DE102017130528A1 - Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements - Google Patents

Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements Download PDF

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Das Bauelement umfasst- einen aktiven Schichtenstapel zur Erzeugung oder Detektion von Strahlung,- eine Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche, die ein anorganisches Material umfasst,- eine über der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche angeordnete Schutzschicht, die chemische Verbindungen umfasst, die jeweils eine Anker- und Kopfgruppe enthalten, wobei die Ankergruppe an das anorganische Material gebunden ist und- eine Verkapselung, die zumindest den aktiven Schichtenstapel oder die zumindest den aktiven Schichtenstapel und die Schutzschicht seitlich umgibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
  • Optoelektronische Bauelemente, wie Leuchtdioden, Laserdioden oder Lichtdetektoren werden häufig mittels Spritzpressverfahren seitlich mit einem Verkapselungsmaterial umspritzt. Bei diesem Verfahren können sich an der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche unerwünschte Rückstände des Verkapselungsmaterials abscheiden, die die optischen Eigenschaften des optoelektronischen Bauelements beeinträchtigen.
  • Herkömmlich werden die entstandenen Rückstände auf der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche mittels eines Abtragungsprozesses, beispielsweise durch Nassstrahlen, elektrochemisches Deflashing oder Plasmadeflashing wieder entfernt. Diese Abtragungsprozesse sind allerdings mit einem hohen Aufwand verbunden und können die Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche schädigen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement mit einer Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche bereitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sowie Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Das Bauelement umfasst einen aktiven Schichtenstapel zur Erzeugung oder Detektion von Strahlung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bauelement eine Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche. Über die Strahlungseintrittsfläche kann insbesondere eine elektromagnetische Strahlung der Umgebung in das Bauelement eingekoppelt werden und über die Strahlungsaustrittsfläche kann insbesondere eine, insbesondere von dem aktiven Schichtenstapel erzeugte, elektromagnetische Strahlung aus dem Bauelement in die Umgebung abgestrahlt werden. Die Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche kann eine Hauptoberfläche des aktiven Schichtenstapels oder eine Hauptoberfläche eines optischen Elements, das über dem aktiven Schichtenstapel angeordnet ist, sein.
  • Dass eine Schicht oder ein Element „auf“ oder „über“ einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiter kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen oder der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen oder dem anderen Element angeordnet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche ein anorganisches Material oder ist aus einem anorganischen Material gebildet. Bevorzugt ist das optische Element oder der aktive Schichtenstapel, das oder der die Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche aufweist, auch aus dem anorganischen Material gebildet oder umfasst das anorganische Material.
  • Hier und im Folgenden ist unter einem anorganischen Material ein Material zu verstehen, das keine organischen Verbindungen enthält. Unter organischen Verbindungen sind insbesondere Verbindungen zu verstehen, in denen Kohlenstoff in Verbindung mit Wasserstoff beziehungsweise Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen enthalten sind, insbesondere Verbindungen, die sich von Methan, der Gruppe der Alkane bzw. den Kohlenwasserstoffen ableiten. Insbesondere fallen auch Silikone, also Polysiloxane, nicht unter die Definition des hier beschriebenen anorganischen Materials. Es ist möglich, dass das anorganische Material organische Verbindungen und/oder Siloxane in Form von Verunreinigungen aufweist, wobei diese Verunreinigungen zusammengenommen bevorzugt höchstens einen Gewichtsanteil von 1 Promille oder 100 ppm (parts per million) oder 10 ppm aufweisen sollten.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist über der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche eine Schutzschicht angeordnet, die chemische Verbindungen umfasst, die jeweils eine Anker- und eine Kopfgruppe enthalten. Die chemische Verbindung kann auch aus der Anker- und der Kopfgruppe bestehen. Die Ankergruppe ist insbesondere durch eine kovalente Bindung an die Kopfgruppe gebunden. Die Ankergruppe ist dabei an das anorganische Material der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche gebunden. Die Schutzschicht befindet sich somit insbesondere in direktem mechanischem Kontakt zu der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche.
  • In herkömmlichen Bauelementen bildet die Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche die Grenzfläche zwischen dem Bauelement und der Umgebung. Es hat sich jedoch gezeigt, dass Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsflächen, die aus einem anorganischen Material gebildet sind, eine hohe Affinität zur Ablagerung und/oder Anhaftung von Verkapselungmaterial aufweisen, das teilweise nur unter großem Aufwand wieder entfernbar ist. Solche Ablagerungen des Verkapselungmaterials beeinträchtigen die optischen Eigenschaften des Bauelements, wie die Helligkeit oder Abstrahlcharakterisik bei strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelementen, wie Leuchtdioden oder Laserdioden.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass sich durch die Schutzschicht die Benetzbarkeit mit und/oder Anhaftung von Verkapselungmaterial, erheblich vermindert. Hierzu haben sich für die Schutzschicht chemische Verbindungen, die eine Ankergruppe und eine Kopfgruppe aufweisen, wobei die Kopfgruppe Eigenschaften aufweist, welche eine Verminderung der Anhaftung, Ablagerung und/oder Benetzbarkeit ermöglichen, als besonders geeignet erwiesen. Mittels der Ankergruppen der chemischen Verbindungen können diese an das anorganische Material an der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche gebunden werden. Mit Vorteil kann somit auf eine Klebeschicht zur Anhaftung der Schutzschicht auf der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche verzichtet werden. Die Ankergruppe ist also an das anorganische Material an der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche gebunden, während die Kopfgruppe nach außen, also von der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche weg, gerichtet ist. Insbesondere befinden sich die Kopfgruppen der chemischen Verbindungen an der von Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche abgewandten Oberfläche der Schutzschicht.
  • Dass „die Ankergruppe an das anorganische Material an der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche gebunden ist“, bedeutet hier und im Folgenden, dass die Ankergruppen der chemischen Verbindungen an das anorganische Material gebunden sind, das sich an der Grenzfläche der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche zu der Schutzschicht befindet. Insbesondere sind an das anorganische Material unterhalb dieser Grenzfläche die chemischen Verbindungen nicht gebunden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Schutzschicht eine von der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche abgewandte Oberfläche auf, die parallel zu der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche angeordnet ist. Diese Oberfläche der Schutzschicht bildet insbesondere eine Grenzfläche mit der Umgebung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das anorganische Material ein Oxid, ein Nitrid, ein Carbid, ein Carbonitrid, ein Fluorid, ein Oxynirid oder ein Silikat oder besteht aus einem Oxid, einem Nitrid, einem Carbid, einem Carbonitrid, einem Fluorid oder einem Silikat oder Kombinationen daraus. Insbesondere umfasst das anorganische Material ein Metalloxid, Metalloxynitrid, ein Metallnitrid, ein Metallcarbid, ein Metallcarbonitrid, Metallfluorid oder ein Silikat oder besteht aus einem Metalloxid, einem Metalloxynitrid, einem Metallnitrid, einem Metallcarbid, einem Metallcarbonitrid oder einem Silikat. Das Metalloxid kann beispielweise Aluminiumoxid und/oder Siliziumoxid sein. Das Metallnitrid kann beispielsweise Aluminiumnitrid und/oder Siliziumnitrid sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das anorganische Material, insbesondere das Metallnitrid, Metalloxid, ein Glas, eine Keramik oder Saphir. Das Metalloxid, das Glas oder die Keramik umfasst oder besteht bevorzugt aus Siliziumoxid. Diese Materialien verfügen insbesondere über eine gewisse Härte, die notwendig ist, um dieses Material bei nachfolgenden Herstellungsprozessen nicht zu schädigen, wie ein Spritzpressverfahren, insbesondere einem „film assisted molding“ zur Umspritzung des aktiven Schichtenstapels oder des aktiven Schichtenstapels und der Schutzschicht mit einer Verkapselung. Die Härte ist insbesondere auch notwendig, um beim „film assisted molding“ ein formschlüssiges Abdichten zu erreichen bzw. um bis zu den Kanten der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche hin abdichten zu können, damit möglichst wenig Verkapselungmaterial auf der Oberfläche abgeschieden wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Schutzschicht eine niedermolekulare Schicht bestehend aus den chemischen Verbindungen enthaltend jeweils eine Anker- und eine Kopfgruppe. Unter einer niedermolekularen Schicht ist eine Anordnung von wenigen in vertikaler Blickrichtung übereinanderliegenden Monolagen der chemischen Verbindung zu verstehen. Beispielweise sind zwei bis 20 oder zwei bis zehn Monolagen der chemischen Verbindung übereinander angeordnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Schutzschicht eine monomolekulare Schicht bestehend aus den chemischen Verbindungen enthaltend jeweils eine Anker- und eine Kopfgruppe. Mit anderen Worten bilden die chemischen Verbindungen, die mit der Ankergruppe an das anorganische Material, bevorzugt das Metalloxid der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche, gebunden sind, eine monomolekulare Schicht aus. Es kommt also in vertikaler Blickrichtung nicht zur Anordnung von mehreren übereinanderliegenden chemischen Verbindungen auf der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche.
  • Auf diesem Wege sind besonders dünne Schichtdicken der Schutzschicht möglich. Beispielsweise kann die Schichtdicke der Schutzschicht weniger als 100 nm, insbesondere weniger als 50 nm, bevorzugt weniger als 10 nm, weiter bevorzugt weniger als 5 nm und besonders bevorzugt weniger als 3 nm, aufweisen. Selbst bei diesen dünnen Schichtdicken lässt sich die Anhaftung von Materialien und/oder Benetzbarkeit mit Verkapselungsmaterial deutlich reduzieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Schichtdicke der Schutzschicht größer oder gleich 0,5 nm sein.
  • Durch die Ausbildung der Schutzschicht als dünne monomolekulare Schicht beeinträchtigen die chemischen Verbindungen nicht oder nur geringfügig das Aussehen und die optischen Eigenschaften der Strahlungsaustritts- oder der Strahlungseintrittsfläche. Mit anderen Worten kann auch mit der Schutzschicht die Strahlung effizient ein- oder ausgekoppelt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die mit der Ankergruppe an das anorganische Material, insbesondere an das Metalloxid, gebundenen chemischen Verbindungen eine selbstorganisierende Monolage (englisch: self-assembling monolayer, SAM) aus. SAMs sind besonders vorteilhaft, da sie einen hohen Ordnungsgrad aufweisen und so eine kompakte Anordnung der chemischen Verbindungen an der Strahlungsaustritts- oder der Strahlungseintrittsfläche ermöglichen, wodurch die Anhaftungs- und Benetzungsbedingungen nochmals deutlich verringert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Kopfgruppe aus einer Gruppe ausgewählt, die lineare Alkylgruppen, verzweigte Alkylgruppen, zumindest teilweise fluorierte lineare Alkylgruppen, zumindest teilweise fluorierte verzweigte Alkylgruppen, perfluorierte lineare Alkylgruppen und perfluorierte verzweigte Alkylgruppen umfasst.
  • Mit linearen Alkylgruppen, linearen zumindest teilweise fluorierten Alkylgruppen beziehungsweise linearen perfluorierten Alkylgruppen lassen sich die chemischen Verbindungen besonders kompakt an der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche anordnen. Je kompakter die Anordnung der chemischen Verbindungen, umso deutlicher kann die Adhäsion gegenüber einem Verkapselungsmaterial verringert werden. Auch kompakte SAMs können besonders gut mit linearen Alkylgruppen, linearen zumindest teilweise fluorierten Alkylgruppen beziehungsweise linearen perfluorierten Alkylgruppen erzeugt werden.
  • Teilweise fluorierte und perfluorierte Kopfgruppen führen zu einer besonders deutlichen Reduzierung der Neigung zur Anhaftung von Verkapselungsmaterial, die mit den Kopfgruppen in Berührung kommen. Außerdem haben fluorierte Gruppen den Effekt, dass sie zu einer Verminderung des Reibungskoeffizienten führen. Reibungskoeffizienten stellen ein Maß für die Gleit- und insbesondere Haftreibung dar und spiegeln somit auch Haft- beziehungsweise Adhäsionseigenschaften wider. Wird der Reibungskoeffizient reduziert, wird auch die Adhäsion der Oberfläche vermindert.
  • Verzweigte Alkylgruppen, verzweigte zumindest teilweise fluorierte Alkylgruppen beziehungsweise verzweigte perfluorierte Alkylgruppen als Kopfgruppen verringern ebenfalls die Adhäsion, wobei sich der hohe sterische Anspruch der verzweigten Alkylgruppen, verzweigten zumindest teilweise fluorierten Alkylgruppen beziehungsweise verzweigten perfluorierten Alkylgruppen ausnutzen lässt, um einen breiten Bereich der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche abzudecken beziehungsweise abzuschirmen. Es können also weniger chemische Verbindungen zur Verminderung der Adhäsion notwendig sein, wenn verzweigte (fluorierte) Alkylgruppen als Kopfgruppe vorhanden sind, als mit linearen (fluorierten) Alkylgruppen als Kopfgruppe.
  • Mit Alkylgruppen, zumindest teilweise fluorierten Alkylgruppen beziehungsweise perfluorierten Alkylgruppen sind hier und im Folgenden Gruppen insbesondere mit einer Kettenlänge n von 1 ≤ n ≤ 100 gemeint, bevorzugt 1 ≤ n ≤ 50, weiter bevorzugt 1 ≤ n ≤ 20, besonders bevorzugt 1 ≤ n ≤ 10. Weiter bevorzugte Kettenlängen sind beispielsweise Kettenlängen im Bereich von 2 ≤ n ≤ 20 und 2 ≤ n ≤ 10 sowie 3 ≤ n ≤ 20 und 3 ≤ n ≤ 10.
  • Bereits kurze Alkylgruppen, kurze zumindest teilweise fluorierte Alkylgruppen beziehungsweise kurze perfluorierte Alkylgruppen können den gewünschten Effekt der Reduzierung der Adhäsion erzielen. Je kürzer die Alkylgruppen, umso dünner ist die sich ausbildende Schicht und umso weniger werden die gewünschten Eigenschaften der Strahlungseintrittsfläche oder der Strahlungsaustrittsfläche beeinflusst. Weiterhin kann die Kettenlänge der Alkylgruppen, zumindest teilweise fluorierten beziehungsweise perfluorierten Alkylgruppen größer oder gleich 2, insbesondere größer oder gleich 3 sein, sodass die adhäsionsmindernde Wirkung in vollem Umfang zum Tragen kommen kann.
  • Durch die Nutzung von Kopfgruppen, aufweisend fluorierte Alkylgruppen, kann die Anhaftung beziehungsweise die Benetzbarkeit mit Verkapselungsmaterial besonders deutlich reduziert werden. Dabei kann die Adhäsion umso stärker reduziert werden, je höher der Grad der Fluorierung der Alkylgruppe ist. Dieser Effekt kommt besonders bei perfluorierten Alkylgruppen der allgemeinen Formel CnF2n+1 zum Tragen.
  • Beispielsweise kann es sich bei der Kopfgruppe um nicht fluoriertes, zumindest teilweise fluoriertes oder perfluoriertes Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, n-Nonyl, n-Decyl handeln.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ankergruppe der chemischen Verbindungen durch zumindest eine kovalente Bindung, zumindest eine koordiantve Bindung oder zumindest eine kovalente Bindung und zumindest eine koordinative Bindung an das anorganische Material gebunden. Es handelt sich also um eine gerichtete Bindung, bei der die chemischen Verbindungen mittels Chemisorption an die Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche gebunden werden, was zu einer besonders stabilen Anbindung führt. Die Reduktion der Benetzbarkeit oder der Neigung zur Anhaftung von Verkapselungsmaterial beruht somit auf einer kontrollierten Oberflächenbeschichtung der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche durch kovalentes Anknüpfen von chemischen Verbindungen zur Änderung des Oberflächencharakters und insbesondere zur Reduzierung der Oberflächenenergie.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Ankergruppe der chemischen Verbindungen durch eine kovalente und/oder koordinative Bindung an chemisch aktive Zentren an der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche gebunden. Bei den chemisch aktiven Zentren kann es sich dabei um funktionelle Gruppen an der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche handeln, welche sich aufgrund ihrer chemischen Natur eignen, um mit der Ankergruppe der chemischen Verbindungen kovalente Bindungen, koordinative Bindungen oder kovalente und koordinative Bindungen einzugehen. Die Ausgestaltungen der chemisch aktiven Zentren kann dabei durch verschiedene Arten der Vorbehandlung des anorganischen Materials beeinflusst werden. Denkbar sind je nach Untergrund und Materialkombination beispielsweise verschiedenartige Plasmabehandlungen, beispielsweise unter Niederdruck- oder Atmosphärenbedingungen, unter Einsatz verschiedener Arten von Gasen oder Gasmischungen. Auch nasschemische Vorbehandlungen oder eine Vorbehandlung mittels UV-Strahlung sind denkbar. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, das anorganische Material ohne Vorbehandlung zu nutzen.
  • Grundsätzlich sind alle funktionellen Gruppen an der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche als chemisch aktive Zentren denkbar, die sich mit einer geeigneten Ankergruppe als Partner verknüpfen lassen. Beispielhaft können Radikale oder metastabile Hydroperoxide genannt werden. Bei der Ankergruppe kann es sich weiterhin um ein Elektrophil und bei dem aktiven chemischen Zentrum auf der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche um ein Nukleophil handeln und umgekehrt.
  • Durch geeignete Wahl der aktiven Zentren beziehungsweise des anorganischen Materials der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche kann eine hohe Affinität der Ankergruppen der chemischen Verbindung zu den aktiven Zentren beziehungsweise dem anorganischen Material der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche gewährleistet werden. Dadurch organisieren sich die chemischen Verbindungen insbesondere selbst innerhalb der Schutzschicht. Die chemischen Verbindungen lagern sich also insbesondere spontan zu einer hochgeordneten Schicht, insbesondere einer SAM, zusammen. Die Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche dient damit als Keimschicht für die Ausrichtung der chemischen Verbindung. Der Selbstorganisierungsprozess bei der Ausbildung einer SAM hat insbesondere einen selbsterminierenden Charakter. Mit anderen Worten wird der Schichtaufbau und somit die weitere Anlagerung der chemischen Verbindung nach Besetzung der aktiven Zentren und/oder Bildung einer Monolage der chemischen Verbindungen automatisch abgebrochen.
  • Typische aktive chemische Zentren auf der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche können beispielsweise an die Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche gebundene OH-, OOH-, RC-COOH, NY2-Gruppen sein. Dabei steht RC für einen Kohlenwasserstoffrest zum Beispiel für einen Methylenrest. Y innerhalb der NY2-Gruppe steht dabei für Y = H oder Alykl (zum Beispiel Methyl, Ethyl, et cetera) und kann beispielsweise durch eine Vorbehandlung mit einem NH3-Plasma (oder ähnlichen Plasmen) entstehen. Insbesondere können durch Vorbehandlung mit NH3-Plasma chemisch aktive Zentren in Form von NH2-Gruppen gebildet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Ankergruppe der chemischen Verbindung eine Phosphonsäure-, Sulfonsäure-, Carbonsäure-, Thiol-, Hydroxy- oder Silangruppe, bevorzugt eine Phosphonsäure-, Thiol- oder Silangruppe, besonders bevorzugt eine Phosphonsäuregruppe. Eine Kombination einer Phosphonsäure Ankergruppe mit einer Strahlungsaustrittsfläche oder Strahlungseintrittsfläche umfassend ein Metalloxid oder eine Kombination einer Silan Ankergruppe mit einer Strahlungsaustrittsfläche oder Strahlungseintrittsfläche umfassend ein Glas hat sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Anbindung der chemischen Verbindungen an die Strahlungsaustrittsfläche oder Strahlungseintrittsfläche erwiesen.
  • Mit diesen Ankergruppen, insbesondere mit einer Phosphonsäuregruppe, ist eine besonders starke Anbindung der chemischen Verbindung an ein Metalloxid beziehungsweise ein Metall des Metalloxids beziehungsweise an der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche möglich. Insbesondere weist die Phosphonsäuregruppe zu dem Sauerstoff eines Metalloxids als anorganischem Material und zu Hydroxygruppen eine besonders hohe Affinität auf, so dass sich die chemischen Verbindungen mit einer Phosphonsäuregruppe als Ankergruppe automatisch auf der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche so ausrichten, dass sich die Ankergruppen an der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche befinden, während die Kopfgruppen nach außen, also von der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche weg, gerichtet sind. Insbesondere bildet sich so eine monomolekulare Schicht beziehungsweise eine selbstorganisierende monomolekulare Schicht der chemischen Verbindungen als Schutzschicht aus. Eine weitere Anlagerung der chemischen Verbindungen über der monomolekularen Schicht wird durch Abstoßung der Anker- und Kopfgruppen erzielt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die chemischen Verbindungen zusätzlich zur Ankergruppe und zur Kopfgruppe noch eine Mittelgruppe auf, welche zwischen der Ankergruppe und der Kopfgruppe angeordnet ist. Beispielsweise kann die Mittelgruppe direkt kovalent an die Ankergruppe einerseits und an die Kopfgruppe andererseits gebunden sein.
  • Durch die Wahl geeigneter Mittelgruppen können besonders dicht gepackte und geordnete Schichten erreicht werden. Beispielsweise können so besonders kompakte selbstorganisierende Monolagen erzielt werden.
  • Außerdem haben die Erfinder erkannt, dass es beispielsweise möglich ist, als Kopfgruppe einen stark fluorierten Alkylrest (zum Beispiel also einen Alkylrest, bei welchem mehr als 50 % der H-Atome durch F-Atome, bevorzugt mehr als 75 % der H-Atome durch F-Atome, ersetzt sind), insbesondere einen perfluorierten Alkylrest zu verwenden, während es für die Mittelgruppe ausreichend ist, herkömmliche Alkylreste ohne Fluorierung oder nur mit teilweiser Fluorierung zu verwenden. Es ist aber auch möglich, dass auch die Mittelgruppe perfluorierte Alkylreste aufweist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Mittelgruppe ausgewählt aus einer Gruppe, die lineare Alkyle und lineare fluorierte Alkyle umfasst. Die Mittelgruppe weist bevorzugt zwischen 1 und 100 Kohlenstoffatome im Rückgrat der Mittelgruppe auf, insbesondere zwischen 1 und 50, weiter bevorzugt zwischen 1 und 20, besonders bevorzugt zwischen 1 und 10 und am meisten bevorzugt zwischen 1 und 5 Kohlenstoffatome auf. Die Mittelgruppe kann zum Beispiel die allgemeine Formel -(CH2)n- aufweisen (mit n = 1 bis 100, insbesondere n = 1 bis 50, bevorzugt n = 1 bis 20, weiter bevorzugt n = 1 bis 10, am meisten bevorzugt n = 1 bis 5). Besonders bevorzugt weist die Mittelgruppe lineare Alkyle, also eine nicht fluorierte Kohlenwasserstoffkette auf. Zusätzlich zur kovalenten Bindung der chemischen Verbindung mittels der Ankergruppe an die Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche kommt es zusätzlich zu einer lateralen Stabilisierung der Schutzschicht durch nichtkovalente Wechselwirkung wie Van-der-Waals-Wechselwirkungen zwischen benachbarten chemischen Verbindungen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Ankergruppe eine der folgenden Formeln auf:
    Figure DE102017130528A1_0001
    -* steht dabei für die Anbindung der Ankergruppe an die Mittelgruppe oder die Kopfgruppe. Ankergruppen mit OH-, SiH- oder SH-Gruppen haben sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, da diese eine besonders feste Anbindung an das anorganische Material der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche, insbesondere an ein Metalloxid, ermöglichen. Zudem weisen diese Gruppen eine hohe Affinität zu aktiven Zentren, wie OH-Gruppen auf, so dass hier insbesondere eine monomolekulare Schicht beziehungsweise eine selbstorganisierende Monolage als Schutzschicht gebildet werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ankergruppe eine Phosphonsäuregruppe. Über die drei Sauerstoffatome der Phosphonsäuregruppe ist eine besonders feste Anbindung an das anorganische Material, bevorzugt das Metalloxid, möglich, da die Anbindung über ein, zwei oder bevorzugt drei Sauerstoffatome erfolgen kann. Die Anbindung kann dabei über kovalente, koordiative oder kovalente und koordinative Bindungen erfolgen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die chemische Verbindung aus den folgenden Phosphonsäuren ausgewählt:
    Figure DE102017130528A1_0002
  • Dabei ist a eine ganze Zahl mit a = 0-30, bevorzugt a = 0-25, besonders bevorzugt a = 0-15; m und n sind ganze Zahlen mit n = 0-20, bevorzugt n = 0-10, besonders bevorzugt n = 0-5 und m = 0-20, bevorzugt m = 0-10, besonders bevorzugt m = 0-5. Je länger die nicht fluorierte Alkylkette, desto dichter gepackt können die chemischen Verbindungen bedingt durch Van-der-Waals-Bindungen angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist die chemische Verbindung eine der folgenden Phosphonsäuren:
    Figure DE102017130528A1_0003
  • Diese Verbindungen haben sich als besonders effektiv hinsichtlich der anhaftungsvermindernden Eigenschaften für Verkapselungsmaterialien aufgrund der Kopfgruppen einerseits und andererseits hinsichtlich der festen Anbindung an die Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche über die Phosphonsäure-Ankergruppen erwiesen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der aktive Schichtenstapel auf einem Substrat angeordnet und die Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche entspricht einer dem Substrat abgewandten Hauptoberfläche des aktiven Schichtenstapels. Insbesondere kann der aktive Schichtenstapel ein strahlungsemittierender Halbleiterchip sein und das Bauelement somit als Leucht- oder Laserdiode ausgebildet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist über dem aktiven Schichtenstapel ein optisches Element angeordnet und die Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche ist eine dem aktiven Schichtenstapel abgewandte Hauptoberfläche des optischen Elements. Bei dem optischen Element kann es sich beispielweise um ein lichtstreuendes Plättchen oder ein Konversionselement handeln.
  • Das optisches Element kann mittels eines Klebstoffs auf dem aktiven Schichtenstapel befestigt bzw. fixiert sein. Insbesondere kann es sich bei dem Klebstoff um einen silikonbasierten Klebstoff handeln.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der aktive Schichtenstapel ein strahlungsemittierender Halbleiterchip und das optische Element ist ein Konversionselement zur Konversion der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung. Die Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche entspricht einer dem Halbleiterchip abgewandten Hauptoberfläche des Konversionselements. Das Konversionselement umfasst ein anorganisches Material, insbesondere ein Metalloxid, Metallfluorid, Metalloxynirid oder ein Metallnitrid. Es kann sich um ein als Leuchtstoff ausgebildetes Metalloxid, wie beispielsweise Y3Al5O12:Ce, handeln. Weitere Beispiele für Leuchtstoffe sind (Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+, (La, Ca)3Si6(N,O)11:Ce3+ und (K, Na)2(Si, Ti) F6:Mn4+.
  • Das Konversionselement kann aber auch das anorganische Material und einen Leuchtstoff umfassen oder daraus bestehen. Leuchtstoffe zur Konversion von Strahlung sind dem Fachmann bekannt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement eine Verkapselung, die zumindest den aktiven Schichtenstapel, den aktiven Schichtenstapel und die Schutzschicht, den aktiven Schichtenstapel und das optische Element, den aktiven Schichtenstapel, das optische Element und die Schutzschicht seitlich umgibt. Aufgrund der verringerten Benetzbarkeit der Schutzschicht lagert sich auf dieser kein oder nur geringfügig Verkapselungsmaterial an. Etwaiges abgelagertes Verkapselungsmaterial haftet weiterhin nur schlecht an der Schutzschicht, so dass dieses gegebenenfalls sehr leicht wieder entfernt werden kann. Dadurch werden die optischen Eigenschaften wie Helligkeit und Abstrahlcharakteristik des Bauelements mit Vorteil nicht beeinträchtigt. Die Verkapselung umfasst oder besteht beipielsweise aus einem Silikon, Epoxidharz oder Hybridmaterialien, beispielweise anorganisch-organische Hybridmaterilaien. Das Verkapselungsmaterial kann Füllstoffe enthalten, beispielsweise anorganische Füllstoffpartikel oder -fasern, insbesondere Siliziumdioxid, Glas und/oder Titandioxid.
  • Der Verkapselung schützt den aktiven Schichtenstapel oder den aktiven Schichtenstapel und das optische Element vor äußeren schädlichen Einflüssen, beispielsweise vor mechanischer Belastung. Die Verkapselung kann insbesondere reflektierend für die von dem aktiven Schichtenstapel und optional für die von dem Konversionselement konvertierte Strahlung (z.B. bei der Ausführung des Bauelements als lichtemittierende Diode oder Laserdiode) oder für die von dem Bauelement aus der Umgebung emfangene Strahlung (z.B. bei der Ausführung des Bauelements als Lichtdetektor) ausgebildet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Strahlungseintritts- oder die Strahlungsaustrittsfläche und bevorzugt auch die Schutzschicht eben. Mit anderen Worten ist die Strahlungseintritts- oder die Strahlungsaustrittsfläche und bevorzugt auch die Schutzschicht im Rahmen der Herstellungstoleranz plan ausgebildet und weist keine oder kaum Erhebungen und Absenkungen auf. Dadurch kann insbesondere ein nachfolgendes Spritzpressverfahren zur seitlichen Umspritzung zumindest des aktiven Schichtenstapels einfach durchgeführt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optoelektronische Bauelement als lichtemittierende Diode, Laserdiode oder Lichtdetektor ausgebildet.
  • Das optoelektronische Bauelement kann gemäß dem nachfolgend angegebenen Verfahren hergestellt werden. Alle Merkmale des optoelektronischen Bauelements gelten auch für das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und umgekehrt.
  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Das Verfahren umfasst die Schritte:
    1. A) Bereitstellen eines aktiven Schichtenstapels zur Erzeugung oder Detektion von Strahlung auf einem Substrat,
    2. B) Aufbringen chemischer Verbindungen, die jeweils eine Anker- und eine Kopfgruppe enthalten, auf eine als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche vorgesehene Oberfläche des optoelektronischen Bauelements, die ein anorganisches Material umfasst,
    3. C) Reaktion der Ankergruppe der chemischen Verbindungen mit dem anorganischen Material der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche zur Bildung einer Schutzschicht,
    4. D) Anordnen eines Verkapselungsmaterials zur Bildung einer Verkapselung, die zumindest den aktiven Schichtenstapel oder die zumindest den aktiven Schichtenstapel und die Schutzschicht seitlich umgibt.
  • Durch die Reaktion der Ankergruppen der chemischen Verbindungen mit dem anorganischen Material werden die Ankergruppen insbesondere über kovalente und/oder koordinative Bindungen an das anorganische Material gebunden. Es entsteht somit eine feste Anbindung der Schutzschicht an der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche. Mit Vorteil ist die Schutzschicht damit nicht mehr ohne Aufwand von der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche zu lösen. Durch die Schutzschicht wird die Anhaftungsneigung oder Benetzungsneigung gegenüber dem in Schritt D) eingesetzten Verkapselungsmaterial an der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche gegenüberliegenden Oberfläche der Schutzschicht im Vergleich zu der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche ohne Schutzschicht vermindert. Dies erfolgt durch die geeignete Wahl der Kopfgruppen der chemischen Verbindung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt in Schritt D) ein Anordnen des Verkapselungsmaterials so, dass eine Verkapselung gebildet wird, die den aktiven Schichtenstapel und das optische Element oder den aktiven Schichtenstapel, das optische Element und die Schutzschicht seitlich umgibt.
  • In Schritt D) kann beispielsweise der aktive Schichtenstapel, der aktive Schichtenstapel und die Schutzschicht, der aktive Schichtenstapel und das darauf angeordnete optische Element oder der aktive Schichtenstapel, das darauf angeordnete optische Element und die Schutzschicht mit einem Verkapselungsmaterial umspritzt werden, insbesondere durch ein Spritzpressen, wie „film assisted molding“. „film assisted molding“ ist dem Fachmann bekannt. Durch die verminderte Adhäsions- und Benetzungseigenschaft der Schutzschicht für das Verkapselungsmaterial wird die Anhaftung des Verkapselungsmaterial verringert beziehungsweise kann eine entstandene Ablagerung des Verkapselungsmaterials leichter entfernt werden. Es kann also ein Überlaufen und sich Ansammeln von Verkapselungsmaterial auf der Schutzschicht verhindert werden. Somit bleiben die optischen Eigenschaften der als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche vorgesehenen Oberfläche nach der Abdichtung erhalten. Ein möglicherweise dennoch entstehender Rückstand (englisch: flash) kann durch geringere Haftung an der Oberfläche sehr leicht entfernt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche vorgesehene Oberfläche des optoelektronischen Bauelements eine dem Substrat abgewandte Hauptoberfläche des aktiven Schichtenstapels.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche vorgesehene Oberfläche des optoelektronischen Bauelements eine Hauptoberfläche eines optischen Elements. Insbesondere wird das optische Element über dem aktiven Schichtenstapel angeordnet. Das optische Element wird bevorzugt nach Bildung der Schutzschicht und somit nach Schritt C) auf dem aktiven Schichtenstapel angeordnet. Bei dem optischen Element kann es sich um ein lichtstreuendes Plättchen oder ein Konversionselement handeln.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche vorgesehene Oberfläche des optoelektronischen Bauelements vor dem Verfahrensschritt B) einer Vorbehandlung unterzogen. Mit einer Vorbehandlung ist hierbei eine Oberflächenbehandlung beziehungsweise Oberflächenfunktionalisierung gemeint. Die Art der Vorbehandlung ist dabei auf die Art des Untergrundes, also die Eigenschaften des anorganischen Materials, anzupassen sowie auf die Natur der Ankergruppe der chemischen Verbindung. Beispiele für Vorbehandlungen können UV-Strahlung oder eine Behandlung mittels Plasma sein.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass durch eine Vorbehandlung der als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche vorgesehenen Oberfläche die Dichte der chemisch aktiven Zentren deutlich erhöht werden kann. Durch UV-Strahlung und/oder Plasmabehandlung können chemische Bindungen an der Oberfläche des anorganischen Materials gebrochen werden und hoch reaktive oder metastabile Gruppen wie zum Beispiel Radikale, Hydroxide oder Hydroperoxide entstehen. Sie erhöhen die Reaktivität des anorganischen Materials und können entweder selbst mit der Ankergruppe der chemischen Verbindungen reagieren oder zu funktionellen Gruppen an der als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche vorgesehenen Oberfläche (zum Beispiel Hydroxygruppen) weiterreagieren. Auf diese Weise stehen mehr funktionelle Gruppen auf der als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche vorgesehenen Oberfläche für eine Reaktion mit der Ankergruppe der chemischen Verbindungen zur Verfügung. So kann eine höhere Dichte der chemischen Verbindungen als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche vorgesehenen Oberfläche erreicht, eine kompaktere Schicht erzeugt und die weiter reduziert werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens kann die Vorbehandlung mit einem Plasma erfolgen. Besonders gut geeignete Plasmen sind dabei beispielsweise Sauerstoff-Plasma, Argon-Plasma und NH3-Plasma oder Plasma aus Gemischen dieser Gase. Aber auch andere übliche Plasmabehandlungen können Anwendung finden. Für großflächige oder industrielle Anwendungen eignet sich beispielsweise auch die Nutzung von Atmosphärenplasma mit Luft als Prozessgas, sofern keine oxidationsempfindlichen Oberflächen vorliegen.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass durch den Einsatz eines Sauerstoffplasmas die Dichte der chemisch aktiven Zentren auf der als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche vorgesehenen Oberfläche, insbesondere OH- und OOH-Gruppen, aber auch RC-COOH-Gruppen (wobei RC eine Alkylgruppe zum Beispiel Methylen ist) deutlich gesteigert werden kann. Auf diese Art und Weise lassen sich deutlich mehr chemische Verbindungen an der als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche vorgesehenen Oberfläche anbinden, was zu einer stärkeren Adhäsionsminderung führt.
  • Durch NH3-Plasmen lassen sich stickstoffhaltige Oberflächenzentren, etwa die zuvor bereits genannten Zentren, NY2, erzeugen.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben weiterhin erkannt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren auch ohne oxidierende Plasmen die Dichte der aktiven chemischen Oberflächenzentren an der als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche vorgesehenen Oberfläche erhöht werden kann. Geeignet sind zum Beispiel Plasmen von Wasserstoff oder Gemische von Wasserstoff und Argon. Auch Inertgas-Plasmen können Verwendung finden. Insbesondere Plasmen von Edelgasen wie Argon-Plasma oder Helium-Plasma sind geeignet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt der Verfahrensschritt B) mit einem Verfahren, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung, Rotationsbeschichtung (englisch: Spin coating), Abscheidung aus der Gasphase, insbesondere chemische Gasphasenabscheidung (englisch: „Chemical Vapor Deposition“, CVD) umfasst. Denkbar ist zudem die Nutzung plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD, „Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition“).
  • Die Reaktion der Ankergruppe mit der als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche im Rahmen einer Tauch-, Rotations- oder Sprühbeschichtung kann zu einer zuverlässigen Schichtbildung und damit Reduzierung der Adhäsion führen. Zugleich sind diese Verfahren für einen Einsatz im großtechnischen Maßstab geeignet. Insbesondere für schwer verdampfbare chemische Verbindungen sind Tauch-, Rotations- und Sprühbeschichtung geeignet.
  • Die Abscheidung aus der Gasphase eignet sich für die Abscheidung in die Gasphase ohne Zersetzung überführbarer chemischer Verbindungen und ist für den großtechnischen Maßstab besonders geeignet. Sie erlaubt eine rasche und kostengünstige Fertigung der Schutzschicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt E): E) Entfernen der Schutzschicht. Verfahrensschritt E) erfolgt insbes ondere nach Verfahrensschritt D). Das Entfernen der Schutzschicht kann beispielweise mittels einer Plasmareinigung erfolgen.
  • Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
    • 1A und 1B zeigen schematische Seitenansichten jeweils eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements;
    • 2A bis 2H zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements;
    • 3A zeigt die Bildung einer Schutzschicht auf einer Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche;
    • 3B zeigt Beispiele von chemischen Verbindungen für eine Schutzschicht;
    • 4 zeigt einen „film assisted molding“ Prozess.
  • In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleichwirkende 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 sein.
  • Die 1A zeigt ein optoelektronisches Bauelement 100 in Form einer lichtemittierenden Diode. Auf einem Substrat 1 ist ein aktiver Schichtenstapel 2 zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung angeordnet, beispielsweise mittels Dünnschichtlöten. Diese Lot- beziehungsweise Verbindungsschicht ist hier nicht gezeigt. Über dem aktiven Schichtenstapel 2 ist ein optisches Element 5 ausgebildet als Konversionselement 7 angeordnet. Das Konversionselement 7 enthält beispielsweise Konverterpartikel, die dazu eingerichtet sind, die von dem aktiven Schichtenstapel 2 erzeugte Strahlung zumindest teilweise in eine elektromagnetische Strahlung in einem längerwelligeren Bereich zu konvertieren, und ein Metalloxid und ist als keramisches Plättchen ausgebildet. Die von dem aktiven Schichtenstapel 2 erzeugte und von dem Konversionselement 7 konvertierte Strahlung (bei einer Teilkonversion) oder die von dem Konversionselement konvertierte Strahlung (bei einer Vollkonversion) wird über die Strahlungsaustrittsfläche 3 nach außen an die Umgebung ausgekoppelt und bildet üblicherweise eine Grenzfläche zwischen dem Bauelement und der Umgebung. Über der Strahlungsaustrittsfläche 3 ist erfindungsgemäß eine Schutzschicht 4 angeordnet. Die Schutzschicht 4 ist eine selbstorganisierende monomolekulare Schicht bestehend aus chemischen Verbindungen enthaltend jeweils eine Anker- und eine Kopfgruppe. Die Ankergruppe ist dabei über kovalente oder kovalente und koordinative Bindungen an das Metalloxid des optischen Elements 5 gebunden. Die Kopfgruppe der chemischen Verbindungen sorgt dafür, dass die von der Strahlungsaustrittsfläche abgewandte Oberfläche der Schutzschicht 4a eine geringe Affinität für die Anhaftung von Schmutz- und Staubpartikeln sowie eines Verkapselungsmaterials 14 aufweist. Die Metallisierungen 8 und der Bonddraht 9 dienen der elektrischen Kontaktierung des Bauelements 100. Das Bauelement 100 weist eine Verkapselung 6 auf. Die Verkapselung 6 umfasst oder besteht aus einem Verkapselungsmaterial 14, beispielweise einem Silikon. Das Substrat 1, der aktive Schichtenstapel 2, das optische Element 5 und die Schutzschicht 4 sind seitlich von der Verkapselung 6 umschlossen. Durch die in der Schutzschicht 4 vorhandenen chemischen Verbindungen, insbesondere durch deren Kopfgruppen, weist die Oberfläche der Schutzschicht 4a eine verminderte Anhaftung des Verkapselungsmaterials 14 und/oder eine verminderte Benetzbarkeit für das Verkapselungsmaterial auf. Dadurch lagert sich das Verkapselungsmaterial 14 bei dessen Aufbringung, beispielsweise durch ein Spritzpressen, nicht oder kaum auf der Oberfläche 4a ab beziehungsweise lässt sich davon sehr leicht wieder entfernen.
  • Im Vergleich zu dem in 1A gezeigten optoelektronischen Bauelement 100 weist das optoelektronische Bauelement 100 der 1B eine Klebstoffschicht 10 auf über die das optische Element 5 auf dem aktiven Schichtenstapel 2 fixiert ist. Die Klebstoffschicht 10 enthält insbesondere ein Silikon oder basiert auf einem Polysiloxan.
  • In 2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gezeigt. Gemäß 2A wird ein aktiver Schichtenstapel 2 zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung bereitgestellt. Der aktive Schichtenstapel 2 ist auf einem Substrat 1 angeordnet und über Metallisierungen 8 und einen Bonddraht 9 elektrisch kontaktiert.
  • Ferner wird ein optisches Element 5 bereitgestellt ( 2B). Bei dem optischen Element 5 kann es sich um ein Konversionselement oder ein lichtstreuendes Plättchen handeln. Das optische Element 5 umfasst oder besteht aus einem Metalloxid, beispielweise aus einem SiO2-Glas. Optional kann das optische Element 5 einer Vorbehandlung mittels eines Plasmas unterzogen werden (nicht gezeigt). Beispielsweise können durch den Einsatz eines Sauerstoffplasmas OH-Gruppen als chemisch aktive Zentren auf der als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche vorgesehenen Oberfläche 3 gebildet werden.
  • Auf die als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche 3 vorgesehene Oberfläche des optischen Elements werden chemische Verbindungen beispielweise mittels einer Sprühbeschichtung aufgebracht. Insbesondere handelt es sich bei der chemischen Verbindung um eine der in 3B gezeigten Phosphonsäuren. Die Phosphonsäuregruppe dient dabei als Ankergruppe zur chemischen Anbindung der chemischen Verbindung über kovalente oder kovalente und koordinative Bindungen an das Metalloxid der als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche 3 vorgesehene Oberfläche des optischen Elements 5. Die Phosphonsäuregruppen der chemischen Verbindungen weisen eine hohe Affinität zu den aktiven Zentren beziehungsweise dem Metalloxid der als Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche 3 vorgesehene Oberfläche des optischen Elements 5 auf. Dadurch organisieren sich die chemischen Verbindungen selbst innerhalb der sich bildenden Schutzschicht 4. Die chemischen Verbindungen lagern sich insbesondere spontan zu einer hochgeordneten Schicht, insbesondere einer SAM, zusammen. Die als Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche 3 vorgesehene Oberfläche dient damit als Keimschicht für die Ausrichtung der chemischen Verbindung. Der Selbstorganisierungsprozess bei der Ausbildung einer SAM hat dabei einen selbstterminierenden Charakter. Mit anderen Worten wird der Schichtaufbau und somit die weitere Anlagerung der chemischen Verbindungen nach der Bildung der Monolage automatisch abgebrochen. Die chemischen Verbindungen sind innerhalb der Schutzschicht 4 so angeordnet, dass die Kopfgruppen, hier Alkyl- oder fluorierte Alkylgruppen, nach außen zeigen und somit an der der Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche 3 gegenüberliegenden Oberfläche der Schutzschicht 4a angeordnet sind (2C).
  • Das optische Element 5 mit der Schutzschicht 4 wird auf dem aktiven Schichtenstapel 2 angeordnet. Dabei befindet sich die Schutzschicht 4 auf einer dem aktivem Schichtenstapel 2 abgewandten Seite des optischen Elements 5 (2D). Das optische Element 5 kann über eine Klebstoffschicht 10 (hier nicht gezeigt) auf dem auf dem aktiven Schichtenstapel 2 fixiert werden.
  • Mittels eines Spritzpressverfahrens, insbesondere mittels „film assisted molding“ wird eine Verkapselung 6 angeordnet, die das Substrat 1, den aktiven Schichtenstapel 2, das optische Element 5 und die Schutzschicht 4 seitlich umschließt (2E). Die in der Schutzschicht 4 vorhandenen chemischen Verbindungen weisen eine fluorierte oder nichtfluorierte Alkylgruppe als Kopfgruppe auf, die innerhalb der Schutzschicht 4 nach außen gerichtet sind und sich somit an einer von der Strahlungsaustrittsfläche abgewandten Oberfläche der Schutzschicht 4a befinden. Dadurch weist die Oberfläche 4a eine geringe Affinität für die Anhaftung des Verkapselungsmaterials 14 auf beziehungsweise lässt sich abgeschiedenes Verkapselungsmaterial 14 von dieser Oberfläche 4a sehr leicht wieder entfernen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die optischen Eigenschaften des Bauelements nicht durch abgeschiedenes und/oder anhaftendes Verkapselungsmaterial 14 beeinträchtigt wird.
  • In 2F ist eine Draufsicht auf das Bauelement 100 direkt nach dem Spritzpressverfahren gezeigt. An den mit Pfeilen markierten Seitenflächen der Strahlungsaustrittsfläche 3 ist Verkapselungsmaterial 14 abgeschieden. Dieses kann leicht weggereinigt werden. In 2G ist die Draufsicht auf das fertiggestellte Bauelement 100 nach Reinigung der Strahlungsaustrittsfläche von dem Verkapselungsmaterial 14 gezeigt. Die Seitenansicht des fertigen Bauelements zeigt 1B.
  • Optional kann die Schutzschicht 4 in einem weiteren Verfahrensschritt, beispielweise mittels Plasmareinigen zumindest teilweise, bveorzugt vollständig wieder entfernt werden. Gemäß 2H ist dieser Schritt nach einer Anordnung der Verkapselung 6 gezeigt. Die Strahlungsaustrittsfläche des optischen Elements 3, die von dem aktiven Schichtenstapel 2 abgewandt ist, ist somit nicht mehr von der Schutzschicht 4 bedeckt.
  • In 3A ist eine als Strahlungsaustrittsfläche oder Strahlungseintrittsfläche 3 vorgesehene Oberfläche eines optischen Elements 5 oder eines aktiven Schichtenstapels 2 gezeigt. An der als Strahlungsaustrittsfläche oder Strahlungseintrittsfläche 3 vorgesehenen Oberfläche ist ein Metalloxid angeordnet. An der als Strahlungsaustrittsfläche oder Strahlungseintrittsfläche 3 vorgesehenen Oberfläche sind als aktive Zentren OH-Gruppen oder Metalloxidbindungen vorhanden. Eine chemische Verbindung mit einer Kopfgruppe K und einer Ankergruppe A lagert sich unter Ausbildung von kovalenten und koordinativen Bindungen, insbesondere Metall-Sauerstoffbindungen, an der als Strahlungsaustrittsfläche oder Strahlungseintrittsfläche 3 vorgesehenen Oberfläche an. Durch die hohe Affinität der Ankergruppe zu dem Metalloxid beziehungsweise den aktiven Zentren richtet sich die chemische Verbindung aus und es entsteht eine hochgeordnete Schutzschicht 4, insbesondere eine SAM. 3B zeigt Ausführungsformen von chemischen Verbindungen, die eine Kopfgruppe K und Ankergruppe A oder eine Kopfgruppe K, eine Mittelgruppe M und eine Ankergruppe A aufweisen.
  • 4 zeigt einen „film assisted molding“ Prozess zur Anordnung einer Verkapselung 6. Der Prozess ist einem Fachmann bekannt und ist hier nur in Kürze erläutert. Es werden eine Vielzahl an optoelektronischen Bauelementen 100 in einer ersten Form 11 angeordnet. Eine zweite Form 12 ist mit einer mittels Vakuum angesaugten Trennfolie 13 versehen. Die zweite Form 12 wird auf der ersten Form 11 angeordnet. Das Verkapselungsmaterial 14 wird erhizt in die Zwischenräume der ersten Form 11 und der zweiten Form 12 gepresst. Durch das angelegte Vakuum zum Ansaugen der Trennfolie 13 in der zweiten Form 12 wird bei zu großen Höhentoleranzen des Chipverbundes, überlicherweise teilweise das Verkapselungsmaterial auch auf der Strahlungsaustrittfläche 3 angeordnet. Durch die Anordnung der Schutzschicht 4 auf der Strahlungsaustrittfläche 3 weist die Oberfläche 4a eine mit Vorteil eine geringe Affinität für die Anhaftung des Verkapselungsmaterials auf beziehungsweise lässt sich abgeschiedenes Verkapselungsmaterial von dieser Oberfläche 4a sehr leicht wieder entfernen.
  • 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.
  • Bezugszeichenliste
  • 100
    optoelektronisches Bauelement
    1
    Substrat
    2
    aktiver Schichtenstapel
    3
    Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche
    4
    Schutzschicht
    4a
    Oberfläche der Schutzschicht
    5
    optisches Element
    7
    Konversionselement
    6
    Verkapselung
    8
    Metallisierung
    9
    Bonddraht
    10
    Klebstoffschicht
    11
    erste Form
    12
    zweite Form
    13
    Trennfolie
    14
    Verkapselungsmaterial
    A
    Ankergruppe
    K
    Kopfgruppe
    M
    Mittelgruppe

Claims (16)

  1. Optoelektronisches Bauelement (100) umfassend - einen aktiven Schichtenstapel (2) zur Erzeugung oder Detektion von Strahlung, - eine Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche (3), die ein anorganisches Material umfasst, und - eine über der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche (3) angeordnete Schutzschicht (4), die chemische Verbindungen umfasst, die jeweils eine Ankergruppe (A) und eine Kopfgruppe (K) enthalten, wobei die Ankergruppe (A) an das anorganische Material gebunden ist und - eine Verkapselung (6), die zumindest den aktiven Schichtenstapel (2) oder die zumindest den aktiven Schichtenstapel (2) und die Schutzschicht (4) seitlich umgibt.
  2. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei das anorganische Material ein Oxid, ein Nitrid, ein Oxynitrid, ein Carbid, ein Carbonitrid, ein Fluorid oder ein Silikat umfasst.
  3. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das anorganische Material ein Glas, eine Keramik oder Saphir ist.
  4. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzschicht (4) eine monomolekulare Schicht bestehend aus den chemischen Verbindungen enthaltend jeweils eine Anker- (A) und eine Kopfgruppe (K) ist.
  5. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzschicht (4) eine selbstorganisierende monomolekulare Schicht bestehend aus den chemischen Verbindungen enthaltend jeweils eine Anker- (A) und eine Kopfgruppe (K) ist.
  6. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kopfgruppe (K) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die lineare Alkylgruppen, verzweigte Alkylgruppen, zumindest teilweise fluorierte lineare Alkylgruppen, zumindest teilweise fluorierte verzweigte Alkylgruppen, perfluorierte lineare Alkylgruppen und perfluorierte verzweigte Alkylgruppen umfasst.
  7. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ankergruppe (A) eine Phosphonsäure-, Sulfonsäure-, Carbonsäure-, Thiol-, Hydroxy- oder Silangruppe ist.
  8. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ankergruppe (A) durch kovalente, koordinative oder kovalente und koordinative Bindungen an das anorganische Material gebunden ist.
  9. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aktive Schichtenstapel (2) auf einem Substrat (1) angeordnet ist und die Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche (3) einer dem Substrat (1) abgewandten Hauptoberfläche des aktiven Schichtenstapels (2) entspricht.
  10. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei über dem aktiven Schichtenstapel (2) ein optisches Element (5) angeordnet ist und die Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche (3) einer dem aktiven Schichtenstapel (2) abgewandten Hauptoberfläche des optischen Elements (5) entspricht.
  11. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 10, wobei die Verkapselung (6) das optische Element (5) seitlich umgibt.
  12. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 11, wobei der aktive Schichtenstapel (2) ein strahlungsemittierender Halbleiterchip und das optische Element (5) ein Konversionselement (7) zur Konversion der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung ist und die Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche (3) einer dem Halbleiterchip abgewandten Hauptoberfläche des Konversionselements (7) entspricht.
  13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (100) mit den Schritten: A) Bereitstellen eines aktiven Schichtenstapels (2) zur Erzeugung oder Detektion von Strahlung auf einem Substrat (1), B) Aufbringen chemischer Verbindungen, die jeweils eine Ankergruppe (A) und Kopfgruppe (K) enthalten, auf eine als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche (3) vorgesehene Oberfläche des optoelektronischen Bauelements, die ein anorganisches Material umfasst, C) Reaktion der Ankergruppe (A) der chemischen Verbindungen mit dem anorganischen Material der Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche (3) zur Bildung einer Schutzschicht (4), D) Anordnen eines Verkapselungsmaterials (14) zur Bildung einer Verkapselung (6), die zumindest den aktiven Schichtenstapel (2) oder die zumindest den aktiven Schichtenstapel (2) und die Schutzschicht (4) seitlich umgibt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche (3) vorgesehene Oberfläche des optoelektronischen Bauelements einer dem Substrat (1) abgewandten Hauptoberfläche des aktiven Schichtenstapels (2) entspricht.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei A1) die als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche (3) vorgesehene Oberfläche des optoelektronischen Bauelements einer Hauptoberfläche eines optischen Elements (5) entspricht.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine als Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche (3) vorgesehene Oberfläche des optoelektronischen Bauelements vor Schritt B) mit einer UV-Strahlung oder einem Plasma behandelt wird.
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