Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements für ein optoelektronisches Bauelement und Auskoppelelement

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements für ein optoelektronisches Bauelement.

Ferner betrifft die Erfindung ein Auskoppelelement,

insbesondere für ein optoelektronisches Bauelement.

Bisher beschriebene Auskoppelelemente weisen eine

unzureichende Auskopplung von in einem Halbleiterchip eines optoelektronischen Bauelements erzeugtem Licht auf, da große Brechungsindizesunterschiede an der Grenzfläche zwischen der Halbleiterchipoberfläche und dessen Umgebung vorhanden ist.

Dieses Problem ist insbesondere relevant für Halbleiterchips, welche Strahlung aus dem roten oder IR-Wellenlängenbereich emittieren und InGaAlP- und/oder GaAs-basierte Materialien aufweisen, die einen hohen Brechungsindex von n > 3 zeigen. Halbleiterchips sind typischerweise in einem Matrixmaterial, beispielsweise aus Silikon oder Epoxy mit einem

Brechungsindex von 1,4 bis 1,55, eingebettet. Dies erhöht die Auskopplung des von dem Halbleiterchip emittierten Lichts verglichen mit einem Halbleiterchip, der von Luft mit einem Brechungsindex n = 1 umgeben ist. Ferner wirkt das

Matrixmaterial als Barriere gegen Umwelteinflüsse und kann als Linse ausgeformt werden, um die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung aus dem Bauelement effizient

auszukoppeln. Bisher sind Nanopartikel , wie Zirconiumoxid oder Titandioxid, als hochbrechendes Additiv für

Auskoppelmaterialien bekannt. Solche Nanokomposite aus

Zirconiumoxid oder/oder Titandioxid und Polymer- Matrixmaterial weisen den Nachteil auf, dass diese lediglich als Dünnfilmmaterialien aufgebracht werden können und damit nicht als Linse ausgeformt werden können. Bisher untersuchte organisch beladene Zirconiumoxidnanopartikel vergilben ferner unter Blaulicht und Temperaturtests an sich oder auch in einem Matrixmaterial, beispielsweise aus Silikon. Im Falle von InGaAlP/GaAs reicht die photonische Energie der zu treffenden Wellenlängen von > 600 nm nicht aus, um Bindungen von typischen Matrixmaterialien, insbesondere thermooxidierte Spezies davon zu spalten.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Auskoppelelement bereitzustellen, das effizient die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung auskoppelt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Auskoppelelement für ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Ferner ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements für ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das effizient und einfach ein effizientes Auskoppelelement erzeugt. Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements für ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind

Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner werden diese Aufgaben durch ein Auskoppelelement gemäß dem Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand des abhängigen Anspruchs 14.

In zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines Auskoppelelements für ein

optoelektronisches Bauelement die Schritte auf: A) Bereitstellen von Quantenpunkten mit jeweils einem Kern aus einem Halbleitermaterial,

B) Aufbringen einer anorganischen oder einer

phosphonathaltigen Ligandenhülle auf den jeweiligen Kern der Quantenpunkte ,

C) Einbringen der Quantenpunkte mit der Ligandenhülle in ein Matrixmaterial, wobei die Einbringbarkeit der Quantenpunkte mit Ligandenhülle verglichen mit den im Schritt A) erzeugten Quantenpunkten erleichtert ist,

wobei das Auskoppelelement transparent für Strahlung aus dem roten und/oder IR-Bereich ist. Alternantiv kann im Schritt B) statt einer anorganischen oder einer phosphonathaltigen

Ligandenhülle eine organische Ligandenhülle verwendet werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt A) auf, Bereitstellen von Quantenpunkten. Die Quantenpunkte weisen einen Kern aus einem Halbleitermaterial auf. Das Halbleitermaterial kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Galliumphosphid (GaP) , Indiumphosphid (InP),

Galliumarsenid (GaAs) und Indiumgalliumaluminiumphosphid (InGaAlP) umfasst. Vorzugsweise ist das Halbleitermaterial Galliumphosphid oder Indiumphosphid, besonders bevorzugt Galliumphosphid. Die Quantenpunkte sind insbesondere

transparent für Strahlung aus dem roten und/oder IR- Wellenlängenbereich . Galliumphosphid weist beispielsweise bei Wellenlängen > 500 nm eine Transparenz mit einem

Absorptionskoeffizient k = 0 auf. Indiumphosphid weist bei einer Wellenlänge von 850 nm einen Absorptionskoeffizienten k = 0,15 und bei 953,7 nm einen Absorptionskoeffizienten k = 0 auf. Indiumphosphidnanopartikel sind leichter zugänglich als Galliumphosphidnanopartikel . Indiumphosphidquantenpunkte wären daher limitiert für den Einsatz von IR-Dioden mit einer Wellenlänge von 950 nm.

Aufgabe der Erfindung ist es daher insbesondere, eine

signifikante Erhöhung der Brechzahl durch Einbettung

beispielsweise von Galliumphosphid mit einem Brechungsindex von 3,314 bei 633 nm oder Indiumphosphid mit einem

Brechungsindex von 3,536 bei 633 nm in einem Matrixmaterial, beispielsweise einem Polymer, und gleichzeitig eine gute Einbringbarkeit dieser Quantenpunkte in dem Matrixmaterial zu erzeugen .

Bevorzugt handelt es sich bei den Quantenpunkten um

Nanopartikel , das heißt Teilchen mit einer Größe im

Nanometerbereich mit einem Partikeldurchmesser d5 _Q zum

Beispiel zwischen wenigstens 1 nm und höchstens 1000 nm.

Idealerweise sollte der Partikeldurchmesser ca. 1/10 der Wellenlänge, also bei beispielsweise 600 nm einen

Partikeldurchmesser von in etwa 60 nm nicht überschreiten, so dass die Nanopartikel möglichst keinen negativen Einfluss auf die Transparenz des Gesamtsystems Nanokomposit haben. Die Quantenpunkte umfassen einen Kern, also einen Halbleiterkern, der wellenlängenkonvertierende Eigenschaften im

entsprechenden Wellenlängenbereich aufweisen kann. Bei

Wellenlängen beispielsweise von > 500 nm, also beispielsweise im roten oder IR-Wellenlängenbereich, weist der Kern keinen signifikanten Einfluss auf die Transparenz des

Matrixmaterials auf. Transparent meint hier und im Folgenden eine Transmission von größer 90 oder 95 % zumindest für die von einem Halbleiterchip emittierte Strahlung.

Der Halbleiterkern oder der Kern kann von einer oder mehreren Schichten als Beschichtung ummantelt sein. Diese Beschichtung wird hier und im Folgenden als Ligandenhülle, insbesondere als anorganische, organische oder phosphonathaltige

Ligandenhülle, bezeichnet. Mit anderen Worten kann der Kern an dessen Außenflächen oder Oberflächen vollständig oder nahezu vollständig von einer Ligandenhülle bedeckt sein.

Der Halbleiterkern kann ein einkristallines oder

polykristallines Agglomerat sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die

Quantenpunkte einen durchschnittlichen Durchmesser von 3 nm bis 10 nm, besonders bevorzugt von 3 nm bis 5 nm, auf. Die Quantenpunkte können kugelförmig oder stäbchenförmig

ausgeformt sein. Die Werte meinen hier insbeondere den durchschnittlichen Durchmesser des Kerns, also ohne

Ligandenhülle.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die

Quantenpunkte im Schritt A) eine erste Ligandenhülle auf, die verschieden von der anorganischen oder phosphonathaltigen Ligandenhülle ist,

wobei im Schritt B) die erste Ligandenhülle durch die

anorganische oder phosphonathaltige Ligandenhülle

ausgetauscht wird,

wobei die Quantenpunkte, die die erste Ligandenhülle

aufweisen, einen kleineren Brechungsindex als die

Quantenpunkte, die die anorganische oder phosphonathaltige Ligandenhülle aufweisen, aufweisen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die im Schritt A) erzeugten Quantenpunkte durch Hot Injection erzeugt.

Vorzugsweise kann bei der Hot Inj ection-Methode eine

Kationspezies in Lösung in einem Behälter vorgelegt werden. Anschließend kann die Anionspezies in diese Lösung injiziert werden. Dabei kann die Anionspezies innerhalb einer

sogenannten Nukleationszeit von beispielsweise 0,5 bis 1,5 s zu der Kationspezies tröpfchenweise zugesetzt werden. Es bilden sich Monomerkomplexe. Es kann die Energiezufuhr erhöht werden. Es kann eine sprunghafte Sättigung der

Monomerkomplexe und somit eine Keimbildung erzeugt werden. Anschließend können die Quantenpunkte gereift werden, beispielsweise nach der sogenannten Ostwald-Reifung. Bei der Hot Inj ection-Methode können Temperaturen zwischen

einschließlich 200 °C und einschließlich 350 °C verwendet werden .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die im Schritt A) erzeugten Quantenpunkte durch Hot Injection erzeugt und das Halbleitermaterial umfasst GaP.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann während des

Schrittes A) Trioctylphosphinoxid als Stabilisierungsreagenz zugesetzt werden. Stabilisierungsreagenzien, auch als oberflächenaktive Stoffe oder Tenside bezeichnet, sind

Substanzen, die die Oberflächenspannung reduzieren.

Stabilisierungsreagenzien oder Tenside sind dem Fachmann hinreichend bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.

Mit anderen Worten können kolloidale Quantenpunkte aus einer Reaktionsmischung aus Precursormaterial , Lösungsmittel und gegebenenfalls Stabilisierungsreagenzien durch die Hot

Inj ection-Methode erzeugt werden. Die

Stabilisierungsreagenzien können die kolloidalen

Quantenpunkte durch Bildung von selbstaggregierten Strukturen stabilisieren. Die selbstaggregierten Strukturen können

Monoschichten sein, die die Ligandenhülle bilden. Als Stabilisierungsreagenzien können Materialien verwendet werden, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Thiole, Amine, Phosphinoxide, Phosphonsäuren oder Carboxylsäuren umfasst. Insbesondere kann Phosphonsäure, RPO(OH)2 verwendet werden, die beispielsweise eine starke Bindungswirkung zu Quantenpunkten aufweist. Zum anderen kann durch das Anbinden der Phosphonsäure an die Oberfläche der Quantenpunkte eine aniosotrope Form der Quantenpunkte erzeugt werden.

Im Folgenden ist eine beispielhafte Reaktionsgleichung gezeigt, wie kolloidale GaP-Quantenpunkte mittels Hot

Injection erzeugt werden können.

Die resultierenden Quantenpunkte weisen eine erste

Ligandenhülle auf. Die erste Ligandenhülle ist aus

Trioctylphosphinoxid geformt. Mit anderen Worten lagern sich Trioctylphosphinoxidmoleküle auf die Oberfläche der

entsprechenden Kerne der Quantenpunkte an. Solche

Quantenpunkte sind allerdings schwer in ein Matrixmaterial, vorzugsweise ein hochbrechendes Silikonmatrixmaterial, eindispergierbar . Daher entsteht der Nachteil, dass die Einbringbarkeit dieser Quantenpunkte mit der ersten

Ligandenhülle erschwert ist. Die Erfinder haben nun

herausgefunden, dass durch einen Ligandenaustausch, also durch Austausch der ersten Ligandenhülle durch eine anorganische oder eine phosphonathaltige Ligandenhülle, die Einbringbarkeit der Quantenpunkte in das Matrixmaterial erleichtert werden kann. Damit kann ein Auskoppelelement erzeugt werden, das transparent ist für Strahlung aus dem roten und/oder IR-Bereich und eine hohe Effizienz aufweist.

In einem weiteren Beispiel können Quantenpunkte auch mit anderen Stabilisierungsreagenzien, wie beispielsweise

Dodecylamin (DA), erzeugt werden. Dabei kann die Erzeugung der Quantenpunkte nach folgender Reaktion erfolgen.

Die Stabilisierungsreagenzien Trioctylamin und Dodecylamin lagern sich an die Oberfläche der Kerne als erste

Ligandenhülle an. Allerdings ist die erste Ligandenhülle nicht für hochbrechende Polymerblends und herkömmliche

Matrixmaterialien geeignet, da diese lange Alkylketten aufweisen und damit den Brechungsindex reduzieren. Außerdem können nur monomodale Liganden als Stabilisierungsreagenzien verwendet werden. Damit ist keine Anbindung des

Matrixmaterials beispielsweise aus Silikon möglich. Daher sollte die Ligandenhülle an die Eigenschaften des

Matrixmaterials angepasst sein oder werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt B) auf, Aufbringen einer anorganischen oder einer phosphonathaltigen Ligandenhülle auf den jeweiligen Kern der Quantenpunkte. Die im Schritt A) bereitgestellten Quantenpunkte weisen vorzugsweise eine erste Ligandenhülle auf. Die erste Ligandenhülle ist vorzugsweise organisch, beispielsweise aus ölsäurehaltigen Liganden, die auf der Oberfläche des Kerns der Quantenpunkte angeordnet sind.

Anschließend kann die erste Ligandenhülle durch eine

anorganische oder eine phosphonathaltige Ligandenhülle ausgetauscht werden. Dadurch können die Quantenpunkte leichter in ein Matrixmaterial eingebracht werden. Dies ist insbesondere aufgrund der Oberflächenkompatibilität zwischen Matrixmaterial und anorganischer oder phosphonathaltiger Ligandenhülle erklärbar. Die Erfinder haben erkannt, dass durch die hier betrachteten Wellenlängenbereiche Quantenpunkte mit einer höheren

Brechzahl als beispielsweise Zr0 ₂ und T1O ₂ -Systeme verwendet werden können. Die Oberflächen der Quantenpunkte können gezielt modifiziert werden, sodass die Einmischung oder Einbringbarkeit der modifizierten Quantenpunkte in ein

Matrixmaterial, beispielsweise aus Silikon, ermöglicht ist.

Die erste Ligandenhülle kann durch eine anorganische

Ligandenhülle ausgetauscht werden. Im einfachsten Fall wären das Gruppen wie OH- oder NH ₂ . Alternativ können die Liganden auch aus einem organischem Linker (beispielsweise Alkoxy, PDMS etc.) mit OH- oder NH ₂ als End-Gruppen bestehen. Diese Endfunktionalität der Liganden erlaubt in einem weiteren Syntheseschritt die Einkapselung in Silika und die leichte Einbettung in das Matrixmaterial.

Die erste Ligandenhülle kann auch durch eine

phosphonathaltige Ligandenhülle ausgetauscht werden. Phosphonatgruppen haben eine sehr hohe Bindungsaffinität zum anionischen Galliumphosphid- oder Indiumphosphidquantenpunkt . Endständige Phosphonatliganden können daher die synthetisch zugänglichen und typischen Oberflächenliganden austauschen, das heißt quantitativ verdrängen. Angestrebt ist eine

Einbringbarkeit der Quantenpunkte aus Kern und anorganischer oder phosphonathaltiger Ligandenhülle in ein Matrixmaterial, das vorzugsweise ein Polyorganosiloxan, inbesondere Poly- dimethyl-siloxan oder besser das höherbrechende Poly-methyl- phenyl-siloxan (beide heute eingesetzt) , besonders bevorzugt ein noch höherbrechendes Polydiphenylsiloxan, ist. Um eine Oberflächenbeladung der Quantenpunkte kompatibel mit einem Matrixmaterial, also beispielsweise einem

Polydiphenylsiloxan, einzustellen, können beispielsweise Phenylsiloxanphosphonatliganden (leichter zugänglich auch Methylsiloxanphosphonatliganden) an den Kern der

Quantenpunkte angebunden werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt C) auf, Einbringen der Quantenpunkte mit der Ligandenhülle in ein Matrixmaterial. Insbesondere durch den Ligandenaustausch der in Schritt A) erzeugten Quantenpunkte mit einer Ligandenhülle, die anorganisch oder

phosphonathaltige Liganden aufweist, kann die Einbettung dieser Quantenpunkte leichter in das Matrixmaterial erfolgen, verglichen mit herkömmlich mittels Hot Inj ection-Methode hergestellten Quantenpunkten, die eine organische erste

Ligandenhülle aufweisen, die verschieden von der

anorganischen oder phosphonathaltigen Ligandenhülle ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Anteil der Quantenpunkte in dem Matrixmaterial zwischen einschließlich 15 Vol% und einschließlich 40 Vol%, insbesondere zwischen einschließlich 20 Vol% und einschließlich 35 Vol%, beispielsweise 13 Vol% oder 26 Vol%. Diese letztgenannten Werte sind nicht einschränkend auszulegen. Die Erfinder haben erkannt, dass durch die

Oberflächenmodifikation der Quantenpunkte, der Brechungsindex beispielsweise von GaP von 3,3 auf 3 gesenkt werden kann. Durch die Einbettung dieser modifizierten Quantenpunkte in ein Matrixmaterial, beispielsweise aus Siloxan, mit einem Anteil von 26 Vol% oder 13 Vol% kann der Brechungsindex letztendlich auf 2 bis 1,8 eingestellt werden. Damit kann der hohe Brechungsindex der Quantenpunkte gezielt an das

Matrixmaterial angepasst werden. Es kann zum Einen die

Mischbarkeit verbessert und zum Anderen die

Grenzflächentotalreflektion (NP-Matrix) minimiert werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die

Quantenpunkte, aufweisend die erste Ligandenhülle, einen kleineren Brechungsindex als die Quantenpunkte, aufweisend die anorganische oder phosphonathaltige Ligandenhülle, auf.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Brechungsindex der Quantenpunkte, aufweisend die anorganische oder

phosphonathaltige Ligandenhülle, größer als der

Brechungsindex des Matrixmaterials.

In herkömmlichen Auskoppelelementen werden Streupartikel oder Auskoppelmaterialien, wie Zirkoniumdioxid oder Titandioxid, gezielt eingebracht, die einen hohen Brechungsindex aufweisen sollen. Im Gegensatz dazu haben die Erfinder erkannt, dass die Auskoppeleffizienz des optoelektronischen Bauelements gesteigert werden kann. Insbesondere kann ein Effizienzgewinn von 20 bis 50 % erfolgen. Daher sind derartige optoelektronische Bauelemente vorzugsweise für

Gewächshausbeleuchtungen geeignet. Zum anderen können auch herkömmliche optoelektronische Bauelemente, wie

beispielsweise Laserdioden oder Leuchtdioden, verwendet werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die anorganische Ligandenhülle eine endständige OH-Gruppe oder NH ₂ ~Gruppe auf und die Quantenpunkte werden vor Schritt C) in Silika eingebettet. Insbesondere sind die OH- oder NH ₂ ~Gruppen an die Oberfläche des Kerns der Quantenpunkte angebunden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die

phosphonathaltige Ligandenhülle ein endständiges

phenylfunktionalisiertes Siloxanphosphat auf, das kovalent an den Kern der Quantenpunkte gebunden ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt der

Ligandenaustausch der ersten Ligandenhülle in eine

anorganische Ligandenhülle. Vorzugsweise werden die

Quantenpunkte mittels Hot Injection erzeugt. Die

Quantenpunkte weisen dann eine erste Ligandenhülle, die vorzugsweise organisch ist, auf. Diese organische erste

Ligandenhülle wird durch eine anorganische Ligandenhülle, insbesondere anhand des HSAB-Prinzips ausgetauscht. Gallium- Ionen sind beispielsweise hart, OH ^" -Ionen sind weich.

Anschließend kann die Einkapselung dieser modifizierten

Quantenpunkte in Silika erfolgen und eine Einbringbarkeit in ein Matrixmaterial erhöht werden. Es erfolgt keine

signifikante Erniedrigung von dem Brechungsindex, da keine langen Alkylreste vorhanden sind. Die Ligandenhüllen bieten eine Barriere gegenüber Umwelteinflüssen und gewährleisten eine gute Einbringbarkeit der Quantenpunkte in das Matrixmaterial, das beispielsweise einen Brechungsindex von 1,53 aufweist, auf.

Alternativ kann die erste Ligandenhülle der im Schritt A) bereitgestellten Quantenpunkte durch eine phosphonathaltige Ligandenhülle ausgetauscht werden. Beispielsweise kann die erste Ligandenhülle Ölsäure aufweisen und durch

Phosphonatliganden verdrängt werden. Insbesondere handelt es sich bei den Phosphonatliganden um phenylfunktionalisierte Siloxanphosphonatliganden. Der Brechungsindex der

phenylfunktionalisierten Siloxanphosphonatliganden entspricht im Wesentlichen dem Brechungsindex des Matrixmaterials, sodass daher eine leichte Einbringbarkeit der modifizierten Quantenpunkte in das Matrixmaterial erfolgen kann und keine Streuung an den Grenzflächen erfolgt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die

Quantenpunkte im Schritt A) durch Direct Hot Injection hergestellt, wobei Ph ₃ Si-PDPS (Ph = Phenyl; PDPS =

Polydiphenylsiloxan) als Stabilisierungsreagenz zugesetzt wird. Alternativ, da einfacher zugänglich, wird momentan das PDMS-Analogon verwendet werden, also PDMS-Phosphat (PDMS = Polydimethylsiloxan) mit unterschiedlicher PDMS-Kettenlänge, beispielsweise mit 5kD und lOkDa:

Die Erfinder haben erkannt, dass neben dem Ligandenaustausch auch Phenylsiloxanphosphonatliganden bzw. momentan das oben dargestellte PDMS-Phosphat direkt als Stabilisierungsreagenz in der Hot Injection Synthese verwendet werden können und diese die phosphonathaltige Ligandenhülle bilden. Damit muss kein Ligandenaustausch erfolgen und die Einmischung oder Einbringbarkeit in ein Matrixmaterial ist leichter verglichen mit Quantenpunkten, die im Schritt A) des Verfahrens erzeugt sind .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Herstellung des Auskoppelelements und der Quantenpunkte durch Direct Hot Injection mit Triphenylsiliziumpolydiphenylsiloxanphosphonat oder entsprechend. Es wird insbesondere kein

Trioctylphosphinoxid (TOPO) verwendet. Diese

Phenylsiloxanliganden weisen einen ähnlichen Brechungsindex oder im Wesentlichen gleichen Brechungsindex als der

Brechungsindex des Matrixmaterials auf, sodass diese

miteinander kompatibel sind.

Durch das hier beschriebene Auskoppelelement kann die

Auskoppeleffizienz, vorzugsweise der von einem Halbleiterchi emittierten Strahlung, erhöht werden.

Es wird ferner ein Auskoppelelement angegeben. Vorzugsweise wird das Auskoppelelement mit dem hier beschriebenen

Verfahren hergestellt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das

Auskoppelelement ein Matrixmaterial, das ein hochbrechendes Silikon ist, auf. Als hochbrechendes Silikon wird hier insbesondere ein Silikon mit einem Brechungsindex n > 1.53 bezeichnet . In dem Matrixmaterial sind Quantenpunkte

eingebettet. Die Quantenpunkte weisen jeweils einen Kern aus Galliumphosphid oder Indiumphosphid auf. Der jeweilige Kern weist eine Ligandenhülle aus Silika oder

phenylfunktionalisiertes Siloxanphosphonat auf. Durch diese Ligandenhülle ist die Einbringbarkeit der Quantenpunkte in das Matrixmaterial erleichtert, verglichen mit

Quantenpunkten, die keine derartige Ligandenhülle aufweisen oder die eine Ligandenhülle beispielsweise aus Ölsäure aufweisen. Das Auskoppelelement ist transparent für Strahlung aus dem roten und/oder IR-Bereich.

Strahlung aus dem roten Bereich meint hier und im Folgenden eine Wellenlänge von ca. 600 bis 780 nm, beispielsweise 660 nm (Hyper RED) oder 730 (Far Red) . Darüberhinaus sind die GaP-Nanopartikel aufgrund ihrer Absorption bzw. Transparenz auch stufenlos einsetzbar für beispielsweise grün (ca. 540nm) und gelb (ca. 590) bzw. alle relevanten Farbnuancen.

Strahlung aus dem IR-Bereich meint hier und im Folgenden eine Wellenlänge von 750 bis 2000 nm, insbesondere 800 bis 950 nm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die

Quantenpunkte mit Kern und Ligandenhülle die folgende Formel auf :

wobei n > 1, Rl und/oder R2 unabhängig voneinander H, Alkyl oder Aryl ist , inbesondere Methyl.

Alternantiv weist die Ligandenhülle der Quantenpunkte die folgende Strukturformel auf:

Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und

Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in

Verbindung mit den Figuren beschriebenen

Ausführungsbeispielen .

Es zeigen:

Die Figur 1 das Hot Inj ection-Verfahren, die Figuren 2A und 2B jeweils Quantenpunkte mit einer ersten oder zweiten Ligandenhülle gemäß einer Ausführungsform, die Figur 3A ein Verfahren zur Herstellung eines

Verkapselungselements gemäß einer Ausführungsform,

normalerweise können diese „Verkapselungelemente" noch in eine polymere Matrix eingemischt werden, die Figuren 3B und 3C jeweils Quantenpunkte gemäß einer

Ausführungsform, und die Figuren 4A bis 4F jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer

Ausführungsform. In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden. Die Figur 1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines

Auskoppelelements gemäß einer Ausführungsform. Es ist das Hot Inj ection-Verfahren gezeigt. Dabei wird eine Kationspezies in Lösung, hier am Beispiel von GaCl3, bereitgestellt und die Anionspezies , hier am Beispiel von P(SiMe3)3, injiziert, wobei sich ein Monomerkomplex bildet (S = Lösungsmittel, St - Stabilisiererr) . Mit der Injektion erfolgt die Nukleation, das heißt unter Energiezufuhr wird eine sprunghafte Sättigung der Monomerkomplexe wird erreicht, sodass eine Keimbildung erfolgt. Die Energiezufuhr kann beispielsweise mittels Heizen bei einer Temperatur von zirka 150 bis 400 °C, beispielsweise 250 °C, erfolgen. Anschließend können die Quantenpunkte reifen. Die Reifung kann nach der sogenannten Ostwald-Reifung erfolgen. Es resultieren Quantenpunkte, die einen Kern aus einem Halbleitermaterial aufweisen. Zudem weisen die

Quantenpunkte eine erste Ligandenhülle auf. Die erste

Ligandenhülle kann beispielsweise Ölsäure, Laurinsäure oder Olioylamine aufweisen, wie in den Figuren 2A und/oder 2B gezeigt. Die erste Ligandenhülle weist jedoch eine geringe Vermischbarkeit oder Einbringbarkeit in ein Matrixmaterial, beispielsweise aus Silikon, auf. Die Erfinder haben erkannt, dass durch den Ligandenaustausch, das heißt der Austausch der ersten Ligandenhülle durch eine anorganische oder eine phosphonathaltige Ligandenhülle, die Einbringbarkeit der Quantenpunkte erhöht werden kann.

Die Figuren 2A und 2B zeigen jeweils Quantenpunkte mit einer ersten Ligandenhülle und/oder einer zweiten Ligandenhülle. Die Liganden der entsprechenden Ligandenhüllen könnten beispielsweise Phosphonatliganden, silanbasierte Liganden, Carboxylatliganden, phosphatbasierte Liganden,

catecholbasierte Liganden, tetrametylammoniumhydroxidbasierte Liganden, Ölsäureliganden, Olioamine oder laurinsäurebasierte Liganden sein. Diese Liganden sind an der Oberfläche der Quantenpunkte 7 angeordnet.

Die Figur 3A zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines

Auskoppelelements gemäß einer Ausführungsform. Hier wird insgesamt ein hochbrechender Quantenpunkt 7, beispielsweise Galliumphosphid, in Silika eingekapselt und damit deren

Einbringbarkeit oder Löslichkeit in ein Matrixmaterial 8, beispielsweise aus Silikon, erhöht. Im ersten Schritt werden Quantenpunkte 7, die einen Kern 71 aufweisen, bereitgestellt. Der Kern 71 kann beispielsweise aus Galliumphosphid sein. Die Quantenpunkte 7 werden mit Liganden 73 beladen.

Beispielsweise weisen die Liganden Hydroxidgruppen 73 auf und sind an die Oberfläche der Kerne der Quantenpunkte 7

gebunden. Alternativ können die hydroxidfunktionalisierten Liganden auch mit Silanolen ausgetauscht werden. Dies kann beispielsweise mittels hydrophiler Substitution erfolgen. Anschließend kann eine kovalente Vernetzung, also eine

Kondensationsreaktion, der Quantenpunkte über ein

Silikanetzwerk erfolgen. Die in Silika eingekapselten oder eingebrachten Quantenpunkte 7 lassen sich anschließend gut einbringen in ein Matrixmaterial, beispielsweise aus Silikon. Die Figuren 3B und 3C zeigen Quantenpunkte gemäß einer

Ausführungsform. Die Figur 3B zeigt einen Kern 71 eines

Quantenpunkts 7, der mit Trioctylphosphinoxid beladen ist. Trioctylphosphinoxid bildet insbesondere die erste

Ligandenhülle . Trioctylphosphinoxid kann als

Stabilisierungsreagenz 10 eingebracht werden. Die erste

Ligandenhülle ist allerdings schlecht in ein Matrixmaterial, beispielsweise aus Silikon, eindispergierbar . Die Figur 3C zeigt einen Kern 71 eines Quantenpunktes 7, der mit einer ersten oder zweiten Ligandenhülle 73 beladen ist. Hierbei handelt es sich um einen aminfunktionalisierten Rest, der an der Oberfläche der Kerne der Quantenpunkte 7

angeordnet ist.

Die Figuren 4A bis 4F zeigen jeweils eine schematische

Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Figur 4A zeigt ein optoelektronisches Bauelement 100 mit einem Substrat 1, auf den ein Halbleiterchip 2 angeordnet ist .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips 2 umfasst dieser bevorzugt III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al _n In ₁ __ _n _ _m Ga _m N oder auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie

Al _n In ₁ __ _n _ _m Ga _m P, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Ebenso kann es sich bei dem Halbleitermaterial um Al _x Ga ₁ __ _x As handeln mit 0 ≤ x ≤ 1. Dabei kann die

Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche

Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.

Im Strahlengang des Halbleiterchips 2 ist ein

Auskoppelelement 9 angeordnet, das Quantenpunkte 7, die einen Kern 71 und eine anorganische oder phosphonathaltige

Ligandenhülle 72 aufweisen, enthält. Diese Quantenpunkte 7 sind in einem Matrixmaterial 8 eingebracht. Das

Matrixmaterial 8 ist insbesondere ein hochbrechendes Silikon, vorzugsweise ein Phenylsilikon . An den Seitenflächen des Halbleiterchips 2 und des Auskoppelelements 9 ist ein Gehäuse 5 aufgebracht. Das Gehäuse 5 kann zusätzlich Streupartikel, beispielsweise Titandioxidpartikel oder

Zirconiumdioxidpartikel , umfassen .

Die Figur 4B zeigt ein optoelektronisches Bauelement 100 mit einem Gehäuse 5. Das Gehäuse 5 weist eine Ausnehmung 4 auf, in dem ein Halbleiterchip 2 angeordnet ist. Der

Halbleiterchip 2 ist allseitig von einem Verguss 6

umschlossen. Der Verguss 6 umgibt sowohl die

Strahlungsaustrittsfläche als auch die Seitenflächen des Strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2. Der Verguss 6 weist das Matrixmaterial 8 und die Quantenpunkte 7 auf. Die Quantenpunkte 7 weisen einen Kern 71 und eine anorganische oder eine phosphonathaltige Ligandenhülle 72 auf.

Die Figur 4C zeigt ein Auskoppelelement 9 mit einem

Matrixmaterial 8 und die Quantenpunkte 7, die den

Halbleiterchip 2 allseitig umgeben. Die Figur 4D zeigt die Ausgestaltung des Auskoppelelements 9 als Schicht, die sowohl die Seitenflächen als auch die

Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips 2 umgibt. Der Halbleiterchip 2 kann in einer Ausnehmung eines Gehäuses 5 angeordnet sein und zusätzlich mit einem Verguss 6,

beispielsweise aus Silikon oder Epoxy, vergossen sein.

Die Figur 4E zeigt ein Substrat 1, auf dem ein Halbleiterchip 2 aufgebracht ist. Im Strahlengang des Halbleiterchips 2 ist das Auskoppelelement 9 aufgebracht, das hier in Form einer Linse 3 ausgebildet ist. Die Linse 3 überragt dabei die

Seitenflächen des Halbleiterchips 2 nicht.

Die Figur 4F unterscheidet sich von dem optoelektronischen Bauelement 100 der Figur 4E dadurch, dass die Linse 3 die Seitenflächen des Halbleiterchips 2 überragt. Insbesondere ist die Linse 3 auf dem Substrat 1 zumindest bereichsweise angeordnet. Die Linse 3 wird von dem Auskoppelelement 9 gebildet .

Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen

Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der

Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2016 117 885.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bezugs zeichenliste

100 optoelektronisches Bauelement

1 Substrat

2 Halbleiterchip

3 Linse

4 Ausnehmung

5 Gehäuse

6 Verguss

7 Quantenpunkte

71 Kern

72 anorganische oder phosphonathaltige Ligandenhülle

73 erste Ligandenhülle

8 Matrixmaterial

9 Auskoppelelernent

10 Stabilisierungsreagenz