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Es wird ein Verfahren zum Aufbringen eines Konversionsmittels auf einen optoelektronischen Halbleiterchip eines optoelektronischen Bauteils angegeben. Darüber hinaus wird ein entsprechendes optoelektronisches Bauteil angegeben.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Konversionsmittel in einer einem vorgebbaren Farbort entsprechenden Gesamtdicke auf einen optoelektronischen Halbleiterchip aufbringbar ist, sowie ein damit hergestelltes optoelektronisches Bauteil anzugeben.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens dient dieses zum Aufbringen eines Konversionsmittels auf einen optoelektronischen Halbleiterchip. Das Konversionsmittel umfasst einen Konversionsstoff, der dazu eingerichtet ist, eine von dem optoelektronischen Halbleiterchip emittierte Strahlung teilweise oder vollständig in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge umzuwandeln. Zum Beispiel weist das Konversionsmittel ein Matrixmaterial auf, in das der Konversionsstoff eingebettet ist. Bei dem Matrixmaterial handelt es sich bevorzugt um ein Polymer oder um mindestens ein Ausgangsmaterial für ein Polymer. Der Konversionsstoff umfasst oder besteht insbesondere aus einem mit Seltene Erden dotierten Granat wie Ce:YAG oder Eu:YAG. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich bevorzugt um eine Leuchtdiode.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses den Schritt des Bereitstellens des optoelektronischen Halbleiterchips, wobei der Halbleiterchip eine Strahlungshauptseite aufweist. Die Strahlungshauptseite ist eine solche Begrenzungsfläche des Halbleiterchips, über die eine in dem Halbleiterchip erzeugte Strahlung den Halbleiterchip überwiegend verlässt. Überwiegend bedeutet insbesondere einen Anteil von mehr als 50% oder von mehr als 75%. Die Strahlungshauptseite ist bevorzugt senkrecht zu einer Wachstumsrichtung des beispielsweise epitaktisch hergestellten Halbleiterchips orientiert. Der Halbleiterchip kann auf einem Chipsubstrat angebracht sein, wobei es sich bei dem Chipsubstrat um ein Aufwachssubstrat des Halbleiterchips oder um ein von dem Aufwachssubstrat verschiedenes Trägersubstrat handeln kann. Die Strahlungshauptseite ist dem Chipsubstrat bevorzugt abgewandt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses den Schritt des Bereitstellens des Konversionsmittels. Das Konversionsmittel ist in mindestens einer Schicht zumindest mittelbar an einer Trägerhauptseite eines Trägers angebracht. Der Träger kann mechanisch flexibel oder mechanisch starr ausgebildet sein. Der Träger ist in mindestens einem spektralen Teilbereich im Ultravioletten und/oder im Sichtbaren transparent.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist dieses den Schritt des Anordnens des Konversionsmittels auf. Das Konversionsmittel auf dem Träger wird so angeordnet, dass es der Strahlungshauptseite des Halbleiterchips zugewandt ist. Mit anderen Worten befindet sich die Schicht des Konversionsmittels zwischen der Strahlungshauptseite und dem Träger. Ein Bereich zwischen dem Konversionsmittel und der Strahlungshauptseite kann evakuiert oder mit einem Gas gefüllt sein. Bevorzugt wird die Schicht des Konversionsmittels so ausgerichtet, dass eine der Strahlungshauptseite zugewandte Konversionsmittelhauptseite des Konversionsmittels parallel zu der Strahlungshauptseite des Halbleiterchips orientiert ist. Bevorzugt weist ein Normalenvektor der Strahlungshauptseite, zum Beispiel mit einer Toleranz von höchstens 15°, vertikal nach oben und der Konversionsmittelhauptseite vertikal nach unten. Vertikal nach oben heißt hierbei entgegen einer Richtung der Gravitationskraft und nach unten heißt in Richtung der Gravitationskraft.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet dieses den Schritt des Ablösens des Konversionsmittels von dem Träger. Das Ablösen erfolgt durch Erhitzen eines Absorberbestandteils des Konversionsmittels und/oder durch Erhitzen einer zwischen dem Konversionsmittel und dem Träger befindlichen Ablöseschicht. Durch das Erhitzen geht der Absorberbestandteil oder den Absorberbestandteil unmittelbar umgebende Bereiche des Konversionsmittels oder ein Ablösematerial der Ablöseschicht mindestens teilweise in die Gasphase über. Das in die Gasphase übergehende Material befindet sich nahe dem Träger und somit an einer der Strahlungshauptseite des Halbleiterchips abgewandten Seite des Konversionsmittels. Durch den Übergang in die Gasphase erfolgt eine Volumenvergrößerung, wodurch das Konversionsmittel von dem Träger abgelöst wird. Das Ablösen erfolgt insbesondere gerichtet in eine Richtung senkrecht zu der Trägerhauptseite, zum Beispiel mit einer Toleranz von höchstens 30° oder mit einer Toleranz von höchstens 15°.
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Durch das gerichtete Ablösen wird das Konversionsmittel auf die Strahlungshauptseite aufgebracht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist der Absorberbestandteil des Konversionsmittels von dem Konversionsstoff verschieden. Insbesondere wirkt der Absorberbestandteil des Konversionsmittels nicht zu einer Wellenlängenkonversion. Bevorzugt absorbiert der Absorberbestandteil keine oder im Wesentlichen keine von dem Halbleiterchip und/oder von dem Konversionsmittel im Betrieb erzeugte Strahlung.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Ablösen sowie das Aufbringen des Konversionsmittels mit einer gepulsten Laserstrahlung. Die Laserstrahlung durchstrahlt den Träger, der für die Laserstrahlung transparent ausgebildet ist. Transparent bedeutet, dass der Träger zum Beispiel weniger als 10% oder weniger als 1% der Laserstrahlung absorbiert. Die Laserstrahlung wird von dem Absorberbestandteil oder von der Ablöseschicht absorbiert, wodurch das Erhitzen des Absorberbestandteils oder der Ablöseschicht erfolgt. Die Laserstrahlung weist bevorzugt eine Wellenlänge auf, die kleiner ist als eine Wellenlänge der von dem Halbleiterchip im Betrieb emittierten Strahlung.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens befindet sich die Strahlungshauptseite während des Ablösens und des Aufbringens des Konversionsmittels in einem Abstand von der Konversionsmittelhauptseite. Mit anderen Worten berühren sich das Konversionsmittel und die Strahlungshauptseite nicht.
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In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens dient dieses zum Aufbringen eines Konversionsmittels auf einen optoelektronischen Halbleiterchip. Das Verfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte, insbesondere in der angegebenen Reihenfolge:
- – Bereitstellen des eine Strahlungshauptseite aufweisenden optoelektronischen Halbleiterchips,
- – Bereitstellen des Konversionsmittels, wobei das Konversionsmittel an einer Trägerhauptseite eines Trägers angebracht ist,
- – Anordnen des Konversionsmittels derart, dass es der Strahlungshauptseite zugewandt ist und einen Abstand > 0 zur Strahlungshauptseite aufweist, und
- – Ablösen des Konversionsmittels von dem Träger und Aufbringen auf die Strahlungshauptseite mittels Bestrahlen und Erhitzen eines Absorberbestandteils des Konversionsmittels und/oder einer zwischen dem Konversionsmittel und dem Träger befindlichen Ablöseschicht mit einer gepulsten Laserstrahlung, die den Träger durchstrahlt.
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Mittels eines solchen Verfahrens ist das Konversionsmittel schichtweise in mehreren aufeinander folgenden Lagen auf der Strahlungshauptseite des Halbleiterchips aufbringbar. Durch eine Anzahl der Lagen ist eine Dicke des auf den Halbleiterchip aufzubringenden Konversionsmittels einstellbar, wodurch auch ein Farbort der von dem Halbleiterchip zusammen mit dem Konversionsmittel im Betrieb erzeugten Strahlung gezielt einstellbar ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Konversionsmittel als Matrixmaterial ein Silikon, ein Epoxid und/oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial auf oder besteht hieraus. In das Matrixmaterial ist der bevorzugt partikelförmige Konversionsstoff eingebettet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens liegt das Matrixmaterial des Konversionsmittels an dem Träger unvollständig vernetzt und/oder unvollständig ausgehärtet vor. Mit anderen Worten ist eine Härte des Matrixmaterials an dem Träger zum Beispiel durch Belichten oder Wärmeeinwirkung steigerbar. Ein vollständiges Aushärten und/oder Vernetzen des Matrixmaterials erfolgt weiterhin erst nach dem Aufbringen auf den Halbleiterchip. Dadurch, dass das Matrixmaterial unvollständig vernetzt und/oder ausgehärtet auf den Halbleiterchip aufgebracht wird, ist eine mechanisch zuverlässige Verbindung des Konversionsmittels mit dem Halbleiterchip und der Lagen des Konversionsmittels auf dem Halbleiterchip untereinander erreichbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Konversionsmittel nacheinander in mehreren, aufeinander folgenden Lagen auf den Halbleiterchip aufgebracht. Die einzelnen auf den Halbleiterchip aufgebrachten Lagen können eine Dicke aufweisen, die einer Schichtdicke der Schicht des Konversionsmittels an dem Träger entspricht, beispielsweise mit einer Toleranz von höchstens 30% oder mit einer Toleranz von höchstens 15%. Es ist möglich, dass ein kleiner Teil des Konversionsmittels beim Ablösen an dem Träger verbleibt. Jede der Lagen stellt also einen heraus gelösten Teilbereich der Schicht des Konversionsmittels an dem Träger dar. In Grenzbereichen zwischen benachbarten Lagen weist insbesondere der Absorberbestandteil oder das Absorbermaterial aus der Ablöseschicht eine veränderte Konzentration auf, im Vergleich zu Zentralbereichen der einzelnen Lagen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem Aufbringen zumindest einer der Lagen ein Farbort der von dem Halbleiterchip zusammen mit dem bereits auf den Halbleiterchip aufgebrachten Konversionsmittel emittierten Strahlung ermittelt. Dies erfolgt zum Beispiel durch zeitweises elektrisches Betreiben des Halbleiterchips oder durch Anregung des bereits aufgebrachten Konversionsmittels mit einer externen Lichtquelle.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird, abhängig von dem ermittelten Farbort, eine oder werden mehrere Lagen des Konversionsmittels auf den Halbleiterchip aufgebracht. Hierdurch sind Schwankungen der Konzentration des Konversionsstoffes in der Schicht des Konversionsmittels an dem Träger oder Dickenschwankungen der Schicht des Konversionsmittels ausgleichbar und es ist mit hoher Präzision ein Farbort des fertig hergestellten Halbleiterbauteils einstellbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Ablöseschicht zwischen dem Träger und der Schicht des Konversionsmittels an dem Träger das Ablösematerial auf, das durch die Laserstrahlung beim Ablösen des Konversionsmittels mindestens teilweise in eine Gasphase übergeht. Weiterhin schlägt sich das Ablösematerial, das in die Gasphase übergegangen ist, mindestens zum Teil auf dem Konversionsmittel auf dem Halbleiterchip nieder und/oder wird in das Konversionsmittel auf dem Halbleiterchip eingelagert. Mit anderen Worten wird das Ablösematerial aus der Ablöseschicht ein Bestandteil des Konversionsmittels auf dem Halbleiterchip. Insbesondere wird das Ablösematerial in Grenzbereichen zwischen zwei aufeinander folgenden Lagen des Konversionsmittels auf dem Halbleiterchip eingebettet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Laserstrahlung eine Wellenlänge von höchstens 410 nm auf, insbesondere von höchstens 370 nm und liegt im ultravioletten Spektralbereich. Die Wellenlänge der Laserstrahlung beträgt insbesondere mindestens 220 nm. Die Ablöseschicht und/oder das Ablösematerial der Ablöseschicht und/oder der Absorberbestandteil des Konversionsmittels wirken bei der Wellenlänge der Laserstrahlung absorbierend. Die Ablöseschicht oder der Absorberbestandteil des Konversionsmittels sind durch die Laserstrahlung aufheizbar oder thermisch oder photochemisch zersetzbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Ablöseschicht zwischen dem Träger und dem Konversionsmittel einen Kunststoff oder ein Polymer oder besteht hieraus. Insbesondere umfasst oder besteht die Ablöseschicht aus ZnO. ZnO absorbiert bei Wellenlängen unterhalb von zirka 365 nm bis 387 nm. Eine Zersetzung von ZnO kann somit durch einen frequenzverdreifachten Nd:YAG-Laser bei 355 nm erfolgen. Beim Zersetzen des ZnO entsteht insbesondere metallisches Zink, das beim Zersetzen fein verteilt werden kann. Luftsauerstoff ausgesetzt, kann dieses Zink zu ZnO oxidieren und wird dadurch wieder transparent oder transluzent. Ebenso ist es möglich, dass das Zink mit einem Bestandteil des Konversionsmittels, zum Beispiel mit einem Silikon, reagiert. Zudem ist ZnO an dem Träger durch physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung, kurz PVD oder CVD, in dünnen Schichten abscheidbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Ablöseschicht eine Dicke zwischen einschließlich 10 nm und 75 nm, insbesondere zwischen einschließlich 20 nm und 50 nm auf. Eine optische Dichte der Ablöseschicht für die Laserstrahlung beträgt mindestens 0,5 oder mindestens 0,65. Insbesondere liegt die optische Dichte der Ablöseschicht zwischen einschließlich 0,75 und 1,0 oder zwischen einschließlich 1,50 und 4,0. Alternativ oder zusätzlich beträgt die optische Dichte der Ablöseschicht mindestens 2,0.
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Mit anderen Worten kann in einem Fall die Ablöseschicht einen vergleichsweise großen Teil der Laserstrahlung durchlassen. Hierdurch wird ein vollständiges oder nahezu vollständiges Auflösen oder Verdampfen der Ablöseschicht gewährleistet. Alternativ hierzu ist es möglich, dass die Ablöseschicht die Laserstrahlung vollständig oder im Wesentlichen vollständig absorbiert, sodass keine Laserstrahlung oder im Wesentlichen keine Laserstrahlung zu dem Konversionsmittel gelangt. Hierdurch ist das Konversionsmittel und speziell der Konversionsstoff vor der Laserstrahlung schätzbar, wobei in diesem Fall Teilbereiche der Ablöseschicht an dem Konversionsmittel, das auf den Halbleiterchip aufgebracht ist, verbleiben können.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein durch die Laserstrahlung bestrahlter Bereich des Konversionsmittels an der Trägerhauptseite linienförmig ausgebildet. Ein Quotient aus einer Länge und einer Breite der Laserstrahlung an dem Konversionsmittel, in Draufsicht auf die Trägerhauptseite gesehen, beträgt beispielsweise mindestens 5 oder mindestens 10 oder mindestens 20.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Konversionsmittel zeilenweise auf die Strahlungshauptseite aufgebracht. Das Konversionsmittel an der Strahlungshauptseite ist somit bevorzugt durch eine Vielzahl von einzeln, nacheinander aufgebrachten Streifen gebildet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist der durch die Laserstrahlung bestrahlte Bereich an der Trägerhauptseite, mit einer Toleranz von höchstens 25% oder höchstens 10% von lateralen Ausdehnungen des Halbleiterchips, eine Form der Strahlungshauptseite des Halbleiterchips auf. Der bestrahlte Bereich sowie die Strahlungshauptseite sind also näherungsweise deckungsgleich. Hierdurch ist es möglich, durch einen einzelnen Impuls der Laserstrahlung die gesamte Strahlungshauptseite mit einer einzigen, insbesondere zusammenhängenden Lage des Konversionsmittels zu bedecken.
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Es wird darüber hinaus ein optoelektronisches Bauteil mit einem optoelektronischen Halbleiterchip und einem darauf aufgebrachten Konversionsmittel angegeben. Beispielsweise ist das Bauteil mittels eines Verfahrens hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehreren der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des optoelektronischen Bauteils sind daher auch für das hier beschriebene Verfahren offenbart und umgekehrt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist das Konversionsmittel einen Zusatzbestandteil auf, der für die im Betrieb des Halbleiterchips erzeugte Strahlung nicht absorbierend wirkt. Bei dem Zusatzbestandteil handelt es sich insbesondere um den Absorberbestandteil und/oder um das Absorbermaterial. Der Zusatzbestandteil ist in mindestens einem Wellenlängenbereich zwischen einschließlich 220 nm und 410 nm absorbierend und insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen einschließlich 420 nm und 490 nm, in dem bevorzugt der Halbleiterchip im Betrieb Strahlung erzeugt, strahlungsdurchlässig und/oder reflektierend.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils weist dieses mindestens zwei aufeinander folgende und mindestens teilweise überlappende, bevorzugt gleichartige Lagen auf der Strahlungshauptseite auf. Überlappend bedeutet, dass mindestens zwei der Lagen des Konversionsmittels in eine Richtung senkrecht zu der Strahlungshauptseite übereinander liegen. Die Lagen stehen bevorzugt in unmittelbarem, direktem Kontakt zueinander. Dass die Lagen gleichartig sind, kann bedeuten, dass das Konversionsmittel in den Lagen jeweils eine gleiche mittlere Zusammensetzung aufweist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils ist eine Konzentration des Zusatzbestandteils in den Grenzbereichen zwischen zwei benachbarten Lagen, im Vergleich zu Kernbereichen der Lagen, jeweils verändert. Innerhalb der Kernbereiche ist die Konzentration des Zusatzbestandteils jeweils näherungsweise konstant. Die Grenzbereiche weisen eine kleinere mittlere Dicke auf als die Kernbereiche, beispielsweise eine um mindestens einen Faktor 2 oder um mindestens einen Faktor 5 oder um mindestens einen Faktor 15 geringere mittlere Dicke. Mit anderen Worte sind benachbarte Lagen durch eine Konzentrationsänderung des Zusatzbestandteils voneinander abgegrenzt. In einem Schnitt durch die Lagen senkrecht zur Strahlungshauptseite kann sich ein Konzentrationsprofil des Zusatzbestandteils periodisch wiederholen, wobei eine Periodenlänge bevorzugt durch eine Dicke der Lagen gegeben ist.
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In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst dieses einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer Strahlungshauptseite. Weiterhin beinhaltet das Bauteil ein Konversionsmittel, das in mindestens zwei aufeinander folgenden und mindestens teilweise überlappenden, gleichartigen Lagen auf der Strahlungshauptseite aufgebracht ist. Das Konversionsmittel weist einen Zusatzbestandteil auf, der für eine im Betrieb des Halbleiterchips erzeugte Strahlung nicht absorbierend wirkt. Gesehen in einer Richtung weg von der Strahlungshauptseite liegt jeweils in Grenzbereichen zweier benachbarter Lagen, im Vergleich zu Kernbereichen der Lagen, eine veränderte Konzentration des Zusatzbestandteils vor.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils weisen die einzelnen Lagen jeweils eine mittlere Dicke von mindestens 1 µm oder von mindestens 2 µm auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt die mittlere Dicke der Lagen höchstens 15 µm oder höchstens 10 µm oder höchstens 8 µm oder höchstens 6 µm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils weist das Konversionsmittel, das mehrere Lagen umfasst, auf der Strahlungshauptseite eine mittlere Dicke von insgesamt mindestens 15 µm oder mindestens 40 µm auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt die mittlere Dicke des Konversionsmittels höchstens 200 µm oder höchstens 150 µm oder höchstens 100 µm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils weisen die Grenzbereiche zwischen den benachbarten Lagen eine mittlere Dicke zwischen einschließlich 10 nm und 500 nm, insbesondere zwischen einschließlich 15 nm und 250 nm oder zwischen einschließlich 20 nm und 100 nm auf. Die Grenzbereiche der Lagen sind also im Vergleich zu den Kernbereichen der Lagen vergleichsweise dünn.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils ist in den Grenzbereichen eine Konzentration des Zusatzbestandteils gegenüber den Kernbereichen erhöht. Alternativ ist es möglich, dass die Konzentration des Zusatzbestandteils in den Kernbereichen erniedrigt ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils weist in den Grenzbereichen die Konzentration des Zusatzbestandteils, in eine Richtung weg von der Strahlungshauptseite, einen sigmoidalen Verlauf auf. Es nimmt also in den Grenzbereichen die Konzentration des Zusatzbestandteils erst ab und nimmt dann wieder zu oder umgekehrt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils überlappen mindestens zwei der Lagen des Konversionsmittels sowohl in lateraler Richtung als auch in einer Richtung senkrecht zu der Strahlungshauptseite. Mindestens eine der Lagen kann eine konvex gekrümmte, der Strahlungshauptseite abgewandte Grenzfläche aufweisen. Mit anderen Worten ist mindestens eine der Lagen ähnlich einer Sammellinse geformt, an einer der Strahlungshauptseite abgewandten Grenzfläche.
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Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauteil sowie ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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Es zeigen:
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1 bis 3 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung von hier beschriebenen optoelektronischen Bauteilen,
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4 bis 5 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Bauteilen, und
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6 bis 8 schematische Darstellungen von Konzentrationsverläufen eines Zusatzbestandteils in einem Konversionsmittel von hier beschriebenen optoelektronischen Bauteilen.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils 1 in schematischen Schnittdarstellungen illustriert. Gemäß 1A wird ein Chipsubstrat 8 mit mehreren darauf befindlichen optoelektronischen Halbleiterchips 2, insbesondere im blauen Spektralbereich im Betrieb emittierende Leuchtdioden, bereitgestellt. Ferner wird ein mechanisch starrer Träger 4 mit einer Trägerhauptseite 40 bereitgestellt. Elektrische Verbindungsmittel des Trägers 4 sind in den Figuren nicht gezeichnet. An der Trägerhauptseite 40 befindet sich eine Schicht eines Konversionsmittels 3. Eine Konversionsmittelhauptseite 30 ist Strahlungshauptseiten 20 der Halbleiterchips 2 zugewandt. Ein Abstand D zwischen dem Konversionsmittel 3 und den Halbleiterchips 2 beträgt insbesondere zwischen einschließlich 1 µm und 500 µm, bevorzugt zwischen einschließlich 2 µm und 50 µm oder zwischen einschließlich 5 µm und 50 µm. Ein Raum zwischen dem Konversionsmittel 3 und den Halbleiterchips 2 kann mit einem Gas wie Stickstoff oder Luft gefüllt sein oder auch evakuiert sein.
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Gemäß 1B wird ein Bereich des Konversionsmittels 3 mit einer Laserstrahlung 6 bestrahlt. Bei der Laserstrahlung 6 handelt es sich um eine gepulste Laserstrahlung, insbesondere mit Impulsen mit einer Dauer von höchstens 50 ns oder von höchstens 10 ns. Die Laserstrahlung 6 durchläuft den für die Laserstrahlung 6 transparenten Träger 4. Durch die Laserstrahlung 6 wird ein Absorberbestandteil, in 1 nicht gezeichnet, der von dem Konversionsmittel 3 umfasst ist, erhitzt. Durch die Absorption der Laserstrahlung 6 geht mittels des Absorberbestandteils also das Konversionsmittel 3 teilweise in die Gasphase über, wodurch der bestrahlte Bereich des Konversionsmittels 3 sich von dem Träger 4 löst.
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Bei dem Träger 4 handelt es sich beispielsweise um eine mechanisch starre Platte aus Quarzglas. Die Laserstrahlung 6 ist insbesondere von einem Eximerlaser erzeugt und kann eine Wellenlänge von zirka 248 nm aufweisen. Eine Energiedichte der Laserstrahlung 6 beträgt zum Beispiel zwischen einschließlich 0,2 J/cm2 und 5 J/cm2. Der bestrahlte Bereich des Konversionsmittels 3 weist eine Kontur der Strahlungshauptseite 20 des Halbleiterchips 2 auf. Wie in 1C dargestellt, löst sich aus der Schicht des Konversionsmittels 3 an dem Träger 4 ein Teil 3 heraus, der unmittelbar auf die Strahlungshauptseite 20 aufgebracht wird und dort eine Lage 7 des Konversionsmittels ausbildet, vergleiche 1D.
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Gemäß den 1E und 1F wird eine weitere Lage 7 des Konversionsmittels 3 auf dem Halbleiterchip 2 aufgebracht. Die beiden Lagen 7 stehen in unmittelbarem Kontakt zueinander und überlappen, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite 20 gesehen. Bei der gemäß den 1E und 1F aufgebrachten Lage 7 handelt es sich insbesondere um das gleiche Konversionsmittel 3, das gemäß den 1A bis 1D aufgebracht ist. Alternativ ist es ebenso möglich, dass es sich um ein anderes Konversionsmittel handelt, das zum Beispiel zur Abstrahlung von Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich eingerichtet ist.
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Zwischen dem Aufbringen der beiden Lagen 7 kann der Halbleiterchip 2 optional kurzzeitig betrieben werden, um einen Farbort der im Betrieb emittierten Strahlung festzustellen. Anhand dieses festgestellten Farborts ist insbesondere eine Anzahl der weiteren, aufzubringenden Lagen ermittelbar.
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Es weist das Konversionsmittel 3 an dem Träger 4 bevorzugt ein Matrixmaterial wie ein Silikon auf, das an dem Träger 4 und während des Aufbringens auf den Halbleiterchip 2 in noch unvollständig ausgehärtetem und/oder vernetztem Zustand vorliegt. Gemäß 1G wird das auf den Halbleiterchip 2 aufgebrachte Konversionsmittel 3, also alle Lagen 7 zusammen, vollständig vernetzt oder ausgehärtet. Das vollständige Vernetzen und/oder Aushärten erfolgt somit erst, wenn alle Lagen 7 des Konversionsmittels 3 an dem Halbleiterchip 2 aufgebracht sind, sodass die Lagen 7 auch untereinander und mit dem Halbeiterchip 2 verbunden werden. Das Aushärten und/oder Vernetzen kann durch Wärmeeinwirkung, durch Bestrahlung oder durch Kontakt mit einem gasförmigen Härter erfolgen.
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Anders als dargestellt ist es möglich, dass auf dem Träger 8 nur ein einziger der Halbleiterchips 2 aufgebracht ist oder dass die mehreren Halbleiterchips 2 in lateraler Richtung unmittelbar aneinander stoßen. Optional kann das Chipsubstrat 8 zu Teilen mit je einem Halbleiterchip 2 vereinzelt werden.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß der 2 befindet sich zwischen dem Konversionsmittel 3 und dem Träger 4 eine Ablöseschicht 5. Die Ablöseschicht 5 absorbiert die Laserstrahlung 6. Ein Ablösematerial 56 aus der Ablöseschicht 5 geht teilweise oder vollständig in die Gasphase über. Durch die hieraus resultierende Volumenvergrößerung wird ein Teil des Konversionsmittels 3 von der Ablöseschicht 5 sowie von dem Träger 4 abgelöst und bewegt sich in Richtung hin zur Strahlungshauptseite 20 des Halbleiterchips 2.
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Die Laserstrahlung 6 belichtet, in Draufsicht auf den Träger 4 gesehen, einen Streifen des Konversionsmittels 3, vergleiche die Draufsicht gemäß 2C. Die einzelnen Lagen 7 sind als Streifen geformt. Weiterhin werden die einzelnen Lagen 7 zeitlich nacheinander und räumlich nebeneinander auf die Strahlungshauptseite 20 aufgebracht, vergleiche 2B. Das Ablösen des Konversionsmittels 3 von dem Träger 4 in einzelnen Streifen kann ebenso beim Verfahren gemäß 1, ohne Verwendung einer Ablöseschicht, erfolgen.
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Anders als in den 1 und 2 ist der Träger 4 beim Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß 3 ein flexibler Träger, zum Beispiel eine für die Laserstrahlung 6 transparente Kunststofffolie. Die Laserstrahlung 6 ist zum Beispiel mit einem YAG-Laser erzeugt und weist eine Wellenlänge von zirka 355 nm auf. Es ist hierbei möglich, dass der Träger 4 eine dem Halbleiterchip 2 zugewandte, gekrümmte Fläche aufweist. Der Abstand D zwischen dem Konversionsmittel 3 und dem Halbleiterchip 2 kann also über den Träger 4 hinweg variieren.
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Optional ist zwischen dem Konversionsmittel 3 und dem Halbleiterchip 2 eine Blende 9 angebracht. Über die Blende 9, die eine Öffnung für den von der Laserstrahlung 6 abgelösten Bereich des Konversionsmittels 3 aufweist, ist es möglich, einen Teil des in die Gasphase übergegangenen Ablösematerials der Ablöseschicht 5 aufzufangen und zu verhindern, dass diese Teile des Ablösematerials zu dem Halbleiterchip 2 gelangen und in das Konversionsmittel 3 an dem Halbleiterchip 2 eingelagert werden.
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In den 4A bis 4C sind Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen des optoelektronischen Bauteils 1 dargestellt. Gemäß 4A sind auf der Strahlungshauptseite 20 mehrere Lagen 7a, 7b, 7c aufgebracht, die näherungsweise deckungsgleich übereinander liegen und das Konversionsmittel 3 auf dem Halbleiterchip 2 ausbilden. Eine Dicke T7 der einzelnen Lagen 7a, 7b, 7c liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 2 µm und 5 µm. Eine Gesamtdicke T3 des Konversionsmittels 3 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 15 µm und 200 µm. Die Anzahl der Lagen 7a, 7b, 7c ist in 4 jeweils nur schematisch gezeigt. Beispielsweise umfasst das Konversionsmittel 3 an der Strahlungshauptseite 20 zwischen einschließlich zwei Lagen und 50 Lagen, insbesondere zwischen einschließlich drei Lagen und 25 Lagen oder zwischen einschließlich zehn Lagen und 25 Lagen.
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Beim Ausführungsbeispiel des Bauteils 1 gemäß 4B erstrecken sich die Lagen 7a, 7b, 7c sowohl über die Strahlungshauptseite 20 als auch über laterale Begrenzungsflächen des Halbleiterchips 2. Der Halbleiterchip 2 ist also von dem Chipsubstrat 8 sowie dem Konversionsmittel 3 vollständig oder im Wesentlichen vollständig umschlossen. Die Lagen 7a, 7b, 7c sind gemäß den 4A und 4B jeweils durchgängige Lagen, die sich über die gesamte Strahlungshauptseite 20 erstrecken. In 4C ist hingegen gezeigt, dass die einzelnen Lagen 7a, 7b, 7c nicht zusammenhängend ausgebildet sein können und sich gegenseitig durchdringen und/oder überlappen. Eine solche Ausbildung der Lagen kann dann der Fall sein, falls ein bestrahlter Bereich des Konversionsmittels 3 an dem Träger 4 auf dem Weg von dem Träger 4 zu der Strahlungshauptseite 20 fragmentiert und nicht als zusammenhängende Schicht auf die Strahlungshauptseite 20 auftrifft oder beim Auftreffen auf die Strahlungshauptseite 20 in mehrere Teile zerfällt.
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In den 5A und 5B sind Ausführungsbeispiele des Bauteils 1 dargestellt, in denen die einzelnen Lagen 7 streifenförmig aufgebracht sind, vergleiche 2C. Gemäß 5A überlappen die einzelnen Lagen 7 in lateraler Richtung nur geringfügig und sind in Richtung senkrecht zur Strahlungshauptseite 20 regelmäßig übereinander gestapelt. Dem Halbleiterchip 2 abgewandte Grenzflächen 78 von zumindest einigen der Lagen 7 weisen eine konvexe Form auf.
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Gemäß 5B sind die streifenförmigen Lagen 7a, 7b, 7c lateral versetzt zueinander angeordnet. Beispielsweise die in einer Schicht befindlichen Lagen 7a weisen jeweils einen lateralen Abstand zueinander auf. Lücken zwischen den Lagen 7a werden durch die Lagen 7b geschlossen, Lücken zwischen den Lagen 7b durch die Lagen 7c und so weiter.
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In 6A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Bauteils 1 illustriert und in 7B ein Verlauf einer Konzentration c des Ablösematerials 56 aus der Ablöseschicht 5. Das Bauteil 1 gemäß 6A ist mit einem Verfahren gemäß 2 unter Verwendung einer Ablöseschicht 5 hergestellt. In Grenzbereichen 70 mit einer Dicke T6 ist die Konzentration c des Ablösematerials 56 aus der Ablöseschicht 5 oder eines Zersetzungsprodukts durch die Laserstrahlung 6 aus der Ablöseschicht 5 erhöht. In Zentralbereichen 75 liegt kein oder im Wesentlichen kein Ablösematerial 56 vor. Die einzelnen Lagen 7 weisen also jeweils einen vergleichbaren Verlauf der Konzentration c des Ablösematerials 56 auf. Der Konzentrationsverlauf c entlang einer Richtung z senkrecht zu der Strahlungshauptseite 20 ist also periodisch mit einer Periodenlänge, die der Dicke T7 der Lagen 7 entspricht. Eine Dicke T7 der Lagen insgesamt ist deutlich größer als eine Dicke T6 nur der Grenzbereiche 70.
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In 7 ist das Konversionsmittel 3 unmittelbar an dem Träger 4 bei einem Verfahren etwa gemäß 1 ohne Ablöseschicht illustriert. Das Konversionsmittel 3 weist ein Matrixmaterial auf, in das Konversionsstoffpartikel 33 und Partikel des Absorberbestandteils 36 gleichmäßig verteilt sind. Der Absorberbestandteil 36 weist einen Absorptionskoeffizienten für im Halbleiterchip 2 im Betrieb erzeugte Strahlung von bevorzugt höchstens 20% oder 10% oder 5% auf. Ein solcher Absorberbestandteil 36 kann dem Konversionsmittel 3 optional auch bei einem Verfahren wie in 2 mit einer Ablöseschicht beigegeben sein, um die Konversionsstoffpartikel 33 vor der Laserstrahlung 6 zu schützen.
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Bei den Konversionsstoffpartikeln 33 handelt es sich beispielsweise um Ce:YAG-Partikel mit einem Durchmesser zwischen einschließlich 1 µm und 5 µm oder auch um Nanopartikel mit Durchmessern zwischen einschließlich 1 nm und 100 nm, die zum Beispiel mit oder aus Zinkselenid gebildet sind.
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Der Absorberbestandteil 36 liegt bevorzugt mit einer höheren Partikeldichte vor. Bevorzugt weist durch den Absorberbestandteil 36 das Konversionsmittel 3 für die Laserstrahlung 6 eine derart hohe optische Dichte auf, dass die Laserstrahlung 6 vollständig oder nahezu vollständig in einem dünnen Bereich nahe der Trägerhauptseite 40 absorbiert wird. Dieser Bereich weist eine Dicke von beispielsweise zwischen einschließlich 20 nm und 200 nm auf. Die Laserstrahlung 6 wird hierdurch von den Konversionsstoffpartikeln 33 effizient fern gehalten.
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Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen umfasst der Absorberbestandteil 36 zum Beispiel Zinkoxid oder kurz ZnO, das eine Bandlücke im Bereich von zirka 3,2 eV bis 3,4 eV aufweist, oder besteht hieraus. Ist der Absorberbestandteil 36 partikelförmig, so weisen die Partikel bevorzugt einen mittleren Durchmesser von höchstens 100 nm, insbesondere zwischen einschließlich 5 nm und 20 nm, auf. Ein Gewichtsanteil des Absorberbestandteils 36 an dem Konversionsmittel 3 liegt bevorzugt zwischen einschließlich 5 Gewichtsprozent und 35 Gewichtsprozent, insbesondere zwischen einschließlich 10 Gewichtsprozent und 20 Gewichtsprozent.
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In 8 sind weitere Verläufe der Konzentration c des Zusatzbestandteils entlang der z-Richtung weg von der Strahlungshauptseite 20 gezeigt. Alle Konzentrationsverläufe weisen für jede der Lagen einen sich wiederholenden, periodischen Verlauf auf, vergleiche auch 6B. Die in 8 dargestellten Konzentrationsverläufe können insbesondere bei einem Verfahren gemäß 1 ohne Verwendung einer Absorberschicht auftreten, vergleiche auch 7.
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Gemäß 8A nimmt die Konzentration c des Zusatzbestandteils in den Grenzbereichen 70 jeweils ab. Die Abnahme kann dadurch verursacht sein, dass der Absorberbestandteil 36 durch die Laserstrahlung zersetzt wird oder stärker in die Gasphase übergeht als das Matrixmaterial des Konversionsmittels 3.
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Gemäß 8B ist die Konzentration c des Absorberbestandteil 36 in den Grenzbereichen 70 erhöht. Dies kann insbesondere dann eintreten, falls der Absorberbestandteil 36 die Laserstrahlung 6 absorbiert, in Wärme umwandelt und diese Wärme an das Matrixmaterial weitergibt. Anschließend verdampft im Wesentlichen das Matrixmaterial und nicht oder weniger stark der Absorberbestandteil 36. Beim Transferieren des Konversionsmittels 3 auf den Halbleiterchip 2 kann also ein Teil des Matrixmaterials des Konversionsmittels 3 verloren gehen.
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Gemäß 8C weist die Konzentration c des Absorberbestandteils 36 in den Grenzbereichen 70 einen sigmoidalen Verlauf auf. Ein solcher Verlauf tritt beispielsweise dann auf, falls der Absorberbestandteil 36 beim Ablösen von dem Träger 4 vergleichsweise stark verdampft und somit aus einer Schicht des Konversionsmittels 3 zu einem vergleichsweise hohen Anteil verschwindet und sich anschließend wieder auf dem Konversionsmittel 3 niederschlägt.
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Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
