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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konverterelement für ein optoelektronisches Bauelement. Weiter betrifft die Erfindung ein optoelektronisches Bauelement mit einem Konverterelement. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Konverterelements für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement.
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Um ein Halbleiterbauelement zu erzeugen, das eine Mischstrahlung, insbesondere weiße Strahlung, emittiert, ist es möglich, einen Halbleiterchip, der Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs mit einer ersten Wellenlänge emittiert, mit einem Konverterelement zu versehen, das die Strahlung erster Wellenlänge zumindest teilweise in Strahlung einer zweiten Wellenlänge umwandelt beziehungsweise die Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zumindest teilweise in Strahlung eines zweiten Wellenlängebereichs mit der zweiten Wellenlänge umwandelt. Mischstrahlung, insbesondere weißes Licht, wird durch eine Überlagerung der Strahlung erster Wellenlänge und der Strahlung zweiter Wellenlänge beziehungsweise durch eine Überlagerung von Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und Strahlung des zweiten Wellenlängebereichs erzeugt.
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Es ist wünschenswert, ein Konverterelement anzugeben, das eine gute Farbwiedergabe und eine gute Effizienz aufweist. Zudem ist es wünschenswert, ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Konverterelements anzugeben.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Konverterelement für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement einen Schichtstapel. Der Schichtstapel weist eine erste Schicht mit einem Phosphor eines ersten Typs auf. Der Schichtstapel weist eine zweite Schicht mit einem Phosphor eines zweiten Typs auf, wobei der erste und der zweite Typ unterschiedlich sind.
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Durch das Stapeln von Schichten mit zueinander unterschiedlichen Typen von Phosphor ist eine hohe Flexibilität der Mischstrahlung gegeben. Gleichzeitig ist die Farbwiedergabe gut, da die verschiedenen Typen von Phosphor eine eingehende Wellenlänge in unterschiedliche Wellenlängen umwandeln. Durch das Übereinanderstapeln ist im Betrieb zudem eine gute Winkelverteilung der Mischstrahlung gegeben. Die gleichmäßige Winkelverteilung resultiert beispielsweise zumindest teilweise aus Streuung an der zweiten Schicht.
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Der Schichtstapel ist insbesondere entlang der Abstrahlrichtung des optoelektronisches Halbleiterbauelements gestapelt. Die erste und die zweite Schicht sind so gestapelt, dass die von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement ausgesandte Strahlung zuerst durch die erste Schicht tritt und nachfolgend durch die zweite Schicht.
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Gemäß weiterer Ausführungsformen umfasst der Schichtstapel eine dritte Schicht mit einem Phosphor. Insbesondere ist der Phosphor vom gleichen Typ wie der Phosphor der ersten Schicht. Die gleichmäßige Winkelverteilung resultiert beispielsweise zumindest teilweise aus Streuung an der dritten Schicht.
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Gemäß weiterer Ausführungsformen ist der Phosphor der dritten Schicht von einem dritten Typ, wobei der dritte Typ unterschiedlich zu dem ersten und dem zweiten Typ ist.
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Gemäß weiterer Ausführungsformen ist die zweite Schicht eine Klebeschicht, die zwischen der ersten Schicht und der dritten Schicht angeordnet ist und die die erste Schicht mit der dritten Schicht koppelt. So ist es möglich, unterschiedliche Konverterkeramikschichten und Phosphorschichten für die erste und die dritte Schicht vorzusehen. Eine Konverterkeramik ist insbesondere eine mindestens einen Leuchtstoff enthaltenden Keramik. Insbesondere unterscheiden sich die Konverterkeramiken der ersten und der dritten Schicht im Materialsystem, das unter unterschiedlichen Bedingungen hergestellt wird, wie beispielsweise bei unterschiedlichen Sintertemperaturen. Durch das Anordnen der unterschiedlichen Konverterkeramiken in dem Schichtstapel und dem Verkleben ist es möglich, in dem Konverterelement die unterschiedlichen Konverterkeramiken zu verwenden. Dadurch ist eine gute Farbwiedergabe und/oder eine gute Effizient möglich.
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Insbesondere ist in jeder Schicht der Schichten des Schichtstapels nur Phosphor eines einzigen Typs vorgesehen.
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Das Konverterelement ist gemäß Ausführungsformen für einen Planaremitter ausgebildet. Das Konverterelement ist gemäß weiteren Ausführungsformen für einen Volumenemitter ausgebildet. Das Konverterelement umfasst gemäß Ausführungsformen mindestens einen weiteren Schichtstapel, der korrespondierend zu dem Schichtstapel aufgebaut ist und dessen Schichtrichtung quer zu der Schichtrichtung des Schichtstapels verläuft.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist ein optoelektronisches Halbleiterbauelement einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip und ein Konverterelement auf, wobei das Konverterelement einen Schichtstapel aufweist. Der Schichtstapel weist eine erste Schicht mit einem Phosphor eines ersten Typs und eine zweite Schicht mit einem Phosphor eines zweiten Typs auf, wobei der erste und der zweite Typ unterschiedlich sind.
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Die in Verbindung mit dem Konverterelement angeführten Ausführungsformen und Vorteile finden auch in Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement Anwendung und umgekehrt.
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Das Halbleiterbauelement ist gemäß Ausführungsformen ein optoelektronisches Bauelement, das die Umwandlung von elektrisch erzeugten Daten oder Energie in Lichtemission ermöglicht oder umgekehrt. Das Halbleiterbauelement weist zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip auf, vorzugsweise einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip. Der Halbleiterchip ist bevorzugt eine LED (Licht emittierende Diode).
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Der Halbleiterchip weist einen Halbleiterschichtenstapel auf, in dem eine aktive Schicht enthalten ist. Die aktive Schicht ist insbesondere geeignet zur Erzeugung einer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs mit einer ersten Wellenlänge. Hierzu enthält die aktive Schicht vorzugsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW, Single Quantum Well) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW, Multi Quantum Well) zur Strahlungserzeugung. Die Bezeichnungen Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
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Der Halbleiterschichtenstapel des Halbleiterchips enthält vorzugsweise ein III/V-Halbleitermaterial. III/V-Halbleitermaterialien sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten, über den sichtbaren bis in den infraroten Spektralbereich besonders geeignet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konverterelement des Bauelements geeignet, eine von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung zumindest teilweise in Strahlung einer ersten anderen Wellenlänge und einer zweiten anderen Wellenlänge umzuwandeln. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konverterelement des Bauelements geeignet, eine von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung zumindest teilweise in Strahlung eines ersten anderen Wellenlängebereichs und eines zweiten anderen Wellenlängebereichs umzuwandeln. Durch den Schichtstapel mit mehreren Schichten, die jeweils zueinander unterschiedliche Typen von Phosphor enthalten, ist es möglich, die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung in mehrere verschiedene Wellenlängen beziehungsweise Wellenlängenbereiche umzuwandeln. Zudem wird die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung sowie die konvertierte Strahlung der ersten Schicht in der zweiten Schicht zusätzlich gestreut. Dadurch ist eine gute und gleichmäßige Verteilung der Strahlungen mit den verschiedenen Wellenlängen beziehungsweise Wellenlängenbereichen möglich. Dadurch ist eine gute Farbwiedergabe gegeben.
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Das Konverterelement ist vorzugsweise für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung der ersten Wellenlänge beziehungsweise des ersten Wellenlängenbereichs zumindest teilweise transparent. Die erste Schicht ist vorzugsweise für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung der ersten Wellenlänge beziehungsweise des Wellenlängenbereichs zumindest teilweise transparent. Teilweise transparent bedeutet insbesondere, dass das Konverterelement insgesamt zwischen 0 und 50 % für die Strahlung der ersten Wellenlänge beziehungsweise des ersten Wellenlängenbereichs strahlungsdurchlässig bzw. (teil-)transparent ist. Die erste Schicht ist beispielsweise zwischen 2 % und 98 % für die Strahlung der ersten Wellenlänge beziehungsweise des ersten Wellenlängenbereichs strahlungsdurchlässig bzw. (teil-)transparent. Insbesondere wird die Durchlässigkeit in Abhängigkeit der Anzahl der Schichten und des gewünschten Farbziels festgelegt. Dadurch ist gewährleistet, dass die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung zumindest teilweise unkonvertiert durch das Konverterelement treten kann.
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Zudem kann gewährleistet werden, dass die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung zumindest teilweise unkonvertiert durch die erste Schicht treten kann. Das bedeutet, dass nicht jede von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung in der ersten Schicht in eine konvertierte Strahlung einer zweiten Länge umgewandelt wird.
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Aus dem Konverterelement austretende Strahlung setzt sich demnach zusammen aus unkonvertierter Strahlung, die ohne Beeinflussung der Wellenlänge durch das Konverterelement tritt, und konvertierter Strahlung, die in dem Konverterelement umgewandelt worden ist. Die Strahlung kann im Konverterelement gestreut werden. Die aus dem Konverterelement austretende Strahlung setzt sich demnach zusammen aus unkonvertierter Strahlung, die ohne Beeinflussung der Wellenlänge durch die erste Schicht tritt, und konvertierter Strahlung, die in der ersten Schicht umgewandelt worden ist.
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Die zweite Schicht ist insbesondere für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung der ersten Wellenlänge beziehungsweise des ersten Wellenlängenbereichs zumindest teilweise transparent. Die zweite Schicht ist vorzugsweise für die von der ersten Schicht umgewandelte Strahlung der zweiten Wellenlänge beziehungsweise des zweiten Wellenlängenbereichs zumindest teilweise transparent. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung und/oder die von der ersten Schicht umgewandelte Strahlung zumindest teilweise unkonvertiert durch die zweite Schicht treten kann. Das bedeutet, dass nicht jede von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung bzw. von der ersten Schicht umgewandelte Strahlung in der zweiten Schicht in eine konvertierte Strahlung einer dritten Wellenlänge beziehungsweise eines dritten Wellenlängenbereichs umgewandelt wird.
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Aus dem Konverterelement austretende Strahlung setzt sich demnach zusammen aus unkonvertierter Strahlung, die ohne Beeinflussung durch das Konverterelement tritt, konvertierter Strahlung, die in der ersten Schicht umgewandelt worden ist, und konvertierter Strahlung, die in der zweiten Schicht umgewandelt worden ist. Dadurch kann ein Bauelement realisiert werden, das eine Mischstrahlung aus Strahlung der ersten Wellenlänge beziehungsweise des ersten Wellenlängenbereichs und Strahlung der zweiten Wellenlänge beziehungsweise des zweiten Wellenlängenbereichs und der dritten Wellenlänge beziehungsweise des dritten Wellenlängenbereichs emittiert. Die Mischstrahlung entsteht insbesondere durch Überlagerung der unkonvertierten Strahlung erster Wellenlänge beziehungsweise des ersten Wellenlängenbereichs mit der konvertierten Strahlung zweiter und dritter Wellenlänge beziehungsweise des zweiten und dritten Wellenlängenbereichs.
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Bei Schichtstapeln mit drei oder mehr Schichten entsteht die Mischstrahlung insbesondere durch Überlagerung der unkonvertierten Strahlung erster Wellenlänge beziehungsweise des ersten Wellenlängenbereichs mit der jeweils konvertierten Strahlung der jeweiligen Wellenlänge beziehungsweise Wellenlängenbereiche der einzelnen Schichten des Schichtstapels.
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Gemäß Ausführungsformen umgibt das Konverterelement den Halbleiterchip. Gemäß weiterer Ausführungsformen umgibt das Konverterelement den Halbleiterchip nicht vollständig, sondern bedeckt lediglich die Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Konverterelements für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement ein Bereitstellen einer ersten Schicht mit einem Phosphor eines ersten Typs. Das Verfahren umfasst ein Aufbringen einer zweiten Schicht mit einem Phosphor eines zweiten Typs auf die erste Schicht, wobei der erste und der zweite Typ unterschiedlich sind.
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Gemäß Ausführungsformen wird die erste Schicht als Konverterkeramikplättchen bereitgestellt. Die zweite Schicht wird mittels einem aus Folgenden aufgebracht: Streuseln, EPD, Vergießen und Bestreichen. Insbesondere werden die Phosphorpartikel der zweiten Schicht nicht als Konverterkeramikplättchen aufgebracht.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen wird eine dritte Schicht mit Phosphor auf der zweiten Schicht aufgebracht. Die dritte Schicht wird beispielsweise als fertiges Konverterkeramikplättchen bereitgestellt. Das Konverterkeramikplättchen wird beispielsweise auf die zweite Schicht aufgelegt und mit der zweiten Schicht und der ersten Schicht gekoppelt. Beispielsweise wird die dritte Schicht auf die zweite Schicht geklebt. Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst die Klebung ein niederschmelzendes Glas oder eine Sinterhilfe zur Kopplung der Schichten.
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Gemäß Ausführungsformen weisen die Schichten des Schichtstapels jeweils eine Schutzschicht auf. Dadurch werden die Schichten geschützt und die verschiedenen Phosphortypen voneinander getrennt. Gemäß Ausführungsformen werden die erste Schicht und/oder die zweite Schicht und/oder die dritte Schicht als Grünfolien bereitgestellt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen. In den Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Bestandteile und deren Größenverhältnisse zueinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Bestandteile wie beispielsweise Schichten, Strukturen, Komponenten und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
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Es zeigen:
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1 einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Konverterelements,
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2 einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Konverterelements,
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3 einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Konverterelements,
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4 einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Konverterelements,
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5 einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Konverterelements,
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6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Konverterelements, und
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7 einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
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1 zeigt einen Schichtstapel 10. Der Schichtstapel weist eine erste Schicht 1, eine zweite Schicht 2 und eine dritte Schicht 3 auf. Gemäß weiteren Ausführungsformen weist der Schichtstapel weniger als drei Schichten auf, beispielsweise die Schichten 2 und 3.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst der Schichtstapel mehr als drei Schichten, beispielsweise vier Schichten oder mehr.
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1 zeigt ein Konverterelement 100, das den Schichtstapel 10 aufweist. Das Konverterelement 100 ist derart ausgebildet, dass es zumindest teilweise die von dem Halbleiterchip 4 7) emittierte Strahlung in Strahlung anderer Wellenlängen umwandelt.
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Die dritte Schicht 3 weist eine Hauptausdehnungsrichtung quer zu einer Stapelrichtung x auf. Die Stapelrichtung x entspricht der Hauptaustrittsrichtung der im Betrieb von dem Halbleiterchip 4 emittierten Strahlung. Auf einer Oberfläche 5 der dritten Schicht 3 ist in x-Richtung die Schicht 2 angeordnet. Auf einer der Schicht 3 abgewandten Oberfläche 6 der zweiten Schicht 2 ist in x-Richtung die erste Schicht 1 angeordnet.
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Die erste Schicht umfasst ein Phosphor eines ersten Typs. Beispielsweise ist die erste Schicht ein keramisches Plättchen. Die zweite Schicht umfasst Phosphorpartikel aus Phosphor eines zweiten Typs, der sich von dem Typ des Phosphors der ersten Schicht 1 unterscheidet. Die dritte Schicht umfasst beispielsweise ein keramisches Plättchen mit Phosphor. Gemäß den Ausführungsbeispielen der 1 weisen die erste Schicht 1 und die dritte Schicht 3 Phosphor des gleichen Typs auf.
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Die Phosphorpartikel der zweiten Schicht sind beispielsweise durch ein Streuselverfahren, ein EPD-Verfahren, ein Vergießen und/oder ein Bestreichen auf die dritte Schicht 3 aufgebracht. Beispielsweise ist die erste Schicht 1 auf die zweite Schicht 2 aufgeklebt. Die zweite Schicht 2 umfasst gemäß Ausführungsformen ein Vergussmaterial und/oder ein niederschmelzendes Glas, durch das die erste Schicht 1 mit der zweiten Schicht 2 und der dritten Schicht 3 gekoppelt wird. Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst die zweite Schicht 2 Sinterhilfen und der Schichtstapel 10 wird zur Kopplung der drei Schichten 1, 2, 3 einem Sinterprozess unterzogen. Gemäß Ausführungsformen verklebt die zweite Schicht 2 die erste Schicht 1 mit der dritten Schicht 3.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen ist zwischen der dritten Schicht 3 und der zweiten Schicht 2 eine Schutzschicht (nicht explizit dargestellt) angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist gemäß Ausführungsformen zwischen der ersten Schicht 1 und der zweiten Schicht 2 eine Schutzschicht (nicht explizit dargestellt) angeordnet. Die Schutzschicht bzw. die Schutzschichten sind dazu eingerichtet, die dritte Schicht 3 bzw. die zweite Schicht 2 während des Herstellungsprozesses und im Betrieb vor Umwelteinflüssen zu schützen, beispielsweise vor Feuchtigkeit. Zudem sind die Phosphore unterschiedlichen Typs durch die Schutzschichten gut voneinander getrennt.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen ist zumindest eine der ersten Schicht 1 und der dritten Schicht 3 als Grünfolie ausgebildet. Gemäß weiteren Ausführungsformen sind sowohl die erste Schicht 1 und die dritte Schicht 3 jeweils als Grünfolie ausgebildet.
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Dadurch, dass die Phosphorpartikel der zweiten Schicht 2 zwischen den beiden festen Schichten 1 und 3 angeordnet sind, wird der Phosphor der zweiten Schicht durch die erste und die dritte Schicht geschützt. Zudem kann auf einen Sinterprozess verzichtet werden, da die zweite Schicht 2 nicht gesintert werden muss. Trotzdem ist eine gute Wärmeanbindung und Wärmeabfuhr mit dem Halbleiterchip gegeben, da zumindest die dritte Schicht 3 einen keramischen Teil des Konverterelements 100 ausbildet.
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2 zeigt das Konverterelement 100 gemäß weiteren Ausführungsformen. Im Unterschied zu den Ausführungsformen, wie in Verbindung mit 1 erläutert, weisen die erste Schicht 1 und die dritte Schicht 3 gemäß den Ausführungsformen der 2 zueinander unterschiedliche Typen von Phosphor auf. Die dritte Schicht 3 weist Phosphor eines dritten Typs auf, der sich von dem Phosphor ersten Typs unterscheidet. Somit ist im Betrieb ein breiteres Wellenspektrum realisierbar.
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3 zeigt das Konverterelement 100 gemäß weiteren Ausführungsformen. Im Unterschied zu den Ausführungsformen der 2 ist die Stapelreihenfolge der Schichten des Schichtstapels 10 gemäß den Ausführungsbeispielen der 3 vertauscht. Die erste Schicht 1 ist auf der Oberfläche 5 der dritten Schicht 3 angeordnet. Die zweite Schicht 2 ist auf einer der dritten Schicht 3 abgewandten Oberfläche 8 der ersten Schicht angeordnet. Diese Anordnung kann beispielsweise verwendet werden, wenn die Konverterkeramiken der ersten und der dritten Schicht von einem ähnlichen Typ sind und gut miteinander verbunden werden können. Die zweite Schicht wird dann auf die Oberfläche 8 der ersten Schicht aufgebracht, beispielsweise durch einen Vergussprozess.
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4 zeigt das Konverterelement 100 gemäß weiteren Ausführungsformen. Im Unterschied zu den Ausführungsformen, wie in Verbindung mit den 1 bis 3 erläutert, weist der Schichtstapel 10 gemäß den Ausführungsformen der 4 nur die erste Schicht 1 und die zweite Schicht 2 auf.
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5 zeigt das Konverterelement 100 gemäß weiteren Ausführungsformen. Im Unterschied zu 4 ist nicht nur die Oberfläche 5 der ersten Schicht 1 mit der zweiten Schicht 2 bedeckt, sondern auch die quer zu der Oberfläche 5 verlaufenden Seitenflächen 9 sind mit der zweiten Schicht 2 bedeckt.
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6 zeigt das Konverterelement 100 gemäß weiteren Ausführungsformen. Im Unterschied zu den Ausführungsformen der 1 bis 5 sind die Seitenflächen 9 der ersten Schicht 1 nicht senkrecht zu der Stapelrichtung x ausgerichtet, sondern weisen einen Winkel > 0° und < 90° zu der Stapelrichtung x auf. Die Seitenflächen 9 sind schräg ausgebildet.
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7 zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 20 gemäß Ausführungsformen.
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Das optoelektronische Halbleiterbauelement 20 umfasst einen Halbleiterchip 4, der einen Halbleiterschichtenstapel mit einer darin angeordneten aktiven Schicht umfasst. Der Halbleiterchip 4 ist vorzugsweise eine LED. Die aktive Schicht des Halbleiterchips 4 ist geeignet, Strahlung einer ersten Wellenlänge beziehungsweise eines ersten Wellenlängenbereichs zu emittieren. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 weist das Konverterelement 100 auf. Der größte Teil der von dem Halbleiterchip 4 emittierten Strahlung wird dabei über eine Strahlungsaustrittsseite an einer Oberfläche 7 aus dem Halbleiterchip 4 ausgekoppelt.
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Auf dieser Strahlungsaustrittsseite, die insbesondere von der Hauptfläche 7 des Halbleiterchips 4 gebildet ist, ist das Konverterelement 100 angeordnet. Das Konverterelement 100 umfasst den Schichtstapel 10. Der Schichtstapel 10 ist direkt auf dem Halbleiterchip 4, insbesondere auf der Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips 4, aufgebracht.
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Die Schichten des Schichtstapels 10 des Konverterelements 100 sind jeweils derart ausgebildet, dass sie zumindest teilweise die von dem Halbleiterchip 4 emittierte Strahlung in Strahlung anderer Wellenlängen umwandeln. Hierzu weisen die Schichten des Schichtstapels 10 jeweils Konverterpartikel aus Phosphor auf. Der Schichtstapel 10 weist gemäß Ausführungsformen die drei Schichten 1, 2 und 3 in der dargestellten Reihenfolge auf. Gemäß weiteren Ausführungsformen weist der Schichtstapel mehr als drei Schichten auf und/oder eine andere Reichenfolge der Schichten 1, 2 und 3. Der Schichtstapel ist insbesondere korrespondierend zu einer der in Verbindung mit den 1 bis 6 erläuterten Ausführungsformen oder einer Kombination daraus ausgebildet.
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Wird Strahlung aus der aktiven Schicht des Halbleiterchips 4 in den Schichtstapel 10 eingekoppelt, so wird diese emittierte Strahlung an den Konverterpartikeln der dritten Schicht 3 des Schichtstapels 10 zumindest teilweise in Strahlung einer anderen Wellenlänge beziehungsweise eines anderen Wellenlängenbereichs umgewandelt. Strahlung aus der aktiven Schicht des Halbleiterchips 4 koppelt in die Schicht 2 des Schichtstapels 10 ein und wird an den Konverterpartikeln der Schicht 2 zumindest teilweise in Strahlung einer wiederum anderen Wellenlänge beziehungsweise eines wiederum anderen Wellenlängenbereichs umgewandelt. Strahlung aus der aktiven Schicht des Halbleiterchips 4 koppelt in die erste Schicht 1 des Schichtstapels 10 ein und wird an den Konverterpartikeln der ersten Schicht 1 zumindest teilweise in Strahlung einer anderen Wellenlänge beziehungsweise eines anderen Wellenlängenbereichs umgewandelt.
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Zudem ist es möglich, dass Strahlung aus der ersten Schicht 1 in die zweite Schicht 2 zurückgelangt. Zudem ist es möglich, dass Strahlung aus der zweiten Schicht 2 in die dritte Schicht 3 zurückgelangt.
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Gemäß Ausführungsformen sind die erste und die dritte Schicht gleichartig aufgebaut und wandeln die Strahlung der aktiven Schicht des Halbleiterchips 4 in Strahlung der gleichen Wellenlänge beziehungsweise des gleichen Wellenlängenbereichs um, die sich von der aus der aktiven Schicht des Halbleiterchips emittierten Strahlung unterscheidet. Gemäß weiterer Ausführungsformen sind die Schichten 1 und 3 unterschiedlich zueinander aufgebaut und umfassen insbesondere unterschiedliche Konverterpartikel, sodass sich die Wellenlängen der umgewandelten Strahlung der dritten Schicht von den Wellenlängen der umgewandelten Strahlung der ersten Schicht unterscheidet.
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Beispielsweise emittiert der Halbleiterchip 4 Strahlung im blauen Bereich. Die dritte Schicht 3 umfasst ein Phosphor, das die Strahlung im blauen Bereich des Halbleiterchips 4 teilweise in Strahlung im gelben Bereich umwandelt. Die zweite Schicht 2 umfasst beispielsweise Phosphor, das die Strahlung des Halbleiterchips 4 teilweise absorbiert und eine Strahlung im roten Bereich erzeugt. Zudem wird die blaue Strahlung des Halbleiterchips 4 und die gelbe Strahlung der dritten Schicht 3 an der zweiten Schicht 2 gestreut. Dadurch wird eine gleichmäßige Winkelverteilung der Strahlung erzeugt.
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Ein weiterer Teil der blauen Strahlung des Halbleiterchips 4 wird in der ersten Schicht 1 beispielsweise wiederum in Strahlung im gelben Wellenlängenbereich konvertiert. Dadurch wird eine warmweiße Strahlung ermöglicht, die eine gute Farbwiedergabe und eine gute Winkelverteilung aufweist.
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Zudem findet die Streuung nicht direkt an der Oberfläche 7 des Halbleiterchips 4 statt. Somit sind die Streuverluste durch Rückstreuung auf den Halbleiterchip 4 geringer und dadurch die Effizienz des Halbleiterbauelements 20 höher.
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Gemäß Ausführungsformen umfasst die erste Schicht 1 und/oder die dritte Schicht 3 CE-dotiertes YAG und die zweite Schicht 2 Eu-dotiertes Erdalkali-Siliziumnitrid. Das Erdalkali umfasst gemäß Ausführungsformen Ca, Sr oder Ba und/oder eine Kombination aus diesen.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst die erste Schicht 1 und/oder die dritte Schicht 3 CE-dotiertes LuAG.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst die erste Schicht 1 und/oder die dritte Schicht 3 dotiertes SrSiON.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst die zweite Schicht 2 Eu-dotiertes CaAlSiN.
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Gemäß Ausführungsformen umfasst das Phosphor des zweiten Typs der zweiten Schicht 2 ein Phosphor mit einer Korngröße von beispielsweise 1 μm bis etwa 30 μm.
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Gemäß Ausführungsformen ist die erste Schicht 1 mit einer Schutzschicht beschichtet. Die Schutzschicht umfasst insbesondere ein Oxid und/oder ein Nitrid. Die Schutzschicht umfasst insbesondere Si3N4, SiO2, TiO2, ZrO2 oder eine Kombination daraus, insbesondere einen Schichtstapel daraus. Gemäß weiterer Ausführungsformen ist die zweite Schicht 2 mit einer weiteren Schutzschicht beschichtet, die zwischen der zweiten Schicht 2 und der ersten Schicht 1 angeordnet ist. Gemäß Ausführungsformen wird die dritte Schicht 3 mit einer Schutzschicht beschichtet. Die Schutzschicht der dritten Schicht 3 umfasst ein Oxid oder ein Nitrid. Die Schutzschicht der dritten Schicht 3 umfasst insbesondere Si3N4, SiO2, TiO2, ZrO2 oder eine Kombination daraus, insbesondere einen Schichtstapel daraus. Die erste Schicht 1 wird insbesondere als Konverterkeramikplättchen bereitgestellt und während der Herstellung auf die zweite Schicht 2 aufgedrückt und erhitzt.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen wird die erste Schicht 1 als Grünfolie auf die zweite Schicht 2 aufgebracht. Das Konverterelement 100 wird dann durch einen mehrstufigen Sinterprozess hergestellt.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen wird die dritte Schicht 3 als Konverterkeramikplättchen bereitgestellt und zur Herstellung der zweiten Schicht 2 ein Gemisch aus einem Phosphor und einem Sinterhilfsmittel sowie niederschmelzendem Pulver, das beispielsweise MgF2, LiF, SnO2, Sb2O5 oder Mischungen daraus umfasst, auf die Oberfläche 5 der dritten Schicht 3 aufgebracht. Daraufhin wird die erste Schicht 1 als Konverterkeramikplättchen oder Grünfolie oder als Schlicker aufgebracht und der Schichtstapel 10 gesintert. Das Sinterhilfsmittel muss hierbei optisch transparent sein.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen werden die erste Schicht 1 und die dritte Schicht 3 jeweils zur Herstellung als Grünfolie bereitgestellt und die Phosphorpartikel der zweiten Schicht 2 zwischen die beiden Grünfolien gebracht. Der Schichtstapel 10 aus Grünfolien und dazwischen angeordneten Phosphorpartikeln des zweiten Typs wird laminiert, vorgesintert und gesintert und so das Konverterelement 100 hergestellt.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen sind die Phosphorpartikel des zweiten Typs in einem Vergussmaterial bereitgestellt. Das Vergussmaterial umfasst beispielsweise Silikon oder Epoxid. Das Vergussmaterial wird auf die Oberfläche 5 der dritten Schicht 3 aufgebracht und verklebt die dritte Schicht 3 mit der ersten Schicht 1. Das Vergussmaterial ist gemäß weiteren Ausführungsformen ein anorganisches Glas oder ein anorganisches Gemisch, ein Solgel oder ein Kopolymer.
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Gemäß weiterer Ausführungsformen umfassen die erste Schicht 1 und die dritte Schicht 3 Phosphore unterschiedlichen Typs, sodass die dritte Schicht die blauen Photonen der emittierten Strahlung des Halbleiterchips 4 beispielsweise in grüne Strahlung konvertiert, die zweite Schicht 2 die blaue Strahlung des Halbleiterchips 4 in rote Strahlung emittiert und die erste Schicht 1 die blaue Strahlung in gelbe Strahlung konvertiert oder umgekehrt. Gemäß weiteren Ausführungsformen konvertiert die erste Schicht 1 die blaue Strahlung beispielsweise in orange Strahlung. Gemäß weiteren Ausführungsformen konvertiert die dritte Schicht 3 die blaue Strahlung in orange Strahlung und die erste Schicht 1 die blaue Strahlung in grüne Strahlung.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement 20 das Konverterelement 100 mit Schichtstapel 10, der nur zwei Schichten umfasst.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen sind auch die Seitenflächen 11 der dritten Schicht 3 mit der zweiten Schicht 2 bedeckt.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen sind die Seitenflächen 12 des Halbleiterchips 4, die quer zu der Oberfläche 7 ausgerichtet sind, mit einem Schichtstapel aus der ersten Schicht 1 und der zweiten Schicht 2 bzw. aus der ersten Schicht 1, der zweiten Schicht 2 und der dritten Schicht 3 bedeckt. Dies ist insbesondere bei Volumenemittern vorteilhaft.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen sind die Seitenflächen 11 der dritten Schicht 3 abgeschrägt. Dadurch wird die Auskoppeleffizienz der Strahlung aus dem Halbleiterchip 4 erhöht.
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Dadurch, dass die erste Schicht 1 mit der dritten Schicht 3 mittels der zweiten Schicht 2 gemäß Ausführungsformen durch eine Verklebung gekoppelt ist, ist das Konverterelement 100 günstig herstellbar. Die Schutzschichten dienen jeweils insbesondere als Feuchtigkeitsschutz und/oder Oxidationsschutz für die einzelnen Schichten des Schichtstapels 10.
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Dadurch, dass das Konverterelement 100 durch einen Schichtstapel mit zumindest zwei unterschiedlichen Typen von Phosphor ausgebildet ist, ist durch das Konverterelement ein warmweißer Farbort mit einer guten Farbwiedergabe und einer guten Winkelverteilung erzielbar.
