WO2020212318A1 - Optoelektronisches bauelement mit einer lumineszenzkonversionsschicht - Google Patents

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layer
luminescence conversion
conversion layer
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Manuela Peter
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic component with at least one light-emitting semiconductor layer sequence and at least one luminescence conversion layer.
  • the optoelectronic component can in particular be a multicolored LED display in which at least one of the plurality of colors is generated by means of the luminescence conversion layer.
  • One problem to be solved is to specify an optoelectronic component in which at least a portion of the
  • Luminescence conversion layer is converted into a different wavelength
  • Luminescence conversion layer is characterized by advantageous electrical properties at the same time.
  • this includes
  • optoelectronic component at least one light-emitting semiconductor layer sequence and at least one luminescence conversion layer that contains a transparent conductive oxide and at least one dopant
  • Luminescence conversion layer is suitable for an emitted from the light-emitting semiconductor layer sequence
  • the light-emitting semiconductor layer sequence has, for example, a p-type semiconductor region, an n-type
  • the p-type semiconductor region, the n-type semiconductor region and the active layer may each comprise one or more semiconductor layers.
  • the p-type semiconductor region, the n-type semiconductor region and the active layer may each comprise one or more semiconductor layers.
  • Semiconductor region contains one or more p-doped
  • Semiconductor layers and the n-doped semiconductor region one or more n-doped semiconductor layers. It is also possible for the p-type semiconductor region and / or the n-type semiconductor region to undop one or more
  • the semiconductor layer sequence of the optoelectronic component is in particular a light-emitting diode layer sequence.
  • Optoelectronic component is preferably based on an II IV compound semiconductor material, in particular on a nitride, phosphide or arsenide compound semiconductor material.
  • an II IV compound semiconductor material in particular on a nitride, phosphide or arsenide compound semiconductor material.
  • III-V compound semiconductor material does not necessarily have to be
  • the luminescence conversion layer can in particular in a radiation direction of the light-emitting
  • Be arranged semiconductor layer sequence and is preferably arranged directly on the light-emitting semiconductor layer sequence. Alternatively, between the light-emitting semiconductor layer sequence and the
  • Luminescence conversion layer a further transparent conductive oxide layer can be arranged.
  • Luminescence conversion layer has a transparent conductive oxide which is used as a matrix material for the
  • the dopant of the transparent conductive oxide forms centers of luminescence, which are used for the wavelength conversion of the
  • Luminescence conversion layer is not only suitable for converting radiation, but is also characterized by advantageous electrical properties
  • conductive oxide can be beneficial in comparatively
  • the dopant which forms the luminescence centers, achieves in particular that the transparent conductive oxide of the luminescence conversion layer itself becomes one
  • the luminescence conversion layer which is a transparent conductive oxide with at least one
  • the luminescence conversion layer is advantageously based on an inherently conductive photoluminescent layer
  • Phosphor material preferably as a thin layer
  • Vacuum coating process can be produced.
  • the luminescence conversion layer can advantageously also be used on very small structures such as, for example, LED pixels
  • the transparent conductive oxide is ZnO, IZO, Ga 2Ü3 or IGZO.
  • the transparent conductive oxide is In 2Ü3 , SnÜ 2 , IMO or ITO. It is also conceivable to use derivatives or modifications of the materials mentioned.
  • the dopant of the transparent conductive oxide is
  • a material from the group of rare earths preferably Eu, Er, Tb or Ce. These dopants are suitable for forming luminescence centers in a transparent oxide.
  • Luminescence conversion layer at least one further
  • the further dopant is provided in particular to set the luminescence properties and / or the electrical properties of the luminescence conversion layer in a targeted manner.
  • the further dopant can be a
  • the transparent conductive oxide can be co-doped with Na, K or Li in order to change the luminescence properties.
  • Dopant Ga, Al, K, Na or Li can be provided to generate n-doping of the transparent conductive oxide.
  • Ga and Al are suitable for producing n-doping in ZnO. According to at least one embodiment, the
  • the at least one luminescence conversion layer is electrically conductive and is arranged between a first electrode and a second electrode of the light-emitting semiconductor layer sequence.
  • the luminescence conversion layer can with this
  • Luminescence conversion layer and as a current carrying or current spreading layer of the light-emitting
  • Luminescence conversion layer on a plurality of sublayers which are arranged in a layer stack
  • Barrier layer are separated from each other. This makes it possible to set the optical and / or electrical properties of the luminescence conversion layer in a targeted manner.
  • Layer stack can in particular contain alternating partial layers of the luminescence conversion layer and barrier layers.
  • the barrier layers manage or contain charge carriers in the
  • the at least one transparent barrier layer is, for example, one
  • the at least one is preferably transparent
  • Barrier layer between 1 nm and 200 nm thick, particularly preferably between 5 nm and 30 nm.
  • the barrier layers are comparatively thin layers. Such thin layers are already enough to create a
  • the multiple sub-layers of the luminescence conversion layer are, for example, between 10 nm and 10 ⁇ m, preferably between 50 nm and 1 ⁇ m, thick.
  • the at least one transparent barrier layer is a transparent conductive oxide layer. In this embodiment, both the
  • Sub-layers of the luminescence conversion layer and the at least one barrier layer are each electrically conductive.
  • barrier layer altogether electrically conductive and can thus be advantageous as a current-carrying or
  • the light-emitting component emits
  • the luminescence conversion layer can in this embodiment in particular ZnO: Eu or
  • Dopants X is doped.
  • Another dopant X can be, for example, Ga or Al.
  • Luminescence conversion layer can with another
  • Embodiment ZnO: Ce, X have, the further
  • Dopant X is for example Li, Ga or Al.
  • the optoelectronic component is a multicolor LED display that has a plurality of pixels.
  • the pixels each have one
  • the pixels are provided for generating light of a first color and at least one further color, the
  • Luminescence conversion layer is arranged at least on the pixels that generate the light of the first color.
  • this can be from the light-emitting
  • Semiconductor layer sequence of the first pixels emitted light can be converted into the light of the first color by means of the luminescence conversion layer.
  • the light of the at least one further color can, for example, be generated directly by the light-emitting semiconductor layer sequence, i.e. it can be the primary radiation of the light emitting
  • the light of at least one further color is also generated by luminescence conversion.
  • Semiconductor material based can mean in particular that the light-emitting semiconductor layer sequences of the pixels of the first color and of the at least one second color each on a nitride compound semiconductor material
  • Semiconductor layer sequences can advantageously be grown on the same growth substrate. A separate growth of light-emitting semiconductor layer sequences
  • the first color that is generated by means of the luminescence conversion layer is red.
  • the multicolor LED display is an RGB display in which a first group of pixels is red, a second group of pixels is green and a third Group of pixels emitting blue light.
  • the at least one light-emitting semiconductor layer sequence and / or the at least one luminescence conversion layer are surrounded in the lateral direction by an opaque layer. This is particularly advantageous when configuring the optoelectronic component as a multicolored LED display in order to prevent optical crosstalk between adjacent pixels.
  • the optoelectronic component can be used in particular in LED displays or it can be an LED display.
  • the LED The display is in particular a multicolor LED display, for example an RGB LED display.
  • the optoelectronic component can be used in small displays such as
  • they can be used in smartphones or watches or in head-up displays.
  • FIGS. 1A to IE each a schematic representation
  • FIGS. 2A to 2C each show a schematic representation
  • FIG. 3A shows a schematic representation of a cross section through an example of FIG
  • FIG. 3B shows a schematic representation of a cross section through a further example of FIG
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a cross section through an optoelectronic component according to a further example
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a cross section through an optoelectronic component according to a further example
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a cross section through an optoelectronic component according to a further example
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a cross section through an optoelectronic component in accordance with a further example
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a cross section through an optoelectronic component according to a further example
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a cross section through an optoelectronic component according to a further example
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a cross section through an optoelectronic component in accordance with a further example
  • FIG. 11 shows a schematic illustration of a cross section through an optoelectronic component in accordance with a further example.
  • FIG. 1A A first example of the optoelectronic component 10 is shown in FIG. 1A.
  • the optoelectronic component 10 has a device arranged on a substrate 1
  • light-emitting semiconductor layer sequence 2 is in particular a light-emitting diode layer sequence.
  • Semiconductor layer sequence 2 can have several sublayers
  • the light-emitting semiconductor layer sequence 2 can have an n-type semiconductor region, a p-type semiconductor region and one between the n-type semiconductor region and the p-type
  • the n-type semiconductor region, the p-type semiconductor region, and the active layer may each be formed from a plurality of layers.
  • the light-emitting semiconductor layer sequence 2 can, for example, emit UV light, blue light and / or green light. In this configuration, the
  • light-emitting semiconductor layer sequence 2 for example one based on a nitride compound semiconductor
  • the substrate 1 can be a growth substrate on which the light-emitting semiconductor layer sequence 2 is grown epitaxially. Alternatively, however, it is also possible that the substrate 1 is a carrier substrate to which the light-emitting semiconductor layer sequence 2 has been transferred from a growth substrate.
  • the substrate 1 can have at least one electrode for making electrical contact with the light-emitting semiconductor layer sequence 2 and / or an electrical circuit for operating the at least one light-emitting semiconductor layer sequence 2.
  • the optoelectronic component 10 can be an LED display with a plurality of pixels, with one
  • Control circuit for the pixels can be at least partially integrated into the substrate 1.
  • the optoelectronic component 10 is in a
  • the luminescence conversion layer can be any luminescence conversion layer 3 arranged.
  • the luminescence conversion layer can be any luminescence conversion layer 3 arranged.
  • Adjacent semiconductor layer sequence 2 The
  • Luminescence conversion layer 3 is suitable for completely or at least partially converting a primary radiation emitted by the light-emitting semiconductor layer sequence 2 into a
  • the luminescence conversion layer 3 can be provided for a primary radiation of a shorter
  • light-emitting semiconductor layer sequence 2 emit UV light, blue light or green light as primary radiation and the luminescence conversion layer 3 emits red light as
  • the luminescence conversion layer 3 has a transparent conductive oxide and at least one dopant
  • the transparent conductive oxide has, for example, ZnO, In2Ü3, IZO, Ga203 , IGZO, SnÜ2 or ITO. These transparent conductive oxides are distinguished in particular by the fact that the Layer production can take place at comparatively low process temperatures in the range of about 300 ° C to 550 ° C. This temperature range is compatible with LED production.
  • the at least one dopant is preferably an element from the group of rare earths. Preferred dopants are Eu, Er, Tb and Ce.
  • the luminescence conversion layer 3 can additionally contain at least one further dopant, the further dopant for the targeted setting of the electrical properties and / or the
  • the further dopant can be an element that does not belong to the rare earth group.
  • the further dopant can be Ga or Al.
  • Ga or Al By adding Ga or Al, in particular, n-doping of the transparent conductive oxide can be achieved.
  • the transparent conductive oxide ZnO which is doped with Eu or Ce and optionally with one or more other dopants X, is particularly preferred.
  • the luminescence conversion layer 3 can be applied directly to the light-emitting semiconductor layer sequence 2, for example by a vacuum coating method such as sputtering. It is advantageous that the Production can take place by sputtering at a comparatively low temperature, so that the light-emitting semiconductor layer sequence 2 already present is not damaged when the luminescence conversion layer 3 is applied.
  • Alternative coating methods for producing the luminescence conversion layer 3 are, for example, electron beam evaporation, MOCVD, ALCVD, sol-gel methods, printing methods or spin coating.
  • the luminescence conversion layer can alternatively by
  • Luminescence conversion layer 3 is subjected to a temperature treatment after application.
  • Luminescence conversion layer 3 on the light-emitting semiconductor layer sequence this can also be produced separately on a carrier substrate and subsequently transferred to the light-emitting semiconductor layer sequence 2.
  • Luminescence conversion layer 3 optionally a cover layer 4 can be arranged.
  • the cover layer 4 is, for example, an encapsulation layer for protecting the optoelectronic component 10. It is also possible for the cover layer 4 to have an optical function, for example as a
  • Luminescence conversion layer 3 is surrounded in the lateral direction by an opaque layer 5.
  • the opaque layer 5 prevents the emitted primary radiation and / or secondary radiation from emerging from the optoelectronic component 10 in a lateral direction. This is particularly advantageous in optoelectronic components that have multiple light-emitting
  • FIG. 1B Another example of the optoelectronic component 10 is shown in FIG. 1B. This example differs from the previous example in that the
  • Luminescence conversion layer 3 also to the side of the
  • the light-emitting semiconductor layer sequence 2 is arranged.
  • the light-emitting semiconductor layer sequence 2 is electrically isolated from the luminescence conversion layer 3 in the lateral direction by a passivation layer 13.
  • Light decoupling can be impaired by total reflections. This arrangement can also be advantageous for
  • light-emitting semiconductor layer sequences 2 which form small LED pixels, for example with an edge length of not more than 15 ⁇ m, in particular if the pixel spacings (pitch) are comparatively large.
  • light emerging from the side of the light-emitting semiconductor layer sequence 2 can also be used and the region of the Increase light conversion.
  • the crosstalk to neighboring pixels can still be prevented by arranging a
  • opaque layer 5 can be prevented, which is adjacent to the luminescence conversion layer 3 in this example.
  • FIG. 10 Another example of the optoelectronic component 10 is shown in FIG. This example differs from the previous example in that the
  • Substrate 1 has running side flanks.
  • the light-emitting semiconductor layer sequence 2 has a trapezoidal cross section. This configuration can be advantageous for coupling out light.
  • FIG. 10 Another example of the optoelectronic component 10 is shown in FIG. This example differs from the previous example in that the
  • Luminescence conversion layer 3 is arranged exclusively to the side of the light-emitting semiconductor layer sequence 2.
  • An opaque, in particular light-impermeable, cover layer 4 is arranged on the light-emitting semiconductor layer sequence. In this case, the light is essentially only coupled out laterally from the light-emitting semiconductor layer sequence 2. The one on the side of the
  • the opaque layer 5 arranged on the luminescence conversion layer can in particular be reflective and cause radiation to exit the upward direction
  • Luminescence conversion layer 3 is coupled out.
  • FIG. 10 Another example of the optoelectronic component 10 is shown in FIG. This example differs from the previous example in that the Luminescence conversion layer 3 is formed both laterally and above the light-emitting semiconductor layer sequence 2.
  • the cover layer 4 on the light-emitting semiconductor layer sequence can in this case be opaque,
  • the opaque layer 5 is arranged to the side of the luminescence conversion layer 3 and can be used as a reflector, in particular as a reflector with side flanks running obliquely to the substrate 1,
  • the opaque layer 5, which is designed as a reflector, covers the substrate 1. In this way the light emission is increased upwards.
  • FIG. 2A A further example of the optoelectronic component 10 is shown in FIG. 2A, the arrangement of the luminescence conversion layer 3 relative to the
  • Example of Figure 1A differs.
  • the luminescence conversion layer 3 is between the substrate 1 and the light-emitting semiconductor layer sequence 2
  • the cover layer 4 can advantageously have a color filter which is transparent, for example, for the secondary radiation and for the
  • Primary radiation is opaque.
  • a color filter in the cover layer 4 can also be used for the primary radiation
  • the second example corresponds to the example of Figure 1A.
  • FIG. 2B A further example of the optoelectronic component 10 is shown in FIG. 2B. This example differs from the previous example in that the
  • Luminescence conversion layer 3 also to the side of the
  • the light-emitting semiconductor layer sequence 2 is arranged.
  • the light-emitting semiconductor layer sequence 2 is electrically isolated from the luminescence conversion layer 3 in the lateral direction by a passivation layer 13. In this case, the
  • light-emitting semiconductor layer sequence 2 use emerging light and the area of light conversion
  • Layer 5 can be prevented, which in this example adjoins the luminescence conversion layer 3.
  • FIG. 2C A further example of the optoelectronic component 10 is shown in FIG. 2C. This example differs from the previous example in that the
  • Substrate 1 has running side flanks.
  • the light-emitting semiconductor layer sequence 2 has a trapezoidal cross section. This configuration can be advantageous for coupling out light.
  • the luminescence conversion layer 3 is an example
  • the Luminescence conversion layer 3 have one of the other aforementioned materials.
  • the luminescence conversion layer 3 is not an example
  • the layer stack has several sub-layers 3a, 3b, 3c of the
  • Luminescence conversion layer which, as in the previous examples, are each a transparent conductive oxide layer that is doped with at least one dopant for the formation of luminescence centers and optionally one or more further dopants.
  • a barrier layer 6 is arranged in each case before and after the partial layers 3a, 3b, 3c.
  • the barrier layers 6 can for example be oxide or
  • Be nitride layers The transparent ones are preferred
  • Barrier layers 6 thin layers which are only between 1 nm and 200 nm, particularly preferably between 5 nm and 30 nm thick.
  • the barrier layers 6 can serve the
  • the layers in the layer stack can be used to optimize charge carrier management or inclusion in the sub-layers 3a, 3b, 3c.
  • other properties of the layers in the layer stack such as the layer thicknesses, the doping with charge carriers, the band structure or the refractive indices, can be used to optimize the luminescence properties and the optical and / or
  • Luminescence conversion layer 3 are used.
  • the barrier layers 6 are preferably transparent conductive oxide layers.
  • the barrier layers 6 are preferably transparent conductive oxide layers.
  • the layer stack of the luminescence conversion layer 3 can therefore be an alternating one Layer sequence of alternating transparent conductive oxide layers 3a, 3b, 3c with luminescence centers and further transparent conductive oxide layers, which the
  • FIG. 10 Another example of the optoelectronic component 10 is shown in FIG. In this example the
  • Luminescence conversion layer 3 between a first
  • Luminescence conversion layer 3 is electrically conductive.
  • the luminescence conversion layer 3 is in particular in
  • the luminescence conversion layer 3 can advantageously have a dual function in this case
  • Luminescence conversion layer and current spreading layer of the optoelectronic component 10 have.
  • Luminescence conversion layer 3 has ZnO: Eu, Ga, X, for example.
  • FIG. 5 shows a modification of the example of FIG. 4, in which a further transparent conductive oxide layer 7 is arranged between the luminescence conversion layer 3 and the light-emitting semiconductor layer sequence 2, which can have a transparent conductive oxide without luminescence centers.
  • Oxide layer 7 can function here as a current spreading layer. As with the previous example, the
  • the luminescence conversion layer 3 has, for example, ZnO: Eu, Ga and the further transparent conductive layer
  • FIG. 6 shows a further modification of the example of FIG. 4, in which the further transparent conductive
  • Oxide layer 7 is arranged between the luminescence conversion layer 3 and the second electrode 12. As in the previous example, the more transparent one acts
  • conductive oxide layer 7 as a current spreading layer of the optoelectronic component 10.
  • Luminescence conversion layer 3 is between the first
  • Optoelectronic component arranged and is from
  • Luminescence conversion layer 3 is formed in accordance with the example in FIG.
  • the layer stack contains alternating partial layers 3a, 3b, 3c of the luminescence conversion layer and transparent barrier layers 6 arranged between them, which have a transparent conductive oxide and are therefore electrically conductive.
  • the partial layers 3a, 3b, 3c of the luminescence conversion layer 3 have, for example, ZnO: Eu, Ga and the transparent barrier layers ZnO: Ga or ITO.
  • an optoelectronic component with only one light-emitting semiconductor layer sequence 2 is shown for the sake of simplicity.
  • the principle proposed is particularly suitable for LED displays in which a number of pixels, each formed by a light-emitting semiconductor layer sequence, are arranged next to one another.
  • the optoelectronic component 10 can in particular be a multicolored LED display which has a multiplicity of pixels, the pixels being provided to emit different colors.
  • the optoelectronic component can be an RGB display.
  • the luminescence conversion layer can be applied to at least the pixels of a first color in accordance with the principle proposed here.
  • an optoelectronic component 10 is shown schematically in cross section, which by way of example has two
  • Component 10 can have a multiplicity of such pixels 21, 22, for example at least 1000, at least 100,000 or even at least 1,000,000.
  • Component 10 has several arranged side by side
  • the luminescence conversion layer 3 is at least above one pixel 21 of a first color
  • Luminescence conversion layer 3 is a layer which has ZnO: Eu, Ga.
  • the pixel 21 with the luminescence conversion layer 3 can in this case be provided, for example, for the emission of red light.
  • Luminescence conversion layer 3 a further transparent conductive oxide layer 7 as a current spreading layer
  • the layer structure of the pixel 21 can have one of the other previously described configurations according to FIGS. 1 to 7.
  • Component 10 also has at least one second pixel 22 that is not covered by a luminescence conversion layer 3. For example, only the transparent conductive oxide layer 7 is used in the second pixel 22
  • the second pixel 22 in this case emits the primary radiation
  • light-emitting semiconductor layer sequence 2 for example blue light or green light.
  • the optoelectronic component 10 can additionally have a multiplicity of further pixels 21 of the first color and further pixels 22 of the second color. Furthermore, the optoelectronic component 10 can have pixels of at least one further color. In particular, it can
  • Optoelectronic component 10 can be a multicolor LED display, for example an RGB-LED display.
  • the pixels 21, 22 of the optoelectronic component 10 are advantageously arranged on a common substrate 1, which is a growth substrate for the light-emitting
  • Semiconductor layer sequences 2 can be, for example a Sapphire substrate.
  • the substrate 1 can be a carrier substrate on which the light-emitting
  • Semiconductor layer sequences 2 have been transferred from a growth substrate.
  • a growth substrate In one embodiment is
  • a reflective and / or contrast-enhancing layer 8 is arranged below the substrate 1.
  • Pixels 21, 22 of the optoelectronic component 10 is preferably an opaque layer 5.
  • a cover layer 4 is arranged above the pixels 21, 22, which for example has a
  • the cover layer 4 can have an optical and / or electrical function.
  • the cover layer 4 can comprise at least one color filter or have electrical circuit elements for controlling the pixels 21, 22.
  • Optoelectronic component 10 with a plurality of pixels 21, 22 shown This example differs from the previous example in that the
  • Semiconductor layer sequence 2 are arranged. Furthermore, in the case of the at least one second pixel 22, there is none
  • conductive layer for example a transparent one
  • Semiconductor layer sequence 2 takes place in each case by means of a first electrode 11 and a second electrode 12, wherein in this example the first electrode 11 is connected to the further transparent conductive oxide layer 7 and the second
  • Electrode is arranged in each case on an upper side of the light-emitting semiconductor layer sequence.
  • Electrode is arranged in each case on an upper side of the light-emitting semiconductor layer sequence.
  • Semiconductor layer sequence 2 each have a reflective and / or a contrast-improving layer 8, in particular a black matrix, can be arranged. Since no luminescence conversion layer is arranged in the second pixel 22, a filler layer 9 can be provided to compensate for the height difference to the first pixel 21, for example between the substrate 1 and the reflective or
  • contrast-enhancing layer 8 can be arranged.
  • a first color filter layer 41 for a first color can be arranged over the first pixel 21 and a second color filter or luminescence conversion layer 42 for a second color can be arranged over the second pixel 22.
  • the first color filter layer 41 can be provided to the
  • the second color filter or luminescence conversion layer 42 can be provided to the primary radiation of the second pixel 22,
  • FIG. 10 shows a modification of the example of FIG. 9 that differs from the previous example in that the first pixel 21 and the second pixel 22 have the same layer structure.
  • Example can be achieved in that over the first pixel 21 a first color filter layer 41 for a first color and over the second pixel 22 a second color filter or
  • Luminescence conversion layer 42 is arranged for a second color. For example, the first
  • Color filter layer 41 can be provided to filter out the converted radiation of the first pixel, for example red light, and the second color filter or
  • Luminescence conversion layer 42 can be provided to filter out the primary radiation of second pixel 22, for example blue or green light, or to generate the second color by luminescence conversion.
  • a light-impermeable layer 5 is advantageously arranged between the color filter or luminescence conversion layers 41, 42 and between the pixels 21, 22. The electrical contacting of the light-emitting
  • Semiconductor layer sequences 2 can by a first electrode 21 and a second electrode 22, each with the
  • transparent conductive oxide layer 7 and the top side of the light-emitting semiconductor layer sequence 2 are electrically conductively connected.
  • FIG. 11 shows a modification of the example in FIG. 10 that differs from the previous example in the type of electrical contact.
  • the substrate 1 is a
  • Carrier substrate that electrically controls the pixels 21, 22.
  • circuits based on thin film transistors (TFT) can be contained in the substrate 1.
  • TFT thin film transistors
  • Passive matrix elements can be arranged, which can be advantageous in particular for use in small displays.
  • Substrate 1 each by means of a first electrode 11 and a second electrode 12.

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement (10) beschrieben, umfassend mindestens eine lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge (2) und mindestens eine Lumineszenzkonversionsschicht (3), die ein transparentes leitfähiges Oxid und mindestens einen Dotierstoff zur Ausbildung von Lumineszenzzentren enthält.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT MIT EINER
LUMINESZENZKONVERSIONSSCHICHT
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit mindestens einer lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge und mindestens einer Lumineszenzkonversionsschicht.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2019 109 909.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Das optoelektronische Bauelement kann insbesondere ein mehrfarbiges LED-Display sein, bei dem mindestens eine der mehreren Farben mittels der Lumineszenzkonversionsschicht erzeugt wird.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, bei dem zumindest ein Teil der
emittierten Strahlung mittels einer
Lumineszenzkonversionsschicht in eine andere Wellenlänge konvertiert wird, wobei sich die
Lumineszenzkonversionsschicht gleichzeitig durch vorteilhafte elektrische Eigenschaften auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung umfasst das
optoelektronische Bauelement mindestens eine lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge und mindestens eine Lumineszenzkonversionsschicht, die ein transparentes leitfähiges Oxid und mindestens einen Dotierstoff zur
Ausbildung von Lumineszenzzentren enthält. Die
Lumineszenzkonversionsschicht ist dazu geeignet, eine von der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge emittierte
Primärstrahlung ganz oder teilweise in Sekundärstrahlung mit einer von der Primärstrahlung verschiedenen Wellenlänge zu konvertieren .
Die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge weist zum Beispiel einen p-Typ Halbleiterbereich, einen n-Typ
Halbleiterbereich und eine zwischen dem p-Typ
Halbleiterbereich und dem n-Typ Halbleiterbereich angeordnete aktive Schicht auf. Der p-Typ Halbleiterbereich, der n-Typ Halbleiterbereich und die aktive Schicht können jeweils eine oder mehrere Halbleiterschichten umfassen. Der p-Typ
Halbleiterbereich enthält eine oder mehrere p-dotierte
Halbleiterschichten und der n-dotierte Halbleiterbereich eine oder mehrere n-dotierte Halbleiterschichten. Es ist auch möglich, dass der p-Typ Halbleiterbereich und/oder der n-Typ Halbleiterbereich eine oder mehrere undotierte
Halbleiterschichten enthalten. Die lichtemittierende
Halbleiterschichtenfolge des optoelektronischen Bauelements ist insbesondere eine Leuchtdiodenschichtenfolge.
Die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge des
optoelektronischen Bauelements basiert vorzugsweise auf einem I I I-V-Verbindungshalbleitermaterial , insbesondere auf einem, Nitrid-, Phosphid- oder Arsenid- verbindungshalbleitermaterial . Beispielsweise kann die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge InxAlyGa]__x_yN,
InxAlyGa]__x_yP oder InxAlyGa]__x_yAs , jeweils mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1, enthalten. Dabei muss das III-V- Verbindungshalbleitermaterial nicht zwingend eine
mathematisch exakte Zusammensetzung nach einer der obigen Formeln aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere
Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhalten obige Formeln jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Die Lumineszenzkonversionsschicht kann insbesondere in einer Abstrahlrichtung der lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolge angeordnet sein und ist vorzugsweise direkt auf der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Alternativ kann zwischen der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge und der
Lumineszenzkonversionsschicht eine weitere transparente leitfähige Oxidschicht angeordnet sein. Die
Lumineszenzkonversionsschicht weist ein transparentes leitfähiges Oxid auf, das als Matrixmaterial für den
mindestens einen Dotierstoff fungiert. Der Dotierstoff des transparenten leitfähigen Oxids bildet Lumineszenzzentren aus, die zur Wellenlängenkonversion der von der
lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge emittierten
Strahlung geeignet sind. Insbesondere können die
Lumineszenzzentren dazu geeignet sein, emittierte
Primärstrahlung einer kleineren Wellenlänge, beispielsweise UV-Licht, blaues Licht oder grünes Licht in Sekundärstrahlung eine größere Wellenlänge, beispielsweise rotes Licht, zu konvertieren .
Die Verwendung eines transparenten leitfähigen Oxids als Matrixmaterial für den mindestens einen Dotierstoff, der die Lumineszenzzentren ausbildet, hat den Vorteil, dass die
Lumineszenzkonversionsschicht nicht nur zur Konversion von Strahlung geeignet ist, sondern sich gleichzeitig durch vorteilhafte elektrische Eigenschaften auszeichnet,
insbesondere durch ihre elektrische Leitfähigkeit. Die
Lumineszenzkonversionsschicht aus dem transparenten
leitfähigen Oxid kann vorteilhaft bei vergleichsweise
niedrigen Prozesstemperaturen, beispielsweise durch Sputtern, aufgebracht werden. Insbesondere ist es möglich, die
Lumineszenzkonversionsschicht direkt auf die
lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge aufzubringen, ohne dass es dabei zu einer Schädigung der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge kommt.
Durch den Dotierstoff, der die Lumineszenzzentren ausbildet, wird insbesondere erreicht, dass das transparente leitfähige Oxid der Lumineszenzkonversionsschicht selbst zu einem
Leuchtstoff wird. Die Lumineszenzkonversionsschicht, die ein transparentes leitfähiges Oxid mit mindestens einem
Dotierstoff zur Ausbildung von Lumineszenzzentren enthält, ist insbesondere keine Vermengung oder Komposit aus
konventionellen photolumineszenten Leuchtstoff-Partikeln oder -Pulver und leitfähigem Material oder Bindestoffen. Vielmehr basiert die Lumineszenzkonversionsschicht vorteilhaft auf einem an sich leitfähigen photolumineszenten
Leuchtstoffmaterial, das vorzugsweise als Dünnschicht
aufgebracht wird. Insbesondere kann die
Lumineszenzkonversionsschicht mittels eines
Vakuumbeschichtungsverfahrens hergestellt werden. Die
Leitfähigkeit und Homogenität lässt sich auf diese Weise besser steuern als beispielsweise bei Sol-Gel-Verfahren. Die Lumineszenzkonversionsschicht kann vorteilhaft auch auf sehr kleinen Strukturen wie beispielsweise LED-Pixeln
aufgewachsen zu werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das transparente leitfähige Oxid ZnO, IZO, Ga2Ü3 oder IGZO. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das transparente leitfähige Oxid In2Ü3, SnÜ2, IMO oder ITO. Es ist auch denkbar, Derivate oder Abwandlungen der genannten Materialien zu verwenden. Der Dotierstoff des transparenten leitfähigen Oxids ist
vorteilhaft ein Material aus der Gruppe der seltenen Erden, bevorzugt Eu, Er, Tb oder Ce. Diese Dotierstoffe sind dazu geeignet, Lumineszenzzentren in einem transparenten Oxid auszubilden .
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung enthält die
Lumineszenzkonversionsschicht mindestens einen weiteren
Dotierstoff. Der weitere Dotierstoff ist insbesondere dazu vorgesehen, die Lumineszenzeigenschaften und/oder die elektrischen Eigenschaften der Lumineszenzkonversionsschicht gezielt einzustellen. Der weitere Dotierstoff kann ein
Dotierstoff sein, der nicht zu den Materialien der seltenen Erden gehört. Beispielsweise kann eine Co-Dotierung des transparenten leitfähigen Oxids mit Na, K oder Li erfolgen, um die Lumineszenzeigenschaften zu verändern.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist der weitere
Dotierstoff Ga, Al, K, Na oder Li. Der weitere Dotierstoff kann dazu vorgesehen sein, eine n-Dotierung des transparenten leitfähigen Oxids zu erzeugen. Beispielsweise sind Ga und Al dazu geeignet, eine n-Dotierung in ZnO zu erzeugen. Gemäß zumindest einer Ausgestaltung enthält die
Lumineszenzkonversionsschicht ZnO:Eu, ZnO:Eu, Ga oder ZnO:Eu, Al. Mit diesen Materialien kann vorteilhaft eine Konversion von UV-Licht, blauem Licht oder grünem Licht in rotes Licht erfolgen .
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist die mindestens eine Lumineszenzkonversionsschicht elektrisch leitend und zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge angeordnet.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die
Lumineszenzkonversionsschicht vom Betriebsstrom der
lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge durchflossen wird. Die Lumineszenzkonversionsschicht kann bei dieser
Ausgestaltung vorteilhaft gleichzeitig als
Lumineszenzkonversionsschicht und als Stromführungs- oder Stromaufweitungsschicht der lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolge fungieren. Der Herstellungsaufwand für das optoelektronische Bauelement wird dadurch
vereinfacht .
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist die
Lumineszenzkonversionsschicht mehrere Teilschichten auf, die in einem Schichtstapel angeordnet sind, wobei die
Teilschichten durch mindestens eine transparente
Barriereschicht voneinander getrennt sind. Dies ermöglicht es, die optischen und/oder elektrischen Eigenschaften der Lumineszenzkonversionsschicht gezielt einzustellen. Der
Schichtstapel kann insbesondere alternierend Teilschichten der Lumineszenzkonversionsschicht und Barriereschichten enthalten. Insbesondere wird durch die Barriereschichten ein Management oder Einschluss von Ladungsträgern in den
Teilschichten der Lumineszenzkonversionsschicht bewirkt oder die Anregung oder Lichtauskopplung verändert, wodurch die Effizienz vorteilhaft erhöht wird. Die mindestens eine transparente Barriereschicht ist beispielsweise eine
transparente Oxidschicht oder Nitridschicht.
Bevorzugt ist die mindestens eine transparente
Barriereschicht zwischen 1 nm und 200 nm dick, besonders bevorzugt zwischen 5 nm und 30 nm. Die Barriereschichten sind in diesem Fall vergleichsweise dünne Schichten. Solche dünnen Schichten reichen bereits aus, um einen
Ladungsträgereinschluss zur Erhöhung der Effizienz der
Lumineszenzkonversion in den Teilschichten zu bewirken. Die mehreren Teilschichten der Lumineszenzkonversionsschicht sind beispielsweise zwischen 10 nm und 10 gm, bevorzugt zwischen 50 nm und 1 gm dick.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die mindestens eine transparente Barriereschicht eine transparente leitfähige Oxidschicht. Bei dieser Ausgestaltung sind sowohl die
Teilschichten der Lumineszenzkonversionsschicht als auch die mindestens eine Barriereschicht jeweils elektrisch leitend. Insbesondere ist der Schichtstapel , der die Teilschichten der Lumineszenzkonversionsschicht und die mindestens eine
Barriereschicht enthält, insgesamt elektrisch leitend und kann somit vorteilhaft als Stromführungs- oder
StromaufweitungsSchicht fungieren .
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung des optoelektronischen Bauelements emittiert die lichtemittierende
Halbleiterschichtenfolge UV-Strahlung, blaues Licht oder grünes Licht, wobei die Lumineszenzkonversionsschicht das emittierte Licht in langwelligeres Licht, beispielsweise in rotes Licht, konvertiert. Die Lumineszenzkonversionsschicht kann bei dieser Ausgestaltung insbesondere ZnO:Eu oder
ZnO:Eu, X aufweisen, d.h. mit Europium dotiertes Zinkoxid, das gegebenenfalls mit einem oder mehreren weiteren
Dotierstoffen X dotiert ist. Ein weiterer Dotierstoff X kann zum Beispiel Ga oder Al sein. Die
Lumineszenzkonversionsschicht kann bei einer anderen
Ausgestaltung ZnO:Ce, X aufweisen, wobei der weitere
Dotierstoff X beispielsweise Li, Ga oder Al ist.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist das optoelektronische Bauelement ein mehrfarbiges LED-Display, das eine Vielzahl von Pixeln aufweist. Die Pixel weisen jeweils eine
lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge auf. Die Pixel sind zur Erzeugung von Licht einer ersten Farbe und zumindest einer weiteren Farbe vorgesehen, wobei die
Lumineszenzkonversionsschicht zumindest auf den Pixeln, die das Licht der ersten Farbe erzeugen, angeordnet ist.
Insbesondere kann das von der lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolge der ersten Pixel emittierte Licht mittels der Lumineszenzkonversionsschicht in das Licht der ersten Farbe konvertiert werden. Das Licht der mindestens einen weiteren Farbe kann beispielsweise direkt durch die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge erzeugt werden, d.h. es kann die Primärstrahlung der lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolge sein. Es ist möglich, dass
zusätzlich zu dem Licht der ersten Farbe auch das Licht mindestens einer weiteren Farbe durch Lumineszenzkonversion erzeugt wird.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung basieren die
lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolgen der Pixel auf dem gleichen Halbleitermaterial. „Auf dem gleichen
Halbleitermaterial basieren" kann insbesondere bedeuten, dass die lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolgen der Pixel der ersten Farbe und der mindestens einen zweiten Farbe jeweils auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial
basieren. Insbesondere können die lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolgen, insbesondere deren aktive
Schichten, jeweils InxAlyGai-x-yN aufweisen, wobei 0 < x < 1, 0
< y < 1 und x + y < 1. Die lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolgen können vorteilhaft auf dem gleichen Aufwachssubstrat aufgewachsen sein. Ein separates Aufwachsen von lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolgen
verschiedener Materialsysteme auf verschiedenen
Aufwachssubstraten und ein anschließender Transfer auf ein gemeinsames Trägersubstrat können vorteilhaft vermieden werden .
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist die erste Farbe, die mittels der Lumineszenzkonversionsschicht erzeugt wird, Rot. Beispielsweise ist das mehrfarbige LED-Display ein RGB- Display, bei dem eine erste Gruppe von Pixeln rotes Licht, eine zweite Gruppe von Pixeln grünes Licht und eine dritte Gruppe von Pixeln blaues Licht emittiert.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung sind die mindestens eine lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge und/oder die mindestens eine Lumineszenzkonversionsschicht in seitlicher Richtung von einer lichtundurchlässigen Schicht umgeben. Dies ist insbesondere bei der Ausgestaltung des optoelektronischen Bauelements als mehrfarbiges LED-Display vorteilhaft, um ein optisches Übersprechen zwischen benachbarten Pixeln zu verhindern .
Das optoelektronische Bauelement ist insbesondere in LED- Displays einsetzbar oder kann ein LED-Display sein. Das LED- Display ist insbesondere ein mehrfarbiges LED-Display, beispielsweise ein RGB-LED-Display . Insbesondere kann das optoelektronische Bauelement in kleinen Displays wie
beispielsweise in Smartphones oder Uhren oder in Head-Up Displays eingesetzt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von
Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 11 näher erläutert.
Es zeigen:
Figuren 1A bis IE jeweils eine schematische Darstellung
eines Querschnitts durch ein Beispiel des optoelektronisches Bauelements,
Figuren 2A bis 2C jeweils eine schematische Darstellung
eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß weiteren Beispielen,
Figur 3A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Beispiel der
LumineszenzkonversionsSchicht,
Figur 3B eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein weiteres Beispiel der
LumineszenzkonversionsSchicht,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem weiteren Beispiel, Figur 5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem weiteren Beispiel,
Figur 6 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem weiteren Beispiel,
Figur 7 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem weiteren Beispiel,
Figur 8 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem weiteren Beispiel,
Figur 9 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem weiteren Beispiel,
Figur 10 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem weiteren Beispiel, und
Figur 11 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem weiteren Beispiel.
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die
dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen .
In Figur 1A ist ein erstes Beispiel des optoelektronischen Bauelements 10 dargestellt. Das optoelektronische Bauelement 10 weist eine auf einem Substrat 1 angeordnete
lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 auf. Die
lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 ist insbesondere eine Leuchtdiodenschichtenfolge. Die lichtemittierende
Halbleiterschichtenfolge 2 kann mehrere Teilschichten
aufweisen, die in der Figur 1 und in den weiteren Figuren zur Vereinfachung nicht einzeln dargestellt sind. Insbesondere kann die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 einen n-Typ Halbleiterbereich, einen p-Typ Halbleiterbereich und eine zwischen dem n-Typ Halbleiterbereich und dem p-Typ
Halbleiterbereich angeordnete aktive Schicht aufweisen. Der n-Typ Halbleiterbereich, der p-Typ Halbleiterbereich und die aktive Schicht können jeweils aus mehreren Schichten gebildet sein. Die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 kann zum Beispiel UV-Licht, blaues Licht und/oder grünes Licht emittieren. Bei dieser Ausgestaltung ist die
lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 beispielsweise eine auf einem Nitridverbindungshalbleiter basierende
Halbleiterschichtenfolge, die insbesondere
Halbleiterschichten mit der Zusammensetzung InxAlyGa]__x_yN, mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1 aufweisen kann.
Es ist möglich, dass das Substrat 1 ein Aufwachssubstrat ist, auf dem die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 epitaktisch aufgewachsen ist. Alternativ ist aber auch möglich, dass das Substrat 1 ein Trägersubstrat ist, auf das die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 von einem Aufwachssubstrat transferiert wurde. Das Substrat 1 kann zumindest eine Elektrode zur elektrischen Kontaktierung der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 und/oder eine elektrische Schaltung zum Betrieb der mindestens einen lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 umfassen.
Insbesondere kann das optoelektronische Bauelement 10 ein LED-Display mit mehreren Pixeln sein, wobei eine
Steuerschaltung für die Pixel zumindest teilweise in das Substrat 1 integriert sein kann.
Bei dem optoelektronischen Bauelement 10 ist in einer
Abstrahlrichtung der lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolge 2 eine Lumineszenzkonversionsschicht 3 angeordnet. Die Lumineszenzkonversionsschicht kann
insbesondere direkt an die lichtemittierende
Halbleiterschichtenfolge 2 angrenzen. Die
Lumineszenzkonversionsschicht 3 ist dazu geeignet, eine von der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 emittierte Primärstrahlung ganz oder zumindest teilweise in eine
Sekundärstrahlung mit einer anderen Wellenlänge umzuwandeln. Insbesondere kann die Lumineszenzkonversionsschicht 3 dazu vorgesehen sein, eine Primärstrahlung einer kürzeren
Wellenlänge in eine Sekundärstrahlung einer längeren
Wellenlänge zu konvertieren. Beispielsweise kann die
lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 UV-Licht, blaues Licht oder grünes Licht als Primärstrahlung emittieren und die Lumineszenzkonversionsschicht 3 rotes Licht als
Sekundärstrahlung erzeugen.
Die Lumineszenzkonversionsschicht 3 weist ein transparentes leitfähiges Oxid und mindestens einen Dotierstoff zur
Ausbildung von Lumineszenzzentren auf. Das transparente leitfähige Oxid weist beispielsweise ZnO, In2Ü3, IZO, Ga203, IGZO, SnÜ2 oder ITO auf. Diese transparenten leitfähigen Oxide zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Schichtherstellung bei vergleichsweise niedrigen Prozesstemperaturen im Bereich von etwa 300 °C bis 550 °C erfolgen kann. Dieser Temperaturbereich ist kompatibel mit der LED-Fertigung .
Der mindestens eine Dotierstoff ist bevorzugt ein Element aus der Gruppe der seltenen Erden. Bevorzugte Dotierstoffe sind Eu, Er, Tb und Ce. Die Lumineszenzkonversionsschicht 3 kann zusätzlich mindestens einen weiteren Dotierstoff enthalten, wobei der weitere Dotierstoff zur gezielten Einstellung der elektrischen Eigenschaften und/oder der
Lumineszenzeigenschaften (Effizienz, Lebensdauer angeregter Zustände) vorgesehen sein kann. Der weitere Dotierstoff kann ein Element sein, das nicht zur Gruppe der seltenen Erden gehört. Beispielsweise kann der weitere Dotierstoff Ga oder Al sein. Durch den Zusatz von Ga oder Al kann insbesondere eine n-Dotierung des transparenten leitfähigen Oxids erzielt werden. Alternativ ist es auch denkbar, das transparente leitfähige Oxid mit einem p-Dotierstoff zu versehen oder ein intrinsisches transparentes leitfähiges Oxid zu verwenden.
Besonders bevorzugt ist das transparente leitfähige Oxid ZnO, das mit Eu oder Ce und optional mit einem oder mehreren weiteren Dotierstoffen X dotiert ist. Ein transparentes leitfähiges Oxid mit der Zusammensetzung ZnO:Eu oder ZnO:Eu, X, wobei X beispielsweise Ga, Al, Na, K oder Li ist, ist insbesondere dazu geeignet, UV-Licht, blaues Licht oder grünes Licht in rotes oder grünes Licht zu konvertieren.
Die Lumineszenzkonversionsschicht 3 kann direkt auf die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht werden, beispielsweise durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren wie Sputtern. Hierbei ist es von Vorteil, dass die Herstellung durch Sputtern bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur erfolgen kann, so dass die schon vorhandene lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 beim Aufbringen der Lumineszenzkonversionsschicht 3 nicht geschädigt wird. Alternative Beschichtungsverfahren zur Herstellung der Lumineszenzkonversionsschicht 3 sind beispielsweise Elektronenstrahlverdampfung, MOCVD, ALCVD, Sol-Gel-Verfahren, Druckverfahren oder Spin-Coating. Die Lumineszenzkonversionsschicht kann alternativ durch
Herstellen und Aufbringen von Nano-Partikeln hergestellt werden. Es ist möglich, dass die
Lumineszenzkonversionsschicht 3 nach dem Aufbringen einer Temperaturbehandlung unterzogen wird.
Alternativ zum direkten Aufbringen der
Lumineszenzkonversionsschicht 3 auf die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge kann diese auch separat auf einem Trägersubstrat hergestellt werden und nachfolgend auf die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 transferiert werden .
In dem optoelektronischen Bauelement 10 kann über der
Lumineszenzkonversionsschicht 3 optional eine Deckschicht 4 angeordnet sein. Die Deckschicht 4 ist beispielsweise eine Verkapselungsschicht zum Schutz des optoelektronischen Bauelements 10. Es ist auch möglich, dass die Deckschicht 4 eine optische Funktion aufweist, beispielsweise als
Farbfilter, zur Kontrasterhöhung oder zur Unterdrückung von optischem Übersprechen. Es ist auch möglich, dass in der Deckschicht 4 eine oder mehrere Elektroden und/oder
elektrische Schaltungselemente für das optoelektronische Bauelement 10 enthalten sind. Bei dem dargestellten Beispiel sind die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 und die
Lumineszenzkonversionsschicht 3 in seitlicher Richtung jeweils von einer lichtundurchlässigen Schicht 5 umgeben. Die lichtundurchlässige Schicht 5 verhindert, dass die emittierte Primärstrahlung und/oder Sekundärstrahlung in seitlicher Richtung aus dem optoelektronischen Bauelement 10 austritt. Dieses insbesondere bei optoelektronischen Bauelementen vorteilhaft, die mehrere lichtemittierende
Halbleiterschichtenfolgen 2 und/oder
Lumineszenzkonversionsschichten 3 nebeneinander aufweisen, beispielsweise bei LED-Displays mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Pixeln.
In Figur 1B ist ein weiteres Beispiel des optoelektronischen Bauelements 10 dargestellt. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem vorherigen Beispiel dadurch, dass die
Lumineszenzkonversionsschicht 3 auch seitlich von der
lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet ist. Die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 ist in seitlicher Richtung durch eine Passivierungsschicht 13 von der Lumineszenzkonversionsschicht 3 elektrisch isoliert.
Diese Anordnung ist insbesondere vorteilhaft, wenn die lichtemittierende Halbeiterschichtenfolge 2 keine
Oberflächenaufrauhung aufweist, so dass die vertikale
Lichtauskopplung durch Totalreflexionen beeinträchtigt sein kann. Vorteilhaft kann diese Anordnung auch für
lichtemittierende Halbleiterschichtfolgen 2 sein, die kleine LED-Pixel, z.B. mit einer Kantenlänge von nicht mehr als 15 pm, ausbilden, insbesondere wenn die Pixelabstände (pitch) vergleichsweise große sind. In diesem Fall lässt sich auch seitlich aus der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 austretendes Licht nützen und sich der Bereich der Lichtkonversion vergrößern. Das Übersprechen auf benachbarte Pixel kann weiterhin durch das Anordnen einer
lichtundurchlässigen Schicht 5 verhindert werden, welche bei diesem Beispiel an die Lumineszenzkonversionsschicht 3 angrenzt .
In Figur IC ist ein weiteres Beispiel des optoelektronischen Bauelements 10 dargestellt. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem vorherigen Beispiel dadurch, dass die
lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 schräg zum
Substrat 1 verlaufende Seitenflanken aufweist. Insbesondere weist die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 einen trapezförmigen Querschnitt auf. Diese Ausgestaltung kann vorteilhaft für die Lichtauskopplung sein.
In Figur ID ist ein weiteres Beispiel des optoelektronischen Bauelements 10 dargestellt. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem vorherigen Beispiel dadurch, dass die
Lumineszenzkonversionsschicht 3 ausschließlich seitlich von der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet ist. Auf der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge ist eine opake, insbesondere lichtundurchlässige, Deckschicht 4 angeordnet. Das Licht wird in diesem Fall im Wesentlichen nur seitlich aus der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 ausgekoppelt. Die seitlich von der
Lumineszenzkonversionsschicht angeordnete lichtundurchlässige Schicht 5 kann insbesondere reflektierend sein und bewirken, dass Strahlung nach oben aus der
Lumineszenzkonversionsschicht 3 ausgekoppelt wird.
In Figur IE ist ein weiteres Beispiel des optoelektronischen Bauelements 10 dargestellt. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem vorherigen Beispiel dadurch, dass die Lumineszenzkonversionsschicht 3 sowohl seitlich als auch oberhalb der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 ausgebildet ist. Die Deckschicht 4 auf der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge kann in diesem Fall opak,
insbesondere lichtundurchlässig, oder alternativ
lichtdurchlässig sein. Die lichtundurchlässige Schicht 5 ist seitlich von der Lumineszenzkonversionsschicht 3 angeordnet ist und kann als Reflektor, insbesondere als Reflektor mit schräg zum Substrat 1 verlaufenden Seitenflanken,
ausgebildet sein. Weiterhin ist es möglich, dass die als Reflektor ausgebildete lichtundurchlässige 5 Schicht das Substrat 1 bedeckt. Auf diese Weise wird die Lichtabstrahlung nach oben verstärkt.
In Figur 2A ist ein weiteres Beispiel des optoelektronischen Bauelements 10 dargestellt, das sich in der Anordnung der Lumineszenzkonversionsschicht 3 relativ zur
lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 von dem
Beispiel der Figur 1A unterscheidet. Bei diesem Beispiel ist die Lumineszenzkonversionsschicht 3 zwischen dem Substrat 1 und der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2
angeordnet. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann
möglich, wenn die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 transparent für die von der Lumineszenzkonversionsschicht 3 erzeugte Sekundärstrahlung ist. Die Deckschicht 4 kann vorteilhaft einen Farbfilter aufweisen, der beispielsweise für die Sekundärstrahlung transparent ist und für die
Primärstrahlung undurchlässig ist. Ein Farbfilter in der Deckschicht 4 kann auch für die Primärstrahlung
teildurchlässig sein, um beispielsweise ein Mischlicht mit einem Anteil der Primärstrahlung und einem Anteil der
Sekundärstrahlung zu erzeugen. Hinsichtlich weiterer möglicher Ausgestaltungen entspricht das zweite Beispiel dem Beispiel der Figur 1A.
In Figur 2B ist ein weiteres Beispiel des optoelektronischen Bauelements 10 dargestellt. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem vorherigen Beispiel dadurch, dass die
Lumineszenzkonversionsschicht 3 auch seitlich von der
lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet ist. Die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 ist in seitlicher Richtung durch eine Passivierungsschicht 13 von der Lumineszenzkonversionsschicht 3 elektrisch isoliert. In diesem Fall lässt sich auch seitlich aus der
lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 austretendes Licht nützen und sich der Bereich der Lichtkonversion
vergrößern. Das Übersprechen auf benachbarte Pixel kann weiterhin durch das Anordnen einer lichtundurchlässigen
Schicht 5 verhindert werden, welche bei diesem Beispiel an die Lumineszenzkonversionsschicht 3 angrenzt.
In Figur 2C ist ein weiteres Beispiel des optoelektronischen Bauelements 10 dargestellt. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem vorherigen Beispiel dadurch, dass die
lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 schräg zum
Substrat 1 verlaufende Seitenflanken aufweist. Insbesondere weist die lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 einen trapezförmigen Querschnitt auf. Diese Ausgestaltung kann vorteilhaft für die Lichtauskopplung sein.
In der Figur 3A ist eine mögliche Ausführung der
Lumineszenzkonversionsschicht 3 dargestellt. Bei diesem
Beispiel ist die Lumineszenzkonversionsschicht 3 eine
Einzelschicht, die ZnO:Eu, Ga aufweist. Alternativ kann die Lumineszenzkonversionsschicht 3 eines der anderen zuvor erwähnten Materialien aufweisen.
In der Figur 3B ist eine vorteilhafte Ausführung der
Lumineszenzkonversionsschicht 3 dargestellt. Bei diesem
Beispiel ist die Lumineszenzkonversionsschicht 3 keine
Einzelschicht, sondern ein Schichtstapel . Der Schichtstapel weist mehrere Teilschichten 3a, 3b, 3c der
Lumineszenzkonversionsschicht auf, die wie bei den vorherigen Beispielen jeweils eine transparente leitfähige Oxidschicht sind, die mit mindestens einem Dotierstoff zur Ausbildung von Lumineszenzzentren und optional einem oder mehreren weiteren Dotierstoffen dotiert sind. Vor und nach den Teilschichten 3a, 3b, 3c ist jeweils eine Barriereschicht 6 angeordnet. Die Barriereschichten 6 können beispielsweise Oxid- oder
Nitridschichten sein. Bevorzugt sind die transparenten
Barriereschichten 6 dünne Schichten, die nur zwischen 1 nm und 200 nm, besonders bevorzugt zwischen 5 nm und 30 nm dick sind. Die Barriereschichten 6 können dazu dienen, die
Lumineszenzeigenschaften beispielsweise durch
Ladungsträgermanagement oder Einschluss in den Teilschichten 3a, 3b, 3c zu optimieren. Zusätzlich oder alternativ können andere Eigenschaften der Schichten in dem Schichtstapel wie die Schichtdicken, die Dotierung mit Ladungsträgern, die Bandstruktur oder die Brechungsindizes zur Optimierung der Lumineszenzeigenschaften sowie der optischen und/oder
elektronischen Eigenschaften der
Lumineszenzkonversionsschicht 3 herangezogen werden.
Vorzugsweise sind die Barriereschichten 6 transparente leitfähige Oxidschichten. Beispielsweise enthalten die
Barriereschichten ZnO:Ga oder ITO. Der Schichtstapel der Lumineszenzkonversionsschicht 3 kann also eine alternierende Schichtenfolge aus abwechselnden transparenten leitfähigen Oxidschichten 3a, 3b, 3c mit Lumineszenzzentren und weiteren transparenten leitfähigen Oxidschichten sein, die die
Barriereschichten 6 ausbilden.
In Figur 4 ist ein weiteres Beispiel des optoelektronischen Bauelements 10 dargestellt. Bei diesem Beispiel ist die
Lumineszenzkonversionsschicht 3 zwischen einer ersten
Elektrode 11 und einer zweiten Elektrode 12 des
optoelektronischen Bauelements 10 angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung wird insbesondere ausgenutzt, dass die
Lumineszenzkonversionsschicht 3 elektrisch leitend ist. Die Lumineszenzkonversionsschicht 3 wird insbesondere beim
Betrieb des optoelektronischen Bauelements 10 von dem
Betriebsstrom der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 durchflossen. Die Lumineszenzkonversionsschicht 3 kann in diesem Fall vorteilhaft eine Doppelfunktion als
Lumineszenzkonversionsschicht und Stromaufweitungsschicht des optoelektronischen Bauelements 10 haben. Die
Lumineszenzkonversionsschicht 3 weist beispielsweise ZnO:Eu, Ga, X auf.
Die Figur 5 zeigt eine Abwandlung des Beispiels der Figur 4, bei dem zwischen der Lumineszenzkonversionsschicht 3 und der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 eine weitere transparente leitfähige Oxidschicht 7 angeordnet ist, die ein transparentes leitfähiges Oxid ohne Lumineszenzzentren aufweisen kann. Die weitere transparente leitfähige
Oxidschicht 7 kann hierbei als Stromaufweitungsschicht fungieren. Wie bei dem vorherigen Beispiel ist die
Lumineszenzkonversionsschicht 3 zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 des optoelektronischen Bauelements angeordnet und wird vom Betriebsstrom der
lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 durchflossen. Die Lumineszenzkonversionsschicht 3 weist beispielsweise ZnO:Eu, Ga und die weitere transparente leitfähige
Oxidschicht 7 ZnO:Ga oder ITO auf.
Die Figur 6 zeigt eine weitere Abwandlung des Beispiels der Figur 4, bei dem die weitere transparente leitfähige
Oxidschicht 7 zwischen der Lumineszenzkonversionsschicht 3 und der zweiten Elektrode 12 angeordnet ist. Wie bei dem vorherigen Beispiel fungiert die weitere transparente
leitfähige Oxidschicht 7 als Stromaufweitungsschicht des optoelektronischen Bauelements 10. Die
Lumineszenzkonversionsschicht 3 ist zwischen der ersten
Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 des
optoelektronischen Bauelements angeordnet und wird vom
Betriebsstrom der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 durchflossen.
Bei dem weiteren Beispiel der Figur 7 ist zwischen der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 und der zweiten Elektrode 12 des optoelektronischen Bauelements 10 ein
Schichtstapel angeordnet, der eine
Lumineszenzkonversionsschicht 3 entsprechend dem Beispiel der Figur 3 ausbildet. Der Schichtstapel enthält alternierend Teilschichten 3a, 3b, 3c der Lumineszenzkonversionsschicht und dazwischen angeordnete transparente Barriereschichten 6, die ein transparentes leitfähiges Oxid aufweisen und somit elektrisch leitend sind. Die Teilschichten 3a, 3b, 3c der Lumineszenzkonversionsschicht 3 weisen beispielsweise ZnO:Eu, Ga und die transparenten Barriereschichten ZnO:Ga oder ITO auf . In den Beispielen der Figuren 1 bis 7 ist zur Vereinfachung jeweils ein optoelektronisches Bauelement mit nur einer lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 dargestellt. Eine Lumineszenzkonversionsschicht gemäß dem hierin
vorgeschlagenen Prinzip ist besonders für LED-Displays geeignet, bei dem mehrere Pixel, die jeweils durch eine lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge gebildet sind, nebeneinander angeordnet sind. Bei dem optoelektronischen Bauelement 10 kann es sich insbesondere um ein mehrfarbiges LED-Display handeln, das eine Vielzahl von Pixeln aufweist, wobei die Pixel zur Emission verschiedener Farben vorgesehen sind. Beispielsweise kann das optoelektronische Bauelement ein RGB-Display sein. Im Fall eines mehrfarbigen LED-Displays kann die Lumineszenzkonversionsschicht gemäß dem hierin vorgeschlagenen Prinzip auf zumindest die Pixel einer ersten Farbe aufgebracht sein.
In Figur 8 ist schematisch ein optoelektronisches Bauelement 10 im Querschnitt dargestellt, das beispielhaft zwei
nebeneinander angeordnete Pixel 21, 22 zur Emission
verschiedener Farben aufweist. Das optoelektronische
Bauelement 10 kann eine Vielzahl derartiger Pixel 21, 22 aufweisen, beispielsweise mindestens 1000, mindestens 100.000 oder sogar mindestens 1.000.000. Das optoelektronische
Bauelement 10 weist mehrere nebeneinander angeordnete
lichtemittierende Halbleiterschichtenfolgen 2 auf, die jeweils einem Pixel 21, 22 des optoelektronischen Bauelements 10 zugeordnet sind. Zumindest über einem Pixel 21 einer ersten Farbe ist die Lumineszenzkonversionsschicht 3
angeordnet, die ein transparentes leitfähiges Oxid mit
Lumineszenzzentren aufweist. Beispielsweise ist die
Lumineszenzkonversionsschicht 3 eine Schicht, die ZnO:Eu, Ga aufweist. Das Pixel 21 mit der Lumineszenzkonversionsschicht 3 kann in diesem Fall beispielsweise zur Emission von rotem Licht vorgesehen sein.
Bei dem Pixel 21 mit der Lumineszenzkonversionsschicht 3 ist hier beispielhaft zwischen der lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolge 2 und der
Lumineszenzkonversionsschicht 3 eine weitere transparente leitfähige Oxidschicht 7 als Stromaufweitungsschicht
angeordnet. Alternativ kann der Schichtaufbau des Pixels 21 eine der anderen zuvor beschriebenen Ausgestaltungen gemäß den Figuren 1 bis 7 aufweisen. Das optoelektronische
Bauelement 10 weist außerdem mindestens ein zweites Pixel 22 auf, das nicht von einer Lumineszenzkonversionsschicht 3 bedeckt ist. Beispielsweise ist bei dem zweiten Pixel 22 nur die transparente leitfähige Oxidschicht 7 als
Stromaufweitungsschicht auf der lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet. Das zweite Pixel 22 emittiert in diesem Fall die Primärstrahlung der
lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2, beispielsweise blaues Licht oder grünes Licht.
Das optoelektronische Bauelement 10 kann zusätzlich eine Vielzahl von weiteren Pixeln 21 der ersten Farbe und weiteren Pixeln 22 der zweiten Farbe aufweisen. Weiterhin kann das optoelektronische Bauelement 10 Pixel mindestens einer weiteren Farbe aufweisen. Insbesondere kann das
optoelektronische Bauelement 10 ein mehrfarbiges LED-Display sein, beispielsweise ein RGB-LED-Display .
Die Pixel 21, 22 des optoelektronischen Bauelements 10 sind vorteilhaft auf einem gemeinsamen Substrat 1 angeordnet, das ein Aufwachssubstrat für die lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolgen 2 sein kann, beispielsweise ein Saphirsubstrat. Alternativ kann das Substrat 1 ein Trägersubstrat sein, auf das die lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolgen 2 von einem Aufwachssubstrat transferiert worden sind. Bei einer Ausgestaltung ist
unterhalb des Substrats 1 eine reflektierende und/oder kontrastverbessernde Schicht 8 angeordnet. Zwischen den
Pixeln 21, 22 des optoelektronischen Bauelements 10 ist vorzugsweise eine lichtundurchlässige Schicht 5 angeordnet.
Weiterhin ist es möglich, dass oberhalb der Pixel 21, 22 eine Deckschicht 4 angeordnet ist, die beispielsweise eine
Verkapselung des optoelektronischen Bauelements ausbildet. Es ist auch möglich, dass die Deckschicht 4 eine optische und/oder elektrische Funktion aufweist. Beispielsweise kann die Deckschicht 4 mindestens einen Farbfilter umfassen oder elektrische Schaltungselemente zur Ansteuerung der Pixel 21, 22 aufweisen.
In Figur 9 ist eine weitere Ausgestaltung des
optoelektronischen Bauelements 10 mit mehreren Pixeln 21, 22 dargestellt. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem vorherigen Beispiel dadurch, dass die
Lumineszenzkonversionsschicht 3 und die weitere transparente leitfähige Oxidschicht 7 des mindestens einen ersten Pixels 21 zwischen dem Substrat 1 und der lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet sind. Weiterhin ist bei dem mindestens einen zweiten Pixel 22, das keine
Lumineszenzkonversionsschicht aufweist, eine weitere
leitfähige Schicht, beispielsweise eine transparente
leitfähige Oxidschicht 7, zwischen dem Substrat 1 und der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet. Die Kontaktierung der lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolge 2 erfolgt jeweils mittels einer ersten Elektrode 11 und einer zweiten Elektrode 12, wobei in diesem Beispiel die erste Elektrode 11 jeweils an die weitere transparente leitfähige Oxidschicht 7 und die zweite
Elektrode jeweils an einer Oberseite der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Zusätzlich kann zwischen dem Substrat 1 und der lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolge 2 jeweils eine reflektierende und/oder eine kontrastverbessernde Schicht 8, insbesondere eine Black Matrix, angeordnet sein. Da in dem zweiten Pixel 22 keine Lumineszenzkonversionsschicht angeordnet ist, kann zum Ausgleich der Höhendifferenz zum ersten Pixel 21 eine Füllschicht 9 vorgesehen sein, die beispielsweise zwischen dem Substrat 1 und der reflektierenden oder
kontrastverbessernden Schicht 8 angeordnet sein kann.
Über dem ersten Pixel 21 kann eine erste Farbfilterschicht 41 für eine erste Farbe und über dem zweiten Pixel 22 eine zweite Farbfilter- oder Lumineszenzkonversionsschicht 42 für eine zweite Farbe angeordnet sein. Beispielsweise kann die erste Farbfilterschicht 41 dazu vorgesehen sein, die
konvertierte Strahlung des ersten Pixels, beispielsweise rotes Licht, zu transmittieren, und die zweite Farbfilter oder Lumineszenzkonversionsschicht 42 kann dazu vorgesehen sein, die Primärstrahlung des zweiten Pixels 22,
beispielsweise blaues oder grünes Licht, herauszufiltern oder die zweite Farbe durch Lumineszenzkonversion zu erzeugen. Zwischen den Farbfiltern 41, 42 sowie zwischen den Pixeln 21, 22 ist vorteilhaft jeweils eine lichtundurchlässige Schicht 5 angeordnet . In Figur 10 ist eine Abwandlung des Beispiels der Figur 9 dargestellt, dass sich von dem vorherigen Beispiel dadurch unterscheidet, dass das erste Pixel 21 und das zweite Pixel 22 den gleichen Schichtaufbau aufweisen. Der
Herstellungsaufwand kann dadurch vereinfacht werden. Die Emission von Licht verschiedener Farben kann bei diesem
Beispiel dadurch erreicht werden, dass über dem ersten Pixel 21 eine erste Farbfilterschicht 41 für eine erste Farbe und über dem zweiten Pixel 22 eine zweite Farbfilter- oder
Lumineszenzkonversionsschicht 42 für eine zweite Farbe angeordnet ist. Beispielsweise kann die erste
Farbfilterschicht 41 dazu vorgesehen sein, die konvertierte Strahlung des ersten Pixels, beispielsweise rotes Licht, herauszufiltern, und die zweite Farbfilter- oder
Lumineszenzkonversionsschicht 42 kann dazu vorgesehen sein, die Primärstrahlung des zweiten Pixels 22, beispielsweise blaues oder grünes Licht, herauszufiltern oder die zweite Farbe durch Lumineszenzkonversion zu erzeugen. Zwischen den Farbfilter- oder Lumineszenzkonversionsschichten 41, 42 sowie zwischen den Pixeln 21, 22 ist vorteilhaft jeweils eine lichtundurchlässige Schicht 5 angeordnet. Die elektrische Kontaktierung der lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolgen 2 kann durch eine erste Elektrode 21 und eine zweite Elektrode 22, die jeweils mit der
transparenten leitfähigen Oxidschicht 7 und der Oberseite der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 elektrisch leitend verbunden sind, erfolgen.
In Figur 11 ist eine Abwandlung des Beispiels der Figur 10 dargestellt, dass sich von dem vorherigen Beispiel durch die Art der elektrischen Kontaktierung unterscheidet. Bei dem hier gezeigten Beispiel ist das Substrat 1 ein
Trägersubstrat, das eine elektrische Ansteuerung der Pixel 21, 22 aufweist. Beispielsweise können in dem Substrat 1 Schaltkreise enthalten sein, die auf Dünnfilmtransistoren (TFT) basieren. Alternativ können in dem Substrat 1
Passivmatrix-Elemente angeordnet sein, die insbesondere zur Anwendung in kleinen Displays vorteilhaft sein können. Die Kontaktierung der lichtemittierenden
Halbleiterschichtenfolgen 2 erfolgt von der Seite des
Substrats 1 aus jeweils mittels einer ersten Elektrode 11 und einer zweiten Elektrode 12.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 Substrat
2 lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge
3 LumineszenzkonversionsSchicht
3a Teilschicht der Lumineszenzkonversionsschicht
3b Teilschicht der Lumineszenzkonversionsschicht
3c Teilschicht der Lumineszenzkonversionsschicht
4 Deckschicht
5 lichtundurchlässige Schicht
6 BarriereSchicht
7 transparente leitfähige Oxidschicht
8 reflektierende oder kontrastverbessernde Schicht 9 Füllschicht
10 optoelektronisches Bauelement
11 erste Elektrode
12 zweite Elektrode
13 PassivierungsSchicht
21 erstes Pixel
22 zweites Pixel
41 erste Farbfilterschicht
42 zweite Farbfilter- oder Lumineszenzkonversionsschicht

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (10), umfassend
- mindestens eine lichtemittierende
Halbleiterschichtenfolge (2), und
- mindestens eine Lumineszenzkonversionsschicht (3), die ein transparentes leitfähiges Oxid und mindestens einen Dotierstoff zur Ausbildung von Lumineszenzzentren enthält .
2. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1,
wobei das transparente leitfähige Oxid ZnO, IZO, Ga203 oder IGZO ist.
3. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1,
wobei das transparente leitfähige Oxid In2Ü3, SnÜ2, IMO oder ITO ist.
4. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Dotierstoff Eu, Er, Tb oder Ce ist.
5. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Lumineszenzkonversionsschicht (3) mindestens einen weiteren Dotierstoff enthält.
6. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 5,
wobei der weitere Dotierstoff Ga, Al, K, Na oder Li ist.
7. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Lumineszenzkonversionsschicht (3) ZnO:Eu, ZnO:Eu, Ga oder ZnO:Eu, Al aufweist.
8. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die mindestens eine Lumineszenzkonversionsschicht (3) elektrisch leitend ist und zwischen einer ersten Elektrode (11) und einer zweiten Elektrode (12) der lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolge (2)
angeordnet ist.
9. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Lumineszenzkonversionsschicht (3) mehrere Teilschichten (3a, 3b, 3c) aufweist, die in einem
Schichtstapel angeordnet sind, wobei die Teilschichten durch mindestens eine transparente Barriereschicht (6) voneinander getrennt sind.
10. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 9,
wobei die mindestens eine transparente Barriereschicht (6) zwischen 1 nm und 200 nm dick ist.
11. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 9 oder 10, wobei die mehreren Teilschichten (3a, 3b, 3c) zwischen 10 nm und 10 pm dick sind.
12. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
wobei die mindestens eine transparente Barriereschicht (6) eine transparente leitfähige Oxidschicht ist.
13. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge (2) UV-Strahlung, blaues Licht oder grünes Licht emittiert, und wobei die
Lumineszenzkonversionsschicht (3) das emittierte Licht in rotes Licht oder grünes Licht konvertiert.
14. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei das optoelektronische Bauelement (10) ein
mehrfarbiges LED-Display ist, das eine Vielzahl von Pixeln (21, 22) aufweist, die jeweils eine
lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge (2)
aufweisen,
wobei die Pixel (21, 22) zur Emission von Licht einer ersten Farbe und zumindest einer weiteren Farbe
vorgesehen sind, und wobei die
Lumineszenzkonversionsschicht (3) zumindest auf den Pixeln (21) der ersten Farbe angeordnet ist.
15. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 14,
wobei die erste Farbe Rot oder Grün ist.
16. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 14 oder 15,
wobei die lichtemittierenden Halbleiterschichtenfolgen (2) der Pixel (21, 22) auf dem gleichen
Halbleitermaterial basieren.
17. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die mindestens eine lichtemittierende
Halbleiterschichtenfolge (2) und/oder die mindestens eine Lumineszenzkonversionsschicht (3) in seitlicher Richtung von einer lichtundurchlässigen Schicht (5) umgeben ist.
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