DE10158754A1 - Lichtemittierendes Halbleiderbauelement - Google Patents

Lichtemittierendes Halbleiderbauelement

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Klaus Streubel
Ralph Wirth
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Abstract

Bei einem lichtemittierenden Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper (12), der eine aktive Schicht (14) enthält, elektrischen Kontakten (16, 18) zur Stromeinprägung in die aktive Schicht (14), wobei beim Betrieb an der aktiven Schicht (14) und an den elektrischen Kontakten (16, 18) Wärme erzeugt wird, einem Träger (20) mit großer Wärmekapazität zur Aufnahme der beim Betrieb erzeugten Wärme, wobei der Halbleiterkörper (12) mit seiner Rückseite (13) mit dem Träger (20) durch ein leitfähiges Klebemittel (32, 34) elektrisch und thermisch verbunden ist, sind in die Rückseite (13) des Halbleiterkörpers Ausnehmungen (22) eingebracht, die beim Verbinden des Halbleiterkörpers (12) mit dem Träger (20) einen Teil (34) des leitfähigen Klebemittels aufnehmen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Bei einem derartigen Halbleiterbauelement wird während des Betriebes im Halbleiterkörper, insbesondere in dessen aktiver Schicht, etwa einem pn-Übergang, sowie an den elektrischen Kontakten zur Stromeinprägung in die aktive Schicht Verlustwärme erzeugt. Zum Abführen dieser Wärme an einen als Wärmesenke fungierenden Träger, der möglichst große Wärmekapazität aufweist, ist der Halbleiterkörper in der Regel mit einer seiner Seitenflächen mit dem Träger verbunden.
  • Dabei tritt das Problem auf, daß bei der Verwendung der hierzu herkömmlich zur Verfügung stehenden elektrisch leitenden Klebstoffe (Leitkleber) zur leitenden Montage des Halbleiterkörpers auf dem Träger die Leitkleberschicht, die typischerweise eine Dicke von 5 µm bis 10 µm aufweist, den gesamten thermischen Widerstand Rth zwischen dem aktiven Bereich des LED-Chips und dem als Wärmesenke dienenden Träger deutlich erhöht. Dies führt dazu, daß der Wärmestrom in die Wärmesenke reduziert wird, und in dem aktiven Bereich des Bauelements höhere Temperaturen auftreten, welche letztlich die erreichbare optische Leistung beschränken.
  • In den meisten Anwendungsfällen wird bislang dieser erhöhte thermische Widerstand hingenommen. Bei kritischen Anwendungen wird auf andere Montagetechniken ausgewichen, beispielsweise werden die Chips auf den Träger aufgelötet. Dies ist jedoch mit einem erhöhten Montageaufwand verbunden.
  • Der Erfindung liegt ausgehend davon insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art mit verbesserter thermischen Anbindung des Halbleiterkörpers an den wärmeaufnehmenden Träger zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Erfindungsgemäß sind bei einem lichtemittierenden Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art in der zum Träger hin gewandten Seite des Halbleiterkörpers Ausnehmungen ausgebildet, die beim Verbinden des Halbleiterkörpers mit dem Träger einen Teil des leitfähigen Klebemittels aufnehmen.
  • Die zur Verbindung von Halbleiterkörper und Träger herkömmlich zur Verfügung stehenden leitfähigen Klebemittel weisen in der Regel eine weit geringere Wärmeleitfähigkeit auf, als das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers selbst. Zur Minderung der damit verbundenen Probleme der Wärmeableitung ist erfindungsgemäß die Montageseite des Halbleiterkörpers derart strukturiert, daß das Klebemittel während des Verbindens (Chipklebens) weitgehend in die vorgesehenen Ausnehmungen fließen kann. Dadurch wird, auch bei gleichem Gesamtvolumen an Klebemittel, die zwischen den Ausnehmungen verbleibende Klebemittelschicht so verdünnt, daß sie in diesen Bereichen nur noch einen geringen thermischen Widerstand zwischen Halbleiterkörper und Träger aufweist und nur noch einen geringen Beitrag zum gesamten thermischen Widerstand zwischen aktiver Schicht und Träger leistet.
  • Der thermische Widerstand des in die Ausnehmung eingeflossenen Klebemittels wird seinerseits durch das sich nunmehr in Teilbereichen bis fast zum Träger erstreckende Halbleitermaterial höherer thermischer Leitfähigkeit weitgehend überbrückt. Insgesamt ergibt sich ein deutlich reduzierter thermischer Gesamtwiderstand.
  • Bevorzugt sind die Ausnehmungen als langgestreckte Gräben mit beispielsweise quadratischem, rechteckigem, dreieckigem trapezartigem Querschnitt ausgebildet. Dies erlaubt eine technisch einfache Strukturierung der Rückseite des Halbleiterkörpers, beispielsweise mittels Sägen, Fräen oder Ätzen.
  • Die Ausnehmungen könne vorzugsweise auch in Form von quaderförmigen, pyramidenförmigen oder kegelförmigen Gruben ausgebildet sein. Dies erlaubt ebenfalls eine einfache Strukturierung der Rückseite des Halbleiterkörpers.
  • Bei herkömmlichen Halbleiterkörpern, die mit ihrem Substrat, auf dem sich die aktive Schicht befindet, auf dem Träger montiert sind, hat sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn die Ausnehmungen eine Tiefe von 2 µm bis 80 µm, bevorzugt von 5 µm bis 40 µm, besonderes bevorzugt von etwa 10 µm bis etwa 20 µm aufweisen.
  • Ebenso können die Ausnehmungen mit Vorteil eine Tiefe von 1% bis 40%, bevorzugt von 2% bis 20%, besonderes bevorzugt von etwa 5% bis etwa 10% der Dicke des Halbleiterkörpers aufweisen. Dabei bemißt sich die Tiefe der Ausnehmungen von der rückseitigen Oberfläche des Halbleiterkörpers her, von der aus die Ausnehmungen in den Halbleiterkörper reichen.
  • Mit Vorteil weist die Rückseite des Halbleiterkörpers einen Belegungsgrad von 10% bis 90%, bevorzugt von 25% bis 75%, besonders bevorzugt von etwa 40% bis etwa 60% auf.
  • Dabei ist der Belegungsgrad das Verhältnis der zwischen den Ausnehmungen verbleibenden Fläche der Halbleiterkörperrückseite zur Gesamtfläche der unteren Oberfläche des Halbleiterkörpers einschließlich der Ausnehmungen. Werden etwa in einen LED-Chip einer Fläche von 300 × 300 µm2-90.000 µm2 Ausnehmungen mit einer Gesamtfläche von 40.000 µm2 eingebracht (beispielsweise 16 quaderförmige Ausnehmungen einer Grundfläche von 50 × 50 µm2), so ergibt sich aus der verbleibenden unstrukturierten Fläche von 50.000 µm2 ein Belegungsgrad von 5/9 = 55,5%.
  • Die gesamte Austrittsfläche der Ausnehmungen und die Tiefe der Ausnehmungen stehen miteinander in Wechselbeziehung. Ist die Tiefe der Ausnehmungen beispielsweise größer gewählt, genügt eine geringere Austrittsfläche um im Volumen der Ausnehmungen eine ausreichende Menge an leitfähigem Klebemittel aufzunehmen. Umgekehrt ist bei einer geringeren Tiefe der Ausnehmungen in der Regel eine größere Austrittsfläche nötig, um eine deutliche Absenkung des Wärmewiderstands zu erreichen.
  • Grundsätzlich orientieren sich Tiefe und Belegungsgrad der Ausnehmungen an der typischen Schichtdicke des leitfähigen Klebemittels, die sich beim Anbringen eines Halbleiterköpers gleicher Fläche, aber ohne Ausnehmungen einstellt. Ergibt sich bei einem bestimmten Klebemittel dabei beispielsweise eine Schichtdicke von 5 µm, so kann etwa bei einem Belegungsgrad von 50% im wesentlichen das gesamte Volumen an Klebemittel von 10 µm tiefen Ausnehmungen aufgenommen werden. Es verbleibt dann nur ein dünne durchgehende Kleberschicht zwischen der Rückseite des Halbleiterkörpers und dem Träger.
  • Tiefere Ausnehmungen bringen bei diesem Belegungsgrad dann keinen weiteren Vorteil, da kein zusätzliches Klebemittel aufgenommen werden kann, der Wärmewiderstand jedoch wegen des größeren strukturierten Volumens wieder ansteigt.
  • Flachere Ausnehmungen nehmen nicht das gesamte Volumen an Klebemittel auf, lassen so eine dickere durchgehende Kleberschicht zwischen der Rückseite des Halbleiterkörpers und dem Träger, und ergeben damit einen höheren thermischen Gesamtwiderstand.
  • Entsprechende Überlegungen gelten, wenn ein anderer Belegungsgrad gewählt wird.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Ausnehmung an der Rückseite des Halbleiterkörpers jeweils gleiche Form und Austrittsfläche auf.
  • Insbesondere können die Ausnehmung an der Rückseite des Halbleiterkörpers in Form eines regelmäßigen Gitters angeordnet sein. Beide der genannten Maßnahmen führen zu einer gleichmäßigen Abfuhr der Wärme über die Halbleiter-Träger-Grenzfläche und ermöglichen eine einfache Prozessierung.
  • Um eine besonders gleichmäßige Wärmeabfuhr zu erreichen, können die Ausnehmungen an der Rückseite des Halbleiterkörpers in einer Anordnung mit der Symmetrie des Halbleiterbauelements selbst angeordnet sein.
  • Mit Vorteil sind Tiefe und gesamte Austrittsfläche der Ausnehmungen so gewählt, daß zwischen der Rückseite des Halbleiterkörpers und der Vorderseite des Trägers eine durchgehende dünne Schicht des leitfähigen Klebemittels verbleibt.
  • Dabei weist die durchgehende dünne Schicht in bevorzugten Ausgestaltungen eine Dicke von 0,01 µm bis 1 µm auf, wobei Werte von 0,05 µm bis 0,25 µm bevorzugt sind.
  • In einer Ausgestaltung umfaßt der Halbleiterkörper des lichtemittierenden Halbleiterbauelements ein GaAs-Substrat.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung des Ausführungsbeispiels und den Zeichnungen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand des Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es sind jeweils nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Dabei zeigt
  • Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer LED nach dem Stand der Technik, die mit einem Leitkleber auf einem Träger befestigt ist;
  • Fig. 2 ein Ersatzschaltbild für den thermischen Widerstand der Anordnung von Fig. 1;
  • Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer LED nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die mit einem Leitkleber auf einem Träger befestigt ist;
  • Fig. 4 ein Ersatzschaltbild für den thermischen Widerstand der erfindungsgemäßen Anordnung von Fig. 3;
  • Fig. 5 eine Simulation der Abhängigkeit des thermischen Widerstand von der Tiefe der Ausnehmungen einer erfindungsgemäßen LED nach Fig. 3, bei einem konstanten Belegungsgrad von 50%.
  • Die Fig. 1 zeigt zur Illustration des Ausgangsproblems eine allgemein mit 1 bezeichnete Leuchtdiode (LED) nach dem Stand der Technik. Der Halbleiterkörper 2 der LED enthält dabei, wie für LEDs im infraroten, roten oder gelben Spektralbereich üblich, ein GaAs-Substrat und eine aktive Schicht 14, beispielsweise eine Struktur mit einem einfachen pn-Übergang, eine Quantentopfstruktur oder eine Mehrfachquantentopfstruktur.
  • Strom wird in die aktive Schicht 14 über einen nicht dargestellten n-Seiten-Kontakt und einen p-Seiten-Kontakt eingeprägt. Letzterer ist vom Standpunkt der Erzeugung von Verlustwärme wegen des höheren spezifischen Widerstands kritischer als der n-Seiten-Kontakt. Er weist in der LED 1 ein metallisches Kontaktpad 18 und eine Stromaufweitungsschicht 16 zur homogenen Ausbreitung der Stromdichte über die Fläche des pn-Übergangs 14 auf.
  • Verlustwärme, etwa durch nichtstrahlende Rekombinationsprozesse oder durch ohmsche Verluste entsteht überwiegend im Bereich des pn-Übergangs 14 und des p-Seiten-Kontakts 16, 18 an der Vorderseite 15 des LED-Chips 2.
  • Unter anderem zur Wärmeabfuhr ist der LED-Chip 2 mit einem Leitkleber 4 auf einem Träger 20 eines nicht näher dargestellten LED-Gehäuses aufgebracht. Der Leitkleber stellt dabei sowohl eine thermische als auch eine elektrische Verbindung von LED-Chip 2 und Träger 20 her.
  • Da die verklebte Rückseite 13 des Chips 2 im wesentlichen planar ist, stellt sich beim Kleben zwischen Chip und Träger typischerweise eine durchgehende und abgesehen von Oberflächenrauhigkeiten gleichmäßige Leitkleberschicht 4 einer Dicke d2 im Bereich von 5 µm bis 10 µm ein. Außerhalb des Chips 2 ergeben sich durch ein Herausfließen von Klebemittel beim Verbindungsvorgang dickere Randbereiche 3.
  • Die Wärme muß, da sich die hauptsächlichen Wärmequellen nahe der Vorderseite 15 des LED-Chips 2 befinden, vor ihrem Abfließen in den Träger 20 praktisch die gesamte Dicke d1 des Chips 2 und die Leitkleberschicht der Dicke d2 durchqueren.
  • Fig. 2 zeigt ein Ersatzschaltbild für den thermischen Widerstand der Anordnung von Fig. 1. Das Bezugszeichen 60 bezeichnet den thermischen Widerstand Rth(HL) des Halbleiterkörpers 2, der im wesentlichen durch

    Rth(HL) = d1/(λGaAs.A)

    gegeben ist, wobei λGaAs = 46 W/(m.K) die Wärmeleitfähigkeit des GaAs-Substats und A die Querschnittsfläche des Substrats senkrecht zum Wärmestrom darstellt.
  • Das Bezugszeichen 62 bezeichnet den thermischen Widerstand Rth(kleber) der Leitkleberschicht 4, der durch

    Rth(kleber) = d2/(λkleber.A)

    gegeben ist, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Leitklebers λkleber einen Wert in der Gegend von 2 W/(m.K) hat, und für eine typischen Leitkleber beispielsweise einen Wert von 1,8 W/(m.K) aufweist.
  • Der Anteil der Metallisierung der Chiprückseite zum thermischen Widerstand (Bezugszeichen 64) ist verglichen mit den thermischen Widerständen 60 und 62 klein, und kann daher vernachlässigt werden, wie in Fig. 2 durch die gestrichelten Linien angedeutet.
  • Da die Wärmeleitfähigkeit des Leitklebers um etwa einen Faktor zwanzig kleiner ist als die des Halbleitermaterials, trägt die Leitkleberschicht trotz ihrer geringen Dicke nennenswert zum gesamten Wärmewiderstand

    Rges(SdT) = Rth(HL) + Rth(kleber)

    bei.
  • Bei einer Dicke des Halbleiterkörpers von 220 µm und einer Fläche von 300 × 300 µm2 ergibt sich ein gesamter Wärmewiderstand von Rges(SdT) = 85 K/W, der sich aus einem Anteil des Halbleiterkörper 2 von Rth(HL) = 54 K/W und einem Anteil der Leitkleberschicht 4 von Rth(kleber) = 31 K/W zusammensetzt.
  • Die Fig. 3 zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete Leuchtdiode nach dem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements. Funktionsgleiche Elemente sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1 und werden nicht erneut erläutert.
  • In den Halbleiterkörper 12 der erfindungsgemäßen LED 10 sind von der Rückseite 13 her eine Anzahl von Ausnehmungen 22eingebracht, von denen in der Darstellung der Fig. 3 nur drei Ausnehmungen schematisch gezeigt sind. Im Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 22 in Form eines regelmäßigen, rechteckigen Gitters angeordnet, das die vierzählige Symmetrie des rechteckigen Leuchtdiodenchips 12 wiederspiegelt.
  • Die Ausnehmungen sind dabei mit einem Belegungsgrad von 50% eingebracht, das heißt, die gesamte Austrittsfläche der Ausnehmungen 22 an der Rückseite 13 nimmt einen Anteil von 50% der gesamten Fläche der Rückseite 13 ein. Von der Rückseite 13 her erstrecken sich die Ausnehmungen bis in eine Tiefe d in den Halbleiterkörper. Sie teilen diesen in einen Bereich ohne Strukturierung der Dicke d1 - d und in einen strukturierten Bereich der Dicke d auf.
  • Im Ausführungsbeispiel wurde gefunden, daß die Leitkleberschicht bei Verkleben eines Halbleiterkörpers ohne Ausnehmungen eine Dicke von etwa 5 µm aufweist. Für die Tiefe der Ausnehmungen wurde daher bei dem Belegungsgrad von 50% ein Wert von d = 10 µm gewählt.
  • Bei dieser Tiefe können die quaderförmigen Ausnehmungen 22 im wesentlichen das gesamte Volumen an Leitkleber, das bei der herkömmlichen Ausführung von Fig. 1 zwischen dem LED-Chip 2 und dem Träger 20 als Leitkleberschicht 4 angeordnet war, in ihrem Inneren aufnehmen (Bezugszeichen 34). Lediglich eine vergleichsweise dünne durchgehende Leitkleberschicht 32 einer Dicke d3 verbleibt zwischen der Rückseite 13 des Halbleiterkörpers und der Vorderseite des Trägers 20. Die Dicke d3 kann dabei in der Größenordnung von zwischen etwa 0,01 µm bis 1 µm liegen, bevorzugt zwischen etwa 0,05 µm und etwa 0,25 µm liegen.
  • Diese Konstellation kann durch das in Fig. 4 gezeigte Ersatzschaltbild für den thermischen Widerstand beschrieben werden. Dabei bezeichnet analog zur Darstellung der Fig. 2 das Bezugszeichen 70 den thermischen Widerstand Rth(unstrukturiert) des unstrukturierten Teils des Halbleiterkörpers 12,

    Rth(unstrukturiert) = (d1 - d)/(λGaAs.A),

    das Bezugszeichen 72 bezeichnet den thermischen Widerstand Rth(struktur: HL) des strukturierten Teils des Halbleiterkörpers 12, gegeben durch

    Rth(struktur: HL) = d/(λGaAs.b.A),

    wobei b den Belegungsgrad darstellt. Bezugszeichen 74 kennzeichnet den thermischen Widerstand Rth(struktur: kleber) des in den Ausnehmungen aufgenommenen Leitklebers 34, mit

    Rth(struktur: kleber) = d/(λkleber.(1 - b).A).
  • Bezugszeichen 76 bezeichnet schließlich die dünne durchgehende Leitkleberschicht

    Rth(kleber) = d3/(λkleber.A).
  • Entsprechend der gewählten Geometrie fließt der Wärmestrom parallel durch den strukturierten Teil des Substrats und den in den Ausnehmungen aufgenommenen Kleber, so daß der Wärmewiderstand für diesen Abschnitt, wie im Ersatzschaltbild gezeigt, durch eine Parallelschaltung der Wärmewiderstände 72 und 74 gegeben ist. Die Wärmewiderstände des unstrukturierten Teils des Substrats 70 und der durchgehenden Leitkleberschicht 76 werden dazu in Reihe durchflossen, wie durch die Serienschaltung von Fig. 4 angezeigt.
  • Insgesamt ergibt sich für die in Fig. 3 gezeigte Struktur mit einer Dicke des Halbleiterkörpers 12 von d1 = 220 µm, einer Fläche von 300 × 300 µm2, einer Anordnung der Ausnehmungen mit einem Belegungsgrad von 50%, also b = 0,5 und einer Tiefe von d = 10 µm, sowie einer Dicke der verbleibenden durchgehenden Leitkleberschicht von d3 = 0,1 µm nach der Erfindung ein gesamter thermischer Widerstand von

    Rges(Erf) = Rth(unstrukturiert) + 1/[1/Rth(struktur: HL) + 1/Rth(struktur: kleber)] + Rth(kleber).
  • Unter Benutzung der angegebenen Beziehungen ergibt sich ein thermischer Widerstand von Rges(Erf) = 57 K/W. Dieser Wert ist gegenüber dem Wert eines herkömmlichen unstrukturierten LED- Chips von Rges(SdT) = 85 K/W erheblich reduziert, fast bis auf den thermischen Widerstand Rth(HL) des Halbleiterkörpers alleine, der oben zu 54 K/W bestimmt wurde. Dies bedeutet, daß durch die oben beschriebene Strukturierung des LED-Chips an seiner Rückseite (= Montageseite zum Träger hin) der vom Leitkleber herrührende Anteil des thermischen Gesamtwiderstand des Übergangs von der aktiven Schicht zum Träger von dem oben angegebenen Wert von 31 K/W auf etwa 3 K/W, also um etwa 90% abgesenkt wird.
  • Die Fig. 5 stellt für die Struktur der Fig. 3 bei einem konstante Belegungsgrad von b = 0,5 den Verlauf des thermischen Gesamtwiderstand Rges in Abhängigkeit von der Tiefe der Ausnehmungen dar. Das Bezugszeichen 80 gibt dabei den Wert des Gesamtwiderstands von Halbleiterkörper und Leitkleber ohne Strukturierung von 85 K/W an. Das Bezugszeichen 82 gibt die untere Grenze, den Wärmewiderstand des Halbleiterkörpers 12 alleine an.
  • Dabei geht die Simulation von der Annahme aus, daß das Gesamtvolumen des Klebers unter dem Halbleiterkörper 12 konstant bleibt, das heißt, daß beim Einsetzen des LED-Chips in den Kleber nicht mehr oder weniger Kleber zur Seite herausgedrückt wird, als bei einer herkömmlichen LED ohne Strukturierung. Solange ausreichend Kleber zwischen LED-Chip und Träger vorhanden ist, im vorliegenden Fall für d < 10 µm, wird eine durchgehende Kleberschicht der Dicke d3 = d2 - b.d angenommen. Für tiefere Strukturen, für die d3 Null oder negativ würde, wird eine konstante Dicke der verbleibenden durchgehenden Kleberschicht von d3 = 0,1 µm angenommen.
  • Der Verlauf 84 des thermischen Gesamtwiderstands zerfällt dann in zwei Teile. Ausgehend von Rth = 85 K/W nimmt der Wärmewiderstand zunächst mit zunehmender Strukturtiefe ab, bis bei etwa d = 10 µm fast das gesamte Volumen des Klebers in den Furchen des Strukturierung aufgenommen ist (Bezugszeichen 86). Der Wärmewiderstand nimmt dann den oben angegebenen Wert von etwa 57 K/W an, knapp über dem Wärmewiderstand des Körpers ohne jeglichen Leitkleber.
  • Für noch größerer Strukturtiefen steigt der Wärmewiderstand wieder an, da die Wärme über immer höhere GaAs-Säulen fließen muß, ohne daß dieser Effekt wie zuvor durch eine weitere Abnahme des thermischen Widerstands der durchgehenden Kleberschicht kompensiert werden könnte. Es resultiert somit ein Minimum des thermischen Gesamtwiderstands, also eine optimale Dicke für den gewählten Belegungsgrad bei einer Tiefe der Strukturierung von etwa 10 µm.
  • Es versteht sich, daß die optimale Tiefe von dem gewählten Belegungsgrad abhängt. Beispielsweise liegt die optimale Tiefe bei einem Belegungsgrad von 75%, also einem Flächenanteil der Ausnehmungen von 25% bei etwa 20 µm. Dann wird wieder im wesentlichen das gesamte Klebervolumen von den Ausnehmungen aufgenommen und es verbleibt lediglich eine dünne Restschicht zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger.
  • Aufgrund der vorhergehenden Angaben kann der Fachmann leicht, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen, eine geeignete Kombination von Belegungsgrad und Strukturtiefe wählen, die sowohl einen niedrigen thermischen Gesamtwiderstand ergibt, als auch den Anforderungen an gut und einfach durchführbare Strukturierungsprozesse (keine zu tiefen Ausnehmungen), und an die mechanische Stabilität (kein zu geringer Belegungsgrad) Rechnung trägt.

Claims (16)

1. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement mit
einem Halbleiterkörper (12), der eine aktive Schichtstruktur (14) enthält,
elektrischen Kontakten (16, 18) zur Stromeinprägung in die aktive Schichtstruktur (14), und
einem als Wärmesenke wirkenden Träger (20) für den Halbleiterkörper (12),
wobei der Halbleiterkörper (12) mit dem Träger (20) mittels eines leitfähigen Klebemittels (32, 34) elektrisch und thermisch verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die zum Träger (20) hin gewandte Seite (13) des Halbleiterkörpers Ausnehmungen (22) aufweist, in denen ein Teil (34) des leitfähigen Klebemittels (32, 34) zwischen Halbleiterkörper (12) und Träger (20) aufgenommen ist.
2. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen in einem die aktive Schichtstruktur tragendes Substrat, insbesonder in das Aufwachssubstrat, auf dem die aktive Schichtstruktur epitaktisch aufgewachsen ist, ausgebildet sind.
3. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen in Form von Gräben ausgebildet sind.
4. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gräben einen quadratischen, rechteckigen, dreieckigen oder trapezartigen Querschnitt aufweisen.
5. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen in Form von Gruben ausgebildet sind.
6. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (22) quaderförmig, pyramidenförmig oder kegelförmig ausgebildet sind.
7. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen im Wesentlichen vollständig mit Leitkleber gefüllt sind.
8. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (d) der Ausnehmungen (22) zwischen einschließlich 2 µm und einschließlich 80 µm, bevorzugt von zwischen einschließlich 5 µm und einschließlich 40 µm, besonderes bevorzugt zwischen etwa 10 µm und etwa 20 µm liegt.
9. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (d) der Ausnehmungen (22) zwischen einschließlich 1% und einschließlich 40%, bevorzugt von zwischen einschließlich 2% und einschließlich 20%, besonderes bevorzugt zwischen etwa 5% und etwa 10% der Dicke (d1) des Halbleiterkörpers (12) liegt.
10. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der nichtstrukturierten Fläche der Rückseite (13) des Halbleiterkörpers zur Gesamtfläche der Rückseite (13) des Halbleiterkörpers zwischen einschließlich 10% und einschließlich 90%, bevorzugt zwischen einschließlich 25% und einschließlich 75%, besonders bevorzugt zwischen etwa 40% und etwa 60% liegt.
11. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (22) an der Rückseite (13) des Halbleiterkörpers jeweils gleiche Form und Austrittsfläche aufweisen.
12. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (22) an der Rückseite (13) des Halbleiterkörpers in Form eines regelmäßigen Gitters angeordnet sind.
13. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (22) an der Rückseite (13) des Halbleiterkörpers in einer Anordnung mit der Symmetrie des Halbleiterbauelements selbst angeordnet sind.
14. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Rückseite (13) des Halbleiterkörpers und der Vorderseite des Trägers (20) eine durchgehende dünne Schicht (32) des leitfähigen Klebemittels angeordnet ist.
15. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der durchgehenden dünnen Schicht (32) zwischen einschließlich 0,01 µm und 1 µm, bevorzugt zwischen einschließlich 0,05 µm und einschließlich 0,25 µm liegt.
16. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (12) ein GaAs-Substrat umfaßt.
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