DE102005012953A1

DE102005012953A1 - Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements

Info

Publication number: DE102005012953A1
Application number: DE102005012953A
Authority: DE
Inventors: Norwin Von Dr. Malm; Magnus Ahlstedt
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-03-21
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-03-22
Also published as: DE102005012953B4; DE102005012953B9

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (2) angegeben. Bei dem Verfahren wird ein Körper mit einem Material (4) beschichtet, das ein Sol-Gel-Material (4a) und ein Lumineszenzkonversionsmaterial (4b) enthält. Weiter wird auf ein optoelektronisches Bauelement (2) angegeben, bei dem auf einer Strahlungsdurchtrittsfläche (2a) eine Schicht aus Sol-Gel-Material (4a) angeordnet ist, die eine Haftung zwischen der Strahlungsdurchtrittsfläche (2a) und Partikeln (4b) eines Lumineszenzkonversionsmaterials vermittelt.

Description

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben.

Die Druckschrift WO 01/65613A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines lichtabstrahlenden Halbleiterkörpers mit Lumineszenzkonversionselement.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin ein besonders kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein besonders kostengünstiges optoelektronisches Bauelement anzugeben.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements wird ein Körper mit einem Material beschichtet. Das heißt zum Beispiel, es wird eine dünne Schicht enthaltend das Material auf zumindest Teile der Oberfläche des Körpers aufgebracht. Dünne Schicht bedeutet dabei, dass die Schichtdicke klein ist gegenüber den sonstigen Abmessungen des Körpers. So ist die Schichtdicke etwa klein verglichen mit der Höhe des Körpers.

Beschichten bedeutet insbesondere, dass der Körper nicht mit dem Material vergossen oder umgossen wird, sondern das Material gezielt zumindest stellenweise auf die Oberfläche des Körpers aufgebracht wird, so dass eine dünne Schicht auf der Oberfläche des Körpers entsteht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens enthält das Material ein Sol-Gel-Material. Das Sol-Gel-Material befindet sich beim Beschichtungsvorgang bevorzugt in seinem Sol-Zustand. Das heißt, das Sol-Gel-Material ist beim Beschichten noch nicht über sein gesamtes Volumen polymerisiert, sondern bildet eine Flüssigkeit von – verglichen mit dem Gel-Zustand – geringer Viskosität.

Das Sol umfasst beispielsweise ein Lösungsmittel und Teilchen, die im Lösungsmittel enthalten sind. Die Teilchendurchmesser betragen zum Beispiel zwischen einem und tausend Nanometer, bevorzugt zwischen einem und hundert Nanometer, besonders bevorzugt zwischen einem und 30 Nanometer. Nach dem Beschichten des Körpers mit dem Material kann das Sol beispielsweise durch zumindest teilweisen Entzug des Lösungsmittels zu einem Gel destabilisiert werden, so dass sich eine feste Schicht aus Sol-Gel-Material auf dem Körper bildet.

Bevorzugt haftet diese Schicht auf dem Körper. Das heißt Körper und Sol-Gel-Material sind so gewählt, dass nach dem Beschichten ein Gel-Film auf dem Körper haftet, der sich einem Ablösen – beispielsweise mittels mechanischer Krafteinwirkung – zumindest in bestimmten Grenzen widersetzt. Das heißt beispielsweise, dass bei Weiterverarbeitung des beschichteten Körpers die Schicht sich nicht vom Körper löst.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements weist das Material ein Lumineszenzkonversionsmaterial auf. Unter Lumineszenzkonversionsmaterial werden Stoffe oder Stoffgemische verstanden, die elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Wellenlänge in elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge umwandeln.

Beispielsweise absorbiert ein Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials elektromagnetische Strahlung einer ersten Wellenlänge oder eines ersten Wellenlängenbereichs und re-emittiert elektromagnetische Strahlung einer zweiten Wellenlänge beziehungsweise eines zweiten Wellenlängenbereichs. So kann das Lumineszenzkonversionsmaterial beispielsweise blaues Licht in gelbes Licht konvertieren. Die zweite Wellenlänge kann dabei beispielsweise größer sein als die erste Wellenlänge. Es ist auch möglich, dass das Material Partikel mehrerer unterschiedlicher Lumineszenzkonversionsmaterialien enthält, die Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen re-emittieren.

Das Lumineszenzkonversionsmaterial kann zum Beispiel im Sol enthalten sein. Das heißt, eine bestimmte Menge an Partikeln des Lumineszenzkonversionsmaterials wird vor dem Beschichtungsvorgang dem Sol beigemischt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird also ein Körper mit einem Material beschichtet, dass ein Sol-Gel-Material und ein Lumineszenzkonversionsmaterial enthält.

Insbesondere ist es möglich, dass die Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials größer gewählt werden als eine mittlere Schichtdicke des Sol-Gel-Films, der sich auf der Oberfläche des Körpers befindet. Die Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials haften dann entweder auf dem Sol-Gel-Film und/oder sind ihrerseits von einem dünnen Sol-Gel-Film überzogen. In jedem Fall sind bei mikroskopischer Betrachtung der beschichteten Oberfläche des Körpers die Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel dann als Ausbuchtungen der Schicht zu erkennen.

Weiter ist es möglich, mehrere Lagen von Lumineszenzkonversionsmaterialpartikeln übereinander auf den Köper aufzubringen. Die Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel sind dann mittels eines Sol-Gel-Films untereinander verbunden. Die Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel sind mit einem dünnen Sol-Gel-Film überzogen. Der Konversionsgrad der Sol-Gel-Schicht mit Lumineszenzkonversionsmaterialpartikeln kann in diesem Fall unter anderem durch die Zahl von Lagen von Lumineszenzkonversionsmaterialpartikeln eingestellt werden. Je mehr Lagen Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel aufgebracht werden, desto vollständiger ist die Konversion.

Das beschriebene Verfahren macht sich unter anderem die Idee zu Nutzen, dass das Sol-Gel-Material im Sinne eines Haftmittels eine Haftung zwischen der Oberfläche des Körpers und den Partikeln des Lumineszenzkonversionsmaterials sowie zwischen den Partikeln untereinander vermittelt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei dem Körper um eines der folgenden optoelektronischen Bauelemente: Laserdiodenchip, Leuchtdiodenchip, Photodiodenchip.

Handelt es sich bei dem Körper um einen Leuchtdiodenchip, so können beispielsweise eine Strahlungsaustrittsfläche oder bestimmte Bereiche einer Strahlungsaustrittsfläche in der beschriebenen Weise mit dem Material beschichtet sein. Das Lumineszenzkonversionsmaterial dient dann zur Konvertierung oder teilweisen Konvertierung der vom Leuchtdiodenchip erzeugten elektromagnetischen Strahlung. Der konvertierte Anteil der elektromagnetischen Strahlung mischt sich beispielsweise mit Teilen der ursprünglich im Leuchtdiodenchip erzeugten Strahlung zu weißem Licht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei dem Körper um eine Vielzahl optoelektronischer Bauelemente im Wafer-Verbund. Das heißt beispielsweise auf einem Träger- oder Substrat-Wafer ist eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen angeordnet. Beispielsweise enthält die Wafer-Anordnung wenigstens eines der folgenden optoelektronischen Bauelemente: Laserdiodenchip, Photodiodenchip, Leuchtdiodenchip. Beispielsweise Teile von Strahlungsdurchtrittsflächen der im Verbund enthaltenen optoelektronischen Bauelemente können mittels des Verfahrens beschichtet werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens enthält das Sol-Gel-Material zumindest eines der folgenden Materialien: ZnO, SiO₂, Al₂O₃, SnO, AlN, GaN. Auch die Verwendung weitere Materialien ist denkbar.

Bevorzugt wird das Sol-Gel-Material als kolloidales Sol auf den Körper aufgebracht. Nach dem Trocknen bildet das Sol-Gel-Material bevorzugt ein Gel, das für elektromagnetische Strahlung vom infraroten bis zum ultravioletten Spektralbereich zumindest teilweise transparent ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens enthält das Material eines der folgenden Lumineszenzkonversionsmaterialien: anorganische Phosphore, organische Farbstoffe, Erdalkalisulfate. Bevorzugt enthält das Material zumindest dotierte Granate, beispielsweise Ce oder Tb- aktivierte Granate wie YAG:Ce, TAG:Ce, TbYAG:Ce. Geeignete Leuchtstoffe sind beispielsweise in der Druckschrift WO 98/12757 beschrieben, deren Inhalt die Lumineszenzkonversionsmaterialien betreffend hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens enthält das Sol-Gel-Material, mit dem der Körper beschichtet wird, eines der folgenden Lösungsmittel: Ethanol, Isopropanol. Bevorzugt sind die Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials gemeinsam mit den Partikeln des Sol-Gel-Materials in dem Lösungsmittel enthalten.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Material nach dem Beschichten des Körpers getrocknet. Das heißt, zumindest der überwiegende Teil des Lösungsmittels wird im Material nach dem Beschichten beispielsweise durch Aufheizen entzogen. Während des Trockenprozesses entsteht ein netzwerkartiges, polymerisiertes Gel, das im Sinne eines Haftmittels eine Haftung zwischen den Partikeln des Lumineszenzkonversionsmaterials und dem Körper vermitteln kann.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Körper mittels eines der folgenden Beschichtungsverfahren beschichtet: Sprühen, Tauchbeschichten, Rotationsbeschichten, Siebdruck, Aufrakeln, Strahldruck (Inkjet Printing).

Die Filmdicke einer derart aufgetragenen Schicht ist dabei zum einen durch die Parameter des gewählten Beschichtungsverfahrens und zum anderen durch die Konzentration des verwendeten Sols einstellbar. Je geringer beispielsweise die Konzentration des Sol-Gel-Materials im Lösungsmittel ist, desto dünner ist der erzeugte Gel-Film nach dem Trocknen.

Es wird ferner ein optoelektronisches Bauelement angegeben.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist das optoelektronische Bauelement eine Strahlungsdurchtrittsfläche auf. Die Strahlungsdurchtrittsfläche ist beispielsweise durch einen Teil der Oberfläche des optoelektronischen Bauelements gegeben. Durch die Strahlungsdurchtrittsfläche gelangt entweder elektromagnetische Strahlung von außerhalb des Bauelements in das Bauelement oder im Bauelement erzeugte elektromagnetische Strahlung verlässt das Bauelement durch die Strahlungsdurchtrittsfläche.

Weiter weist das Bauelement eine Schicht auf, die der Strahlungsdurchtrittsfläche nachgeordnet ist und ein Sol-Gel-Material enthält. Bevorzugt weist die Schicht ein Sol-Gel-Material im getrockneten Zustand, das heißt, ein Gel auf. Bevorzugt ist die Schicht direkt auf der Strahlungsdurchtrittsfläche des Bauelements angeordnet und benetzt diese zumindest stellenweise.

Unter Schicht ist dabei beispielsweise ein dünner Film zu verstehen, dessen Dicke verglichen mit den übrigen äußeren Abmessungen des Bauelements – beispielsweise der Höhe des Bauelements – klein ist. Das heißt, bevorzugt ist das Bauelement nicht im Sinne einer Vergussmasse mit dem Sol-Gel-Material umgossen, sondern die Schicht ist beispielsweise mittels einer der oben beschriebenen Verfahren auf das optoelektronische Bauelement aufgetragen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements vermittelt das Sol-Gel-Material eine Haftung zwischen Partikeln eines Lumineszenzkonversionsmaterials und dem optoelektronischen Bauelement. Beispielsweise haften die Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials auf diese Weise auf der Strahlungsdurchtrittsfläche des optoelektronischen Bauelements. Dabei ist es möglich, dass ein dünner Film des Sol-Gel-Materials die Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials zumindest stellenweise umformt.

Das beschriebene Bauelement macht sich unter anderem die Idee zu Nutze, dass die Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials mittels eines Haftmittels, das ein Sol-Gel-Material enthält, mechanisch fest mit dem optoelektronischen Bauelement verbunden sind.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist das optoelektronische Bauelement durch zumindest eines der folgenden Bauelemente gegeben: Laserdiodenchip, Leuchtdiodechip, Photodiodenchip.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements enthält das Sol-Gel-Material zumindest eines der folgenden Materialien: ZnO, SiO₂, Al₂O₃, SnO, AlN, GaN. Bevorzugt ist das Sol-Gel-Material so gewählt, dass es im Spektralbereich in dem beispielsweise das optoelektronische Bauelement elektromagnetische Strahlung erzeugt und das Lumineszenzkonversionsmaterial elektromagnetische Strahlung re-emittiert zumindest teilweise transparent ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements enthält das Lumineszenzkonversionsmaterial wenigstens eines der folgenden Materialien: anorganische Phosphore, dotierte Granate (zum Beispiel YAG:Ce, TAG:Ce, TbYAG:Ce), organische Farbstoffe, Erdalkalisulfate.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lumineszenzkonversionsmaterials ist die Korngröße der Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials größer als die mittlere Schichtdicke des Sol-Gel-Materials. Das heißt beispielsweise bei einer mikroskopischen Betrachtung der auf das optoelektronischen Bauelement aufgetragenen Schicht, die das Sol-Gel-Material und Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials enthält, sind die Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials deutlich als Ausbuchtungen der Schicht zu erkennen. Die Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials ragen also aus der sie umgebenden Schicht heraus. In Bereichen der Schicht, in denen ein Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials vorhanden ist, ist die Schichtdicke aufgrund der Ausdehnung des Partikels daher größer als beispielsweise die Schichtdicke zwischen zwei solchen Partikeln, an Stellen der Oberfläche des optoelektronischen Bauelements wo lediglich Sol-Gel-Material aufgetragen ist.

Dabei ist es gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements möglich, dass die Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials zumindest stellenweise mit einem Film aus Sol-Gel-Material überzogen sind. Das Sol-Gel-Material folgt dabei den Konturen des Lumineszenzkonversionsmaterialpartikels. Die Schichtdicke des Sol-Gel-Materials, das das Partikel bedeckt, ist bevorzugt von der gleichen Größenordnung wie die Schichtdicke des Sol-Gel-Materials das beispielsweise die Oberfläche des optoelektronischen Bauelements zwischen zwei Partikeln benetzt.

Auch wenn die Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel in mehreren Lagen auf der Oberfläche des optoelektronischen Bauelements aufgebracht sind, so sind die Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel bevorzugt jeweils mit einer dünnen Schicht Sol-Gel-Materials überzogen. Auch in diesem Fall ist die Schichtdicke des Sol-Gel-Materials, das auf, unter oder zwischen den Lumineszenzkonversionsmaterialpartikeln angeordnet ist, bevorzugt kleiner als die mittlere Korngröße der Partikel. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist der mittlere Korndurchmesser der Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel kleiner/gleich 5 μm, bevorzugt beträgt der mittlere Korndurchmesser zwischen einem und zwei μm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements beträgt die mittlere Schichtdicke des Sol-Gel-Materials maximal 2 μm, bevorzugt maximal 1 μm, besonders bevorzugt maximal 0,5 μm.

Im Folgenden wird das hier beschriebene Verfahren sowie das hier beschriebene optoelektronische Bauelement anhand von beispielhaften Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher beschrieben. Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile der Figuren sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile, sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr sind einige Details der Figuren zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt.
1A bis 1D zeigen ein Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen Verfahrens anhand schematischer Schnittdarstellungen.
2A zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements.
2B zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements.
3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauteils mit einem hier beschriebenen optoelektronischen Bauelement.
1A zeigt optoelektronische Bauelemente 2 im Wafer-Verbund 10, die auf einem Substrat-Wafer 1 angeordnet sind. Bei den Bauelementen 2 handelt es sich beispielsweise um Leuchtdiodenchips 2. Die Leuchtdiodenchips 2 weisen auf einer Strahlungsauskoppelfläche 2a jeweils ein Bond-Pad 3 zum elektrischen Kontaktieren der Leuchtdiodenchips 2 auf.
1B zeigt den Wafer-Verbund 10 bei dem die Strahlungsauskoppelflächen 2a der Leuchtdioden 2 mit dem Material 4 beschichtet sind.
Das Material 4 enthält beispielsweise ein ZnO-Sol 4a und Partikel 4b eines Lumineszenzkonversionsmaterials (siehe dazu auch 2). Das Sol enthält beispielsweise eine Konzentration zwischen 0,5 und maximal 2 Mol ZnO-Nanokristallen pro Liter Lösungsmittel. Bevorzugt handelt es sich bei dem Lösungsmittel um Ethanol oder Isopropanol.
Die ZnO-Nanokristalle im Sol weisen bevorzugt Partikeldurchmesser zwischen 3 und 30 Nanometer auf. Die Herstellung eines ZnO-Sols ist beispielsweise in der Druckschrift „Lubomir Spanhel and Marc A. Anderson, Semiconductor Clusters in the Sol-Gel Process: Quantized Aggregation, Gelation, and Crystal Growth in Concentrated ZnO Colloids, J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 2826–2833" im Abschnitt „Experimental Section" ausführlich beschrieben, der hiermit die Herstellung des Sols betreffend unter Rückbezug aufgenommen wird. Alternativ zu einem ZnO-Sol können auch andere Sol-Gel-Materialien wie beispielsweise SiO₂ verwendet werden.
Sol-Gel-Materialien können sich dabei durch die folgenden Vorteile auszeichnen: hohe Oxidations- und UV-Beständigkeit, nass- oder trockenchemische Ätzbarkeit, zahlreiche – beispielsweise – Lösungsmittel-basierte Beschichtungstechniken sind verfügbar.
Beispielsweise handelt es sich bei den Partikeln 4b um Leuchtstoffpigmente aus der Gruppe der Phosphore mit der allgemeinen Formel A₃B₅X₁₂:M, wobei die Partikel eine Partikelgröße kleiner/gleich 20 μm und einen mittleren Partikeldurchmesser kleiner/gleich 5 μm bevorzugt zwischen 1 und 2 μm aufweisen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Partikeln um YAG:Ce-Partikel.
Die Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel 4b sind besonders gut geeignet vom Leuchtdiodenchip 2 erzeugte elektromagnetische Strahlung im blauen Spektralbereich – mit einem Maximum der Intensität der emittierten Strahlung zwischen 430 Nanometer und 450 Nanometer in gelbes Licht zu konvertieren. Unter Mischung des vom Leuchtdiodenchip 2 abgestrahlten blauen Lichts mit dem von den Lumineszenzkonversionsmaterialpartikeln re-emittiertem gelben Licht entsteht auf diese Weise weißes Licht.
Bevorzugt weist das Material 4 circa 40 Volumenprozent Lumineszenzkonversionsmaterial auf.
Das Material 4 wird beispielsweise mittels eines der folgenden Beschichtungsverfahren auf den Wafer-Verbund aufgebracht. Sprühen, Tauchbeschichten, Rotationsbeschichten, Siebdruck, Aufrakeln, Strahldruck. Bevorzugt befindet sich das Sol-Gel-Material dabei während des Beschichtungsvorgangs in seinem Sol-Zustand.
Alternativ zu einem Aufbringen von Material 4 in dem bereits ein Lumineszenzkonversionsmaterial enthalten ist, ist es auch möglich, dass die Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel erst nach dem Beschichten des Wafers mit dem Sol aufgebracht werden. Beispielsweise kann der mit Sol-Material beschichtete Wafer-Verbund dann mit einem Pulver, das Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel umfasst, bestäubt oder besprüht werden. Auch in diesem Fall dient das Sol-Gel-Material als Haftmittel für die Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel auf der Strahlungsauskoppelfläche des Leuchtdiodenchips 2.
Die Schichtdicke der Schicht 4 ist zum einen durch die Parameter der verwendeten Beschichtungstechnik und zum anderen durch die Konzentration des Sols einstellbar.
Nach dem Beschichten wird das Material 4 getrocknet. Dazu wird die Anordnung beispielsweise für eine bestimmte Zeit auf Temperaturen zwischen 90 und 150 Grad Celsius, bevorzugt auf 100 Grad Celsius erhitzt. Der Trockenvorgang ist abgeschlossen, wenn zumindest der überwiegende Teil des Lösungsmittels aus dem Sol-Gel-Material entwichen ist. Das Sol ist dann zu einem relativ festem Gel getrocknet.
Die Bond-Pads 3 werden entweder durch entsprechende Beschichtungstechnik beim Beschichten vom Material 4 freigehalten, oder das Material 4 wird beispielsweise mittels einer Phototechnik von den Bond-Pads 3 entfernt (siehe 1C). Weiter ist es möglich, dass das Material mittels zum Beispiel Laser-Ablation von den Bond-Pads 3 entfernt wird.
1D zeigt das abschließende Vereinzeln des Wafer-Verbunds zu einzelnen, beschichteten optoelektronischen Bauelementen 2. Das Vereinzeln kann beispielsweise mittels Sägen oder Brechen erfolgen.
Alternativ zum beschriebenen Beschichten der Bauelemente 2 im Wafer-Verbund ist es aber auch möglich, das einzelne optoelektronische Bauteile 2 beispielsweise mittels Tauchbeschichten oder Sprühen mit dem Material 4 beschichtet werden.
2A zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels des hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements 2. Bei dem optoelektronischen Bauelement 2 handelt es sich beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip 2. Bevorzugt handelt es sich bei dem Leuchtdiodenchip um einen Halbleiterleuchtdiodenchip, bei dem das Aufwachssubstrat zumindest teilweise entfernt ist und auf dessen dem ursprünglichen Aufwachsubstrat abgewandter Oberfläche ein Trägerelement aufgebracht ist.
Das Trägerelement kann verglichen mit einem Aufwachssubstrat relativ frei gewählt werden. Bevorzugt wird ein Trägerelement gewählt, das hinsichtlich eines Temperaturausdehnungskoeffizienten besonders gut an die strahlungserzeugende Epitaxie-Schichtfolge angepasst ist. Weiter kann das Trägerelement ein Material enthalten, das besonders gut wärmeleitend ist.
Solche durch das Entfernen von Aufwachssubstrat hergestellten Leuchtdiodenchips werden oftmals als Dünnfilmleuchtdiodenchips bezeichnet und können sich durch die folgenden Merkmale auszeichnen:

– An einer zur Trägerseite hingewandten ersten Hauptfläche der strahlungserzeugenden Epitaxie-Schichtfolge ist eine reflektierende Schicht oder Schichtenfolge aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxie-Schichtfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurück reflektiert.
– Die Epitaxie-Schichtfolge weist bevorzugt eine Dicke von maximal 20 μm, besonders bevorzugt von maximal 10 μm auf.
– Weiter enthält die Epitaxie-Schichtfolge bevorzugt mindest eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist. Im Idealfall führt diese Durchmischungsstruktur zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichts in der Epitaxie-Schichtfolge, das heißt sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.

Ein Grundprinzip eines Dünnfilmleuchtdiodenchips ist beispielsweise in der Druckschrift „Schnitzer I. et al. "30% external quantum efficiency from surface textured LEDs" Applied physics letters, Okt 1993, Bd. 63, Seiten 2174–2176" beschrieben, deren Offenbarungsgehalt das Grundprinzip eines Dünnfilmleuchtdiodenchips betreffend hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Leuchtdiodenchips in Dünnfilmbauweise eigenen sich besonders gut für das beschriebene Beschichtungsverfahren im Wafer-Verbund, da bei diesen Leuchtdiodenchips ein Großteil der im Leuchtdiodenchip erzeugten elektromagnetischen Strahlung durch eine Strahlungsauskoppelfläche austritt, die parallel zur strahlungserzeugenden Schicht oder Schichtenfolge angeordnet ist. Durch Seitenflächen, die senkrecht zur Strahlungsauskoppelfläche verlaufen, tritt dahingegen kaum elektromagnetische Strahlung aus.
Bevorzugt wird ein Großteil der in Leuchtdiodenchip 2 erzeugten elektromagnetischen Strahlung durch die Strahlungsaustrittsfläche 2a des Leuchtdiodenchips ausgekoppelt. Die Strahlungsaustrittsfläche 2a ist zumindest stellenweise mit dem Material 4 beschichtet, das ein Sol-Gel-Material 4a sowie Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel 4b umfasst. Die mittlere Schichtdicke a des Sol-Gel-Materials 4a beträgt dabei bevorzugt zwischen 0,5 μm und 2 μm. Der mittlere Partikeldurchmesser b des Lumineszenzkonversionsmaterialpartikels beträgt bevorzugt zwischen 1 und 5 μm.
In der mikroskopischen Betrachtung der Strahlungsaustrittsfläche 2a des Leuchtdiodenchips 2, wie sie in 2A schematisch angedeutet ist, sind die Konturen der Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel 4b in der Schicht 4 deutlich zu erkennen. Sol-Gel-Material 4a kann sich sowohl zwischen Strahlungsaustrittsfläche 2a und Partikeln 4b sowie auch auf den Partikeln 4b befinden. Das Sol-Gel-Material 4a vermittelt dadurch eine Haftung zwischen der Strahlungsaustrittsfläche 2a und Partikeln 4b. Bevorzugt ist das Sol-Gel-Material 4a so gewählt, dass es sowohl für die vom Leuchtdiodenchip 2 erzeugte elektromagnetische Strahlung, als auch für die von den Lumineszenzkonversionsmaterialpartikeln re-emittierte elektromagnetische Strahlung zumindest größtenteils transparent ist.
Es ist weiter möglich, dass das Lumineszenzkonversionsmaterial Partikel mehrere, unterschiedliche Konvertermaterialien umfasst. So kann sich das Lumineszenzkonversionsmaterial beispielsweise aus Partikeln zusammensetzen, die blaues Licht in gelbes und Partikeln die blaues Licht in rotes Licht konvertieren. Derart erzeugtes weißes Licht zeichnet sich durch einen besonders guten Farbwiedergabewert aus.
2B zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements.
Wie im Ausführungsbeispiel der 2A wird auch hier ein Großteil der im Leuchtdiodenchip 2 erzeugten elektromagnetischen Strahlung durch die Strahlungsaustrittsfläche 2a des Leuchtdiodenchips 2 ausgekoppelt.
Die Strahlungsaustrittsfläche 2a ist zumindest stellenweise mit Material 4 beschichtet. Das Material 4 umfasst ein Sol-Gel-Material 4a und Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel 4b. Dabei ist es auch möglich, dass Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel 4b unterschiedlicher Lumineszenzkonversionsmaterialien im Material 4 enthalten sind. Die Partikel unterschiedlicher Lumineszenzkonversionsmaterialien konvertieren die vom Leuchtdiodenchip 2a emittierte Strahlung in elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen.
Die mittlere Schichtdicke a des Sol-Gel-Materials 4a beträgt bevorzugt zwischen 0,5 μm und 2 μm. Der mittlere Partikeldurchmesser b der Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel beträgt bevorzugt zwischen 1 und 5 μm.
Wie einer mikroskopischen Betrachtung der Strahlungsaustrittsfläche 2a des Leuchtdiodenchips 2 zu entnehmen ist, können im beschriebenen Ausführungsbeispiel Lumineszenzkonversionspartikel 4b auch übereinander angeordnet sein. Auf diese Weise können mehrere Lagen 4c von Lumineszenzkonversionspartikeln 4b auf der Strahlungsaustrittsfläche 2a angeordnet sein. Sol-Gel-Material 4a überzieht sowohl Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel 4b im Inneren der Lagen 4c als auch am äußeren Rand der Lagen 4c zumindest teilweise. Die mittlere Schichtdicke a des Sol-Gel-Materials 4a ist dabei auch im Inneren der Lagen 4c bevorzugt kleiner als der mittlere Partikeldurchmesser b der Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel 4b. Die Konturen der äußeren Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel 4b sind auch in diesem Ausführungsbeispiel in der Schicht 4 deutlich zu erkennen.
3 zeigt ein optoelektronisches Bauteil mit einem oben beschriebenen optoelektronischen Bauelement. Bei dem Bauteil handelt es sich zum Beispiel um eine Leuchtdiode 20.
Die Leuchtdiode 20 enthält einen Leuchtdiodenchip 2, dessen Strahlungsaustrittsfläche mit einem Material 4 beschichtet ist, das ein Sol-Gel-Material und Partikel eines Lumineszenzkonversionsmaterials enthält. Beispielsweise in einer Ecke der Strahlungsaustrittsfläche 2a des Leuchtdiodenchips 2 ist ein Bond-Pad 3 angeordnet, über das der Leuchtdiodenchip mittels eines Bond-Drahtes 5 kontaktiert werden kann. Es ist aber auch möglich, dass der Leuchtdiodenchip 2 mittels Flipchipmontagetechnik befestigt ist. Ein Bond-Draht 5 entfällt dann.
Der Chip ist mit seiner der Strahlungsaustrittsfläche 2a gegenüberliegenden Oberfläche elektrisch leitend und mechanisch stabil mit einem ersten Anschlussteil 7a verbunden. Der Wire-Bond-Draht 5 verbindet den Leuchtdiodenchip 2 mit einem zweiten elektrischen Anschlussteil 7b.
Der Leuchtdiodenchip 2 ist in der Ausnehmung eines Gehäuses 6 angeordnet, dessen Innenwände beispielsweise reflektierend ausgestaltet sein können. Die Ausnehmung kann darüber hinaus eine Vergussmasse 8 enthalten, die zumindest für die vom Leuchtdiodenchip 2 erzeugte elektromagnetische Strahlung und die vom Lumineszenzkonversionsmaterial re-emittierte elektromagnetische Strahlung transparent ist. Bei der Vergussmasse 8 handelt es sich beispielsweise um ein Epoxid– oder ein Silikonharz. Es ist darüber hinaus auch möglich, dass die Ausnehmung mit einem Vergussmaterial 8 gefüllt ist, das ein Sol-Gel-Material beispielsweise auf Basis von SiO₂ umfasst.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements, wobei ein Körper (2) mit einem Material (4) beschichtet wird, das ein Sol-Gel-Material (4a) und ein Lumineszenzkonversionsmaterial (4b) enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Körper (2) eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen im Wafer-Verbund (10) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Wafer-Verbund (10) zumindest eines der folgenden optoelektronischen Bauelemente enthält: Laserdiodenchip, Photodiodenchip, Leuchtdiodenchip.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Körper (2) eines der folgenden optoelektronischen Bauelemente umfasst: Laserdiodenchip, Photodiodenchip, Leuchtdiodenchip.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sol-Gel-Material (4a) eines der folgenden Materialien enthält: ZnO, SiO₂, Al₂O₃, SnO, AlN, GaN.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lumineszenzkonversionsmaterial (4b) wenigstens eines der folgenden Materialien enthält: anorganische Phosphore, organische Farbstoffe, Erdalkalisulfate.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Lumineszenzkonversionsmaterial (4b) wenigstens eines der folgenden dotierten Granate enthält: YAG:Ce, TAG:Ce, TbYAG:Ce.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Sol-Gel (4a) wenigstens eines der folgenden Lösungsmittel enthält: Ethanol, Isopropanol.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Material (4) nach dem Beschichten zu einem Gel getrocknet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Körper (2) mittels eines der folgenden Beschichtungsverfahren beschichtet wird: Sprühen, Tauchbeschichten, Rotationsbeschichten, Siebdruck, Aufrakeln, Strahldruck.
Optoelektronisches Bauelement, aufweisend – eine Strahlungsdurchtrittsfläche (2a) – eine Schicht (4), die der Strahlungsdurchtrittsfläche (2a) nachgeordnet ist, wobei die Schicht ein Sol-Gel-Material (4a) enthält, das eine Haftung zwischen dem Bauelement (2) und einem Lumineszenzkonversionsmaterial (4b) vermittelt.
Optoelektronische Bauelement nach Anspruch 11, bei dem das optoelektronische Bauelement (2) eines der folgenden Bauelemente umfasst: Laserdiodenchip, Photodiodenchip, Leuchtdiodenchip.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 11 oder 12, bei dem das Sol-Gel-Material (4a) eines der folgenden Materialien enthält : ZnO, SiO₂, Al₂O₃, SnO, AlN, GaN.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das Lumineszenzkonversionsmaterial (4b) wenigstens eines der folgenden Materialien enthält: anorganische Phosphore, organische Farbstoffe, Erdalkalisulfate.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die Korngröße der Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel (4b) größer ist, als die mittlere Schichtdicke des Sol-Gel-Materials (4a).
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 15, bei dem die Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel (4b) zumindest stellenweise mit dem Sol-Gel-Material (4a) beschichtet sind.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem die mittlere Schichtdicke des Sol-Gel-Materials (4a) maximal 2 μm beträgt.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 17, bei dem die mittlere Schichtdicke des Sol-Gel-Materials (4a) maximal 1 μm beträgt.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 19, bei die mittlere Schichtdicke des Sol-Gel-Materials (4a) maximal 0,5 μm beträgt.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 19, bei dem ein mittlerer Korndurchmesser (b) der Lumineszenzkonversionsmaterialpartikel (4b) kleiner gleich 5 μm ist.