DE112017004049T5 - Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und ein optoelektronisches Bauelement - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und ein optoelektronisches Bauelement Download PDF

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Darshan Kundaliya
David O'Brien
Britta Göötz
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Abstract

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit den Schritten:
A) Bereitstellen eines Hilfsträgers ;
B) Aufbringen einer Opferschicht auf den Hilfsträger ;
C) Aufbringen einer Konverterschicht auf die Opferschicht , die Quantenpunkte umfasst, die in ein Matrixmaterial oder in ein lumineszierendes Polymer eingebettet sind;
D) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge;
E) optionales Aufbringen einer Klebeschicht auf die Halbleiterschichtenfolge;
F) optionales Bonden der Konverterschicht auf die Halbleiterschichtenfolge mittels einer Klebeschicht , wobei die Halbleiterschichtenfolge dazu konfiguriert ist, Strahlung zu emittieren;
G) Entfernen des Hilfsträgers mittels optischer, mechanischer und/oder chemischer Behandlung und zumindest teilweise Zerstörung der Opferschicht.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und ein optoelektronisches Bauelement.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Es ist allgemein bekannt, Konverterschichten zu verwenden, um von einer Halbleiterschichtenfolge, beispielsweise von einer lichtemittierenden Diode (LED), emittiertes Licht in längere Wellenlängen umzuwandeln, um die Gesamtfarbe des von dem LED Bauteil emittierten Lichts zu beeinflussen. In Abhängigkeit von der Anwendung und der gewünschten Lichtleistung können die Konverterschichten, welche Quantenpunkte enthalten, nur einen Teil des von der Halbleiterschichtenfolge emittierten Lichts wie im Fall von weißen LEDs, konvertieren oder die Konverterschicht kann eine vollständige Umwandlung der von der Halbleiterschichtenfolge emittierten Strahlung bewirken.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements anzugeben, mit dem ein optoelektronisches Bauelement besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Das hergestellte optoelektronische Bauelement eignet sich besonders für warmweiße Beleuchtung mit hohem CRI (Color Rendering Index).
  • Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das mit diesem Verfahren hergestellt wird.
  • Insbesondere wurde das Verfahren im Vergleich zu herkömmlichen Bestückungsprozessen zur Herstellung von Konverterschichten auf einer Halbleiterschichtenfolge unter Verwendung eines neuartigen Ansatzes mit einer Opferschicht vereinfacht.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
    1. A) Bereitstellen eines Hilfsträgers;
    2. B) Aufbringen einer Opferschicht auf den Hilfsträger;
    3. C) Aufbringen einer Konverterschicht auf die Opferschicht, die Quantenpunkte umfasst, die in ein Matrixmaterial oder in ein lumineszierendes Polymer oder ein lumineszierendes Material eingebettet sind;
    4. D) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge;
    5. E) optionales Aufbringen einer Klebeschicht auf die Halbleiterschichtenfolge;
    6. F) optionales Bonden der Konverterschicht auf die Halbleiterschichtenfolge mittels einer Klebeschicht, wobei die Halbleiterschichtenfolge dazu konfiguriert ist, Strahlung zu emittieren;
    7. G) Entfernen des Hilfsträgers mittels optischer, mechanischer und/oder chemischer Behandlung und zumindest teilweise Zerstörung der Opferschicht.
  • Die Schritte E) und F) können optional sein, wenn das Matrixmaterial, in das die Quantenpunkte eingebettet sind, als Klebstoffmaterial verwendet wird. Gemäß einem Aspekt des Verfahrens sind die Schritte nicht optional, wenn das Matrixmaterial nicht als Klebstoff verwendet wird.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens umfasst das Verfahren den Schritt der Bereitstellung eines Hilfsträgers. Der Hilfsträger kann ein Wafer sein. Insbesondere umfasst der Hilfsträger Saphir oder Glas oder besteht aus Saphir oder Glas.
  • Vorzugsweise wird der Hilfsträger unter Verwendung eines Laser-lift-off-Verfahrens entfernt. Ein Laser-lift-off-Verfahren ist beispielsweise in einem der folgenden Dokumente beschrieben, auf dessen Inhalt diesbezüglich hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird: WO 98/14986 , WO 03/065420 .
  • Der Hilfsträger kann für elektromagnetische Strahlung eines Lasers durchlässig sein. Insbesondere wird der Hilfsträger mittels eines Laser-lift-off-Verfahrens entfernt. Der besondere Vorteil ist dabei, dass der Hilfsträger während des Laser-lift-off-Verfahrens im Wesentlichen nicht zerstört wird, so dass der Hilfsträger nach entsprechender Konditionierung optional wiederverwendet werden kann.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens wird der Hilfsträger in Schritt G) durch das Laser-lift-off-Verfahren entfernt.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens wird der Hilfsträger in Schritt G) durch Ätzen oder Schleifen entfernt.
  • In der Regel wird der Hilfsträger in diesem Fall von einer Schnittstelle entfernt, die teilweise von einer Oberfläche des Hilfsträgers gebildet wird. Mit anderen Worten bildet der Hilfsträger im Allgemeinen eine gemeinsame Schnittstelle mit dem Hilfsträger, die nach dem Entfernen des Hilfsträgers frei zugänglich ist.
  • Der Hilfsträger kann Silizium aufweisen oder aus diesem Material bestehen. Bei der Verwendung von Silizium wird der Hilfsträger im Allgemeinen durch Ätzen oder Schleifen entfernt. In diesem Fall wird der Hilfsträger in der Regel zerstört und kann nicht wiederverwendet werden.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens umfasst das Verfahren den Schritt des Aufbringens einer Opferschicht auf den Hilfsträger. Die Opferschicht kann ein organisches oder anorganisches Material sein oder kann aus einem organischen oder anorganischen Material bestehen.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens wird die Opferschicht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: GaN, CeO2, AlN, SiNx, HfO2, Ga2O3.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens wird die Opferschicht durch eines der folgenden Verfahren aufgebracht: Spin-coating, physikalische Dampfabscheidung (PVD), chemische Dampfabscheidung (CVD).
  • Gemäß der Anmeldung, ist unter dem Begriff „auf“ sowohl die direkte Anordnung von Elementen mit einer gemeinsamen Schnittstelle als auch eine indirekte Anordnung, bei der zwischen den übereinander angeordneten Elementen weitere Elemente vorhanden sein können, verstanden. So können beispielsweise zwischen dem Träger und der Opferschicht weitere Schichten angeordnet sein. In analoger Form ist ein Element „zwischen“ einem ersten und einem zweiten Element angeordnet, wenn das Element auf dem ersten Element angeordnet ist und das zweite Element an der dem ersten Element abgewandten Seite des Elements angeordnet ist, wobei „auf“ wie oben beschrieben verstanden wird.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens umfasst das Verfahren den Schritt des Aufbringens einer Konverterschicht auf die Opferschicht, die Quantenpunkte umfasst, die in ein Matrixmaterial oder ein lumineszierendes Polymermaterial oder ein lumineszierendes Material eingebettet sind.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens werden die lumineszierenden Polymere aus der Gruppe ausgewählt, die als oder in einem Matrixmaterial eines zusammengesetzten Verkapselungsmittels gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Nicht einschränkende Beispiele für geeignete lumineszierende Polymere, die in dieser Hinsicht verwendet werden können, umfassen: (i) Polymere auf Perylenbasis, wie gelbes und rotes Lumogen® F(BASF), (ii) konjugierte Polymermischungen, wie grün emittierendes Poly[{9,9-Dioctyl-2,7-divinylenfluorenylen)-alto-co-(2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylen}] (PFPV) und/oder rot emittierendes Poly[1-methoxy-4-(2-Ethylhexyloxy-2,5-phenylenvinylen)] (MEH-PPV); (iii) Zusammengesetzte verkapselte Polymerpunkte (P-Punkte) wie Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-co-(1,4-Benzo {2,1',3}thiadiazol)] (PFBT), Poly(9,9-dio-cytylfluorenyl-2,7-diyl) (PFO), Poly[2-methoxy-5-(2-Ethylhexyloyl)-1,4-(1-cyanovinylenphenylen)] (CN-PPV) und/oder Poly[(9,9-dioctylfluoren)-co-(4,7-di-2-thienyl-)2,1,3-Benzothiadiazol)] (PF-5DTBT; (iv) DCJTB-Farbumwandlungsschichten, wie (4-(Dicyanomethylen)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9)-enyl)-4H-pyran); (v) Europium enthaltende Copolymere wie Poly[UA-MMA-co-Eu (DBM)2(TOPO)2]; (vi) Polysiloxane oder Komposit-Verkapselungsmittel + fluoreszierende Polymere FABD-Polymere wie rot emittierendes Polymer (9,9-Dioctylfluoren (F), Anthracen (A), 2,1,3-Benzothiadiazol (B) und 4,7-Bis(2-thienyl)-2,1,3-Benzothiadiazol (D).
  • Die Konverterschicht, insbesondere die Quantenpunkte, ist (sind) in der Lage, von der Halbleiterschichtenfolge emittiertes Licht in längere Wellenlängen umzuwandeln. In Abhängigkeit von der Anwendung und der gewünschten Lichtleistung können die Quantenpunkte nur einen Teil der Strahlung umwandeln oder die gesamte von der Halbleiterschichtenfolge emittierte Strahlung umwandeln.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens werden die Quantenpunkte ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: InP, CdS, CdSe, InGaAs, GaInP, CuInSe2, ZnSe, ZnS, CdTe, GaSe, AgGaSe2, CuGaSe2, CuGaSe2, ZnGe2.
  • Die Quantenpunkte wandeln beispielsweise blaues Licht, das von der Halbleiterschichtenfolge emittiert wird, in längere Wellenlängen um. Im Allgemeinen sind Quantenpunkte gegenüber Umgebungsbedingungen empfindlich, beispielsweise gegenüber Sauerstoff, Feuchtigkeit und/oder sauren Gasen. Bei den Quantenpunkten handelt es sich insbesondere um Nanopartikel, d. h. die Partikel haben eine Größe im Nanometerbereich, beispielsweise haben die Partikel einen Durchmesser d50, beispielsweise im Bereich zwischen 1 nm als Minimum und 1000 nm als Maximum.
  • Die Quantenpunkte umfassen einen Halbleiterkern, der Konversionseigenschaften aufweist. Insbesondere umfasst oder besteht der Kern der Quantenpunkte aus II/IV- oder III/V-Halbleitern. Der Kern der Quantenpunkte kann durch eine oder mehrere Schichten beschichtet sein. Die Beschichtung kann organisch oder anorganisch sein. Mit anderen Worten, der Kern der Quantenpunkte kann vollständig von weiteren Schichten bedeckt sein.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens können die Quantenpunkte einen durchschnittlichen Durchmesser von 3 nm bis 10 nm, insbesondere von 3 nm bis 5 nm aufweisen. Die Wellenlänge der konvertierten Strahlung kann durch Variation der Größe der Quantenpunkte eingestellt werden. Die Form der Quantenpunkte kann kugelförmig oder stabförmig sein.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens umfasst die Konverterschicht ein Matrixmaterial. Das Matrixmaterial ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silikon, Epoxid und Wachs. Insbesondere ist das Matrixmaterial Silikon.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens umfasst das Verfahren den Schritt des Bereitstellens einer Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge des optoelektronischen Bauelements basiert vorzugsweise auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Das Halbleitermaterial ist vorzugsweise ein Nitridverbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamN oder auch ein Phosphidverbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Das Halbleitermaterial kann ebenfalls AlxGa1-xAs sein, wobei 0 ≤ x ≤ 1. In diesem Fall kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe und zusätzliche Bestandteile umfassen. Der Einfachheit halber werden jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P angegeben, auch wenn diese ausgetauscht werden können und/oder teilweise ergänzt durch geringe Mengen weiterer Stoffe.
  • Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mehreren Quantentopfstrukturen. Während des Betriebs des Halbleiterchips wird in der aktiven Schicht eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Die Wellenlänge der Strahlung liegt vorzugsweise im ultravioletten und/oder sichtbaren Spektralbereich, insbesondere einer Wellenlänge zwischen einschließlich 420 nm und einschließlich 680 nm, beispielsweise zwischen einschließlich 440 nm und 480 nm.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Halbleiterschichtenfolge eine lichtemittierende Diode, kurz LED genannt.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Halbleiterschichtenfolge eine organische lichtemittierende Diode oder kurz OLED.
  • Die Halbleiterschichtenfolge ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie blaues, rotes, grünes, orange, gelbes oder violettes Licht emittiert. Insbesondere ist die Halbleiterschichtenfolge dazu eingerichtet, blaues Licht zu emittieren.
  • Im Falle einer organischen lichtemittierende Diode ist die Halbleiterschichtenfolge ein organischer Funktionsschichtstapel. Der organische Funktionsschichtstapel kann Schichten mit organischen Polymeren, organischen Oligomeren, organischen Monomeren, organischen kleinen nichtpolymeren Molekülen (kleines Molekül) oder Kombinationen davon umfassen. Als Materialien für die organische lichtemittierende Schicht eignen sich Materialien, die eine Strahlungsemission basierend auf Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen, beispielsweise Polyfluoren, Polythiophen oder Polyphenylen oder Derivate, Verbindungen, Mischungen oder Copolymere davon. Der organische Funktionsschichtstapel kann auch eine Vielzahl von organischen lichtemittierenden Schichten umfassen, die zwischen den Elektroden angeordnet sind. Der organische Funktionsschichtstapel kann ferner eine Funktionsschicht umfassen, die die Form einer Lochtransportschicht hat, um eine effektive Lochinjektion in die mindestens eine lichtemittierende Schicht zu ermöglichen. Materialien, die sich für eine Lochtransportschicht als vorteilhaft erweisen können, sind beispielsweise tertiäre Amine, Carbazolderivate, mit Camphersulfonsäure dotiertes Polyanilin oder mit Polystyrolsulfonsäure dotiertes Polyethylendioxythiophen. Der organische Funktionsschichtstapel kann ferner eine Funktionsschicht umfassen, die als Elektronentransportschicht ausgebildet ist. Weiterhin kann der Schichtstapel auch Elektronen- und/oder Lochblockierschichten umfassen.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens kann die Opferschicht als dünner Film ausgebildet werden. Hierin und im Folgenden soll „dünner Film“ bedeuten, dass die Dicke der Opferschicht 100 nm bis 2 µm beträgt, vorzugsweise weniger als 1 Mikrometer.
  • Die dünnen Filme der Opferschichten werden durch mehrere Verfahren auf einem Träger abgeschieden, um eine Vorlage für die nachfolgende Übertragung einer Konverterschicht, insbesondere einer Konverterschicht, die Quantenpunkte oder lumineszierende Polymere umfasst, zu erzeugen. Die Abscheidungsverfahren können Spin-coating, physikalische Dampfabscheidung oder chemische Dampfabscheidung für eine Opferschicht sein.
  • Die Opferschicht kann auch so gewählt werden, dass sie in Wasser oder in einem Lösungsmittel gelöst ist.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens umfasst das Verfahren den Schritt des Aufbringens einer Klebeschicht auf die Halbleiterschichtenfolge. Die Klebeschicht umfasst ein Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Silikon, Epoxid, wachsgefülltem Epoxid. Grundsätzlich sind alle Klebstoffmaterialien geeignet, die für die von der Halbleiterschichtenfolge emittierte und/oder von der Konverterschicht emittierte Strahlung transparent sind. Dieser Schritt kann optional sein, wenn das Matrixmaterial, in das die Quantenpunkte eingebettet sind, als Klebstoffmaterial verwendet wird.
  • Das mehrlagige Stapeln von Quantenpunkten schichtweise wird unter Verwendung einer Standard-Silikonmatrix mit einem Zwischenschritt eines Abhebens mittels Laser oder Chemikalien verbunden.
  • Es könnte auch eine RGB-Mikropixel-Strukturierung unter Verwendung des obigen Transferprozesses anstelle von Mehrschichtstrukturen für eine einzelne große LED in Betracht gezogen werden, beispielsweise indem der Träger zuerst in pixelierte Strukturen strukturiert wird und dann die hier vorgeschlagenen Transfertechniken auf die pixelierte LED-Struktur oder auf eine einzelne LED angewendet werden. Mit anderen Worten ist das Verfahren geeignet, ein einzelnes optoelektronisches Bauelement oder mehrere auf einem Wafer angeordnete optoelektronische Bauelemente herzustellen. Ein derartiger Prozess zum Übertragen von Quantenpunktkonvertern oder Konverterschichten könnte auch auf Waferebene und nicht auf einer Ebene mit einer Einzelschicht-LED denkbar sein.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens werden die Verfahrensschritte A) bis G) noch einmal wiederholt, so dass ein weiß emittierendes optoelektronisches Bauelement entsteht. Das weiß emittierende optoelektronische Bauelement, insbesondere die weiß emittierende anorganische oder organische lichtemittierende Diode, weist einen Stapel aus zwei Konverterschichten auf, wobei die Halbleiterschichtenfolge im Betrieb Strahlung im blauen Wellenlängenbereich emittiert. Die erste Konverterschicht emittiert Strahlung im roten Wellenlängenbereich und die zweite Konverterschicht emittiert im Betrieb Strahlung im grünen Wellenlängenbereich.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens werden die Schritte A) bis G) mindestens zweimal wiederholt, so dass ein optoelektronisches Bauelement hergestellt wird, das einen Stapel von mindestens drei Konverterschichten aufweist. Das Verfahren oder die Schritte A) bis G) können x-mal wiederholt werden, wobei x ≥ 1 ist, um ein optoelektronisches Bauelement herzustellen, das x + 1 Konverterschichten aufweist. Insbesondere die Schritte A) bis G) werden in dieser vorgegebenen Reihenfolge durchgeführt.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens sind die Konverterschichten in einer Hauptemissionsrichtung hinter der Halbleiterschichtenfolge angeordnet und/oder sind dazu eingerichtet, Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche zu emittieren. Alternativ sind die Konverterschichten so konfiguriert, dass sie Strahlung im gleichen Wellenlängenbereich emittieren. Die Konverterschichten sind beispielsweise dazu eingerichtet, Strahlung im blauen, gelben oder roten Spektralbereich zu emittieren, so dass das optoelektronische Bauelement weiße Strahlung emittiert. Die weiße Strahlung ist die Summe der Strahlung der einzelnen Konverterschichten und gegebenenfalls der Halbleiterschichtenfolge. Insbesondere das resultierende weiße Licht ist warmweißes Licht. Zusätzlich enthält das optoelektronische Bauelement einen hohen CRI (Color Rendering Index).
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens werden die Schritte A) bis G) mindestens zweimal wiederholt, so dass ein optoelektronisches Bauelement entsteht, bei dem die Konverterschichten in einer im Querschnitt gesehenen Ebene auf das optoelektronische Bauelement als Strukturen angeordnet sind.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens wird ein weiß emittierendes optoelektronisches Bauelement hergestellt, wobei die erste Konverterschicht so konfiguriert ist, dass sie Strahlung im blauen Wellenlängenbereich emittiert, die zweite Konverterschicht so konfiguriert ist, dass sie Strahlung im roten Wellenlängenbereich emittiert, und die dritte Konverterschicht ist so konfiguriert, dass sie Strahlung im gelben bis grünen Wellenlängenbereich emittiert.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens wird ein weiß emittierendes optoelektronisches Bauelement hergestellt, wobei die erste Konverterschicht konfiguriert ist, um Strahlung im grünen Wellenlängenbereich zu emittieren, die zweite Konverterschicht ist konfiguriert, um Strahlung im roten Wellenlängenbereich zu emittieren und die dritte Konverterschicht ist so konfiguriert, dass sie Strahlung im gelben bis grünen Wellenlängenbereich emittiert. Die Halbleiterschichtenfolge ist dazu eingerichtet, Strahlung im blauen Wellenlängenbereich zu emittieren.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens weist die Konverterschicht oder jede Konverterschicht eine maximale Dicke von 2 µm auf, insbesondere 1 µm bis 2 µm für die vollständige Umwandlung und/oder <1 µm bei Teilkonversion. Teilkonversion bedeutet, dass die Strahlung der Halbleiterschichtenfolge Teil der Strahlung des optoelektronischen Bauelements ist.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, dass mit diesem Verfahren ein weißes, lichtemittierendes optoelektronisches Bauelement mit einem hohen CRI hergestellt werden kann. Dieser Prozess erzeugt einen Stapel eingebetteter Quantenpunkte in einem Matrixmaterial, insbesondere in einer Polymermatrix, über einen Transferprozess.
  • Das Verfahren beschreibt die Durchführbarkeit der Bildung von Mehrfachschichten aus Quantenpunkten, die in eine Polymermatrix eingebettet sind und mittels optischer (Lift-Off), chemischer oder mechanischer Techniken auf optoelektronische Bauelemente, beispielsweise LEDs, übertragen werden. Alle Quantenpunkte-Wellenlängenkonverter weisen eine hohe QE und einen hohen CRI auf. Gegenwärtig gibt es kein Standard-Handhabungssystem für eigenständige Quantenpunkte. Die Vereinfachung des Bestückungsprozesses von Quantenpunkt-Multischichten auf einem optoelektronischen Bauelementchip unter Verwendung eines neuartigen Opferschichtansatzes wird beschrieben.
  • Alternativ kann das optoelektronische Bauelement auch durch lösungsverarbeitete Mehrschichtstrukturen oder Quantenpunkte-LED-Array im Transferdruck hergestellt werden.
  • Die Erfindung betrifft auch ein optoelektronisches Bauelement, das insbesondere mit dem oben genannten Verfahren hergestellt wird. Alle für das Verfahren genannten Ausführungsformen gelten auch für das optoelektronische Bauelement und umgekehrt.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen des hier beschriebenen Verfahrens und Bauelements werden aus den im Zusammenhang mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen ersichtlich.
    In den Figuren:
    • Die 1A bis 1C, 2A bis 2F und 3A bis 3D zeigen eine Schnittdarstellung von optoelektronischen Bauelementen, die mit dem oben genannten Verfahren hergestellt wurden.
  • In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind ähnliche und ähnlich wirkende Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Somit werden die Referenzsymbole wie folgt zugewiesen:
    • 100
    optoelektronisches Bauelement
    11
    (erster) Hilfsträger
    12
    zweiter Hilfsträger
    13
    dritter Hilfsträger
    21
    (erste) Opferschicht
    22
    zweite Opferschicht
    23
    dritte Opferschicht
    31
    (erste) Konverterschicht
    32
    zweite Konverterschicht
    33
    dritte Konverterschicht
    34
    Quantenpunkte
    35
    Matrixmaterial
    4
    Halbleiterschichtenfolge
    51
    (erste) Klebeschicht
    52
    zweite Klebeschicht
    53
    dritte Klebeschicht
  • Die in den Abbildungen dargestellten Elemente und deren gegenseitiges Größenverhältnis sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können die einzelnen Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Die 1A bis 1C zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements, das die erste Konverterschicht umfasst. In 1A ist ein Hilfsträger 11 vorgesehen. Der Hilfsträger kann aus Glas gefertigt sein. Auf dem Hilfsträger 11 ist eine Opferschicht 21, beispielsweise GaN, aufgebracht. Auf die Opferschicht 21 wird eine zum Aussenden von Strahlung ausgebildete Konverterschicht 31 aufgebracht. Nach dem Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge 11, beispielsweise ein anorganisches optoelektronisches Bauelement (LED) oder ein organisches optoelektronisches Bauelement (OLED), wird auf die Halbleiterschichtenfolge 4 eine Klebeschicht 51 aufgebracht. Danach wird die Konverterschicht 31 mittels der Klebeschicht 51 auf die Halbleiterschichtenfolge 4 aufgeklebt.
  • Insbesondere ist die Halbleiterschichtfolge 4 konfiguriert, um Strahlung, insbesondere Strahlung im blauen Wellenlängenbereich, zu emittieren. Danach wird eine optische, mechanische und/oder chemische Behandlung durchgeführt, insbesondere ein Lift-off-Prozess, um die Opferschicht 21 zu zerstören. Insbesondere wird der Hilfsträger 11 durch Schritt G) nicht zerstört. Beim Verlassen des Hilfsträgers 11 verbleibt nur die Quantenpunkte umfassende Konverterschicht und teilweise die Opferschicht 21 auf der Halbleiterschichtenfolge 4. Die Opferschicht 21 kann optional durch Auflöstechniken oder Ätztechniken entfernt werden.
  • 1C zeigt das endgültige optoelektronische Bauelement 100, das eine Halbleiterschichtenfolge 4, eine Klebeschicht 51 und mindestens eine Konverterschicht 31 umfasst. Die Konverterschicht 31 kann nur einen Teil des von der Halbleiterschichtenfolge 4 emittierten Lichts umwandeln oder kann die von der Halbleiterschichtenfolge 4 emittierte Strahlung vollständig umwandeln.
  • Die 2A bis 2F zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 100, das drei Konverterschichten umfasst. Die Konverterschichten sind der Halbleiterschichtenfolge 4 in einer Hauptemissionsrichtung nachgeordnet und insbesondere dazu eingerichtet, Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche zu emittieren.
  • 2A zeigt drei Hilfsträger 11, 12 und 13. Auf jedem Hilfsträger sind eine Opferschicht 21, 22, 23 und eine Konverterschicht 31, 32, 33 angeordnet. Wie in 2B gezeigt, werden der erste Hilfsträger 11 mit der ersten Opferschicht 21 und der erste Konverter 31 auf der Klebeschicht 51 auf der Halbleiterschichtenfolge 4 aufgebracht. Im nächsten Schritt wird die zweite Konverterschicht 32 auf der ersten Konverterschicht 31 aufgebracht, wie in 2C gezeigt. Zwischen den Schritten des Aufbringens der ersten und der zweiten Konverterschicht werden die Hilfsträger mittels Laser-lift-off-Verfahren entfernt, wobei die Opferschicht zerstört wird.
  • 2D zeigt den Schritt des Entfernens des dritten Hilfsträgers 13, so dass sich ein optoelektronisches Bauelement ergibt, wie es in 2E mit der Schichtreihenfolge gezeigt ist:
    • - Halbleiterschichtenfolge 4,
    • - erste Klebeschicht 51,
    • - erste Konverterschicht 31,
    • - erste Opferschicht 21,
    • - zweite Konverterschicht 32,
    • - zweite Opferschicht 22,
    • - dritte Konverterschicht 33,
    • - dritte Opferschicht 23.
  • Die erste Klebeschicht 51 kann optional sein, wenn das Matrixmaterial, in das Quantenpunkte eingebettet sind, auch als Klebstoffmaterial verwendet werden kann.
  • Optional können die Opferschichten durch Auflöstechniken oder Ätztechniken entfernt werden. Optional können weitere Klebeschichten zwischen den Konverterschichten angeordnet sein.
  • 2F zeigt, dass die dritte Opferschicht 23 entfernt wird.
  • Die 3A bis 3D zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements, das drei Konverterschichten umfasst. Die Konverterschichten sind strukturell angeordnet, das heißt die Konverterschichten sind in einer im Querschnitt gesehenen Ebene auf das optoelektronische Bauelement 100 angeordnet. Die Schritte A) bis G) werden dreimal ausgeführt, um ein optoelektronisches Bauelement herzustellen 100, die drei Konverterschichten umfasst. Insbesondere die Konverterschichten sind in einer Ebene angeordnet und emittieren Strahlung gleicher oder unterschiedlicher Wellenlängenbereiche.
  • Die zweite Konverterschicht wird unter Verwendung eines Polymerklebstoffs gebunden, gefolgt von einem Lift-off-Verfahren, um mehrschichtige Quantenpunktkonverter mit zwei verschiedenen Eigenschaften zu erhalten.
  • Die x-Konverter-Schichten werden unter Verwendung eines Polymerklebstoffs verbunden, gefolgt von einem Lift-off-Verfahren, um mehrschichtige Quantenpunktkonverter mit verschiedenen unterschiedlichen Eigenschaften zu erhalten.
  • Die hier offenbarte Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele der Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung ein beliebiges neues Merkmal sowie eine beliebige Kombination von Merkmalen, die insbesondere eine beliebige Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen und eine beliebige Kombination der Merkmale in den Ausführungsbeispielen umfasst, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung 15/236,379 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 9814986 [0009]
    • WO 03/065420 [0009]
    • US 15236379 [0066]

Claims (16)

  1. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements , umfassend die Schritte: A) Bereitstellen eines Hilfsträgers ; B) Aufbringen einer Opferschicht auf den Hilfsträger ; C) Aufbringen einer Konverterschicht auf die Opferschicht , die Quantenpunkte umfasst, die in ein Matrixmaterial oder in ein lumineszierendes Polymer eingebettet sind; D) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge ; E) optionales Aufbringen einer Klebeschicht auf die Halbleiterschichtenfolge ; F) optionales Bonden der Konverterschicht auf die Halbleiterschichtenfolge mittels einer Klebeschicht , wobei die Halbleiterschichtenfolge dazu konfiguriert ist, Strahlung zu emittieren; G) Entfernen des Hilfsträgers mittels optischer, mechanischer und/oder chemischer Behandlung und zumindest teilweise Zerstörung der Opferschicht .
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte A) bis G) noch einmal wiederholt werden, so dass ein weiß emittierendes optoelektronisches Bauelement entsteht, das einen Stapel aus zwei Konverterschichten aufweist, wobei die Halbleiterschichtenfolge Strahlung im blauen Wellenlängenbereich emittiert, wobei die erste Konverterschicht Strahlung im roten Wellenlängenbereich emittiert und die zweite Konverterschicht Strahlung im grünen Wellenlängenbereich im Betrieb emittiert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte A) bis G) mindestens zweimal wiederholt werden, so dass ein optoelektronisches Bauelement hergestellt wird, das einen Stapel von mindestens drei Konverterschichten aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Konverterschichten der Halbleiterschichtenfolge in einer Hauptemissionsrichtung nachgeordnet sind und dazu eingerichtet sind, Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche zu emittieren.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte A) bis G) mindestens zweimal wiederholt werden, so dass ein optoelektronisches Bauelement entsteht, wobei die Konverterschichten in einer im Querschnitt gesehenen Ebene auf dem optoelektronischen Bauelement strukturiert angeordnet sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein weiß emittierendes optoelektronisches Bauelement erzeugt wird, wobei die erste Konverterschicht konfiguriert ist, um Strahlung im grünen Wellenlängenbereich zu emittieren, die zweite Konverterschicht konfiguriert ist, Strahlung im roten Wellenlängenbereich zu emittieren, und die dritte Konverterschicht konfiguriert ist, um Strahlung im gelben Wellenlängenbereich zu emittieren.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die maximale Dicke der Konverterschicht 2 µm beträgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Hilfsträger in Schritt G) durch ein Laser-lift-off Verfahren entfernt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Hilfsträger in Schritt G) durch Ätzen oder Schleifen entfernt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Opferschicht aus einem organischen oder anorganischen Material hergestellt ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Opferschicht ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: GaN, CeO2, AlN, SiNx, HfO2, Ga2O3.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Opferschicht durch eines der folgenden Verfahren aufgebracht wird: Spin-coating, physikalische Dampfabscheidung, chemische Dampfabscheidung.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Quantenpunkte ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: InP, CdS, CdSe, InGaAs, GaInP, CuInSe2, ZnSe, ZnS, CdTe, GaSe, AgGaSe2, CuGaSe2, CuGaSe2, ZnGeP2.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Matrixmaterial oder das Klebstoffmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Silikon, Epoxid, Wachs.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterschichtenfolge eine organische oder anorganische lichtemittierende Diode ist.
  16. Optoelektronisches Bauelement , das nach dem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 hergestellt wird.
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