DE102018125646A1

DE102018125646A1 - µLED CHIP ARCHITEKTUR BASIEREND AUF NANOSTRUKTURIERTEN PEROWSKIT-KONVERTERMATERIALIEN

Info

Publication number: DE102018125646A1
Application number: DE102018125646.9A
Authority: DE
Inventors: Marcus Boehm; Britta Goeoetz; Martin Strassburg
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2020-01-30
Also published as: WO2020020925A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements, umfassend:- Bereitstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips (1) umfassend:mindestens eine lichtemittierende Schicht (4),mindestens eine Kavität (3), und- Einbringen mindestens einer Vorstufe eines Konversionselements, wobei das mindestens eine Konversionselement (6, 6') eine Perowskit-basierte ABX- oder ABB'X-Struktur umfasst.Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und die Verwendung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.

Description

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement sowie eine Verwendung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben.
Perowskit-basierte Materialien zur Erzeugung von grünem und rotem Licht basieren auf der Strukturformel ABX₃ oder A₂BB'X₆, wobei ein anorganisches Kation (meist Cäsium oder Kalium bzw. ein organisches Molekül wie Methylammonium oder Formamidinium) die Position A besetzen. Für optische Anwendungen im sichtbaren und nahen IR-Bereich werden an Position B Blei oder Zinn bzw. an Position B und B' jeweils Silber und Bismuth oder nur Bismuth verwendet und als anionische Komponente an Position X Halogenide wie Chloride, Bromide oder Iodide.
Zur Einstellung des Absorptions- und Emissionsspektrum des perowskitischen Konvertermaterials im grünen/roten Spektralbereich wird die anionische Komponente zwischen Chloriden (blau/grüner Spektralbereich), Bromiden (grüner Spektralbereich), Iodiden (roter/infra roter Spektralbereich) oder Mischungen aus diesen variiert.
Eine zu lösende Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelemente, umfassend zum Beispiel mehrere µLED Chips, bereit zu stellen, welches eine Mikrostruktur aufweist und weißes Licht mit einer weit einstellbaren Farbtemperatur emittiert. Als µLED Chip wird im Rahmen dieser Anwendung eine LED Chip Architektur verstanden, dessen Dimensionen eine Kantenlänge von 150 µm nicht überschreitet. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements, sowie die Verwendung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements, umfassend:

- Bereitstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips umfassend: mindestens eine lichtemittierende Schicht, mindestens eine Kavität, und
- Einbringen mindestens einer Vorstufe eines Konversionselements,

₃

₂

₆

Unter einem optoelektronischen Halbleiterbauelement wird im Rahmen der Erfindung z.B. ein LED (light emitting diode) Bauelement, insbesondere ein Bauelement mit mindestens einem µLED Chip, verstanden.
Unter einem optoelektronischen Halbleiterchip wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein separat handhabbares und elektrisch kontaktierbares Element verstanden. Ein Halbleiterchip entsteht insbesondere durch Vereinzelung aus einem Waferverbund.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der optoelektronische Halbleiterchip mindestens eine lichtemittierende Schicht. Hierbei kann es sich zum Beispiel um Indium-dotiertes Galliumnitrid handeln.
Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst ferner mindestens eine Kavität. Die Kavität kann auch als Mulde oder Aussparung bezeichnet werden. Die Kavität umfasst bevorzugt die lichtemittierende Schicht als Boden und eine Trennwand bzw. mehrere Trennwände als Seitenteile. Besonders bevorzugt weist eine Kavität im Rahmen der Erfindung keine Deckschicht auf, durch die sie vollständig abgeschlossen wäre, sondern ist als offene Struktur zu verstehen.
In einer Ausführungsform grenzt die Trennwand, bzw. grenzen die Trennwände an die mindestens eine lichtemittierende Schicht an und bilden mit dieser einen 90° Winkel. Die Trennwände können in einer alternativen Ausführungsform in einem ca. 90°-Winkel auf der lichtemittierenden Schicht angeordnet sein. Eine weitere Ausführungsform umfasst eine Anordnung in der die Trennwände jeweils in einem Winkel von 120° zueinander stehen.
Die Trennwände sind vorzugsweise reflektierend. Bei dem Material der reflektierenden Trennwände kann es sich um Epoxid oder Silikon handeln, das mit reflektierenden Partikeln, wie Titandioxid, und/oder Metallpartikeln, wie Silber, Aluminium oder Gold, und/oder Bariumtitandioxid-Partikeln, wie z.B. BaTiO₃, und/oder Yttriumboroxid-Partikeln, wie YBO₃, und/oder Erdalkalimetallkohlenstoffoxid-Partikeln, wie CaCO₃ oder MgCO₃, und/oder ZnS und/oder ZnO und/oder ZrO₂ und/oder BaSO₄ versehen ist. Ferner können die Trennwände mindestens eines der folgenden Materialien umfassen: Ni, Al, Au, Si, Ag.
Die Trennwände können zusätzlich oder alternativ auch absorbierend, insbesondere hochabsorbierend, sein.
Bei dem Material der absorbierenden Trennwände kann es sich um kohlenstoff-basierte Werkstoffe handeln.
Die Trennwände können eine Länge von ca. 3 µm bis ca. 30 µm, vorzugsweise von ca. 4 µm bis ca. 15 µm, besonders bevorzugt von ca. 5 µm bis ca. 10 µm.
Die Trennwände können eine Höhe von ca. 0,5 µm bis ca. 5 µm, vorzugsweise von 1 µm bis ca. 2 µm aufweisen.
Die Trennwände können eine Dicke von ca. 1 µm bis ca. 10 µm, vorzugsweise von 1 µm bis ca. 2 µm aufweisen.
Sind mehr als eine Kavität vorhanden, so bewirken die Trennwände bevorzugt eine optische Trennung der einzelnen Kavitäten.
In die mindestens eine Kavität wird mindestens eine Vorstufe eines Konversionselements eingebracht, wobei das mindestens eine Konversionselement eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur umfasst.
Die Dimension der mindestens einen Kavität ist dabei unter anderem von den Dimensionen der Trennwände abhängig. Vorzugsweise weist eine Kavität eine Grundfläche von mindestens 1 µm × 1 µm auf.
Durch die Trennwände kann auch eine Art Gitterstruktur gebildet werden, durch die die Kavität(en) definiert werden. Für eine Gitterstruktur sind insbesondere mehr als zwei Trennwände notwendig. Dadurch kann sich auch die Anzahl der Kavitäten erhöhen.
Die Trennwände sind bevorzugt so ausgebildet, dass sie ein Abfließen von flüssigem Konversionsmaterial in den durch die Trennwände gebildeten Kavitäten verhindern. Die Trennwände wirken dabei als eine Art Barriere.
Die Grundfläche des optoelektronischen Halbleiterchips, die dabei durch die mehreren Kavitäten und die Gitterstruktur gebildet wird, ist insbesondere im Bereich von ca. 1 mm² bis ca. 5 mm², vorzugsweise im Bereich von ca. 1 mm² bis ca. 3 mm², besonders bevorzugt von ca. 1 mm² bis ca. 2 mm².
Die Trennwände, zum Beispiel für eine Gitterstruktur, können durch micro-Drucktechniken, wie z.B. ein Lithographieverfahren, oder durch galvanische Methoden hergestellt werden. Beispielweise kann in einer Ausführungsform für das Aufbringen der Trennwände eine strukturierte Fotolackmaske verwendet werden. Die Fotolackmaske kann dabei so ausgeführt sein, dass in dem Bereich, in dem die Trennwände entstehen sollen, die Fotolackmaske Gräben aufweist. Innerhalb der Gräben entstehen dann die Trennwände.
In einer Ausführungsform werden die Trennwände aus einem Fotolack gebildet, die zum Beispiel mittels eines Lithographieverfahrens hergestellt werden können.
In einer Ausführungsform kann die mindestens eine Trennwand auch galvanisch aufgebracht werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann die mindestens eine Trennwand auch mittels einer abgeschiedenen Polydimethylsiloxan Gitterstruktur hergestellt werden. Um die Reflektivität an den Trennwänden zu erhöhen, können dem Polydimethylsiloxan als Additiv während des Aushärtens zum Beispiel Silber Plättchen zugegeben werden. Das ausgehärtete Polydimethylsiloxan-Template kann anschließend auf eine lichtemittierende Schicht aufgebracht werden.
In einer weiteren Ausführungsform können die Trennwände in die Zwischenräume von schon platzierten Blaulicht-emittierenden Chips eingebracht werden. Somit entspricht die Grundfläche des optoelektronischen Halbleiterchips der Grundfläche der Kavität und erlaubt die Realisierung einer µLED Chip-basierten LED Architektur, welche rotes, grünes und blaues Licht emittiert über Vollkonversion, wenn jeweils zwei aus drei Kavitäten mit grün bzw. rotem, perovskitischem Konvertermaterial befüllt sind.
Das mindestens eine Konversionselement weist eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur auf. Beispielhafte Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Strukturen sind: (K_0,2Cs_0,8)PbBr₃, CsPbCl₃, CsPbBr₃ CsPbl₃, CsSnCl₃, CsSnBr₃ CsSnl₃, Cs₂BiAgCl₆, Cs₂BiAgBr₆ oder Cs₂BiAgI₆.
In einer Ausführungsform im Rahmen der vorliegenden Erfindung stehen in der Perowskit-basierten ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur allgemein die Variablen A für mindestens ein Kation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylammonium, Formamidinium, K⁺, Rb⁺ und Cs⁺, X für ein Anion ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F^-, Cl^-, Br^- und I^- und B für ein Kation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pb²⁺, Sn²⁺, Ge²⁺. In der Strukturformel A₂BB'X₆ können die Positionen B und B' zum Beispiel jeweils mit Ag⁺ und Bi³⁺ bzw. Bi⁺ und Bi³⁺ besetzt sein.
In einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Einbringen einer Vorstufe des mindestens einen Konversionselements die Schritte:

- Einbringen einer Lösung von AX in die mindestens eine Kavität,
- Einbringen einer Lösung umfassend BX₂ im Falle einer ABX₃ Struktur bzw.

₃

₂

₆

⁺

^-

²⁺

Ist der Schritt des Einbringens einer Lösung von BX und B'X₃ in die mindestens eine Kavität vorhanden, so ist vorzugsweise B Ag⁺ bzw. Bi⁺ und B' Bi³⁺. In einer derartigen Ausführungsform kann zunächst eine Lösung von BX hergestellt werden und diese dann mit einer Lösung von B'X₃ vereint werden.
Ein Verfahren umfassend einen derartigen Schritt kann auch als „in situ“-Verfahren zur Herstellung einer Perowskit-basierten ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur bezeichnet werden.
Das Einbringen einer Lösung von AX in die mindestens eine Kavität kann mit einer Mikropipette erfolgen. Beispielhaft wird hierzu eine Lösung von AX in einem organischen Lösungsmittel, vorzugsweise einem aprotischen Lösungsmittel, wie Dimethylformamid oder Dimethylsulfoxid, hergestellt. AX wird hierbei aus vorzugsweise gesättigter Lösung in die Kavität eingebracht.
Das Einbringen einer Lösung von BX₂ bzw. BX und B'X₃ in die mindestens eine Kavität kann mit einer Mikropipette erfolgen. Beispielhaft wird hierzu eine Lösung von BX₂ bzw. BX und B'X₃ in einem organischen Lösungsmittel, vorzugsweise einem aprotischen Lösungsmittel, wie Dimethylformamid oder Dimethylsulfoxid, hergestellt. Vorteilhafterweise weist die Lösung von BX₂ bzw. BX und B'X₃ das gleiche Lösungsmittel wie die Lösung von AX auf. BX₂ bzw. BX und B'X₃ wird hierbei aus vorzugsweise gesättigter Lösung in die Kavität eingebracht.
In einer Ausführungsform wird zuerst eine Lösung von AX in die Kavität eingebracht und anschließend eine Lösung von BX₂ bzw. BX und B'X₃.
In einer weiteren Ausführungsform wird erst eine Lösung von BX₂ bzw. BX und B'X₃ in die Kavität eingebracht und anschließend eine Lösung von AX.
Bevorzugt werden eine Menge einer Lösung von AX und eine Menge einer Lösung von BX₂ bzw. BX und B'X₃ eingebracht, sodass die Kavität so gefüllt ist, dass keine Lösung aus der Kavität austreten kann. In einer Ausführungsform wird die mindestens eine Kavität zu höchstens 90%, bevorzugt 80%, mehr bevorzugt höchstens 70% gefüllt. Bei mehreren Kavitäten können die Kavitäten mit gleichen Mengen, oder unterschiedlichen Mengen befüllt sein.
In einer Ausführungsform ist das stöchiometrische Verhältnis von AX zu BX₂ bzw. BX und B'X₃ im Bereich von 1:1. Je nach anvisierter Emissionswellenlänge des Konversionselements wird das stöchiometrische Verhältnis zwischen AX und BX₂ bzw. BX und B'X₃ angepasst. So wird für eine rot/orange Emission des Konverters ein stöchiometrisches Verhältnis für eine ABX₃-Struktur zwischen beispielsweise CsBr und Pbl₂ von ca. 0.9:1.1 gewählt.
In einer Ausführungsform ist das stöchiometrische Verhältnis von AX zu BX und B'X₃ im Bereich von 1:0,5:0,5. Je nach avisierter Emissionswellenlänge des Konversionselement wird das stöchiometrische Verhältnis zwischen AX und BX₂ bzw. BX und B'X₃ angepasst. Die Kombination aus CsBr, AgBr und BiBr₃ im stöchiometrischen Verhältnis 1:0,5:0,5 ergibt z. B. eine rot-lumineszente Cs₂AgBiBr₆ Struktur.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Einbringen einer Vorstufe des mindestens einen Konversionselements den Schritt:

- Einbringen mindestens eines Additivs in die mindestens eine Kavität, wobei das Additiv ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 2-Benzylethylamin, 2-tert.-Butylethylamin und Mischungen davon.

Das Additiv wird dabei so gewählt, dass es zu einer optimalen Einstellung der Kristallgröße der ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur kommt. Bevorzugt sind hier Kristallgrößen von ca. 200 nm bis ca. 5 µm.
Besonders bevorzugt sind die Additive 2-Benzylethylamin und 2-tert.-Butylethylamin. Die Additive können dabei abhängig von ihrem Aggregatszustand in flüssiger Form oder in gasförmiger Form eingebracht werden.
Bevorzugt wird eine Menge eines Additivs eingebracht, sodass die Kavität so gefüllt ist, dass kein Additiv aus der Kavität austreten kann.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine Nanostrukturierung der ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur durch Aufbringen einer formgebenden Matrix nach Abscheiden beider Vorstufen erreicht werden. Hierzu wird vor Abheben der formgebenden Matrix die Struktur gegen gasförmiges Lösungsmittel exponiert und nach Abheben der Matrix die nanostrukturierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur durch Erhitzen erzeugt. So kann beispielweise abgeschiedenes CsBr und PbBr₂ mittels nanostrukturierter Polydimethylsiloxan (PDMS) Matrix und exponiert gegen CH₃NH₂ Gas strukturiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Einbringen der Vorstufe des mindestens einen Konversionselements den Schritt:

- Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich zwischen 50°C und 200°C, vorzugsweise 100°C bis 190°C, stärker bevorzugt 150°C bis 180°C.

Durch das Erhitzen verdampft das Lösungsmittel und die ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur des Konversionselements wird aus der Vorstufe gebildet. In der Regel erfolgt die Bildung der ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur durch Auskristallisation. Es können so viele kleine Kristalle, polykristalline Gebilde oder auch Einkristalle gebildet werden.
Die Temperatur wird dabei so gewählt, dass es zu einer optimalen Einstellung der Kristallgröße der ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur kommt. Bevorzugt sind hier Kristallgrößen von ca. 200 nm bis ca. 5 µm.
Das Erhitzen auf eine bestimmte Temperatur kann für eine Dauer von 30 Sekunden bis 10 Minuten, vorzugsweise 2 Minuten bis 8 Minuten, stärker bevorzugt 4 Minuten bis 6 Minuten durchgeführt werden.
Die Dauer des Erhitzens kann unter anderem abhängig von der Art des Lösungsmittels, der Menge des Lösungsmittels und/oder der Temperatur des Erhitzens gewählt werden.
Das Einbringen der Vorstufe des mindestens einen Konversionselements kann auch den Schritt umfassen:

- Einbringen einer Suspension in die mindestens eine Kavität, wobei die Suspension mindestens einen Nanopartikel der Perowskit-basierten ABX₃-Struktur umfasst.

Dieser Schritt erfolgt insbesondere in einer alternativen Ausführungsform zu dem „in situ“-Verfahren zur Herstellung einer Perowskit-basierten ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur.
Für Medium- bis High-Power Anwendungen werden insbesondere durch beschriebenes „in situ“-Verfahren hergestellte Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Strukturen als Konverter verwendet. Für Low-Power Anwendungen können insbesondere lösungsprozessierbare, perowskitische Nanokristalle verwendet werden.
Unter einer Suspension versteht man im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein heterogenes Stoffgemisch, in der Nanopartikel der Perowskit-basierten ABX₃-Struktur in einem Lösungsmittel, vorzugsweise einem organischen Lösungsmittel, vorliegen. Als Lösungsmittel kommen zum Beispiel Toluol, aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Hexan, Oktan in Frage.
Bevorzugt wird eine Menge einer Suspension eingebracht, sodass die Kavität so gefüllt ist, dass keine Suspension aus der Kavität austreten kann. In einer Ausführungsform wird die mindestens eine Kavität zu höchstens 90%, bevorzugt höchstens 80%, mehr bevorzugt höchstens 70% gefüllt. Bei mehreren Kavitäten können die Kavitäten mit gleichen Mengen, oder unterschiedlichen Mengen befüllt sein.
Die Nanopartikel haben in der Regel eine Größe zwischen ca. 2 nm und ca. 20 nm, vorzugsweise zwischen ca. 2 nm und ca. 10 nm.
In einer Ausführungsform werden Nanopartikel aus Perowskit-basierten ABX₃-Strukturen ausgewählt aus den Gruppen 1 (K, Rb, Cs) für A, 14 (Ge, Sn, Pb) für B, 17 (Cl, Br, I) für X sowie kleinen organischen Molekülen wie Methylammonium oder Formamidinium für A. Beispielhafte Perowskit-basierte ABX₃-Strukturen der Nanopartikel sind: (K_0,2Cs_0,8)PbBr₃, CsPbCl₃, CsPbBr₃ CsPbl₃, CsSnCl₃, CsSnBr₃ CsSnl₃, Cs₂BiAgCl₆, Cs₂BiAgBr₆ oder Cs₂BiAgI₆.
In einer Ausführungsform im Rahmen der vorliegenden Erfindung stehen in der Perowskit-basierten ABX₃-Struktur der Nanopartikel allgemein die Variablen A für mindestens ein Kation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylammonium, Formamidinium, K⁺, Rb⁺ und Cs⁺, X für ein Anion ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F^-, Cl^-, Br^- und I^- und B für mindestens ein Kation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pb²⁺ und Sn²⁺.
Die Nanopartikel der Perowskit-basierten ABX₃-Struktur können nach gängigen Methoden, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, hergestellt werden.
Die Bildung des Konversionselements aus der Suspension umfassend mindestens einen Nanopartikel der Perowskit-basierten ABX₃-Struktur kann analog zu dem oben beschriebenen in situ-Verfahren durchgeführt werden, d.h. durch Erhitzen auf eine bestimmte Temperatur innerhalb einer bestimmten Zeit. In der Regel wird hier lediglich das Lösungsmittel durch Erhitzen verdampft. Dabei können in Abhängigkeit des Lösungsmittels niedrigere Temperaturen verwendet werden, als bei dem in situ-Verfahren. Beispielsweise sind hier Temperaturen im Bereich von 60°C bis 100°C denkbar.
Die Kristallgröße der Perowskite ist vorgegeben durch die synthetisch hergestellten Nanopartikel und liegt ist meist zwischen 2 nm und 25 nm. Dadurch sind Konverterschichten mit lateraler Ausdehnung von bis zu 0,5 µm realisierbar. Derartige Konverterschichten können zudem aus Lösung prozessiert werden und benötigen dadurch in der Regel keine aufwendigen Pick & Place Methoden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements ferner den Schritt:

- Beschichten des mindestens einen Konversionselements.

Perowskit-basierte Materialien können eine Instabilität gegenüber Temperatur, Wasser und teilweise Licht aufweisen. Besonders vorteilhaft können deshalb diese Materialien in eine Matrix eingebettet werden und/oder beschichtet werden.
Eine Matrix kann dabei ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus zum Beispiel AlO_x oder SiO_x.
Die Matrix kann mittels Atomlagenabscheidung (ALD) aufgebracht werden.
Die Beschichtung des mindestens einen Konversionselements kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus zum Beispiel AlO_x oder SiO_x.
Das Beschichten des mindestens einen Konversionselements kann beispielsweise mittels ALD erfolgen.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Beschichtung auch auf die Vorstufen des mindestens einen Konversionselements aufgebracht werden. Dies ist insbesondere möglich bei der Verwendung von Nanopartikel-Suspensionen als Vorstufe von Konversionselementen. Diese könnten unter Umständen durch Core-shell Architekturen (welche vor der Deposition appliziert werden) vor Umwelteinflüssen/vorzeitiger Alterung geschützt werden. Die Synthese dieser Core-Shell Nanopartikeln erfolgt nach gängigen Methoden, wie sie im Stand der Technik bekannt sind.
Das Emissionsspektrum von Perowskiten kann über Änderungen der elementaren Zusammensetzung und/oder Quantum Condinement Effekte methodisch-einfach und extrem genau zwischen ca. 450 nm und 850 nm eingestellt werden. In Kombination mit dem genannten Miniaturisierungspotential, d.h. die Einstellung der Kristallgröße der Perowskite auf zwischen ca. 200 nm bis ca. 5 µm, kann somit der Farbeindruck einer Weißlichtquellequantitativ eingestellt werden, indem z.B. einzel-ansteuerbare µLED Chips mit unterschiedlichen Grün- und Rotlicht-emittierenden Perowskiten bestückt werden.
In einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip mindestens zwei Kavitäten, vorzugsweise mindestens drei Kavitäten.
Sind mehrere Kavitäten vorhanden, können diese eine gleiche oder eine unterschiedliche Grundfläche aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen sie die gleiche Grundfläche auf. Denkbar sind hier Grundflächen im Bereich von 1 µm² bis 900 µm² pro Kavität, bevorzugt sind Grundflächen im Bereich von 1 µm² bis 100 µm² pro Kavität, besonders bevorzugt sind Grundflächen im Bereich von 4 µm² bis 25 µm² pro Kavität.
In einer Ausführungsform weist eine Kavität ein Volumen von ca. 25 µm³ auf. Sind mehrere Kavitäten vorhanden, können diese ein gleiches oder ein unterschiedliches Volumen aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen sie das gleiche Volumen auf. Denkbar sind hier Volumina im Bereich von 1 µm³ bis 900 µm³ pro Kavität, bevorzugt sind Volumina im Bereich von 1 µm³ bis 100 µm³ pro Kavität, besonders bevorzugt sind Volumina im Bereich von 4 µm³ bis 25 µm³ pro Kavität.
In einer Ausführungsform, in der mehrere Kavitäten vorhanden sind (zum Beispiel zwei oder drei Kavitäten) umfasst das Einbringen einer Vorstufe des mindestens einen Konversionselements die Schritte:

- Einbringen einer Lösung von AX in die erste Kavität,
- Einbringen einer Lösung von BX₂ bzw. BX und B'X₃ in die erste Kavität,
- Einbringen einer Lösung von AX in die zweite Kavität,
- Einbringen einer Lösung von BX₂ bzw. BX und B'X₃ in die zweite Kavität,

A

⁺

^-

B

²⁺

Ist der Schritt des Einbringens einer Lösung von BX und B'X₃ vorhanden, so können B und B' zum Beispiel jeweils Ag⁺ und Bi³⁺ bzw. Bi⁺ und Bi³⁺ sein.
In dieser Ausführungsform sind die Lösungen von AX, BX₂ bzw. BX und B'X₃ vorzugsweise so zu wählen, dass die Lösungen von AX für die erste Kavität und die zweite Kavität jeweils unterschiedlich sind und/oder die Lösungen von BX₂ bzw. BX und B'X₃ für die erste Kavität und die zweite Kavität jeweils unterschiedlich sind.
Sind in einer derartigen Ausführungsform zum Beispiel drei oder mehr Kavitäten vorhanden, wobei drei Kavitäten bevorzugt sind, so werden bevorzugt in mindestens eine Kavität keine Lösungen von AX und BX₂ bzw. BX und B'X₃eingebracht.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Lösungen AX, BX₂ bzw. BX und B'X₃der ersten Kavität so gewählt, dass sie eine Vorstufe eines Konversionselements bilden, das blaues Licht in rotes Licht umwandeln kann. Beispiele sind hierfür CsPbl₃ bzw. Mischungen aus CsPbl₃ und CsPbBr₃. Die Lösungen AX, BX₂ und bzw. BX und B'X₃ der zweiten Kavität können so gewählt werden, dass sie eine Vorstufe eines Konversionselements bilden, dass blaues Licht in grünes Licht umwandeln kann. Beispiele sind hierfür CsPbBr₃ bzw. Mischungen aus CsPbBr₃ und CsPbCl₃.
Beispielhaft kann so ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (zum Beispiel eine LED, insbesondere umfassend mindestens einen µLED Chip) hergestellt werden, das weißes Licht ausstrahlt.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen gelten auch für Ausführungsformen mit einer beliebigen Anzahl an n Kavitäten.
In einer Ausführungsform können in n Kavitäten n gleiche Vorstufen von Konversionselementen eingebracht werden, sodass jede Kavität das gleiche Konversionselement aufweisen kann.
In einer Ausführungsform können in n Kavitäten n unterschiedliche Vorstufen von Konversionselementen eingebracht werden, sodass die n Kavitäten unterschiedliche Konversionselemente aufweisen können.
In einer Ausführungsform können in n Kavitäten n-1 gleiche oder unterschiedliche Vorstufen von Konversionselementen eingebracht werden, sodass n-1 Kavitäten gleiche oder unterschiedliche Konversionselemente aufweisen können.
In einer Ausführungsform können in n Kavitäten n-x gleiche oder unterschiedliche Vorstufen von Konversionselementen eingebracht werden, sodass n-x Kavitäten gleiche oder unterschiedliche Konversionselemente aufweisen können, wobei x<n ist.
Das Einbringen der Vorstufe des mindestens einen Konversionselements kann auch den Schritt umfassen:

- Einbringen einer ersten Suspension in die erste Kavität, wobei die Suspension mindestens einen Nanopartikel der Perowskit-basierten ABX₃-Struktur umfasst;
- Einbringen einer zweiten Suspension in die zweite Kavität, wobei die Suspension mindestens einen Nanopartikel der Perowskit-basierten ABX₃-Struktur umfasst,

Sind in einer derartigen Ausführungsform zum Beispiel drei oder mehr Kavitäten vorhanden, wobei drei Kavitäten bevorzugt sind, so wird bevorzugt in mindestens eine erste Kavität eine erste Suspension und eine zweite Kavität eine zweite Suspension eingebracht.
Sind in einer derartigen Ausführungsform zum Beispiel drei oder mehr Kavitäten vorhanden, wobei drei Kavitäten bevorzugt sind, so wird bevorzugt in mindestens eine Kavität keine Suspension mit Nanopartikel der Perowskit-basierten ABX₃-Struktur eingebracht.
Das Einbringen der Vorstufen der Konversionselemente und die weiteren Schritte des Verfahrens zur Herstellung eines Konversionselements, kann bzw. können wie oben beschrieben, durchgeführt werden.
Weiterhin ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein optoelektronisches Halbleiterbauelement umfassend:

- mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip umfassend mindestens eine lichtemittierende Schicht, mindestens eine Kavität,
- mindestens ein Konversionselement,

₃

₂

₆

Unter einem optoelektronischen Halbleiterbauelement wird im Rahmen der Erfindung z.B. eine LED (light emitting diode), insbesondere umfassendmindestens einen µLED Chip, verstanden.
Unter einem optoelektronischen Halbleiterchip wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein separat handhabbares und elektrisch kontaktierbares Element verstanden. Ein Halbleiterchip entsteht insbesondere durch Vereinzelung aus einem Waferverbund. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der optoelektronische Halbleiterchip mindestens eine lichtemittierende Schicht. Hierbei kann es sich zum Beispiel um Galliumnitrid handeln.
Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst ferner mindestens eine Kavität, wie bereits oben beschrieben.
Das mindestens eine Konversionselement weist eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur auf, wie sie oben beschrieben wurde. Beispielhafte Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Strukturen sind: (K_0,2Cs_0,8)PbBr₃, CsPbCl₃, CsPbBr₃ CsPbl₃, CsSnCl₃, CsSnBr₃ CsSnl₃, Cs₂BiAgCl₆, Cs₂BiAgBr₆ oder Cs₂BiAgI₆.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement mindestens eine Beschichtung. Die Beschichtung kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus AlO_x und SiO_x.
Alternativ kann das mindestens eine Konversionselement in eine Matrix eingebettet sein.
Eine Matrix kann dabei ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus AlO_x und SiO_x.
Die Matrix kann mittels Atomlagenabscheidung (ALD) aufgebracht werden.
Das Beschichten des mindestens einen Konversionselements kann beispielsweise mittels ALD erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement mindestens zwei Kavitäten, vorzugsweise mindestens drei Kavitäten. Je nach Größe des optoelektronischen Halbleiterbauelements kann eine beliebige Anzahl an Kavitäten vorhanden sein.
Die Größen der Kavitäten sind in dem Bereich, wie oben beschrieben, denkbar.
Ferner ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, das nach einem Verfahren, wie es hierin beschrieben wurde, hergestellt wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines hierin beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements in einer optoelektronischen Anzeigevorrichtung. Als optoelektronische Anzeigevorrichtungen sind Displays, Projektoren, Flachbildschirme (als TV oder Mobilfunkgerät), User-Interfaces, Geräte zur Anzeige von optischen Informationen etc. denkbar.
In einer Ausführungsform wird eine unspezifizierte, nanostrukturierte Gitterstruktur, welche reflektierend und/oder absorbierend für das emittierte Licht ist auf einen blauen Emitter aufgebracht. In die dadurch erzeugten Mulden bzw. Kavitäten werden die Grünlicht- und Rotlichtemittierenden, perovskitischen Konverter aus Lösung eingebracht. Dabei wird innerhalb einer Serie von drei nebeneinanderliegenden Mulden jeweils eine Mulde, die kein Konvertermaterial enthält, eine Mulde mit Grünlichtemittierendem Konverter und eine Mulde mit Rotlicht-emittierendem Konverter befüllt. Für Grünlicht- bzw. Rotlicht-emittierenden Konvertern werden jeweils Bromid- bzw. Iodid-basierte Präkursor-Materialien verwendet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Figuren

1 Draufsicht auf einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer Kavität
2 Draufsicht auf einen optoelektronischen Halbleiterchip mit zwei Kavitäten
3 Draufsicht auf einen optoelektronischen Halbleiterchip mit drei Kavitäten
4 Draufsicht auf einen optoelektronischen Halbleiterchip mit vier Kavitäten
5 Draufsicht auf einen optoelektronischen Halbleiterchip mit zwölf Kavitäten unterschiedlicher Größe
6 Seitenansicht auf einen optoelektronischen Halbleiterchip mit drei Kavitäten
7 Seitenansicht auf einen optoelektronischen Halbleiterchip mit fünf Kavitäten

1 zeigt einen optoelektronischen Halbleiterchip (1), der eine Trennwand (2) und eine Kavität (3) aufweist. Die Trennwand kann eine Dicke von 2 µm aufweisen, eine Länge von 5 µm und eine Höhe von 1 µm. Die Kavität weist in einer derartigen Ausführungsform eine Grundfläche von 25 µm² auf. Die Kavität kann ein Konversionselement (z. B. CsPbBr₃) aufweisen.
2 zeigt einen optoelektronischen Halbleiterchip (1), der eine Trennwand (2) und zwei Kavitäten (3) A und B aufweist. Die Trennwand kann eine Dicke von 2 µm aufweisen, eine Länge von 5 µm und eine Höhe von 1 µm. Die Trennwand zwischen den Kavitäten (3) A und B kann die gleiche Dicke, oder eine davon verschiedene Dicke (z.B. 5 µm) aufweisen. Die Kavitäten weisen in einer derartigen Ausführungsform jeweils eine Grundfläche von 25 µm² auf. Die Kavitäten (3) A und B können die gleiche Größe, oder eine unterschiedliche Größe aufweisen. Die Kavitäten (3) können jeweils ein Konversionselement (z.B. CsPbBr₃) aufweisen. In einer Ausführungsform kann eine Kavität (z.B. Kavität B) auch ein unterschiedliches Konversionselement (z.B. CsPbl₃) aufweisen.

Folgende beispielhafte Ausführungen sind denkbar:

Nr.	Kavität A	Kavität B
1	In-situ Perowskit CsPb(Br, I)₃ in 2-Phenoxyethylamin Matrix verkapselt mit AlO_x	In-situ Perowskit CsPbBr₃ in 2-Phenoxyethylamin Matrix verkapselt mit AlO_x
2	In-situ Perowskit CsPb(Br, I)₃ in 2-Phenoxyethylamin Matrix verkapselt mit AlO_x	kein Konversionselement
3	In-situ Perowskit CsPbBr₃ in 2-Phenoxyethylamin Matrix verkapselt mit AlO_x	kein Konversionselement
4	Perowskit Nanopartikel basierend auf CsPb(Br, I)₃ verkapselt mit AlO_x	Perowskit Nanopartikel basierend auf CsPbBr₃ verkapselt mit AlO_x
5	Perowskit Nanopartikel basierend auf CsPb(Br, I)₃ verkapselt mit AlO_x	kein Konversionselement
6	Perowskit Nanopartikel basierend auf CsPbBr₃ verkapselt mit AlO_x	kein Konversionselement

3 zeigt einen optoelektronischen Halbleiterchip (1), der eine Trennwand (2) und drei Kavitäten (3) A, B und C aufweist. Die Trennwand kann eine Dicke von 2 µm aufweisen, eine Länge von 5 µm und eine Höhe von 1 µm. Die Trennwände zwischen den Kavitäten (3) A, B und C können die gleichen Dicken, oder davon verschiedene Dicken (z.B. 5 µm) aufweisen. Die Kavitäten (3) weisen in einer derartigen Ausführungsform jeweils eine Grundfläche von 25 µm² auf. Die Kavitäten (3) A, B und C können die gleiche Größe, oder eine unterschiedliche Größe aufweisen. Die Kavitäten (3) können jeweils eine Vorstufe eines Konversionselements (z. B. CsBr) oder jeweils ein Konversionselement (z.B. CsPbBr₃) aufweisen.
In einer Ausführungsform weist eine Kavität eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur auf, die blaues Licht in rotes Licht konvertiert (z.B. CsPb(Br,I)₃) und eine Kavität weist eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur auf, die blaues Licht in grünes Licht konvertiert (z.B. CsPbBr₃) und eine Kavität weist kein Konversionselement auf.

Folgende beispielhafte Ausführungen sind denkbar:

Nr.	Kavität A	Kavität B	Kavität C
1	In-situ Perowskit CsPb(Br, I)₃ in 2-Phenoxyethylamin Matrix verkapselt mit AlO_X	In-situ Perowskit CsPbBr₃ in 2-Phenoxyethylamin Matrix verkapselt mit AlO_x	Kein Konversionselement
2	Perowskit Nanopartikel basierend auf CsPb(Br, I)₃ verkapselt mit AlO_x	Perowskit Nanopartikel basierend auf CsPbBr₃ verkapselt mit AlO_x	Kein Konversionselement

4 zeigt einen optoelektronischen Halbleiterchip (1), der eine Trennwand (2) und neun Kavitäten (3) aufweist. Die Trennwand kann eine Dicke von 2 µm aufweisen, eine Länge von 5 µm und eine Höhe von 1 µm. Die Trennwände zwischen den Kavitäten (3) können die gleichen Dicken, oder davon verschiedene Dicken (z.B. 5 µm) aufweisen. Die Kavitäten (3) weisen in einer derartigen Ausführungsform jeweils eine Grundfläche von 25 µm² auf. Die Kavitäten (3) können die gleiche Größe, oder eine unterschiedliche Größe aufweisen. Die Kavitäten (3) können jeweils eine Vorstufe eines Konversionselements (z. B. CsBr) oder jeweils ein Konversionselement (z.B. CsPbBr₃) aufweisen.
In einer Ausführungsform weist mindestens eine Kavität eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur auf, die blaues Licht in rotes Licht konvertiert (z.B. CsPbl₃) und mindestens eine Kavität weist eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur auf, die blaues Licht in grünes Licht konvertiert (z.B. CsPbBr₃) und mindestens eine Kavität weist kein Konversionselement auf.
5 zeigt einen optoelektronischen Halbleiterchip (1), der eine Trennwand (2) und zwölf Kavitäten (3) aufweist. Die Trennwand kann eine Dicke von 2 µm aufweisen, eine Länge von 5 µm und eine Höhe von 1 µm. Die Trennwände zwischen den Kavitäten (3) können die gleichen Dicken, oder davon verschiedene Dicken (z.B. 5 µm) aufweisen. Die Kavitäten (3) weisen in einer derartigen Ausführungsform jeweils eine Grundfläche von zwischen 10 und 25 µm² auf. 5 zeigt, dass die Kavitäten (3) eine unterschiedliche Größe aufweisen können. Die Kavitäten (3) können jeweils eine Vorstufe eines Konversionselements (z. B. CsBr) oder jeweils ein Konversionselement (z.B. CsPbBr₃) aufweisen.
In einer Ausführungsform weist mindestens eine Kavität eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur auf, die blaues Licht in rotes Licht konvertiert (z.B. CsPbl₃) und mindestens eine Kavität weist eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur auf, die blaues Licht in grünes Licht konvertiert (z.B. CsPbBr₃) und mindestens eine Kavität weist kein Konversionselement auf.
6 zeigt eine Seitenansicht eines optoelektronischen Halbleiterchips (1), der vier Trennwände (2) und drei Kavitäten (3) aufweist. Die Trennwände können eine Dicke von 2 µm aufweisen, eine Länge von 5 µm und eine Höhe von 1 µm. Die Trennwände zwischen den Kavitäten (3) können die gleichen Dicken, oder davon verschiedene Dicken (z.B. 5 µm) aufweisen. Des Weiteren ist eine lichtemittierende Schicht (4) gezeigt, bei der es sich um Indium-dotiertes Galliumnitrid handeln kann. Die Kavitäten (3) können jeweils ein Konversionselement (6, 6') (z.B. CsPbBr₃) aufweisen. In der gezeigten Ausführungsform sind die Konversionselemente (6, 6') mit einer Schicht (5) (z.B. AlO_x) beschichtet.
In einer Ausführungsform weist eine Kavität (3) kein Konversionselement auf, so dass das blaue Licht der lichtemittierenden Schicht nach außen treten kann. Eine Kavität (3) kann eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur aufweisen, die blaues Licht in rotes Licht konvertiert (z.b. CsPbl₃) und eine Kavität (3) kann eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur aufweisen, die blaues Licht in grünes Licht konvertiert (z.B. CsPbCl₃). Durch die Art der Perowskit-basierten Struktur, der Menge der Perowskit-basierten Struktur und die Größe der jeweiligen Kavitäten kann die Lichtfarbe des so erzeugten Lichtes (insbesondere weißes Licht) eingestellt werden.
7 zeigt eine Seitenansicht eines optoelektronischen Halbleiterchips (1), der sechs Trennwände (2) und fünf Kavitäten (3) aufweist. Die Trennwände (2) können eine Dicke von 2 µm aufweisen, eine Länge von 5 µm und eine Breite von 1 µm. Die Trennwände (2) zwischen den Kavitäten (3) können die gleichen Dicken, oder davon verschiedene Dicken (z.B. 5 µm) aufweisen. Des Weiteren ist eine lichtemittierende Schicht (4) gezeigt, bei der es sich um Indium-dotiertes Galliumnitrid handeln kann. Die lichtemittierende Schicht ist in dieser Ausführungsform durch die jeweiligen Trennwände (2) in einzelne Kompartimente, die separat ansteuerbar sein können, abgetrennt. Die Kavitäten (3) können jeweils ein Konversionselement (6, 6') (z.B. CsPbBr₃) aufweisen. Die Konversionselemente (6, 6') können mit einer Schicht (5) (z.B. AlO_x) beschichtet sein.
Die separate Ansteuerbarkeit der lichtemittierenden Schichten (4) und das Vorhandensein der Trennwände (2) bewirken, dass eine angesteuerte lichtemittierende Schicht (4) nicht eine benachbarte lichtemittierende Schicht (4), die nicht angesteuert wird, überstrahlt. Damit ist ein Übersprechen benachbarter lichtemittierender Schichten (4) durch die Trennwände (2) merklich reduziert.
In einer Ausführungsform weisen zwei Kavitäten (3) kein Konversionselement auf, so dass das blaue Licht der lichtemittierenden Schicht nach außen treten kann. Eine Kavität (3) kann eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur aufweisen, die blaues Licht in rotes Licht konvertiert (z.b. CsPbl₃) und zwei Kavitäten (3) können eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur aufweisen, die blaues Licht in grünes Licht konvertieren (z.B. CsPbBr₃). In einer weiteren Ausführungsform kann eine Kavität (3) eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur aufweisen, die blaues Licht in grünes Licht konvertiert (z.b. CsPbBr₃) und zwei Kavitäten (3) können eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur aufweisen, die blaues Licht in rotes Licht konvertieren (z.B. CsPbl₃).
Durch die Art der Perowskit-basierten Struktur, der Menge der Perowskit-basierten Struktur und die Größe der jeweiligen Kavitäten kann die Lichtfarbe des so erzeugten Lichtes (insbesondere weißes Licht) eingestellt werden.
Beispiele zur Herstellung von Perowskit-basierten ABX₃- oder A₂BB'X₆-Strukturen:

„In-situ Generation von Perowskit-basierten ABX₃- oder A₂BB'X₆-Strukturen“:
- Der Präkursor AX (z.B. Cäsiumhalogenid (CsCI, CsBr oder Csl), Methylammoniumhalogenid (MA Cl, MA Br oder MA I) oder Formamidiniumhalogenid (FA Cl, FA Br oder FA I; jeweiliger Reinheitsgrad 99.999%) werden ohne weitere Aufreinigung verwendet. Der Präkursor BX₂ (z.B. PbCI2, PbBr₂ oder Pbl₂, jeweiliger Reinheitsgrad ≥ 98%) wird vor der weiteren Verwendung in einem Vakuumofen für mindestens 12h bei 150°C getrocknet. Äquimolare Mengen der Präkursoren AX und BX₂ werden in polarem, aprotischem Lösungsmittel (z.B. Dimethylsulfoxid (DMSO) oder Dimethylformamid (DMF)) unter konstantem Rühren bei 50°C und an Luft (Luftfeuchtigkeit ca. 45%) gelöst (finale Gesamtkonzentration: 0.45 M). Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Lösung mit Methylcyanid oder Methanol titriert. Saturierung ist durch einen permanenten, weißen Niederschlag ersichtlich. Die saturierte Lösung wird versiegelt und für 24h bei 50°C gerührt. Danach ist neben anderen ausgefallenen Stoffen ein stark-fluoreszierender Niederschlag sichtbar. Die gesättigte Lösung kann für mehrere Monate unter Lichtausschluss gelagert werden. Vor Deposition wird die gesättigte Präkursorenlösung filtriert (PTFE, 0.2µm Porengröße).
„Synthese kolloidaler, perowskitischer Nanopartikel“:
- Die Synthese von CsPbX₃ (X=Cl, Br oder I) Nanopartikeln folgt Standard „hot injection“ Methoden. Dazu wird zunächst Cs-Oleat präpariert indem CS₂CO₃ (0.814g) zusammen mit Oktadeken (ODE, 40mL, 90%) and Ölsäure (2.5 mL, 90%) 1h bei 120°C unter Vakuum getrocknet wird. Im Anschluss wird die Materialkombination unter Schutzgas auf 150°C erhitzt um Cs-Oleat zu formen. Parallel wird ODE auf 100°C unter Schutzgas erwärmt. In einem weiteren Reaktionsgefäß werden ODE (5 mL) and PbX₂ (0.188 mmol, d.h. PbI₂ (0.087g, 99.999%), PbBr₂ (0.069g, 98%) oder PbCl₂ (0.052g, 99.999%)) vereint und bei 120°C für 1h gerührt. Getrocknetes Oleylamin (0.5 mL, OLA, 80-90%) und getrocknete Ölsäure (0.5 mL) werden in letztgenanntes Reaktionsgefäß bei 120°C unter Schutzgasatmosphäre injiziert. Nachdem sich das Bleisalz komplett gelöst hat wird die Temperatur der Lösung auf 140-200°C erhöht. Für kleine Nanopartikel werden geringere, für größere Nanopartikel höhere Temperaturen gewählt. Die hergestellte Cs-Oleat Lösung (0.4 mL, 0.125 M in ODE) wird schnell in die Bleisalzlösung injiziert. 5 Sekunden später wird das Reaktionsgefäß mittels Eisbad gekühlt. Im Falle von CsPbCl₃ Partikeln wird eine höhere Reaktionstemperatur von mindestens 150°C und zusätzlich 1 mL Trioctylphosphin (TOP, 97%) benötigt um PbCI2 zu solubilisieren. Um die geformten Nanopartikel aufzureinigen wird die gekühlte Reaktionslösung zentrifugiert, um übrige Reaktanten und aggregierte Partikel abzutrennen. Für kleinere Nanopartikel, die bei Temperaturen <160°C synthetisiert werden, wird bei 0°C zentrifugiert und zusätzlich tert-BuOH (tBuOH, 99%) zugegeben. Nach Zentrifugation wird der Überstand verworfen und die synthetisierten Nanopartikel in Hexan oder Toluol aufgenommen.

Eine gebräuchliche Vorgehensweise hybride Nanopartikel (d.h. APbX₃, A=organisches Kation, X = Halogenid) zu synthetisieren ist die sog. „ligand-assisted re-precipitation“ (LARP) Methode (siehe z.B. Sichert et al. NanoLett 2015, 15, 6521). Hierzu wird in polarem, aprotischem Lösungsmittel, welches die anorganischen, bleihaltigen- und organischen Ammonium-haltigen Salze (d.h. PbX₂ bzw. MAX) lösen kann (e.g. DMSO oder DMF) gearbeitet. Diese Lösung, welche beiderlei Salze enthält wird in ein unpolares („schlechtes“) Lösungsmittel injiziert, das koordinierende Liganden wie Ölsäure oder Oleylamin enthält. Letztere stabilisieren die formenden Nanopartikel in Lösung. Die Aufreinigung der Nanopartikel erfolgt wie oben beschreiben.
Im Anschluss an den Depositionsprozess der Vorstufen der Konversionselemente wird im Falle von in-situ generierten Perowskiten der Festkörper bei maximal 180°C (innerhalb von mehreren Minuten) gebildet.
Durch die erfindungsgemäßen Ausführungsformen können mikrostrukturierte Weißlichtemitter hergestellt werden, deren Farbtemperatur weit einstellbar ist und so idealerweise ein aufwändiges Handling von einzelnen Chips vermieden werden kann.
Ferner lassen sich durch die vorliegende Erfindung aufbauend auf individuellsteuerbaren, blauen µLED Matrizen mit einer vorzugsweisen Kantenlänge von bis zu 1 µm, die schon platziert worden sind, RGB-fähige µLED Anordnungen mit minimaler „pitch“-Größe realisieren (unter Umständen ca. 5 µm Pitch-Kantenlänge). Aufgrund der kleinen Strukturierbarkeit der perowskitischen Konvertermaterialien (u.U. Korngrößen von wenigen nm) wird hier als Größenlimit der einzelnen Pixel nicht deren RGB-Fähigkeit gesehen, sondern die anfängliche Größe des Blaulicht-emittierenden, InGaNbasierten Halbleiterchips und die Präzision des Pick & Place Prozesses. Um ein Defekt Management zu erleichtern, empfiehlt sich eine 3x3 Chip Anordnung innerhalb des Pitches.
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.
Bezugszeichenliste

1: Optoelektronischer Halbleiterchip
2: Trennwand
3: Kavität
4: lichtemittierende Schicht
5: Beschichtung
6, 6': Konversionselement

Claims

Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements, umfassend: - Bereitstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips (1) umfassend: mindestens eine lichtemittierende Schicht (4), mindestens eine Kavität (3), und - Einbringen mindestens einer Vorstufe eines Konversionselements, wobei das mindestens eine Konversionselement (6, 6') eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, wobei das Einbringen einer Vorstufe des mindestens einen Konversionselements die Schritte umfasst: - Einbringen einer Lösung von AX in die mindestens eine Kavität (3), - Einbringen einer Lösung von BX₂ im Falle einer ABX₃ Struktur bzw. BX und B'X₃ im Falle einer A₂BB'X₆-Struktur in die mindestens eine Kavität (3), wobei A mindestens ein Kation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylammonium, Formamidinium, K⁺, Rb⁺ und Cs⁺ ist; X ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F^-, Cl^-, Br^- und I^- ist; B ein Kation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pb²⁺, Sn²⁺oder Ge²⁺ ist; im Falle einer A₂BB'X₆-Struktur können B und B' aus Ag⁺ oder Bi⁺ und Bi³⁺ ausgewählt werden.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements nach Anspruch 2, wobei das Einbringen der Vorstufe des mindestens einen Konversionselements den Schritt umfasst: - Erhitzen der Lösungen aus Anspruch 2 auf eine Temperatur im Bereich zwischen 50°C und 200°C, vorzugsweise 100°C bis 190°C, stärker bevorzugt 150°C bis 180°C.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements nach Anspruch 3, wobei für eine Dauer von 30 Sekunden bis 10 Minuten, vorzugsweise 2 Minuten bis 8 Minuten, stärker bevorzugt 4 Minuten bis 6 Minuten erhitzt wird.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, wobei das Einbringen der Vorstufe des mindestens einen Konversionselements den Schritt umfasst: - Einbringen einer Suspension in die mindestens eine Kavität (3), wobei die Suspension mindestens einen Nanopartikel der Perowskit-basierten ABX₃-Struktur umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt: - Beschichten des mindestens einen Konversionselements (6, 6').
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Perowskit-basierten ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur A mindestens ein Kation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylammonium, Formamidinium, K⁺, Rb⁺ und Cs⁺ ist; X ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F^-, Cl^-, Br^- und I^-; im Falle einer ABX₃ -Struktur ist B ein Kation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pb²⁺, Sn²⁺ und Ge²⁺; im Falle einer A₂BB'X₆-Struktur ist B ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bi⁺ und Ag⁺ und B' ist Bi³⁺.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (1) mindestens zwei Kavitäten (3) umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement umfassend: - mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip (1) umfassend mindestens eine lichtemittierende Schicht (4), mindestens eine Kavität (3), und - mindestens ein Konversionselement (6, 6'), wobei das mindestens eine Konversionselement (6, 6') eine Perowskit-basierte ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement mindestens eine Beschichtung (5) umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 9 oder 10, wobei der mindestens eine optoelektronische Halbleiterchip (1) mindestens zwei Kavitäten (3) umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 11, wobei in der Perowskit-basierten ABX₃- oder A₂BB'X₆-Struktur A mindestens ein Kation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylammonium, Formamidinium, K⁺, Rb⁺ und Cs⁺ ist; X ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F^-, Cl^-, Br^- und I^-; im Falle einer ABX₃-Struktur ist B ein Kation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pb²⁺, Sn²⁺ und Ge²⁺; im Falle einer A₂BB'X₆-Struktur ist B ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bi⁺ und Ag⁺ und B' ist Bi³⁺.
Optoelektronisches Halbleiterbaulement nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die mindestens eine Kavität (3) eine Seitenlänge von 1 µm bis 25 µm, vorzugsweise 5 µm bis 7 µm, aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement hergestellt nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8.
Verwendung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 14 in einer optoelektronischen Anzeigevorrichtung.