WO2014108289A1 - Optoelektronischer halbleiterchip - Google Patents

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WO2014108289A1
WO2014108289A1 PCT/EP2013/077199 EP2013077199W WO2014108289A1 WO 2014108289 A1 WO2014108289 A1 WO 2014108289A1 EP 2013077199 W EP2013077199 W EP 2013077199W WO 2014108289 A1 WO2014108289 A1 WO 2014108289A1
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semiconductor chip
active elements
emitting
active
light
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PCT/EP2013/077199
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Britta GÖÖTZ
Wolfgang Mönch
Martin Strassburg
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic
  • Optoelectronic semiconductor chips such as, for example, light-emitting diodes (LEDs)
  • LEDs often have outcoupling elements, such as, for example, a casting with a conversion substance. Conversions convert the radiation emitted by an active layer of the LED into radiation with altered, for example longer, radiation
  • the object of at least one embodiment of the present invention is to provide an optoelectronic semiconductor chip in which the losses due to non-radiative decay processes of excitons are minimized, or almost completely prevented, and thus the luminous efficacy of the optoelectronic semiconductor chip is significantly increased.
  • the task is carried out by an optoelectronic
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises a plurality of active elements, which are arranged at a distance from one another, and a carrier, which is arranged transversely to the active elements.
  • the active elements each have a major axis that is perpendicular to the carrier.
  • the main axes are aligned parallel to each other.
  • the active elements have lateral surfaces, wherein at least one converter material surrounds the multiplicity of active elements on the lateral surfaces.
  • the converter material comprises a conversion substance or a conversion substance and a
  • the active elements each have a central core area which is sheathed in at least two layers.
  • An active layer encases the core area and a cover layer encases the active layer.
  • Core region is formed with a first semiconductor material and the active layer comprises a light-emitting
  • the cover layer is with a second
  • Semiconductor material is formed and has a layer thickness between 0.1 nm and 100 nm.
  • Deviation of parallelism from 0 to 20 g. preferably 0 to
  • the active elements have a greater extent along the main axis than transverse to the main axis. This means that the active elements do not extend the same distance in each spatial direction, but the expansion of the active elements parallel to the main axis is greater than that perpendicular to the main axis.
  • the extent parallel to the main axis of the active elements is 1 to 100 ym, preferably 1 to 50 ym, particularly preferably 1 to 10 ym.
  • the cover layer preferably has a layer thickness between 0.1 nm and 50 nm, particularly preferably a layer thickness between 0.1 nm and 10 nm and very particularly preferably a layer thickness between 0.1 nm and 4 nm.
  • the cover layer preferably has a uniform layer thickness.
  • the active layer and the cover layer are in direct contact with each other.
  • the layer thickness of the cover layer in this embodiment corresponds to the distance between the active layer and the converter material.
  • the cover layer can partially or completely cover the active layer and cover it partially or completely.
  • the distance between the active layer and the converter material is 0.1 to 100 nm
  • nm preferably at 0.1 to 50 nm, more preferably at 0.1 to 10 nm, most preferably at 0.1 to 4 nm.
  • the distance between the active layer and the converter material is between 0.1 and 100 nm, that in the active elements, and in particular in the active element, decays
  • Matrix material or refer to both.
  • Converter material can be used.
  • the transmission of the excitons to the converter material is faster than the non-radiative decay of the excitons in the light-emitting material.
  • Transmission occurs within a period of 1 ps to 10 ns, for example within 1 to 20 ps or 1 to 10 ns. The lifetime of an exciton until the
  • Radiation-free decay is usually 1 ys.
  • the electrons occupying the excited energy levels are preferred
  • T is the operating temperature and k is the
  • Converter material the same multiplicity. This increases the probability of transmission of the excitons and thus of the energy.
  • the adjusted excited energy levels may be first excited singlet and / or triplet states. But it is also conceivable that other energy levels in the
  • the converter material converts the electromagnetic primary radiation at least partially into an electromagnetic secondary radiation. At least
  • Secondary electromagnetic radiation may include one or more wavelengths and / or wavelength ranges in one
  • Secondary radiation be narrowband, that is, the primary radiation and / or the secondary radiation then have a monochrome or approximately monochrome wavelength range.
  • the spectrum of the primary radiation and / or the spectrum of the secondary radiation may alternatively also
  • Wavelength range wherein the mixed-color wavelength range may have a continuous spectrum or a plurality of discrete spectral components with different wavelengths.
  • the primary radiation and the secondary radiation can be
  • the primary radiation can preferably give rise to a blue-colored luminous impression and the secondary radiation can produce a yellowish-colored luminous impression, which can result from spectral components of the secondary radiation in the yellow wavelength range and / or spectral components in the green and red wavelength ranges. It is also possible that the electromagnetic primary radiation completely or almost completely converted into an electromagnetic secondary radiation.
  • Electromagnetic primary radiation is here completely or almost completely by the converter material
  • the emitted radiation of the optoelectronic component according to this embodiment thus corresponds completely or almost completely to the electromagnetic secondary radiation. Under almost
  • Full conversion is a conversion over 90%, especially over 95% to understand.
  • the primary radiation is in the UV range and the secondary radiation gives rise to a blue-colored and yellow-colored luminous impression, which can be caused by spectral components of the secondary radiation in the blue and yellow wavelength range and / or spectral components in the blue, green and red wavelength range.
  • the secondary radiation gives rise to a blue-colored and yellow-colored luminous impression, which can be caused by spectral components of the secondary radiation in the blue and yellow wavelength range and / or spectral components in the blue, green and red wavelength range.
  • the electromagnetic secondary radiation is in a blue to infrared
  • the secondary radiation can then be in the infrared range of the electromagnetic
  • Decay of the excitons in the light emitting material of active layer emitted electromagnetic primary radiation in the UV range to green range, preferably in the UV range to blue range of the electromagnetic spectrum.
  • the light-emitting material of the active layer emits electromagnetic primary radiation in the UV range to green range, preferably in the UV range to blue range of the electromagnetic spectrum.
  • Light-emitting material of the active layer may also be primary electromagnetic radiation in the infrared region or in the red region of the electromagnetic spectrum
  • Light emission either by the third semiconductor material or the converter material can be used.
  • the luminance of the optoelectronic semiconductor chip is increased.
  • Material a material that has a high oscillator strength
  • Transfer converter material It can be about
  • the light-emitting material may also be based on or consist of an I I I / V semiconductor material system.
  • the light-emitting material may also be based on or consist of an I I I / V semiconductor material system.
  • the light-emitting material is AlInGaN.
  • the active elements have a diameter perpendicular to the main axis of the active elements, wherein the minimum distance of the active elements
  • Diameter It is also possible that the distance of the active elements is 20 or 10 ym.
  • the distribution of the active elements on the carrier is uniform according to one embodiment. This means that at least in the context of manufacturing tolerance, the active elements are evenly distributed on the carrier.
  • the active elements are N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl
  • predetermined intervals from each other for example, in a plan view of the opposite side of the carrier of the active elements is a regular
  • Lattice structure such as the structure of a
  • Rectangular grid or a triangular grid recognizable.
  • a random distribution of the active elements is also possible.
  • the converter material completely occupies the spaces between the active elements.
  • the diameter of the active elements perpendicular to their major axis is 1 ym to 2 ym or 2 ym to 4 ym.
  • the converter material is in contact with the cover layer via dipole-dipole interactions
  • the converter material in particular the conversion substance and / or the matrix material, may comprise UV-curing polymers, temperature-curing polymers and / or 2-component polymers or one or more of these polymers
  • the converter material comprises a conversion substance and a matrix material, wherein the conversion substance is homogeneously distributed in the matrix material. It is also possible that the conversion substance has a higher concentration in the region adjacent to the active elements than in regions of the converter material that are further away from the active elements.
  • the matrix material is selected from a group comprising silicones, ester-containing polymers, epoxy-containing polymers, amine-containing polymers, polyacetylene-containing polymers, vinyl-containing polymers, carbazole-containing polymers, acryl-containing polymers, styrene containing polymers and inorganic hybrid materials or combinations thereof.
  • the conversion substance is a light-emitting polymer, an inorganic phosphor, an organic molecule or a transition metal complex.
  • Suitable organic molecules are laser dyes and / or materials which find application in organic light-emitting diodes.
  • the xanthenes can be rhodamines.
  • the perylenes have the following
  • R are selected from the group consisting of H, saturated and unsaturated alkyl radicals, fully or partially substituted saturated and unsaturated alkyl radicals,
  • Aromatics fully or partially substituted aromatics, fused aromatics, in whole or in part
  • the perylene is to
  • organic molecules used in organic light-emitting diodes are:
  • the converter material comprises several conversion substances.
  • Converter material comprise a light-emitting polymer and an inorganic phosphor.
  • the inorganic phosphor may be a quantum dot.
  • a quantum dot is a material structure which, for example, consists of 10 4 atoms.
  • the energy levels are adjustable by the choice of material, the shape and the size of the quantum dots. Because the quantum dots are low Have dimensions, the active elements can be arranged with a small distance from each other.
  • the inorganic phosphor is selected from a group consisting of cadmium selenide,
  • Cadmium oxide, indium oxide, copper indium oxide The
  • Phosphors may be coated with zinc sulfide or zinc selenide.
  • transition metal complexes mono- or polynuclear transition metal complexes with transition metals can be selected as central atom (s). Preference is given to using mononuclear iridium or platinum complexes. preferred
  • Transition metal complexes are iridium complexes. Particularly preferred are iridium complexes.
  • the iridium complexes may have the following structures:
  • the light-emitting polymer has a blue spectral region emitting
  • the light-emitting polymer can absorb an electromagnetic primary radiation in the UV range or in the UV range to blue spectral range and emit blue light through the blue basic skeleton, which in turn is completely or partially from the side chains in
  • the light-emitting polymer comprises a fluorene-containing or a para-phenylene-vinylene-containing polymer.
  • the para-phenylene-vinylene-containing polymer has the formula:
  • R 1, R 2, R 3, R 4, R 5 and R 6 may be the same or different and are selected from the group consisting of H, saturated and unsaturated alkyl radicals, fully or partially substituted saturated and unsaturated radicals
  • x, y, z can be the same or different and 1 ⁇ x, y, z ⁇ 1000.
  • the para-phenylene vinylene-containing polymer has the formula:
  • R 1 ', R 3', R 5 'and R 6' may be the same or different and are selected from the group consisting of H, saturated and unsaturated alkyl radicals, fully or partially substituted saturated and unsaturated
  • Alkyl radicals aromatics, in whole or in part
  • x, y, z can be the same or different and 1 ⁇ x, y, z ⁇ 1000.
  • the para-phenylene vinylene-containing polymer emits secondary electromagnetic radiation in the yellow region of the electromagnetic spectrum.
  • the radicals R1 ', R3', R5 'and R6' are selected from a group comprising heterocycles, fully or partially substituted heterocycles, fused heterocycles, fully or partially substituted fused
  • Heterocycles includes. Particular preference is given to sulfur, nitrogen and / or oxygen-containing
  • para-phenylene vinylene-containing polymer has the following formula
  • x, y, z can be the same or different and 1 ⁇ x, y, z ⁇ 1000.
  • Conversion material and / or the matrix material are electrically conductive.
  • Formed nitride compound semiconductor material so it has a relatively low transverse conductivity.
  • a p-side contacting of the active elements is possible by means of the electrically conductive converter material.
  • the electrically conductive converter material By the electrically conductive converter material, a uniform energization of the active layer of the active elements is possible.
  • the carrier is that element of the optoelectronic semiconductor chip which mechanically supports and supports the plurality of active elements.
  • the carrier can also be that element of the
  • the carrier may be, for example, a
  • the carrier may be made of GaAs, for example,
  • Silicon, glass or sapphire be formed. It is next possible that the carrier at least one of said
  • the carrier is a growth substrate, then the growth substrate remains in the
  • Thinning of the growth substrate that is, a reduction in the thickness of the growth substrate by
  • the carrier can be at least partially radiopaque, radiation-permeable, radiation-reflecting or diffusely scattering. This means that the primary radiation generated in the active elements during operation of the semiconductor chip and / or electromagnetic generated in the converter material
  • Secondary radiation can pass through the carrier or not, or is reflected or scattered at this.
  • the active elements in the form of a cylinder, a truncated cone, a regular truncated pyramid, a regular pyramid with
  • the plurality of active elements is formed by a longitudinally elongated three-dimensional body and, for example, does not have the shape of a planar one
  • the active elements are not a continuous unstructured layer.
  • the first semiconductor material is n-conductive.
  • the first semiconductor material may, for example, be deposited on an n-doped III / V
  • the first semiconductor material is based on an n-doped
  • the first semiconductor material may be based on n-type GaN, InGaN, AlGaN or AlInGaN. It is possible that the first
  • the core regions of the active elements may have the same type of spatial shape as the active elements.
  • the core region may also be the
  • the core region can then be embodied in particular as a solid body, which consists of the first semiconductor material.
  • the core area may have a diameter perpendicular to
  • Major axis of the active elements of 1 nm to 5 ym, preferably from 1 nm to 1 ym, most preferably from 1 nm to 300 nm.
  • the core area can, for example, a
  • Diameter perpendicular to the major axis of the active elements from 40 nm to 100 nm
  • the core region has a
  • Mantle surface which is partially or preferably completely covered by the active layer.
  • the end face of the core region can also be covered at least in places.
  • the core area can be directly to the active layer
  • the active layer preferably has a uniform layer thickness.
  • the layer thickness is 1 to 30 nm, preferably 1 to 10 nm.
  • the second semiconductor material may be a semiconductor material which is based on the same semiconductor material system as the first semiconductor material, but has a different doping.
  • the second semiconductor material may be p-type, for example, the second one is based
  • the multiplicity of active elements can be of similar construction. This means that at least in the context of
  • the active elements are the same design. But it is also possible that the optoelectronic semiconductor chip comprises a plurality of active elements, which are at least partially formed differently. For example, the active elements may differ in their dimensions in parallel and transverse to the major axis.
  • DROOP effect indicates a significant drop in efficiency with increasing current or carrier density.
  • Cross-sectional area of the semiconductor chip is.
  • the active elements are embodied, for example, as "core shell nano- or microrods", ie as core-shell nano- or micro-rods
  • electromagnetic radiation is generated, compared to an optoelectronic semiconductor chip, which has a single active region, e.g. has an active layer, and which is unstructured, for example. In this way, the efficiency of the semiconductor chip is increased. Due to the fact that one described here
  • Optoelectronic semiconductor chip having a plurality of active elements a significant increase in the active area and thus an increase in efficiency under operating conditions is achieved with reduced carrier density. Further, with epitaxial growth of the active elements that are spaced apart from each other, a reduction in the size of a closed two-dimensional layer Tension in the semiconductor material of the active elements can be achieved.
  • Optoelectronic semiconductor chip with two, more than two, more than 100, preferably more than 1000, in particular more than 10,000 or more than 100,000 active elements form.
  • Layers can have cavities.
  • the surfaces of the active layers may also be roughened or provided with a three-dimensional topography. Increasing the active area results in an increase in efficiency under operating conditions at reduced
  • Carrier density Also possible is a fractal
  • the central core region is sheathed in three layers. It is possible that the cover layer is covered with a first contact layer. The cover layer is in this case partially or completely from the first
  • the Contact layer are in particular in direct contact with each other.
  • the first contact layer is in operation for the electromagnetic generated in the active layer
  • cover layer Primary radiation transparent. If the cover layer is covered by a p- formed conductive nitride compound semiconductor material, so it has a relatively low transverse conductivity. The provision of a first contact layer leads to a
  • the first contact layer covers the cover layer, for example as a layer, which is part of the
  • Manufacturing tolerance may have a uniform thickness.
  • the thickness of the first contact layer is 1 to 30 nm, preferably 1 to 10 nm.
  • the converter material is preferably electrically non-conductive
  • the first contact layer is composed of a
  • the bandgap Eg is greater than or equal to the shortest wavelength emitted primary radiation of the active region.
  • Eg is equal to 2.2 eV or 2.0 eV for
  • the band gap Eg is greater than or equal to 4 eV, preferably greater than or equal to 3 eV, particularly preferably greater than or equal to 2.8 eV, with a primary radiation which is in the blue region of the
  • the first contact layer is formed with a transparent conductive oxide.
  • Semiconductor chips is a second contact layer with the
  • Core regions of at least a large part, in particular of all active elements of the optoelectronic semiconductor chip, in direct contact, that is to say all core regions or at least a majority of all core regions are electrically conductively connected via a single common second contact layer. If the core region is n-type, an n-side contacting of the active elements by means of the electrically conductive second contact layer is possible.
  • the second contact layer may in particular at least partially extend in a plane which
  • the active elements are then arranged between the carrier and the second contact layer.
  • At least a majority of the active elements designates at least 75%, preferably at least 85%, in particular at least 95%, of the active elements of the optoelectronic semiconductor chip.
  • Substantially parallel means that the second contact layer extends at least in places in a plane which runs parallel to the carrier within the manufacturing tolerance.
  • the cover layer and the first contact layer or the cover layer and the converter material are separated by a passivation of the electrically conductive second contact layer.
  • the passivation can be done with the core area of the active Elements are in direct contact and is then located on the side facing away from the carrier of the active elements on the lateral surface, for example, in direct contact with the cover layer and the first contact layer or the
  • the passivation may terminate flush with the side of the core region facing away from the carrier and be in direct contact with the second contact layer on its side facing away from the carrier.
  • the passivation for example, by covering the
  • Semiconductor chips is the second contact layer for those generated in the active elements during operation
  • a transmissive second contact layer may be formed, for example, with a transparent conductive oxide.
  • a reflective second contact layer may be metallic,
  • a reflective metal such as silver, gold, titanium, platinum, palladium, tungsten, osmium and / or Aluminum be formed.
  • a reflective metal such as silver, gold, titanium, platinum, palladium, tungsten, osmium and / or Aluminum be formed.
  • the support is preferred
  • radiolucent formed At least a majority of the optoelectronic semiconductor chip in operation
  • radiated electromagnetic radiation is then radiated through the carrier.
  • Optoelectronic semiconductor chip a reflective layer, which is disposed above the carrier on the same side as the plurality of active elements. It is possible that the optoelectronic semiconductor chip a single
  • the reflective layer that connects all the active elements of the optoelectronic semiconductor chip with each other.
  • the active elements can at least in places directly border the reflective layer.
  • the semiconductor chip can be produced particularly cost-effectively, since the required process steps and processes for the production of the optoelectronic semiconductor chip with three-dimensional crystal structures, for example
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of an optoelectronic semiconductor chip described here
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of another optoelectronic device described here
  • a carrier 2 which is, for example, a
  • the active elements 1 are arranged on the carrier 2, the active elements 1 are arranged.
  • elements 1 have, for example, the shape of a cylinder.
  • the active elements 1 are arranged, for example, at the grid points of a regular grid, in the present example a rectangular grid.
  • Each of the active elements 1 comprises a core region 10.
  • the core region 10 is formed with an n-doped GaN-based first semiconductor material.
  • the core region 10 also has the shape of a cylinder.
  • the active layer 11 has the shape of a hollow cylinder, the inner surface is completely with the first
  • the active layer 11 consists of a third polar
  • the active layer 11 is completely encased by a cover layer 12, which is coated with a p-doped GaN-based second
  • the converter material 4 includes, for example
  • a second contact layer 6 is arranged on the side facing away from the carrier 2 on the active elements 1 and parallel to the carrier 2. The second contact layer 6 is connected to the core regions 10 of all active elements 1 of
  • the second contact layer 6 is formed of a reflective metal such as silver.
  • the passivation 3 is located above the side of the active elements 1 and the converter material 4 facing away from the carrier 2.
  • FIG. 2 shows an optoelectronic semiconductor chip with a carrier 2, which is designed to be radiation-reflecting, for example.
  • the active elements 1 are arranged. The active elements 1 are present
  • the shape of a cylinder with hexagonal base For example, the shape of a cylinder with hexagonal base.
  • the active elements 1 are arranged, for example, at the grid points of a regular grid, in the present example a triangular grid.
  • Each of the active elements 1 comprises a core region 10.
  • the core region 10 is formed with an n-doped GaN-based first semiconductor material.
  • the core region 10 also has the shape of a cylinder.
  • the active layer 11 has the shape of a hollow cylinder, the inner surface is completely with the first
  • the active layer 11 consists of a third polar
  • the active layer 11 is completely encased by a cover layer 12, which is coated with a p-doped GaN-based second
  • Semiconductor material is formed.
  • the cover layer 12 is completely covered with a first contact layer 13.
  • the first contact layer 13 is in operation for those generated in the active layer 11
  • the spaces between the active elements 1 are provided with an electrically nonconductive converter material 4
  • the converter material 4 comprises, for example, a light-emitting polymer with one in blue
  • a second contact layer 6 is arranged on the side facing away from the carrier 2 on the active elements 1 and parallel to the carrier 2. The second contact layer 6 is connected to the core regions 10 of all active elements 1 of
  • the second contact layer 6 is for the primary radiation generated in operation in the active elements 1 and by the
  • the second contact layer 6 is formed of ITO.
  • passivation 3 are the active layer, the
  • the passivation 3 is then located on the side facing away from the carrier 2 of the active elements. 1

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Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben, umfassend - eine Vielzahl aktiver Elemente, die beabstandet voneinander angeordnet sind, und - einen Träger, der quer zu den aktiven Elementen angeordnet ist, wobei - die aktiven Elemente jeweils eine Hauptachse aufweisen, die senkrecht zu dem Träger verläuft, - die Hauptachsen parallel zueinander ausgerichtet sind, - zumindest ein Konvertermaterial die Vielzahl aktiver Elemente an den Mantelflächen umgibt, - das Konvertermaterial einen Konversionsstoff oder einen Konversionsstoff und ein Matrixmaterial umfasst - die aktiven Elemente jeweils einen zentralen Kernbereich aufweisen, der mindestens zweischichtig ummantelt ist, wobei eine aktive Schicht den Kernbereich ummantelt und eine Deckschicht die aktive Schicht ummantelt, - wobei der Kernbereich mit einem ersten Halbleitermaterial gebildet ist, - die aktive Schicht ein lichtemittierendes Material umfasst, - die Deckschicht mit einem zweiten Halbleitermaterial gebildet ist, und - die Deckschicht eine Schichtdicke zwischen 0,1 nm und 100 nm aufweist.

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterchip Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2013 100 291.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen
Halbleiterchip. Optoelektronische Halbleiterchips, wie beispielsweise lichtemittierende Dioden (LEDs) , weisen häufig Auskoppelelemente, wie beispielsweise einen Verguss mit einem Konversionsstoff, auf. Konversionsstoffe wandeln die von einer aktiven Schicht der LED emittierte Strahlung in eine Strahlung mit veränderter, beispielsweise längerer
Wellenlänge um. Dabei bilden sich in den aktiven Schichten Exzitonen, die unter Emission von Strahlung zerfallen. Ein Teil der Exzitonen zerfällt jedoch ohne Licht zu emittieren, also strahlungslos. Durch die strahlungslosen
Zerfallsprozesse der Exzitonen in der aktiven Schicht kommt es zu hohen Energieverlusten. Die strahlungslos zerfallenden Exzitonen werden also nicht für die Lichtemission genutzt. Des Weiteren entstehen bei herkömmlichen LEDs Verluste durch Reflexion der von der aktiven Schicht emittierten Strahlung an der Konverteroberfläche und durch die Absorption der emittierten Strahlung durch die Konversionsstoffe und
nachfolgender Phononengeneration .
Aufgabe zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, einen optoelektronischen Halbleiterchip bereitzustellen, bei dem die Verluste durch strahlungslose Zerfallsprozesse von Exzitonen minimiert, beziehungsweise nahezu vollständig verhindert werden und so die Lichtausbeute des optoelektronischen Halbleiterchips erheblich gesteigert wird .
Die Aufgabe wird durch einen optoelektronischen
Halbleiterchip mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen sowie Weiterbildungen der
vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben .
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben. Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst eine Vielzahl aktiver Elemente, die beabstandet voneinander angeordnet sind, und einen Träger, der quer zu den aktiven Elementen angeordnet ist. Die aktiven Elemente weisen jeweils eine Hauptachse auf, die senkrecht zu dem Träger verläuft.
Die Hauptachsen sind parallel zueinander ausgerichtet. Die aktiven Elemente weisen Mantelflächen auf, wobei zumindest ein Konvertermaterial die Vielzahl aktiver Elemente an den Mantelflächen umgibt. Das Konvertermaterial umfasst einen Konversionsstoff oder einen Konversionsstoff und ein
Matrixmaterial. Die aktiven Elemente weisen jeweils einen zentralen Kernbereich auf, der mindestens zweischichtig ummantelt ist. Eine aktive Schicht ummantelt den Kernbereich und eine Deckschicht ummantelt die aktive Schicht. Der
Kernbereich ist mit einem ersten Halbleitermaterial gebildet und die aktive Schicht umfasst ein lichtemittierendes
Material. Die Deckschicht ist mit einem zweiten
Halbleitermaterial gebildet und weist eine Schichtdicke zwischen 0,1 nm und 100 nm auf.
Dass die Hauptachsen der aktiven Elemente parallel zueinander ausgerichtet sind, heißt, dass die Hauptachsen der aktiven Elemente im Rahmen der Herstellungstoleranz parallel
zueinander ausgerichtet sind. Die Hauptachsen zeigen eine
Abweichung der Parallelität von 0 bis 20 g. bevorzugt 0 bis
10 g. besonders bevorzugt 0 bis 5 o
o ·
Gemäß einer Ausführungsform weisen die aktiven Elemente entlang der Hauptachse eine größere Ausdehnung auf als quer zur Hauptachse. Das heißt, dass sich die aktiven Elemente nicht in jede Raumrichtung gleich weit erstrecken, sondern die Ausdehnung der aktiven Elemente parallel zur Hauptachse größer als die senkrecht zur Hauptachse.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Ausdehnung parallel zur Hauptachse der aktiven Elemente 1 bis 100 ym, bevorzugt 1 bis 50 ym, besonders bevorzugt 1 bis 10 ym.
Bevorzugt weist die Deckschicht eine Schichtdicke zwischen 0,1 nm und 50 nm, besonders bevorzugt eine Schichtdicke zwischen 0,1 nm und 10 nm und ganz besonders bevorzugt eine Schichtdicke zwischen 0,1 nm und 4 nm auf. Im Rahmen der
Herstellungstoleranz weist die Deckschicht vorzugsweise eine gleichmäßige Schichtdicke auf.
Gemäß einer Ausführungsform stehen die aktive Schicht und die Deckschicht in direktem Kontakt zueinander. Die Schichtdicke der Deckschicht entspricht in dieser Ausführungsform dem Abstand der aktiven Schicht zu dem Konvertermaterial.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Deckschicht die aktive Schicht teilweise oder vollständig ummanteln und dabei teilweise oder vollständig bedecken. Gemäß einer Ausführungsform liegt der Abstand der aktiven Schicht zu dem Konvertermaterial bei 0,1 bis 100 nm,
bevorzugt bei 0,1 bis 50 nm, besonders bevorzugt bei 0,1 bis 10 nm, ganz besonders bevorzugt bei 0,1 bis 4 nm.
Liegt der Abstand der aktiven Schicht zu dem Konvertermaterial zwischen 0,1 und 100 nm zerfallen die, in den aktiven Elementen und dort insbesondere in dem
lichtemittierenden Material der aktiven Schicht gebildeten Exzitonen zum Teil unter Emission einer elektromagnetischen Primärstrahlung und zum Teil werden die gebildeten Exzitonen auf das Konvertermaterial über Dipol-Dipol-Wechselwirkungen übertragen . Hier und im Folgenden können sich Eigenschaften des
Konvertermaterials auf den Konversionsstoff, das
Matrixmaterial oder auf beide beziehen.
Die strahlungslosen Zerfälle der Exzitonen in dem
lichtemittierenden Material können vollständig
beziehungsweise nahezu vollständig unterbunden werden, da die Exzitonen, bevor sie strahlungslos zerfallen, aufgrund der Nähe des Konvertermaterials auf dieses übertragen werden. Die so übertragenen Exzitonen können in dem Konvertermaterial dann unter Emission einer elektromagnetischen
Sekundärstrahlung strahlend zerfallen. Es ist auch möglich, dass die so übertragenen Exzitonen teilweise beispielsweise von dem Matrixmaterial auf den Konversionsstoff übertragen werden und erst dann unter Emission der elektromagnetischen Sekundärstrahlung zerfallen. Energieverluste können somit weitgehend unterbunden werden, da die Exzitonen, die in herkömmlichen optoelektronischen Bauelementen strahlungslos zerfallen, zur Emission von Sekundärstrahlung in dem
Konvertermaterial genutzt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Übertragung der Exzitonen auf das Konvertermaterial schneller als der strahlungslose Zerfall der Exzitonen in dem lichtemittierenden Material. Somit können folglich konkurrierende Verlustprozesse
weitgehend unterbunden werden. Es ist möglich, dass die
Übertragung innerhalb einer Zeitspanne von 1 ps bis 10 ns, beispielsweise innerhalb von 1 bis 20 ps oder 1 bis 10 ns erfolgt. Die Lebensdauer eines Exzitons bis zum
strahlungslosen Zerfall beträgt üblicherweise 1 ys .
Es ist möglich, dass durch die schnelle Übertragung der Exzitonen, deren Verweildauer in dem lichtemittierenden
Material gesenkt wird und somit schneller weitere Exzitonen gebildet werden können. Dadurch stehen innerhalb einer gewissen Zeitspanne mehr Exzitonen, die zur Emission von elektromagnetischer Primär- und Sekundärstrahlung genutzt werden können, zur Verfügung. Dadurch kann die Lichtausbeute und die Leuchtdichte des optoelektronischen Halbleiterchips erheblich gesteigert werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterchips weisen das Konvertermaterial und das lichtemittierende Material
angeregte besetzte Energieniveaus auf. Die Elektronen, die die angeregten Energieniveaus besetzen sind bevorzugt
Bestandteil der Exzitonen, die von dem lichtemittierenden Material auf das Konvertermaterial übertragen werden. Die besetzten angeregten Energieniveaus des lichtemittierenden
Materials, dessen Elektronen Bestandteil der zu übertragenden Exzitonen sind, können energetisch über den besetzten
angeregten Energieniveaus des Konvertermaterials, dessen Elektronen Bestandteil der übertragenden Exzitonen sind, liegen. Es ist auch möglich, dass die Lage der besetzten angeregten Energieniveaus des lichtemittierenden Materials, dessen Elektronen Bestandteil der zu übertragenden Exzitonen sind und der besetzten angeregten Energieniveaus des
Konvertermaterials, dessen Elektronen Bestandteil der
übertragenen Exzitonen sind, gleich ist. Gleich bedeutet, dass die Lage der Energieniveaus um maximal 2 χ kT eV
verschieden ist. T ist die Betriebstemperatur und k die
Boltzmann Konstante. Insbesondere weisen die so angepassten Energieniveaus des lichtemittierenden Materials und des
Konvertermaterials die gleiche Multiplizität auf. So steigt die Wahrscheinlichkeit für die Übertragung der Exzitonen und somit der Energie.
So ist eine effiziente Exzitonenübertragung von dem
lichtemittierenden Material der aktiven Schicht auf das
Konvertermaterial möglich. Bevorzugt liegen die besetzten angeregten Energieniveaus des lichtemittierenden Materials, dessen Elektronen Bestandteil der zu übertragenden Exzitonen sind, energetisch über den besetzten angeregten
Energieniveaus des Konvertermaterials, dessen Elektronen Bestandteil der übertragenden Exzitonen sind, da so eine RückÜbertragung der Exzitonen von dem Konvertermaterial auf das lichtemittierende Material wenig wahrscheinlich ist.
Die angepassten angeregten Energieniveaus können erste angeregte Singulett- und/oder Triplettzustände sein. Es ist aber auch denkbar, dass andere Energieniveaus bei der
Energie- oder Exzitonenübertragung beteiligt sind.
Gemäß einer Ausführungsform konvertiert das Konvertermaterial die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung. Zumindest
teilweise bedeutet, dass die elektromagnetische
Primärstrahlung zumindest teilweise von dem Konvertermaterial absorbiert und als elektromagnetische Sekundärstrahlung mit einem von der elektromagnetischen Primärstrahlung
verschiedenen Wellenlängenbereich emittiert wird. Die
elektromagnetische Primärstrahlung und/oder
elektromagnetische Sekundärstrahlung können eine oder mehrere Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche in einem
infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich umfassen, insbesondere in einem sichtbaren Wellenlängenbereich. Dabei können die Spektren der Primärstrahlung und/oder der
Sekundärstrahlung schmalbandig sein, das heißt, dass die Primärstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung dann einen einfarbigen oder annähernd einfarbigen Wellenlängenbereich aufweisen. Das Spektrum der Primärstrahlung und/oder das Spektrum der Sekundärstrahlung kann alternativ auch
breitbandig sein, das heißt, dass die Primärstrahlung
und/oder die Sekundärstrahlung einen mischfarbigen
Wellenlängenbereich aufweisen kann, wobei der mischfarbige Wellenlängenbereich ein kontinuierliches Spektrum oder mehrere diskrete spektrale Komponenten mit verschiedenen Wellenlängen aufweisen kann. Die Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung können
überlagert einen weißfarbigen Leuchteindruck erwecken. Dazu kann die Primärstrahlung vorzugsweise einen blaufarbigen Leuchteindruck erwecken und die Sekundärstrahlung einen gelbfarbigen Leuchteindruck, der durch spektrale Komponenten der Sekundärstrahlung im gelben Wellenlängenbereich und/oder spektrale Komponenten im grünen und roten Wellenlängenbereich entstehen kann. Es ist auch möglich, dass die elektromagnetische Primärstrahlung vollständig oder nahezu vollständig in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung konvertiert. Die
elektromagnetische Primärstrahlung wird hierbei vollständig oder nahezu vollständig durch das Konvertermaterial
absorbiert und in Form einer elektromagnetischen
Sekundärstrahlung emittiert. Die emittierte Strahlung des optoelektronischen Bauelements gemäß dieser Ausführungsform entspricht somit vollständig oder nahezu vollständig der elektromagnetischen Sekundärstrahlung. Unter nahezu
vollständiger Konversion ist eine Konversion über 90 %, insbesondere über 95 % zu verstehen.
Es ist möglich, dass die Primärstrahlung im UV-Bereich liegt und die Sekundärstrahlung einen blaufarbigen und gelbfarbigen Leuchteindruck erweckt, der durch spektrale Komponenten der Sekundärstrahlung im blauen und im gelben Wellenlängenbereich und/oder spektrale Komponenten im blauen, grünen und roten Wellenlängenbereich entstehen kann. Hier kann die
Sekundärstrahlung einen weißfarbigen Leuchteindruck erwecken.
Gemäß einer Ausführungsform liegt die elektromagnetische Sekundärstrahlung in einem blauen bis infraroten
Wellenlängenbereich .
Die Primärstrahlung kann gemäß einer Ausführungsform im infraroten Bereich oder im roten Bereich des
elektromagnetischen Spektrums liegen. Die Sekundärstrahlung kann dann im infraroten Bereich des elektromagnetischen
Spektrums liegen.
Gemäß einer Ausführungsform wird durch den strahlenden
Zerfall der Exzitonen in dem lichtemittierenden Material der aktiven Schicht eine elektromagnetische Primärstrahlung im UV-Bereich bis grünen Bereich, bevorzugt im UV-Bereich bis blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Mit anderen Worten emittiert das lichtemittierende Material der aktiven Schicht elektromagnetische Primärstrahlung im UV- Bereich bis grünen Bereich, bevorzugt im UV-Bereich bis blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Das
lichtemittierende Material der aktiven Schicht kann auch elektromagnetische Primärstrahlung im infraroten Bereich oder im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums
emittieren .
Neben der Absorption der elektromagnetischen Primärstrahlung und nachfolgender Konversion zu einer elektromagnetischen Sekundärstrahlung wird auch durch den Zerfall der auf das Konvertermaterial übertragenden Exzitonen eine
elektromagnetische Sekundärstrahlung emittiert, die der oben genannten entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform ist das lichtemittierende
Material ein drittes Halbleitermaterial. In den
Halbleitermaterialien gebildete Exzitonen weisen eine geringe Lebensdauer auf bevor sie strahlend zerfallen. Dadurch können schneller weitere Exzitonen gebildet werden, die zur
Lichtemission entweder durch das dritte Halbleitermaterial oder das Konvertermaterial genutzt werden können. Somit wird die Leuchtdichte des optoelektronischen Halbleiterchips erhöht .
Gemäß einer Ausführungsform ist das lichtemittierende
Material ein Material, das eine hohe Oszillatorstärke
aufweist. Diese Materialien besitzen dadurch eine längere Reichweite der Förster-Wechselwirkung, d.h. es werden mehr Exzitonen von dem lichtemittierenden Material auf das
Konvertermaterial übertragen. Es kann sich dabei um
Mischoxide, -selenide und -sulfide von Gruppe IIA und IIB- Metallen handeln. Beispielsweise wird (Zn,Mg,Cd)0, (Zn,Cd)Se oder (Zn,Cd,Mg)S eingesetzt.
Es ist auch möglich, als lichtemittierendes Material InGaAlP oder InGaAs einzusetzen. Beispielsweise kann das lichtemittierende Material auch auf einem I I I /V-Halbleitermaterialsystem basieren oder daraus bestehen. Beispielsweise basiert das lichtemittierende
Material auf einem Nitridhalbleitermaterialsystem oder besteht daraus. Insbesondere kann das lichtemittierende
Material auf GaN, InGaN, AlGaN oder AlInGaN basieren oder daraus bestehen. Bevorzugt besteht das lichtemittierende Material aus AlInGaN.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Exzitonen des
lichtemittierenden Materials der aktiven Schicht und das Konvertermaterial Übergangsdipolmomente auf, die parallel zueinander ausgerichtet sind. So ist eine effiziente
Übertragung der Exzitonen auf das Konvertermaterial möglich. Gemäß einer Ausführungsform weisen die aktiven Elemente einen Durchmesser senkrecht zur Hauptachse der aktiven Elemente auf, wobei der minimale Abstand der aktiven Elemente
untereinander doppelt so groß ist wie deren größter
Durchmesser. Es ist auch möglich, dass der Abstand der aktiven Elemente 20 oder 10 ym ist.
Die Verteilung der aktiven Elemente auf dem Träger ist gemäß einer Ausführungsform gleichmäßig. Dies bedeutet, dass zumindest im Rahmen der Herstellungstoleranz die aktiven Elemente auf dem Träger gleichmäßig verteilt sind.
Gemäß einer Ausführungsform sind die aktiven Elemente
beispielsweise nach Art eines regelmäßigen Gitters
angeordnet, das heißt die aktiven Elemente sind in
vorgegebenen Abständen zueinander angeordnet, beispielsweise in einer Draufsicht auf die von dem Träger gegenüberliegende Seite der aktiven Elemente ist eine regelmäßige
Gitterstruktur, wie beispielsweise die Struktur eines
Rechteckgitters oder eines Dreieckgitters erkennbar. Es ist jedoch auch eine zufällige Verteilung der aktiven Elemente möglich .
Gemäß einer Ausführungsform nimmt das Konvertermaterial die Zwischenräume zwischen den aktiven Elementen vollständig ein.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt der Durchmesser der aktiven Elemente senkrecht zu deren Hauptachse 1 ym bis 2 ym oder 2 ym bis 4 ym.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Konvertermaterial mit der Deckschicht über Dipol-Dipol Wechselwirkungen,
elektrostatische Wechselwirkung, Wasserstoffbrückenbindungen, van der Waals-Wechselwirkungen, sterische Wechselwirkungen, entropische Wechselwirkungen oder über kovalente Bindungen miteinander verbunden.
Das Konvertermaterial, insbesondere der Konversionsstoff und/oder das Matrixmaterial kann UV-aushärtende Polymere, temperaturaushärtende Polymere und/oder 2-Komponentenpolymere umfassen oder aus einem oder mehreren dieser Polymere
bestehen . Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Konvertermaterial einen Konversionsstoff und ein Matrixmaterial, wobei der Konversionsstoff homogen in dem Matrixmaterial verteilt ist. Es ist auch möglich, dass der Konversionsstoff im Bereich angrenzend an die aktiven Elemente eine höhere Konzentration aufweist als in Bereichen des Konvertermaterials, die sich weiter entfernt von den aktiven Elementen befinden. Gemäß einer Ausführungsform ist das Matrixmaterial ausgewählt aus einer Gruppe, die Silikone, Ester-haltige Polymere, Epoxid-haltige Polymere, Amin-haltige Polymere, Polyacetylen- haltige Polymere, Vinyl-haltige Polymere, Carbazol-haltige Polymere, Acryl-haltige Polymere, Styrol-haltige Polymere und anorganische Hybridmaterialien oder Kombinationen daraus umfasst .
Gemäß einer Ausführungsform ist der Konversionsstoff ein lichtemittierendes Polymer, ein anorganischer Leuchtstoff, ein organisches Molekül oder ein Übergangsmetallkomplex.
Als organische Moleküle eigenen sich Laserfarbstoffe und/oder Materialien, die in organischen Leuchtdioden Anwendung finden .
Das organische Molekül kann in einer Ausführungsform aus einer Gruppe von Laserfarbstoffen ausgewählt sein, die
Perylene, Cumarine und Xanthene oder Kombinationen daraus umfasst .
Bei den Xanthenen kann es sich um Rhodamine handeln. In einer Ausführungsform weisen die Perylene folgende
Struktur auf
Figure imgf000015_0001
wobei R' ' aus einer Gruppe ausgewählt sind, die H, gesättigte und ungesättigte Alkylreste, vollständig oder teilweise substituierte gesättigte und ungesättigte Alkylreste,
Aromaten, vollständig oder teilweise substituierte Aromaten, kondensierte Aromaten, vollständig oder teilweise
substituierte kondensierte Aromaten, Heterocyclen,
vollständig oder teilweise substituierte Heterocyclen, kondensierte Heterocyclen, vollständig oder teilweise
substituierte kondensierte Heterocyclen umfasst.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Perylen um
Figure imgf000016_0001
Beispiele für organische Moleküle, die in organischen Leuchtdioden Anwendung finden, sind:
Figure imgf000016_0002
(TTPA) ,
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0002
Figure imgf000017_0003
Es ist auch möglich, dass das Konvertermaterial mehrere Konversionsstoffe umfasst. Beispielsweise kann das
Konvertermaterial ein lichtemittierendes Polymer und einen anorganischen Leuchtstoff umfassen.
Der anorganische Leuchtstoff kann ein Quantenpunkt sein. Bei einem Quantenpunkt handelt es sich um eine Materialstruktur die beispielsweise aus 104 Atomen besteht. Hier sind die Energieniveaus durch die Materialwahl, die Form und die Groß der Quantenpunkte einstellbar. Da die Quantenpunke geringe Ausmaße aufweisen, können die aktiven Elemente mit einem geringen Abstand zueinander angeordnet werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der anorganische Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt, die Cadmiumselenid,
Cadmiumsulfid, Indiumphoshid, Kupferindiumphosphid,
Cadmiumoxid, Indiumoxid, Kupferindiumoxid umfasst. Die
Leuchtstoffe können mit Zinksulfid oder Zinkselenid umhüllt sein .
Als Übergangsmetallkomplexe können mono- oder polynucleare Übergansmetallkomplexe mit Übergangsmetallen als Zentralatom/ Zentralatome ausgewählt sein. Bevorzugt werden mononucleare Iridium- oder Platinkomplexe eingesetzt. Bevorzugte
Übergangsmetallkomplexe sind Iridiumkomplexe. Besonders bevorzugt sind Iridiumkomplexe. Die Iridiumkomplexe können folgende Strukturen aufweisen:
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0002
(Ir (ppy) 2 (acac) ) ,
Figure imgf000019_0001
(Ir (piq) 3) ·
Es ist ein Konversionsstoff möglich, der die
elektromagnetische Sekundärstrahlung aufgrund von
Phosphoreszenz und/oder Fluoreszenz emittiert.
Gemäß einer Ausführungsform weist das lichtemittierende Polymer ein im blauen Spektralbereich emittierendes
Grundgerüst und im roten und/oder grünen und/oder gelben und/oder orangen Spektralbereich emittierende Seitenketten auf. Beispielsweise kann das lichtemittierende Polymer eine elektromagnetische Primärstrahlung im UV-Bereich oder im UV- Bereich bis blauen Spektralbereich absorbieren und durch das blaue Grundgerüst blaues Licht emittieren, welches wiederum vollständig oder teilsweise von den Seitenketten in
Sekundärstrahlung im roten und/oder grünen und/oder gelben und/oder orangen Spektralbereich emittiert wird. Es können auch Exzitonen des lichtemittierenden Materials der aktiven Schicht auf das blaue Grundgerüst übertragen werden, die wiederum auf die Seitenketten des Polymers übertragen werden und dort unter Emission einer elektromagnetischen
Sekundärstrahlung im roten und/oder grünen und/oder gelben und/oder orangen Spektralbereich zerfallen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das lichtemittierende Polymer ein Fluoren-haltiges oder ein para-Phenylen-vinylen- haltiges Polymer. Gemäß einer Ausführungsform weist das para-Phenylen-vinylen- haltige Polymer folgende Formel auf:
Figure imgf000020_0001
wobei Rl, R2, R3, R4, R5 und R6 gleich oder unterschiedlich gewählt sein können und aus einer Gruppe ausgewählt sind, die H, gesättigte und ungesättigte Alkylreste, vollständig oder teilweise substituierte gesättigte und ungesättigte
Alkylreste, Alkoxygruppen, Amine, Amide, Ester, Aromaten, vollständig oder teilweise substituierte Aromaten,
kondensierte Aromaten, vollständig oder teilweise
substituierte kondensierte Aromaten, Heterocyclen,
vollständig oder teilweise substituierte Heterocyclen, kondensierte Heterocyclen, vollständig oder teilweise
substituierte kondensierte Heterocyclen umfasst.
x, y, z können gleich oder unterschiedlich gewählt sein und 1 < x, y, z < 1000.
Gemäß einer Ausführungsform weist das para-Phenylen- vinylenhaltige Polymer folgende Formel auf:
Figure imgf000021_0001
wobei Rl ' , R3 ' , R5 ' und R6 ' gleich oder unterschiedlich gewählt sein können und aus einer Gruppe ausgewählt sind, die H, gesättigte und ungesättigte Alkylreste, vollständig oder teilweise substituierte gesättigte und ungesättigte
Alkylreste, Aromaten, vollständig oder teilweise
substituierte Aromaten, kondensierte Aromaten, vollständig oder teilweise substituierte kondensierte Aromaten,
Heterocyclen, vollständig oder teilweise substituierte
Heterocyclen, kondensierte Heterocyclen, vollständig oder teilweise substituierte kondensierte Heterocyclen umfasst. x, y, z können gleich oder unterschiedlich gewählt sein und es gilt 1 < x, y, z < 1000.
Gemäß einer Ausführungsform emittiert das para-Phenylen- vinylen-haltige Polymer elektromagnetische Sekundärstrahlung im gelben Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Bevorzugt sind die Reste Rl ' , R3 ' , R5 ' und R6 ' ausgewählt aus einer Gruppe, die Heterocyclen, vollständig oder teilweise substituierte Heterocyclen, kondensierte Heterocyclen, vollständig oder teilweise substituierte kondensierte
Heterocyclen umfasst. Besonders bevorzugt handelt es sich um schwefel-, Stickstoff- und/oder sauerstoffhaltige
Heterocyclen. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich um schwefel- oder stickstoffhaltige Heterocyclen. Gemäß einer Ausführungsform weist das para-Phenylen- vinylenhaltige Polymer folgende Formel auf
Figure imgf000022_0001
wobei x, y, z gleich oder unterschiedlich gewählt sein können und 1 < x, y, z < 1000.
Es ist möglich, dass das Konvertermaterial, also der
Konversionsstoff und/oder das Matrixmaterial elektrisch leitend sind. Ist die Deckschicht mit einem p-leitenden
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet, so weist sie eine relativ geringe Querleitfähigkeit auf. Eine p-seitige Kontaktierung der aktiven Elemente ist mittels des elektrisch leitenden Konvertermaterials möglich. Durch das elektrisch leitende Konvertermaterial ist eine gleichmäßige Bestromung der aktiven Schicht der aktiven Elemente möglich.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Träger dasjenige Element des optoelektronischen Halbleiterchips, das die Vielzahl aktiver Elemente mechanisch trägt und stützt. Somit kann der Träger beispielsweise auch dasjenige Element des
optoelektronischen Halbleiterchips sein, welches die Vielzahl aktiver Elemente miteinander verbindet. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um ein
Aufwachssubstrat für zumindest Teile der aktiven Elemente handeln. Der Träger kann dazu beispielsweise aus GaAs,
Silizium, Glas oder Saphir gebildet sein. Weiter ist es möglich, dass der Träger zumindest eines der genannten
Materialien enthält. Handelt es sich bei dem Träger um ein Aufwachssubstrat , so verbleibt das Aufwachssubstrat im
Halbleiterchip. Ein Dünnen des Aufwachssubstrats , das heißt eine Reduzierung der Dicke des Aufwachssubstrats durch
Schleifen, Ätzen oder chemisch-mechanisches Polieren ist möglich .
Gemäß einer Ausführungsform kann der Träger zumindest teilweise strahlungsundurchlässig, strahlungsdurchlässig, strahlungsreflektierend oder diffus streuend ausgebildet sein. Das heißt, dass die in den aktiven Elementen im Betrieb des Halbleiterchips erzeugte Primärstrahlung und/oder in dem Konvertermaterial erzeugten elektromagnetischen
Sekundärstrahlung durch den Träger treten kann oder nicht, oder an diesem reflektiert oder gestreut wird.
Gemäß einer Ausführungsform sind die aktiven Elemente in Form eines Zylinders, eines Kegelstumpfes, einen regelmäßigen Pyramidenstumpfes, einer regelmäßigen Pyramide mit
sechseckiger Grundfläche oder in Form eines Prismas,
insbesondere mit hexagonaler oder dreieckiger Grundfläche, ausgebildet. Die Hauptachse ist dann diejenige Richtung, in welche die Höhe des Zylinders, des Kegelstumpfes, des regulären Pyramidenstumpfes, der regelmäßigen Pyramide mit sechseckiger Grundfläche oder des Prismas bestimmt wird. Mit anderen Worten ist die Vielzahl an aktiven Elementen durch einen länglich gestreckten dreidimensionalen Körper gebildet und weist beispielsweise nicht die Form einer planaren
Schicht auf. Ferner handelt es sich bei den aktiven Elementen nicht um eine durchgängige unstrukturierte Schicht. Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Halbleitermaterial n-leitend ausgebildet. Das erste Halbleitermaterial kann beispielsweise auf einem n-dotierten III/V-
Halbleitermaterialsystem basieren. Beispielsweise basiert das erste Halbleitermaterial auf einem n-dotierten
Nitridhalbleitermaterialsystem. Insbesondere kann das erste Halbleitermaterial auf n-leitendem GaN, InGaN, AlGaN oder AlInGaN basieren. Es ist möglich, dass das erste
Halbleitermaterial auf n-leitendem InGaAlP oder InGaAs basiert.
Die Kernbereiche der aktiven Elemente können den gleichen Typ von Raumform wie die aktiven Elemente aufweisen. Sind die aktiven Elemente beispielsweise in der Form eines Zylinders oder Prismas ausgebildet, so kann auch der Kernbereich die
Form eines Zylinders oder Prismas aufweisen. Der Kernbereich kann dann insbesondere als Vollkörper ausgebildet sein, der aus dem ersten Halbleitermaterial besteht. Der Kernbereich kann einen Durchmesser senkrecht zur
Hauptachse der aktiven Elemente von 1 nm bis 5 ym, bevorzugt von 1 nm bis 1 ym, ganz besonders bevorzugt von 1 nm bis 300 nm aufweisen. Der Kernbereich kann beispielsweise einen
Durchmesser senkrecht zur Hauptachse der aktiven Elemente von 40 nm bis 100 nm,
von 40 nm bis 80 nm oder von 40 nm bis 60 nm aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Kernbereich eine
Mantelfläche auf, die von der aktiven Schicht teilweise oder bevorzugt vollständig bedeckt ist. Auch die Stirnfläche des Kernbereichs kann zumindest stellenweise bedeckt sein. Der Kernbereich kann dabei direkt an die aktive Schicht
angrenzen. Im Rahmen der Herstellungstoleranz weist die aktive Schicht vorzugsweise eine gleichmäßige Schichtdicke auf. Die Schichtdicke liegt bei 1 bis 30 nm, bevorzugt bei 1 bis 10 nm. Das zweite Halbleitermaterial kann ein Halbleitermaterial sein, das auf dem gleichen Halbleitermaterialsystem wie das erste Halbleitermaterial basiert, dabei jedoch eine andere Dotierung aufweist. Das zweite Halbleitermaterial kann p- leitend gebildet sein, zum Beispiel basiert das zweite
Halbleitermaterial auf GaN, InGaN, AlGaN oder AlInGaN oder einem Stapel von zwei oder mehr Schichten aus zwei oder mehr der angegebenen Materialien.
Die Vielzahl aktiver Elemente kann gleichartig aufgebaut sein. Dies bedeutet, dass zumindest im Rahmen der
Herstellungstoleranz die aktiven Elemente gleich ausgebildet sind. Es ist aber auch möglich, dass der optoelektronische Halbleiterchip eine Vielzahl aktiver Elemente umfasst, die zumindest teilweise unterschiedlich ausgebildet sind. Zum Beispiel können sich die aktiven Elemente hinsichtlich ihrer Ausdehnungen parallel und quer zur Hauptachse voneinander unterscheiden .
Die Effizienz insbesondere galliumnitridbasierter
Leuchtdioden ist unter Betriebsstrombedingungen durch den so genannten "DROOP-Effekt " begrenzt. Dieser Effekt bezeichnet einen signifikanten Abfall der Effizienz mit steigernder Strom- beziehungsweise Ladungsträgerdichte. Typische
Betriebsströme liegen daher deutlich jenseits des Maximums der Effizienzkurve. Um zu höheren Effizienzen bei
gleichbleibendem Strom vorzustoßen, ist daher eine Reduktion der lokalen Ladungsträgerdichte vorteilhaft. Dies könnte beispielsweise durch eine Vergrößerung der Querschnittsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips oder durch eine
Erhöhung der Anzahl von aktiven Schichten erreicht werden. Beide Ansätze weisen jedoch Probleme auf. So ist die Vergrößerung der Querschnittsfläche für viele Anwendungen zum Beispiel nicht praktikabel, da diese
Vergrößerung mit einer Erhöhung der Etendue einhergeht. Zudem ist diese Lösung auch stets mit einer Kostenerhöhung
verbunden, die meist überproportional zur Erhöhung der
Querschnittsfläche des Halbleiterchips ist.
Bei dem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip sind die aktiven Elemente zum Beispiel als „Core Shell Nano- oder Mikrorods", also als Kern-Hülle-Nano- oder Mikrostäbe ausgebildet. Durch die Aufteilung des Strahlungsemittierenden Bereichs des optoelektronischen Halbleiterchips in eine
Vielzahl aktiver Elemente, also zum Beispiel einer Vielzahl von Kern-Hülle-Stäbe, ist das aktive Volumen in dem im
Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, gegenüber einem optoelektronischen Halbleiterchip, der einen einzigen aktiven Bereich, z.B. eine aktive Schicht aufweist, und welcher zum Beispiel unstrukturiert ist, erhöht. Auf diese Weise ist die Effizienz des Halbleiterchips erhöht. Aufgrund der Tatsache, dass ein hier beschriebener
optoelektronischer Halbleiterchip eine Vielzahl aktiver Elemente aufweist, ist eine signifikante Vergrößerung der aktiven Fläche und damit eine Steigerung der Effizienz unter Betriebsstrombedingungen bei reduzierter Ladungsträgerdichte erreicht. Ferner kann bei epitaktischem Wachstum der aktiven Elemente, die voneinander beabstandet sind, gegenüber einer geschlossenen zweidimensionalen Schicht eine Verringerung von Verspannungen im Halbleitermaterial der aktiven Elemente erreicht werden.
Insbesondere ist es möglich, den hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterchip mit zwei, mehr als zwei, mehr als 100, bevorzugt mehr als 1000, insbesondere mehr als 10000 oder mehr als 100000 aktiven Elementen auszubilden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Fläche der aktiven
Schichten der aktiven Elemente vergrößert. Die aktiven
Schichten können Hohlräume aufweisen. Die Oberflächen der aktiven Schichten können auch aufgeraut sein oder mit einer dreidimensionalen Topographie versehen sein. Die Vergrößerung der aktiven Fläche führt zu einer Steigerung der Effizienz unter Betriebsstrombedingungen bei reduzierter
Ladungsträgerdichte. Möglich ist auch eine fraktale
Oberflächengestaltung der aktiven Schicht und/oder der darin befindlichen Hohlräume. Hierbei wachsen aus den Nano- bzw. Mikrostrukturen der aktiven Schichten seitlich zu den Nano- bzw. Mikrostrukturen ähnliche Strukturen. Aus diesen wachsen dann wiederum ähnliche Strukturen, so dass eine fraktale Oberfläche erhalten wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist der zentrale Kernbereich dreischichtig ummantelt. Es ist möglich, dass die Deckschicht mit einer ersten Kontaktschicht ummantelt ist. Die Deckschicht ist hierbei teilweise oder vollständig von der ersten
Kontaktschicht bedeckt. Die Deckschicht und die erste
Kontaktschicht stehen insbesondere in direktem Kontakt zueinander. Die erste Kontaktschicht ist im Betrieb für die in der aktiven Schicht erzeugte elektromagnetische
Primärstrahlung transparent. Ist die Deckschicht mit einem p- leitenden Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet, so weist sie eine relativ geringe Querleitfähigkeit auf. Das Vorsehen einer ersten Kontaktschicht führt zu einer
gleichmäßigeren Bestromung der aktiven Schicht der aktiven Elemente. Die erste Kontaktschicht bedeckt die Deckschicht beispielsweise als Schicht, die im Rahmen der
Herstellungstoleranz eine gleichmäßige Dicke aufweisen kann. Die Dicke der ersten Kontaktschicht liegt bei 1 bis 30 nm, bevorzugt bei 1 bis 10 nm. Bei dieser Ausführungsform ist das Konvertermaterial bevorzugt elektrisch nicht leitend
ausgebildet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist die erste Kontaktschicht aus einem
Material gebildet, das eine große Bandlücke Eg aufweist. Die Bandlücke Eg ist größer oder gleich der kurzwelligsten emittierten Primärstrahlung des aktiven Bereichs.
Beispielsweise ist Eg gleich 2,2 eV oder 2,0 eV für
Primärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums oder 1,5 eV für Primärstrahlung im infraroten
Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Die Bandlücke Eg ist größer oder gleich 4 eV, bevorzugt größer oder gleich 3 eV, besonders bevorzugt größer oder gleich 2,8 eV bei einer Primärstrahlung, die im blauen Bereich des
elektromagnetischen Spektrums liegt. So kann sichergestellt werden, dass die Übertragung der Exzitonen von dem
lichtemittierenden Material auf das Konvertermaterial
ungehindert stattfinden kann. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist die erste Kontaktschicht mit einem transparenten leitfähigen Oxid gebildet. Beispielsweise ist sie aus ITO und/oder Ali-x-yGaxIny : Mg mit 0 < x < 1 und 0 < y < 1 und x + y = 1 gebildet.
Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen
Halbleiterchips steht eine zweite Kontaktschicht mit den
Kernbereichen zumindest eines Großteils, insbesondere aller aktiver Elemente des optoelektronischen Halbleiterchips, in direktem Kontakt, das heißt sämtliche Kernbereiche oder zumindest ein Großteil aller Kernbereiche werden über eine einzige gemeinsame zweite Kontaktschicht elektrisch leitend angeschlossen. Ist der Kernbereich n-leitend ausgebildet so ist eine n-seitige Kontaktierung der aktiven Elemente mittels der elektrisch leitenden zweiten Kontaktschicht möglich. Die zweite Kontaktschicht kann sich dabei insbesondere zumindest stellenweise in einer Ebene erstrecken, die
parallel oder im Wesentlichen parallel zu dem Träger
verläuft. Die aktiven Elemente sind dann zwischen dem Träger und der zweiten Kontaktschicht angeordnet.
Zumindest ein Großteil der aktiven Elemente bezeichnet dabei wenigstens 75 %, vorzugsweise wenigstens 85 %, insbesondere wenigstens 95 % der aktiven Elemente des optoelektronischen Halbleiterchips. Im Wesentlichen parallel heißt, dass die zweite Kontaktschicht sich zumindest stellenweise in einer Ebene erstreckt, die im Rahmen der Herstellungstoleranz parallel zu dem Träger verläuft.
Um Kurzschlüsse oder Stromleckpfade zu unterdrücken, sind die Deckschicht und die erste Kontaktschicht oder die Deckschicht und das Konvertermaterial durch eine Passivierung von der elektrisch leitenden zweiten Kontaktschicht getrennt. Die Passivierung kann dabei mit dem Kernbereich der aktiven Elemente in direktem Kontakt stehen und befindet sich dann an der dem Träger abgewandten Seite der aktiven Elemente an dessen Mantelfläche beispielsweise in direktem Kontakt mit der Deckschicht und der ersten Kontaktschicht oder der
Deckschicht und des Konvertermaterials. Die Passivierung kann bündig mit der dem Träger abgewandten Seite des Kernbereichs abschließen und sich an ihrer dem Träger abgewandten Seite in direktem Kontakt mit der zweiten Kontaktschicht befinden. Die Passivierung kann beispielsweise durch das Abdecken der
Deckschicht und gegebenenfalls der ersten Kontaktschicht oder dem Konvertermaterial mit einem elektrisch isolierenden
Material oder durch Passivierung des Halbleitermaterials der Deckschicht, beispielsweise durch Ionenimplantation oder durch elektrische Deaktivierung der im Halbleitermaterial eingelagerten Dotierspezies, zum Beispiel im Rahmen eines Wasserstoff-Plasmaschritts oder durch Erzeugung von
Oberflächendefekten durch einen Rücksputterschritt , erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen
Halbleiterchips ist die zweite Kontaktschicht für die während des Betriebs in den aktiven Elementen erzeugte
Primärstrahlung und/oder für durch das Konvertermaterial erzeugte elektromagnetische Sekundärstrahlung durchlässig oder reflektierend ausgebildet. Das heißt, dass die erzeugte Primärstrahlung und/oder Sekundärstrahlung durch die
Kontaktschicht treten kann oder an dieser reflektiert wird. Eine durchlässige zweite Kontaktschicht kann beispielsweise mit einem transparenten leitfähigen Oxid gebildet sein.
Beispielsweise eignen sich Materialien wie ITO oder ZnO. Eine reflektierende zweite Kontaktschicht kann metallisch,
beispielsweise mit einem reflektierenden Metall, wie Silber, Gold, Titan, Platin, Palladium, Wolfram, Osmium und/oder Aluminium gebildet sein. Im Falle einer reflektierenden zweiten Kontaktschicht ist der Träger vorzugsweise
strahlendurchlässig ausgebildet. Zumindest ein Großteil der vom optoelektronischen Halbleiterchip im Betrieb
abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung wird dann durch den Träger hindurch abgestrahlt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine reflektierende Schicht, die über dem Träger auf derselben Seite wie die Vielzahl an aktiven Elementen angeordnet ist. Dabei ist es möglich, dass der optoelektronische Halbleiterchip eine einzige
reflektierende Schicht umfasst, die alle aktiven Elemente des optoelektronischen Halbleiterchips miteinander verbindet. Die aktiven Elemente können dabei zumindest stellenweise direkt an die reflektierende Schicht grenzen.
Der Halbleiterchip kann besonders kostensparend hergestellt werden, da die erforderlichen Prozessschritte und Prozesse zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips mit dreidimensionalen Kristallstrukturen zum Beispiel
dreidimensionalen Kern-Hülle-Strukturen, möglich ist. Ferner kann die Kontaktierung der dreidimensionalen
Kristallstrukturen durch standardisierte Prozesse erfolgen, da die Kontaktierung selbst keine Auflösung im
Nanometerbereich benötigt, sondern mittels Kontaktschichten und/oder das Konvertermaterial möglich ist, die sich über sämtliche aktiven Elemente erstrecken. Da zur Erzeugung der hier beschriebenen Elemente keine planare Epitaxiestruktur erforderlich ist, kann auch auf unübliche und/oder
großflächige Fremdsubstrate epitaktisch gewachsen werden. Insbesondere können elektrisch isolierende Aufwachssubstrate zum Einsatz kommen. Ferner kann als Halbleitermaterial auch galliumnitridbasiertes Halbleitermaterial zum Einsatz kommen, das in Endfeldrichtung gewachsen wird. Unterschiede in der Länge der aktiven Elemente in Richtung der Hauptachse können durch einen Planarisierungsschritt ausgeglichen werden, ohne dass dabei die Eigenschaften des für den Kontakt zur p-Seite benutzten p-leitenden Bereichs beeinträchtigt werden. Es ist aber auch möglich, auf eine Planarisierung zu verzichten, um verfügbare aktive Fläche eines jeden aktiven Elements
besonders effizient auszunutzen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als
maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente insbesondere Schichtdicken zum besseren Verständnis
übertrieben groß dargestellt sein.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips
Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterchips Figur 1 zeigt einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einem Träger 2, bei dem es sich beispielsweise um ein
strahlungsdurchlässiges, elektrisch isolierendes
Aufwachssubstrat wie Saphir oder Glas handelt. Auf dem Träger 2 sind die aktiven Elemente 1 angeordnet. Die aktiven
Elemente 1 weisen vorliegend beispielsweise die Form eines Zylinders auf. Die aktiven Elemente 1 sind beispielsweise an den Gitterpunkten eines regelmäßigen Gitters, vorliegend beispielsweise eines Rechteckgitters, angeordnet.
Jedes der aktiven Elemente 1 umfasst einen Kernbereich 10. Der Kernbereich 10 ist vorliegend mit einem n-dotierten GaN- basierten ersten Halbleitermaterial gebildet. Der Kernbereich 10 weist ebenfalls die Form eines Zylinders auf. Die
Mantelfläche dieses Kernbereichs 10 ist vollständig von der aktiven Schicht 11 bedeckt, in der im Betrieb des
optoelektronischen Halbleiterchips elektromagnetische
Primärstrahlung erzeugt wird.
Die aktive Schicht 11 weist die Form eines Hohl-Zylinders auf, dessen Innenfläche vollständig mit dem ersten
Halbleitermaterial des Kernbereichs 10 bedeckt ist. Die aktive Schicht 11 besteht aus einen dritten polaren
Halbleitermaterial wie beispielsweise GaN. Die aktive Schicht 11 ist vollständig von einer Deckschicht 12 ummantelt, die mit einem p-dotierten GaN-basierten zweiten
Halbleitermaterial gebildet ist. Die Zwischenräume zwischen den aktiven Elementen 1 sind mit einem elektrisch leitenden Konvertermaterial 4 aufgefüllt. Das Konvertermaterial 4 umfasst beispielsweise ein
lichtemittierendes elektrisch leitfähiges Polymer mit einem im blauen Spektralbereich emittierenden Grundgerüst und gelben Spektralbereich emittierenden Seitenketten. Der
Abstand der aktiven Schicht 11 zu dem Konvertermaterial 4 liegt bei 4 nm. Eine zweite Kontaktschicht 6 ist auf der von dem Träger 2 abgewandten Seite auf den aktiven Elementen 1 und parallel zu dem Träger 2 angeordnet. Die zweite Kontaktschicht 6 ist mit den Kernbereichen 10 aller aktiver Elemente 1 des
optoelektronischen Halbleiterchips in direktem Kontakt, so dass alle Kernbereiche 10 über eine einzige gemeinsame zweite Kontaktschicht 6 elektrisch leitend angeschlossen sind. Die zweite Kontaktschicht 6 ist aus einem reflektierenden Metall, wie beispielsweise Silber gebildet.
Eine Kontaktierung der aktiven Elemente 1 erfolgt über das elektrisch leitende Polymer des Konvertermaterials 4 und über die zweite Kontaktschicht 6. Durch eine Passivierung 3 sind das Konvertermaterial 4, die
Deckschicht 12 und die aktive Schicht 11 gegen die elektrisch leitende zweite Kontaktschicht 6 isoliert. Die Passivierung 3 befindet sich über der dem Träger 2 abgewandten Seite der aktiven Elemente 1 und des Konvertermaterials 4.
Aufgrund der Passivierung 3 wird ein Kontakt zwischen der zweiten Kontaktschicht 6 und der p-leitenden Deckschicht 12 und des Konvertermaterials 4 verhindert. Figur 2 zeigt einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einem Träger 2, der beispielsweise Strahlungsreflektierend ausgebildet ist. Auf dem Träger 2 sind die aktiven Elemente 1 angeordnet. Die aktiven Elemente 1 weisen vorliegend
beispielsweise die Form eines Zylinders mit sechseckiger Grundfläche auf. Die aktiven Elemente 1 sind beispielsweise an den Gitterpunkten eines regelmäßigen Gitters, vorliegend beispielsweise eines Dreieckgitters, angeordnet. Jedes der aktiven Elemente 1 umfasst einen Kernbereich 10. Der Kernbereich 10 ist vorliegend mit einem n-dotierten GaN- basierten ersten Halbleitermaterial gebildet. Der Kernbereich 10 weist ebenfalls die Form eines Zylinders auf. Die
Mantelfläche dieses Kernbereichs 10 ist vollständig von der aktiven Schicht 11 bedeckt, in der im Betrieb des
optoelektronischen Halbleiterchips elektromagnetische
Primärstrahlung erzeugt wird. Die aktive Schicht 11 weist die Form eines Hohl-Zylinders auf, dessen Innenfläche vollständig mit dem ersten
Halbleitermaterial des Kernbereichs 10 bedeckt ist. Die aktive Schicht 11 besteht aus einen dritten polaren
Halbleitermaterial wie beispielsweise GaN. Die aktive Schicht 11 ist vollständig von einer Deckschicht 12 ummantelt, die mit einem p-dotierten GaN-basierten zweiten
Halbleitermaterial gebildet ist.
Die Deckschicht 12 ist mit einer ersten Kontaktschicht 13 vollständig ummantelt. Die erste Kontaktschicht 13 ist im Betrieb für die in der aktiven Schicht 11 erzeugte
elektromagnetische Primärstrahlung transparent.
Die Zwischenräume zwischen den aktiven Elementen 1 sind mit einem elektrisch nicht leitendem Konvertermaterial 4
aufgefüllt. Das Konvertermaterial 4 umfasst beispielsweise ein lichtemittierendes Polymer mit einem im blauen
Spektralbereich emittierenden Grundgerüst und im roten und grünen Spektralbereich emittierenden Seitenketten. Der
Abstand der aktiven Schicht 11 zu dem Konvertermaterial 4 liegt bei 15 nm. Eine zweite Kontaktschicht 6 ist auf der von dem Träger 2 abgewandten Seite auf den aktiven Elementen 1 und parallel zu dem Träger 2 angeordnet. Die zweite Kontaktschicht 6 ist mit den Kernbereichen 10 aller aktiver Elemente 1 des
optoelektronischen Halbleiterchips, in direktem Kontakt, so dass alle Kernbereiche 10 über eine einzige gemeinsame zweite Kontaktschicht 6 elektrisch leitend angeschlossen sind. Die zweite Kontaktschicht 6 ist für die im Betrieb in den aktiven Elementen 1 erzeugte Primärstrahlung und durch das
Konvertermaterial 4 erzeugte Sekundärstrahlung durchlässig ausgebildet. Beispielsweise ist die zweite Kontaktschicht 6 aus ITO gebildet.
Eine Kontaktierung der aktiven Elemente 1 erfolgt über die erste 13 und die zweite Kontaktschicht 6.
Durch eine Passivierung 3 sind die aktive Schicht, die
Deckschicht 12 und die erste Kontaktschicht 13 von der elektrisch leitenden zweiten Kontaktschicht 6 getrennt. Die Passivierung 3 befindet sich dann an der dem Träger 2 abgewandter Seite der aktiven Elemente 1.
Aufgrund der Passivierung 3 wird durch die Kontaktierung der Kontaktschicht 6, ein Kontakt zwischen der zweiten
Kontaktschicht 6 und der p-leitenden Deckschicht 12 und der ersten Kontaktschicht 13 verhindert.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterchip umfassend
- eine Vielzahl aktiver Elemente (1), die beabstandet voneinander angeordnet sind, und
- einen Träger (2), der quer zu den aktiven Elementen (1) angeordnet ist, wobei
- die aktiven Elemente (1) jeweils eine Hauptachse aufweisen, die senkrecht zu dem Träger (2) verläuft,
- die Hauptachsen parallel zueinander ausgerichtet sind,
- zumindest ein Konvertermaterial (4) die Vielzahl aktiver Elemente (1) an den Mantelflächen umgibt,
- das Konvertermaterial (4) einen Konversionsstoff oder einen Konversionsstoff und ein Matrixmaterial umfasst,
- die aktiven Elemente (1) jeweils einen zentralen
Kernbereich (10) aufweisen, der mindestens zweischichtig ummantelt ist, wobei eine aktive Schicht (11) den
Kernbereich (10) ummantelt und eine Deckschicht (12) die aktive Schicht (11) ummantelt,
- wobei der Kernbereich (10) mit einem ersten
Halbleitermaterial gebildet ist,
- die aktive Schicht (11) ein lichtemittierendes
Material umfasst,
- die Deckschicht (12) mit einem zweiten
Halbleitermaterial gebildet ist, und
- die Deckschicht (12) eine Schichtdicke zwischen 0,1 nm und 100 nm aufweist.
2. Halbleiterchip nach Anspruch 1, wobei sich in dem
lichtemittierenden Material der aktiven Schicht (11) Exzitonen bilden, die zum Teil unter Emission einer elektromagnetischen Primärstrahlung strahlend zerfallen und zum Teil auf das Konvertermaterial (4) über Dipol- Dipol Wechselwirkungen übertragen werden können.
3. Halbleiterchip nach Anspruch 2, wobei durch den
strahlenden Zerfall der Exzitonen des lichtemittierenden Materials der aktiven Schicht (11) eine
elektromagnetische Primärstrahlung im UV-Bereich bis grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, im infraroten Bereich oder im roten Bereich des
elektromagnetischen Spektrums emittiert wird.
4. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das lichtemittierende Material ein drittes
Halbleitermaterial ist.
5. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das lichtemittierende Material auf GaN, InGaN, AlGaN oder AlInGaN basiert oder daraus besteht.
6. Halbleiterchip nach Anspruch 2, wobei die Exzitonen des lichtemittierenden Materials der aktiven Schicht (11) und das Konvertermaterial (4) Übergangsdiplmomente aufweisen, die parallel zueinander ausgerichtet sind.
7. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktiven Elementen (1) einen Durchmesser senkrecht zur Hauptachse der aktiven Elemente (1) aufweisen und wobei der minimale Abstand der aktiven Elemente (1) untereinander doppelt so groß ist wie deren größter Durchmesser.
8. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Konvertermaterial (4) die Zwischenräume zwischen den aktiven Elementen (1) vollständig einnimmt.
9. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konvertermaterial (4) und die Deckschicht (12) über Dipol-Dipol Wechselwirkungen, elektrostatische Wechselwirkung, Wasserstoffbrückenbindungen, van der Waals-Wechselwirkungen, sterische Wechselwirkungen, entropische Wechselwirkungen oder über kovalente
Bindungen miteinander verbunden sind.
10. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Matrixmaterial ausgewählt ist aus einer
Gruppe, die Silikone, Ester-haltige Polymere, Epoxid- haltige Polymere, Amin-haltige Polymere, Polyacetylen- haltige Polymere, Vinyl-haltige Polymere, Carbazol- haltige Polymere, Acryl-haltige Polymere, Styrol-haltige Polymere und anorganische Hybridmaterialien oder
Kombinationen daraus umfasst.
11. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Konversionsstoff ein lichtemittierendes
Polymer, ein anorganischer Leuchtstoff, ein organisches Molekül oder ein Übergangsmetallkomplex ist.
12. Halbleiterchip nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das lichtemittierende Polymer ein im blauen
Spektralbereich emittierendes Grundgerüst und im roten und/oder grünen und/oder gelben und/oder orangen
Spektralbereich emittierende Seitenketten aufweist.
13. Halbleiterchip nach Anspruch 11, wobei das
lichtemittierende Polymer ein Fluoren-haltiges oder ein para-Phenylen-vinylen haltiges Polymer umfasst.
14. Halbleiterchip nach Anspruch 13, wobei das para- Phenylen-vinylen haltige Polymer folgende Formel
aufweist
Figure imgf000041_0001
wobei
- RI, R2, R3, R4, R5 und R6 gleich oder unterschiedlich gewählt sein können und aus einer Gruppe ausgewählt sind, die H, gesättigte und ungesättigte Alkylreste, vollständig oder teilweise substituierte gesättigte und ungesättigte Alkylreste, Alkoxygruppen, Amine, Amide, Ester, Aromaten, vollständig oder teilweise
substituierte Aromaten, kondensierte Aromaten,
vollständig oder teilweise substituierte kondensierte Aromaten, Heterocyclen, vollständig oder teilweise substituierte Heterocyclen, kondensierte Heterocyclen, vollständig oder teilweise substituierte kondensierte Heterocyclen umfasst und
- x, y, z gleich oder unterschiedlich gewählt sein können und 1 < x, y, z < 1000.
15. Halbleiterchip nach Anspruch 13 oder 14, wobei das para- Phenylen-vinylen haltige Polymer folgende Formel
aufweist
Figure imgf000042_0001
wobei
- Rl', R3' , R5' und R6' gleich oder unterschiedlich
gewählt sein können und aus einer Gruppe ausgewählt sind, die H, gesättigte und ungesättigte Alkylreste, vollständig oder teilweise substituierte gesättigte und ungesättigte Alkylreste, Aromaten, vollständig oder teilweise substituierte Aromaten, kondensierte Aromaten, vollständig oder teilweise substituierte kondensierte Aromaten, Heterocyclen, vollständig oder teilweise substituierte Heterocyclen, kondensierte Heterocyclen, vollständig oder teilweise substituierte kondensierte Heterocyclen umfasst und
- x, y, z gleich oder unterschiedlich gewählt sein können und 1 < x, y, z < 1000.
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