WO2018054992A1 - Verfahren zur herstellung eines auskoppelelements für ein optoelektronisches bauelement und auskoppelelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines auskoppelelements für ein optoelektronisches bauelement und auskoppelelement Download PDF

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Georg DIRSCHERL
Marcus Adam
Guido KICKELBICK
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a decoupling element for an optoelectronic component.
  • the invention relates to a decoupling element
  • semiconductor chips emitting red or IR wavelength radiation and having InGaAlP and / or GaAs based materials exhibiting a high refractive index of n> 3.
  • Semiconductor chips are typically in a matrix material, such as silicone or epoxy with a
  • Matrix material as a barrier against environmental influences and can be formed as a lens to the emitted from the semiconductor chip radiation from the device efficiently
  • nanoparticles such as zirconia or titanium dioxide, as a high-refractive additive for
  • Zirconium oxide and / or titanium dioxide and polymer matrix material have the disadvantage that they are only can be applied as thin film materials and thus can not be formed as a lens.
  • Organically charged zirconia nanoparticles which have been investigated hitherto also yellow under blue light and temperature tests per se or else in a matrix material, for example of silicone.
  • the photonic energy of the wavelengths to be hit of> 600 nm is insufficient to cleave bonds of typical matrix materials, in particular thermo-oxidized species thereof.
  • An object of the invention is to provide a decoupling element that efficiently decouples the radiation emitted by the semiconductor chip. It is another object of the invention to provide a coupling element for an optoelectronic component. A further object of the invention is to provide a method for producing a decoupling element for an optoelectronic component, which efficiently and simply generates an efficient decoupling element.
  • optoelectronic device the steps on: A) providing quantum dots each having a core of a semiconductor material,
  • step B) wherein the decoupling element is transparent to radiation from the red and / or IR region.
  • Alternant can be used in step B) instead of an inorganic or a phosphonate-containing
  • Ligand shell can be used an organic ligand shell.
  • the method comprises a step A), providing quantum dots.
  • the quantum dots have a core of a semiconductor material.
  • the semiconductor material may be selected from a group consisting of gallium phosphide (GaP), indium phosphide (InP),
  • Gallium arsenide GaAs
  • indium gallium aluminum phosphide InGaAlP
  • the semiconductor material is gallium phosphide or indium phosphide, more preferably gallium phosphide.
  • the quantum dots are in particular
  • gallium phosphide has a transparency at wavelengths> 500 nm
  • the object of the invention is therefore in particular, a
  • gallium phosphide having a refractive index of 3.314 at 633 nm
  • Refractive index of 3.536 at 633 nm in a matrix material such as a polymer, and at the same time to create a good applicability of these quantum dots in the matrix material.
  • the quantum dots are integers.
  • Nanoparticles that is particles with a size in the
  • the particle diameter should be about 1/10 of the wavelength, ie at, for example, 600 nm
  • the quantum dots comprise a core, that is to say a semiconductor core, which has wavelength-converting properties in the
  • corresponding wavelength range may have.
  • Wavelengths for example, of> 500 nm, that is, for example, in the red or IR wavelength range, the core has no significant influence on the transparency of the
  • Matrix material on. Transparent means here and below a transmission of greater than 90 or 95%, at least for the radiation emitted by a semiconductor chip.
  • the semiconductor core or the core may be coated by one or more layers as a coating.
  • This coating is here and hereinafter referred to as ligand shell, in particular as inorganic, organic or phosphonate-containing
  • Ligand shell designated.
  • the core may be completely or almost completely covered by a ligand shell on its outer surfaces or surfaces.
  • the semiconductor core can be a single crystal or
  • Quantum dots have an average diameter of 3 nm to 10 nm, more preferably from 3 nm to 5 nm.
  • the quantum dots can be spherical or rod-shaped
  • the values here mean in particular the average diameter of the core, that is without
  • step B) the first ligand shell through the
  • quantum dots are the first ligand envelope
  • the quantum dots generated in step A) are generated by hot injection.
  • Cation species are presented in solution in a container. Subsequently, the anion species can be injected into this solution become. In this case, the anion species within a
  • nucleation time of, for example, 0.5 to 1.5 s to the cation species are added dropwise.
  • Monomeric complexes are formed. It can increase the energy intake. It can be a leap of saturation
  • the quantum dots can be ripened, for example after the so-called Ostwald ripening.
  • temperatures can be between
  • the quantum dots generated in step A) are generated by hot injection and the semiconductor material comprises GaP.
  • Stabilizing reagents also referred to as surfactants or surfactants, are
  • Stabilizing reagents or surfactants are well known to the person skilled in the art and are therefore not explained in detail at this point.
  • colloidal quantum dots from a reaction mixture of precursor material, solvent and optionally stabilizing reagents can be generated by the hot
  • Stabilizing reagents can be the colloidal
  • the self-aggregated structures can
  • Monolayers that form the ligand shell Monolayers that form the ligand shell.
  • materials selected from a group comprising thiols, amines, phosphine oxides, phosphonic acids or carboxylic acids can be used.
  • phosphonic acid, RPO (OH) 2 can be used, which has, for example, a strong binding effect to quantum dots.
  • RPO (OH) 2 can be used, which has, for example, a strong binding effect to quantum dots.
  • an aniosotropic form of the quantum dots can be generated.
  • Injection can be generated.
  • the resulting quantum dots have a first one
  • the first ligand shell is off
  • Trioctylphosphine oxide formed.
  • trioctylphosphine oxide molecules deposit on the surface of the
  • quantum dots are difficult to disperse in a matrix material, preferably a high refractive index silicone matrix material. Therefore, there is the disadvantage that the applicability of these quantum dots with the first
  • a decoupling element can be generated, which is transparent to radiation from the red and / or IR range and has a high efficiency.
  • quantum dots may also be used with other stabilizing reagents, such as
  • Dodecylamine (DA) can be generated.
  • the generation of the quantum dots can take place according to the following reaction.
  • the stabilizing reagents trioctylamine and dodecylamine are the first to attach to the surface of the nuclei
  • the first ligand shell is not for high-index polymer blends and conventional
  • Suitable matrix materials since they have long alkyl chains and thus reduce the refractive index.
  • monomodal ligands can be used as stabilizing reagents. This is no connection of the
  • Matrix material for example made of silicone possible. Therefore, the ligand shell should conform to the properties of
  • the method comprises a step B), applying an inorganic or a phosphonate-containing ligand shell on the respective core of the quantum dots.
  • the quantum dots provided in step A) preferably have a first ligand shell.
  • the first ligand shell is preferably organic, for example, from oleic acid-containing ligands disposed on the surface of the core of the quantum dots.
  • inorganic or a phosphonate-containing ligand shell are exchanged. This allows the quantum dots to be more easily introduced into a matrix material. This can be explained in particular on account of the surface compatibility between matrix material and inorganic or phosphonate-containing ligand shell. The inventors have recognized that quantum dots with a higher quantum dot are due to the wavelength ranges considered here
  • Refractive index can be used as Zr0 2 and T1O 2 systems, for example.
  • the surfaces of the quantum dots can be selectively modified, so that the interference or disposability of the modified quantum dots in a
  • Matrix material such as silicone is possible.
  • the first ligand shell can be replaced by an inorganic
  • Ligand shell to be replaced these would be groups such as OH or NH 2 .
  • the ligands may also consist of an organic linker (for example, alkoxy, PDMS, etc.) with OH or NH 2 as end groups. This final functionality of the ligands allows in a further synthesis step the encapsulation in silica and the easy embedding in the matrix material.
  • the first ligand shell can also be replaced by a
  • Phosphonate ligand shell be replaced.
  • Phosphonate groups have a very high binding affinity to the anionic gallium phosphide or indium phosphide quantum dot. Therefore, terminal phosphonate ligands can exchange, that is, displace quantitatively, the synthetically accessible and typical surface ligands. The goal is one
  • a matrix material which is preferably a polyorganosiloxane, in particular poly-dimethyl-siloxane or better the higher refractive poly-methyl-phenyl-siloxane (both used today), more preferably an even higher refractive polydiphenylsiloxane .
  • a matrix material which is preferably a polyorganosiloxane, in particular poly-dimethyl-siloxane or better the higher refractive poly-methyl-phenyl-siloxane (both used today), more preferably an even higher refractive polydiphenylsiloxane
  • Polydiphenylsiloxane can be adjusted, for example, Phenylsiloxanphosphonatliganden (more easily accessible Methylsiloxanphosphonatliganden) to the core of
  • Quantum dots are tied.
  • the method comprises a step C), introducing the quantum dots with the ligand shell into a matrix material.
  • a step C introducing the quantum dots with the ligand shell into a matrix material.
  • the proportion of quantum dots in the matrix material is between 15% by volume and 40% by volume inclusive, in particular between including 20% by volume and including 35% by volume, for example 13% by volume or 26% by volume. These latter values are not to be interpreted as limiting. The inventors have realized that through the
  • the refractive index for example, GaP can be reduced from 3.3 to 3.
  • a matrix material for example siloxane
  • Matrix material to be adjusted. It can on the one hand the
  • NP matrix Total interfacial reflection
  • Quantum dots comprising the first ligand shell, a smaller refractive index than the quantum dots, comprising the inorganic or phosphonate ligand shell on.
  • the refractive index of the quantum dots comprising the inorganic or
  • laser diodes or LEDs can be used.
  • the inorganic ligand shell has a terminal OH group or NH 2 group and the quantum dots are embedded in silica prior to step C).
  • the OH or NH 2 groups are attached to the surface of the nucleus of the quantum dots.
  • phenyl-functionalized siloxane phosphate covalently bound to the nucleus of the quantum dots.
  • the inorganic ligand shell Preferably, the
  • Quantum dots generated by means of hot injection The
  • Quantum dots then have a first ligand shell, which is preferably organic. This organic first
  • Ligand shell is replaced by an inorganic ligand shell, in particular by the HSAB principle.
  • HSAB principle for example, gallium ions are hard, OH " ions are soft.
  • Quantum dots in silica take place and a Einbringiana be increased in a matrix material. There is no
  • the ligand shells provide a barrier to environmental influences and ensure good applicability of the quantum dots in the Matrix material, for example, has a refractive index of 1.53 on.
  • the first ligand shell of the quantum dots provided in step A) can be exchanged for a phosphonate-containing ligand shell.
  • the first ligand shell may comprise oleic acid and through
  • Phosphonate ligands are displaced.
  • the phosphonate ligands are phenyl-functionalized siloxane phosphonate ligands.
  • phenyl-functionalized siloxane phosphonate ligands essentially corresponds to the refractive index of the matrix material, so that therefore an easy introduction of the modified quantum dots into the matrix material can take place and no scattering takes place at the interfaces.
  • Polydiphenylsiloxane is added as a stabilizing reagent.
  • phenylsiloxane phosphonate ligands or, at the moment, the above-described PDMS phosphate can also be used directly as a stabilization reagent in hot injection synthesis, and these form the phosphonate-containing ligand shell. With that must no ligand exchange occurs, and the incorporation or incorporation into a matrix material is easier compared to quantum dots generated in step A) of the process.
  • the coupling element and the quantum dots are produced by direct hot injection with triphenylsilicon polydiphenylsiloxane phosphonate or correspondingly.
  • Trioctylphosphine oxide used. These are Trioctylphosphine oxide (TOPO) used. These are Trioctylphosphine oxide (TOPO) used. These are Trioctylphosphine oxide (TOPO) used. These are Trioctylphosphine oxide (TOPO) used. These are Trioctylphosphine oxide (TOPO) used. These are Trioctylphosphine oxide (TOPO) used. These are Trioctylphosphine oxide (TOPO) used.
  • Phenylsiloxane ligands have a similar index of refraction or substantially the same refractive index as the
  • Auskoppeleffizienz preferably the radiation emitted by a Halbleitchi radiation can be increased.
  • a decoupling element is specified.
  • the decoupling element with the described here is specified.
  • Auskoppelelement a matrix material, which is a high-refractive Silicone is on.
  • a high refractive index silicone is here in particular a silicone with a refractive index n> 1.53 called.
  • quantum dots are quantum dots
  • the quantum dots each have a core of gallium phosphide or indium phosphide.
  • the respective core has a ligand shell of silica or
  • This ligand shell facilitates the introduction of the quantum dots into the matrix material compared to
  • Quantum dots that have no such ligand shell or have a ligand shell, for example, from oleic acid.
  • the decoupling element is transparent to radiation from the red and / or IR region.
  • Radiation from the red region here and below means a wavelength of approximately 600 to 780 nm, for example 660 nm (Hyper RED) or 730 (Far Red).
  • the GaP nanoparticles are also infinitely variable for example for green (about 540 nm) and yellow (about 590) or all relevant color shades.
  • Radiation from the IR range here and below means a wavelength of 750 to 2000 nm, in particular 800 to 950 nm.
  • Core-ligand quantum dots have the following formula:
  • Rl and / or R2 independently of one another are H, alkyl or aryl, in particular methyl.
  • the ligand shell of the quantum dots has the following structural formula:
  • FIG. 1 shows the hot injection method
  • FIGS. 2A and 2B each show quantum dots with a first or second ligand envelope according to an embodiment
  • FIG. 3A shows a method for producing a
  • FIGS. 3B and 3C each show quantum dots according to a
  • Embodiment, and Figures 4A to 4F each show a schematic side view of an optoelectronic component according to a
  • FIG. 1 shows a method for producing a
  • Decoupling element according to one embodiment.
  • the hot injection method is shown.
  • S solvent, St - Stabilisiererr.
  • the energy can be supplied, for example by means of heating at a temperature of about 150 to 400 ° C, for example 250 ° C, take place.
  • the quantum dots can mature. The maturation can take place after the so-called Ostwald ripening. This results in quantum dots, which have a core of a semiconductor material.
  • the anion species here the example of P (SiMe3) 3
  • Quantum dots on a first ligand shell Quantum dots on a first ligand shell.
  • Ligand shell may, for example, oleic acid, lauric acid or olioylamines have, as shown in Figures 2A and / or 2B.
  • the first ligand shell has low miscibility or applicability to a matrix material, such as silicone.
  • the inventors have recognized that by the ligand exchange, that is, the replacement of the first ligand shell by an inorganic or a Phosphonate-containing ligand shell, the applicability of the quantum dots can be increased.
  • FIGS. 2A and 2B each show quantum dots with a first ligand shell and / or a second ligand shell.
  • the ligands of the corresponding ligand shells could, for example, be phosphonate ligands, silane-based ligands, carboxylate ligands, phosphate-based ligands,
  • catechol-based ligands tetramethylammonium hydroxide-based ligands, oleic acid ligands, olioamines or lauric acid-based ligands. These ligands are arranged on the surface of the quantum dots 7.
  • FIG. 3A shows a method for producing a
  • Decoupling element according to one embodiment.
  • quantum dots 7 having a core 71 are provided.
  • the core 71 may be, for example, gallium phosphide.
  • the quantum dots 7 are loaded with ligands 73.
  • the ligands have hydroxide groups 73 and are attached to the surface of the cores of the quantum dots 7
  • hydroxide-functionalized ligands can also be exchanged with silanols. This can be done for example by means of hydrophilic substitution. Subsequently, a covalent crosslinking, so a
  • Silicon network done.
  • the encapsulated or incorporated in silica quantum dots 7 can then be well introduced into a matrix material, for example made of silicone.
  • Figures 3B and 3C show quantum dots according to a
  • FIG. 3B shows a core 71 of a
  • Trioctylphosphine oxide in particular forms the first
  • Trioctylphosphine oxide can be used as
  • Stabilization reagent 10 are introduced. The first
  • FIG. 3C shows a core 71 of a quantum dot 7, which is loaded with a first or second ligand shell 73. This is an amine-functionalized radical which is located on the surface of the cores of the quantum dots 7
  • FIGS. 4A to 4F each show a schematic
  • FIG. 4A shows an optoelectronic component 100 with a substrate 1, on which a semiconductor chip 2 is arranged.
  • this preferably comprises III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is preferably a nitride compound semiconductor material such as Al n In 1 n n _ m Ga m N or even a phosphide compound semiconductor material such as
  • the semiconductor material may be Al x Ga 1 __ x As with 0 ⁇ x ⁇ 1
  • Decoupling element 9 arranged, the quantum dots 7, which has a core 71 and an inorganic or phosphonate-containing
  • Ligand shell 72 includes. These quantum dots 7 are introduced in a matrix material 8.
  • Matrix material 8 is in particular a high refractive index silicone, preferably a phenyl silicone.
  • a housing 5 is applied on the side surfaces of the semiconductor chip 2 and the decoupling element 9, a housing 5 is applied.
  • the housing 5 may additionally scattering particles, such as titanium dioxide or
  • FIG. 4B shows an optoelectronic component 100 with a housing 5.
  • the housing 5 has a recess 4, in which a semiconductor chip 2 is arranged.
  • Semiconductor chip 2 is on all sides of a potting. 6
  • the potting 6 surrounds both the
  • the potting 6 has the matrix material 8 and the quantum dots 7.
  • the quantum dots 7 have a core 71 and an inorganic or a phosphonate-containing ligand shell 72.
  • FIG. 4C shows a decoupling element 9 with a
  • FIG. 4D shows the embodiment of the decoupling element 9 as a layer, which includes both the side surfaces and the
  • the semiconductor chip 2 can be arranged in a recess of a housing 5 and additionally with a potting 6,
  • FIG. 4E shows a substrate 1 on which a semiconductor chip 2 is applied.
  • the decoupling element 9 is applied, which is formed here in the form of a lens 3.
  • the lens 3 projects beyond the
  • FIG. 4F differs from the optoelectronic component 100 of FIG. 4E in that the lens 3 projects beyond the side surfaces of the semiconductor chip 2.
  • the lens 3 is arranged on the substrate 1 at least in regions.
  • the lens 3 is formed by the decoupling element 9.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements (9) für ein optoelektronisches Bauelement (100) mit den Schritten: A) Bereitstellen von Quantenpunkten (7) mit jeweils einem Kern (71) aus einem Halbleitermaterial, B) Aufbringen einer anorganischen oder einer phosphonathaltigen Ligandenhülle (72) auf den jeweiligen Kern (71) der Quantenpunkte (7), C) Einbringen der Quantenpunkte (7) mit der Ligandenhülle (72) in ein Matrixmaterial (8), wobei die Einbringbarkeit der Quantenpunkte (7) mit Ligandenhülle (72) verglichen mit den im Schritt A) erzeugten Quantenpunkten (7) erleichtert ist, und wobei das Auskoppelelement (9) transparent für Strahlung aus dem roten und/oder IR-Bereich ist.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements für ein optoelektronisches Bauelement und Auskoppelelement
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements für ein optoelektronisches Bauelement.
Ferner betrifft die Erfindung ein Auskoppelelement,
insbesondere für ein optoelektronisches Bauelement.
Bisher beschriebene Auskoppelelemente weisen eine
unzureichende Auskopplung von in einem Halbleiterchip eines optoelektronischen Bauelements erzeugtem Licht auf, da große Brechungsindizesunterschiede an der Grenzfläche zwischen der Halbleiterchipoberfläche und dessen Umgebung vorhanden ist.
Dieses Problem ist insbesondere relevant für Halbleiterchips, welche Strahlung aus dem roten oder IR-Wellenlängenbereich emittieren und InGaAlP- und/oder GaAs-basierte Materialien aufweisen, die einen hohen Brechungsindex von n > 3 zeigen. Halbleiterchips sind typischerweise in einem Matrixmaterial, beispielsweise aus Silikon oder Epoxy mit einem
Brechungsindex von 1,4 bis 1,55, eingebettet. Dies erhöht die Auskopplung des von dem Halbleiterchip emittierten Lichts verglichen mit einem Halbleiterchip, der von Luft mit einem Brechungsindex n = 1 umgeben ist. Ferner wirkt das
Matrixmaterial als Barriere gegen Umwelteinflüsse und kann als Linse ausgeformt werden, um die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung aus dem Bauelement effizient
auszukoppeln. Bisher sind Nanopartikel , wie Zirconiumoxid oder Titandioxid, als hochbrechendes Additiv für
Auskoppelmaterialien bekannt. Solche Nanokomposite aus
Zirconiumoxid oder/oder Titandioxid und Polymer- Matrixmaterial weisen den Nachteil auf, dass diese lediglich als Dünnfilmmaterialien aufgebracht werden können und damit nicht als Linse ausgeformt werden können. Bisher untersuchte organisch beladene Zirconiumoxidnanopartikel vergilben ferner unter Blaulicht und Temperaturtests an sich oder auch in einem Matrixmaterial, beispielsweise aus Silikon. Im Falle von InGaAlP/GaAs reicht die photonische Energie der zu treffenden Wellenlängen von > 600 nm nicht aus, um Bindungen von typischen Matrixmaterialien, insbesondere thermooxidierte Spezies davon zu spalten.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Auskoppelelement bereitzustellen, das effizient die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung auskoppelt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Auskoppelelement für ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Ferner ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements für ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das effizient und einfach ein effizientes Auskoppelelement erzeugt. Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements für ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner werden diese Aufgaben durch ein Auskoppelelement gemäß dem Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand des abhängigen Anspruchs 14.
In zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements für ein
optoelektronisches Bauelement die Schritte auf: A) Bereitstellen von Quantenpunkten mit jeweils einem Kern aus einem Halbleitermaterial,
B) Aufbringen einer anorganischen oder einer
phosphonathaltigen Ligandenhülle auf den jeweiligen Kern der Quantenpunkte ,
C) Einbringen der Quantenpunkte mit der Ligandenhülle in ein Matrixmaterial, wobei die Einbringbarkeit der Quantenpunkte mit Ligandenhülle verglichen mit den im Schritt A) erzeugten Quantenpunkten erleichtert ist,
wobei das Auskoppelelement transparent für Strahlung aus dem roten und/oder IR-Bereich ist. Alternantiv kann im Schritt B) statt einer anorganischen oder einer phosphonathaltigen
Ligandenhülle eine organische Ligandenhülle verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt A) auf, Bereitstellen von Quantenpunkten. Die Quantenpunkte weisen einen Kern aus einem Halbleitermaterial auf. Das Halbleitermaterial kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Galliumphosphid (GaP) , Indiumphosphid (InP),
Galliumarsenid (GaAs) und Indiumgalliumaluminiumphosphid (InGaAlP) umfasst. Vorzugsweise ist das Halbleitermaterial Galliumphosphid oder Indiumphosphid, besonders bevorzugt Galliumphosphid. Die Quantenpunkte sind insbesondere
transparent für Strahlung aus dem roten und/oder IR- Wellenlängenbereich . Galliumphosphid weist beispielsweise bei Wellenlängen > 500 nm eine Transparenz mit einem
Absorptionskoeffizient k = 0 auf. Indiumphosphid weist bei einer Wellenlänge von 850 nm einen Absorptionskoeffizienten k = 0,15 und bei 953,7 nm einen Absorptionskoeffizienten k = 0 auf. Indiumphosphidnanopartikel sind leichter zugänglich als Galliumphosphidnanopartikel . Indiumphosphidquantenpunkte wären daher limitiert für den Einsatz von IR-Dioden mit einer Wellenlänge von 950 nm.
Aufgabe der Erfindung ist es daher insbesondere, eine
signifikante Erhöhung der Brechzahl durch Einbettung
beispielsweise von Galliumphosphid mit einem Brechungsindex von 3,314 bei 633 nm oder Indiumphosphid mit einem
Brechungsindex von 3,536 bei 633 nm in einem Matrixmaterial, beispielsweise einem Polymer, und gleichzeitig eine gute Einbringbarkeit dieser Quantenpunkte in dem Matrixmaterial zu erzeugen .
Bevorzugt handelt es sich bei den Quantenpunkten um
Nanopartikel , das heißt Teilchen mit einer Größe im
Nanometerbereich mit einem Partikeldurchmesser d5Q zum
Beispiel zwischen wenigstens 1 nm und höchstens 1000 nm.
Idealerweise sollte der Partikeldurchmesser ca. 1/10 der Wellenlänge, also bei beispielsweise 600 nm einen
Partikeldurchmesser von in etwa 60 nm nicht überschreiten, so dass die Nanopartikel möglichst keinen negativen Einfluss auf die Transparenz des Gesamtsystems Nanokomposit haben. Die Quantenpunkte umfassen einen Kern, also einen Halbleiterkern, der wellenlängenkonvertierende Eigenschaften im
entsprechenden Wellenlängenbereich aufweisen kann. Bei
Wellenlängen beispielsweise von > 500 nm, also beispielsweise im roten oder IR-Wellenlängenbereich, weist der Kern keinen signifikanten Einfluss auf die Transparenz des
Matrixmaterials auf. Transparent meint hier und im Folgenden eine Transmission von größer 90 oder 95 % zumindest für die von einem Halbleiterchip emittierte Strahlung.
Der Halbleiterkern oder der Kern kann von einer oder mehreren Schichten als Beschichtung ummantelt sein. Diese Beschichtung wird hier und im Folgenden als Ligandenhülle, insbesondere als anorganische, organische oder phosphonathaltige
Ligandenhülle, bezeichnet. Mit anderen Worten kann der Kern an dessen Außenflächen oder Oberflächen vollständig oder nahezu vollständig von einer Ligandenhülle bedeckt sein.
Der Halbleiterkern kann ein einkristallines oder
polykristallines Agglomerat sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Quantenpunkte einen durchschnittlichen Durchmesser von 3 nm bis 10 nm, besonders bevorzugt von 3 nm bis 5 nm, auf. Die Quantenpunkte können kugelförmig oder stäbchenförmig
ausgeformt sein. Die Werte meinen hier insbeondere den durchschnittlichen Durchmesser des Kerns, also ohne
Ligandenhülle.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Quantenpunkte im Schritt A) eine erste Ligandenhülle auf, die verschieden von der anorganischen oder phosphonathaltigen Ligandenhülle ist,
wobei im Schritt B) die erste Ligandenhülle durch die
anorganische oder phosphonathaltige Ligandenhülle
ausgetauscht wird,
wobei die Quantenpunkte, die die erste Ligandenhülle
aufweisen, einen kleineren Brechungsindex als die
Quantenpunkte, die die anorganische oder phosphonathaltige Ligandenhülle aufweisen, aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die im Schritt A) erzeugten Quantenpunkte durch Hot Injection erzeugt.
Vorzugsweise kann bei der Hot Inj ection-Methode eine
Kationspezies in Lösung in einem Behälter vorgelegt werden. Anschließend kann die Anionspezies in diese Lösung injiziert werden. Dabei kann die Anionspezies innerhalb einer
sogenannten Nukleationszeit von beispielsweise 0,5 bis 1,5 s zu der Kationspezies tröpfchenweise zugesetzt werden. Es bilden sich Monomerkomplexe. Es kann die Energiezufuhr erhöht werden. Es kann eine sprunghafte Sättigung der
Monomerkomplexe und somit eine Keimbildung erzeugt werden. Anschließend können die Quantenpunkte gereift werden, beispielsweise nach der sogenannten Ostwald-Reifung. Bei der Hot Inj ection-Methode können Temperaturen zwischen
einschließlich 200 °C und einschließlich 350 °C verwendet werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die im Schritt A) erzeugten Quantenpunkte durch Hot Injection erzeugt und das Halbleitermaterial umfasst GaP.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann während des
Schrittes A) Trioctylphosphinoxid als Stabilisierungsreagenz zugesetzt werden. Stabilisierungsreagenzien, auch als oberflächenaktive Stoffe oder Tenside bezeichnet, sind
Substanzen, die die Oberflächenspannung reduzieren.
Stabilisierungsreagenzien oder Tenside sind dem Fachmann hinreichend bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Mit anderen Worten können kolloidale Quantenpunkte aus einer Reaktionsmischung aus Precursormaterial , Lösungsmittel und gegebenenfalls Stabilisierungsreagenzien durch die Hot
Inj ection-Methode erzeugt werden. Die
Stabilisierungsreagenzien können die kolloidalen
Quantenpunkte durch Bildung von selbstaggregierten Strukturen stabilisieren. Die selbstaggregierten Strukturen können
Monoschichten sein, die die Ligandenhülle bilden. Als Stabilisierungsreagenzien können Materialien verwendet werden, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Thiole, Amine, Phosphinoxide, Phosphonsäuren oder Carboxylsäuren umfasst. Insbesondere kann Phosphonsäure, RPO(OH)2 verwendet werden, die beispielsweise eine starke Bindungswirkung zu Quantenpunkten aufweist. Zum anderen kann durch das Anbinden der Phosphonsäure an die Oberfläche der Quantenpunkte eine aniosotrope Form der Quantenpunkte erzeugt werden.
Im Folgenden ist eine beispielhafte Reaktionsgleichung gezeigt, wie kolloidale GaP-Quantenpunkte mittels Hot
Injection erzeugt werden können.
Figure imgf000009_0001
Die resultierenden Quantenpunkte weisen eine erste
Ligandenhülle auf. Die erste Ligandenhülle ist aus
Trioctylphosphinoxid geformt. Mit anderen Worten lagern sich Trioctylphosphinoxidmoleküle auf die Oberfläche der
entsprechenden Kerne der Quantenpunkte an. Solche
Quantenpunkte sind allerdings schwer in ein Matrixmaterial, vorzugsweise ein hochbrechendes Silikonmatrixmaterial, eindispergierbar . Daher entsteht der Nachteil, dass die Einbringbarkeit dieser Quantenpunkte mit der ersten
Ligandenhülle erschwert ist. Die Erfinder haben nun
herausgefunden, dass durch einen Ligandenaustausch, also durch Austausch der ersten Ligandenhülle durch eine anorganische oder eine phosphonathaltige Ligandenhülle, die Einbringbarkeit der Quantenpunkte in das Matrixmaterial erleichtert werden kann. Damit kann ein Auskoppelelement erzeugt werden, das transparent ist für Strahlung aus dem roten und/oder IR-Bereich und eine hohe Effizienz aufweist.
In einem weiteren Beispiel können Quantenpunkte auch mit anderen Stabilisierungsreagenzien, wie beispielsweise
Dodecylamin (DA), erzeugt werden. Dabei kann die Erzeugung der Quantenpunkte nach folgender Reaktion erfolgen.
Figure imgf000010_0001
Die Stabilisierungsreagenzien Trioctylamin und Dodecylamin lagern sich an die Oberfläche der Kerne als erste
Ligandenhülle an. Allerdings ist die erste Ligandenhülle nicht für hochbrechende Polymerblends und herkömmliche
Matrixmaterialien geeignet, da diese lange Alkylketten aufweisen und damit den Brechungsindex reduzieren. Außerdem können nur monomodale Liganden als Stabilisierungsreagenzien verwendet werden. Damit ist keine Anbindung des
Matrixmaterials beispielsweise aus Silikon möglich. Daher sollte die Ligandenhülle an die Eigenschaften des
Matrixmaterials angepasst sein oder werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt B) auf, Aufbringen einer anorganischen oder einer phosphonathaltigen Ligandenhülle auf den jeweiligen Kern der Quantenpunkte. Die im Schritt A) bereitgestellten Quantenpunkte weisen vorzugsweise eine erste Ligandenhülle auf. Die erste Ligandenhülle ist vorzugsweise organisch, beispielsweise aus ölsäurehaltigen Liganden, die auf der Oberfläche des Kerns der Quantenpunkte angeordnet sind.
Anschließend kann die erste Ligandenhülle durch eine
anorganische oder eine phosphonathaltige Ligandenhülle ausgetauscht werden. Dadurch können die Quantenpunkte leichter in ein Matrixmaterial eingebracht werden. Dies ist insbesondere aufgrund der Oberflächenkompatibilität zwischen Matrixmaterial und anorganischer oder phosphonathaltiger Ligandenhülle erklärbar. Die Erfinder haben erkannt, dass durch die hier betrachteten Wellenlängenbereiche Quantenpunkte mit einer höheren
Brechzahl als beispielsweise Zr02 und T1O2 -Systeme verwendet werden können. Die Oberflächen der Quantenpunkte können gezielt modifiziert werden, sodass die Einmischung oder Einbringbarkeit der modifizierten Quantenpunkte in ein
Matrixmaterial, beispielsweise aus Silikon, ermöglicht ist.
Die erste Ligandenhülle kann durch eine anorganische
Ligandenhülle ausgetauscht werden. Im einfachsten Fall wären das Gruppen wie OH- oder NH2. Alternativ können die Liganden auch aus einem organischem Linker (beispielsweise Alkoxy, PDMS etc.) mit OH- oder NH2 als End-Gruppen bestehen. Diese Endfunktionalität der Liganden erlaubt in einem weiteren Syntheseschritt die Einkapselung in Silika und die leichte Einbettung in das Matrixmaterial.
Die erste Ligandenhülle kann auch durch eine
phosphonathaltige Ligandenhülle ausgetauscht werden. Phosphonatgruppen haben eine sehr hohe Bindungsaffinität zum anionischen Galliumphosphid- oder Indiumphosphidquantenpunkt . Endständige Phosphonatliganden können daher die synthetisch zugänglichen und typischen Oberflächenliganden austauschen, das heißt quantitativ verdrängen. Angestrebt ist eine
Einbringbarkeit der Quantenpunkte aus Kern und anorganischer oder phosphonathaltiger Ligandenhülle in ein Matrixmaterial, das vorzugsweise ein Polyorganosiloxan, inbesondere Poly- dimethyl-siloxan oder besser das höherbrechende Poly-methyl- phenyl-siloxan (beide heute eingesetzt) , besonders bevorzugt ein noch höherbrechendes Polydiphenylsiloxan, ist. Um eine Oberflächenbeladung der Quantenpunkte kompatibel mit einem Matrixmaterial, also beispielsweise einem
Polydiphenylsiloxan, einzustellen, können beispielsweise Phenylsiloxanphosphonatliganden (leichter zugänglich auch Methylsiloxanphosphonatliganden) an den Kern der
Quantenpunkte angebunden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt C) auf, Einbringen der Quantenpunkte mit der Ligandenhülle in ein Matrixmaterial. Insbesondere durch den Ligandenaustausch der in Schritt A) erzeugten Quantenpunkte mit einer Ligandenhülle, die anorganisch oder
phosphonathaltige Liganden aufweist, kann die Einbettung dieser Quantenpunkte leichter in das Matrixmaterial erfolgen, verglichen mit herkömmlich mittels Hot Inj ection-Methode hergestellten Quantenpunkten, die eine organische erste
Ligandenhülle aufweisen, die verschieden von der
anorganischen oder phosphonathaltigen Ligandenhülle ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Anteil der Quantenpunkte in dem Matrixmaterial zwischen einschließlich 15 Vol% und einschließlich 40 Vol%, insbesondere zwischen einschließlich 20 Vol% und einschließlich 35 Vol%, beispielsweise 13 Vol% oder 26 Vol%. Diese letztgenannten Werte sind nicht einschränkend auszulegen. Die Erfinder haben erkannt, dass durch die
Oberflächenmodifikation der Quantenpunkte, der Brechungsindex beispielsweise von GaP von 3,3 auf 3 gesenkt werden kann. Durch die Einbettung dieser modifizierten Quantenpunkte in ein Matrixmaterial, beispielsweise aus Siloxan, mit einem Anteil von 26 Vol% oder 13 Vol% kann der Brechungsindex letztendlich auf 2 bis 1,8 eingestellt werden. Damit kann der hohe Brechungsindex der Quantenpunkte gezielt an das
Matrixmaterial angepasst werden. Es kann zum Einen die
Mischbarkeit verbessert und zum Anderen die
Grenzflächentotalreflektion (NP-Matrix) minimiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Quantenpunkte, aufweisend die erste Ligandenhülle, einen kleineren Brechungsindex als die Quantenpunkte, aufweisend die anorganische oder phosphonathaltige Ligandenhülle, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Brechungsindex der Quantenpunkte, aufweisend die anorganische oder
phosphonathaltige Ligandenhülle, größer als der
Brechungsindex des Matrixmaterials.
In herkömmlichen Auskoppelelementen werden Streupartikel oder Auskoppelmaterialien, wie Zirkoniumdioxid oder Titandioxid, gezielt eingebracht, die einen hohen Brechungsindex aufweisen sollen. Im Gegensatz dazu haben die Erfinder erkannt, dass die Auskoppeleffizienz des optoelektronischen Bauelements gesteigert werden kann. Insbesondere kann ein Effizienzgewinn von 20 bis 50 % erfolgen. Daher sind derartige optoelektronische Bauelemente vorzugsweise für
Gewächshausbeleuchtungen geeignet. Zum anderen können auch herkömmliche optoelektronische Bauelemente, wie
beispielsweise Laserdioden oder Leuchtdioden, verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die anorganische Ligandenhülle eine endständige OH-Gruppe oder NH2~Gruppe auf und die Quantenpunkte werden vor Schritt C) in Silika eingebettet. Insbesondere sind die OH- oder NH2~Gruppen an die Oberfläche des Kerns der Quantenpunkte angebunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
phosphonathaltige Ligandenhülle ein endständiges
phenylfunktionalisiertes Siloxanphosphat auf, das kovalent an den Kern der Quantenpunkte gebunden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt der
Ligandenaustausch der ersten Ligandenhülle in eine
anorganische Ligandenhülle. Vorzugsweise werden die
Quantenpunkte mittels Hot Injection erzeugt. Die
Quantenpunkte weisen dann eine erste Ligandenhülle, die vorzugsweise organisch ist, auf. Diese organische erste
Ligandenhülle wird durch eine anorganische Ligandenhülle, insbesondere anhand des HSAB-Prinzips ausgetauscht. Gallium- Ionen sind beispielsweise hart, OH"-Ionen sind weich.
Anschließend kann die Einkapselung dieser modifizierten
Quantenpunkte in Silika erfolgen und eine Einbringbarkeit in ein Matrixmaterial erhöht werden. Es erfolgt keine
signifikante Erniedrigung von dem Brechungsindex, da keine langen Alkylreste vorhanden sind. Die Ligandenhüllen bieten eine Barriere gegenüber Umwelteinflüssen und gewährleisten eine gute Einbringbarkeit der Quantenpunkte in das Matrixmaterial, das beispielsweise einen Brechungsindex von 1,53 aufweist, auf.
Alternativ kann die erste Ligandenhülle der im Schritt A) bereitgestellten Quantenpunkte durch eine phosphonathaltige Ligandenhülle ausgetauscht werden. Beispielsweise kann die erste Ligandenhülle Ölsäure aufweisen und durch
Phosphonatliganden verdrängt werden. Insbesondere handelt es sich bei den Phosphonatliganden um phenylfunktionalisierte Siloxanphosphonatliganden. Der Brechungsindex der
phenylfunktionalisierten Siloxanphosphonatliganden entspricht im Wesentlichen dem Brechungsindex des Matrixmaterials, sodass daher eine leichte Einbringbarkeit der modifizierten Quantenpunkte in das Matrixmaterial erfolgen kann und keine Streuung an den Grenzflächen erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die
Quantenpunkte im Schritt A) durch Direct Hot Injection hergestellt, wobei Ph3Si-PDPS (Ph = Phenyl; PDPS =
Polydiphenylsiloxan) als Stabilisierungsreagenz zugesetzt wird. Alternativ, da einfacher zugänglich, wird momentan das PDMS-Analogon verwendet werden, also PDMS-Phosphat (PDMS = Polydimethylsiloxan) mit unterschiedlicher PDMS-Kettenlänge, beispielsweise mit 5kD und lOkDa:
Figure imgf000015_0001
Die Erfinder haben erkannt, dass neben dem Ligandenaustausch auch Phenylsiloxanphosphonatliganden bzw. momentan das oben dargestellte PDMS-Phosphat direkt als Stabilisierungsreagenz in der Hot Injection Synthese verwendet werden können und diese die phosphonathaltige Ligandenhülle bilden. Damit muss kein Ligandenaustausch erfolgen und die Einmischung oder Einbringbarkeit in ein Matrixmaterial ist leichter verglichen mit Quantenpunkten, die im Schritt A) des Verfahrens erzeugt sind .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Herstellung des Auskoppelelements und der Quantenpunkte durch Direct Hot Injection mit Triphenylsiliziumpolydiphenylsiloxanphosphonat oder entsprechend. Es wird insbesondere kein
Trioctylphosphinoxid (TOPO) verwendet. Diese
Phenylsiloxanliganden weisen einen ähnlichen Brechungsindex oder im Wesentlichen gleichen Brechungsindex als der
Brechungsindex des Matrixmaterials auf, sodass diese
miteinander kompatibel sind.
Figure imgf000016_0001
Durch das hier beschriebene Auskoppelelement kann die
Auskoppeleffizienz, vorzugsweise der von einem Halbleiterchi emittierten Strahlung, erhöht werden.
Es wird ferner ein Auskoppelelement angegeben. Vorzugsweise wird das Auskoppelelement mit dem hier beschriebenen
Verfahren hergestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Auskoppelelement ein Matrixmaterial, das ein hochbrechendes Silikon ist, auf. Als hochbrechendes Silikon wird hier insbesondere ein Silikon mit einem Brechungsindex n > 1.53 bezeichnet . In dem Matrixmaterial sind Quantenpunkte
eingebettet. Die Quantenpunkte weisen jeweils einen Kern aus Galliumphosphid oder Indiumphosphid auf. Der jeweilige Kern weist eine Ligandenhülle aus Silika oder
phenylfunktionalisiertes Siloxanphosphonat auf. Durch diese Ligandenhülle ist die Einbringbarkeit der Quantenpunkte in das Matrixmaterial erleichtert, verglichen mit
Quantenpunkten, die keine derartige Ligandenhülle aufweisen oder die eine Ligandenhülle beispielsweise aus Ölsäure aufweisen. Das Auskoppelelement ist transparent für Strahlung aus dem roten und/oder IR-Bereich.
Strahlung aus dem roten Bereich meint hier und im Folgenden eine Wellenlänge von ca. 600 bis 780 nm, beispielsweise 660 nm (Hyper RED) oder 730 (Far Red) . Darüberhinaus sind die GaP-Nanopartikel aufgrund ihrer Absorption bzw. Transparenz auch stufenlos einsetzbar für beispielsweise grün (ca. 540nm) und gelb (ca. 590) bzw. alle relevanten Farbnuancen.
Strahlung aus dem IR-Bereich meint hier und im Folgenden eine Wellenlänge von 750 bis 2000 nm, insbesondere 800 bis 950 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Quantenpunkte mit Kern und Ligandenhülle die folgende Formel auf :
Figure imgf000017_0001
wobei n > 1, Rl und/oder R2 unabhängig voneinander H, Alkyl oder Aryl ist , inbesondere Methyl.
Alternantiv weist die Ligandenhülle der Quantenpunkte die folgende Strukturformel auf:
Figure imgf000019_0001
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Die Figur 1 das Hot Inj ection-Verfahren, die Figuren 2A und 2B jeweils Quantenpunkte mit einer ersten oder zweiten Ligandenhülle gemäß einer Ausführungsform, die Figur 3A ein Verfahren zur Herstellung eines
Verkapselungselements gemäß einer Ausführungsform,
normalerweise können diese „Verkapselungelemente" noch in eine polymere Matrix eingemischt werden, die Figuren 3B und 3C jeweils Quantenpunkte gemäß einer
Ausführungsform, und die Figuren 4A bis 4F jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer
Ausführungsform. In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden. Die Figur 1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines
Auskoppelelements gemäß einer Ausführungsform. Es ist das Hot Inj ection-Verfahren gezeigt. Dabei wird eine Kationspezies in Lösung, hier am Beispiel von GaCl3, bereitgestellt und die Anionspezies , hier am Beispiel von P(SiMe3)3, injiziert, wobei sich ein Monomerkomplex bildet (S = Lösungsmittel, St - Stabilisiererr) . Mit der Injektion erfolgt die Nukleation, das heißt unter Energiezufuhr wird eine sprunghafte Sättigung der Monomerkomplexe wird erreicht, sodass eine Keimbildung erfolgt. Die Energiezufuhr kann beispielsweise mittels Heizen bei einer Temperatur von zirka 150 bis 400 °C, beispielsweise 250 °C, erfolgen. Anschließend können die Quantenpunkte reifen. Die Reifung kann nach der sogenannten Ostwald-Reifung erfolgen. Es resultieren Quantenpunkte, die einen Kern aus einem Halbleitermaterial aufweisen. Zudem weisen die
Quantenpunkte eine erste Ligandenhülle auf. Die erste
Ligandenhülle kann beispielsweise Ölsäure, Laurinsäure oder Olioylamine aufweisen, wie in den Figuren 2A und/oder 2B gezeigt. Die erste Ligandenhülle weist jedoch eine geringe Vermischbarkeit oder Einbringbarkeit in ein Matrixmaterial, beispielsweise aus Silikon, auf. Die Erfinder haben erkannt, dass durch den Ligandenaustausch, das heißt der Austausch der ersten Ligandenhülle durch eine anorganische oder eine phosphonathaltige Ligandenhülle, die Einbringbarkeit der Quantenpunkte erhöht werden kann.
Die Figuren 2A und 2B zeigen jeweils Quantenpunkte mit einer ersten Ligandenhülle und/oder einer zweiten Ligandenhülle. Die Liganden der entsprechenden Ligandenhüllen könnten beispielsweise Phosphonatliganden, silanbasierte Liganden, Carboxylatliganden, phosphatbasierte Liganden,
catecholbasierte Liganden, tetrametylammoniumhydroxidbasierte Liganden, Ölsäureliganden, Olioamine oder laurinsäurebasierte Liganden sein. Diese Liganden sind an der Oberfläche der Quantenpunkte 7 angeordnet.
Die Figur 3A zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines
Auskoppelelements gemäß einer Ausführungsform. Hier wird insgesamt ein hochbrechender Quantenpunkt 7, beispielsweise Galliumphosphid, in Silika eingekapselt und damit deren
Einbringbarkeit oder Löslichkeit in ein Matrixmaterial 8, beispielsweise aus Silikon, erhöht. Im ersten Schritt werden Quantenpunkte 7, die einen Kern 71 aufweisen, bereitgestellt. Der Kern 71 kann beispielsweise aus Galliumphosphid sein. Die Quantenpunkte 7 werden mit Liganden 73 beladen.
Beispielsweise weisen die Liganden Hydroxidgruppen 73 auf und sind an die Oberfläche der Kerne der Quantenpunkte 7
gebunden. Alternativ können die hydroxidfunktionalisierten Liganden auch mit Silanolen ausgetauscht werden. Dies kann beispielsweise mittels hydrophiler Substitution erfolgen. Anschließend kann eine kovalente Vernetzung, also eine
Kondensationsreaktion, der Quantenpunkte über ein
Silikanetzwerk erfolgen. Die in Silika eingekapselten oder eingebrachten Quantenpunkte 7 lassen sich anschließend gut einbringen in ein Matrixmaterial, beispielsweise aus Silikon. Die Figuren 3B und 3C zeigen Quantenpunkte gemäß einer
Ausführungsform. Die Figur 3B zeigt einen Kern 71 eines
Quantenpunkts 7, der mit Trioctylphosphinoxid beladen ist. Trioctylphosphinoxid bildet insbesondere die erste
Ligandenhülle . Trioctylphosphinoxid kann als
Stabilisierungsreagenz 10 eingebracht werden. Die erste
Ligandenhülle ist allerdings schlecht in ein Matrixmaterial, beispielsweise aus Silikon, eindispergierbar . Die Figur 3C zeigt einen Kern 71 eines Quantenpunktes 7, der mit einer ersten oder zweiten Ligandenhülle 73 beladen ist. Hierbei handelt es sich um einen aminfunktionalisierten Rest, der an der Oberfläche der Kerne der Quantenpunkte 7
angeordnet ist.
Die Figuren 4A bis 4F zeigen jeweils eine schematische
Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Figur 4A zeigt ein optoelektronisches Bauelement 100 mit einem Substrat 1, auf den ein Halbleiterchip 2 angeordnet ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips 2 umfasst dieser bevorzugt III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1__n_mGamN oder auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie
AlnIn1__n_mGamP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Ebenso kann es sich bei dem Halbleitermaterial um AlxGa1__xAs handeln mit 0 ≤ x ≤ 1. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Im Strahlengang des Halbleiterchips 2 ist ein
Auskoppelelement 9 angeordnet, das Quantenpunkte 7, die einen Kern 71 und eine anorganische oder phosphonathaltige
Ligandenhülle 72 aufweisen, enthält. Diese Quantenpunkte 7 sind in einem Matrixmaterial 8 eingebracht. Das
Matrixmaterial 8 ist insbesondere ein hochbrechendes Silikon, vorzugsweise ein Phenylsilikon . An den Seitenflächen des Halbleiterchips 2 und des Auskoppelelements 9 ist ein Gehäuse 5 aufgebracht. Das Gehäuse 5 kann zusätzlich Streupartikel, beispielsweise Titandioxidpartikel oder
Zirconiumdioxidpartikel , umfassen .
Die Figur 4B zeigt ein optoelektronisches Bauelement 100 mit einem Gehäuse 5. Das Gehäuse 5 weist eine Ausnehmung 4 auf, in dem ein Halbleiterchip 2 angeordnet ist. Der
Halbleiterchip 2 ist allseitig von einem Verguss 6
umschlossen. Der Verguss 6 umgibt sowohl die
Strahlungsaustrittsfläche als auch die Seitenflächen des Strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2. Der Verguss 6 weist das Matrixmaterial 8 und die Quantenpunkte 7 auf. Die Quantenpunkte 7 weisen einen Kern 71 und eine anorganische oder eine phosphonathaltige Ligandenhülle 72 auf.
Die Figur 4C zeigt ein Auskoppelelement 9 mit einem
Matrixmaterial 8 und die Quantenpunkte 7, die den
Halbleiterchip 2 allseitig umgeben. Die Figur 4D zeigt die Ausgestaltung des Auskoppelelements 9 als Schicht, die sowohl die Seitenflächen als auch die
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips 2 umgibt. Der Halbleiterchip 2 kann in einer Ausnehmung eines Gehäuses 5 angeordnet sein und zusätzlich mit einem Verguss 6,
beispielsweise aus Silikon oder Epoxy, vergossen sein.
Die Figur 4E zeigt ein Substrat 1, auf dem ein Halbleiterchip 2 aufgebracht ist. Im Strahlengang des Halbleiterchips 2 ist das Auskoppelelement 9 aufgebracht, das hier in Form einer Linse 3 ausgebildet ist. Die Linse 3 überragt dabei die
Seitenflächen des Halbleiterchips 2 nicht.
Die Figur 4F unterscheidet sich von dem optoelektronischen Bauelement 100 der Figur 4E dadurch, dass die Linse 3 die Seitenflächen des Halbleiterchips 2 überragt. Insbesondere ist die Linse 3 auf dem Substrat 1 zumindest bereichsweise angeordnet. Die Linse 3 wird von dem Auskoppelelement 9 gebildet .
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der
Ausführungsbeispiele auf diese 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. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2016 117 885.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
100 optoelektronisches Bauelement
1 Substrat
2 Halbleiterchip
3 Linse
4 Ausnehmung
5 Gehäuse
6 Verguss
7 Quantenpunkte
71 Kern
72 anorganische oder phosphonathaltige Ligandenhülle
73 erste Ligandenhülle
8 Matrixmaterial
9 Auskoppelelernent
10 Stabilisierungsreagenz

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements (9) für ein optoelektronisches Bauelement (100) mit den Schritten:
A) Bereitstellen von Quantenpunkten (7) mit jeweils einem
Kern (71) aus einem Halbleitermaterial,
B) Aufbringen einer anorganischen oder einer
phosphonathaltigen Ligandenhülle (72) auf den jeweiligen Kern (71) der Quantenpunkte (7),
C) Einbringen der Quantenpunkte (7) mit der Ligandenhülle
(72) in ein Matrixmaterial (8), wobei die Einbringbarkeit der Quantenpunkte (7) mit Ligandenhülle (72) verglichen mit den im Schritt A) erzeugten Quantenpunkten (7)
erleichtert ist, und wobei das Auskoppelelement (9) transparent für Strahlung aus dem roten und/oder IR- Bereich ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die Quantenpunkte (7) im Schritt A) eine erste
Ligandenhülle (73) aufweisen, die verschieden von der
anorganischen oder phosphonathaltigen Ligandenhülle (72) ist, wobei im Schritt B) die erste Ligandenhülle durch die
anorganische oder phosphonathaltige Ligandenhülle (72) ausgetauscht wird,
wobei die Quantenpunkte (7) aufweisend die erste
Ligandenhülle (73) einen kleineren Brechungsindex als die Quantenpunkte (7) aufweisend die anorganische oder
phosphonathaltige Ligandenhülle (72) aufweisen.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die im Schritt A) erzeugten Quantenpunkte (7) durch Hot Injection erzeugt sind und das Halbleitermaterial aus einer Gruppe ausgewählt ist, die GaP, InP, GaAs und InGaAlP umfasst .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die im Schritt A) erzeugten Quantenpunkte (7) durch Hot Injection erzeugt sind und das Halbleitermaterial GaP umfasst .
5. Verfahren nach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Trioctylphosphinoxid als Stabilisierungsreagenz (10) zugesetzt ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die im Schritt A) erzeugten Quantenpunkte (7) den Kern (71) und eine erste Ligandenhülle (73) aufweist, die
organisch und verschieden von der anorganischen oder
phosphonathaltigen Ligandenhülle (72) ist, wobei die
Einbringbarkeit der Quantenpunkte (7) mit der anorganischen oder phosphonathaltigen Ligandenhülle (71) verglichen mit den Quantenpunkten (7) aufweisend die erste Ligandenhülle (73) erleichtert ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anteil der Quantenpunkte (7) in dem Matrixmaterial (8) zwischen 20 Vol% und 35 Vol% ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Quantenpunkte (7) aufweisend die erste
Ligandenhülle (73) einen kleineren Brechungsindex als die Quantenpunkte (7) aufweisend die anorganische oder
phosphonathaltige Ligandenhülle (72) aufweist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Brechungsindex der Quantenpunkte (7) aufweisend die anorganische oder phosphonathaltige Ligandenhülle (72) größer als der Brechungsindex des Matrixmaterials (8) ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Matrixmaterial (8) ein Polyorganosiloxan ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Matrixmaterial (8) ein hochbrechendes Poly-methyl- phenyl-siloxan oder Polydiphenylsiloxan ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die anorganische Ligandenhülle (72) endständige OH- oder NH2-Gruppen aufweist und die Quantenpunkte (7) vor
Schritt C) in Silika eingebettet sind.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die phosphonathaltige Ligandenhülle (72) ein
endständiges phenylfunktionalisierte Siloxan-Phosphonat aufweist, das kovalent an den Kern (71) der Quantenpunkte (7) gebunden ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Quantenpunkte (7) im Schritt A) durch Direct Hot Injection hergestellt werden, wobei Ph3Si-PDPS oder PDMS-
Analogon als Stabilisierungsreagenz (10) zugesetzt wird, wobei das PDMS-Analogon die folgende Strukturformel aufweist:
Figure imgf000029_0001
15. Auskoppelelement (9) aufweisend ein Matrixmaterial (8) , das ein hochbrechendes Silikon ist und in dem Quantenpunkte (7) mit jeweils einem Kern (71) aus GaP oder InP eingebettet sind,
wobei der jeweilige Kern (71) eine Ligandenhulle aus Silika oder phenylfunktionalisiertes Siloxan-Phosphonat aufweist, wobei das Auskoppelelement (9) transparent für Strahlung aus dem roten und/oder IR-Bereich ist.
16. Auskoppelelement nach Anspruch 15,
das Quantenpunkte (7) mit Kern (71) und Ligandenhulle (72) der folgenden Formel aufweist:
Figure imgf000030_0001
wobei n > 1, R1 und/oder R2 unabhängig voneinander H, Alkyl oder Aryl ist, oder die Ligandenhulle der Quantenpunkte (7) folgende Strukturformel aufweist: mit n ≥ 1
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