DE102008016534A1

DE102008016534A1 - Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102008016534A1
Application number: DE200810016534
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr. Sabathil
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-01
Also published as: WO2009121314A1

Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (1) mit zumindest einem Halbleiterkörper (2) angegeben, der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (21) aufweist. Das Halbleiterbauelement umfasst weiterhin einen Anschlussträger (3) mit einer Anschlussfläche (31), auf der der Halbleiterkörper befestigt ist, und einen Wärmeableitungskörper (4), der zumindest bereichsweise mit einer Spiegelschicht (5) versehen ist. Der Wärmeableitungskörper (4) ist mit dem Anschlussträger (3) stoffschlüssig verbunden und weist eine Aussparung (41) auf, in der der Halbleiterkörper (2) angeordnet ist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1) angegeben.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements.
Zur Erzeugung mischfarbiger Strahlung können in Leuchtdioden Strahlungskonverter eingesetzt werden, welche die in den Halbleiterchips erzeugte Strahlung teilweise in Strahlung größerer Wellenlänge umwandeln. Die in die Strahlungskonverter eingebrachte Energie der anregenden Strahlung kann zu einer starken Erwärmung des Konvertermaterials führen, was insbesondere bei Leuchtdioden mit vergleichsweise großer Ausgangsleistung eine Verringerung der Effizienz der Strahlungskonversion verursachen kann.
Es ist eine Aufgabe, ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement anzugeben, bei dem die im Betrieb erzeugte Wärme auch bei hohen Ausgangsleistungen effizient abgeführt werden kann. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement auf einfache Weise hergestellt werden kann.
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterkörper, der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist. Weiterhin umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement einen Anschlussträger mit einer Anschlussfläche, auf der der Halbleiterkörper befestigt ist und einen Wärmeableitungskörper, der zumindest bereichsweise mit einer Spiegelschicht versehen ist. Der Wärmeableitungskörper ist mit dem Anschlussträger stoffschlüssig verbunden und weist eine Aussparung auf, in der der Halbleiterkörper angeordnet ist.
Mittels des Wärmeableitungskörpers kann die im Betrieb des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements erzeugte Wärme verbessert verteilt und/oder abgeleitet werden. Der Halbleiterkörper und der Wärmeableitungskörper können hierbei auf derselben Seite des Anschlussträgers angeordnet sein. Eine Wärmespreizung in lateraler Richtung, also in einer entlang einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge verlaufenden Richtung, ist so auf einfache Weise realisiert.
Weiterhin kann der Wärmeableitungskörper mittels der Spiegelschicht als ein hocheffizientes Reflektorelement ausgebildet sein. So kann das Bauelement vereinfacht eine hohe Auskoppeleffizienz aufweisen. Auf ein zusätzliches optisches Element zur Steigerung der Strahlungsauskopplung kann verzichtet werden. Der stoffschlüssig auf dem Anschlussträger befestigte Wärmeableitungskörper kann also gleichzeitig die Funktion eines Reflektorkörpers und eines Wärmespreizers (heat spreader) erfüllen.
Bei einer stoffschlüssigen Verbindung werden die Verbindungspartner, die bevorzugt vorgefertigt sind, mittels atomarer und/oder molekularer Kräfte zusammengehalten. Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise mittels eines Verbindungsmittels, etwa eines Klebemittels oder eines Lots, erzielt werden. In der Regel geht eine Trennung der Verbindung mit einer Zerstörung des Verbindungsmittels und/oder zumindest eines der Verbindungspartner einher.
Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers ist vorzugsweise epitaktisch, etwa mittels MBE oder MOCVD hergestellt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Halbleiterkörper frei von einem Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge. Die Bauhöhe des strahlungsemittierenden Bauelements kann so weitgehend verringert werden. Weiterhin kann eine Absorption von Strahlung in dem Aufwachssubstrat vermieden werden. Eine mechanische Stabilisierung des Halbleiterkörpers kann mittels der Befestigung auf dem Anschlussträger bewerkstelligt werden.
Davon abweichend kann das Aufwachssubstrat vollflächig oder bereichsweise gedünnt oder bereichsweise entfernt sein.
Auf dem Halbleiterkörper sind vorzugsweise zwei Kontaktflächen ausgebildet, die für die elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers vorgesehen sind. Über die Kontaktflächen können im Betrieb Ladungsträger von zwei verschiedenen Seiten des aktiven Bereichs in diesen eingekoppelt werden und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren.
Die Kontaktflächen sind vorzugsweise jeweils mittels einer flachen Kontaktierung elektrisch leitend mit jeweils einer Anschlussfläche des Anschlussträgers verbunden.
Unter einer flachen Kontaktierung wird insbesondere eine Kontaktierung verstanden, die frei von einem Bond-Draht ist. Die Kontaktierung kann beispielsweise mittels einer Kontaktierungsschicht, etwa einer Lotschicht, einer elektrisch leitenden Klebeschicht oder einer elektrisch leitenden auf die Kontaktfläche und die zugeordnete Anschlussfläche aufgebrachten Schicht, gebildet sein.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind die Kontaktflächen auf der dem Anschlusskörper zugewandten Seite des Halbleiterkörpers ausgebildet. Die elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers erfolgt also lediglich auf der dem Anschlussträger zugewandten Seite. Eine flache Kontaktierung, also frei von einem Bond-Draht, ist so für beide Kontaktflächen auf einfache Weise realisierbar.
Der Wärmeableitungskörper ist vorzugsweise mittels eines Materials gebildet, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Vorzugsweise beträgt die thermische Leitfähigkeit mindestens 20 W/(m·K), besonders bevorzugt mindestens 50 W/(m·K). Je höher die thermische Leitfähigkeit des Materials ist, desto effizienter kann die im Betrieb des Halbleiterbauelements erzeugte Wärme über den Wärmeableitungskörper abgeführt werden.
Weiterhin bevorzugt weist das Material des Wärmeableitungskörpers eine gute Mikrostrukturierbarkeit, etwa mittels nasschemischen oder trockenchemischen Ätzens, auf.
Insbesondere kann der Wärmeableitungskörper ein Halbleitermaterial enthalten oder aus einem Halbleitermaterial bestehen. Silizium hat sich als besonders geeignet erwiesen. Insbesondere weist Silizium eine gute chemische Strukturierbarkeit, etwa mittels nasschemischen Ätzens, und weiterhin eine hohen Wärmeleitfähigkeit von 120 W/(m·K) auf. Auch ein anderes Halbleitermaterial, etwa Galliumarsenid, Siliziumcarbid oder Germanium kann als Material für den Wärmeableitungskörper verwendet werden.
Davon abweichend kann der Wärmeableitungskörper eine Keramik, etwa Aluminiumnitrid oder Bornitrid, enthalten oder aus einer Keramik bestehen.
Weiterhin kann auch der Anschlussträger eines der im Zusammenhang mit dem Wärmeableitungskörper genannten Halbleitermaterialien, insbesondere Silizium, enthalten. Bezüglich des Grundmaterials können also Anschlussträger und Wärmeableitungskörper gleich oder zumindest gleichartig ausgeführt sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung verjüngt sich die Aussparung des Wärmeableitungskörpers zum Anschlussträger hin. Mittels des Wärmeableitungskörpers kann so im Halbleiterkörper erzeugte und auf eine Seitenfläche der Aussparung treffende Strahlung zu einer Hauptabstrahlungsrichtung des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements hin umgelenkt werden. Ein Halbleiterbauelement mit hoher Effizienz in der Auskopplung der erzeugten Strahlung ist so auf einfache Weise realisiert.
Der Winkel der Seitenfläche zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers beträgt vorzugsweise zwischen 30° und 60°, beispielsweise 54°.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Aussparung auf der dem Anschlussträger zugewandten Seite eine laterale Ausdehnung von höchstens 500 μm, besonders bevorzugt von höchstens 400 μm, etwa 300 μm, auf. Im Halbleiterbauelement erzeugte Wärme kann so in effizienter Weise in lateraler Richtung gespreizt werden.
Weiterhin bevorzugt beträgt ein minimaler Abstand zwischen dem Halbleiterkörper und der Aussparung des Wärmeableitungskörpers 100 μm oder weniger, besonders bevorzugt 50 μm oder weniger, am meisten bevorzugt 10 μm oder weniger.
Je geringer der Abstand zwischen der Aussparung und dem Halbleiterkörper ist, desto effizienter kann die im Halbleiterbauelement erzeugte Wärme in lateraler Richtung über den Wärmeableitungskörper abgeführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Aussparung mit einer Vergussmasse für den Halbleiterkörper befüllt, wobei die Vergussmasse den Halbleiterkörper vorzugsweise vollständig bedeckt. Der Halbleiterkörper kann so vereinfacht vor äußeren Umwelteinflüssen, etwa Feuchtigkeit geschützt werden.
Weiterhin bevorzugt sind dem Halbleiterkörper Strahlungskonverter zugeordnet, die zur zumindest teilweisen Umwandlung der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung in Strahlung größerer oder kleinerer Wellenlänge vorgesehen sind. Insbesondere können die Strahlungskonverter dafür vorgesehen sein, ultraviolette Strahlung in den sichtbaren Spektralbereich, etwa mit Strahlungsanteilen im roten, grünen und blauen Spektralbereich, zu konvertieren.
Die Strahlungskonverter können in einer Konversionsschicht ausgebildet sein. Insbesondere können die Strahlungskonverter in ein Matrixmaterial, etwa ein Harz oder ein Silikon, eingebettet sein.
Die Strahlungskonverter sind weiterhin bevorzugt von dem Halbleiterkörper beabstandet angeordnet. Insbesondere kann ein minimaler Abstand zwischen den Strahlungskonvertern und dem Halbleiterkörper zwischen einschließlich 50 μm und einschließlich 500 μm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 100 μm und einschließlich 200 μm betragen.
Gegenüber einer Anordnung der Strahlungskonverter unmittelbar auf dem Halbleiterkörper kann bei einer beabstandeten Anordnung der Strahlungsanteil verringert werden, der im Strahlungskonverter erzeugt und nachfolgend im Halbleiterkörper reabsorbiert wird. Die Effizienz der Strahlungserzeugung des Halbleiterbauelements kann so gesteigert werden.
In einer Ausgestaltungsvariante ist die Spiegelschicht mit einem Material versehen, das einen kleineren Brechungsindex aufweist als die Konversionsschicht und/oder als die Vergussmasse. Insbesondere kann der Brechungsindex kleiner sein als der Brechungsindex des Matrixmaterials der Konversionsschicht. Im Halbleiterbauelement erzeugte Strahlung kann so aufgrund von Totalreflexion an einer solchen auf der Spiegelschicht aufgebrachten, vorzugsweise dielektrischen, Schicht reflektiert werden.
Insbesondere eignet sich als Material ein strahlungsdurchlässiges Material aus der Gruppe der so genannten „low-κ”-Materialien. Diese Materialgruppe umfasst Materialien, die verglichen mit Siliziumoxid eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweisen. Hierunter fällt beispielsweise poröses Siliziumoxid.
Die Spiegelschicht kann ein Metall enthalten oder aus einem Metall bestehen. Im sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich weisen beispielsweise Silber und Aluminium eine hohe Reflektivität auf. Für den infraroten Spektralbereich eignet sich beispielsweise Gold.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Wärmeableitungskörper eine größere Dicke auf als der Anschlussträger. Durch die vergleichsweise große Dicke des Wärmeableitungskörpers wird eine Wärmespreizung in lateraler Richtung vereinfacht. Gleichzeitig kann durch die geringe Dicke des Anschlussträgers eine effiziente Wärmeabfuhr durch den Anschlussträger hindurch in vertikaler Richtung zu einer außerhalb des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements angeordneten Wärmesenke erfolgen. Durch die verbesserte Spreizung in lateraler Richtung wird die Wärme vergleichsweise großflächig über den Anschlussträger verteilt. Die Anforderungen an ein Verbindungsmittel für eine Befestigung des Anschlussträgers an einer externen Wärmesenke, insbesondere hinsichtlich der thermischen Leitfähigkeit, können so verringert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung beträgt eine Grundfläche des Halbleiterkörpers mindestens 4%, besonders bevorzugt mindestens 10% der maximalen Fläche der Aussparung in lateraler Richtung. Je größer die Grundfläche des Halbleiterkörpers bezogen auf diese maximale Fläche der Aussparung ist, desto größer kann der Anteil der effektiv an der Strahlungserzeugung beteiligten Fläche sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest ein elektronisches Bauelement in den Anschlussträger integriert. Beispielsweise kann das elektronische Bauelement ein Gleichrichter, ein Spannungswandler oder ein Überspannungsschutzelement sein.
Auf eine zusätzliche vorgeschaltete elektronische Schaltung, die außerhalb des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements angeordnet und an dieses angepasst ist, kann so verzichtet werden.
Das Halbleiterbauelement kann weiterhin eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern aufweisen, die auf dem Anschlussträger angeordnet sind.
Die Halbleiterkörper können jeweils, wie vorstehend beschrieben, in einer Aussparung des Wärmeableitungskörpers angeordnet sein. Der Wärmeableitungskörper kann also als gemeinsamer Wärmeableitungskörper für die Halbleiterkörper dienen.
Die relative Anordnung der Halbleiterkörper zueinander sowie die Anzahl der Halbleiterkörper kann zur Erzielung einer vorgegebenen Abstrahlcharakteristik, insbesondere hinsichtlich der räumlichen Verteilung und der Leistung der abgestrahlten Strahlung, angepasst werden. Das beschriebene strahlungsemittierende Halbleiterbauelement zeichnet sich also durch eine besonders einfache Skalierbarkeit hinsichtlich der Fläche des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements sowie des zu erzeugenden Strahlungsflusses aus.
Mit anderen Worten kann zur Steigerung der insgesamt aus dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement austretenden Strahlungsleistung die Anzahl der Halbleiterkörper auf dem Anschlussträger erhöht werden. Eine Vergrößerung der Fläche der einzelnen Halbleiterkörper ist zur Erhöhung der Ausgangsleistung also nicht erforderlich. Im Unterschied zu einem Halbleiterbauelement, bei dem die austretende Strahlungsleistung mittels einer Vergrößerung der Kantenlänge des Halbleiterkörpers gesteigert wird, kann so die Ausgangsleistung erhöht werden, ohne dass bei der Herstellung die Ausbeute verwendbarer Halbleiterkörper, welche typischerweise mit zunehmender Fläche stark abnimmt, zurückgeht.
Die einzelnen Halbleiterkörper weisen vorzugsweise eine Kantenlänge von höchstens 500 μm, besonders bevorzugt höchstens 400 μm, auf. Eine Kantenlänge zwischen einschließlich 200 μm und einschließlich 300 μm hat sich als besonders geeignet erwiesen.
Aufgrund der Anordnung der Halbleiterkörper in den Aussparungen des Wärmeableitungskörpers kann zwischen zwei benachbarten Halbleiterkörpern jeweils Material des Wärmeableitungskörpers ausgebildet sein. Zwischen den den jeweiligen Halbleiterkörpern zugeordneten Strahlungskonvertern kann die im Betrieb erzeugte Wärme also über den Wärmeableitungskörper abgeführt werden. Insbesondere im Vergleich zu einem Halbleiterbauelement, bei dem ein einziger Halbleiterkörper eine Grundfläche aufweist, die der Summe der einzelnen Halbleiterkörper entspricht, wird so die Wärmeabfuhr aus den Strahlungskonvertern verbessert.
Gleichzeitig kann der Wärmeableitungskörper als eine kompakte Reflektormatrix dienen, bei der jeweils die Seitenflächen der Aussparungen ein Einzelreflektorelement darstellen.
Die Halbleiterkörper können zumindest teilweise mittels einer Parallelschaltung und/oder einer Serienschaltung elektrisch leitend miteinander verbunden sein. Durch eine geeignete Verschaltung der Halbleiterköper kann so eine vorgegebene Gesamtstrahlungsleistung bei einer vorgegebenen Betriebsspannung, etwa einer Haushaltsnetzspannung, erzielt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Anschlussträger Anschlussbahnen auf, über die die Halbleiterkörper elektrisch miteinander verbunden sind. Die Anschlussbahnen können beispielsweise metallisch ausgeführt sein. Davon abweichend können die Anschlussbahnen zumindest bereichsweise mittels dotierter Bereiche des Anschlussträgers gebildet sein. Die Anschlussbahnen können also zumindest bereichsweise in den Anschlussträger integriert sein.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen wird gemäß einer Ausführungsform ein Anschlussträger mit einer Mehrzahl von Anschlussflächen bereitgestellt. Auf den Anschlussflächen werden Halbleiterkörper angeordnet, die jeweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweisen.
Ein Wärmeableitungsträger mit einer Mehrzahl von Aussparungen wird bereitgestellt. Der Wärmeableitungsträger wird derart relativ zu dem Anschlussträger positioniert, dass sich die Halbleiterkörper in die Aussparungen hinein erstrecken. Ein mechanisch stabiler Verbund wird hergestellt, der den Wärmeableitungsträger und den Anschlussträger aufweist. Der Verbund wird in eine Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen vereinzelt, wobei für jedes Halbleiterbauelement ein Wärmeableitungskörper aus dem Wärmeableitungsträger hervorgeht.
Halbleiterbauelemente mit einer verbesserten Abfuhr der im Betrieb erzeugten Wärme können so vereinfacht hergestellt werden. Insbesondere können den Halbleiterkörpern der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente die Wärmeableitungskörper in einem Verbundprozess zugeordnet werden. Hierbei können die Halbleiterkörper bereits auf dem Anschlussträger positioniert sein. Das heißt, die Positionierung der Halbleiterkörper kann vor dem Ausbilden der Wärmeableitungskörper erfolgen. Eine aufwändige Positionierung einzelner Halbleiterkörper in einem bereits vormontierten Wärmeableitungskörper kann so auf einfache Weise vermieden werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Aussparungen in dem Wärmeableitungsträger chemisch, etwa mittels nasschemischen oder trockenchemischen Ätzens, hergestellt.
Insbesondere bei einem nasschemischen Ätzverfahren können auf einfache Weise Aussparungen hergestellt werden, die eine schräg verlaufende Seitenfläche aufweisen.
Weiterhin kann das Ätzverfahren selektiv bezüglich der Kristallorientierung des Wärmeableitungsträgers sein. Abhängig vom Material des Wärmeableitungsträgers können schräge Seitenflächen mit einem vorgegebenen Winkel auf sehr zuverlässige und reproduzierbare Weise ausgebildet werden. Weiterhin können so Seitenflächen mit besonders glatter Oberfläche realisiert werden.
Auf dem Wärmeableitungsträger kann, insbesondere vor dem Herstellen des mechanisch stabilen Verbunds, eine Spiegelschicht aufgebracht werden. Das Aufbringen der Spiegelschicht kann beispielsweise mittels eines Abscheideverfahrens wie Aufdampfen oder Aufsputtern erfolgen.
Insbesondere eine auf einer geätzten Seitenfläche der Aussparung aufgebrachte Spiegelschicht kann sich durch eine hohe Reflektivität auszeichnen.
Die Halbleiterkörper werden vorzugsweise epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat abgeschieden. Das Aufwachssubstrat kann zumindest bereichsweise entfernt werden. Insbesondere kann das Entfernen des Aufwachssubstrats vor dem Herstellen des mechanisch stabilen Verbunds erfolgen.
Das Aufwachssubstrat kann auch bereits vor dem Anordnen der Halbleiterkörper auf den Anschlussflächen entfernt werden. Gegebenenfalls können die Halbleiterkörper zur mechanischen Stabilisierung auf einem Hilfsträger aufgebracht werden, der nach der Befestigung an den Anschlussflächen entfernt werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Aussparungen des Wärmeableitungsträgers nach dem Positionieren auf dem Anschlussträger mit einer Vergussmasse befüllt. Der Wärmeableitungskörper kann also als eine Gießform für die Vergussmasse, welche die Halbleiterkörper etwa vor widrigen äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit schützt, dienen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird der Anschlussträger und/oder der Wärmeableitungsträger vor dem Herstellen des mechanisch stabilen Verbunds zumindest bereichsweise mit einer Planarisierungsschicht versehen. Die Herstellung des Verbunds wird so vereinfacht.
Die Planarisierungsschicht enthält weiterhin bevorzugt ein elektrisch isolierendes Material. Die Gefahr von elektrischen Kurzschlüssen kann so verringert werden.
Mit dem beschriebenen Verfahren können strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente im Verbund hergestellt werden, wobei beim Vereinzeln des Verbunds Halbleiterbauelemente hervorgehen, die bereits die zugehörigen Halbleiterkörper und Wärmeableitungskörper aufweisen.
Weiterhin kann sich das so hergestellte strahlungsemittierende Halbleiterbauelement durch eine hohe Auskoppeleffizienz auszeichnen. Auf ein separates, zusätzlich zum Wärmeableitungskörper vorgesehenes, optisches Element zur Steigerung der Auskoppeleffizienz kann hierbei verzichtet werden. Weiterhin können sich die so hergestellten Halbleiterbauelemente durch besonders geringe fertigungsbedingte Schwankungen, etwa hinsichtlich der Abstrahlcharakteristik oder Abweichungen im Farbort, insbesondere im Weißpunkt, auszeichnen.
Das beschriebene Verfahren ist zur Herstellung eines weiter oben beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement ausgeführte Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen:
1A ein erstes Ausführungsbeispiel für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und 1B ein Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterkörper jeweils in schematischer Schnittansicht,
die 2A und 2B ein zweites Ausführungsbeispiel für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement in Aufsicht (2B) und zugehöriger Schnittansicht (2A) jeweils in schematischer Darstellung,
die 3A und 3B ein drittes Ausführungsbeispiel für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement in Aufsicht (3B) und zugehöriger Schnittansicht (3A) jeweils in schematischer Darstellung,
die 4A und 4B die Ergebnisse von Simulationen der Temperaturverteilung für ein viertes und ein fünftes Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements jeweils in einem Schnitt durch das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement,
die 5A und 5B die Ergebnisse von Simulationen für das vierte und das fünfte Ausführungsbeispiel des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements, wobei die 5A die im Betrieb auftretenden maximalen und durchschnittlichen Temperaturen T (in °C) der Konversionsschicht und die 5B die zugehörigen Extraktionseffizienzen E und das Verhältnis der Extraktionseffizienzen ER, jeweils als Funktion der lateralen Ausdehnung B (in μm) darstellt,
die 5C die relative Intensität I_R der von verschiedenen Strahlungskonvertern abgestrahlten Strahlung als Funktion deren Temperatur, jeweils bezogen auf die Intensität bei 25°C,
6 das Ergebnis einer Simulation der Auskoppeleffizienz einer im strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement erzeugten Strahlung als Funktion des Verhältnisses der Fläche des Halbleiterkörpers zur Fläche des Auskoppelfensters für verschiedene Reflektivitäten des Halbleiterkörpers und verschiedene angrenzende Materialien, und
die 7A bis 7C ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements anhand von schematisch jeweils in Aufsicht und zugehöriger Schnittansicht dargestellten Zwischenschritten.
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.
Ein erstes Ausführungsbeispiel für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement ist in 1A schematisch in Schnittansicht dargestellt. Das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 weist einen Halbleiterkörper 2 mit einer Halbleiterschichtenfolge auf. Der Aufbau des Halbleiterkörpers wird im Zusammenhang mit 1B näher beschrieben.
Weiterhin weist das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 einen Anschlussträger 3 auf, auf dem eine Anschlussfläche 31 ausgebildet ist. Eine auf der dem Anschlussträger 3 zugewandten Seite des Halbleiterkörpers 2 ausgebildete Kontaktfläche 25 ist elektrisch leitend mit der Anschlussfläche 31 verbunden. Die elektrisch leitende Verbindung kann beispielsweise mittels einer Kontaktierungsschicht, die etwa ein Lot oder ein elektrisch leitfähiges Klebemittel enthalten kann, gebildet sein (nicht explizit dargestellt). Ein Bond-Draht ist für die elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers nicht erforderlich.
Auf dem Anschlussträger 3 ist ein Wärmeableitungskörper 4 angeordnet und stoffschlüssig mit dem Anschlussträger verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung ist mittels einer Haftschicht 6 hergestellt. Die Haftschicht kann beispielsweise ein Klebemittel enthalten.
Die Haftschicht 6 ist vorzugsweise elektrisch isolierend und weist weiterhin bevorzugt eine ausreichend hohe thermische Leitfähigkeit auf, so dass im Betrieb des Bauelements erzeugte Abwärme aus dem Wärmeableitungskörper 4 in den Anschlussträger 3 abgeleitet werden kann.
Der Wärmeableitungskörper 4 weist eine Aussparung 41 auf. In der Aussparung 41 ist der Halbleiterkörper 2 angeordnet. Das dem Halbleiterkörper 2 abgewandte Ende der Aussparung 41 stellt ein Auskoppelfenster 10 für die im Halbleiterbauelement 1 erzeugte Strahlung dar.
Die Aussparung verjüngt sich vom Auskoppelfenster 10 zum Anschlussträger 3 hin. Die Aussparung 41 kann beispielsweise trichterförmig ausgebildet sein.
Eine dem Halbleiterkörper zugewandte Seitenfläche 410 der Aussparung 41 schließt mit einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers 2 einen spitzen Winkel, vorzugsweise zwischen einschließlich 30° und einschließlich 60°, ein.
Der Wärmeableitungskörper 4 ist im Bereich der Aussparung 41 mit einer Spiegelschicht 5 versehen. Die Spiegelschicht 5 weist vorzugsweise für in dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement erzeugte Strahlung eine hohe Reflektivität, etwa von 80% oder mehr, auf. Weiterhin bevorzugt enthält die Spiegelschicht ein Metall oder besteht aus einem Metall. Für den sichtbaren Spektralbereich weisen insbesondere Aluminium und Silber hohe Reflektivitäten auf. Für den infraroten Spektralbereich eignet sich beispielsweise Gold.
In der Aussparung 41 des Wärmeableitungskörpers 4 ist eine Vergussmasse 8 ausgebildet. Die Vergussmasse bedeckt den Halbleiterkörper vollständig und dient dem Schutz des Halbleiterkörpers vor äußeren Umwelteinflüssen wie beispielsweise Feuchtigkeit.
Die Vergussmasse 8 enthält zweckmäßigerweise ein für die im Halbleiterkörper 2 erzeugte Strahlung transparentes oder zumindest transluzentes Material oder besteht aus einem solchen Material. Die Vergussmasse kann beispielsweise ein Harz oder ein Silikon, insbesondere ein Silikonharz, enthalten.
Auf der dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Seite der Vergussmasse 8 ist eine Konversionsschicht 9 ausgebildet. Die Konversionsschicht enthält Strahlungskonverter, die zur zumindest teilweisen Umwandlung der im aktiven Bereich 21 erzeugten Strahlung vorgesehen sind. Die Strahlungskonverter sind vorzugsweise in ein Matrixmaterial eingebettet. Das Matrixmaterial kann hierbei insbesondere zumindest eines der im Zusammenhang mit der Vergussmasse 8 aufgeführten Materialien enthalten oder aus einem solchen Material bestehen.
Die Strahlungskonverter können insbesondere zur Konversion von Strahlung im ultravioletten Spektralbereich in Strahlung im sichtbaren Spektralbereich vorgesehen sein. Insbesondere können die Strahlungskonverter Strahlungsanteile im roten, grünen und blauen Spektralbereich erzeugen. Auf diese Weise kann Mischstrahlung erzeugt werden, welche für das menschliche Auge einen weißen Farbeindruck erweckt.
Die Dichte der Strahlungskonverter ist vorzugsweise derart gewählt, dass mindestens 90% der erzeugten Strahlung, vorzugsweise mindestens 95%, beispielsweise 98% oder mehr absorbiert werden. Ultraviolette Primärstrahlung kann so effizient in sichtbare Strahlung konvertiert werden.
Die Konversionsschicht 9 ist von dem Halbleiterkörper 2 in vertikaler Richtung beabstandet. Der Abstand beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 50 μm und einschließlich 500 μm, besonders bevorzugt zwischen 100 μm und einschließlich 200 μm.
Von den Strahlungskonvertern emittierte Sekundärstrahlung kann unmittelbar aus dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement 1 ausgekoppelt werden oder zumindest teilweise von der Spiegelschicht 5 in Richtung einer Hauptabstrahlungsrichtung des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements umgelenkt werden und durch das Auskoppelfenster 10 aus dem Halbleiterbauelement 1 austreten. Die Hauptabstrahlungsrichtung verläuft hierbei senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers 2.
Gegenüber einer Anordnung der Strahlungskonverter unmittelbar auf dem Halbleiterkörper kann die Gefahr einer Reabsorption im Halbleiterkörper verringert werden. Die insgesamt aus dem Halbleiterbauelement ausgekoppelte Strahlungsleistung kann so erhöht werden.
Die Spiegelschicht 5 ist mit einer dielektrischen Schicht 51 versehen. Diese auf der Spiegelschicht 5 angeordnete dielektrische Schicht 51 weist vorzugsweise einen Brechungsindex auf, der kleiner ist als der Brechungsindex der Vergussmasse 8 und/oder der Konversionsschicht 9. Von den Strahlungskonvertern emittierte Sekundärstrahlung kann so zumindest teilweise mittels Totalreflexion an der dielektrischen Schicht umgelenkt werden. Der durch die dielektrische Schicht hindurchtretende Strahlungsanteil kann an der Spiegelschicht 5 reflektiert werden. Ein hochreflektierender Spiegel ist so auf einfache Weise realisiert. Die Strahlungsauskoppeleffizienz des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements kann dadurch weitergehend gesteigert werden.
Für die dielektrische Schicht 51 eignet sich insbesondere ein für die vom strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement erzeugte Strahlung transparentes Material aus der Gruppe der so genannten „Low-κ”-Materialien. Beispielsweise kann sich poröses Siliziumoxid oder ein Material aus der Gruppe der so genannten „Spin-on-Gläser” durch einen sehr niedrigen Brechungsindex auszeichnen.
Zur externen elektrischen Kontaktierung ist die Kontaktfläche 25 mit der Anschlussfläche 31 und die weitere Kontaktfläche mit einer weiteren Anschlussfläche (in 1A nicht explizit dargestellt) elektrisch leitend verbunden. Die Anschlussfläche 31 ist über eine Anschlussbahn 33 mit einem externen Anschluss 34 elektrisch leitend verbunden.
Die Anschlussbahnen 33 können als metallische Leiterbahnen auf dem Anschlussträger 3 ausgebildet sein. Bei einem Anschlussträger 3, der auf einem Halbleitermaterial basiert, können die Anschlussbahnen auch als selektiv dotierte Bereiche des Anschlussträgers ausgebildet sein.
Die laterale Ausdehnung der Aussparung 41 des Wärmeableitungskörpers 4 ist vorzugsweise an die laterale Ausdehnung des Halbleiterkörpers 2 angepasst. Die minimale laterale Ausdehnung der Aussparung ist vorzugsweise höchstens 50 μm, besonders bevorzugt höchstens 20 μm größer als die laterale Ausdehnung des Halbleiterkörpers 2. Je geringer die laterale Ausdehnung der Aussparung 41 ist, desto effizienter kann die im Halbleiterkörper 2 und in der Konversionsschicht 9 erzeugte Wärme abgeführt werden.
Der Wärmeableitungskörper 4 enthält vorzugsweise ein Material, das sich durch eine gute Mikrostrukturierbarkeit und gleichzeitig eine hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Insbesondere eignet sich ein Halbleitermaterial. Das Material des Wärmeableitungskörpers weist vorzugsweise eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 20 W/(m·K) auf. Silizium hat sich aufgrund seiner guten Strukturierbarkeit mittels chemischer Verfahren sowie seiner hohen thermischen Leitfähigkeit von 120 W/(m·K) als besonders geeignet erwiesen.
Davon abweichend kann auch ein anderes Halbleitermaterial, etwa Germanium oder Galliumarsenid, verwendet werden. Alternativ oder ergänzend kann der Wärmeableitungskörper eine Keramik, beispielsweise Aluminiumnitrid oder Bornitrid enthalten oder aus einem solchen Material bestehen.
Über den Wärmeableitungskörper 4 kann die im Konversionsmaterial entstehende Wärme in lateraler Richtung gespreizt werden. Die im Konversionsmaterial auftretende maximale Temperatur kann so verringert werden. Die vom Wärmeableitungskörper 4 aufgenommene und gespreizte Wärme kann in vertikaler Richtung über eine vergleichsweise große Fläche in den Anschlussträger 3 abgeführt werden.
Der Wärmeableitungskörper 4 ist weiterhin bevorzugt einstückig ausgebildet. Ein solcher Wärmeableitungskörper zeichnet sich insbesondere durch eine einfache Herstellbarkeit aus.
In vertikaler Richtung beträgt die Ausdehnung des Wärmeableitungskörpers 4 vorzugsweise zwischen einschließlich 100 μm und einschließlich 400 μm. Insbesondere kann der Wärmeableitungskörper eine größere Dicke aufweisen als der Anschlussträger 3. Je geringer die Dicke des Anschlussträgers 3 ist, desto effizienter kann die im Halbleiterbauelement erzeugte Wärme in vertikaler Richtung zu einer außerhalb des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 befindlichen Wärmesenke abgeführt werden.
Die Aussparung 41 auf der dem Anschlussträger 3 zugewandten Seite weist vorzugsweise eine laterale Ausdehnung von höchstens 500 μm auf.
Die Seitenfläche 410 der Aussparung 41 schließt zum Anschlussträger 3 vorzugsweise einen spitzen Winkel, besonders bevorzugt zwischen 30 und 60°, beispielsweise 54° ein.
Der Anschlussträger 3 enthält vorzugsweise ein Halbleitermaterial oder besteht aus einem Halbleitermaterial. Die Anschlussbahnen 33 können in dem Anschlussträger als lokal dotierte Bereiche ausgeführt sein. Alternativ oder ergänzend können auf dem Anschlussträger 3 auch metallische Leiterbahnen ausgebildet sein. Insbesondere können die Leiterbahnen für die im Halbleiterkörper 2 erzeugte Strahlung reflektierend ausgebildet sein. Im aktiven Bereich 21 des Halbleiterkörpers 2 erzeugte und in Richtung des Anschlussträgers 3 abgestrahlte Strahlung kann so von den Anschlussbahnen in Richtung des Konversionsmaterials reflektiert werden. Die insgesamt aus dem Halbleiterbauelement 1 austretende Strahlungsleitung kann so gesteigert werden.
Als Material für den Anschlussträger 3 eignen sich insbesondere die im Zusammenhang mit dem Wärmeableitungskörper 4 genannten Halbleitermaterialien, insbesondere Silizium. Besonders bevorzugt enthalten der Wärmeableitungskörper und der Anschlussträger 3 Silizium oder bestehen aus Silizium. Ein Wärmeableitungskörper mit einem an den Anschlussträger angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist so auf einfache Weise realisiert.
Ein Ausführungsbeispiel für einen für das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement besonders geeigneten Halbleiterkörper ist in 1B schematisch in Schnittansicht dargestellt.
Die Halbleiterschichtenfolge, welche einen aktiven Bereich 21 aufweist, ist vorzugsweise epitaktisch, etwa mittels MOVPE oder MBE, hergestellt und bildet den Halbleiterkörper.
Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers 2 weist eine p-leitend dotierte Halbleiterschicht 22 und eine n-leitend dotierte Halbleiterschicht 23 auf. Der aktive Bereich 21 ist zwischen der n-leitenden Halbleiterschicht und der p-leitenden Halbleiterschicht eingebettet.
Eine Kontaktfläche 25 und eine weitere Kontaktfläche 26 sind auf derselben Seite des aktiven Bereichs 21 angeordnet.
Die Kontaktfläche 25 ist elektrisch leitend mit der p-leitenden Halbleiterschicht 22 verbunden. Die weitere Kontaktfläche 26 ist mit der n-leitenden Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden. Durch Anlegen einer externen elektrischen Spannung zwischen den beiden Kontaktflächen können Ladungsträger in den aktiven Bereich 21 injiziert werden, welche im aktiven Bereich unter Emission von Strahlung rekombinieren können.
Die elektrisch leitende Verbindung der weiteren Kontaktfläche 26 und der n-leitenden Halbleiterschicht 23 erfolgt durch eine Ausnehmung 27 im Halbleiterkörper hindurch. Die Ausnehmung erstreckt sich hierbei durch den aktiven Bereich 21. Auf diese Weise sind die n-leitende Halbleiterschicht 23 und die p-leitende Halbleiterschicht mittels Kontaktflächen kontaktierbar, die auf derselben Seite des Halbleiterkörpers 2 angeordnet sind.
Von dem gezeigten Ausführungsbeispiel abweichend können die Halbleiterschichten bezüglich des Leitungstyps invertiert ausgebildet sein, das heißt die als p-leitend beschriebenen Halbleiterschichten können n-leitend ausgeführt sein und umgekehrt.
Die Seitenflächen der Ausnehmung 27 sind mit einer Isolierungsschicht 29 versehen. Die Isolationsschicht kann beispielsweise ein Oxid, etwa Siliziumoxid, ein Nitrid, etwa Siliziumnitrid oder ein Oxinitrid, etwa Siliziumoxinitrid, enthalten oder aus einem solchen Material bestehen.
Weiterhin ist auf der den Kontaktflächen 25, 26 zugewandten Seite des Halbleiterkörpers 2 eine Reflektorschicht 28 ausgebildet. Die Reflektorschicht ist hierbei zwischen dem Halbleiterkörper 2 und der Kontaktfläche 25 und weiterhin zwischen dem Halbleiterkörper 2 und der weiteren Kontaktfläche 26 angeordnet. Die Reflektorschicht weist vorzugsweise für die im aktiven Bereich erzeugte Strahlung eine hohe Reflektivität auf. Die Reflektorschicht enthält vorzugsweise ein Metall, insbesondere Aluminium, Gold, Titan, Silber, Platin, Rhodium oder eine metallische Legierung mit zumindest einem der genannten Materialien und ist weiterhin bevorzugt metallisch ausgeführt.
Mittels der Reflektorschicht 28 kann eine großflächige Reflektorfläche gebildet werden, an der im aktiven Bereich 21 erzeugte Strahlung reflektiert werden kann. Die Reflektivität ist somit unabhängig von den der Reflektorschicht 28 vom aktiven Bereich aus gesehen nachgeordneten Kontaktflächen 25, 26.
Auf die Reflektorschicht kann gegebenenfalls auch verzichtet werden. In diesem Fall kann die Kontaktfläche 25 und/oder die weitere Kontaktfläche 26 als für die Strahlung reflektierend ausgebildet sein.
Der Halbleiterkörper 2 ist frei von einem Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge. Somit kann der Halbleiterkörper eine sehr geringe Höhe, bevorzugt 20 μm oder weniger, besonders bevorzugt 10 μm oder weniger, aufweisen.
Im strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement wird der Halbleiterkörper wie in 1A gezeigt von dem Anschlussträger 3 mechanisch stabilisiert. Ein zusätzlicher Träger ist hierfür nicht erforderlich. Insbesondere ist der Halbleiterkörper auf der dem Anschlussträger 3 abgewandten Seite des aktiven Bereichs 21 frei von einem Träger.
In lateraler Richtung weist der Halbleiterkörper 2 vorzugsweise eine Kantenlänge von höchstens 500 μm, besonders bevorzugt höchstens 400 μm auf. Je kleiner die laterale Ausdehnung des Halbleiterkörpers ist, desto geringer ist bei der Herstellung der Halbleiterkörper die Gefahr, dass der Halbleiterkörper, etwa wegen eines Kristalldefekts, beispielsweise einer Versetzung, unbrauchbar ist. Eine Kantenlänge zwischen einschließlich 200 μm und einschließlich 300 μm hat sich als besonders günstig herausgestellt.
Bezogen auf die maximale Fläche der Aussparung in lateraler Richtung beträgt die Grundfläche des Halbleiterkörpers vorzugsweise mindestens 4%, besonders bevorzugt mindestens 10%.
Der Halbleiterkörper 2, insbesondere der aktive Bereich 21, enthält vorzugsweise ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial.
Zur Erzeugung ultravioletter Strahlung enthält der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich 21, vorzugsweise ein nitridisches Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere In_xGa_yAl_1-x-yN. Selbstverständlich ist der beschriebene Aufbau des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements auch für andere Emissionswellenlängen geeignet. Neben dem ultravioletten Spektralbereich sind III-V-Verbindungshalbleitermaterialien zur Strahlungserzeugung vom sichtbaren (In_xGa_yAl_1-x-yN, insbesondere für blaue bis grüne Strahlung, oder In_xGa_yAl_1-x-yP, insbesondere für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten (In_xGa_yAl_1-x-yAs) Spektralbereich besonders geeignet. Bei den vorgenannten Halbleitermaterialien gilt jeweils 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, insbesondere mit x ≠ 1, y ≠ 1, x ≠ 0 und/oder y ≠ 0. Mit III-V-Halbleitermaterialien, insbesondere aus den genannten Materialsystemen, können weiterhin bei der Strahlungserzeugung hohe interne Quanteneffizienzen erzielt werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement ist in den 2A und 2B in schematischer Aufsicht (2B) und zugehöriger Schnittansicht (2A) entlang der Linie AA' gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 vier Halbleiterkörper 2 auf, die nebeneinander auf einem gemeinsamen Anschlussträger 3 angeordnet sind. Den Halbleiterkörpern 2 ist jeweils eine Aussparung 41 im Wärmeableitungskörper 4 zugeordnet. Der Wärmeableitungskörper 4 dient also als gemeinsamer Wärmeableitungskörper für alle Halbleiterkörper 2 des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements. Insbesondere kann der Wärmeableitungskörper einstückig ausgebildet sein.
Zwischen zwei benachbarten Halbleiterkörpern 2 erstreckt sich jeweils Material des Wärmeableitungskörpers 4. Über den Wärmeableitungskörper 4 kann so zwischen den Halbleiterkörpern die in der den jeweiligen Halbleiterkörpern 2 zugeordneten Konversionsschicht 9 erzeugte Wärme in lateraler Richtung abgeführt werden. Die maximal in der jeweiligen Konversionsschicht auftretende Wärme kann so, insbesondere im Vergleich zu einem einzelnen Halbleiterkörper mit einer Grundfläche, die der Summe der Grundflächen der vier Halbleiterkörper in dem gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht, verringert werden.
Die insgesamt aus dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement austretende Strahlungsleitung kann durch eine Erhöhung der Anzahl der Halbleiterkörper 2 gesteigert werden. Eine Vergrößerung der Grundfläche der einzelnen Halbleiterkörper ist hierfür nicht erforderlich. Die Gefahr einer verringerten Ausbeute bei der Herstellung aufgrund einer vergrößerten Grundfläche der Halbleiterkörper 2 kann so vermieden werden.
Die Halbleiterkörper 2 weisen jeweils eine Kontaktfläche 25 und eine weitere Kontaktfläche auf, die jeweils mit einer Anschlussfläche 31 beziehungsweise einer weiteren Anschlussfläche 32 elektrisch leitend verbunden sind. Zur verbesserten Übersichtlichkeit sind die Kontaktflächen des Halbleiterkörpers 2 in der Aufsicht nicht explizit dargestellt.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind lediglich exemplarisch vier Halbleiterkörper dargestellt, die matrixförmig angeordnet sind. Die Anzahl der Halbleiterkörper 2 sowie deren Anordnung zueinander kann an die jeweilige Anwendung angepasst in weiten Bereichen variiert werden.
Die Halbleiterkörper 2 sind über Anschlussbahnen 33 elektrisch zueinander in Serie verschaltet. Durch Anlegen einer externen elektrischen Spannung zwischen dem externen Anschluss 34 und dem weiteren externen Anschluss 35 können Ladungsträger in die Halbleiterkörper 2 injiziert werden und dort in den jeweiligen aktiven Bereichen unter Emission von Strahlung rekombinieren. Alle Halbleiterkörper des strahlungsemittierenden Bauelements können so auf einfache Weise über zwei externen Anschlüsse 34, 35 gemeinsam betrieben werden.
Von dem gezeigten Ausführungsbeispiel abweichend können die Halbleiterkörper 2 auch zumindest teilweise parallel zueinander elektrisch verschaltet sein. So kann durch eine geeignete elektrische Verschaltung eine Betriebsspannung für das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 an eine vorgegebene Betriebsspannung, etwa eine Netzspannung von 110 V oder 220 V, angepasst werden.
Zudem kann über die Erhöhung der Anzahl der parallel zueinander verschalteten Halbleiterkörper 2 oder Gruppen von Halbleiterkörpern 2 die vom strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement insgesamt abgestrahlte Strahlungsleistung bei gleicher Betriebsspannung erhöht werden.
Weiterhin können die Aussparungen 41 von dem gezeigten Ausführungsbeispiel abweichend auch auf der dem Anschlussträger 3 abgewandten Seite aneinander angrenzen. Die jeweiligen Auskoppelfenster 10 können so eine durchgängige oder zumindest weitgehend durchgängige Auskoppelfläche bilden. Die Grundfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements kann bei gleicher Größe der Halbleiterkörper 2 und gleicher Fläche der als Reflektoren dienenden Seitenflächen 410 der Aussparungen 41 verringert werden.
Ein drittes Ausführungsbeispiel für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement ist in den 3A und 3B in Aufsicht und zugehöriger Schnittansicht schematisch dargestellt. Dieses dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 2A und 2B dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist der Anschlussträger 3 zwei elektronische Bauelemente 36 auf, die in den Anschlussträger integriert sind. Der Wärmeableitungskörper 4 bedeckt die elektronischen Bauelemente zumindest bereichsweise. Auf eine Vergrößerung der Grundfläche des Anschlussträgers zur Montage der elektronischen Bauelemente kann so verzichtet werden. Die elektronischen Bauelemente sind jeweils zwischen der Anschlussfläche 34 beziehungsweise der weiteren Anschlussfläche 35 und dem der jeweiligen Anschlussfläche nächstgelegenen Halbleiterkörper 2 elektrisch zwischengeschaltet. Die elektronischen Bauelemente können insbesondere zur Spannungsanpassung vorgesehen sein und beispielsweise jeweils als ein Gleichrichter, als ein Spannungswandler oder als Überspannungsschutzdiode (ESD-Diode) ausgebildet sein. Auf ein dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement 1 vorgeordnetes elektronisches Bauelement zur Spannungsanpassung kann so verzichtet werden.
Ergebnisse von Simulationen der Temperaturverteilung sind für ein viertes und ein fünftes Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements jeweils in einem Schnitt durch den Wärmeableitungskörper des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements in den 4A und 4B dargestellt. In beiden Halbleiterbauelementen befindet sich der Halbleiterkörper an der mit der horizontalen Linie 400 gekennzeichneten Position. Die laterale Ausdehnung der Aussparung an dieser Stelle und diejenige des Halbleiterkörpers betragen jeweils 400 μm. Mit zunehmendem Abstand vom Halbleiterkörper vergrößert sich die Aussparung.
Den Simulationen wurde jeweils eine Leistungsdichte der vom Halbleiterkörper erzeugten Primärstrahlung von 2 W/mm² und eine Umwandlung der Primärstrahlung in Wärme von 30% in der Konversionsschicht zugrunde gelegt.
Bei dem der in 4A gezeigten Simulation zugrunde liegenden vierten Ausführungsbeispiel ist eine 100 μm dicke Konversionsschicht von dem Halbleiterkörper beabstandet angeordnet. Auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite beträgt die laterale Ausdehnung der Aussparung 1.2 μm. Die Strahlung kann also durch ein Auskoppelfenster austreten, deren Breite dreimal so groß ist wie die Breite des Halbleiterkörpers. Die maximal in der Konversionsschicht auftretende Temperatur beträgt gemäß den Simulationen etwa 391 K. Wie der Verlauf des Temperaturprofils zeigt, kann die Wärme effizient in lateraler Richtung gespreizt werden. Bei geringerer Leistung der Primärstrahlung kann die maximale Temperatur auch erheblich niedrigere Werte annehmen. Beispielsweise haben Simulationen für eine Leistung der Primärstrahlung von 100 mW einen Temperaturanstieg von lediglich 30 K bezogen auf eine Temperatur des Anschlussträgers von 300 K ergeben.
Im Unterschied zu 4A ist die Konversionsschicht bei dem der 4B zugrunde liegenden fünften Ausführungsbeispiel unmittelbar auf dem Halbleiterkörper angeordnet. In diesem Fall beträgt die maximal in der Konversionsschicht auftretende Temperatur etwa 403 K. Demnach kann unter diesen Bedingungen mittels einer vom Halbleiterkörper beabstandeten Anordnung der Konversionsschicht die laterale Wärmespreizung verbessert und somit die auftretende Maximaltemperatur um etwa 12 K verringert werden.
Die Abhängigkeit der maximalen und der durchschnittlichen Temperatur T von der lateralen Ausdehnung der Aussparung B ist in 5A für strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente, die im wesentlichen gemäß dem vierten und dem fünften Ausführungsbeispiel ausgeführt sind, dargestellt.
Die Kurven 501 und 502 zeigen den Verlauf der maximalen beziehungsweise mittleren Temperatur der vom Halbleiterkörper beabstandeten Konversionsschicht. Entsprechend zeigen die Kurven 511 und 512 die Verläufe der maximalen beziehungsweise mittleren Temperatur für Halbleiterkörper, bei denen die Konversionsschicht unmittelbar auf dem Halbleiterkörper angeordnet ist.
Für eine Breite B von weniger als etwa 450 μm liegt die maximale Temperatur bei beabstandeter Anordnung der Konversionsschicht unterhalb derjenigen bei einem Halbleiterkörper mit direkt aufgebrachter Konversionsschicht. Mit zunehmender Breite B nimmt die maximale Temperatur jedoch stark zu. Hinsichtlich einer geringen maximalen Temperatur ist deshalb eine Breite von 400 μm oder weniger, bevorzugt 300 μm oder weniger besonders günstig.
Die Verläufe der mittleren Temperaturen 511 beziehungsweise 512 zeigen qualitativ einen ähnlichen Verlauf wie die zugehörigen maximalen Temperaturen 501 beziehungsweise 502. Quantitativ dagegen fällt der Temperaturanstieg mit zunehmender Breite langsamer aus.
In 5B ist die Extraktionseffizienz E der in der Konversionsschicht erzeugten Sekundärstrahlung aus dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement dargestellt. Den Simulationen liegt für die Seitenflächen eine Silber-Spiegelschicht und für den Halbleiterkörper eine Reflektivität von 80% für die Sekundärstrahlung zugrunde. Die Kurve 503 zeigt den Verlauf für ein gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ausgeführtes Halbleiterbauelement und die Kurve 513 einen entsprechenden Verlauf für das fünfte Ausführungsbeispiel.
Die Kurve 520 zeigt die relative Extraktionseffizienz ER, also das Verhältnis der Kurve 503 zur Kurve 513. Für alle Werte der Breite B ist die Extraktionseffizienz für das vierte Ausführungsbeispiel größer als für das fünfte Ausführungsbeispiel. Durch die vom Halbleiterkörper beabstandete Anordnung der Konversionsschicht ist die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die Sekundärstrahlung nicht auf den Halbleiterkörper, sondern auf die Seitenflächen der Aussparung trifft. Die Gefahr einer Reabsorption der Sekundärstrahlung in dem Halbleiterkörper kann so verringert werden. Entsprechend erhöht sich die Extraktionseffizienz. Wie die Kurve 520 zeigt, beträgt die so erzielbare Steigerung der Extraktionseffizienz bei einer Breite von 200 μm etwa 10% und steigt bei einer Breite von 1000 μm auf etwa 30% an.
Die relative Intensität I_R der abgestrahlten Strahlung ist in 5C für verschiedene Strahlungskonverter als Funktion der Temperatur, jeweils bezogen auf die Intensität bei 25°C, dargestellt. Die Peak-Wellenlänge der von den Strahlungskonvertern abgestrahlten Strahlung beträgt bei der Kurve 530 etwa 550 nm, bei der Kurve 531 etwa 660 nm, bei der Kurve 532 etwa 610 nm und bei der Kurve 533 etwa 515 nm. Bei allen Strahlungskonvertern nimmt die relative Intensität mit zunehmender Temperatur kontinuierlich ab. Für eine hinreichend effiziente Strahlungskonversion sollte die Temperatur des Strahlungskonverters daher 150°C oder weniger, bevorzugt 100°C oder weniger, betragen. Wie insbesondere die in den 4A bis 5B dargestellten Simulationen zeigen, kann dies mit dem beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement, insbesondere bei einer lateralen Ausdehnung des oder der Halbleiterkörper von 500 μm oder weniger, etwa zwischen 200 μm und 300 μm, auch bei hohen Leistungsdichten der Primärstrahlung erzielt werden.
In 6 ist das Ergebnis einer Simulation der Auskoppeleffizienz des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements als Funktion des Flächenverhältnisses der Fläche des Halbleiterkörpers zur maximalen Fläche der Aussparung des Wärmeableitungskörpers, also das Flächenverhältnis von Halbleiterkörper zu Auskoppelfenster, dargestellt. Die Konversionsschicht ist in einem Abstand von 100 μm vom Halbleiterkörper angeordnet. Die dargestellten Kurven 601 bis 604 zeigen Simulationsergebnisse für verschiedene Werte der Reflektivität des Halbleiterkörpers 2 und für verschiedene an die Konversionsschicht 9 angrenzende Materialien.
Bei den Kurven 601 und 602 ist das umgebene Material jeweils Luft, bei den Kurven 603 und 604 Silikon. Den Kurven 601 und 603 wurde jeweils eine Reflektivität des Halbleiterkörpers von 80%, den Kurven 602 und 604 eine Reflektivität von 90% zugrunde gelegt.
Die Simulationen zeigen, dass bei einem Flächenverhältnis von 0,04 die Auskoppeleffizienz durch Verwendung von Silikon als umgebendes Material lediglich um etwa 3% gesteigert werden kann. Mit anderen Worten weist das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement aufgrund des speziell ausgeformten Wärmeableitungskörpers eine derart hohe Auskoppeleffizienz auf, dass auf eine zusätzliche Auskoppellinse aus Silikon verzichtet werden kann.
Weiterhin zeigen die Kurven, dass die Auskoppeleffizienz mit zunehmendem Flächenverhältnis jeweils abnimmt. Je größer das Flächenverhältnis ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die von den Strahlungskonvertern erzeugte Sekundärstrahlung nicht auf eine Seitenfläche 410 der Aussparung 41, sondern auf den Halbleiterkörper 2 auftrifft und in diesem reabsorbiert oder zumindest nur zu einem geringeren Grad in Richtung des Auskoppelfensters reflektiert wird. Je höher die Reflektivität des Halbleiterkörpers ist, desto weniger stark sinkt die Auskoppeleffizienz mit zunehmendem Flächenverhältnis AR, wie die Kurven 602 und 604 im Vergleich zu den Kurven 601 und 603 zeigen.
Ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist in den 7A bis 7C anhand von Zwischenschritten jeweils schematisch in Schnittansicht dargestellt. Ein Anschlussträger 3 mit einer Mehrzahl von Anschlussflächen 31 wird bereitgestellt. Zur verbesserten Übersichtlichkeit ist in 7A lediglich ein Ausschnitt des Anschlussträgers gezeigt, aus dem ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement hervorgeht.
Jeder Anschlussfläche 31 ist eine weitere Anschlussfläche 32 zugeordnet. Auf den Anschlussflächen werden Halbleiterkörper 2 derart angeordnet, dass jeweils eine Anschlussfläche mit einer Kontaktfläche und eine weitere Anschlussfläche mit einer weiteren Kontaktfläche des Halbleiterkörpers 2 elektrisch leitend verbunden werden können. Die Halbleiterkörper 2 können beispielsweise mittels Lötens an den Anschlussflächen befestig werden.
7A zeigt in Aufsicht und zugehöriger Schnittansicht den Anschlussträger 3, auf dem die Halbleiterkörper 2 bereits befestigt sind. Auf der den Halbleiterkörpern 2 zugewandten Seite des Anschlussträgers 3 ist eine Planarisierungsschicht 7 ausgebildet. Diese kann bereits vor dem Befestigen der Halbleiterkörper an dem Anschlussträger ausgebildet werden. Hierfür eignet sich beispielsweise ein Aufschleuderverfahren.
Wie im Zusammenhang mit den 2A und 2B beschrieben, sind die Anschlussflächen 31, 32 jeweils mit Anschlussbahnen 33 miteinander verbunden. Die zur Kontaktierung der Halbleiterkörper 2 vorgesehene Struktur des Anschlussträgers 3 kann hierbei bereits ausgebildet werden, bevor die Halbleiterkörper an dem Anschlussträger befestigt werden.
Ein Wärmeableitungsträger 40 mit einer Mehrzahl von Aussparungen 41 wird bereitgestellt (7B). Die Aussparungen erstrecken sich in vertikaler Richtung durch den Wärmeableitungsträger hindurch. Die Aussparungen können beispielsweise mittels trockenchemischen oder nasschemischen Ätzens hergestellt werden. Insbesondere für Aussparungen, die mit der lateralen Richtung einen spitzen Winkel einschließen, eignet sich ein nasschemisches Ätzverfahren. Das nasschemische Ätzverfahren kann selektiv bezüglich der Kristallorientierung des Wärmeableitungsträgers sein. So können auf einfache Weise Aussparungen ausgebildet werden, deren Seitenflächen 410, abhängig vom Material des Wärmeableitungsträgers, einen genau definierten Winkel zur lateralen Richtung einnehmen. In Silizium kann beispielsweise auf einfache Weise, etwa mittels einer KOH-Ätzung, ein Winkel von etwa 54° erzielt werden. Solche nasschemisch geätzten Seitenflächen können weiterhin eine sehr glatte Oberfläche aufweisen und sind daher als Reflektorflächen besonders geeignet.
Die Seitenflächen 410 der Aussparungen 41 werden mit einer Spiegelschicht 5 versehen. Die Spiegelschicht kann beispielsweise mittels Aufdampfens oder Aufsputterns aufgebracht werden. Die glatte Oberfläche der Seitenfläche 410 zusammen mit der Spiegelschicht 5 kann so einen Reflektor hoher Güte bilden. Von dem gezeigten Ausführungsbeispiel abweichend kann der Wärmeableitungsträger auch vollflächig mit der Spiegelschicht versehen werden. Auf ein strukturiertes Aufbringen beziehungsweise nachfolgendes Strukturieren der Spiegelschicht kann in diesem Fall verzichtet werden.
Wie in 7C dargestellt, wird der Wärmeableitungsträger 40 mit der Mehrzahl von Aussparungen derart relativ zum Anschlussträger 3 positioniert, dass sich die Halbleiterkörper 2 in die Aussparungen 41 hineinerstrecken. Hierbei ist jedem Halbleiterkörper 2 jeweils eine Aussparung 41 des Wärmeableitungsträgers 40 zugeordnet.
Ein mechanisch stabiler Verbund 43, der den Wärmeableitungsträger 40 und den Anschlussträger 3 aufweist, wird mittels einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Wärmeableitungsträger und dem Anschlussträger hergestellt. Dies kann beispielsweise mittels einer Haftschicht 6, etwa einer Klebeschicht, erfolgen.
Die Haftschicht kann hierbei vor dem Herstellen des Verbunds auf dem Wärmeableitungsträger und/oder auf dem Anschlussträger ausgebildet werden.
Die Struktur des Anschlussträgers 3 in vertikaler Richtung ist mittels der Planarisierungsschicht 7 zumindest bereichsweise eingeebnet. Der mechanisch stabile Verbund 43 kann so vereinfacht ausgebildet werden.
Nachfolgend kann der Verbund 43 in eine Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 1 vereinzelt werden, wobei für jedes Halbleiterbauelement ein Wärmeableitungskörper 4 aus dem Wärmeableitungsträger 40 hervorgeht.
Das Vereinzeln kann beispielsweise mechanisch, etwa mittels Schneidens, Sägens oder Brechens und/oder chemisch, etwa mittels nasschemischen oder trockenchemischen Ätzens erzielt werden.
Auch kohärente Strahlung kann zum Vereinzeln des Verbunds eingesetzt werden.
Bei dem beschriebenen Verfahren können also der Wärmeableitungsträger 40 und der Anschlussträger 3 in separaten Herstellungsschritten weitgehend unabhängig voneinander gefertigt werden. Durch diese Aufteilung der Herstellungsschritte wird auf einfache Weise ein Herstellungsverfahren mit hoher Flexibilität und Effizienz realisiert.
Die Aussparungen 41 können im Verbund mit einer Vergussmasse 8 befüllt werden, wobei die Vergussmasse die Halbleiterkörper 2 vorzugsweise vollständig bedeckt. Der Wärmeableitungsträger 40 dient also als eine Gießform für die Vergussmasse, wobei die Gießform in dem Halbleiterbauelement verbleibt.
Nachfolgend wird über der Vergussmasse 8 eine Konversionsschicht 9 ausgebildet, wobei in der Konversionsschicht Strahlungskonverter in ein Matrixmaterial eingebettet sind.
Die Halbleiterkörper werden vor dem Befestigen an dem Anschlussträger 3 vorzugsweise epitaktisch, etwa mittels MBE oder MOVPE hergestellt. Ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterkörper kann bereichsweise oder vollflächig entfernt werden. Das Entfernen erfolgt zweckmäßigerweise vor dem Herstellen des Verbunds 43. Beispielsweise können die Halbleiterkörper 2 mit dem Aufwachssubstrat auf dem Anschlussträger 3 positioniert werden und nach der Befestigung an dem Anschlussträger 3 kann das Entfernen des Aufwachssubstrats erfolgen.
Davon abweichend kann der Anschlussträger auch mit Halbleiterkörpern 2 versehen werden, bei denen das Aufwachssubstrat bereits entfernt ist. In diesem Fall kann ein Hilfsträger für die Halbleiterkörper 2 vorgesehen sein, der die Halbleiterkörper mechanisch stabilisiert. Nach dem Befestigen der Halbleiterkörper an dem Anschlussträger 3 kann der Hilfsträger entfernt werden.
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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (1) mit – zumindest einem Halbleiterkörper (2), der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (21) aufweist; – einem Anschlussträger (3) mit einer Anschlussfläche (31), auf der der Halbleiterkörper (2) befestigt ist; und – einem Wärmeableitungskörper (4), der zumindest bereichsweise mit einer Spiegelschicht (5) versehen ist; wobei – der Wärmeableitungskörper (4) mit dem Anschlussträger (3) stoffschlüssig verbunden ist; und – der Wärmeableitungskörper (4) eine Aussparung (41) aufweist, in der der Halbleiterkörper (2) angeordnet ist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei der Halbleiterkörper (2) frei von einem Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge ist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei auf dem Halbleiterkörper (2) zwei Kontaktflächen (25, 26) ausgebildet sind, die jeweils mittels einer flachen Kontaktierung mit jeweils einer Anschlussfläche des Anschlussträgers elektrisch leitend verbunden sind.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, wobei die Kontaktflächen (25, 26) auf der dem Anschlussträger (3) zugewandten Seite des Halbleiterkörpers (2) ausgebildet sind.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmeableitungskörper (4) mittels eines Materials gebildet ist, das eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 20 W/(m·K) aufweist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmeableitungskörper (4) ein Halbleitermaterial enthält.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, wobei der Wärmeableitungskörper (4) Silizium enthält.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmeableitungskörper (4) eine Keramik enthält.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anschlussträger (3) ein Halbleitermaterial enthält.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Aussparung (41) zum Anschlussträger (3) hin verjüngt.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aussparung (41) auf der dem Anschlussträger (3) zugewandten Seite eine laterale Ausdehnung von höchstens 500 μm aufweist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmeableitungskörper (4) eine größere Dicke aufweist als der Anschlussträger (3).
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Grundfläche des Halbleiterkörpers (2) mindestens 4 der maximalen Fläche der Aussparung (41) in lateraler Richtung beträgt.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aussparung (41) mit einer Vergussmasse (8) für den Halbleiterkörper (2) befüllt ist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Halbleiterkörper (2) Strahlungskonverter zugeordnet sind, die zur zumindest teilweisen Umwandlung der im aktiven Bereich (21) erzeugten Strahlung in Strahlung größerer oder kleinerer Wellenlänge vorgesehen sind.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 15, wobei ein minimaler Abstand zwischen den Strahlungskonvertern und dem Halbleiterkörper (2) zwischen einschließlich 50 μm und einschließlich 500 μm beträgt.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Strahlungskonverter in einer Konversionsschicht (9) ausgebildet sind und die Spiegelschicht (5) mit einem Material versehen ist, das einen kleineren Brechungsindex aufweist als die Konversionsschicht (9).
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spiegelschicht (5) ein Metall enthält.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein elektronisches Bauelement (36) in den Anschlussträger (3) integriert ist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 19, wobei das mindestens eine elektronische Bauelement (36) ein Gleichrichter, ein Spannungswandler oder ein Überspannungsschutzelement ist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei sich die Aussparung (41) zum Anschlussträger hin verjüngt und auf der dem Anschlussträger (3) zugewandten Seite eine laterale Ausdehnung von höchstens 500 μm aufweist und wobei der Wärmeableitungskörper (4) und der Anschlussträger (3) ein Halbleitermaterial enthalten.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf dem Anschlussträger (3) eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern (2) angeordnet ist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 22, wobei die Halbleiterkörper (2) jeweils in einer Aussparung (41) des Wärmeableitungskörpers (4) angeordnet sind.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 22 oder 23, wobei die Halbleiterkörper (2) zumindest teilweise mittels einer Parallelschaltung und/oder einer Serienschaltung elektrisch miteinander verbunden sind.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei der Anschlussträger (3) Anschlussbahnen (33) aufweist, über die die Halbleiterkörper (2) elektrisch miteinander verbunden sind.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 25, wobei die Anschlussbahnen (33) metallisch ausgeführt sind.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 25, wobei die Anschlussbahnen (33) mittels dotierter Bereiche des Anschlussträgers (3) gebildet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen (1) mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Anschlussträgers (3) mit einer Mehrzahl von Anschlussflächen (31, 32); b) Anordnen von Halbleiterkörpern (2), die jeweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (21) aufweisen, auf den Anschlussflächen (31, 32); c) Bereitstellen eines Wärmeableitungsträgers (40) mit einer Mehrzahl von Aussparungen (41); d) Positionieren des Wärmeableitungsträgers (40) relativ zu dem Anschlussträger (3) derart, dass sich die Halbleiterkörper (2) in die Aussparungen (41) hinein erstrecken; e) Herstellen eines mechanisch stabilen Verbunds (43), der den Wärmeableitungsträger (40) und den Anschlussträger (3) aufweist; f) Vereinzeln des Verbunds (43) in eine Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen (1), wobei für jedes Halbleiterbauelement (1) ein Wärmeableitungskörper (4) aus dem Wärmeableitungsträger (40) hervorgeht.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem die Aussparungen (41) in dem Wärmeableitungsträger (40) chemisch ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, bei dem die Halbleiterkörper (2) auf einem Aufwachssubstrat abgeschieden werden und das Aufwachssubstrat vor Schritt e) zumindest bereichsweise entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, bei dem die Aussparungen (41) nach Schritt e) mit einer Vergussmasse (8) befüllt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, bei dem auf dem Wärmeableitungsträger (40) vor Schritt e) eine Spiegelschicht (5) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, bei dem der Anschlussträger (3) und/oder der Wärmeableitungsträger (40) vor Schritt e) zumindest bereichsweise mit einer Planarisierungsschicht (7) versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 33, bei dem ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 27 hergestellt wird.