wellenlänge der konvertierenden Strahlung variiert werden und damit für die jeweilige Anwendung entsprechend angepasst werden. Die Quantenpunkte können kugelförmig oder stäbchenförmig ausgeformt sein.
  • Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Das optoelektronische Bauelement ist bevorzugt mit einem der Verfahren hergestellt, wie sie in Verbindung mit einer oder mehreren der oben genannten Ausführungsformen angegeben sind. Merkmale für das Verfahren sind daher auch für das Bauelement offenbart und umgekehrt.
  • Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Das optoelektronische Bauelement umfasst eine Halbleiterschichtenfolge mit einer Vielzahl an Pixeln. Die Pixel weisen eine Kantenlänge zwischen einschließlich 4500 nm und einschließlich 5500 nm auf. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine aktive Schicht, die dazu eingerichtet ist, eine Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren. Über jedem Pixel ist entweder je genau eine Konverterschicht, ausgewählt aus einer ersten Konverterschicht und einer zweiten Konverterschicht, oder keine Konverterschicht angeordnet. Die Pixel, über denen keine Konverterschicht angeordnet ist, sind bevorzugt dazu eingerichtet, die Primärstrahlung zu emittieren. Die erste Konverterschicht umfasst ein Matrixmaterial und ein erstes Konvertermaterial. Das erste Konvertermaterial ist dazu eingerichtet, die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu konvertieren. Die zweite Konverterschicht umfasst ein Matrixmaterial und ein zweites Konvertermaterial. Das zweite Konvertermaterial ist dazu eingerichtet, die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu konvertieren.
  • Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Dabei sind gleiche und gleichartige oder gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß oder vereinfacht dargestellt sein.
    • 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements.
    • 2A bis 2H zeigen schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
  • 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 100. Das optoelektronische Bauelement 100 weist einen Träger 4 auf. In dem Träger 4 befindet sich eine Vielzahl von Ansteuereinheiten 3. Der Träger 4 basiert bevorzugt auf Silizium und die Ansteuereinheiten 3 sind in CMOS-Technologie in dem Träger 4 erzeugt. Über dem Träger 4 ist eine Halbleiterschichtenfolge 5 angeordnet. Die Halbleiterschichtenfolge 5 basiert auf Galliumnitrid und umfasst eine aktive Schicht (nicht gezeigt) zur Erzeugung einer Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums mit einer Peakwellenlänge von beispielsweise 460 nm. Die Halbleiterschichtenfolge 5 ist in eine Vielzahl von Pixeln 1 unterteilt. Jedem der Pixel 1 ist bevorzugt genau eine der Ansteuereinheiten 3 zugeordnet und umgekehrt. Zwischen benachbarten Pixeln 1 befindet sich optional ein Trennbereich 6. Über die Trennbereiche 6 ist eine elektrische und/oder optische Isolierung der einzelnen Pixel 1 voneinander erzielbar. Die Halbleiterschichtenfolge 5 ist in den Trennbereichen 6, beispielsweise durch ungefüllte oder gefüllte Gräben realisiert, nur teilweise durchbrochen und erstreckt sich als zusammenhängende Schicht parallel zu und über den gesamten Träger 4 hinweg. Über jedem Pixel 1 ist entweder je genau eine erste Konverterschicht 2a oder eine zweite Konverterschicht 2b oder keine Konverterschicht angeordnet. Die erste Konverterschicht 2a umfasst ein Matrixmaterial und ein erstes Konvertermaterial 10a, das dazu eingerichtet ist, die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu konvertieren. Die zweite Konverterschicht 2b umfasst ein Matrixmaterial und ein zweites Konvertermaterial (10b), das dazu eingerichtet ist, die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu konvertieren. Die Pixel 1, über denen keine Konverterschicht angeordnet ist, sind dazu eingerichtet, die Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren. Die Kontaktierung kann über einen Mikrocontroller 7 und einen Anschluss 8 erfolgen.
  • In den 2A bis 2H ist schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 100 der 1 gezeigt. Wie in 2A dargestellt, wird eine Halbleiterschichtenfolge 5 umfassend eine Vielzahl an Pixeln 1 auf einem Träger 4 bereitgestellt. Auf die Halbleiterschichtenfolge 5 werden ein Photolack 9 und ein erstes Konvertermaterial 10a aufgebracht (2B). Der Photolack 9 umfasst beispielsweise einen Platin-Katalysator, eine Verbindung der Formel 1 und eine Verbindung der Formel 2
    Figure DE102017107939A1_0003
    wobei R1 = R2 = R3 = R4 = CH3.
  • Auf den Photolack 9 wird eine Maske 11 mit Ausnehmungen 12 aufgebracht. Dabei werden einzelne Pixel 1 beziehungsweise die Strahlungsaustrittsfläche einzelner Pixel vollständig beziehungsweise vollflächig nicht von der Maske 11 bedeckt, während die Maske andere Pixel 1 vollständig bedeckt. Im Anschluss daran erfolgt das Belichten des Photolacks 9 in den Bereichen der Ausnehmungen 12 der Maske 11 mit einer Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge von beispielsweise 1000 nm. Durch die Strahlung wird der Katalysator aktiviert und katalysiert die Hydrosilylierung und somit die Vernetzung der Verbindungen der Formeln 1 und 2. Der Photolack 9 härtet aus und es bildet sich die erste Konverterschicht 2a in den Bereichen der Ausnehmungen 12 der Maske 11 (2D). Im Anschluss daran erfolgt das Entfernen des Photolacks 9 an den unbelichteten Bereichen und somit die Entfernung des nicht ausgehärteten Photolacks 9 (2E). In einem nächsten Schritt werden ein Photolack 9 und ein zweites Konvertermaterial 10b auf die Halbleiterschichtenfolge 5 aufgebracht (2F). Auf den Photolack 9 wird eine Maske 11 mit Ausnehmungen 12 aufgebracht (2G). Dabei werden einzelne Pixel 1 beziehungsweise die Strahlungsaustrittsfläche einzelner Pixel vollständig beziehungsweise vollflächig nicht von der Maske 11 bedeckt, während die Maske 11 andere Pixel 1, unter anderem die die bereits eine erste Konverterschicht 2a aufweisen, vollständig bedeckt. Im Anschluss daran erfolgt das Belichten des Photolacks 9 in den Bereichen der Ausnehmungen 12 der Maske 11 mit einer Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge von beispielsweise 1000 nm. Durch die Belichtung härtet der Photolack 9 aus und es bildet sich die zweite Konverterschicht 2b. Danach wird der nicht ausgehärtete Photolack 9 an den unbelichteten Bereichen entfernt und man erhält das optoelektronische Bauelement der 2H beziehungsweise der 1.
  • Die hier beschriebene 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 und Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    optoelektronisches Bauelement
    1
    Pixel
    2a
    erste Konverterschicht
    2b
    zweite Konverterschicht
    3
    Ansteuereinheit
    4
    Träger
    5
    Halbleiterschichtenfolge
    6
    Trennbereich
    7
    Mikrocontroller
    8
    Anschluss
    9
    Photolack
    10a
    erstes Konvertermaterial
    10b
    erstes Konvertermaterial
    11
    Maske
    12
    Ausnehmung

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (100) umfassend die Schritte A) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (5) umfassend eine Vielzahl an Pixeln (1) und eine aktive Schicht, wobei die aktive Schicht dazu eingerichtet ist, eine Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums mit einer Peakwellenlänge zwischen einschließlich 420 nm und einschließlich 480 nm zu emittieren, B) Aufbringen eines Photolacks (9) und eines ersten Konvertermaterials (10a) auf die Halbleiterschichtenfolge (5), D) Belichten des Photolacks (9) mit einer Strahlung mit einer Peakwellenlänge, die längerwelliger ist als die Peakwellenlänge der Primärstrahlung, E) Aushärten des Photolacks (9) durch eine Polymerisation zur Bildung einer ersten Konverterschicht (2a) umfassend ein Matrixmaterial und das erste Konvertermaterial (10a) und F) Strukturieren der ersten Konverterschicht (2a).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Belichten des Photolacks (9) in Schritt D) mit einer Strahlung mit einer Peakwellenlänge zwischen 480 nm und einschließlich 3000 nm erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Polymerisation in Schritt E) um eine kationische Polymerisation, eine radikalische Polymerisation, eine anionische Polymerisation oder eine Hydrosilylierung handelt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Photolack (9) zumindest ein Monomer und einen Katalysator umfasst.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Photolack (9) einen Katalysator, ein Monomer mit zumindest zwei SH-Gruppen und ein Monomer mit zumindest zwei endständigen Doppelbindungen umfasst und es sich bei der Polymerisation in Verfahrensschritt E) um eine Hydrosilylierung handelt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei der Photolack (9) zumindest ein Monomer und einen Inhibitor umfasst.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen Schritt B) und D) folgender Schritt stattfindet: C) Aufbringen einer Maske (11) über dem Photolack (9), wobei die Maske (11) Ausnehmungen (12) aufweist, und wobei in Schritt D) das Belichten des Photolacks (9) in den Bereichen der Ausnehmungen (12) der Maske (11) erfolgt und das Strukturieren der ersten Konverterschicht (2a) in Schritt F) durch Entfernen des Photolacks (9) an den unbelichteten Bereichen erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei das Strukturieren der ersten Konverterschicht (2a) in Schritt F) durch einen Laser erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem ersten Konvertermaterial (10a) um Quantenpunkte handelt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in Schritt E) gebildete erste Konverterschicht (2a) eine Schichtdicke zwischen einschließlich 800 nm und einschließlich 1500 nm aufweist.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den weiteren Schritten: G) Aufbringen eines Photolacks (9) und eines zweiten Konvertermaterials (10b) auf die Halbleiterschichtenfolge (5), I) Belichten des Photolacks (9) mit einer Strahlung mit einer Peakwellenlänge, die längerwelliger ist als die Peakwellenlänge der Primärstrahlung, J) Aushärten des Photolacks (9) durch eine Polymerisation zur Bildung einer zweiten Konverterschicht (2b) umfassend ein Matrixmaterial und das zweite Konvertermaterial (10b), K) Strukturieren der zweiten Konverterschicht (2b).
  12. Optoelektronisches Bauelement (100) umfassend - eine Halbleiterschichtenfolge (5) umfassend eine Vielzahl an Pixeln (1) mit einer Kantenlänge zwischen einschließlich 4500 nm und einschließlich 5500 nm und eine aktive Schicht, die dazu eingerichtet ist, eine Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren, wobei über jedem Pixel (1) entweder je genau eine Konverterschicht, ausgewählt aus einer ersten Konverterschicht (2a) und einer zweiten Konverterschicht (2b), oder keine Konverterschicht angeordnet ist, - die erste Konverterschicht (2a) ein Matrixmaterial und ein erstes Konvertermaterial (10a) umfasst, das dazu eingerichtet ist, die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu konvertieren und - die zweite Konverterschicht (2b) ein Matrixmaterial und ein zweites Konvertermaterial (10a) umfasst, das dazu eingerichtet ist, die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu konvertieren.
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