用于制造光电子器件的耦合输出元件的方法和耦合输出元件技术

本发明专利技术涉及一种用于制造用于光电子器件(100)的耦合输出元件(9)的方法，所述方法具有如下步骤：A)提供分别具有由半导体材料构成的核(71)的量子点(7)；B)将无机的或含有膦酸酯的配体壳(72)施加到量子点(7)的相应的核(71)上；C)将具有配体壳(72)的量子点(7)引入到基质材料(8)中，其中具有配体壳(72)的量子点(7)的可引入性与在步骤A)中产生的量子点(7)相比简化，和其中耦合输出元件(9)对于红色和/或IR范围中的辐射是透明的。

Method and Coupled Output Element for Manufacturing Photoelectronic Devices

The invention relates to a method for manufacturing a coupled output element (9) for photoelectronic devices (100). The method comprises the following steps: A) providing a quantum dot (7) with a core (71) composed of semiconductor materials, B) applying an inorganic or phosphonate-containing ligand shell (72) to the corresponding core (71) of a quantum dot (7); C) introducing a quantum dot (7) with a ligand shell (72) into the matrix. In material (8), the introduction of a quantum dot (7) with a ligand shell (72) is simplified compared with the quantum dot (7) generated in step A, and the coupling output element (9) is transparent to radiation in the red and/or IR ranges.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造光电子器件的耦合输出元件的方法和耦合输出元件
本专利技术涉及一种用于制造用于光电子器件的耦合输出元件的方法。此外，本专利技术涉及一种耦合输出元件，尤其用于光电子器件。
技术介绍
迄今为止所描述的耦合输出元件并不充分地将在光电子器件的半导体芯片中产生的光耦合输出，因为在半导体芯片表面和其周围环境之间的边界面处存在大的折射率差异。该问题尤其对于如下半导体芯片是重要的，所述半导体芯片发射在红色或IR波长范围中的辐射并且具有基于InGaAlP和/或基于GaAs的材料，所述材料显示出n>3的高的折射率。半导体芯片典型地嵌入基质材料中，所述基质材料例如由具有1.4到1.55的折射率的硅树脂或环氧化物构成。这与由折射率n＝1的空气包围的半导体芯片相比提高了由半导体芯片发射的光的耦合输出。此外，基质材料用作为抵抗环境影响的阻挡并且可以成型为透镜，以便将由半导体芯片发射的辐射从器件有效地耦合输出。迄今为止，纳米颗粒、如氧化锆或氧化钛作为用于耦合输出材料的高折射率的添加物已知。这样的由氧化锆和/或氧化钽和聚合物基质材料构成的纳米复合物具有如下缺点：所述纳米复合物仅能够作为薄膜材料施加从而不能成型为透镜。此外，迄今为止研究的有机装载的氧化锆纳米颗粒此外在蓝光和温度测试中本身变黄或也在例如由硅树脂构成的基质材料中变黄。在InGaAlP/GaAs的情况下，涉及的＞600nm的波长的光子能量并不足以将典型的基质材料的键合分解，尤其将其热氧化的产物分解。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种耦合输出元件，所述耦合输出元件有效地耦合输出由半导体芯片发射的辐射。此外，本专利技术的目的是提供一种用于光电子器件的耦合输出元件。此外，本专利技术的目的是提供一种用于制造用于光电子器件的耦合输出元件的方法，所述方法有效地且简单地产生有效的耦合输出元件。所述目的通过根据独立权利要求1所述的用于制造用于光电子器件的耦合输出元件的方法来实现。本专利技术的有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。此外，所述目的通过根据权利要求13所述的耦合输出元件来实现。本专利技术的有利的设计方案和改进方案是从属权利要求14的主题。在至少一个实施方式中，用于制造用于光电子器件的耦合输出元件的方法具有如下步骤：A)提供分别具有由半导体材料构成的核的量子点，B)将无机的或含有膦酸酯的配体壳施加到量子点的相应的核上，C)将具有配体壳的量子点引入到基质材料中，其中具有配体壳的量子点的可引入性与在步骤A)中产生的量子点相比简化，其中耦合输出元件对于红色和/或IR范围中的辐射是透明的。替选地，在步骤B)中代替无机的或者含有膦酸酯的配体壳可以使用有机的配体壳。根据至少一个实施方式，该方法具有步骤A)，提供量子点。量子点具有由半导体材料构成的核。半导体材料可以从如下组中选择：磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)、砷化镓(GaAs)和磷化铟镓铝(InGaAlP)。优选地，半导体材料是磷化镓或磷化铟，特别优选磷化镓。量子点尤其对于红色和/或IR波长范围中的辐射是透明的。磷化镓例如在波长>500nm的情况下具有吸收系数k＝0的透明度。磷化铟在波长为850nm的情况下具有吸收系数k＝0.15和在953.7nm下具有吸收系数k＝0。磷化铟纳米颗粒与磷化镓纳米颗粒相比可更容易地使用。磷化铟量子点因此限制于使用波长为950nm的IR二极管。本专利技术的目的因此尤其是，通过在基底材料、例如聚合物中嵌入例如在633nm处具有3.314的折射率的磷化镓或在633nm处具有3.536的折射率的磷化铟来显著地提高折射率，并且同时产生所述量子点在基质材料中的良好的可引入性。优选地，量子点是纳米颗粒，即大小在纳米范围中、具有例如在至少1nm和最多1000nm之间的颗粒直径d50的微粒。理想地，颗粒直径不应超过波长的大约1/10，即在例如600nm处不应超过大约60nm的颗粒直径，使得纳米颗粒对纳米复合物的整个系统的透明度尽可能没有负面影响。量子点包括核，即半导体核，所述核可以具有在相应的波长范围中的转换波长的特性。在例如＞500nm的波长处，即例如在红色或IR波长范围中，核对基质材料的透明度没有显著影响。透明的在此和在下文中指的是至少对于由半导体芯片发射的辐射大于90％或95％的透射率。半导体核或核可以由一个或多个层作为涂层包封。所述涂层在此处和在下文中称作配体壳，尤其是无机的、有机的或含有膦酸酯的配体壳。换言之，核可以在其外面或表面上完全地或近似完全地由配体壳覆盖。半导体核可以是单晶的或多晶的聚集体。根据至少一个实施方式，量子点具有从3nm到10nm、特别优选从3nm到5nm的平均直径。量子点可以球形地或棒形地成型。这些值这里尤其指的是核的平均直径，即不带配体壳。根据至少一个实施方式，量子点在步骤A)中具有第一配体壳，所述第一配体壳不同于无机的或含有膦酸酯的配体壳，其中在步骤B)中第一配体壳通过无机的或含有膦酸酯的配体壳替换，其中具有第一配体壳的量子点与具有无机的或含有膦酸酯的配体壳的量子点相比具有更小的折射率。根据至少一个实施方式，在步骤A)中产生的量子点通过热注射产生。优选地，在热注射方法中可以将阳离子产物预先置于容器中的溶液中。接着，可以将阴离子产物注射到该溶液中。在此，阴离子产物可以在例如0.5s到1.5s的所谓的成核时间内以微滴的方式添加给阳离子产物。形成单体络合物。可以提高能量输送。单体络合物能够突然饱和从而形成种晶。接着，量子点可以成熟，例如根据所谓的奥斯特瓦尔德成熟。在热注射方法中，可以使用在200℃和350℃之间的温度，其中包括边界值。根据至少一个实施方式，在步骤A)中产生的量子点通过热注射产生并且半导体材料包括GaP。根据至少一个实施方式，在步骤A)期间，将三辛基氧化膦作为稳定试剂添加。稳定试剂、也称作表面活性的材料或表面活性剂是减小表面应力的物质。稳定试剂或表面活性剂对于本领域技术人员充分已知从而在此不予以详细阐述。换言之，胶态的量子点可以由反应混合物通过热注射方法产生，所述反应混合物由前体材料、溶剂和可能的稳定试剂构成。稳定试剂可以通过形成自聚集的结构使胶态的量子点稳定。自聚集的结构可以是单层，所述单层形成配体壳。作为稳定试剂可以使用如下材料，所述材料选自：噻吩、胺、氧化膦、膦酸或羧酸。尤其是，可以使用膦酸、RPO(OH)2，所述膦酸例如具有与量子点的强烈的结合作用。另一方面，通过膦酸结合到量子点的表面上可以产生量子点的各向异性的形状。在下文中示出示例性的反应方程式，可以如何借助于热注射产生胶态的GaP量子点。得到的量子点具有第一配体壳。第一配体壳由三辛基氧化膦形成。换言之，三辛基氧化膦分子积聚到量子点的相应的核的表面上。然而，这样的量子点会难以分散到基质材料、优选高折射率的硅树脂基质材料中。因此，出现如下缺点：具有第一配体壳的所述量子点的可引入性变难。现在，专利技术人已发现，通过配体替换、即通过用无机的或含有膦酸酯的配体壳替换第一配体壳，可以使量子点到基质材料中的可引入性简化。借此可以产生如下耦合输出元件，所述耦合输出元件对于红色和/或IR范围中的辐射是透明的并且具有高的效率。在另一实例中，量子点也可以利用其他稳定试剂、如例如十二胺(DA)产生。在此，量子点的产生可以根据如下反应进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造用于光电子器件(100)的耦合输出元件(9)的方法，所述方法具有如下步骤：A)提供分别具有由半导体材料构成的核(71)的量子点(7)，B)将无机的或含有膦酸酯的配体壳(72)施加到所述量子点(7)的相应的核(71)上，C)将具有所述配体壳(72)的所述量子点(7)引入到基质材料(8)中，其中具有配体壳(72)的所述量子点(7)的可引入性与在步骤A)中产生的量子点(7)相比更容易，和其中所述耦合输出元件(9)对于红色和/或IR范围中的辐射是透明的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.22 DE 102016117885.31.一种用于制造用于光电子器件(100)的耦合输出元件(9)的方法，所述方法具有如下步骤：A)提供分别具有由半导体材料构成的核(71)的量子点(7)，B)将无机的或含有膦酸酯的配体壳(72)施加到所述量子点(7)的相应的核(71)上，C)将具有所述配体壳(72)的所述量子点(7)引入到基质材料(8)中，其中具有配体壳(72)的所述量子点(7)的可引入性与在步骤A)中产生的量子点(7)相比更容易，和其中所述耦合输出元件(9)对于红色和/或IR范围中的辐射是透明的。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述量子点(7)在步骤A)中具有第一配体壳(73)，所述配体壳不同于所述无机的或含有膦酸酯的配体壳(72)，其中在步骤B)中，所述第一配体壳通过所述无机的或含有膦酸酯的配体壳(72)替换，其中具有所述第一配体壳(73)的量子点(7)与具有所述无机的或含有膦酸酯的配体壳(72)的量子点(7)相比具有较小的折射率。3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤A)中产生的量子点(7)通过热注射产生并且所述半导体材料选自如下组：GaP、InP、GaAs和InGaAlP。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤A)中产生的量子点(7)通过热注射产生并且所述半导体材料包括GaP。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中添加三辛基氧化膦作为稳定试剂(10)。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤A)中产生的量子点(7)具有核(71)和第一配体壳(73)，所述第一配体壳是有机的并且不同于所述无机的或含有膦酸酯的配体壳(72)，其中与具有所述第一配体壳(73)的量子点(7)相比，具有所述无机的或含有膦酸酯的配体壳(71)的量子点(7)的可引入性更容易。7.根据上述权利要求中任一项所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：格奥尔格·迪舍尔，马库斯·亚当，吉多·基克尔比克，
申请(专利权)人：欧司朗光电半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE