CN107851695A - 光电子器件、光电子器件复合件和制造光电子器件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光电子器件(100),所述光电子器件具有:半导体芯片(1),所述半导体芯片设计用于至少经由辐射主面(11)发射辐射(5);转换元件(2),所述转换元件设置在半导体芯片(1)的光路中;封装元件(3),所述封装元件具有覆盖元件(31)和侧部元件(32),并且形成用于转换元件(2)免受环境影响的至少一个封闭部,其中覆盖元件(31)设置在转换元件(31)之上,并且侧部元件(32)在横截面中相对于半导体芯片(1)和转换元件(2)横向地设置,并且包围半导体芯片(1),其中侧部元件(32)和覆盖元件(31)至少局部地直接接触,其中侧部元件(32)具有至少一种金属。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电子器件。本发明还涉及一种光电子器件的复合件。此外,本发明涉及一种用于制造光电子器件的方法。
背景技术
光电子器件通常具有转换元件,所述转换元件例如能够将由半导体芯片发射的辐射转换成具有改变的波长的辐射。所述转换元件当然通常是湿气敏感的、氧气敏感的和/或温度敏感的。因此,,所述转换元件必须相对于环境影响和/或高温影响受到保护。
发明内容
本发明的目的是:提供一种稳定的光电子器件。特别地,本发明的目的是:提供一种具有转换元件的光电子器件,所述转换元件相对于环境影响和/或温度影响受到保护。此外,本发明的目的是:提供一种稳定的光电子器件的复合件。此外,本发明的目的是:提供一种用于制造稳定的光电子器件的方法。
所述目的通过根据独立权利要求1的光电子器件来实现。本发明的有利的设计方案和改进形式是从属权利要求的主题。此外,所述目的通过根据权利要求11的光电子器件的复合件来实现。复合件的有利的设计方案是从属权利要求12的主题。此外,所述目的通过根据独立权利要求13的用于制造光电子器件的方法来实现。方法的有利的设计方案和改进形式是从属权利要求14和15的主题。
在至少一个实施方式中,光电子器件具有半导体芯片。半导体芯片设计用于至少经由半导体芯片的辐射主面发射辐射。光电子器件具有转换元件。转换元件设置在半导体芯片的光路中。转换元件尤其相对于环境影响和/或温度影响是敏感的。光电子器件具有封装元件。封装元件具有覆盖元件和侧部元件。封装元件形成用于转换元件免受环境影响的至少一个封闭部。附加地,封装元件能够至少相对于温度、尤其超过80℃的高温保护转换元件,使得防止转换元件的退化。覆盖元件设置在转换元件之上。侧部元件在横截面中相对于半导体芯片和转换元件横向地设置。
特别地,侧部元件直接包围半导体芯片。侧部元件和覆盖元件至少局部彼此接触。特别地,侧部元件和覆盖元件至少局部直接彼此接触。侧部元件具有至少一种金属。替选地或附加地,侧部元件在横向方向上直接与转换元件接触。
根据至少一个实施方式,器件具有半导体芯片。半导体芯片包括半导体层序列。半导体芯片的半导体层序列优选基于III-V族化合物半导体材料。半导体材料优选为氮化物化合物半导体材料,,如AlnIn1-n-mGamN,或者也是磷化物化合物半导体材料,如AlnIn1-n- mGamP,其中分别有0≤n≤1,0≤m≤1并且n+m≤1。同样地,半导体材料能够是AlxGa1-xAs,其中0≤x≤1。在此,半导体层序列能够具有掺杂物以及附加的组成部分。然而,为了简单性仅说明半导体层序列的晶格的主要组成部分,即Al、As、Ga、In、N或P,即使这些主要组成部分能够部分地由少量的其他物质替代和/或补充时也如此。
半导体层序列包含具有至少一个pn结和/或一个或多个量子阱结构的有源层。在半导体芯片运行时,在有源层中产生电磁辐射。半导体芯片因此设计用于发射辐射。特别地,经由半导体芯片的辐射主面发射辐射。特别地,辐射主面垂直于光电子器件的半导体层序列的生长方向定向。辐射的波长或辐射的波长最大值优选位于紫外和/或可见和/或红外光谱范围中,尤其处于在420nm和800nm之间、例如在440nm和480nm之间的波长中,其中包括边界值。
根据至少一个实施方式,半导体芯片是发光二极管,简称LED。半导体芯片于是优选设计用于发射蓝光、绿光、红光或白光。
根据至少一个实施方式,器件具有转换元件。转换元件设置在半导体芯片的光路中。特别地,转换元件与半导体芯片直接机械和/或电和/或热接触地设置。特别地,转换元件直接设置在半导体芯片的辐射主面上。
替选地,转换元件也能够与半导体芯片的辐射主面间隔开。例如,在转换元件和辐射主面之间能够设有另外的层,例如粘胶层。
“直接邻接”或“直接地”在此能够表示一个器件与另一器件的间接的电的、机械的和/或热的接触。在此,于是例如能够在侧部元件和转换元件之间存在另外的元件,如封装部、中间层或气隙。
替选地,“直接邻接”或“直接地”在此能够表示一个器件与另一器件的直接的电的、机械的和/或热的接触。在此,于是至少局部地在两个元件之间不存在另外的元件。
根据至少一个实施方式,转换元件相对于环境影响是敏感的。附加地,转换元件能够相对于温度、尤其高温、例如至少80℃、例如95℃的温度是敏感的。高温例如能够在光电子器件运行时产生。环境影响在此尤其表示潮湿的气氛,例如由水、氧气和/或硫化氢构成的气氛。特别地,转换元件在与环境影响接触时和/或在高温下退化。因此,尤其为了避免退化能够使用封装元件。封装元件能够形成相对于环境影响的封闭部。此外,封装元件能够至少导出在转换元件中形成的热量或形成的高温。转换元件中的温度提高能够引起无辐射的弛豫并且引起斯托克斯位移。封装元件尤其设计用于:导出在转换元件中形成的热量,进而避免转换材料的、尤其量子点的热淬灭和/或热退化。
根据至少一个实施方式,转换元件具有量子点(英文:quantum dots)作为转换材料或由其构成。替选地,转换元件能够具有转换材料,如YAG发光材料、石榴石、正硅酸盐或焙砂(Calsine),,或由其构成。特别地,所提出的转换材料是氧气、湿气和/或温度敏感的。具有量子点的转换材料与常规的发光材料相比具有的优点是:所述转换材料具有更窄的光谱带宽。此外,能够更容易地设定和改变波长最大值。
用量子点在此表示纳米材料结构。特别地,纳米材料结构能够由半导体材料、如InGaAs、CdSe或GaInP/InP构成或包括所述半导体材料。特别地,量子点能够具有不同的大小。
转换元件能够具有基体材料,例如基于硅树脂的和/或基于环氧化物的聚合物和/或丙烯酸酯和/或光刻胶。转换材料、如量子点能够在基体材料中均匀地分布。替选地,转换材料、如量子点能够在基体材料中具有浓度梯度。转换材料能够在基体材料中具有至少60重量%、例如70重量%、80重量%、90重量%或96重量%的份额。
转换元件尤其设计用于:将由半导体芯片发射的辐射吸收,并且转换成尤其其他波长的辐射。转换元件能够完全地转换由半导体芯片发射的辐射。替选地,转换元件能够至少部分地转换由半导体芯片发射的辐射,其中由半导体芯片发射的辐射的一部分在没有通过转换元件转换的情况下射出。得到混合辐射,所述混合辐射包括由半导体芯片发射的辐射和由转换元件转换的辐射。
根据至少一个实施方式,量子点具有不同的大小。大小能够为2nm至12nm。借此,能够单独地调整由量子点发射的光谱范围。特别地,具有量子点的转换材料能够用于所谓的固态照明和显示屏背光照明。
根据至少一个实施方式,转换元件作为层厚度在100nm和1500nm之间的层成型,其中包括边界值。
根据至少一个实施方式,器件具有封装元件。封装元件具有覆盖元件和侧部元件或由其构成。封装元件设计用于:至少保护转换元件免受环境影响和/或温度影响。
根据至少一个实施方式,封装元件至少封装转换元件和半导体芯片。换言之,转换元件不单独地封装,而是在器件之内与半导体芯片和转换元件共同地封装。特别地,封装元件是气密密封的,即相对于环境影响、如氧气、水和/或硫化氢是扩散密封的。
根据至少一个实施方式,覆盖元件设置在半导体芯片的光路中。覆盖元件设置在转换元件之上。覆盖元件能够与转换元件直接接触,即直接电和/或机械和/或热接触地设置。替选地,覆盖元件能够以间接接触的方式设置在转换元件之上。于是,在此,能够在覆盖元件和转换元件之间设置另外的层或元件、例如粘胶层。
在此,将一个层或一个元件设置或施加在另一层或另一元件“上”或“之上”在此和在下文中能够表示:一个层或一个元件直接地以直接机械和/或电和/或热接触的方式设置在另一层或另一元件上。此外也能够表示:一个层或一个元件间接地设置在另一层或另一元件上或之上。在此,于是在一个层和另一层之间或者在一个元件和另一元件之间能够设置有其他的层和/或元件。
特别地,转换元件具有辐射主侧。转换元件的辐射主侧尤其垂直于半导体芯片的半导体层序列的生长方向定向。特别地,,覆盖元件直接地和/或形状配合地覆盖转换元件的辐射主侧。
根据至少一个实施方式,覆盖元件以层、板、薄膜或叠层的形式成型。覆盖元件能够由玻璃、石英、塑料和/或二氧化硅构成。特别地,覆盖元件具有玻璃或由其构成。
根据至少一个实施方式,覆盖元件至少对于由半导体芯片发射的辐射和/或由转换元件发射的辐射是可透过的。特别地,,覆盖元件透明地构成。用“透明”在此和在下文中表示如下层,所述层对于可见光是可透过的。在此,透明层能够是清晰透视的或至少部分地散射光和/或部分地吸收光的,使得透明层例如也能够是漫射或乳白色透视的。尤其优选地,在此称作为透明的层或元件尽可能是透光的,使得尤其可以尽可能少地吸收在光电子器件运行时产生的辐射。
根据至少一个实施方式,覆盖元件能够包含扩散部或其他光学有效的结构。特别地,扩散部或其他光学有效的结构设计用于:将在器件中产生的辐射耦合输出。例如,能够将粗化的玻璃(“Frosted Glass,毛玻璃”)用作为覆盖元件,所述粗化的玻璃的粗糙度类似于或小于要耦合输出的辐射的波长。也可行的是:将散射颗粒嵌入到玻璃中,或者由玻璃构成的覆盖元件透镜形地成型、例如作为菲涅尔透镜成型,或者玻璃设有周期性的结构(“grating,格栅”)。
根据至少一个实施方式,器件具有侧部元件。侧部元件在横截面中相对于半导体芯片横向地设置。替选地或附加地,侧部元件在横截面中相对于转换元件横向地设置。特别地,转换元件和半导体芯片上下相叠地设置,使得侧部元件横向地延伸,即不仅在半导体芯片的侧面上、而且也在转换元件的侧面上延伸。侧部元件能够直接地或间接地设置在半导体芯片和/或转换元件上。于是,在间接接触的情况下,尤其能够在侧部元件和半导体芯片的和/或转换元件的侧面之间设置有种子层。
根据至少一个实施方式,侧部元件包围半导体芯片。特别地,侧部元件直接包围半导体芯片。侧部元件因此包覆半导体芯片,使得在半导体芯片和侧部元件之间存在至少一个热接触部。替选地或附加地,在半导体芯片和侧部元件之间存在直接的电和/机械接触部。特别地,侧部元件形状配合地包覆半导体芯片,即完全地覆盖半导体芯片的全部侧面。
根据至少一个实施方式,侧部元件具有至少一种金属,尤其电镀金属。特别地,侧部元件由尤其为电镀金属的金属构成。金属能够选自:铜、镍、铁、金和银。优选地,侧部元件包括铜或镍,,或由其构成。与例如蓝宝石(25W/(m·K))相比,铜具有大约390W/(m·K)的高的热导率,使得铜能够优异地导出在转换元件中形成的热量。借此,能够将借助铜成型的侧部元件作为附加的热路径用于导出在转换元件中产生的热量。
根据至少一个实施方式,侧部元件具有至少一种电镀金属或由其构成。覆盖元件具有与侧部元件不同的材料或由其构成,,例如玻璃。覆盖元件对于由半导体芯片发射的辐射是透明的。替选地或附加地,侧部元件在横截面中具有大于20μm或大于60μm,尤其在80μm和200μm之间(其中包括边界值)、例如为100μm的厚度。
根据至少一个实施方式,侧部元件和覆盖元件至少局部直接彼此接触。特别地,侧部元件和覆盖元件在横截面中和侧视图中观察形成颠倒的“U”。侧部元件附加地与半导体芯片的侧面直接接触,使得转换元件由半导体芯片、侧部元件和覆盖元件包围。借此,存在用于转化元件免受环境影响的封装部。
根据至少一个实施方式,侧部元件作为半导体芯片的电连接接触部成型。半导体芯片尤其具有至少一个p半导体层、有源层和至少一个n半导体层。尤其地,p半导体层和n半导体层分别与电连接接触部电接触。换言之,在此侧向元件形成半导体层序列的电连接接触部。尤其,侧向元件形成用于半导体芯片的至少一个p半导体层和/或至少一个n半导体层的电连接接触部。借此,能够放弃用于例如p半导体层的另外的电连接部。这节约材料和成本。
根据至少一个实施方式,侧部元件设置在载体上。载体例如能够为印刷电路板(PCB)、导体框、基于陶瓷的载体或金属。特别地,转换元件和/或侧部元件与载体至少直接热接触地设置。特别地,侧部元件用作为用于转换元件和/或半导体芯片的热沉。换言之,在转换元件运行时产生的热量能够容易地经由侧部元件导出。借此,,能够防止转换元件的退化。因此,侧部元件提供附加的热路径。
特别地,侧部元件与转换元件和/或半导体芯片还有载体直接热和/或机械接触。借此,在转换元件中和/或在半导体芯片中产生的热量能够容易地经由侧部元件朝向载体的方向运出。此外,侧部元件有助于机械地稳定半导体芯片和转换元件。
根据至少一个实施方式,侧部元件反射性地成型。特别地,侧部元件设置在半导体芯片的侧面上。借此,由半导体芯片发射的辐射由侧部元件反射,进而提高由半导体芯片发射的辐射的耦合输出效率。
替选地或附加地,作为反射性地成型的侧部元件设置在转换元件的侧面上。借此,由转换元件从侧面射出的辐射能够反射,进而提高沿主辐射方向的方向、即沿垂直于辐射主面或侧面的方向的耦合输出效率。
根据至少一个实施方式,半导体芯片和转换元件分别具有侧面,所述侧面由侧部元件形状配合地直接覆盖。换言之,侧部元件尤其具有转换元件的和/或半导体芯片的侧面的形状。
特别地,侧部元件完全地覆盖转换元件的侧面。替选地或附加地,侧部元件完全地覆盖半导体芯片的侧面或至少覆盖80%或超过90%。特别地,在覆盖至少80%的情况下,半导体芯片的侧面在载体的区域中保持未被覆盖。
根据至少一个实施方式,器件具有种子层。特别地,转换元件的侧面完全地用种子层尤其直接地覆盖。换言之,种子层直接地设置在侧面上,即与转换元件直接机械、电和/或热接触。种子层能够形状配合地直接覆盖半导体芯片的和/或转换元件的侧面。附加地,种子层能够设置在半导体芯片的侧面上。特别地,种子层至少局部直接地覆盖半导体芯片的侧面。换言之,半导体芯片的侧面不完全地由种子层覆盖。这能够通过所谓的蘑菇工艺(Pilzprozess)在制造期间产生。特别地,侧面在载体的区域中保持没有种子层。替选地或附加地,侧部元件横向地设置在种子层之后。特别地,侧部元件和种子层彼此直接热接触。
根据至少一个实施方式,种子层具有金属。特别地,这为导电的、溅射的金属层。金属选自:Ag、Al、Cu或其组合。优选地,金属是Ag或Al。特别地,种子层设计用于:将由转换元件和/或半导体芯片产生的热量朝向侧部元件的方向导出。附加地,侧部元件能够设置在载体上,使得热量能够经由种子层和经由侧部元件和载体优异地导出。
根据至少一个实施方式,种子层反射性地成型。在此,用反射性表示:射到种子层上的辐射的至少90%或95%反射。特别地,例如能够将银用作为种子层。银具有高的反射能力,进而能够容易地反射在转换元件中和/或在半导体芯片中产生的辐射,进而提高耦合输出效率。
根据至少一个实施方式,覆盖元件和侧部元件具有不同材料。特别地,侧部元件是金属的,和/或覆盖元件是非金属的。借此,将覆盖元件和侧部元件的不同材料彼此组合。特别地,覆盖元件和侧部元件形成至少用于转换元件的优异的封闭部或气密的封装部。附加地,侧部元件形成用于半导体芯片和/或转换元件的机械稳定部。
根据至少一个实施方式,侧部元件将载体和转换元件彼此热连接。借此,能够优异地导出在转换元件中产生的热量。
发明人已经查明:通过使用具有覆盖元件和侧部元件的封装元件,能够产生用于至少一个转换元件的优异的封闭部。借此,能够相对于环境影响、尤其湿气、酸性气体和/或氧气保护转换元件,进而防止其退化。此外,通过金属的侧部元件的成型能够容易地导出在转换元件中产生的热量。借此,封装部不仅用于相对于环境影响封闭,而且也用于散热。此外,封装元件能够是镜元件,尤其当侧向元件反射性地成型时如此。借此附加地,能够反射经由转换元件的和半导体芯片的侧面发射的辐射,进而提高耦合输出效率。换言之,通过根据本发明的封装元件能够改进热学特性和光学特性还有相对于环境影响对器件的保护。
此外,提出一种光电子器件的复合件。光电子器件的复合件包括至少一个至此描述的光电子器件。这就是说,全部针对光电子器件公开的特征也针对光电子器件的复合件公开,并且反之亦然。
根据至少一个实施方式,光电子器件的复合件具有至少两个光电子器件。光电子器件能够结构相同地或不同地构成。特别地,相邻的光电子器件能够具有共同的侧部元件。光电子器件在复合件中也能够设置在所谓的晶片复合件中。于是,特别地,光电子器件以矩阵的形式设置在晶片上。通过共同的侧部元件,复合件能够机械稳定。此外,侧部元件能够用作为用于相邻的器件的热沉。特别地,侧部元件能够容易地运出在半导体芯片中和/或在转换元件中产生的热量。
根据至少一个实施方式,至少相邻的光电子器件串联。
此外,提出一种用于制造光电子器件的方法。用于制造光电子器件的方法优选制造光电子器件和/或复合件。这就是说,,全部针对光电子器件或复合件公开的特征也针对用于制造光电子器件的方法公开并且反之亦然。
根据至少一个实施方式,用于制造光电子器件的方法具有如下方法步骤:
A)提供封装元件的覆盖元件,
B)将转换元件施加到封装元件的覆盖元件上,其中转换元件具有侧面,
C)将至少一个半导体芯片施加到转换元件上,其中半导体芯片设计用于至少经由辐射主面发射辐射。转换元件具有侧面。
D)将侧部元件施加到半导体芯片的侧面上和施加到转换元件的侧面上,使得侧部元件在横截面中相对于半导体芯片横向地和相对于转换元件横向地设置,并且至少包围半导体芯片。特别地,,侧部元件至少直接地包围半导体芯片,即直接电、机械和/或热接触。侧部元件和覆盖元件尤其至少局部地彼此直接接触,并且形成用于转换元件免受环境影响的封闭部。替选地或附加地,侧部元件和覆盖元件形成用于转换元件免受环境影响和/或高温的封闭部。侧部元件具有至少一种金属。附加地,侧部元件能够在横向方向上直接与转换元件接触。
换言之,转换元件的封闭部在制造器件或复合件期间已经产生,并且不在随后的方法中、例如不在将器件引入壳体中并且借助封闭部浇注时产生。借此,能够更紧凑和更低成本地制造器件。此外,与在其制造之后被封闭的器件相比,能够降低器件的热机械应力,,例如在边界面处的热机械应力。
根据至少一个实施方式,侧部元件在步骤D)中以电镀方式制造。
根据至少一个实施方式,在步骤D)之前,种子层完全地施加到转换元件的侧面上,并且至少局部地施加到半导体芯片的侧面上。特别地,种子层反射性地成型。特别地,种子层是银。替选地或附加地,种子层是由银和铜构成的合金。借此,能够同时提高反射率和热导率。
附图说明
从下面结合附图描述的实施例中得出另外的优点、有利的实施方式和改进形式。
附图示出:
图1A和1B分别示出根据一个实施方式的光电子器件的示意侧视图,
图2A示出根据一个实施方式的光电子器件的示意侧视图,
图2B示出图2A的光电子器件的俯视图,
图3示出根据一个实施方式的光电子器件的示意侧视图,
图4A至4H示出根据一个实施方式的用于制造光电子器件的方法,
图5A至5C分别示出根据一个实施方式的用于制造光电子器件的方法,
图6A示出根据一个实施方式的光电子器件的示意侧视图,和
图6B示出图6A的器件的俯视图,
图7A至7F示出根据一个实施方式的用于制造光电子器件的方法,
图8A至8C分别示出根据一个实施方式的光电子器件的复合件的俯视图,和
图9A和9B分别示出根据一个实施方式的光电子器件的示意侧视图。
在实施例和附图中,相同的、同类的或起相同作用的元件能够分别设有相同的附图标记。示出的元件和其相互间的大小关系不应视为是合乎比例的。更确切地说,为了更好的可视性和/或为了更好的理解,能够夸大地示出各个元件,即例如层、构件、器件和区域。
具体实施方式
图1A示出根据一个实施方式的光电子器件的示意侧视图。光电子器件100具有半导体芯片1。半导体芯片1例如能够具有由InGaN构成的半导体层序列。
特别地,半导体芯片1设计用于:发射蓝色光谱范围中的辐射。半导体芯片1能够作为所谓的倒装芯片成型。换言之,半导体芯片1在背离辐射主面11的一侧上具有后侧接触部8a和8b。特别地,辐射主面11垂直于半导体芯片1的半导体层序列的生长方向定向。后侧接触部8a、8b能够借助于绝缘部9彼此电绝缘,使得避免短路。能够在半导体芯片1的辐射主面11上在下游设置包括例如量子点的转换元件2。
特别地,转换元件2直接地设置在辐射主面11上。半导体芯片1具有侧面12。转换元件2具有侧面21。特别地,转换元件2在半导体芯片1的辐射主面11上设置成,使得转换元件的侧面21在横截面中形成半导体芯片1的侧面12的延长部。转换元件2设计用于:将由半导体芯片1发射的辐射至少部分地转换成具有改变的、尤其更长波长的辐射。
能够在转换元件2的下游设置覆盖元件31,例如由玻璃或覆层膜构成的覆盖元件31。特别地,在侧视图中或在横截面中,,覆盖元件的侧面超出转换元件2的侧面21和/或半导体芯片1的侧面12。
横向于半导体芯片1和/或转换元件2设置侧部元件32。特别地,侧部元件32完全地包围转换元件2和/或半导体芯片1。换言之,侧部元件32至少部分地或完全地覆盖半导体芯片1的全部侧面和/或转换元件2的全部侧面21。侧部元件32与覆盖元件31直接接触。特别地,强的附着力在侧部元件32和覆盖元件31之间作用。特别地,覆盖元件31和侧部元件32在横截面中作为颠倒的U成型。
特别地,覆盖元件31和侧部元件32形成封装元件3。封装元件3形成用于转换元件2免受环境影响和/或高温的封闭部。特别地,侧部元件32具有高导热的金属,例如铜。借此,在转换元件2中产生的热量能够容易地经由侧部元件32导出(通过箭头示出)。替选地或附加地,器件100能够具有载体4。载体4例如能够是金属的导体框。借此,由转换元件2产生的热量能够容易地经由侧部元件32和经由载体4导出。
侧部元件32能够作为层或板成型。特别地,侧部元件32在横截面中具有>50μm的层厚度。替选地,转换元件2的侧面21能够直接地与侧部元件32接触。
特别地,侧部元件32连同载体4一起形成用于导出在转换元件2中和/或在半导体芯片1中产生的热量的热沉。借此,,能够防止转换元件的退化。附加地,半导体芯片1和转换元件2能够被机械地稳定。
图1B示出根据一个实施方式的光电子器件的示意侧视图。图1B的器件100与图1A的器件的区别在于:在半导体芯片1和转换元件2之间设置有另一层、尤其粘贴层7。此外,能够在转换元件2和覆盖元件31之间设置有另一层7,例如粘贴层。
替选地或附加地,能够在侧部元件32和半导体芯片的侧面12和/或转换元件2的侧面21之间设置有种子层6。种子层6能够附加地在侧部元件32和覆盖元件31之间成型。特别地,种子层6在横截面中观察作为颠倒的L成型。特别地,种子层6是导热的。
图2A示出根据一个实施方式的器件的示意侧视图。图2A的器件100与图1B的器件的区别在于:器件具有电连接部位10a和10b。特别地,电连接部位10a是n接触部并且10b是p接触部。特别地,侧部元件32和p接触部10b彼此热接触地设置。特别地,接触部10b设置在载体4和侧部元件32之间。借此,能够经由侧部元件32和p接触部10b容易地将热量导出至载体4。n接触部10a设置在半导体芯片下方,尤其在横截面中设置在半导体芯片1的中间。
图2B示出图2A的光电子器件的俯视图。从图2B中可见的是:电连接部位10b包围半导体芯片1。电连接部位10b、尤其p接触部在此尤其用于电接触和用作为热沉。
侧部元件32包围半导体芯片1。特别地,侧部元件32形状配合地包围半导体芯片1的全部侧面12。
图3示出根据一个实施方式的光电子器件100的示意侧视图。图3的器件100与图2A的器件的区别在于:图3A的器件的载体4相对于半导体芯片1和相对于侧部元件32横向地设置。换言之,侧部元件32能够设置在载体4上(如在图2A中示出)或者载体4能够侧向地设置,即设置在侧部元件32的侧面上。
图4A至4H示出根据一个实施方式的用于制造光电子器件100的方法。特别地,图4A和4B的方法步骤在惰性气氛下进行。
图4A示出提供覆盖元件31,所述覆盖元件尤其是玻璃或封闭膜。在所述覆盖元件31上施加转换元件2。转换元件2尤其包括基体材料。特别地,基体材料是负性的光刻胶材料。例如,基体材料是有机改性陶瓷(Ormocer),尤其Ormoclear。基体材料尤其是可UV硬化的。在该基体材料中尤其分散有转换材料,例如量子点。所述转换元件2施加到覆盖元件31上(图4A)。
随后,施加至少一个半导体芯片1。在图4B中施加两个半导体芯片1。特别地,也能够施加多于两个半导体芯片1。半导体芯片1直接地施加到转换元件2上。随后,将掩模13施加在覆盖元件31的背离半导体芯片1的一侧上。
随后,硬化转换元件2的基体材料。硬化以光刻方式14进行,尤其借助UV辐射。由此,选择性地硬化基体材料,并且固定相应的半导体芯片1和转换元件2。
随后,能够移除转换元件2的未硬化的基体材料(图4C)。借此,在半导体芯片1和覆盖元件31之间形成转换元件2。随后,能够施加封闭部。封闭部能够借助于原子层沉积法(atomic layer deposition,ALD)施加。该封闭层能够是暂时性的。例如能够暂时地施加无机氧化物,即例如氧化铝。替选地,也能够在惰性气氛下进行工作。
随后,如在图4D中示出那样,能够施加光刻胶层15。特别地,将光刻胶层15施加在后侧接触部8a、8b的一侧上。这能够借助于光刻或所谓的Alpha-Cube工艺进行。借此,能够保护后侧接触部8a、8b。
图4E示出:能够将光刻胶层15同时用作为掩模。特别地,掩模的侧面伸出半导体芯片1的和/或转换元件2的侧面12、21。借此,形成器件的具有蘑菇外形的布置。因此,所述工艺也称作为蘑菇工艺。
图4F可选地示出施加种子层6。种子层6尤其施加在覆盖元件31的表面上和施加在转换元件2的侧面21上,并且至少局部地施加在半导体芯片1的侧面12上。种子层6能够借助于溅射或以电镀的方式施加。因为光刻胶层15具有凸出的棱边,所以半导体芯片1的侧面12不完全地用种子层6覆盖。半导体芯片1的侧面12尤其直接在光刻胶层5之下60没有种子层6。种子层6尤其包括导热金属或传导材料,例如铜或其他金属。种子层6尤其具有<100nm的层厚度。
图4G示出施加侧部元件32。特别地,侧部元件32以电镀的方式施加。侧部元件32例如能够是铜或镍。替选地,其他的电镀元件或合金、即例如铁、锌或其他贵金属、如金和铜也是适合的。侧部元件32与种子层6至少电连接。
随后,能够移除光刻胶层15,并且分割16相邻的器件(图4H)。得到器件100,例如图1A或1B的器件。
图5A和5B示出用于制造光电子器件的方法。图5A和5B的方法步骤尤其在惰性气氛下进行。图5A示出提供覆盖元件31。在所述覆盖元件31上施加转换元件2。转换元件2具有基体材料,所述基体材料包括正性的光刻材料。在该正性的光刻材料中尤其分散有转换材料,例如量子点。
图5A至5C的方法与图4A至4C的方法的区别在于:在图5A至5C的方法中使用正性的光刻材料,与此同时在图4A至4C中使用负性光刻材料。
图5B示出施加半导体芯片1。将半导体芯片1施加到转换元件2上。因为在此涉及转换元件2中的正性的光刻材料,所以转换元件2通过光刻从半导体芯片侧起辐照。辐射14尤其借助UV辐射进行。因此,在此,半导体芯片1用作为掩模,而在图4A至4H的工艺中必须施加附加的掩模13。通过光刻工艺,硬化转换元件2中的光刻材料。随后,如在图5C中示出那样,能够移除过量的转换元件2。附加地,能够借助于ALD施加暂时的附加的封闭层。
在图5C的步骤之后,能够类似地进行图4D至4H的步骤。
图6A示出根据一个实施方式的光电子器件100的示意侧视图。光电子器件100显示出半导体层序列101至103。层101是至少一个n半导体层。层102是有源层,并且层103是至少一个p半导体层。n半导体层101借助于n接触部10a电接触。层103借助于p接触部10b电接触。器件100还具有覆盖元件31和转换元件2,所述转换元件设置在半导体层序列101至103和覆盖元件31之间。横向于包括半导体层序列101至103的半导体芯片1设置有侧部元件32。在侧部元件32和半导体芯片1之间设置有种子层6。器件100还具有绝缘材料17。种子层6尤其作为镜层成型。换言之,种子层6反射由半导体芯片1发射的辐射。
图6B示出图6A的器件的俯视图。从图6B中可见:侧部元件32全方位地且形状配合地包围半导体芯片的侧面12和尤其转换元件2的侧面21。
尤其是电镀板的侧部元件32设计用于机械稳定。此外,侧部元件32能够用作为用于转换元件2的热沉。
图7A至7F示出根据一个实施方式的用于制造光电子器件的方法。图7A示出提供载体4。特别地,载体4是可翻转的载体。
随后,进行半导体芯片1的施加,在此以两个半导体芯片1为例示出。特别地,将半导体芯片1借助其后侧接触部8a、8b施加到可翻转的载体上。
随后能够将绝缘材料17作为塑料层分散(图7B)。借此,将相邻的半导体芯片1彼此电绝缘。
图7C示出将转换元件2和覆盖元件31分别施加到半导体芯片1上。覆盖元件31例如能够由玻璃或二氧化硅构成。
图7D随后示出施加种子层6。种子层6尤其施加在半导体芯片1的侧面12上和施加在转换元件2的侧面21上。种子层6尤其包括金属。特别地,种子层6由银成形。种子层6借助于溅射施加。特别地,借助摄影光刻技术(Fototechnik)进行施加。
随后,能够施加侧部元件32(图7E)。侧部元件32施加到相邻的半导体芯片1之间。侧部元件32尤其与种子层6直接接触地设置。侧部元件32能够由铜或镍构成。
随后,如在图7F中示出,能够分割16器件100。这能够以机械或光刻方式进行。
图8A至8C分别示出光电子器件的复合件。图8A示出光电子器件的复合件的俯视图。在此,示出四个光电子器件100。但是多于四个光电子器件也能够形成复合件。特别地,光电子器件能够作为所谓的阵列成型。特别地,相邻的光电子器件的复合件具有共同的侧部元件32。换言之,相邻的器件共用一个侧部元件32。侧部元件32能够由金属成型。由此,能够提高机械稳定性并且侧部元件32能够用作为用于相应的半导体芯片1和转换元件2的热沉。侧部元件32能够根据热学需要相应地调整。如果转换元件2的热导率高,那么与侧部元件32的尺寸相比,能够相对大地选择转换元件2的大小。如果转换元件2的热导率相当小,那么为了改进的散热能够相对大地选择侧部元件32的尺寸。覆盖元件31能够附加地具有用于提高光耦合输出的漫射或光学元件。
图8B从下方示出图8A的复合件。特别地,复合件如在图8C中示出的那样串联。
图9A示出根据一个实施方式的光电子器件的示意侧视图。特别地,图9A示出半导体芯片的一个设计方案。半导体芯片1尤其具有电接触部10a和10b。特别地,电接触部10a与侧部元件32直接接触。半导体芯片1尤其成型为,使得其具有到相应的半导体层的过孔。器件100具有组合镜19。附加地,侧部元件32在半导体芯片1的该设计方案中与转换元件2直接接触地设置(在此未示出)。
特别地,电接触部10b作为p接触部接触p半导体层103。电接触部10a作为n接触部尤其接触n半导体层101。特别地,n接触部具有到n半导体层101的穿通孔。图9A的半导体芯片1具有后侧接触部8a、8b,所述后侧接触部都位于同一侧上并且与相应的p/n接触部10a、10b电连接,并且由相同的材料成形。
图9B示出半导体芯片1的一个不同的设计方案。特别地,图9B的器件与图9A的器件的区别在于:图9B的器件附加地具有子基板18。子基板18+例如能够由硅或陶瓷构成。
根据另外的实施例,也能够将结合附图描述的实施例和其特征彼此组合,即使这些组合本身未明确地结合附图公开也如此。此外,结合附图描述的实施例能够具有根据概述部分中的描述的附加的或替选的特征。
本发明不通过根据实施例进行的描述局限于此。更确切地说,本发明包括任意新特征以及特征的任意组合,这尤其包含权利要求中的特征的任意组合,即使所述特征或所述组合本身没有在权利要求或实施例中明确地说明时也如此。
本申请要求德国专利申请10 2015 111 910.2的优先权,其公开内容通过参考并入本文。
附图标记列表
100 光电子器件
1 半导体芯片
12 半导体芯片的侧面
11 辐射主面
2 转换元件
21 转换元件的侧面
3 封装元件
31 覆盖元件
32 侧部元件
4 承载件
5 半导体芯片的辐射
6 种子层
7 粘贴层或另一层
8a 后侧接触部
8b 后侧接触部
9 绝缘部
10a n接触部
10b p接触部
13 掩模
14 辐射,尤其UV辐射
15 光刻胶
16 分割部
101 n半导体层
102 有源层
103 p半导体层
17 绝缘材料
18 子基体/载体
19 组合镜
Claims (15)
1.一种光电子器件(100),所述光电子器件具有:
-半导体芯片(1),所述半导体芯片设计用于至少经由辐射主面(11)发射辐射(5),
-转换元件(2),所述转换元件设置在所述半导体芯片(1)的光路中,
-封装元件(3),所述封装元件具有覆盖元件(31)和侧部元件(32),并且形成用于所述转换元件(2)免受环境影响的至少一个封闭部,
其中所述覆盖元件(31)设置在所述转换元件(31)之上,并且所述侧部元件(32)在横截面中相对于所述半导体芯片(1)和所述转换元件(2)横向地设置,并且包围所述半导体芯片(1),其中所述侧部元件(32)和所述覆盖元件(31)至少局部地直接接触,其中所述侧部元件(32)具有至少一种金属,并且在横向方向上直接与所述转换元件(2)接触。
2.根据权利要求1所述的光电子器件(100),
其中所述侧部元件(32)由至少一种电镀金属构成,并且所述覆盖元件(31)具有与所述侧部元件(32)不同的材料,并且所述覆盖元件对于由所述半导体芯片(1)发射的辐射而言是透明的,其中所述侧部元件(32)具有小于50μm的厚度。
3.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件(100),
其中所述转换元件(2)具有量子点。
4.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件(100),
其中所述侧部元件(32)成型为所述半导体芯片(1)的电连接接触部。
5.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件(100),
其中至少所述侧部元件(32)设置在所述载体(4)上,使得所述侧部元件(32)设计为用于所述转换元件(2)和/或所述半导体芯片(1)的热沉,并且至少防止所述转换元件(2)的退化。
6.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件(100),
其中所述侧部元件(32)反射性地成型。
7.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件(100),
所述光电子器件具有种子层(6),所述种子层完全直接地覆盖所述转换元件(2)的侧面(21)并且至少局部直接地覆盖所述半导体芯片(1)的侧面(12),其中所述侧部元件(32)横向直接设置在所述种子层(6)之后。
8.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件(100),
其中所述种子层(6)反射性地成型。
9.根据权利要求7或8所述的光电子器件(100),
其中所述半导体芯片(1)和所述转换元件(2)分别具有侧面(12,21),所述侧面由所述种子层(6)形状配合地直接覆盖。
10.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件(100),
其中所述侧部元件(32)具有铜或镍。
11.一种根据权利要求1至10中至少一项所述的光电子器件的复合件,其中相邻的光电子器件(100)具有共同的侧部元件(32)。
12.根据权利要求11所述的复合件,
其中至少相邻的光电子器件(100)是彼此串联的。
13.一种用于制造根据权利要求1至10中至少一项所述的光电子器件(100)的方法,所述方法具有如下步骤:
A)提供封装元件(3)的覆盖元件(31),
B)将转换元件(2)施加到所述封装元件(3)的所述覆盖元件(31)上,其中所述转换元件(2)具有侧面(21),
C)将至少一个半导体芯片(1)施加到所述转换元件(2)上,其中所述半导体芯片(1)设计用于至少经由辐射主面(11)发射辐射(5)并且具有侧面(12),和
D)将侧部元件(32)施加到所述半导体芯片(1)的侧面(12)上和施加到所述转换元件(2)的侧面(21)上,使得所述侧部元件(32)在横截面中相对于所述半导体芯片(1)和所述转换元件(2)横向地设置,并且至少直接地包围所述半导体芯片(1),其中所述侧部元件(32)和所述覆盖元件(31)至少局部地直接接触,并且形成用于所述转换元件(2)免受环境影响的封闭部,其中所述侧部元件(32)具有至少一种金属,并且在横向方向上直接与所述转换元件(2)接触。
14.根据权利要求13所述的方法,
其中在步骤D)中以电镀方式制造所述侧部元件(32)。
15.根据权利要求13或14所述的方法,
其中在步骤D)之前,将种子层(6)完全地施加到所述转换元件(2)的侧面(21)上,并且至少局部地施加到所述半导体芯片(1)的侧面(12)上,其中所述种子层(6)反射性地成型。
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