DE102010009016A1

DE102010009016A1 - Optoelektronischer Halbleiterchip und optoelektronisches Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102010009016A1
Application number: DE102010009016A
Authority: DE
Inventors: Stefan 93077 Grötsch
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2011-08-25

Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip (4) angegeben mit: – einem Halbleiterkörper (1), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer Vorderseite (2) aussendet, und – einer separat gefertigten Streuschicht (5) auf der Vorderseite (2) des Halbleiterkörpers (1), die dazu vorgesehen ist, die Strahlung des Halbleiterkörpers (1) zu streuen. Es wird weiterhin ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem solchen Halbleiterchip angegeben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterchip und ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem solchen optoelektronischen Halbleiterchip.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen optoelektronischen Halbleiterchip mit homogenisierter Abstrahlcharakteristik anzugeben. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einer homogenisierten Abstrahlcharakteristik anzugeben.
Die vorliegenden Aufgaben werden durch einen optoelektronischen Halbleiterchip mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und/oder 14 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterchips sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein optoelektronischer Halbleiterchip mit einer homogenisierten Abstrahlcharakteristik umfasst insbesondere einen Halbleiterkörper, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer Vorderseite aussendet und weiterhin eine separat gefertigte Streuschicht auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers, die dazu vorgesehen ist, die Strahlung des Halbleiterkörpers zu streuen.
Es sei darauf hingewiesen, dass vorliegend unter einer separat gefertigten Streuschicht eine Streuschicht verstanden wird, die nicht Teil des Halbleiterkörpers ist. Insbesondere ist vorliegend mit dem Begriff „separat gefertigten Streuschicht” keine Oberflächenstrukturierung des Halbleiterkörpers gemeint. Vielmehr ist es vorliegend vorgesehen, dass Halbleiterkörper und Streuschicht mit separaten Herstellungsprozessen hergestellt werden. Hierbei ist es möglich, dass Halbleiterkörper und Streuschicht getrennt voneinander gefertigt werden und die Streuschicht anschließend auf dem Halbleiterkörper angebracht wird. Hierbei ist die Streuschicht bevorzugt selbsttragend ausgebildet. Bei der Streuschicht handelt es sich dann zum Beispiel um eine Folie oder ein Plättchen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Streuschicht direkt auf dem vorgefertigten Halbleiterkörper erzeugt wird, beispielsweise durch Drucken. Es ist insbesondere möglich, dass die Streuschicht nicht-epitaktisch hergestellt ist und/oder insbesondere nicht aus einem Halbleitermaterial besteht.
Vorliegend ist die Streuschicht „auf” dem Halbleiterkörper angeordnet. Hiermit ist nicht zwingend gemeint, dass sich die Streuschicht in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper befindet. Vielmehr können zwischen der Vorderseite des Halbleiterkörpers und der Streuschicht weitere Schichten angeordnet sein, beispielsweise eine wellenlängenkonvertierende Schicht. Auch ein Haftvermittler, wie etwa ein Klebstoff, kann flächig oder lokal begrenzt zwischen dem Halbleiterkörper und der Streuschicht angeordnet sein. Bei dem Klebstoff kann es sich zum Beispiel um ein Silikon handeln. Besonders bevorzugt ist jedoch kein Luftspalt zwischen der Streuschicht und der Vorderseite des Halbleiterkörpers vorhanden.
Mit Hilfe der Streuschicht kann vorliegend vorteilhafterweise eine Homogenisierung der Abstrahlcharakteristik des Halbleiterchips erzielt werden. Eine zentrale Idee ist hierbei, das Element zur Homogenisierung der Abstrahlcharakteristik – die Streuschicht – mit dem Halbleiterchip zu verbinden und möglichst nahe dem strahlungserzeugenden Element – dem Halbleiterkörper – anzuordnen. Hierdurch können insbesondere kleine und effiziente Lichtquellen mit homogener Abstrahlcharakteristik geschaffen werden. Weiterhin ist es möglich Inhomogenitäten in der Abstrahlcharakteristik des Halbleiterchips, die auf stromeinprägende Strukturen, beispielsweise metallische stegförmige Strukturen, auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers zurückzuführen sind, deutlich zu mildern.
Unter Abstrahlcharakteristik ist vorliegend insbesondere die Lichtverteilung im Nahfeld zu verstehen. Das heißt, die Streuschicht führt insbesondere zu einer Homogenisierung der Leuchtfläche des Halbleiterchips. Es wird eine besonders homogene Lichtverteilung an der strahlungsemittierenden Vorderseite des Halbleiterchips erreicht.
Die Halbleiterchips alleine oder auch als Teil eines optoelektronischen Halbleiterbauelements, wie es weiter unten im Detail beschreiben wird, sind insbesondere zur Ausleuchtung oder Hinterleuchtung von Mikrodisplays oder auch Projektoren geeignet. Durch die Verwendung eines Halbleiterchips mit Streuschicht oder eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit einem solchen Halbleiterchip ist es insbesondere vorteilhafterweise möglich, auf zusätzliche vergleichsweise große Elemente zur Homogenisierung der Abstrahlcharakteristik, wie beispielsweise Lichttunnel oder Mikrolinsenarrays, zu verzichten.
Bevorzugt weichen die Fläche einer Hauptseite der Streuschicht und die Fläche der Vorderseite des Halbleiterkörpers nicht mehr als 10% voneinander ab. Besonders bevorzugt weichen die Fläche der Hauptseite der Streuschicht und die Fläche der Vorderseite des Halbleiterkörpers nicht mehr als 5% voneinander ab.
Bevorzugt ist die Streuschicht innerhalb der Fertigungstoleranzen deckungsgleich mit der strahlungsemittierenden Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordnet, so dass ein möglichst großer Überlapp zwischen der Hauptseite der Streuschicht und der strahlungsemittierenden Vorderseite des Halbleiterkörpers vorhanden ist. Bevorzugt sind hierbei mindestens 90% der strahlungsemittierenden Vorderseite des Halbleiterkörpers von der Streuschicht bedeckt. Besonders bevorzugt sind mindestens 95% der strahlungsemittierenden Vorderseite des Halbleiterkörpers von der Streuschicht bedeckt. Insbesondere ist es möglich, dass die Streuschicht den Halbleiterkörper lateral nicht überragt. Zum Beispiel sind die Streuschicht und die strahlungsemittierende Vorderseite gleich groß und deckungsgleich ausgebildet. Dadurch kann die Etendue besonders gut erhalten werden. Es ist aber auch möglich, dass die strahlungsemittierende Vorderseite die Streuschicht stellenweise überragt. Das heißt zum Beispiel, ein Randbereich der strahlungsemittierenden Vorderseite kann frei von der Streuschicht sein. Die strahlungsemittierende Vorderseite überragt die Streuschicht dabei stellenweise oder rahmenartig um höchstens 30 μm.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Streuschicht in direktem Kontakt auf die Vorderseite des Halbleiterkörpers aufgebracht. In diesem Fall bildet die Streuschicht eine direkte Grenzfläche mit der Vorderseite des Halbleiterkörpers aus.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Streuschicht eine Dicke zwischen 10 μm und 2 mm auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Besonders bevorzugt weist die Streuschicht eine Dicke zwischen 80 μm und 300 μm auf, wobei wiederum die Grenzen eingeschlossen sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der Streuschicht und der Vorderseite des Halbleiterkörpers eine wellenlängenkonvertierende Schicht angeordnet, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung des Halbleiterkörpers in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
Die wellenlängenkonvertierende Schicht kann beispielsweise aus einem Matrixmaterial gebildet sein, in das anorganische Wellenlängenkonversionsstoffpartikel eingebracht sind. Weiterhin kann die wellenlängenkonvertierende Schicht auch aus einer wellenlängenkonvertierenden Keramik gebildet sein.
Besonders bevorzugt wird eine wellenlängenkonvertierende Schicht dazu eingesetzt, einen Halbleiterchip zu erzielen, der elektromagnetische Strahlung mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel aussendet. Hierzu wird bevorzugt ein Halbleiterkörper, der primäre Strahlung aus dem blauen Spektralbereich aussendet, zusammen mit einer wellenlängenkonvertierenden Schicht verwendet, die einen Teil der primären blauen Strahlung in gelbe Strahlung oder in rote und grüne Strahlung umwandelt. Das Mischlicht aus der primären Strahlung und der konvertierten Strahlung, also blau und gelb oder blau, grün und rot erscheint für das menschliche Auge weiß.
Weiter besonders bevorzugt wird eine wellenlängenkonvertierende Schicht dazu eingesetzt, einen Halbleiterchip zu erzielen, der elektromagnetische Strahlung im Spektralbereich von grünem Licht oder andersfarbigem Licht aussendet. So kann die wellenlängenkonvertierende Schicht zum Beispiel UV-Strahlung oder blaues Licht vollständig zu grünem Licht konvertieren.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Streuschicht in zumindest einer Ausführungsform keine wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften, sondern lediglich streuende Eigenschaften aufweist. Insbesondere sind die Streuzentren der Streuschicht nicht durch die Partikel eines Wellenlängenkonversionsmaterials gebildet.
Bei der Ausführungsform des Halbleiterchips, bei dem zwischen der Vorderseite des Halbleiterkörpers eine wellenlängenkonvertierende Schicht zwischen der Streuschicht und der Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordnet ist, ist die Streuschicht vorzugsweise auch dazu vorgesehen, die von der wellenlängenkonvertierenden Schicht umgewandelte Strahlung zu streuen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Streuschicht eine Vielzahl an Streuzentren auf, die von einem Matrixmaterial umgeben sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Streuzentren besonders bevorzugt möglichst homogen innerhalb der Streuschicht verteilt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Streuzentren einen Durchmesser zwischen 2 μm und 50 μm auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Besonders bevorzugt weisen die Streuzentren einen Durchmesser zwischen 5 μm und 15 μm auf, wobei wiederum die Grenzen eingeschlossen sind.
Bevorzugt weisen die Streuzentren in dem Matrixmaterial eine Konzentration zwischen 5 Vol-% und 50 Vol-% auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Besonders bevorzugt weisen die Streuzentren in dem Matrixmaterial eine Konzentration zwischen 10 Vol-% und 20 Vol-% auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Die Streuzentren können beispielsweise Streupartikel sein, die in das Matrixmaterial eingebracht sind. Die Streupartikel können beispielsweise zumindest eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus zumindest einem der folgenden Materialien bestehen: CaF₂, TiO₂, SiO₂, CaCO₂, BaSO₄, SiN, Al₂O₃, optische Gläser.
Der Brechungsindex der Streuzentren weist zu dem Brechungsindex des Matrixmaterials bevorzugt einen Brechungsindexunterschied auf, der größer oder gleich 0,05 ist.
Das Matrixmaterial kann beispielsweise aus der folgenden Gruppe gewählt sein: Silikon, Glas, transparente Keramik.
Insbesondere, wenn als Matrixmaterial eine Keramik gewählt ist, können die Streuzentren beispielsweise durch Lufteinschlüsse in der Keramik realisiert sein.
Bei der Ausführungsform, bei dem das Matrixmaterial Silikon ist, in das die Streuzentren, wie beispielsweise Streupartikel, eingebracht sind, kann die separat gefertigte Streuschicht beispielsweise durch Drucken auf den Halbleiterkörper gefertigt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Matrixmaterial durch ein Glas und die Streuzentren durch ein weiteres Glas gebildet, wobei der Brechungsindex des Glases der Matrix von dem Brechungsindex des Glases der Streuzentren verschieden ist.
Weiterhin können die Streuzentren in ein Glas als Matrixmaterial auch mit Hilfe eines Lasers eingebracht sein, der die Transparenz oder Klarsichtigkeit des Glases lokal zerstört.
Die Streuzentren können in das Matrixmaterial Glas auch durch eine spezielle Temperaturführung im Inneren der Glasschicht ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest eine Hauptseite der Streuschicht aufgeraut, um die elektromagnetische Strahlung des Halbleiterkörpers zu streuen. Besonders bevorzugt weist hierbei die Rauigkeit der Hauptseite einen Wert größer oder gleich 1 μm auf.
Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform umfasst einen Halbleiterchip mit einer Streuschicht, wie oben bereits beschrieben, der auf einen Träger aufgebracht ist. Bevorzugt ist hierbei seitlich des Halbleiterchips und gegebenenfalls an den Seitenflächen der Streuschicht ein reflektierender Verguss angeordnet.
Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst einen Halbleiterchip mit einer Streuschicht wie oben bereits beschrieben, der in eine Ausnehmung eines Bauelementgehäuses eingebracht ist, wobei die Seitenwände der Ausnehmung reflektierend ausgebildet sein können.
Ferner ist es möglich, dass die Seitenflächen der Streuschicht reflektierend ausgebildet sind.
Mit Hilfe des reflektierenden Vergusses und/oder der reflektierenden Seitenwände der Ausnehmung des Bauelementgehäuses und/oder der reflektierenden Seitenflächen der Streuschicht kann der Lichtverlust durch die Seiten der Streuschicht verringert werden. Bevorzugt sind die Seitenflächen der Streuschicht derart mit einem reflektierenden Material versehen oder mit einem reflektierenden Material beschichtet, dass Licht nur an der dem Halbleiterkörper des Halbleiterchips abgewandten Oberseite der Streuschicht aus der Streuschicht austritt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Draufsicht auf eine Streuschicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
4 und 5 schematische Schnittdarstellungen einer Streuschicht gemäß einem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel,
6 eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
7A schematische Draufsicht auf einen optoelektronische Halbleiterkörper,
7B die Leuchtdichte L des optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß 7A in Abhängigkeit des Ortes x ohne eine Streuschicht,
7C die Leuchtdichte L des optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß 7A in Abhängigkeit des Ortes x mit einer Streuschicht,
8A schematische Draufsicht auf einen weiteren optoelektronischen Halbleiterkörper,
8B die Leuchtdichte L des optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß 8A in Abhängigkeit des Ortes x ohne eine Streuschicht,
8C die Leuchtdichte L des optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß 8A in Abhängigkeit des Ortes x mit einer Streuschicht,
9A schematische Draufsicht auf einen weiteren optoelektronischen Halbleiterkörper,
9B die Leuchtdichte L des optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß 9A in Abhängigkeit des Ortes x mit einer Streuschicht,
10 Werte der Homogenität U verschiedenere Halbleiterchips in Abhängigkeit des relativen Lichtflusses F,
11 eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelementes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
12 eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelementes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 umfasst einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörper 1 mit einer strahlungsemittierenden Vorderseite 2. Die strahlungsemittierenden Vorderseite 2 ist an der Vorderseite 1a des Halbleiterkörpers 1 angeordnet. Zusätzlich zur strahlungsemittierenden Vorderseite 2 ist auch die Kontaktmetallisierung 71 an der Vorderseite 1a des Halbleiterkörpers 1 angeordnet.
Auf der strahlungsemittierenden Vorderseite 2 sind stegförmige metallische Strukturen 3 zur Stromeinprägung in den Halbleiterchip 4 angeordnet. Die stegförmigen Strukturen 3 sind elektrisch leitend mit der Kontaktmetallisierung 71 verbunden. Mittels der stegförmigen Strukturen 3 wird ein Strom zum Betreiben des Halbleiterchips 4 über die strahlungsemittierenden Vorderseite 2 verteilt. Die aktive Zone 9 (vergleiche dazu auch 2) kann auf diese Weise besonders homogen bestromt werden. Die stegförmigen Strukturen 3 absorbieren einen Teil des von dem Halbleiterkörper 1 emittierten Lichts und führen so zu einer inhomogenen Abstrahlcharakteristik des von dem Halbleiterbauelement abgestrahlten Lichts. Die stegförmigen Strukturen 3 enthalten beispielsweise Gold oder bestehen aus Gold.
Auf der Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers ist eine separat gefertigte Streuschicht 5 angeordnet, die dazu vorgesehen ist, die von dem Halbleiterkörper 1 erzeugte Strahlung zu streuen. Der Halbleiterkörper 1 und die Streuschicht 5 bilden vorliegend den Halbleiterchip 4 aus. Der Halbleiterchip 4 ist auf einen Träger 6 aufgebracht, der ein Bondpad 7 zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 4 umfasst.
Die Fläche der Hauptseite 8 der Streuschicht 5 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 geringfügig kleiner ausgebildet als die strahlungsemittierende Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers 1. Abweichend davon ist es aber auch möglich, dass die Streuschicht 5 gleich groß oder größer als die strahlungsemittierende Vorderseite 2 ausgebildet ist. Die Fläche der Hauptseite 8 der Streuschicht 5 weist bevorzugt eine Größe zwischen 0,2 mm und 5 mm auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Die strahlungsemittierende Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers 1 weist bevorzugt eine Fläche zwischen 0,2 mm +/– 30 μm und 5 mm +/– 30 μm auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Typische Abmessungen für die Fläche der Hauptseite 8 der Streuschicht 5 können sein: 0,5 mm × 0,7 mm, 0,7 mm × 0,7 mm, 1,0 mm × 1,6 mm, 0,9 mm × 1,5 mm, 1,2 mm × 1,5 mm.
Die Streuschicht 5 ist vorliegend derart ausgebildet und angeordnet, dass sie den Bereich der strahlungsemittierenden Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers 1 nahezu vollständig bedeckt, der zur Strahlungsemission vorgesehen ist. Die Streuschicht 5 ist hierbei derart angeordnet, dass sie nicht über den Halbleiterkörper 1 hinausragt. Die Streuschicht 5 ist deckungsgleich mit der strahlungsemittierenden Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers 1 angeordnet.
Als Streuschicht 5 für den Halbleiterchip 4 gemäß 1 kann beispielsweise eine Streuschicht 5 verwendet sein, wie sie anhand einer der 3 bis 5 weiter unten im Text im Detail beschrieben wird.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips 4, wie er beispielsweise bei dem Halbleiterbauelement der 1 umfasst sein kann.
Der Halbleiterchip 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 weist einen Halbleiterkörper 1 mit einer aktiven Zone 9 zur Strahlungserzeugung auf. Die aktive Zone 9 weist bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf oder besonders bevorzugt eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW) zur Strahlungserzeugung auf. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur beinhaltet hierbei keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
Auf den Halbleiterkörper 1 ist vorliegend in direktem Kontakt mit der strahlungsemittierenden Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers 1 eine Streuschicht 5 aufgebracht. Die Streuschicht 5 bildet mit der Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers 1 eine gemeinsame Grenzfläche aus. Die Streuschicht 5 ist dazu vorgesehen, die von dem Halbleiterkörper 1 in der aktiven Zone 9 erzeugte Strahlung zu streuen und so die Homogenität der Abstrahlcharakteristik des Halbleiterchips 4 zu erhöhen.
Die Streuschicht 5 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 ist aus einem Matrixmaterial 10 gebildet, in das eine Vielzahl an Streuzentren 11 eingebracht sind. Die Streuzentren 11 sind bevorzugt zufällig in dem Matrixmaterial 10 verteilt.
Bei dem Matrixmaterial 10 kann es sich beispielsweise um Silikon handeln. Ist Silikon als Matrixmaterial 10 verwendet, so sind die Streuzentren 11 beispielsweise aus Streupartikeln gebildet, die in das Silikon eingemischt werden.
Weiterhin ist als Matrixmaterial 10 auch ein Glas geeignet. Die Streuzentren 11 können in diesem Fall beispielsweise durch Streupartikel aus einem weiteren Glasmaterial gebildet sein. Besonders gut eignen sich dafür Partikel aus hochschmelzenden Oxiden oder hochschmelzenden Gläsern in einer niedrigschmelzenden Glasmatrix.
Es ist auch möglich, dass die Streuzentren 11 in dem Glas durch eine geeignete Temperaturführung der Schmelze während der Herstellung des Glases erzeugt werden. Hierbei wird die Schmelze des Glases auf einer geeigneten Temperatur gehalten, bei der gewisse Anteile der Glasschmelze feste Partikel oder Ausscheidungen bilden, welche dann Streuzentren 11 bilden.
Weiterhin können die Streuzentren 11 mit Hilfe eines Lasers in das Glas eingebracht werden. Hierbei werden mit Hilfe des Lasers punktförmige Bereiche innerhalb des Glases geschaffen, die einen anderen Brechungsindex als ihre Umgebung aufweisen. Der Brechungsindexunterschied dn zwischen den Streuzentren und ihrer Umgebung ist besonders bevorzugt größer oder gleich 0,05. Weiterhin können auch streuende Fremdstoffe, wie beispielsweise Siliziumkarbid, in das Glas eingebracht sein, um die Streuzentren 11 der Streuschicht 5 auszubilden.
Bei dem Matrixmaterial 10 der Streuschicht 5 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 kann es sich weiterhin um eine transparente Keramik handeln. Die Streuzentren 11 der Streuschicht 5 können hierbei beispielsweise durch Lufteinschlüsse in dem Keramikmaterial an Korngrenzen gebildet sein.
Bei der Streuschicht 5 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 wird die lichtstreuende Wirkung der Streuschicht 5 durch eine Aufrauung der ersten Hauptseite 8 der Streuschicht 5 erzielt. Die Rauhigkeit R_Z weist hierbei bevorzugt einen Wert größer oder gleich 1 μm auf. Bevorzugt handelt es sich bei dem Material der Streuschicht 5 mit mindestens einer aufgerauten Hauptseite 8 um ein Glasmaterial.
Die Seitenflächen 12 der Streuschicht gemäß 4 sind optional weiterhin reflektierend ausgebildet, um den Lichtverlust über die Seitenflächen 12 der Streuschicht 5 zu verringern. Auf die Seitenflächen 12 kann zu diesem Zweck beispielsweise eine reflektierende Schicht 13, wie eine metallische Schicht oder ein dielektrischer Spiegel, aufgebracht sein.
Bei der Streuschicht 5 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 5 sind im Unterschied zu der Streuschicht 5 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 beide Hauptseiten 8, 8' aufgeraut.
Die Aufrauung der ersten Hauptseite 8 und der zweiten Hauptseite 8' der Streuschicht 5 kann durch eine geeignete Oberflächenbehandlung erzielt werden, beispielsweise durch Sandstrahlung, Ätzen oder Schleifen. Die Rauhigkeit R_Z ist bevorzugt größer oder gleich 1 μm.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6 weist im Unterschied zu dem Halbleiterchip 4 gemäß 2 eine wellenlängenkonvertierende Schicht 14 zwischen der Streuschicht 5 und der strahlungsemittierenden Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers 1 auf. Die wellenlängenkonvertierende Schicht 14 ist vorliegend in direktem Kontakt auf die strahlungsemittierende Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers 1 aufgebracht. Die wellenlängenkonvertierende Schicht 14 bildet daher eine gemeinsame Grenzfläche mit der strahlungsemittierenden Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers 1 aus. Die Streuschicht 5 ist bei dem Halbleiterchip 4 gemäß 6 in direktem Kontakt mit der wellenlängenkonvertierenden Schicht 14 angeordnet, so dass die Streuschicht 5 mit der wellenlängenkonvertierenden Schicht 14 ebenfalls eine gemeinsame Grenzfläche ausbildet.
Die wellenlängenkonvertierende Schicht 14 kann beispielsweise durch ein Matrixmaterial 10' gebildet sein, in das Partikel eines wellenlängenkonvertierenden Stoffes 15 eingebracht sind, die dazu geeignet sind, Strahlung des Halbleiterkörpers 1 zumindest teilweise in Strahlung einer anderen Wellenlängen umzuwandeln. Als Matrixmaterial 10' für die wellenlängenkonvertierende Schicht 14 ist beispielsweise ein Silikonmaterial geeignet.
Der wellenlängenkonvertierende Stoff ist beispielsweise aus der Gruppe gewählt, die durch die folgenden Stoffe gebildet wird: mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogalate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride und mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride.
7A zeigt eine schematische Draufsicht auf eine strahlungsemittierende Vorderseite 2 eines Halbleiterkörpers 1. Der Halbleiterkörper 1 emittiert vorliegend im Betrieb Strahlung aus dem roten Spektralbereich. Die Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers 1 weist metallische Stege 3 zur Stromeinprägung auf, die zu dunklen Streifen im Erscheinungsbild der strahlungsemittierenden Vorderseite 2 führen. Die Breite der Stege 3 beträgt in etwa 150 nm.
Zur Ermittlung der Leuchtdichte L des Halbleiterkörpers 1 in Abhängigkeit der Breite x des Halbleiterkörpers 1 wird die Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers 1 mit Hilfe einer CCD-Kamera über ein Zeitintervall T aufgenommen und die Helligkeit der einzelnen Pixel über die Länge a des Ausschnitts A gemittelt. Die so ermittelte Leuchtdichte L des Halbleiterkörpers 1 in Abhängigkeit der Breite x ist in 7B dargestellt.
7C zeigt die Leuchtdichte L in Abhängigkeit des Ortes x von einem Halbleiterchip 4, der einen Halbleiterkörper 1 mit einer strahlungsemittierenden Vorderseite 2 und einer Leuchtdichte L gemäß der 7B aufweist, wobei auf der strahlungsemittierenden Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers 1 eine Streuschicht 5 angeordnet ist. Ein Vergleich der Leuchtdichte L der 7B mit der 7C zeigt, dass die Abstrahlcharakteristik des Halbleiterkörpers 1 mit Hilfe der Streuschicht 5 deutlich vergrößert werden kann. Die Homogenität U der Abstrahlcharakteristik, die sich aus dem Verhältnis des Minimums der Leuchtdichte L zu dem Maximum der Leuchtdichte L innerhalb des betrachteten Bereiches ergibt, weist einen Betrag von zirka 73% bei einem Lichtverlust aufgrund der Streuschicht von zirka 4% auf.
8A zeigt eine schematische Draufsicht auf eine strahlungsemittierende Vorderseite 2 eines Halbleiterkörpers 1. Der Halbleiterkörper 1 emittiert vorliegend im Betrieb Strahlung aus dem blauen Spektralbereich. Die Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers 1 weist metallische Stege 3 zur Stromeinprägung auf, die zu dunklen Streifen im Erscheinungsbild der strahlungsemittierenden Vorderseite 2 führen. Die Breite der Stege beträgt in etwa 500 nm.
8B zeigt die Leuchtdichte L des Halbleiterkörpers 1 gemäß 8A in Abhängigkeit des Ortes x, die wie anhand 7B bereits beschrieben, ermittelt wurde. Auf dem Halbleiterkörper 1 befindet sich keine Streuschicht 5.
8C zeigt die Leuchtdichte L in Abhängigkeit des Ortes x von einem Halbleiterchip 4, der einen Halbleiterkörper 1 mit einer strahlungsemittierenden Vorderseite 2 und einer Leuchtdichte L gemäß der 8B aufweist, wobei auf der strahlungsemittierenden Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers 1 eine Streuschicht 5 angeordnet ist. Ein Vergleich der Leuchtdichte L der 8B mit der 8C zeigt, dass auch die Abstrahlcharakteristik eines blau emittierenden Halbleiterkörpers 1 mit Hilfe der Streuschicht 5 deutlich vergrößert werden kann. Die Homogenität U der Abstrahlcharakteristik weist hier einen Betrag von zirka 56% bei einem Lichtverlust aufgrund der Streuschicht 5 von zirka 9% auf.
9A zeigt eine schematische Draufsicht auf eine strahlungsemittierende Vorderseite 2 eines Halbleiterkörpers 1, der im Betrieb Strahlung aus dem grünen Spektralbereich aussendet. Die Vorderseite 2 des Halbleiterkörpers 1 weist ebenfalls metallische Stege 3 zur Stromeinprägung auf, die zu dunklen Streifen im Erscheinungsbild der strahlungsemittierenden Vorderseite 2 führen. Die Breite der Stege 3 beträgt in etwa 500 nm.
9B zeigt die Leuchtdichte L in Abhängigkeit des Ortes x eines Halbleiterchips 4, der einen Halbleiterkörper 1 gemäß 9A umfasst, auf dessen Vorderseite 2 eine Streuschicht 5 angeordnet ist. Die Homogenität U beträgt hierbei zirka 59% bei einem Lichtverlust aufgrund der Streuschicht 5 von 6%.
10 zeigt die Homogenität U verschiedener Halbleiterchips 4 in Abhängigkeit des relativen Lichtflusses F, der durch die Streuschicht 5 beeinflusst wird. Der relative Lichtfluss F wird durch die Streuschicht 5 mit steigender Dichte der Streuzentren 11 verringert. Die Werte der Homogenität U bei 100% relativem Lichtfluss F bezeichnen Werte eines reinen Halbleiterkörpers 1 ohne Streuschicht 5.
Die quadratischen Symbole bezeichnen in der 10 Werte der Homogenität U eines blau emittierenden Halbleiterchips 4, die rautenförmigen Symbole stellen Werte der Homogenität U eines rot emittierenden Halbleiterchips 4 dar und die dreieckigen Symbole stehen für Werte der Homogenität U eines grün emittierenden Halbleiterchips 4. Insbesondere die Homogenität U eines rot emittierenden Halbleiterkörpers 1 kann mit Hilfe einer Streuschicht 5, die auf dessen strahlungsemittierender Vorderseite 2 angeordnet ist, deutlich erhöht werden. Weiterhin fällt die Homogenität U der Abstrahlcharakteristik eines rot emittierenden Halbleiterchips 4 mit der Zunahme des relativen Lichtflusses F leicht ab. Grund hierfür ist, dass die rote Strahlung des Halbleiterkörpers 1 durch die Gold-haltigen Stegstrukturen 3 auf dem Halbleiterkörper 1 reflektiert wird. Im Gegensatz hierzu sind die Werte der Homogenität U für einen Halbleiterchip 4 mit einem blau oder grün emittierenden Halbleiterkörper 1 im Wesentlichen konstant bei Variation des relativen Lichtflusses F, da blaues beziehungsweise grünes Licht zu großen Teilen von den Goldstegen absorbiert wird. Für blau oder grün emittierende Halbleiterkörper 1 können daher auch Stegstrukturen 3 Verwendung finden, die aus einem anderen Material wie zum Beispiel Aluminium gebildet sind.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 11 umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip 4 mit einem Halbleiterkörper 1, der auf einem Träger 6 aufgebracht ist. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 4 handelt es sich beispielsweise um einen Halbleiterchip 4, wie er anhand von 2 bereits beschrieben wurde. Der optoelektronische Halbleiterchip 4 ist mit einem Bonddraht 16 elektrisch leitend mit dem Träger 6 verbunden. Weiterhin ist seitlich des Halbleiterchips 4 ein reflektierender Verguss 17 bis nahe zur Vorderseite der Streuschicht 5 angeordnet. Mit Hilfe des reflektierenden Vergusses 17 können Lichtverluste, die aufgrund der seitlichen Emission des Lichts aus dem Halbleiterchip 4 und insbesondere aus der Streuschicht 5 heraus resultieren, deutlich vermindert werden. Weiterhin schützt der reflektierende Verguss 17 den Bonddraht 16. Bei dem reflektierenden Verguss 17 kann es sich beispielsweise um ein Matrixmaterial 10'' wie Silikon oder Epoxidharz handeln, in das reflektierende Partikel 18, beispielsweise Titanoxidpartikel, eingebracht sind.
Der reflektierende Verguss 17 kann dabei die Seitenflächen 12 der Streuschicht 5 auch vollständig bedecken, so dass Licht nur durch die dem Halbeiterkörper abgewandte Oberseite austreten kann.
Alternativ kann das Streuelement 5 gemäß der 4 zum Einsatz kommen, bei dem die Seitenflächen 12 reflektierend beschichtet sind. Der Verguss 17 kann dann ungefüllt, zum Beispiel klarsichtig sein.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 12 umfasst einen Halbleiterchip 4, wie er beispielsweise anhand der 2 bereits beschrieben wurde, der in die Ausnehmung 19 eines Bauelementgehäuses 20 eingebracht ist. Der Halbleiterchip 4 ist vorliegend vorderseitig über einen Bonddraht 16 mit einem Bondpad 7 in der Ausnehmung 19 elektrisch leitend verbunden. Zur Erhöhung der Lichtauskopplung aus dem Halbleiterbauelement sind die Seitenwände 21 der Ausnehmung 19 reflektierend ausgebildet. Hierzu kann beispielsweise eine metallische Schicht 22 auf die Seitenwände 21 der Ausnehmung 19 aufgebracht sein.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Insbesondere kann die Streuschicht sowohl Streuzentren in ihrem Inneren als auch eine Oberflächenstrukturierung zur Lichtstreuung aufweisen.

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip (4) mit: – einem Halbleiterkörper (1), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer Vorderseite (2) aussendet, und – einer separat gefertigten Streuschicht (5) auf der Vorderseite (2) des Halbleiterkörpers (1), die dazu vorgesehen ist, die Strahlung des Halbleiterkörpers (1) zu streuen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (4) nach Anspruch 1, bei dem die Streuschicht (5) in direktem Kontakt auf die Vorderseite (2) des Halbleiterkörpers (1) aufgebracht ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (4) nach Anspruch 1, bei dem zwischen der Streuschicht (5) und der Vorderseite (2) des Halbleiterkörpers (1) eine wellenlängenkonvertierende Schicht (14) angeordnet ist, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung des Halbleiterkörpers (1) zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereiches umzuwandeln.
Optoelektronische Halbleiterchip (4) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Streuschicht (5) deckungsgleich mit der Vorderseite (2) des Halbleiterkörpers (1) angeordnet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (4) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Streuschicht (5) eine Vielzahl an Streuzentren (11) aufweist, die von einem Matrixmaterial (10) umgeben sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (4) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Streuzentren (11) einen Durchmesser zwischen 2 μm und 50 μm aufweist, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, bei dem die Streuzentren (11) in dem Matrixmaterial (10) eine Konzentration zwischen 5 Vol-% und 50 Vol-% aufweisen, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem der Brechungsindex der Streuzentren (11) zu dem Brechungsindex des Matrixmaterial (10) einen Brechungsindexunterschied (dn) aufweist, der größer oder gleich 0,05 ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Streuzentren (11) Streupartikel sind, die in das Matrixmaterial (10) eingebracht sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem das Matrixmaterial (10) aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Silikon, Glas, Keramik.
Optoelektronischer Halbleiterchip (4) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem zumindest eine Hauptseite (8, 8') der Streuschicht (5) aufgeraut ist, um die elektromagnetische Strahlung des Halbleiterkörpers (1) zu streuen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (4) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Rauhigkeit (R_Z) der Hauptseite (8, 8') größer oder gleich 1 μm ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterchip (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, der auf einen Träger (6) aufgebracht ist, wobei seitlich des Halbleiterchips (4) ein reflektierender Verguss (17) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterchip (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, der in eine Ausnehmung (19) eines Bauelementgehäuses (20) eingebracht ist, wobei die Seitenwände (21) der Ausnehmung (19) reflektierend ausgebildet sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterchip (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Seitenflächen (12) der Streuschicht reflektierenden ausgebildet sind.