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Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit einem zur Strahlungserzeugung ausgebildeten aktiven Bereich, eine optoelektronische Vorrichtung mit einer Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
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Aus den Druckschriften
US 2004 / 0 065 894 A1 ,
JP 2001 - 36 143 A ,
EP 1 670 072 A1 und
US 2007 / 0 212 802 A1 sind verschiedene Beispiele von Licht emittierenden Vorrichtungen bekannt.
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Optoelektronische Vorrichtungen sind insbesondere aus dem Beleuchtungsbereich bekannt, in dem verhältnismäßig hohe Energiedichten ausgestrahlter elektromagnetischer Strahlung erreicht werden sollen. Zu diesem Zweck wird oft eine Vielzahl von auf einem gemeinsamen Träger angeordneten Leuchtelementen verwendet. In manchen Anwendungsgebieten, beispielsweise bei aktiven Matrixanzeigen, oder auch in der Kfz-Beleuchtungstechnik, sollen das Nebenleuchten benachbarter Elemente, was auch als Übersprechen bezeichnet wird, so gering wie möglich gehalten werden. Die Elemente beeinflussen sich durch Reflexion und Durchdringung gegenseitig. Ein Nebenleuchten benachbarter Elemente führt zu einer Verringerung des Kontrasts, was für diese Anwendungen von Nachteil sein kann. Beispielsweise ist für Beleuchtungseinheiten eines Kfz-Scheinwerfers eine scharfe Abgrenzung von solchen Elementen, die einem Abblendlicht zugeordnet sind, und solchen Elementen, die einem Fernlichtbetrieb zugeordnet sind, erforderlich.
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Auch bei RGB-Aufbauten, bei denen aus einer Mischung von rotem, grünem und blauem Licht weißes Licht generiert wird, wird die Farbwiedergabe durch unerwünschtes Nebenleuchten negativ beeinflusst.
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Es stellt sich die Aufgabe, ein optoelektronisches Bauelement mit einem aktiven Bereich bereitzustellen, bei dem die seitliche Abstrahlung, die zum Nebenleuchten führt, zumindest reduziert wird.
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Darüber hinaus soll ein Herstellungsverfahren angegeben werden, das die Herstellung eines solchen optoelektronischen Bauelements in einfacher Weise gestattet.
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Die Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement gelöst, das einen Halbleiterkörper mit einer Strahlungsaustrittsfläche, der einen zur Erzeugung von Strahlung ausgebildeten aktiven Bereich aufweist, und eine für die erzeugte Strahlung durchlässige Schicht über der Strahlungsaustrittsfläche umfasst. Ein Transmissionshindernis ist geeignet die erzeugte Strahlung zu absorbieren und/oder zu reflektieren, wobei das Transmissionshindernis in der für die erzeugte Strahlung durchlässigen Schicht einen Zentralbereich über einem inneren Bereich der Strahlungsaustrittsfläche umläuft. Weiterhin weist das Transmissionshindernis einen Graben auf, der in der strahlungsdurchlässigen Schicht verläuft. Diese Ausgestaltung geht mit einer einfachen Herstellung einher. Ferner sind eine Transmission hemmende Schicht an den Grabenwänden und/oder eine Transmission hemmende Füllung im Graben vorgesehen.
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Diese verhindern die Strahlungsausbreitung durch den Graben. Durch die Schicht und/oder die Füllung sind zum aktiven Bereich gewandte Wände bedeckt.
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Durch das Transmissionshindernis wird die seitliche Abstrahlung reduziert. Das Transmissionshindernis wirkt wie eine Blende, die die seitliche Ausbreitung der Strahlen behindert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Transmissionshindernis neben Seitenflächen des aktiven Bereichs angeordnet. Somit wird auch von den Seitenflächen abgestrahlte Strahlung und sich entlang der Strahlungsaustrittsfläche ausbreitende Strahlung reflektiert oder absorbiert.
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In einer Ausgestaltung ist das Transmissionshindernis derart angeordnet, dass es den Bereich über der Strahlungsaustrittshauptfläche rahmenförmig umschließt. Somit wird die Strahlenausbreitung in Richtung senkrecht zur Strahlenaustrittsfläche konzentriert und seitliche Abstrahlung vermindert oder verhindert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft das Transmissionshindernis um Seitenbereiche beziehungsweise entlang von Seitenbereichen des Halbleiterkörpers. Auf diese Weise wird auch vom aktiven Bereich seitlich abgestrahlte Strahlung an der Ausbreitung gehindert.
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In einer alternativen Ausgestaltung verläuft das Transmissionshindernis über einem Außenbereich der Strahlungsaustrittsfläche.
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In einer Ausgestaltung umfasst das Transmissionshindernis eine Metallisierung, die vorteilhafterweise elektrisch leitend mit dem Halbleiterkörper verbunden ist. In dieser Ausführung ist das Transmissionshindernis auch zur Stromzufuhr und -verteilung geeignet.
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Die strahlungsdurchlässige Schicht ist vorteilhafterweise elektrisch isolierend. Die Kombination von Strahlungsdurchlässigkeit und Isolationswirkung geht mit reduziertem Prozessaufwand bei der Herstellung einher, weil die isolierende Schicht über dem aktiven Bereich nicht entfernt werden muss.
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Eine optoelektronische Vorrichtung sieht eine Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen vor, wobei das jeweilige Transmissionshindernis als Übersprechschutz angeordnet und ausgebildet ist. Durch die Transmissionshindernisse wird ein Nebenleuchten verhindert. Unter Übersprechen, was auch als Nebenleuchten bezeichnet wird, wird die seitliche Abstrahlung in Richtung benachbarter Elemente verstanden. Die Elemente werden durch die mit dem Übersprechen einhergehende Reflexion und Durchdringung beeinflusst.
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Die Effektivität der LEDs wird durch Vermeidung des Übersprechens erhöht.
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Beim Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements wird ein Halbleiterkörper mit einer Strahlungsaustrittsfläche, der einen zur Strahlungserzeugung ausgebildeten aktiven Bereich umfasst, bereitgestellt. Eine strahlungsdurchlässige Schicht wird auf zumindest die Strahlungsaustrittsfläche aufgebracht. Ein Transmissionshindernis, das geeignet ist Strahlung zu absorbieren und/oder zu reflektieren, wird in die strahlungsdurchlässige Schicht eingebracht, sodass das Transmissionshindernis in der strahlungsdurchlässigen Schicht einen Zentralbereich über einem inneren Bereich der Strahlenaustrittsfläche umläuft.
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Dabei umfasst das Einbringen einen Graben in der strahlungsdurchlässigen Schicht zu formen. Dieser Herstellungsschritt erfolgt im selben Herstellungsschritt, in dem Bereiche der strahlungsdurchlässigen Schicht entfernt werden, um die Bereiche des Halbleiterköpers zur Kontaktierung zugänglich zu machen, sodass kein zusätzlicher Fertigungsschritt erforderlich ist. Weiterhin wird eine Transmission hemmende Schicht an den Grabenwänden aufgebracht und/oder eine Transmission hemmende Füllung im Graben eingebracht, um den Transmission hemmenden Effekt zu verstärken. Durch die Schicht und/oder Füllung werden zum aktiven Bereich gewandte Wände bedeckt.
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Vorteilhafterweise wird der Graben durch Lasern geformt, was eine einfache und genaue Ausbildung des Grabens ermöglicht.
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Vorteilhafterweise werden die Transmission hemmende Schicht und/oder die Transmission hemmende Füllung durch Metallisieren, Dispensen oder Drucken auf- beziehungsweise eingebracht, was mit einer einfachen Herstellung einhergeht.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele von optoelektronischen Bauelementen näher erläutert. In den dargestellten Ausführungsbeispielen werden identische Bezugszeichen für Elemente mit gleicher oder ähnlicher Funktion verwendet.
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Zwecks Anschaulichkeit wird auf eine maßstabsgetreue Darstellung verzichtet.
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Es zeigen:
- 1 einen Ausschnitt aus einer optoelektronischen Vorrichtung mit einer Mehrzahl optoelektronischer Bauelemente,
- 2 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements,
- 3 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauelements,
- 4 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements,
- 5 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements,
- 6 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauelements in 5 und
- 7 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements.
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1 zeigt im Querschnitt einen Ausschnitt aus einer optoelektronischen Vorrichtung mit mehreren optoelektronischen Bauelementen, von denen zwei dargestellt sind. Die Vorrichtung weist ein Trägerelement 2 auf. Auf diesem Trägerelement 2 sind zwei benachbarte Elemente 3a und 3b angeordnet, bei denen es sich um Strahlung emittierende LED-Chips handelt. Jedes der Elemente 3a und 3b umfasst einen Halbleiterkörper 33a, 33b. Die Halbleiterkörper 33a, 33b umfassen jeweils einen Halbleiterschichtenstapel mit einem zur Strahlungserzeugung ausgebildeten aktiven Bereich 4a, 4b.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der optische Bereich 4a, 4b ein Bereich eines Halbleiterschichtenstapels, in dem Majoritäts- und Minoritätsträger einer Halbleiterdiodenstruktur beim Anlegen einer Betriebsspannung miteinander rekombinieren und elektromagnetische Strahlung, also Licht, aussenden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die aktiven Bereiche 4a, 4b über die gesamte Fläche der Halbleiterkörper 33a, 33b.
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Die erzeugte Strahlung tritt im Wesentlichen an der Strahlungsaustrittsfläche 44a, 44b aus, welches die vom Trägerelement 2 weg gewandte Oberseite des Halbleiterkörpers 33a, 33b ist. Das Licht wird nicht nur senkrecht zur Strahlungshauptfläche 44a, 44b abgestrahlt, sondern auch seitlich in Richtung der benachbarten Elemente. Diese seitliche Abstrahlung wird als Nebenleuchten bezeichnet.
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Beispielsweise handelt es sich bei dem Trägerelement 2 um ein Leiterplattenmaterial, auf dem zwei LED-Chips als benachbarte Strahlung emittierende Elemente 3a und 3b aufgelötet sind. Alternativ kann das Trägerelement 2 auch als Keramikträger ausgeführt sein, auf dem die Elemente 3a und 3b festgeklebt sind. Auch die Verwendung eines Aufwachssubstrates, beispielsweise eines Germanium-Wafers, als Trägerelement ist möglich.
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Die beiden benachbarten Elemente 3a und 3b, wie auch das Trägerelement 2 zwischen den Elementen 3a und 3b, sind mit einer strahlungsdurchlässigen Schicht 55 bedeckt, welche als elektrisch isolierende Schutzschicht dient. Bei der strahlungsdurchlässigen Schicht 55 handelt es sich beispielsweise um eine Silikonfolie, die im Wellenbereich der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung ganz oder überwiegend oder zumindest teilweise durchlässig ist.
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Ferner sind Transmissionshindernisse 66 vorgesehen, die geeignet sind, Strahlung zu absorbieren oder zu reflektieren. Das Transmissionshindernis 66 umläuft in der strahlungsdurchlässigen Schicht 55 einen Zentralbereich 550 über einen inneren Bereich der Strahlungsaustrittsfläche 44. Der Zentralbereich 550 in der strahlungsdurchlässigen Schicht 55 ist zur Veranschaulichung im linken Element 3a der 1 schraffiert dargestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umläuft das Transmissionshindernis 66 sogar den gesamten Bereich über der Strahlungsaustrittsfläche 44.
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Das Transmissionshindernis absorbiert oder reflektiert, zumindest einen Teil, der darauf treffenden Strahlung, welche sich in der strahlungsdurchlässigen Schicht 55 ausbreitet. Dieses führt zur Reduktion der seitlichen Abstrahlung und reduziert das Nebenleuchten.
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In dem dargestellten Beispiel ist das Transmissionshindernis 66 als Graben ausgebildet. Ein Transmissionshindernis, das wie in 1 als ungefüllter Graben ausgebildet ist, vermindert die seitliche Strahlungsausbreitung im Wesentlichen durch Reflektion. Dabei hängt es von den Materialen, die an der Reflexionsfläche aufeinander treffen, und dem Strahlungswinkel ab, ob das emittierte Licht reflektiert und transmittiert wird, sodass das Transmissionshindernis in einem Beispiel lediglich Transmission hindernd ist und das Nebenleuchten nur reduziert.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bauelements. Dieses umfasst ein auf einem Substrat 2 angeordnetes Element 3 mit einem Halbleiterkörper 33, der einen aktiven Bereich 4 hat.
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In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Halbleiterkörper 33 mit dem aktiven Bereich 4 nicht über die gesamte Breite und Länge des Elements 3. Das Element 3 ist derart strukturiert, dass der Halbleiterkörper 33 als oberer Bereich des Elements 3 zentral angeordnet ist. Das Element 3 mit dem Halbleiterkörper 33 ist mit einer strahlungsdurchlässigen Schicht 55 bedeckt. Der aktive Bereich 4 hat eine Strahlungsaustrittsfläche 44, an der das Licht im Wesentlichen austritt.
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Das Transmissionshindernis 66 ist in diesem Ausführungsbeispiel als mit einem Strahlung absorbierenden Material aufgefüllter Graben ausgebildet, sodass seitliche Ausbreitung der Strahlung im Wesentlichen durch Absorption vermindert wird.
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Im in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft das Transmissionshindernis 66 umlaufend um den aktiven Bereich 4. Es verläuft um die Seitenbereiche 45 des aktiven Bereichs 4, sodass seitliche Abstrahlung an den Seiten des Halbleiterkörpers 33 verhindert wird. Das Transmissionshindernis 66 erstreckt sich von der Oberseite der strahlungsdurchlässigen Schicht 55 bis zur Oberseite des Elements 3, die auf Grund der Strukturierung des Halbleiterkörpers 3 die Oberfläche eines Elementabsatzes ist. Mit anderen Worten ist die strahlungsdurchlässige Schicht 55 bis auf die Elementoberseite abgetragen.
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In 2 sind beispielhaft die Verläufe verschiedener Lichtstrahlen 10a, 10b, 10c, 10d skizziert. Es gibt senkrecht zur Strahlungsaustrittsflache 44 verlaufende Strahlen 10a und schräg dazu verlaufende Strahlen 10b, die ohne auf das Transmissionshindernis 66 zu treffen die strahlungsdurchlässige Schicht 55 durchlaufen. Schräg von der Strahlungsaustrittfläche 44 abgestrahlte Strahlen 10c, die auf das Transmissionshindernis 66 treffen, werden absorbiert oder reflektiert. Das gleiche gilt auch für seitlich vom aktiven Bereich, also nicht über die Strahlungsaustrittfläche 44 abgestrahlte Strahlung 10d.
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Durch das Transmissionshindernis 66 wird die seitliche Abstrahlung reduziert, um so ein Nebenleuchten zu eventuell benachbarten Elementen 3 zu unterbinden oder zumindest zu reduzieren.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bauelements. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird im Folgenden lediglich auf die Unterschiede der in 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele eingegangen. Auf die Darstellung der Strahlen ist in 3 verzichtet worden.
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Im in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Transmission hemmende Schicht 68 auf die Wände des Grabens 67 aufgebracht. Die sich durch die Grabenwand ausbreitende Strahlung wird durch diese Schicht zumindest reduziert. In einem Ausführungsbeispiel ist die Transmission hemmende Schicht 67 auch Transmission unterbindend. Ein Ausführungsbeispiel der Transmission hemmenden Schicht 67 wirkt wie ein Spiegel und bewirkt die Reflexion der auf die Schicht 67 treffenden Strahlen. Ein Ausführungsbeispiel der Transmission hemmende Schicht wirkt absorbierend und hindert die Strahlen an der weiteren Ausbreitung durch den Graben hindurch. Auch eine Kombination dieser Effekte ist denkbar.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel bedeckt die Transmission hemmende Schicht 67 die Grabenwände nicht in Gänze, sondern lediglich einen Teil der Grabenwände. Es ist denkbar, dass lediglich zum aktiven Bereich 4 gewandte Wände bedeckt sind oder lediglich vom aktiven Bereich 4 weg gewandte Wände bedeckt sind. Es ist auch denkbar, dass die Transmission hemmende Schicht sich nur über einen Teil der Höhe der Wände erstreckt. In einem Ausführungsbeispiel ist der Graben 67 lediglich zum Teil gefüllt. In einem Ausführungsbeispiel ist sowohl ein Materialauftrag auf den Grabenwänden vorgesehen als auch, dass der Graben zumindest teilweise gefüllt ist.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bauelements. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zwischen den in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen eingegangen.
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Das Transmissionshindernis ist als ein mit einem Transmission hemmenden Material 69 gefüllter Graben 67 ausgebildet. Für die Transmission hemmende Schicht 68 oder Füllung 69 sind beispielsweise Metallisierungen geeignet. Auch andere Stoffe, die die Strahlungsdurchlässigkeit reduzieren, kommen in Frage, beispielsweise Pigmentlacke oder gefärbte Silikonharze.
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Im in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Transmissionshindernis nicht bis auf die Oberseite des Elements 3. Dies hat den Vorteil, dass die Oberfläche des Elements 3 mit einer dünnen isolierenden Restschicht bedeckt ist. Allerdings wird die seitlich vom aktiven Bereich abgestrahlte Strahlung 10d nicht vollständig an ihrer seitlichen Ausbreitung gehindert. Allerdings wird die Strahlung im Wesentlichen über die Strahlungsauftrittsfläche 44 abgestrahlt, sodass die seitliche Abstrahlung 10d vom aktiven Bereich 4 nur einen geringen Anteil hat. Um diesen Effekt zu verringern, erstreckt sich in einem Ausführungsbeispiel, das nicht gezeigt ist, das Transmissionshindernis von der Oberseite der strahlungsdurchlässigen Schicht über die Seitenbereiche 45 des aktiven Bereichs hinausreichend in die strahlungsdurchlässige Schicht 55, jedoch nicht bis zur Oberseite des Elements 3 hinunter reichend.
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4 zeigt, dass das Transmissionshindernis 66 auch zur Stromzufuhr beziehungsweise Stromverteilung verwendet werden kann. Das Transmissionshindernis 67, 69 ist als mit einer Metallisierung gefüllter Graben 67 ausgebildet.
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Der Halbleiterkörper 33 ist als Halbleiterstapel ausgebildet. Der optische Bereich 4a, 4b, angeordnet zwischen einem ersten Bereich 331 und einem zweiten Bereich 332, ist ein Bereich des Halbleiterschichtenstapels, in dem Majoritäts- und Minoritätsträger einer Halbleiterdiodenstruktur beim Anlegen einer Betriebsspannung miteinander rekombinieren und elektromagnetische Strahlung aussenden. In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich der aktive Bereich 4 über die gesamte Fläche des Halbleiterkörpers 33.
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Die Betriebsspannung wird über Kontaktmittel am ersten und am zweiten Bereich 331, 332 angelegt. Die Metallisierung 69 im Graben 67 ist über Kontaktelemente 16 mit dem ersten Bereich 331 des Halbleiterkörpers 33 verbunden. In einem Ausführungsbeispiel sind die Kontaktelemente als gitterförmig über dem oder im ersten Bereich verlaufend ausgebildet. Der zweite Bereich 332 wird über eine flächige Elektrode 8 an der Unterseite des Halbleiterkörpers 33 kontaktiert. Die Betriebspannung liegt zwischen der Metallisierung im Graben 67 und der Elektrode 8 an. Die Grabenmetallisierung wird als LED umlaufende Leiterbahn genutzt, um die Stromverteilung zu verbessern. Das Transmissionshindernis dient in diesem Fall nicht nur dazu, um ein Nebenleuchten zu unterbinden, sondern es wird gleichzeitig zur Stromzuführung genutzt.
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In einem alternativen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Elektrode zwischen dem Element 3 und dem Trägerelement 2 angeordnet und der Strom wird über Leiterstrukturen im Element 3 zum Halbleiterkörper 33 geführt.
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Durch die umlaufende Metallisierung des Transmissionshindernisses ist eine verteilte Stromzuführung an mehreren Stellen des ersten Bereichs 331 möglich, wodurch die Homogenität der LED gesteigert werden kann. Im Gegensatz zur konventionellen Stromzuführung an einem Punkt, wird der Strom verteilt zugeführt, was es erlaubt, die Schicht, durch die der Strom zum aktiven Bereich läuft, dünner als bei konventioneller Zuführung auszugestalten.
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Die Bauelemente sind für folgende Kontaktiertechnik geeignet (eine derartige Kontaktiertechnik wird beispielsweise in der
DE 10 2006 015 115 A1 beschrieben): Die Bauelemente werden auf einem Trägerkörper aufgebracht. Auf die Bauelemente und dem Trägerkörper wird eine Isolierschicht aufgebracht. In der Isolierschicht werden Ausnehmungen ausgebildet, mittels derer mindestens jeweils eine elektrische Anschlussfläche der Bauelemente teilweise oder vollständig freigelegt wird. Auf die Isolierschicht wird elektrisch leitfähiges Material derart aufgebracht, dass es mit den elektrischen Anschlussflächen verbunden wird, zum Ausbilden einer elektrischen Leiterbahnstruktur.
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Zweckmäßigerweise wird das elektrisch leitfähige Material in Form einer Schicht aufgebracht. Diese Schicht kann, je nach Ausführung und Form der zu realisierenden Leiterbahnstruktur, nachfolgend strukturiert werden, sodass insbesondere auch elektrisch voneinander isolierte Leiterbahnen der Leiterbahnstruktur hergestellt werden können.
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Es können mehrere Module gemeinsam und im Wesentlichen gleichzeitig hergestellt werden. Insbesondere das Aufbringen der Isolierschicht, das Ausbilden von Ausnehmungen und das Aufbringen von elektrisch leitfähigem Material lässt sich in einer Reihe von Batch-Prozessen durchführen. In diesen Batch-Prozessen kann eine Vielzahl von elektronischen Modulen parallel prozessiert werden, was eine kostengünstige Alternative zu der Verwendung von Einzelprozessen ist, wie sie zum Beispiel beim Bonden unter Verwendung von Bonddrähten nötig sind.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bauelements mit einem Halbleiterkörper 33, der auf einem Substrat 2 angeordnet ist. Der Halbleiterkörper 33 umfasst einen ersten Bereich 331 und einen zweiten Bereich 332, zwischen denen der aktive Bereich 4 angeordnet ist. Eine strahlungsdurchlässige Schicht 55 bedeckt den Halbleiterkörper und das benachbarte Substrat 2.
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Das als Graben 67 ausgebildete Transmissionshindernis umläuft in der strahlungsdurchlässigen Schicht einen Zentralbereich 550 über einen inneren Bereich der Strahlungsaustrittshauptfläche 44. Dabei verläuft der Graben 67 über einem Außenbereich der Strahlungsaustrittsfläche 44. Der Graben erstreckt sich von der Oberfläche der strahlungsdurchlässigen Schicht 55 bis zur Oberseite des Halbleiterkörpers 33. Die im Graben eingebrachte Metallisierung 69 dient auch als Stromzufuhr und ist elektrisch leitend mit dem ersten Bereich 331 verbunden. Der zweite Bereich 332 ist mit einer flächigen Elektrode 8 kontaktiert, die zwischen dem zweiten Bereich 332 und dem Trägerelement 2 angeordnet ist.
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6 zeigt das Ausführungsbeispiel, das in 5 im Querschnitt dargestellt ist, in der Draufsicht. Die umlaufende Metallisierung 69 im Graben 67 ist mit einem Kontaktbereich 6 verbunden, der in einer Ecke über dem Halbleiterkörper 33 angeordnet ist. Über diesen Kontaktbereich 6 ist es möglich, die LED beispielsweise über einen Bonddraht zu kontaktieren. Auch die Kontaktierung über eine über die strahlungsdurchlässige Schicht geführte, strukturierte Kontaktierungsschicht ist denkbar.
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Bei einer beispielhaften Ausgestaltung des Bauteils können Dünnfilm-Leuchtdiodenchips als Element oder Halbleiterkörper vorgesehen werden, beispielsweise auf Basis eines Nitrid-Verbindungshalbleitermaterials. Bei dieser Ausgestaltung sind eine erste und eine zweite Anschlussschicht zumindest stellenweise zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Trägerelement 2 angeordnet. Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip zeichnet sich durch mindestens eines der folgenden charakteristischen Merkmale aus:
- - an einer zu dem Trägerelement 2, insbesondere einem Trägersubstrat, hingewandten Hauptfläche der Strahlung erzeugenden Halbleiterschichtenfolge, bei der es sich insbesondere um eine Strahlung erzeugende Epitaxie-Schichtenfolge handelt, ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung 10 in diese zurückreflektiert;
- - bei dem Trägerelement 2 handelt es sich nicht um ein Wachstumssubstrat, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen wurde, sondern um ein separates Trägerelement 2, das nachträglich an der Halbleiterschichtenfolge befestigt wurde;
- - die Halbleiterschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 µm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 µm oder weniger auf;
- - die Halbleiterschichtenfolge ist frei von einem Aufwachssubstrat; vorliegend bedeutet „frei von einem Aufwachssubstrat“, dass ein gegebenenfalls zum Aufwachsen benutztes Aufwachssubstrat von der Halbleiterschichtenfolge entfernt oder zumindest stark gedünnt ist; insbesondere ist es derart gedünnt, dass es für sich oder zusammen mit der Epitaxie-Schichtenfolge alleine nicht freitragend ist; der verbleibende Rest des stark gedünnten Aufwachssubstrats ist insbesondere als solches für die Funktion eines Aufwachssubstrates ungeeignet; und
- - die Halbleiterschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der Halbleiterschichtenfolge führt, das heißt, sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
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Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist in guter Näherung ein Lambert'scher Oberflächenstrahler und eignet sich von daher beispielsweise gut für die Anwendung in einem Scheinwerfer, etwa einem Kraftfahrzeugscheinwerfer.
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7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bauelements. Dieses unterscheidet sich von dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass ein Lumineszenzkonversionselement 13 vorgesehen ist, welches auf der aktiven Schicht 4 angeordnet ist. Das Konversionselement 13 absorbiert einen Teil der elektromagnetischen Strahlung einer ersten Wellenlänge des optisch aktiven Bereichs 4 und strahlt elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge aus. In einem Ausführungsbeispiel strahlt der optisch aktive Bereich 4 Licht einer verhältnismäßig kurzen Wellenlänge, beispielsweise blaues Licht, das durch das Konversionselement 13 zumindest teilweise in Licht einer längeren Wellenlänge, beispielsweise gelbes oder grünes und rotes Licht, umgewandelt wird. Durch die Überlagerung von elektromagnetischer Strahlung kurzer Wellenlänge und größerer Wellenlänge entsteht für einen Beobachter des optoelektronischen Bauelements der Eindruck eines mischfarbigen, beispielsweise weißen, Leuchtelements. Auf diese Weise kann das optoelektronische Bauelement an ein vorgegebenes Anforderungsprofil angepasst werden. Konversionselemente 13 können durch Eindringen von Leuchtstoff hergestellt werden oder als separate Konversionsplättchen auf einem optoelektronischen Bauelement angeordnet werden.
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Das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements umfasst das Bereitstellen eines Halbleiterkörpers, der einen zur Strahlungserzeugung ausgebildeten aktiven Bereich mit einer Strahlungsaustrittsfläche umfasst. Auf die Strahlungsaustrittfläche wird eine strahlungsdurchlässige Schicht aufgebracht. Im folgenden Schritt wird das Transmissionshindernis in die strahlungsdurchlässige Schicht eingebracht, sodass das Transmissionshindernis in der strahlungsdurchlässigen Schicht einen Zentralbereich über einem inneren Bereich der Strahlenaustrittsfläche umläuft.
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Bei der strahlungsdurchlässigen Schicht handelt es sich beispielsweise um eine Silikonfolie, welche zur Isolation dient. Diese Silikonfolie ist beispielsweise lichtdurchlässig, UV-beständig und hat beispielsweise eine Dicke zwischen 10 und 100 µm, bevorzugt zwischen 20 und 50 µm. In einem Ausführungsbeispiel ist die isolierende Schicht klar. Da die Schicht strahlungsdurchlässig ist, ist es nicht erforderlich, die Schicht über der Strahlungsaustrittsfläche zu entfernen, was effizient hinsichtlich des Aufwands und der Kosten ist und eine mögliche Beschädigung der Licht emittierenden Schicht vermeidet.
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Um den Zentralbereich über dem Innenbereich der Strahlungsaustrittsfläche umlaufend wird ein möglichst dünner Graben erzeugt (vorteilhafterweise zwischen 30 und 50 µm), indem das Isolationsmaterial entfernt wird, beispielsweise mittels Laserablation. In einem Ausführungsbeispiel wird der Graben über dem Außenbereich der Strahlungsaustrittsfläche eingebracht. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Graben um die Strahlungsaustrittsfläche umlaufend eingebracht. In einem Ausführungsbeispiel verbleibt eine strahlungsdurchlässige Restschicht zwischen dem Grabenboden und dem Element.
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In diesem Fall wird der Graben so tief gelasert, dass eine eventuell erforderliche Isolation der darunter liegenden Strukturen gewährleistet ist. Ist dies nicht erforderlich, so kann auch bis zur Oberfläche der LED das Material entfernt werden, beispielsweise mittels Laserablation, sodass die Oberfläche nicht beschädigt wird. In einem derartigen Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Graben bis auf das Element beziehungsweise dessen Halbleiterkörper. In einem weiteren Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Graben bis in das Element beziehungsweise dessen Halbleiterkörper hinein.
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In einem weiteren Prozessschritt wird der Graben, beispielsweise durch Lasern, strukturiert. Auf die strahlungsdurchlässige Schicht und den geöffneten Graben wird eine dünne Metallisierung gesputtert. Eine fotoempfindliche Schicht, beispielsweise als Fotofilm oder Fotolack, wird aufgetragen und belichtet. In Abhängigkeit davon, ob sie belichtet worden sind, werden Bereiche der fotoempfindlichen Schicht entfernt. Die von der Fotoschicht befreiten Bereiche der Sputterschicht werden beispielsweise durch Kupferauftrag verstärkt, sodass sich die Dicke der Metallisierung in diesen Bereichen erhöht. Nach einem Ätzschritt zur Entfernung der fotoempfindlichen Schicht und der darunter liegenden Sputterschicht bleibt, in einem Ausführungsbeispiel, in dem die Metallisierung zur Kontaktierung dient, eine Transmission hemmende Metallisierung im Graben, welche von der Oberseite der strahlungsdurchlässigen Folie bis Grabenboden reicht. Zur Güteverbesserung des Strukturierungsprozess kann im Rahmen der Laserbelichtung LDI, „laser direct imaging“, und AOI, „automatic optical inspection“, engesetzt werden, was die Genauigkeit bei der Fertigung erhöht.
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Die Metallbahn stellt eine Transmission hemmende Wand für zur Seite austretendes Licht der LED dar, sodass es zu keinem Übersprechen bei benachbarten LEDs kommen kann oder dieses zumindest deutlich reduziert wird. Die Metallisierung bildet einen effektiven Blendenschutz aus Metall.
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Gleichzeitig mit der Ausbildung des metallgefüllten Grabens können Kontaktierungen ausgebildet werden. Dazu wird im selben Schritt, in dem der Graben weggelasert wird, die strahlungsdurchlässige Schicht über zu kontaktierenden Bereichen des Elementes entfernt. Dieses kann auch durch Lasern erfolgen. Im nachfolgenden Strukturierungsschritt werden dann diese Bereiche durch die strukturierten Metallisierungen kontaktiert.
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Die Ausbildung des Grabens erfolgt im gleichen Prozessschritt wie die Öffnung der Kontaktpads mittels Laserablation. Somit ist kein weiterer, zusätzlicher Prozessschritt erforderlich.
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Zur zusätzlichen Ausbildung des Transmissionshindernisses ist es lediglich erforderlich, die Belichtungsmaske anzupassen.
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Die folgenden Schritte unterscheiden sich nicht von denen, die erforderlich sind, um die Elemente zu kontaktieren. Es sind keine zusätzlichen Prozesse erforderlich, was kostengünstig ist.
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Alternativ lässt sich der Graben auch mittels Dispensierens, Druckens beispielsweise mit einem Inkjet oder einem Siebdrucker mit Materialien füllen, welche die Lichtdurchlässigkeit reduzieren. Beim Ausbilden des Transmissionshindernisses bleibt die optische Funktion, also Strahlungsdurchlässigkeit, des Isolationsmaterials erhalten.
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Es sei bemerkt, dass die oben genannten Merkmale, insbesondere die Merkmale der Ausführungsbeispiele selbstverständlich kombinierbar sind.
