DE102018104993A1

DE102018104993A1 - Bauelement mit elektrisch leitfähiger konverterschicht

Info

Publication number: DE102018104993A1
Application number: DE102018104993.5A
Authority: DE
Inventors: Vesna MÜLLER; David O'Brien
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2019-09-05
Also published as: WO2019170473A1; US11605667B2; US20200403027A1

Abstract

Es wird ein Bauelement (10) mit einem Halbleiterkörper (2) und einer Konverterschicht (3) angegeben, bei dem die Konverterschicht Leuchtstoffpartikel (3L) und ein elektrisch leitfähiges Matrixmaterial (3M) aufweist, wobei die Leuchtstoffpartikel in dem Matrixmaterial eingebettet sind. Die Konverterschicht ist auf dem Halbleiterkörper angeordnet ist und weist eine Mehrzahl von räumlich beabstandeten, individuell elektrisch kontaktierbaren Teilschichten (30) auf. Der Halbleiterkörper weist eine aktive Zone (23) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung auf, wobei die Teilschichten der Konverterschicht zur lokalen elektrischen Kontaktierung der aktiven Zone eingerichtet sind. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements angegeben.

Description

Es wird ein Bauelement mit einer elektrisch leitfähigen Konverterschicht angegeben. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements angegeben.
Lichtemittierende Bauelemente, die Anwendung in Pixeldarstellung finden, weisen in der Regel eine geringe lichtemittierende Oberfläche auf. Eine der Herausforderungen besteht darin, die lichtemittierenden Bauelemente elektrisch zu kontaktieren, wobei Abschattungseffekte möglichst vermieden werden sollen. Die elektrische Kontaktierung solcher lichtemittierenden Bauelemente wird außerdem durch das Vorhandensein von möglichen Konverterschichten auf den Strahlungsaustrittsseiten der Bauelemente erschwert.
Eine Aufgabe ist es, ein kompaktes lichtemittierendes Bauelement zur Darstellung eines Pixels oder einer Mehrzahl von Pixeln anzugeben. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch ein Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch und/oder im Zusammenhang mit einem solchen Bauelement gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Bauelements oder des Verfahrens sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Bauelements weist dieses einen Halbleiterkörper und eine Konverterschicht auf. Der Halbleiterkörper weist etwa eine aktive Zone zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung auf. Die Konverterschicht ist insbesondere eingerichtet, die von der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung einer ersten Peakwellenlänge in elektromagnetische Strahlung einer zweiten Peakwellenlänge umzuwandeln. Insbesondere ist die erste Peakwellenlänge kleiner als die zweite Peakwellenlänge. Zum Beispiel unterscheidet sich die erste Peakwellenlänge um mindestens 30 nm, 50 nm, 100 nm, 200 nm oder um mindestens 300 nm von der zweiten Peakwellenlänge. Bevorzugt ist die Konverterschicht eingerichtet, UV-Licht oder blaues Licht in rotes, grünes oder gelbes Licht umzuwandeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die Konverterschicht Leuchtstoffpartikel und ein elektrisch leitfähiges Matrixmaterial auf. Insbesondere sind die Leuchtstoffpartikel in dem Matrixmaterial eingebettet. Das elektrisch leitfähige Matrixmaterial kann ein strahlungsdurchlässiges und elektrisch leitfähiges Material sein oder ein solches Material enthalten. Die Leuchtstoffpartikel weisen eine durchschnittliche Partikelgröße auf, die insbesondere zwischen einschließlich 1 nm und 50 µm ist, zum Beispiel zwischen einschließlich 1 µm und 30 µm, etwa zwischen 5 µm und 30 µm. Besonders bevorzugt sind die Leuchtstoffpartikel Nanoleuchtstoffpartikel, die eine durchschnittliche Partikelgröße zwischen einschließlich 1 nm und 1 µm, zwischen einschließlich 1 nm und 500 nm, zwischen einschließlich 1 nm und 300 nm aufweisen, insbesondere zwischen einschließlich 1 nm und 100 nm.
Die Leuchtstoffpartikel können Partikel eines organischen Farbstoffes oder eines anorganischen Farbstoffes sein. Bevorzugt umfasst die Konverterschicht Partikel zumindest eines der folgenden Farbstoffe: mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxynitride. Besonders bevorzugt umfasst die Konverterschicht dotierte Granate wie Ce- oder Tb-aktivierte Granate wie YAG:Ce, TAG:Ce, TbYAG:Ce. Die Leuchtstoffpartikel können Quantenpunkte (Englisch: Quantum Dots) sein. Zum Beispiel sind die Quantenpunkte Halbleiter-Nanokristalle, etwa aus III-V- oder II-VI- Verbindungshalbleitermaterialien oder aus Si-basierten Materialien. Insbesondere weisen die Leuchtstoffpartikel CdSe, CdTe, CdS, ZnS und/oder ZnO auf. Zum Beispiel sind die CdSe-, CdS- und/oder CdTe-Partikel als Quantenpunkte in einem Material wie CdS, ZnS und/oder ZnO eingebettet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist die Konverterschicht auf dem Halbleiterkörper angeordnet und derart strukturiert ausgebildet, dass die Konverterschicht eine Mehrzahl von räumlich beabstandeten und individuell elektrisch kontaktierbaren Teilschichten aufweist. Bevorzugt sind die Teilschichten der Konverterschicht zur lokalen elektrischen Kontaktierung der aktiven Zone des Halbleiterkörpers eingerichtet.
Die aktive Zone des Halbleiterkörpers kann insgesamt zusammenhängend derart zusammenhängend ausgeführt sein, dass mehrere Teilschichten der Konverterschicht zur lokalen elektrischen Kontaktierung verschiedener Teilregionen derselben aktiven Zone eingerichtet sind. Im Betrieb des Bauelements kann die zusammenhängende aktive Zone zumindest eine strahlungsinaktive Teilregion und eine Mehrzahl von strahlungsaktiven Teilregionen aufweisen. Jede der strahlungsaktiven Teilregionen der zusammenhängenden aktiven Zone kann durch eine der Teilschichten der Konverterschicht individuell elektrisch kontaktiert werden. Die Teilschichten der Konverterschicht können dasselbe elektrisch leitfähige Matrixmaterial oder unterschiedliche elektrisch leitfähige Matrixmaterialien aufweisen. Zwei oder mehrere Teilschichten der Konverterschicht können dieselbe Leuchtstoffzusammensetzung oder unterschiedliche Leuchtstoffzusammensetzungen aufweisen.
In mindestens einer Ausführungsform eines Bauelements weist dieses einen Halbleiterkörper und eine Konverterschicht auf. Die Konverterschicht weist Leuchtstoffpartikel und ein elektrisch leitfähiges Matrixmaterial auf, wobei die Leuchtstoffpartikel in dem Matrixmaterial eingebettet sind. Die Konverterschicht ist auf dem Halbleiterkörper angeordnet und weist eine Mehrzahl von räumlich beabstandeten, individuell elektrisch kontaktierbaren Teilschichten auf. Der Halbleiterkörper weist eine aktive Zone zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung auf, wobei die Teilschichten der Konverterschicht zur lokalen elektrischen Kontaktierung der aktiven Zone eingerichtet sind.
Die Konverterschicht ist einerseits elektrisch leitfähig ausgeführt, wobei die Teilschichten der Konverterschicht zur elektrischen Kontaktierung unterschiedlicher Teilregionen der insbesondere zusammenhängenden aktiven Zone des Halbleiterkörpers eingerichtet sind. Andererseits können die Teilschichten der Konverterschicht unterschiedliche Leuchtstoffzusammensetzungen aufweisen, sodass die von derselben aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung von den unterschiedlichen Teilschichten der Konverterschicht in elektromagnetische Strahlungen unterschiedlicher Peakwellenlängen umgewandelt werden kann. Die Konverterschicht ist in diesem Sinne elektrisch leitfähig und gleichzeitig strukturiert ausgeführt, sodass die aktive Zone lokal aktivierbar ist. Unterschiedliche Gruppen von den Teilschichten der Konverterschicht mit dem darunter liegenden Halbleiterkörper können zur Darstellung eines Pixels oder einer Mehrzahl von Pixeln oder Gruppen von Pixeln verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist dieses frei von einer zwischen der Konverterschicht und dem Halbleiterkörper angeordneten Stromaufweitungsschicht. Die Teilschichten der Konverterschicht dienen somit insbesondere als lokale laterale Stromaufweitungsschichten für den Halbleiterkörper. Das Bauelement ist bevorzugt frei von einer weiteren Stromaufweitungsschicht, die in vertikaler Richtung zwischen der Konverterschicht und dem Halbleiterkörper angeordnet ist.
Aufgrund der vergleichsweise schlechten Querleitfähigkeit des Halbleiterkörpers und der Abwesenheit einer zusammenhängenden, etwa flächig ausgeführten Stromaufweitungsschicht, die zwischen der Konverterschicht und dem Halbleiterkörper angeordnet ist, kann der Halbleiterkörper, insbesondere die aktive Zone des Halbleiterkörpers, über die Teilschichten der Konverterschicht lokal elektrisch kontaktiert werden. Es kann damit erreicht werden, dass eine Teilregion der aktiven Zone durch elektrische Kontaktierung der zugehörigen Teilschicht der Konverterschicht zum Leuchten gebracht wird, während andere, insbesondere benachbarte Teilregionen der aktiven Zone, die nicht durch andere Teilschichten der Konverterschicht elektrisch aktiviert werden, inaktiv bleiben.
Unter einer lateralen Richtung wird eine Richtung verstanden, die insbesondere parallel zu einer Haupterstreckungsfläche des Bauelements, insbesondere der Konverterschicht, verläuft. Unter einer vertikalen Richtung wird eine Richtung verstanden, die insbesondere senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche des Bauelements und/oder der Konverterschicht gerichtet ist. Die vertikale Richtung und die laterale Richtung sind etwa orthogonal zueinander.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist die Konverterschicht unmittelbar auf dem Halbleiterkörper angeordnet. Die Konverterschicht mit den Teilschichten kann im direkten physischen Kontakt mit dem Halbleiterkörper stehen. Die Konverterschicht dient insbesondere sowohl der Kontaktierung des Halbleiterkörpers als auch der Umwandlung der im Betrieb des Bauelements von der aktiven Zone erzeugten elektromagnetischen Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist jede der Teilschichten der Konverterschicht eine einstückig ausgebildete Schicht. Jede der Teilschichten ist insbesondere von den anderen Teilschichten der Konverterschicht elektrisch isoliert. Die verschiedenen Teilschichten können verschiedene Leuchtstoffe enthalten. Es ist möglich, dass einige der Teilschichten dieselben Leuchtstoffe oder dieselbe Leuchtstoffzusammensetzung aufweisen. Zum Beispiel weisen mehrere Teilschichten, etwa drei oder vier benachbarte Teilschichten der Konverterschicht unterschiedliche Leuchtstoffe oder Leuchtstoffzusammensetzungen auf, wobei die benachbarten Teilschichten der Konverterschicht zur Darstellung eines Pixels oder einer Pixelgruppe eingerichtet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die Konverterschicht mindestens drei oder vier Teilschichten mit unterschiedlichen Typen von Leuchtstoffpartikeln oder mit unterschiedlichen Leuchtstoffzusammensetzungen auf, wobei die mindestens drei oder vier Teilschichten in Draufsicht dieselbe aktive Zone des Halbleiterkörpers teilweise bedecken. Die aktive Zone kann zusammenhängend ausgeführt sein. Zum Beispiel weist die aktive Zone eine Mehrzahl von Teilregionen oder eine einzige zusammenhängende Teilregion auf, die in Draufsicht von der Konverterschicht unbedeckt ist und im Betrieb des Bauelements nicht zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weisen die Leuchtstoffpartikel eine durchschnittliche Partikelgröße zwischen einschließlich 1 nm und 1 µm auf, etwa zwischen einschließlich 1 nm und 500 nm oder zwischen einschließlich 1 nm und 100 nm oder zwischen einschließlich 1 nm und 10 nm. Die durchschnittliche Partikelgröße ist insbesondere ein Mittelwert der Durchmesser oder der räumlichen Ausdehnung der Leuchtstoffpartikel. Die Leuchtstoffpartikel können als Quantenpunkte ausgebildet sein, die insbesondere eine durchschnittliche Partikelgröße kleiner als 10 nm, etwa kleiner als 5 nm, etwa kleiner als 3 nm aufweisen. Zum Beispiel weisen die als Quantenpunkte ausgebildeten Leuchtstoffpartikel eine durchschnittliche Partikelgröße zwischen einschließlich 1 nm und 10 nm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die aktive Zone im Betrieb des Bauelements zumindest eine strahlungsinaktive Teilregion und eine Mehrzahl von strahlungsaktiven Teilregionen auf, wobei in Draufsicht auf den Halbleiterkörper die Konverterschicht und die strahlungsinaktive Teilregion überlappungsfrei sind. Die strahlungsaktiven Teilregionen sind insbesondere von den Teilschichten der Konverterschicht bedeckt.
Im Betrieb des Bauelements sind die strahlungsaktiven Teilregionen der aktiven Zone insbesondere diejenigen Teilregionen des Halbleiterkörpers, die von den Teilschichten der Konverterschicht elektrisch kontaktiert werden und elektromagnetische Strahlung erzeugen. Demgegenüber ist die strahlungsinaktive Teilregion oder die Mehrzahl von strahlungsinaktiven Teilregionen der aktiven Zone in Draufsicht nicht von der Konverterschicht bedeckt und ist aufgrund der schlechten Querleitfähigkeit des Halbleiterkörpers nicht oder im Wesentlichen nicht mit den Teilschichten der Konverterschicht elektrisch leitend verbunden. In der strahlungsinaktiven Teilregion der aktiven Zone wird somit im Betrieb des Bauelements keine oder kaum elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements sind die strahlungsinaktive Teilregion und die strahlungsaktiven Teilregionen einander angrenzende Regionen derselben zusammenhängend ausgebildeten aktiven Zone des Halbleiterkörpers. In Draufsicht auf den Halbleiterkörper sind die strahlungsaktiven Teilregionen insbesondere durch die strahlungsinaktiven Teilregionen oder durch eine einzige zusammenhängend ausgeführte strahlungsinaktive Teilregion der aktiven Zone voneinander getrennt, insbesondere räumlich und elektrisch voneinander getrennt.
Es ist möglich, dass jede der strahlungsaktiven Teilregionen der aktiven Zone mit der zugehörigen Teilschicht der Konverterschicht einen Pixel des Bauelements bildet. Die strahlungsaktiven Teilregionen oder alle strahlungsaktiven Teilregionen können als Bestandteile derselben zusammenhängend ausgebildeten aktiven Zone des Halbleiterkörpers ausgeführt sein. Insbesondere ist die strahlungsinaktive Teilregion des Halbleiterkörpers ebenfalls Bestandteil der zusammenhängend ausgeführten aktiven Zone des Halbleiterkörpers. Die strahlungsaktiven Teilregionen und die strahlungsinaktive Teilregion oder die strahlungsinaktiven Teilregionen der aktiven Zone grenzen insbesondere unmittelbar aneinander an.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist der Halbleiterkörper eine erste Halbleiterschicht und eine zweite Halbleiterschicht auf, wobei die aktive Zone in der vertikalen Richtung zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist. Zum Beispiel ist die erste Halbleiterschicht n-seitig, insbesondere n-leitend und/oder n-dotiert, ausgeführt. Die zweite Halbleiterschicht kann p-seitig, etwa p-leitend oder p-dotiert, ausgeführt sein.
Bevorzugt ist die erste Halbleiterschicht in der vertikalen Richtung zwischen der Konverterschicht und der aktiven Zone angeordnet. Die Konverterschicht mit den Teilschichten kann unmittelbar an die erste Halbleiterschicht angrenzen. In Draufsicht auf den Halbleiterkörper bedeckt die Konverterschicht die erste Halbleiterschicht bereichsweise.
Insbesondere werden elektrische Ladungsträger lediglich in den Überlappungsbereichen zwischen der Konverterschicht und dem Halbleiterkörper von den Teilschichten der Konverterschicht in die entsprechenden Teilregionen des Halbleiterkörpers oder der ersten Halbleiterschicht zugeführt. Aufgrund der vergleichsweise schlechten Querleitfähigkeit der n-seitigen Halbleiterschicht werden keine elektrischen Ladungsträger in die Teilregionen der ersten Halbleiterschicht eingeprägt, die in Draufsicht keine Überlappungen mit der Konverterschicht beziehungsweise mit den Teilschichten der Konverterschicht aufweisen. In dieser Weise kann die darunterliegende aktive Zone in strahlungsaktive Teilregionen und strahlungsinaktive Teilregion oder Teilregionen unterteilt werden.
Die strahlungsaktiven Teilregionen der aktiven Zone sind jeweils individuell über eine der Teilschichten der Konverterschicht elektrisch kontaktierbar und somit einzeln aktivierbar. Die Konverterschicht kann als Teil einer ersten Elektrode des Bauelements ausgeführt sein, wobei die erste Elektrode eine Mehrzahl von Teilkontaktschichten aufweist, die durch die Teilschichten der Konverterschicht gebildet sind. Das Bauelement kann eine, bevorzugt gemeinsame zweite Elektrode aufweisen, die insbesondere zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht des Halbleiterkörpers eingerichtet ist. Anders als die erste Elektrode kann die zweite Elektrode zusammenhängend ausgeführt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist das Matrixmaterial ein strahlungsdurchlässiges und elektrisch leitfähiges Oxid (TCO) auf oder ist aus einem solchen Material gebildet oder besteht aus diesem. Zum Beispiel ist das Matrixmaterial aus einem Metalloxid, etwa aus Zinkoxid wie ZnO oder aus Zinnoxid wie SnO₂ gebildet. Weitere mögliche Metalloxide sind etwa CdSnO₃, In₂O₃, Zn₂SnO₄, ZnSnO₃, MgIn₂O₄, GaInO₃, Zn₂In₂O₅, In₄Sn₃O₁₂ oder Mischungen davon.
Es ist möglich, dass das strahlungsdurchlässige und elektrisch leitfähige Material in Form von Partikeln, insbesondere in Form von Nanopartikeln in der Konverterschicht vorliegen. Auch ist es möglich, dass die Partikel oder die Nanopartikel des strahlungsdurchlässigen und elektrisch leitfähigen Materials mit wenigstens einem der folgenden Materialien beigemischt oder dotiert sind, nämlich mit: Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Silizium, Magnesium und/oder Cadmium. Diese Materialien können in Form von Partikeln oder Nanopartikeln eines Matrixmaterials vorliegen. Es ist möglich, dass das Matrixmaterial ein Silikonmaterial mit darin eingebetteten TCO-Partikeln ist, wobei eine Konzentration der TCO-Partikeln und/oder der darin eingebetteten elektrisch leitfähigen Partikel derart gewählt ist, dass das Matrixmaterial insgesamt elektrisch leitfähig ausgeführt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die Konverterschicht metallische Zusatzpartikel auf, die insbesondere zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Konverterschicht in dem Matrixmaterial eingebettet sind. Solche metallischen Zusatzpartikel können aus Kupfer, Aluminium, Silber, Gold oder Eisen gebildet sein. Die Zusatzpartikel können 0D-, 1D- oder 2D-Nanomaterialien sein, also punktförmige, fadenförmige oder schichtförmige, insbesondere graphenförmige Nanomaterialien sein. Zum Beispiel sind die Zusatzpartikel in Form von Fäden, Mikrofäden oder Nanofäden, insbesondere in Form von metallischen Nanofäden vorliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die Konverterschicht organische und/oder anorganische Zusatzpartikel auf, die zur Reduzierung innerer mechanischer Verspannungen der Konverterschicht in dem Matrixmaterial eingebettet sind. Die organischen und/oder anorganischen Zusatzpartikel können aus einem Material gebildet sein, das eine höhere Duktilität aufweist als das Matrixmaterial der Konverterschicht. Der Einsatz von solchen Zusatzpartikeln, etwa aus einem Polymer, kann die Zähigkeit, etwa die Risszähigkeit, oder die Dehnbarkeit der Konverterschicht oder der Teilschichten der Konverterschicht erhöhen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die Konverterschicht weitere Partikel auf, die insbesondere zur Einstellung des Reflexions- und/oder des Durchlässigkeitsgrades der Konverterschicht in dem Matrixmaterial eingebettet sind. Die weiteren Partikel können aus einem Material gebildet sein, dessen Brechungsindex höher ist als ein Brechungsindex des Matrixmaterials, etwa mindestens um 0,1, 0,2 oder 0,5 größer. Zum Beispiel ist der Unterschied zwischen den Brechungsindizes zwischen einschließlich 0,1 und 1,5.
Die weiteren Partikel können strahlungsreflektierende Partikel mit einem Brechungsindex von mindestens 1,8 oder 2,0 oder 2,5 sein, zum Beispiel zwischen einschließlich 1,8 und 3,0. Insbesondere sind die weiteren Partikel Oxidpartikel, wie Titanoxidpartikel und/oder Zirkoniumoxidpartikel, etwa TiO2- und/oder ZrO2-Partikel. Zirkoniumoxid weist einen Brechungsindex von zirka 2,0 bis 2,3 auf und kann gleichzeitig transparent ausgebildet sein. Je nach gewünschtem Reflexions- und/oder Durchlässigkeitsgrad der Konverterschicht kann der Anteil der weiteren Partikel in der Konverterschicht zwischen einschließlich 0 und 90 Volumen- und/oder Gewichtsprozent sein. Der Durchlässigkeitsgrad kann durch die Partikelgröße der weiteren Partikel eingestellt werden. Ist ein hoher Durchlässigkeitsgrad gewünscht, können die weiteren Partikel derart eingestellt sein, dass diese oder ein vorgegebener Anteil dieser weiteren Partikel eine Partikelgröße kleiner als die Wellenlängen des sichtbaren Lichts aufweisen. Die weiteren Partikel sind insbesondere Nanopartikel aus Titanoxid, etwa aus Titandioxid, und/oder aus Zirkoniumoxid, etwa aus Zirkoniumdioxid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist dieses auf seiner vorderseitigen Hauptfläche eine erste Elektrode und auf seiner rückseitigen Hauptfläche eine zweite insbesondere gemeinsame Elektrode auf. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind insbesondere auf verschiedenen Hauptflächen des Bauelements elektrisch kontaktierbar. Die erste Elektrode weist etwa eine Mehrzahl von planaren individuellen Kontaktschichten auf, die jeweils insbesondere mit einer der Teilschichten der Konverterschicht elektrisch leitend verbunden sind. Insbesondere über die Kontaktschichten der ersten Elektrode sind die Teilschichten der Konverterschicht individuell elektrisch kontaktierbar gestaltet. Mit anderen Worten können die Teilschichten der Konverterschicht jeweils über eine der Kontaktschichten der ersten Elektrode mit einer externen Spannungsquelle elektrisch kontaktiert werden. Die Teilschichten der Konverterschicht können als Bestandteile der ersten Elektrode angesehen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist das Bauelement auf seiner der Konverterschicht abgewandten Hauptfläche eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode auf. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind insbesondere auf derselben Hauptfläche des Bauelements angeordnet und bevorzugt auf derselben Hauptfläche des Bauelements elektrisch kontaktierbar. Die zweite Elektrode ist zum Beispiel eine gemeinsame Elektrode des Bauelements und ist etwa zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht des Halbleiterkörpers eingerichtet.
Die erste Elektrode kann eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen aufweisen, die sich jeweils von der Hauptfläche, etwa von der rückseitigen Hauptfläche, durch die zweite Elektrode und den Halbleiterkörper hindurch bis zu einer der Teilschichten der Konverterschicht erstrecken. Jede der Durchkontaktierungen ist mit einer, insbesondere mit genau einer der Teilschichten der Konverterschicht elektrisch leitend verbunden, und bevorzugt umgekehrt. Entlang der vertikalen Richtung kann sich die Durchkontaktierung durch die zweite Elektrode, die zweite Halbleiterschicht, die aktive Zone und die erste Halbleiterschicht des Halbleiterkörpers hindurch erstrecken. Über die Durchkontaktierung und die ihr zugehörige Teilschicht der Konverterschicht kann eine Teilregion der ersten Halbleiterschicht und/oder eine Teilregion der aktiven Zone einzeln elektrisch kontaktiert werden. Über eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen der ersten Elektrode und Teilschichten der Konverterschicht können verschiedene Teilregionen, insbesondere verschiedene strahlungsaktive Teilregionen der aktiven Zone individuell elektrisch aktiviert werden.
In mindestens einer Anzeigevorrichtung weist diese ein Bauelement, etwa ein hier beschriebenes Bauelement auf. Insbesondere bilden eine Teilregion des Halbleiterkörpers und eine Gruppe aus mindestens drei Teilschichten der Konverterschicht eine Pixelgruppe der Anzeigevorrichtung, wobei die Pixelgruppe insbesondere zur Darstellung eines Bildpunkts mit einem beliebigen Farbort eingerichtet ist. Zum Beispiel ist die Pixelgruppe eine RGB-Pixelgruppe oder eine CMYK-Pixelgruppe.
Es ist möglich, dass eine weitere Teilregion des Halbleiterkörpers und eine weitere Gruppe aus mindestens drei weiteren Teilschichten der Konverterschicht eine weitere Pixelgruppe der Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines beliebigen Farborts bilden, wobei die Teilregion und die weitere Teilregion des Halbleiterkörpers insbesondere zusammenhängend ausgeführt sind. Mit anderen Worten können die Teilregion und die weitere Teilregion des Halbleiterkörpers ausgeführt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist dieses eine LED mit einer darauf angeordneten Konverterschicht mit den Teilschichten. Das Bauelement kann eine einzige zusammenhängende aktive Zone aufweisen, wobei die Teilschichten der Konverterschicht zusammen mit dem Halbleiterkörper eine Mehrzahl von Pixelgruppen bilden. Jede der Pixelgruppen kann eine Mehrzahl von Pixeln, etwa mindestens drei oder vier Pixel aufweisen, wobei jeder Pixel insbesondere einer der Teilschichten der Konverterschicht eineindeutig zugeordnet ist. Das Bauelement kann eine Mehrzahl von Pixelgruppen aufweisen, etwa mindestens 10, 100, 1000 oder 10000 solche Pixelgruppen aufweisen.
In mindestens einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauelements, insbesondere eines hier beschriebenen Bauelements, wird die Konverterschicht mittels eines Sol-Gel-Verfahrens hergestellt. Zum Beispiel wird ein Sol, das ein strahlungsdurchlässiges und elektrisch leitfähiges Matrixmaterial und Leuchtstoffpartikel umfasst, bereitgestellt. Zur Bildung der Konverterschicht wird eine Solschicht aus dem Sol auf den Halbleiterkörper aufgebracht. Die Solschicht wird anschließend thermisch behandelt, sodass das Sol in ein Gel überführt wird. Die Solschicht kann mittels eines der folgenden Beschichtungsverfahren auf den Halbleiterkörper aufgebracht werden, nämlich durch Sprühen, Tauchen, Rotationsbeschichten, Siebdrucken, Aufrakeln, Strahldrucken, Tintenstrahldrucken oder Aufpinseln. Die Konverterschicht kann zum Beispiel in einem nachfolgenden Verfahrensschritt in eine Mehrzahl von Teilschichten strukturiert werden. Alternativ ist es möglich, dass die Konverterschicht strukturiert auf den Halbleiterkörper aufgebracht wird. Hierfür eignen/eignet sich zum Beispiel ein Druckverfahren und/oder ein lithographisches Verfahren.
Die Konverterschicht oder die Mehrzahl der Teilschichten der Konverterschicht weist insbesondere ein Sol-Gel-Material auf. Das heißt, bei der Auftragung der Konverterschicht auf den Halbleiterkörper befindet sich das Material der Konverterschicht etwa in einem Sol-Zustand. Das Sol umfasst beispielsweise ein Lösungsmittel und elektrisch leitfähige Partikel und/oder elektrisch leitfähige Nanopartikel, die im Lösungsmittel enthalten sind. Insbesondere kann das Sol oder das Lösungsmittel Titanoxidpartikel und/oder Zirkoniumoxidpartikel, etwa TiO2- und/oder ZrO2-Partikel aufweisen. Weiter enthält das Sol bevorzugt die Leuchtstoffpartikel. Nach dem Aufbringen des Sols auf den Halbleiterkörper wird das Sol beispielsweise durch Entzug des Lösungsmittels zu einem Gel destabilisiert. Auf diese Weise ist eine Gel-Schicht auf dem Halbleiterkörper gebildet, die elektrisch leitfähige Partikel, insbesondere elektrisch leitfähige Nanopartikel und Leuchtstoffpartikel enthält. Durch thermische Behandlung des Gels bei Temperaturen zwischen vorzugsweise 80 Grad Celsius und 400 Grad Celsius, etwa zwischen 150 Grad Celsius und 400 Grad Celsius oder zwischen 200 Grad Celsius und 400 Grad Celsius oder zwischen 80 Grad Celsius und 200 Grad Celsius, kann eine glasartige Schicht mit geringerem elektrischem Schichtwiderstand als die die ursprüngliche Gel-Schicht gebildet werden.
Sind die Leuchtstoffpartikel etwa nicht im Nanometerbereich sondern im Mikrometerbereich kann eine Kontur der Konverterschicht durch die Konturen der Leuchtstoffpartikel bestimmt sein. Das Sol-Gel-Material kann eine Haftung zwischen einer Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements und den Leuchtstoffpartikeln vermitteln. Es ist möglich, dass die Leuchtstoffpartikel einen mittleren Durchmesser aufweisen, der größer ist als eine mittlere vertikale Schichtdicke der Konverterschicht ist.
Das hier beschriebene Verfahren ist für die Herstellung eines hier beschriebenen Bauelements besonders geeignet. Die in Zusammenhang mit dem Bauelement beschriebenen Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt. Insbesondere können weitere Partikel der Konverterschicht in der Solschicht enthalten sein.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Bauelements sowie des Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1A bis 4C erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

1A und 1B ein Ausführungsbeispiel für ein Bauelement in Schnittansicht und in Draufsicht auf eine Vorderseite des Bauelements,
1C ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Bauelement in Draufsicht auf eine Vorderseite des Bauelements,
2A, 2B und 2C ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Bauelement in Schnittansicht und in Draufsicht auf eine Vorderseite und eine Rückseite des Bauelements,
3A, 3B und 3C weitere Ausführungsbeispiele für weitere Bauelemente in Schnittansichten, und
4A, 4B und 4C schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele für ein Bauelement oder für eine Anzeigeanordnung.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt werden.
In 1A ist ein Bauelement 10 schematisch in Schnittansicht dargestellt. Das Bauelement 10 weist einen Halbleiterkörper 2 und eine Konverterschicht 3 auf. Der Halbleiterkörper 2 weist eine erste Halbleiterschicht 21 eines ersten Ladungsträgertyps und eine zweite Halbleiterschicht 22 eines zweiten Ladungsträgertyps auf, wobei eine aktive Zone 23 in der vertikalen Richtung zwischen der ersten Halbleiterschicht 21 und 22 angeordnet ist. Im Betrieb des Bauelements 10 ist die aktive Zone 23 insbesondere zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet. Insbesondere ist die aktive Zone 23 eine p-n-Übergangszone.
Zum Beispiel basiert der Halbleiterkörper 2 auf einem III-V- oder II-VI-Verbindungshalbleitermaterial. Die erste Halbleiterschicht 21 und die zweite Halbleiterschicht 22 können jeweils eine oder eine Mehrzahl von dotierten oder undotierten Teilschichten aufweisen. Die erste Halbleiterschicht 21 kann n-seitig oder n-leitend und die zweite Halbleiterschicht 22 p-seitig oder p-leitend ausgeführt sein, oder umgekehrt. Insbesondere bildet der Halbleiterkörper 2 mit der ersten Halbleiterschicht 21, der aktiven Zone 23 und der zweiten Halbleiterschicht 22 eine Diodenstruktur.
Die Konverterschicht 3 ist auf dem Halbleiterkörper 2 angeordnet. Insbesondere grenzt die Konverterschicht 3 an die erste Halbleiterschicht 21 an. Bevorzugt ist die Konverterschicht 3 elektrisch leitfähig ausgeführt. Zum Beispiel steht die Konverterschicht 3 im direkten elektrischen Kontakt mit dem Halbleiterkörper 2, insbesondere mit der ersten Halbleiterschicht 21. Insbesondere ist die Konverterschicht 3 zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 21 des Halbleiterkörpers 2 eingerichtet.
Das Bauelement 10 weist eine vorderseitige Hauptfläche 10F und eine der vorderseitigen Hauptfläche 10F abgewandte rückseitige Hauptfläche 10R auf. In Draufsicht auf die vorderseitige Hauptfläche 10F des Bauelements 10 weist die Konverterschicht 3 eine Mehrzahl von räumlich beabstandeten Teilschichten 30 auf (1B). Die Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 sind lateral beabstandet und können derart eingerichtet sein, dass diese individuell elektrisch kontaktierbar sind.
Zum Beispiel sind die Teilschichten 30 jeweils mit einer Teilregion einer ersten Elektrode 4, insbesondere mit einer Kontaktschicht 41 elektrisch leitend verbunden. Über die Kontaktschichten 41, die insbesondere voneinander elektrisch isoliert sind, können die Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 einzeln mit einer externen Spannungsquelle elektrisch leitend verbunden werden. Die Kontaktschichten 41 sind insbesondere Teilregionen 40 der ersten Elektrode 4 des Bauelements 10. Gemäß 1A ist die erste Elektrode 4 mit den Teilregionen 40 oder den Kontaktschichten 41 auf der vorderseitigen Hauptfläche 10F des Bauelements 10 angeordnet. Das Bauelement weist eine zweite Elektrode 5 auf, die sich insbesondere auf der rückseitigen Hauptfläche 10R des Bauelements 10 befindet. Über die Elektroden 4 und 5 kann das Bauelement 10, insbesondere der Halbleiterkörper 2, extern elektrisch kontaktiert werden.
Gemäß 1A weist das Bauelement 10 einen Träger 1 auf. In lateralen Richtungen kann der Halbleiterkörper 2 von dem Träger 1 lateral vollumfänglich umschlossen sein. Der Träger 1 weist eine Rückseite 1R auf, die bereichsweise die rückseitige Hauptfläche 10R des Bauelements 10 bildet. Der Träger 1 weist eine der Rückseite 1R abgewandte Vorderseite 1F auf, wobei die Vorderseite 1F des Trägers 1 bereichsweise die vorderseitige Hauptfläche 10F des Bauelements 10 bilden kann (1B).
Insbesondere sind die Kontaktschichten 41 der ersten Elektrode 4 jeweils als planare Kontaktschichten ausgebildet, die auf der Vorderseite 1F des Trägers 1 und/oder auf der vorderseitigen Hauptfläche 10F des Bauelements 10, insbesondere ausschließlich auf der Vorderseite 1F des Trägers 1 und/oder auf der vorderseitigen Hauptfläche 10F des Bauelements 10 angeordnet sind. Die Kontaktschichten 41 können jeweils mit einer der Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 im elektrischen Kontakt, insbesondere im direkten elektrischen Kontakt, stehen. Entlang der vertikalen Richtung kann die Kontaktschicht 41 bereichsweise zwischen dem Träger 1 und der Teilschicht 30 angeordnet sein. In Draufsicht auf die vorderseitige Hauptfläche 10F des Bauelements können die Kontaktschichten 41 der ersten Elektrode 4 und der Halbleiterkörper 2 überlappungsfrei sein. Bevorzugt weist der Halbleiterkörper 2 keine Bereiche auf, die in Draufsicht von den Kontaktschichten 41 bedeckt sind.
Gemäß den 1A und 1B bedeckt die Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 in Draufsicht auf die vorderseitige Hauptfläche 10F des Bauelements 10 den Halbleiterkörper 2 bereichsweise. In Draufsicht auf die vorderseitige Hauptfläche 10F kann die Teilschicht 30 die Kontaktschicht 41 und/oder den Träger 1 bereichsweise bedecken. Jede der Teilschichten 30 ist insbesondere genau mit einer der Kontaktschichten 41 elektrisch leitend verbunden, und bevorzugt umgekehrt, sodass die Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 über die separaten Kontaktschichten 41 der ersten Elektrode 4 einzeln elektrisch kontaktierbar ausgeführt sind.
Durch die teilweise Bedeckung des Halbleiterkörpers 2 durch die Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 weist der Halbleiterkörper 2 Teilregionen 2A auf, die von der Teilschicht 30 oder von den Teilschichten 30 bedeckt sind und zumindest eine Teilregion 21 auf, die von den Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 unbedeckt bleibt. Die bedeckte Teilregion 2A des Halbleiterkörpers 2 umfasst insbesondere eine bedeckte Teilregion 21A der ersten Halbleiterschicht 21 und eine bedeckte Teilregion 23A der aktiven Zone 23.
Die unbedeckte Teilregion 21 des Halbleiterkörpers 2 umfasst etwa eine unbedeckte Teilregion 211 der ersten Halbleiterschicht 21 und eine unbedeckte Teilregion 231 der aktiven Zone 23. Im Betrieb des Bauelements 10 werden Ladungsträger über die Teilschichten 30 in die bedeckte Teilregion 21A oder in die bedeckten Teilregionen 21A der ersten Halbleiterschicht 21 eingeprägt, während die unbedeckte Teilregion 211 der ersten Halbleiterschicht 21 aufgrund der vergleichsweise schlechten Querleitfähigkeit des Halbleiterkörpers 2, insbesondere der ersten Halbleiterschicht 21, weiterhin von den Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 elektrisch getrennt bleibt. Mit anderen Worten werden aufgrund der Strukturierung der Konverterschicht 3 und insbesondere aufgrund der Abwesenheit einer insbesondere zusammenhängenden Stromaufweitungsschicht kaum oder keine Ladungsträger in die unbedeckte Teilregion 211 oder in die unbedeckten Teilregionen 211 der ersten Halbleiterschicht 21 eingeprägt.
Die unterhalb der unbedeckten Teilregion 211 der ersten Halbleiterschicht 21 befindliche unbedeckte Teilregion 231 der aktiven Zone 23 bildet somit eine strahlungsinaktive Teilregion 231 der aktiven Zone 23. Die von den Teilschichten 30 überdeckten Teilregionen 23A der aktiven Zone 23 können dagegen strahlungsaktive Teilregionen 23A der aktiven Zone 23 bilden. Abhängig von der elektrischen Kontaktierung der Teilschichten 30 kann der Halbleiterkörper 2 gezielt lokal zum Leuchten gebracht werden. Die Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 sind somit insbesondere zur lokalen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers 2, insbesondere der aktiven Zone 23 und/oder der ersten Halbleiterschicht 21, eingerichtet.
Die Teilregionen 231 der aktiven Zone 23, die nicht von einer Teilschicht 30 der Konverterschicht 3 bedeckt sind, erzeugen im Betrieb des Bauelements 10 keine elektromagnetische Strahlung. Nur die bedeckten Teilregionen 23A der aktiven Zone 23 sind zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung vorgesehen. Insbesondere werden die Ladungsträger nur in den zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen Bereichen des Halbleiterkörpers eingeprägt. Die Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 definieren somit die Strahlungsaustrittsstellen des Bauelements 10. Ein Leck von kurzwelligen Strahlungen, das zum ungewünschten Austreten von UV-Strahlung oder vom blauen Licht führen könnte, kann somit präventiv verhindert werden.
Jede der bedeckten Teilregionen 2A des Halbleiterkörpers 2 kann mit der dazu gehörigen Teilschicht 30 der Konverterschicht 3 einen Pixel P des Bauelements 10 bilden. In Draufsicht sind die benachbarten Pixel P des Bauelements 10 durch die unbedeckte Teilregion 2I oder die unbedeckten Teilregionen 2I des Halbleiterkörpers 2 voneinander getrennt. Es ist möglich, dass der Halbleiterkörper 2 eine einzige zusammenhängende unbedeckte Teilregion 2I aufweist. Es ist weiterhin möglich, dass die einzige zusammenhängende unbedeckte Teilregion 2I an alle bedeckten Teilregionen 2A des Halbleiterkörpers 2 und somit an alle Pixel P des Bauelements 10 angrenzt, insbesondere unmittelbar angrenzt.
Die zweite Elektrode 5 kann an der Rückseite 1R des Trägers 1 oder an der rückseitigen Hauptfläche 10R des Bauelements 10 angeordnet oder elektrisch kontaktierbar sein. Die zweite Elektrode 5 kann als gemeinsame Elektrode für den gesamten Halbleiterkörper 2 beziehungsweise für die gesamte zweite Halbleiterschicht 22 eingerichtet sein. In Draufsicht auf die rückseitige Hauptfläche 10R des Bauelements 10 kann die zweite Elektrode 5 den Halbleiterkörper 2 vollständig bedecken. Zum Beispiel ist die zweite Elektrode 5 strahlungsreflektierend ausgeführt. Die zweite Elektrode 5 kann aus einem Metall wie Silber, Aluminium oder Kupfer gebildet sein. Insbesondere ist die zweite Elektrode 5 ausschließlich an der rückseitigen Hauptfläche 10R des Bauelements 10 zugänglich.
Die Kontaktschichten 41 der ersten Elektrode 4, die insbesondere als planare Kontaktierungsschichten des Bauelements 10 ausgeführt sind, sind zum Beispiel ausschließlich an der vorderseitigen Hauptfläche 10F des Bauelements 10 zugänglich. Der Träger 1 kann Leiterbahnen aufweisen, die mit der ersten Elektrode 4 und/oder mit der zweiten Elektrode 5 des Bauelements 10 elektrisch leitend verbunden sind.
Die Konverterschicht 3 mit den Teilschichten 30 ist zweckmäßig elektrisch leitfähig ausgeführt. Insbesondere weist die Konverterschicht 3 oder die Teilschicht 30 ein elektrisch leitfähiges Matrixmaterial 3M auf. Das elektrisch leitfähige Matrixmaterial 3M ist insbesondere ein strahlungsdurchlässiges und elektrisch leitfähiges Material. Zum Beispiel ist das elektrisch leitfähige Matrixmaterial ein transparentes, elektrisch leitfähiges Metalloxid oder weist Partikel, insbesondere Nanopartikel, aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid auf. Es ist auch möglich, dass das Matrixmaterial 3M ein Silikon aufweist, in dem elektrisch leitfähige Partikel etwa aus Metall und/oder aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Oxid eingebettet sind.
Die Konverterschicht 3 weist Leuchtstoffpartikel 3L auf, die in dem Matrixmaterial 3M eingebettet sind. Die Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 können dasselbe elektrisch leitfähige Matrixmaterial aufweisen. Die Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 können außerdem gleiche oder unterschiedliche Leuchtstoffzusammensetzungen aufweisen. Jede der Teilschichten 30 kann einstückig ausgeführt und von den anderen Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 elektrisch isoliert sein.
Gemäß 3B kann die Konverterschicht 3 mindestens drei Teilschichten 30, insbesondere mit unterschiedlichen Typen von Leuchtstoffpartikeln 3L und/der mit unterschiedlichen Leuchtstoffzusammensetzungen, aufweisen, wobei die mindestens drei Teilschichten 30 in Draufsicht denselben Halbleiterkörper 2, insbesondere dieselbe aktive Zone 23, teilweise bedecken. Die bedeckten Teilregionen 2A des Halbleiterkörpers 2 bilden jeweils mit einer der Teilschichten 30 einen Pixel P des Bauelements 10. Das Bauelement 10 kann eine Pixelgruppe PG aufweisen, die eine Mehrzahl von Pixeln P umfasst. Zum Beispiel bildet die Pixelgruppe PG eine RGB-Pixelgruppe, welche etwa in der 1B schematisch dargestellt ist. Gemäß 1B kann die vorderseitige Hauptfläche 10F des Bauelements 10 durch Oberflächen der ersten Elektrode 4, des Trägers 1, der Konverterschicht 3 und/oder der unbedeckten Teilregion 2I des Halbleiterkörpers 2 gebildet sein.
Neben den Leuchtstoffpartikeln 3L kann die Konverterschicht 3 oder die Teilschicht 30 metallische Zusatzpartikel 3Z aufweisen, die insbesondere zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Konverterschicht 3 in dem Matrixmaterial 3M eingebettet sind. Alternativ oder ergänzend kann die Konverterschicht 3 oder die Teilschicht 30 organische und/oder anorganische Zusatzpartikel 3W aufweisen, die etwa zur Reduzierung innerer mechanischer Verspannungen der Konverterschicht 3 in dem Matrixmaterial 3M eingebettet sind. Weiterhin alternativ oder ergänzend kann die Konverterschicht 3 oder die Teilschicht 30 weitere Partikel 3N aufweisen, die etwa zur Einstellung des Reflexions- und/oder Durchlässigkeitsgrades der Konverterschicht 3 in dem Matrixmaterial 3M eingebettet sind. Solche weiteren Partikel 3N können strahlungsreflektierende Partikel etwa aus Titanoxid gebildet sein.
In der 1B sind lediglich drei Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 dargestellt. Abweichend davon ist es möglich, dass die Konverterschicht 3 mehr als drei Teilschichten 30, etwa mindestens 10, 20, 50, 100 oder mindestens 1000 Teilschichten 30, aufweist.
Das in der 1C dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 1B dargestellten Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 10. Im Unterschied hierzu sind nicht drei Teilschichten 30 sondern vier Teilschichten 30 einer Pixelgruppe PG zugeordnet. Insbesondere ist eine solche Pixelgruppe eine CMYK-Pixelgruppe. Abweichend von der 3C ist es möglich, dass die Konverterschicht 3 mehr als vier Teilschichten 30, etwa mindestens 10, 20, 50, 100 oder mindestens 1000 Teilschichten 30, aufweist.
Das in der 2A dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 1A dargestellte Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 10. Im Unterschied hierzu ist der Träger 1 in der 2A nicht dargestellt. Es ist möglich, dass ein wie in der 2A dargestelltes Bauelement 10 frei von einem solchen Träger 1 ist, der den Halbleiterkörper 2 insbesondere vollumfänglich umschließt. Die zweite Elektrode 5 kann so dick gestaltet sein, dass diese als Träger oder zumindest als temporärer Träger des Bauelements 10 ausgeführt ist.
Im weiteren Unterschied zu der 1A sind sowohl die erste Elektrode 4 als auch die zweite Elektrode 5 an der rückseitigen Hauptfläche 10R des Bauelements 10 zugänglich ausgeführt. Die voneinander lateral beabstandeten Teilregionen 40 der Elektrode 4 sind jeweils als Durchkontaktierungen 42 der ersten Elektrode 4 ausgebildet. Die Durchkontaktierung 42 erstreckt sich entlang der vertikalen Richtung insbesondere durch die zweite Elektrode 5 und den Halbleiterkörper 2 bis zu einer der Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 hindurch. Insbesondere stehen die Durchkontaktierung 42 und die zugehörige Teilschicht 30 im direkten elektrischen Kontakt. Jede der Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 kann über eine Durchkontaktierung 42 an der rückseitigen Hauptfläche 10R des Bauelements 10 extern elektrisch kontaktiert werden. Bis auf die Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 ist das Bauelement 10 insbesondere frei von weiteren elektrisch leitfähigen Schichten, etwa von weiteren Kontaktschichten oder Stromaufweitungsschichten auf der vorderseitigen Hauptfläche 10F. Analog zu der 1A kann ein gemäß 2A ausgebildetes Bauelement 10 frei von Bonddrähten oder Bondverbindungen auf der vorderseitigen Hauptfläche 10F sein, die zu Abschattungseffekten führen könnten. Gemäß 2A kann das Bauelement 10 frei von planaren Kontaktierungsschichten etwa auf der vorderseitigen Hauptfläche 10F sein.
Die Durchkontaktierung 42 erstreckt sich somit durch die zweite Halbleiterschicht 42, die aktive Zone 23 und die erste Halbleiterschicht 21 hindurch bis zu einer Teilschicht 30 der Konverterschicht 3. In lateralen Richtungen ist die Durchkontaktierung 42 von dem Halbleiterkörper 2 und/oder bevorzugt von einer Isolierungsschicht 6 vollständig umschlossen. Die Durchkontaktierung 42 ist über die dazugehörige Teilschicht 30 insbesondere mit der ersten Halbleiterschicht 21 elektrisch leitend verbunden. Es besteht insbesondere kein direkter elektrischer oder physischer Kontakt zwischen dem Halbleiterkörper 2 und der Durchkontaktierung 42.
Gemäß 1A erstreckt sich die Teilschicht 30 oder die Mehrzahl von Teilschichten 30 seitlich über den Halbleiterkörper 2 hinaus. In Draufsicht auf die vorderseitige Hauptfläche 10F des Bauelements 10 befinden sich alle Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 gemäß 2A insbesondere ausschließlich innerhalb des Ausdehnungsbereiches des Halbleiterkörpers 2. Gegebenenfalls bis auf die Stellen der Durchkontaktierung 42 überlappen sich die Teilschichten 30 insbesondere vollständig mit dem Halbleiterkörper 2.
Durch die Anordnung der Teilschichten 30 beziehungsweise durch die strukturierte Konverterschicht 3 ist der Halbleiterkörper 2 in eine Mehrzahl von bedeckten Teilregionen 2A und in eine Teilregion 2I oder in eine Mehrzahl von unbedeckten Teilregionen 2I unterteilt. Die bedeckten Teilregionen 2A bilden die strahlungsaktiven Teilregionen 2A des Halbleiterkörpers 2, wobei die unbedeckte Teilregion 2I eine strahlungsinaktive Teilregion 2I des Halbleiterkörpers 2 bildet.
In 2B ist das Bauelement 10 in Draufsicht auf die vorderseitige Hauptfläche 10F schematisch dargestellt. Das Bauelement 10 weist eine Mehrzahl von Pixelgruppen PG auf. Die vorderseitige Hauptfläche 10F des Bauelements 10 ist insbesondere ausschließlich durch Oberflächen der Teilschichten 30 und der unbedeckten Teilregion 2I des Halbleiterkörpers 2 gebildet. Abweichend davon ist es möglich, dass das Bauelement eine Schutzschicht 7 aufweist, die etwa in der 3B oder 3C dargestellt ist. In diesem Fall kann die vorderseitige Hauptfläche 10F des Bauelements 10 teilweise oder ausschließlich durch eine Oberfläche der Schutzschicht 7 oder ausschließlich durch Oberflächen der Konverterschicht 3 und der Schutzschicht 7 gebildet sein. Die Schutzschicht 7 kann die unbedeckte Teilregion 2I oder die Mehrzahl von unbedeckten Teilregionen 2I und/oder die Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 vollständig bedecken. Insbesondere ist die Schutzschicht 7 aus einem strahlungsdurchlässigen und elektrisch isolierenden Material gebildet.
In 2C ist das Bauelement 10 in Draufsicht auf die rückseitige Hauptfläche 10R dargestellt. Sowohl die erste Elektrode 4 mit den Durchkontaktierungen 42 als auch die zweite Elektrode 5 sind auf der rückseitigen Hauptfläche 10R elektrisch kontaktierbar. Die Durchkontaktierungen 42 sind jeweils von einer Isolierungsschicht 6 lateral vollständig umgeben und sind somit von der zweiten Elektrode 5 elektrisch isoliert. Die Durchkontaktierungen 42 sind bevorzugt individuell elektrisch kontaktierbar. Insbesondere ist jede der Durchkontaktierungen 42 einer der Teilschichten 30 zugeordnet, und bevorzugt umgekehrt.
Das in der 3A dargestellte Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 10 entspricht im Wesentlichen dem in der 1A dargestellte Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 10. Im Unterschied hierzu weist das Bauelement 10 eine Schutzschicht 7 auf. Die Schutzschicht 7 bedeckt in Draufsicht die unbedeckte Teilregion 2I oder die Mehrzahl von unbedeckten Teilregionen 2I des Halbleiterkörpers 2 insbesondere vollständig. Die Schutzschicht 7 kann unmittelbar an die Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 und/oder an den Halbleiterkörper 2 angrenzen. In Draufsicht auf die vorderseitige Hauptfläche 10F kann die Schutzschicht 7 die erste Elektrode 4, insbesondere die Kontaktschichten 41, bereichsweise bedecken. Es ist möglich, dass die Schutzschicht 7 in Draufsicht die Konverterschicht 3, insbesondere alle Teilschichten 30 der Konverterschicht 3, vollständig bedeckt.
Analog zu der 3A entspricht das in der 3B dargestellte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem in der 2A dargestellte Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 10 jedoch mit der Schutzschicht 7.
Das in der 3C dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 3B dargestellte Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 10. Im Unterschied hierzu ist in der 3C der Träger 1 dargestellt. Der in der 3C dargestellte Träger 1 entspricht im Wesentlichen dem in der 1A dargestellten Träger 1. In Draufsicht kann die Schutzschicht 7 den Träger 1, den Halbleiterkörper 2 und/oder die Konverterschicht 3 vollständig bedecken. Gemäß 3C weist das Bauelement 10 eine weitere Isolierungsschicht 8 auf, die den Träger 1 und/oder die zweite Elektrode 5 und/oder den Halbleiterkörper 2 bedeckt, insbesondere vollständig bedeckt. Die Durchkontaktierungen 42 der ersten Elektrode 4 können jeweils durch die weitere Isolierungsschicht 8 hindurch erstrecken. Die rückseitige Hauptfläche 10R des Bauelements 10 kann bereichsweise durch Oberflächen der weiteren Isolierungsschicht 8 gebildet sein. Die weitere Isolierungsschicht 8 dient insbesondere der elektrischen Isolierung zwischen der ersten Elektrode 4 und der zweiten Elektrode 5.
In der 4A ist das Bauelement 10 beziehungsweise eine Anzeigevorrichtung 100 mit dem Bauelement 10 schematisch dargestellt. Das in der 4A dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 1A dargestellte Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist das Bauelement 10 oder die Anzeigevorrichtung 100 eine Mehrzahl von Transistoren 9T auf. Die Transistoren 9T sind jeweils bevorzugt mit einer der Kontaktschichten 41 elektrisch leitend verbunden. Über die Transistoren 9T kann die elektrische Kontaktierung der Teilschichten 30 oder der strahlungsaktiven Teilregionen 23A der aktiven Zone 23 gezielt gesteuert werden.
Die Transistoren 9T können in dem Träger 1 des Bauelements 10 integriert sein. Der Träger 1 des Bauelements 10 kann als Träger 9 der Anzeigevorrichtung 100 ausgebildet sein. In diesem Fall sind die Transistoren 9T in dem Träger 9 der Anzeigevorrichtung 100 integriert.
Das in der 4B dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 4A dargestellten Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 10 oder für eine Anzeigevorrichtung 100. Im Unterschied hierzu weist das Bauelement 10 oder die Anzeigevorrichtung 100 neben dem Träger 1 einen weiteren Träger 9 auf. Das Bauelement 10 ist insbesondere auf dem Träger 9 der Anzeigevorrichtung 100 angeordnet. Die Transistoren 9T können in dem Träger 9 der Anzeigevorrichtung 100 eingebettet oder integriert sein. Der Träger 1 des Bauelements 10 kann einen Durchkontakt 1D oder eine Mehrzahl von Durchkontakten 1D aufweisen, wobei sich der Durchkontakt 1D entlang der vertikalen Richtung durch den Träger 1 hindurch erstreckt. Der Durchkontakt 1D ist insbesondere mit einer der Kontaktschichten 41 der ersten Elektrode 4 elektrisch leitend verbunden. Die Transistoren 9T können in dem Träger 9 der Anzeigevorrichtung 100 eingebettet oder integriert sein. Über die Durchkontakte 1D können die Transistoren 9T jeweils mit einer der Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 elektrisch leitend verbunden werden.
Das in der 4C dargestellte Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 10 oder für eine Anzeigevorrichtung 100 entspricht im Wesentlichen dem in der 3A dargestellten Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 10 oder für eine Anzeigevorrichtung 100. Im Unterschied hierzu weist das Bauelement 10 oder die Anzeigevorrichtung 100 einen weiteren Träger 9 auf. Der in der 4C dargestellte Träger 9 kann analog zu dem in der 4B dargestellte Träger 9 gestaltet sein. Über die Durchkontaktierungen 42 der ersten Elektrode 4 können die Transistoren 9T jeweils mit einer der Teilschichten 30 der Konverterschicht 3 elektrisch leitend verbunden werden. Abweichend von der 4C ist es möglich, dass das Bauelement 10 oder die Anzeigevorrichtung 100 frei von einem Träger 1 ist. Der weitere Träger 9 mit den Transistoren 9T kann als einziger Träger des Bauelements 10 oder der Anzeigevorrichtung ausgebildet sein.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Die Erfindung umfasst vielmehr jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

100: Anzeigevorrichtung
10: Bauelement
10F: vorderseitige Hauptfläche des Bauelements
10R: rückseitige Hauptfläche des Bauelements
1: Träger/ Träger des Bauelements
1D: Durchkontakt
1F: Vorderseite des Trägers
1R: Rückseite des Trägers
2: Halbleiterkörper
2A: bedeckte Teilregion des Halbleiterkörpers
2I: unbedeckte Teilregion des Halbleiterkörpers
21: erste Halbleiterschicht
22: zweite Halbleiterschicht
23: aktive Zone
23A: strahlungsaktiven Teilregionen der aktiven Zone
231: strahlungsinaktive Teilregion der aktiven Zone
3: Konverterschicht
30: Teilschicht der Konverterschicht
3L: Leuchtstoffpartikel
3M: Matrixmaterial
3N: weitere Partikel
3W: organische und/oder anorganische Zusatzpartikel
3Z: metallische Zusatzpartikel
4: erste Elektrode
40: Teilregion der ersten Elektrode
41: Kontaktschicht der ersten Elektrode
42: Durchkontaktierung der ersten Elektrode
5: zweite Elektrode
6: Isolierungsschicht
7: Schutzschicht
8: weitere Isolierungsschicht
9: Träger/ Träger der Anzeigevorrichtung
9T: Transistor
P: Pixel
PG: Pixelgruppe

Claims

Bauelement (10) mit einem Halbleiterkörper (2) und einer Konverterschicht (3), bei dem - die Konverterschicht Leuchtstoffpartikel (3L) und ein elektrisch leitfähiges Matrixmaterial (3M) aufweist, wobei die Leuchtstoffpartikel in dem Matrixmaterial eingebettet sind, - die Konverterschicht auf dem Halbleiterkörper angeordnet ist und eine Mehrzahl von räumlich beabstandeten, individuell elektrisch kontaktierbaren Teilschichten (30) aufweist, und - der Halbleiterkörper eine aktive Zone (23) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung aufweist, wobei die Teilschichten der Konverterschicht zur lokalen elektrischen Kontaktierung der aktiven Zone eingerichtet sind.
Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, das frei von einer zwischen der Konverterschicht (3) und dem Halbleiterkörper (2) angeordneten Stromaufweitungsschicht ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Konverterschicht (3) unmittelbar auf dem Halbleiterkörper (2) angeordnet ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jede der Teilschichten (30) der Konverterschicht (3) eine einstückig ausgebildete Schicht und von den anderen Teilschichten der Konverterschicht elektrisch isoliert ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Konverterschicht (3) mindestens drei Teilschichten (30) mit unterschiedlichen Typen von Leuchtstoffpartikeln (3L) oder mit unterschiedlichen Leuchtstoffzusammensetzungen aufweist, wobei die mindestens drei Teilschichten in Draufsicht dieselbe aktive Zone (23) des Halbleiterkörpers teilweise bedecken.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leuchtstoffpartikel (3L) eine durchschnittliche Partikelgröße zwischen einschließlich 1 nm und 1 µm, insbesondere zwischen einschließlich 1 nm und 10 nm aufweisen.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leuchtstoffpartikel (3L) Quantenpunkte sind, die eine durchschnittliche Partikelgröße zwischen einschließlich 1 nm und 10 nm aufweisen.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die aktive Zone (23) im Betrieb des Bauelements zumindest eine strahlungsinaktive Teilregion (231) und eine Mehrzahl von strahlungsaktiven Teilregionen (23A) aufweist, wobei in Draufsicht auf den Halbleiterkörper - die Konverterschicht (3) und die strahlungsinaktive Teilregion überlappungsfrei sind, und - die strahlungsaktiven Teilregionen von den Teilschichten (30) der Konverterschicht bedeckt sind.
Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die strahlungsinaktive Teilregion (231) und die strahlungsaktiven Teilregionen (23A) einander angrenzende Regionen derselben zusammenhängend ausgebildeten aktiven Zone (23) des Halbleiterkörpers (2) sind.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Matrixmaterial (3M) ein strahlungsdurchlässiges und elektrisch leitfähiges Oxid aufweist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Konverterschicht (3) metallische Zusatzpartikel (3Z) aufweist, die zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Konverterschicht in dem Matrixmaterial (3M) eingebettet sind.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Konverterschicht (3) organische und/oder anorganische Zusatzpartikel (3W) aufweist, die zur Reduzierung innerer mechanischer Verspannungen der Konverterschicht in dem Matrixmaterial (3M) eingebettet sind.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Konverterschicht (3) weitere Partikel (3N) aufweist, die zur Einstellung des Reflexions- und/oder Durchlässigkeitsgrades der Konverterschicht in dem Matrixmaterial (3M) eingebettet sind, wobei die weiteren Partikel aus einem Material gebildet sind, dessen Brechungsindex größer ist als ein Brechungsindex des Matrixmaterials.
Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die weiteren Partikel (3N) Nanopartikel aus Titanoxid und/oder aus Zirkoniumoxid sind.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das auf seiner vorderseitigen Hauptfläche (10F) eine erste Elektrode (4) und auf seiner rückseitigen Hauptfläche (10R) eine zweite gemeinsame Elektrode (5) aufweist, wobei die erste Elektrode eine Mehrzahl von planaren individuellen Kontaktschichten (41) aufweist, die jeweils mit einer der Teilschichten (30) der Konverterschicht (3) elektrisch leitend verbunden sind.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, das auf seiner der Konverterschicht (3) abgewandten Hauptfläche (10R) eine erste Elektrode (4) und eine zweite Elektrode (5) aufweist, wobei die erste Elektrode eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen (42) aufweist, die sich jeweils von der Hauptfläche durch die zweite Elektrode und den Halbleiterkörper (2) hindurch bis zu einer der Teilschichten (30) der Konverterschicht hindurch erstrecken.
Anzeigevorrichtung (100) mit dem Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - eine Teilregion (2A) des Halbleiterkörpers (2) und eine Gruppe aus mindestens drei Teilschichten (30) der Konverterschicht (3) eine Pixelgruppe (P) der Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines beliebigen Farborts bilden, und - eine weitere Teilregion (2A) des Halbleiterkörpers und eine weitere Gruppe aus mindestens drei weiteren Teilschichten (30) der Konverterschicht (3) eine weitere Pixelgruppe (P) der Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines beliebigen Farborts bilden, wobei die Teilregion und die weitere Teilregion (2A) des Halbleiterkörpers zusammenhängend ausgeführt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Bauelements (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Konverterschicht (3) mittels eines Sol-Gel-Verfahrens hergestellt wird.