DE102015103055A1

DE102015103055A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils

Info

Publication number: DE102015103055A1
Application number: DE102015103055.1A
Authority: DE
Inventors: Britta Göötz; Walter Wegleiter; Stefan Grötsch
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2016-06-09
Also published as: US10586827B2; JP6479188B2; US20180261648A1; DE112015005495A5; CN107004692B; CN107004692A; JP2017536704A; WO2016087542A1

Abstract

Es ist ein optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) angegeben, das einen Halbleiterchip (1) mit einer Hauptseite (10) aufweist, wobei die Hauptseite (10) eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Emissionsfeldern (11) umfasst. Die Emissionsfelder (11) sind einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar und über sie wird im Betrieb jeweils Strahlung aus dem Halbleiterchip (1) ausgekoppelt. Auf die Hauptseite (10) sind reflektierende Trennwände (20) aufgebracht, die zwischen benachbarten Emissionsfeldern (11) angeordnet sind und die Emissionsfelder (11) in Draufsicht auf die Hauptseite (10) zumindest teilweise umgeben. Ferner ist auf die Hauptseite (10) ein Konversionselement (4) mit einer dem Halbleiterchip (1) zugewandten Unterseite (41) und einer abgewandten Oberseite (42) aufgebracht. Die Trennwände (20) sind aus einem von dem Halbleitermaterial des Halbleiterchips (1) unterschiedlichen Material gebildet und überragen den Halbleiterchip (1) in Richtung weg von der Hauptseite (10). Das Konversionselement (4) überdeckt zumindest ein Emissionsfeld (11) zumindest teilweise und ist mit diesem Emissionsfeld (11) mechanisch stabil verbunden. Die Unterseite (41) des Konversionselements (4) im Bereich des überdeckten Emissionsfeldes (11) überragt die Trennwände (20) in eine Richtung weg von der Hauptseite (10) um höchstens 10 % der Höhe der Trennwände (20).

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, bei dem die optische Trennung benachbarter Emissionsfelder oder Bildpunkte, englisch Pixel, besonders effizient ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauteils anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen Halbleiterchip mit einer Hauptseite. Die Hauptseite ist bevorzugt als Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips ausgebildet. Die Hauptseite umfasst insbesondere eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Emissionsfeldern, die einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Wird zum Beispiel ein Emissionsfeld angesteuert oder betrieben, wird über dieses, insbesondere über dessen gesamte laterale Ausdehnung parallel zur Hauptseite, aus dem Halbleiterchip Strahlung ausgekoppelt.
In Draufsicht auf die Hauptseite bilden die Emissionsfelder insbesondere einzelne Bildpunkte beziehungsweise Pixel des Halbleiterchips. Die Emissionsfelder können zum Beispiel in Draufsicht rechteckige, wie quadratische oder sechseckige oder runde Querschnittsformen haben.
Der Halbleiterchip umfasst bevorzugt eine Halbleiterschichtenfolge, die zum Beispiel auf ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial basiert. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und m + n ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weitere Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN.
Die Halbleiterschichtenfolge umfasst zumindest eine aktive Schicht, die zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist. Die aktive Schicht beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur. Eine von der aktiven Schicht im Betrieb erzeugte Strahlung liegt insbesondere im Spektralbereich zwischen einschließlich 400 nm und 800 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil auf die Hauptseite aufgebrachte reflektierende Trennwände. Die Trennwände sind dabei insbesondere zwischen benachbarten Emissionsfeldern angeordnet und umgeben in Draufsicht auf die Hauptseite gesehen zumindest teilweise, insbesondere vollständig, die Emissionsfelder.
Die reflektierenden Trennwände bewirken bevorzugt eine optische Trennung zwischen einem im Betrieb befindlichen Emissionsfeld und einem dazu benachbarten Emissionsfeld. In anderen Worten sind für einen Beobachter in üblichen Abständen von ≥ 10 cm vom Halbleiterchip zwei direkt benachbarte Emissionsfelder scharf voneinander separiert. Ein angesteuertes Emissionsfeld überstrahlt ein direkt benachbartes, nicht angesteuertes Emissionsfeld also nicht oder für den Beobachter nicht merklich. Das Übersprechen benachbarter Emissionsfelder ist durch die Trennwände also reduziert.
Besonders bevorzugt sind die Trennwände Teil eines reflektierenden Gitters mit zum Beispiel matrixartig nebeneinander angeordneten Maschen, wobei die reflektierenden Trennwände ein Gitternetz um die Maschen bilden und wobei in Draufsicht auf die Hauptseite jedes der Emissionsfelder eineindeutig in einer Masche des reflektierenden Gitters liegt. Insbesondere sind in Draufsicht auf die Hauptseite dann eines oder mehrere der Emissionsfelder vollständig von einer zusammenhängend und unterbrechungsfrei ausgebildeten Bahn aus Trennwänden umgeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf die Hauptseite zumindest ein Konversionselement aufgebracht. Das Konversionselement umfasst dabei eine dem Halbleiterchip zugewandte Unterseite und eine dem Halbleiterchip abgewandte Oberseite.
Das Konversionselement wandelt im Betrieb teilweise oder vollständig auf das Konversionselement auftreffende Primärstrahlung aus dem Halbleiterchip in Sekundärstrahlung einer anderen Wellenlänge um. Beispielsweise kann der Halbleiterchip blaues Licht oder UV-Licht emittieren, welches von dem Konversionselement zumindest teilweise in rotes und/oder grünes und/oder gelbes Licht konvertiert wird. Durch die Mischung der Primärstrahlung und der vom Konversionselement emittierten Sekundärstrahlung kann das Halbleiterbauteil über das entsprechende Emissionsfeld Mischlicht, zum Beispiel weißes Licht, emittieren.
Das Konversionselement kann beispielsweise einen anorganischen Leuchtstoff, wie Yttrium-Aluminium-Granat, kurz YAG, und/oder Lutetium-Aluminium-Granat, kurz LuAG, und/oder Lutetium-Yttrium-Aluminium-Granat, kurz LuYAG, und/oder andere mit seltenen Erden versehenes Granate aufweisen oder aus einem solchen bestehen. Ferner kann der Leuchtstoff ein Erdalkali-Silizium-Nitrid und/oder ein Erdalkali-Aluminium-Silizium-Nitrid aufweisen oder aus einem solchen bestehen. Auch sind als Leuchtstoff andere Nitride und/oder Sulfide und/oder Silikate denkbar. Insbesondere kann das Konversionselement oben genannte Leuchtstoffe in Form von Partikel umfassen, die in einem Matrixmaterial, zum Beispiel einem Silikon oder Epoxid eingebettet und verteilt sind. Auch ist es möglich, dass es sich bei dem Konversionselement um ein keramisches Konversionselement handelt, das zum Beispiel zu zumindest 70 % oder zumindest 90 % oder vollständig aus einem Leuchtstoff besteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Trennwände aus einem von dem Halbleitermaterial des Halbleiterchips unterschiedlichen Material gebildet. Insbesondere bilden die Trennwände keinen Teil der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips, sondern sind aus einem anderen Material gefertigt und erst nach Fertigstellung des Halbleiterchips auf den Halbleiterchip aufgebracht. Die Trennwände können dabei spiegelnd oder diffus streuend für das von dem Halbleiterchip emittierte Licht sein. Insbesondere sind die reflektierenden Trennwände in Richtung parallel und/oder senkrecht zur Hauptseite undurchlässig für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung und weisen zum Beispiel für diese eine Reflektivität von zumindest 80 % oder 90 % oder 95 % auf. Bei dem Material der Trennwände kann es sich zum Beispiel um ein Epoxid oder Silikon handeln, das mit reflektierenden Partikeln, wie Titandioxid-Partikeln, kurz TiO₂, und/oder Metallpartikeln, wie Silber oder Aluminium oder Gold, und/oder Bariumtitanoxid-Partikeln, wie BaTiO₃, und/oder Yittriumboroxid-Partikeln, wie YBO₃, und/oder Erdalkalimetallkohlenstoffoxid-Partikeln, wie CaCO₃ oder MgCO₃, und/oder ZnS und/oder ZnO und/oder ZrO₂ und/oder BaSO₄ versehen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragen die Trennwände den Halbleiterchip in Richtung weg von der Hauptseite. Die Trennwände können dann zum Beispiel eine Höhe gemessen senkrecht zur Hauptseite von zum Beispiel mindestens 3 µm oder mindestens 5 µm oder mindestens 10 µm aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist die Höhe der Trennwände ≤ 20 µm oder ≤ 15 µm oder ≤ 10 µm. Die maximale Breite der Trennwände parallel zur Hauptseite beträgt zum Beispiel höchstens 50 µm oder höchstens 20 µm oder höchstens 10 µm.
Alternativ oder zusätzlich ist die maximale Breite ≥ 1 µm oder ≥ 5 µm ≥ 10 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdeckt das Konversionselement zumindest ein Emissionsfeld und ist mit diesem Emissionsfeld mechanisch stabil verbunden. In Draufsicht auf die Hauptseite des Halbleiterchips kann das Konversionselement einen Teil des zugehörigen Emissionsfeldes oder das gesamte Emissionsfeld überdecken. Mechanisch stabil heißt, dass das Konversionselement unter im bestimmungsgemäßen Betrieb auftretenden üblichen Krafteinwirkungen oder Beschleunigungen sich nicht von dem entsprechenden Emissionsfeld löst oder seine Position bezüglich des Emissionsfeldes verändert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt die Unterseite des Konversionselements im Bereich des überdeckten Emissionsfeldes die Trennwände in eine Richtung weg von der Hauptseite um höchstens 10 % oder höchstens 5 % oder höchstens 1 % der Höhe der Trennwände. Dies ist vorzugsweise im gesamten Bereich des Emissionsfeldes der Fall. Zum Beispiel überragt die Unterseite des Konversionselements im Bereich des überdeckten Emissionsfeldes die Trennwände um höchstens 1 µm oder höchstens 500 nm oder höchstens 100 nm oder höchstens 50 nm.
Wird also eine parallel zur Hauptseite des Halbleiterchips verlaufende Ausgleichsebene durch die höchstens, also am weitesten von der Hautseite beabstandeten Punkte der das entsprechende Emissionsfeld umgebenden Trennwände gelegt, so ist der Abstand dieser Ausgleichsebene zum Konversionselement im Bereich des Emissionsfeldes höchstens der oben angegebene Abstand.
In mindestens einer Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauteil einen Halbleiterchip mit einer Hauptseite auf, wobei die Hauptseite eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Emissionsfeldern umfasst. Die Emissionsfelder sind einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar. Über die Emissionsfelder wird im Betrieb jeweils Strahlung aus dem Halbleiterchip ausgekoppelt. Auf die Hauptseite sind reflektierende Trennwände aufgebracht, die zwischen benachbarten Emissionsfeldern angeordnet sind und die Emissionsfelder in Draufsicht auf die Hauptseite zumindest teilweise umgeben. Ferner ist auf die Hauptseite ein Konversionselement mit einer dem Halbleiterchip zugewandten Unterseite und einer dem Halbleiterchip abgewandten Oberseite aufgebracht. Die Trennwände sind aus einem von dem Halbleitermaterial des Halbleiterchips unterschiedlichen Material gebildet und überragen den Halbleiterchip in Richtung weg von der Hauptseite. Das Konversionselement überdeckt zumindest ein Emissionsfeld zumindest teilweise und ist mit diesem Emissionsfeld mechanisch stabil verbunden. Die Unterseite des Konversionselements im Bereich des überdeckten Emissionsfeldes überragt die Trennwände in eine Richtung weg von der Hauptseite um höchstens 10 % der Höhe der Trennwände.
Vorliegender Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass bei Halbleiterchips mit einer Mehrzahl von separierten Emissionsfeldern, im Folgenden auch pixilierte Chips genannt, die optische Trennung zwischen einzelnen Bildpunkten beziehungsweise Pixeln besonders signifikant sein soll. Wird zusätzlich gewünscht, dass das aus den Pixeln austretendes Licht konvertiert wird, so liegt zum Beispiel eine mögliche Lösung darin, alle Pixel mit einem gemeinsamen Konversionselement zu überdecken. Das Konversionselement kann dabei zum Beispiel mittels eines Klebers auf den Halbleiterchip aufgebracht sein. Jedoch hat sich herausgestellt, dass bereits innerhalb der Klebeschicht ein Übersprechen benachbarter Pixel stattfindet und die optische Trennung benachbarter Pixel daher reduziert wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird ein reflektierendes Gitter aus reflektierenden Trennwänden auf den Halbleiterchip aufgebracht, wobei die Trennwände die Emissionsfelder teilweise umgeben. Zusätzlich wird darauf geachtet, dass das aufgebrachte Konversionselement die Trennwände nur geringfügig überragt. Auf diese Weise kann ein Übersprechen benachbarter Pixel durch zum Beispiel eine Klebeschicht verhindert werden. Die optische Trennung benachbarter Pixel wird dadurch erhöht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen transparenten Kleber, der zumindest auf einem der Emissionsfelder aufgebracht ist und Seitenwände der das Emissionsfeld umgebenden reflektierenden Trennwände zumindest teilweise formschlüssig bedeckt. Die Seitenwände sind dabei quer oder senkrecht zur Hauptseite verlaufende Seiten der Trennwände.
Der transparente Kleber wird also zumindest teilweise lateral von den Trennwänden begrenzt, befindet sich in direktem Kontakt mit den Trennwänden und formt diese, insbesondere deren Seitenwände, konform nach. Die Trennwände können dabei beispielsweise ein Abfließen des Klebers von dem entsprechenden Emissionsfeld verhindern. Transparent bedeutet hier und im Folgenden, dass der Kleber zum Beispiel durchsichtig, insbesondere klarsichtig oder überwiegend durchlässig, mit einer Transparenz von zumindest 80 % oder zumindest 90 %, für das von den Emissionsfeldern emittierte Licht ist. Lateral ist hier und im Folgenden eine Richtung parallel zur Hauptseite des Halbleiterchips.
Bei dem transparenten Kleber kann es sich zum Beispiel um ein Silikon oder um ein Epoxid oder um ein Harz handeln. Die Schichtdicke des transparenten Klebers senkrecht zur Hauptseite ist bevorzugt ≥ 3 µm oder ≥ 5 µm oder ≥ 10 µm. Alternativ oder zusätzlich ist die Schichtdicke des transparenten Klebers ≤ 20 µm oder ≤ 15 µm oder ≤ 10 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement mittels des transparenten Klebers stoffschlüssig auf dem Emissionsfeld befestigt. Sowohl der Halbleiterchip als auch das Konversionselement sind dabei in direktem Kontakt mit dem transparenten Kleber. Der transparente Kleber sorgt also für die mechanische Verbindung zwischen dem Emissionsfeld und dem Konversionselement. Stoffschlüssig bedeutet zum Beispiel, dass überwiegend oder nur molekulare und/oder atomare Kräfte die Bindung zwischen Konversionselement und Emissionsfeld bewirken. Die stoffschlüssige Verbindung kann nur durch Zerstören des eingesetzten Verbindungsmittels gelöst werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement als selbsttragendes Plättchen, zum Beispiel als keramisches Plättchen, gebildet. Die Oberseite und Unterseite des Plättchens verlaufen dabei im Rahmen der Herstellungstoleranz entlang der gesamten lateralen Ausdehnung bevorzugt planar und/oder parallel zueinander. Dabei können die Oberseite und Unterseite durchaus beabsichtigt oder unbeabsichtigt eingebrachte Aufrauhungen oder Gräben aufweisen. Legt man durch die Oberseite und Unterseite aber jeweils eine Ausgleichfläche, so verlaufen diese Ausgleichsflächen planar oder eben und/oder parallel zueinander.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Hauptseite des Halbleiterchips entlang der gesamten lateralen Ausdehnung des Halbleiterchips eben und grabenfrei ausgebildet. Dabei kann die Hauptseite herstellungsbedingte Aufrauhungen oder beabsichtigt eingebrachte Aufrauhungen zur verbesserten Strahlungsauskopplung aufweisen. Eben bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine durch die Hauptseite gelegte Ausgleichsfläche eben ist. Grabenfrei bedeutet, dass die Hauptseite keine Ausnehmungen aufweist, die beabsichtigt in die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips eingebracht sind, und deren Höhe oder Tiefe ≥ 4 µm oder ≥ 3 µm oder ≥ 2 µm ist. Insbesondere sind keine solchen Gräben im Bereich zwischen benachbarten Emissionsfeldern angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Hauptseite des Halbleiterchips entlang der gesamten lateralen Ausdehnung des Halbleiterchips aus einem einzigen Material gebildet. Bei dem Material der Hauptseite kann es sich beispielsweise um ein Halbleitermaterial der im Halbleiterchip befindlichen Halbleiterschichtenfolge, aber auch um ein Elektrodenmaterial, wie ein transparentes Elektrodenmaterial, zum Beispiel ITO, handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die aktive Schicht des Halbleiterchips durchgehend und unterbrechungsfrei entlang der gesamten lateralen Ausdehnung des Halbleiterchips ausgebildet. Das heißt insbesondere, dass die aktive Schicht zwischen benachbarten Emissionsfeld und/oder im Bereich der reflektierenden Trennwände nicht unterbrochen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind auf der der Hauptseite abgewandten Seite des Halbleiterchips Kontaktelemente angeordnet, die einzeln und unabhängig voneinander bestrombar sind und voneinander beabstandet oder separiert sind. Jedem Kontaktelement ist dabei bevorzugt ein Emissionsfeld eineindeutig zugeordnet. Über Bestromung eines Kontaktelements wird das zugehörige Emissionsfeld betrieben und koppelt Strahlung aus. Die laterale Ausdehnung der Emissionsfelder wird dabei bevorzugt durch die laterale Ausdehnung der Kontaktelemente bestimmt. Nur im Bereich des bestromten Kontaktelements erzeugt die aktive Schicht Strahlung, die dann über das Emissionsfeld ausgekoppelt wird. Die laterale Ausdehnung der Kontaktelemente oder Emissionsfelder kann dabei beispielsweise mindestens 5 µm oder mindestens 50 µm oder mindestens 100 µm betragen. Alternativ oder zusätzlich ist die laterale Ausdehnung ≤ 200 µm oder ≤ 150 µm oder ≤ 125 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt die Unterseite des Konversionselements im Bereich des überdeckten Emissionsfeldes die reflektierenden Trennwände in eine Richtung weg von der Hauptseite nicht. Das heißt, der höchste Punkt der das Emissionsfeld umgebenden Trennwände ist von der Hauptseite weiter beabstandet als die Unterseite des Konversionselements im Bereich des überdeckten Emissionsfeldes. Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich das Konversionselement in direktem Kontakt mit den Trennwänden und mit dem transparenten Kleber.
Die Trennwände können klebend sein und das Konversionselement mit dem Halbleiterchip mechanisch stabil verbinden. Insbesondere kann bei klebenden Trennwänden auch auf den transparenten Kleber verzichtet sein, so dass der Bereich zwischen Konversionselement und überdeckten Emissionsfeld durch einen Lücke gebildet ist, die frei von einem transparenten Kleber ist oder anderen Materialien ist. Die mechanisch stabile Verbindung zwischen Konversionselement und Trennwänden wird dann überwiegend oder ausschließlich über die klebende Wirkung der Trennwände erreicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind in Draufsicht auf die Hauptseite mehrere Emissionsfelder und die dazwischen verlaufenden Trennwände von einem gemeinsamen, durchgehend und zusammenhängend ausgebildeten Konversionselement teilweise oder vollständig überdeckt. Das Konversionselement kann dabei wiederum ein Plättchen, beispielsweise ein keramisches Plättchen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das gemeinsame Konversionselement im Bereich der Trennwände Gräben auf. In Draufsicht auf die Hauptseite überlappen die Gräben dann teilweise oder vollständig mit den Trennwänden. Insbesondere können die Gräben zusammen ein Gitternetzt bilden, das dem Gitternetz der reflektierenden Trennwände entspricht. Es kann in Draufsicht zum Beispiel das von dem Konversionselement überdeckte Emissionsfeld vollständig von einem zusammenhängenden Graben umgeben sein. Im Bereich der Emissionsfelder ist das Konversionselement bevorzugt frei von Gräben.
Die Gräben erstrecken sich zum Beispiel von der Oberseite und/oder der Unterseite des Konversionselements in Richtung hin oder in Richtung weg von der Hauptseite des Halbleiterchips in das Konversionselement und durchdringen das Konversionselement zum Beispiel zu zumindest 30 % oder zumindest 50 % oder zumindest 75 %. Alternativ oder zusätzlich durchdringen die Gräben das Konversionselement zu höchstens 95 % oder höchstens 90 % oder höchstens 85 %. Die Gräben haben beispielsweise eine Tiefe von zumindest 1 µm oder zumindest 5 µm oder zumindest 10 µm. Alternativ oder zusätzlich ist die Tiefe der Gräben ≤ 80 µm oder ≤ 60 µm oder ≤ 20 µm. Die maximale Breite der Gräben parallel zur Hauptseite ist bevorzugt größer oder kleiner gleich der Breite der Trennwände. Die Gräben bewirken insbesondere eine optische Trennung zwischen einem Strahlung emittierenden Emissionsfeld und einem dazu benachbarten Emissionsfeld. Diese optische Trennung wirkt zusätzlich zu der optischen Trennung, die durch die reflektierenden Trennwände erreicht wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen alle oder mehrere in einer Gruppe angeordnete Emissionsfelder jeweils ein eigenes Konversionselement auf, das dem jeweiligen Emissionsfeld eineindeutig zugeordnet ist. Das Konversionselement kann beispielsweise mittels des transparenten Klebers auf dem Emissionsfeld angeordnet und mechanisch befestigt sein. Die Konversionselemente überdecken in Draufsicht auf die Hauptseite dann lediglich das zugeordnete Emissionsfeld, jedoch keine benachbarten Emissionsfelder.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind im Bereich der Trennwände die Konversionselemente zweier benachbarter Emissionsfelder durch einen Spalt jeweils lateral voneinander beabstandet. Das heißt insbesondere, dass die Konversionselemente benachbarter Emissionsfelder nicht in direktem Kontakt zueinander stehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform füllt der transparente Kleber den Spalt zwischen Konversionselementen zweier benachbarter Emissionsfelder zumindest teilweise auf. Bevorzugt überragt der transparente Kleber im Bereich der Spalte die Oberseite der Konversionselemente in Richtung weg von der Hauptseite dabei aber nicht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Spalt zwischen Konversionselementen benachbarter Emissionsfelder zumindest teilweise oder vollständig mit einem reflektierenden Material aufgefüllt. Das reflektierende Material kann spiegelnd und/oder diffus streuend für die Primärstrahlung aus dem Halbleiterchip oder die vom Konversionselement emittierte Sekundärstrahlung sein. In Draufsicht auf die Hauptseite kann jedes Konversionselement dann teilweise oder vollständig von einer zusammenhängenden Bahn aus dem reflektierenden Material umgeben sein. Das reflektierende Material bewirkt dabei für einen Beobachter eine zusätzliche optische Trennung benachbarter Emissionsfelder.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragen die Trennwände das Konversionselement oder die Konversionselemente im Bereich der überdeckten Emissionsfelder in Richtung weg von der Hauptseite. Die Trennwände können die Oberseiten der Konversionselemente im Bereich der überdeckten Emissionsfelder dabei beispielsweise um zumindest 2 µm oder zumindest 5 µm oder zumindest 10 µm überragen. Alternativ oder zusätzlich überragen die Trennwände die Oberseiten der Konversionselemente im Bereich der überdeckten Emissionsfelder um höchstens 15 µm oder höchstens 10 µm oder höchstens 7 µm.
Die Trennwände verlaufen dabei bevorzugt durch den Spalt zwischen zwei benachbarten Konversionselementen und durchdringen diesen Spalt vollständig. Insbesondere sind die Konversionselemente dann lateral also durch die Trennwände begrenzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement eine zusammenhängende und durchgehend ausgebildete Schicht, die mehrere Emissionsfelder und die dazwischen liegenden Trennwände formschlüssig überdeckt. Insbesondere steht dabei das Konversionselement in direktem Kontakt mit der Hauptseite des Halbleiterchips beziehungsweise mit den Trennwänden. Zwischen den überdeckten Trennwänden und den überdeckten Emissionsfeldern ist dabei bevorzugt weder ein Spalt noch ein Zwischenraum zu dem Konversionselement ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement eine Dicke quer zur Hauptseite von zumindest 10 µm oder zumindest 30 µm oder zumindest 50 µm auf. Alternativ oder zusätzlich ist die Dicke des Konversionselements ≤ 150 µm oder ≤ 100 µm oder ≤ 70 µm. Bevorzugt beträgt die Dicke des Konversionselements zwischen einschließlich 10 µm und 15 µm oder zwischen einschließlich 40 µm und 100 µm.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem optoelektronischen Halbleiterbauteil offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils einen Schritt A), bei dem ein Halbleiterchip mit einer Hauptseite bereitgestellt wird. Die Hauptseite umfasst eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Emissionsfeldern, die einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar sind und über die im Betrieb jeweils Strahlung aus dem Halbleiterchip ausgekoppelt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren in einem Schritt B) das Aufbringen von reflektierenden Trennwänden auf die Hauptseite zwischen benachbarten Emissionsfeldern, wobei in Draufsicht auf die Hauptseite die Emissionsfelder von den Trennwänden zumindest teilweise umgeben sind. Die Trennwände überragen den Halbleiterchip dabei in Richtung weg von der Hauptseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt C), bei dem nach dem Schritt B) ein Konversionselement mit einer dem Halbleiterchip zugewandten Unterseite und einer dem Halbleiterchip abgewandten Oberseite zumindest auf einem Emissionsfeld aufgebracht wird, wobei nach dem Aufbringen die Unterseite des Konversionselements im Bereich des entsprechenden Emissionsfeldes die reflektierenden Trennwände in eine Richtung weg von der Hauptseite um höchstens 10 % der Höhe der Trennwände überragt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei dem Verfahren nach dem Schritt B) und vor dem Schritt C) ein transparenter Kleber zumindest auf ein Emissionsfeld aufgebracht, wobei der transparente Kleber Seitenwände der das Emissionsfeld umgebenden Trennwände zumindest teilweise formschlüssig bedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt C) das Konversionselement auf das Emissionsfeld mit dem transparenten Kleber aufgebracht. Dabei wird das Konversionselement bevorzugt in direkten Kontakt mit dem Kleber gebracht, so dass das Konversionselement indirekt über den transparenten Kleber mit dem Emissionsfeld verbunden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem darauffolgenden Schritt der transparente Kleber ausgehärtet und dadurch eine stoffschlüssige und mechanisch stabile Verbindung zwischen Konversionselement und Emissionsfeld hergestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden bei dem Verfahren die reflektierenden Trennwände mittels eines Aerosoljet-Verfahrens aufgebracht. Aerosoljet-Verfahren sind Druckverfahren, bei dem ein Aerosol über einen Druckkopf auf eine Oberfläche gesprüht wird. Auf diese Weise können Kleinstrukturen im Mikrometer- oder Nanometerbereich gedruckt werden. Bevorzugt weisen die so gedruckten reflektierenden Trennwände einen reflektierenden Kleber auf. Ein solcher Kleber kann zum Beispiel ein Silikonkleber oder ein Harz oder ein Epoxid sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden nach dem Druckverfahren die reflektierenden Trennwände angehärtet aber nicht ausgehärtet. Die Trennwände werden dabei bevorzugt soweit angehärtet, dass der transparente Kleber aufgebracht werden kann, ohne dass es zu einer Durchmischung der Trennwände und dem transparenten Kleber kommt. Auch sollten die angehärteten reflektierenden Trennwände durch das Aufbringen des transparenten Klebers nicht verformt oder zerstört werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Konversionselement derart auf den Halbleiterchip aufgebracht, dass das Konversionselement sowohl mit dem transparenten Kleber als auch mit den reflektierenden Trennwänden in direktem Kontakt steht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden in einem nächsten Schritt der transparente Kleber und die reflektierenden Trennwände vollständig ausgehärtet, wodurch das Konversionselement stoffschlüssig auf dem Halbleiterchip befestigt wird. Die stoffschlüssige Befestigung des Konversionselements auf dem Halbleiterchip kann auch allein durch die reflektierenden Trennwände erzeugt werden, wobei dann auf einen transparenten Kleber auf den Emissionsfeldern verzichtet sein kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die reflektierenden Trennwände mittels eines Lithografieprozesses auf dem Halbleiterchip aufgebracht. Dazu wird zum Beispiel eine Fotolackschicht auf dem Halbleiterchip mittels einer strukturierten Maske überdeckt, der Fotolack anschließend belichtet und ausgehärtet und die nicht ausgehärteten Teile der Fotolackschicht wieder entfernt, so dass ausschließlich die reflektierenden Trennwände zurückbleiben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird anschließend, nach dem Erzeugen der reflektierenden Trennwände, der transparente Kleber mittels eines Rakelprozesses auf die Hauptseite des Halbleiterchips aufgebracht. Über den Rakelprozess werden dann die Bereiche zwischen den reflektierenden Trennwänden mit dem transparenten Kleber teilweise oder vollständig aufgefüllt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Konversionselement über ein Sprühverfahren formschlüssig auf die Trennwände und die Emissionsfelder aufgebracht. Ein zusätzlicher transparenter Kleber ist in diesem Fall für die Verbindung zwischen Konversionselement und Emissionsfelder nicht nötig. Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils unter Bezugnahme auf Zeichnungen 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.
Es zeigen:
1A bis 1C Seitenansichten sowie Draufsichten von Ausführungsbeispielen eines optoelektronischen Halbleiterbauteils in der Herstellung,
1D bis 3B Seitenansichten von Ausführungsbeispielen eines optoelektronischen Halbleiterbauteils,
4A bis 4C Seitenansichten eines optoelektronischen Halbleiterbauteils im Herstellungsverfahren, und
5 ein optoelektronisches Halbleiterbauteil in Seitenansicht.
1A zeigt einen optoelektronischen Halbleiterchip 1 mit einer ebenen und plan verlaufenden Hauptseite 10, die zum Beispiel eine Strahlungsauskoppelfläche des Halbleiterchips 1 bildet. Die Hauptseite 10 ist entlang der gesamten lateralen Ausdehnung aus einem einzigen Material, zum Beispiel aus einer Passivierung, gebildet und weist keine beabsichtigt eingebrachten Gräben auf. Der Halbleiterchip 1 umfasst ferner eine Halbleiterschichtenfolge, zum Beispiel aus AlInGaN, mit einer aktiven Schicht 12, in der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt wird.
Auf einer der Hauptseite 10 gegenüberliegenden Unterseite des Halbleiterchips 1 sind Kontaktelemente 13 angeordnet. Die Kontaktelemente 13 sind zum Beispiel aus einem Metall, wie Ag, oder einem transparenten leitfähigen Oxid, wie ITO, gebildet. Die Kontaktelemente befinden sich dabei in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge. Über die Kontaktelemente 13 kann die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips 1 bestromt werden. Die Kontaktelemente 13 sind voneinander separiert und beabstandet.
Jedem der Kontaktelemente 13 ist dabei auf der Hauptseite 10 des Halbleiterchips 1 ein Emissionsfeld 11 eineindeutig zugeordnet. Bei Bestromung eines Kontaktelements 13 wird im Bereich des Kontaktelements 13 in der aktiven Schicht 12 Strahlung erzeugt, die über das zugehörige Emissionsfeld 11 aus dem Halbleiterchip 1 austritt. Die laterale Ausdehnung der Kontaktelemente 13 definiert dabei die laterale Ausdehnung der Emissionsfelder 11 und beträgt zum Beispiel zwischen 5 µm und 125 µm.
In lateraler Richtung zwischen den einzelnen Kontaktelementen 13 weist die Halbleiterschichtenfolge Zwischenräume auf, die nicht angesteuert werden können und in denen die aktive Schicht 12 im Betrieb des Halbleiterchips 1 keine oder nur wenig elektromagnetische Strahlung erzeugt. Die Zwischenräume haben beispielsweise eine Breite parallel zur Hauptseite 10 zwischen 5 µm und 20 µm. Die Zwischenräume sind in 1A als weiße Streifen gekennzeichnet.
In 1A sind in lateraler Richtung zwischen zwei benachbarten Emissionsfeldern 11 auf der Hauptseite 10 reflektierende Trennwände 20 angeordnet. Die Trennwände 20 überragen dabei den Halbleiterchip 1 in einer Richtung weg von der Hauptseite 10 und haben beispielsweise eine Höhe zwischen 5 µm und 20 µm. Die Trennwände 20 sind dabei im Bereich der Zwischenräume angeordnet und überdecken die Zwischenräume in Draufsicht auf die Hauptseite teilweise oder ganz. Unterhalb der Trennwände 20 wird also in der Halbleiterschichtenfolge bevorzugt keine oder nur wenig elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Die Trennwände 20 bestehen vorliegend beispielsweise aus einem Silikon oder Epoxid oder Harz, das mit strahlungsreflektierenden Partikeln wie Titandioxid-Partikeln versehen ist.
1B zeigt den Halbleiterchip 1 mit den aufgebrachten reflektierenden Trennwänden 20 in Draufsicht auf die Hauptseite 10. Zu erkennen ist, dass die Trennwände 20 zusammen ein reflektierendes Gitter 2 bilden, wobei die Emissionsfelder 11 des Halbleiterchips 1 matrixartig in Maschen des reflektierenden Gitters 2 angeordnet sind, wobei jedes Emissionsfeld 11 eineindeutig einer Masche des reflektierenden Gitters 2 zugeordnet ist. Jedes Emissionsfeld 11 ist also zumindest teilweise von Trennwänden 20 umgeben.
Die Trennwände 20 sorgen für einen Beobachter mit Blick auf die Hauptseite 10 für eine verbesserte optische Trennung zwischen einem im Betrieb befindlichen Emissionsfeld 11 und einem dazu benachbarten Emissionsfeld 11. Der Betrieb eines Emissionsfeldes 11 wird darüber gesteuert, dass das zugehörige Kontaktelement 13 bestromt wird.
1C zeigt ein Ausführungsbeispiel in Seitenansicht bei dem auf die Hauptseite 10 des Halbleiterchips 1 ein transparenter, insbesondere klarsichtiger Kleber 3 aufgebracht ist. Bei dem transparenten Kleber 3 handelt es sich beispielsweise um einen Silikonkleber. Der transparente Kleber 3 ist als ganzflächige, zusammenhängende und unterbrechungsfreie Schicht über eine Mehrzahl von Emissionsfeldern 11 aufgebracht und überdeckt dabei die zwischen den Emissionsfeldern 11 befindlichen reflektierenden Trennwände 20. Die mittlere Dicke der Kleberschicht ist dabei größer als die Höhe der Trennwände 20. Der Kleber 3 überdeckt die Trennwände 20 sowie die Emissionsfelder 11 formschlüssig, so dass zwischen dem transparenten Kleber 3 und den Trennwänden 20 beziehungsweise den Emissionsfeldern 11 kein Spalt oder keine Lücke ausgebildet ist.
Im Ausführungsbeispiel der 1D ist ein fertiges optoelektronisches Halbleiterbauteil 100 gezeigt. Dabei ist auf die Hauptseite 10 des Halbleiterchips 1 ein Konversionselement 4 aufgebracht. In Draufsicht auf die Hauptseite 10 überdeckt das Konversionselement 4 dabei eine Mehrzahl von Emissionsfeldern 11 und die dazwischen liegenden Trennwände 20 vollständig. Bei dem Konversionselement 4 handelt es sich vorzugsweise um ein Plättchen mit einer Oberseite 42 und einer Unterseite 41, wobei die Oberseite 42 und die Unterseite 41 im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Das Konversionselement 4 ist durchgehend, zusammenhängend und ohne Unterbrechungen ausgebildet.
Das Konversionselement 4 der 1D ist zum Beispiel selbsttragend und braucht zur mechanischen Stabilisierung nicht den Halbleiterchip 1. Es weist zum Beispiel eine Dicke zwischen einschließlich 40 µm und 100 µm auf. Ferner ist das Konversionselement 4 so stark auf den Halbleiterchip 1 aufgedrückt, dass es im direkten Kontakt mit den reflektierenden Trennwänden 20 sowie dem transparenten Kleber 3 steht. Die Unterseite 41 des Konversionselements 3 im Bereich der Emissionsfelder 11 überragt also die Trennwände 20 in Richtung weg von der Hauptseite 10 nicht.
Alternativ kann das Konversionselement 4 der 1D auch mit Hilfe eines Trägers aufgebracht sein, wobei der Träger nach dem Aufbringen vom Konversionselement 4 abgelöst wird. Das Konversionselement 4 ist dann zum Beispiel zwischen einschließlich 10 µm und 15 µm dick und ist zum Beispiel nicht selbsttragend.
Bei dem Konversionselement 4 handelt es sich beispielsweise um ein keramisches Konversionselement 4 aus einem Leuchtstoff, wie einem YAG. Zum Beispiel ist das Konversionselement 4 dazu eingerichtet, UV-Strahlung oder blauer Strahlung in rotes oder grünes oder gelbes Licht, zu konvertieren.
Das Konversionselement 4 der 1D ist mittels des transparenten Klebers 3 mechanisch stoffschlüssig mit dem Halbleiterchip 1 verbunden. Ein Ablösen des Konversionselements 4 ist dabei lediglich unter Zerstörung oder Aufbrechen des transparenten Klebers 3 möglich.
Zusätzlich ist es möglich, dass auch die reflektierenden Trennwände 20 klebend sind und zusätzlich oder alleine die stoffschlüssige mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 1 und dem Konversionselement 4 bewirken.
In 1D sind alle Emissionsfelder 11 des Halbleiterchips 1 vollständig von dem gemeinsamen Konversionselement 4 überdeckt. In Draufsicht auf die Hauptseite 10 überdeckt das Konversionselement 4 den gesamten Halbleiterchip 1 vollständig und überragt diesen in alle lateralen Richtungen. Alternativ kann das Konversionselement 4 in lateraler Richtung auch bündig mit Seitenflächen des Halbleiterchip 1 abschließen.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 weist, anders als in 1D, das Konversionselement 4 zusätzliche Gräben 40 auf, die von der Oberseite 42 des Konversionselements 4 in Richtung Unterseite 41 verlaufen. Die Gräben 40 durchdringen das Konversionselement 4 zum Beispiel zu zumindest 55 % und zu höchstens 85 %. Ferner sind die Gräben 40 im Bereich der reflektierenden Trennwände 20 angeordnet, so dass in Draufsicht auf die Hauptseite 10 die Gräben 40 teilweise oder vollständig mit den reflektierenden Trennwänden 20 überlappen. Das Konversionselement 4 der 2 kann selbstragend sein.
Die Gräben 40 im Konversionselement 4 bewirken zusätzlich zu den reflektierenden Trennwänden 20 eine optische Trennung zwischen benachbarten Emissionsfeldern 11. An den Seitenflächen der Gräben 40 wird durch das Konversionselement 4 laufende Licht zum Teil totalreflektiert, so dass ein Übersprechen des von zwei benachbarten Emissionsfeldern 11 emittierten Lichts unterdrückt wird. Für einen Beobachter, der auf die Oberseite 42 des Konversionselements 4 blickt, erscheint dann ein im Betrieb befindliches Emissionsfeld 11 optisch separiert von einem benachbarten Emissionsfeld 11.
Die Gräben 40 weisen zum Beispiel die gleiche gitterartige Struktur wie die reflektierenden Trennwände 20 auf. Auf diese Weise ist ein pixeliertes Halbleiterbauteil 100 realisiert.
Das Ausführungsbeispiel der 3A zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauteil 100, bei dem mehrere Emissionsfelder 11 jeweils von einem eigenen, eineindeutig zugeordneten Konversionselement 4 überdeckt sind. Jedes Konversionselement 4 überdeckt dabei in Draufsicht auf die Hauptseite 10 lediglich das zugeordnete Emissionsfeld 11 teilweise oder vollständig, nicht jedoch benachbarte Emissionsfelder 11. Ferner überdecken die Konversionselemente 4 zumindest teilweise die zwischen den Emissionsfeldern 11 befindlichen Trennwände 20. Jedes Konversionselement 4 kann dabei wiederum als selbsttragendes, zum Beispiel keramisches Plättchen ausgebildet sein. Zwischen zwei benachbarten Konversionselementen 4 zweier benachbarter Emissionsfelder 11 ist jeweils ein Spalt 43 angeordnet. Der Spalt 43 separiert dabei zwei benachbarte Konversionselemente 4 voneinander. In Draufsicht auf die Hauptseite 10 überlappen die Spalte 43 zumindest teilweise mit den reflektierenden Trennwänden 20. Ferner sind die Spalte 43 zumindest teilweise mit dem transparenten Kleber 3 aufgefüllt. Vorliegend füllt der transparente Kleber 3 die Spalte 43 zumindest zur Hälfte. Im Ausführungsbeispiel der 3B ist das gleiche optoelektronische Halbleiterbauteil 100 wie in 3A gezeigt. Zusätzlich ist bei dem Ausführungsbeispiel der 3B in die Spalte 43 noch ein reflektierendes Material 6 eingebracht. Dabei kann es sich um das gleiche reflektierende Material wie das Material der reflektierenden Trennwände 20 oder ein anderes Material handeln. Die Spalte 43 sind vorliegend vollständig mit dem transparenten Kleber 3 und dem reflektierenden Material 6 aufgefüllt, so dass das reflektierende Material 6 die Konversionselemente 4 in Richtung weg von der Hauptseite 10 teilweise überragt. In Draufsicht auf das optoelektronische Halbleiterbauteil 100 ist zum Beispiel jedes Konversionselement 4 von einer durchgehend und zusammenhängenden Bahn aus dem reflektierenden Material 6 teilweise oder vollständig umgeben.
In 4A ist ein Verfahrensschritt zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 in Seitenansicht dargestellt. 4A ähnelt dabei dem Ausführungsbeispiel der 1C. Jedoch sind in 4A die Trennwände 20 höher als in 1B, zum Beispiel haben die Trennwände 20 eine Höhe von zumindest 10 µm und höchstens 20 µm. Auch ist im Ausführungsbeispiel der 4A der transparente Kleber 3 lediglich im Bereich der Emissionsfelder 11 angeordnet, überdeckt aber nicht die reflektierenden Trennwände 20. Vielmehr füllt der transparente Kleber 3 den Bereich zwischen zwei benachbarten reflektierenden Trennwänden 20 teilweise auf. Die Höhe der Schicht aus dem transparenten Kleber 3 ist dabei geringer als die Hälfte der Höhe der reflektierenden Trennwände 20.
4B zeigt das fertige optoelektronische Halbleiterbauteil 100 nach dem Aufbringen von Konversionselementen 4. Dabei ist wie in 3A auf jedes Emissionsfeld 11 ein eigenes, eineindeutig zugeordnetes Konversionselement 4 aufgebracht. Die Konversionselemente 4 sind zwischen den reflektierenden Trennwänden 20 angeordnet und werden von diesen lateral begrenzt. Ferner sind die Konversionselemente 4 an ihrer Oberseite 42 im Bereich der Emissionsfelder 11 von den reflektierenden Trennwänden 20 in Richtung weg von der Hauptseite 10 überragt, beispielsweise um zumindest 2 µm oder 5 µm oder 10 µm. Die reflektierenden Trennwände 20 durchstoßen dabei die Spalte 43 zwischen zwei benachbarten Konversionselementen 4. Ferner sind die Spalte 43 zumindest teilweise mit dem transparenten Kleber 3 aufgefüllt. Die laterale Ausdehnung des Konversionselements 4 ist also geringer als der Abstand gegenüberliegender Trennwände 20.
Das Ausführungsbeispiel der 4C zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauteil 100 mit den gleichen Eigenschaften wie in 4B. Zusätzlich ist in 4C aber der nicht mit dem transparenten Kleber 3 oder den reflektierenden Trennwänden 20 aufgefüllte Bereich der Spalte 43 zwischen benachbarten Konversionselementen 4 mit einem zusätzlich reflektierenden Material 6 befüllt. Die Spalte 43 zwischen den Konversionselementen 4 sind dabei vollständig durch das reflektierende Material 6, den transparenten Kleber 3 und die reflektierenden Trennwände 20 aufgefüllt.
Im Ausführungsbeispiel der 5 sind die Konversionselemente 4 nicht mittels eines Klebers auf die Trennwände 20 beziehungsweise den Halbleiterchips 1 aufgebracht, sondern als durchgehend und zusammenhängende Schicht ohne Unterbrechungen aufgebracht. Das Konversionselement 4 kann dabei zum Beispiel mittels eines Sprühverfahrens auf die Emissionsfelder 11 und die Trennwände 20 aufgebracht sein. Das so aufgebrachte Konversionselement 4 überdeckt sowohl die Trennwände 20 als auch die Emissionsfelder 11 formschlüssig und vollständig.
Insbesondere wird von einem einzigen Konversionselement 4 auf diese Weise eine Mehrzahl von Emissionsfeldern 11 und Trennwänden 20 überdeckt.
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 Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterchip
2: reflektierendes Gitter
3: transparenter Kleber
4: Konversionselement
6: reflektierendes Material
10: Hauptseite des Halbleiterchips 1
11: Emissionsfeld
12: aktive Schicht
13: Kontaktelemente
20: reflektierende Trennwände
40: Gräben
41: Unterseite des Konversionselements 4
42: Oberseite des Konversionselements 4
43: Spalte
100: optoelektronisches Halbleiterbauteil

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) aufweisend – einen Halbleiterchip (1) mit einer Hauptseite (10), wobei die Hauptseite (10) eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Emissionsfeldern (11) umfasst, die einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar sind und über die im Betrieb jeweils Strahlung aus dem Halbleiterchip (1) ausgekoppelt wird, – auf die Hauptseite (10) aufgebrachte reflektierende Trennwände (20), die zwischen benachbarten Emissionsfeldern (11) angeordnet sind und die Emissionsfelder (11) in Draufsicht auf die Hauptseite (10) zumindest teilweise umgeben, – zumindest ein auf die Hauptseite (10) aufgebrachtes Konversionselement (4) mit einer dem Halbleiterchip (1) zugewandten Unterseite (41) und einer dem Halbleiterchip (1) abgewandten Oberseite (42), wobei – die Trennwände (20) aus einem von dem Halbleitermaterial des Halbleiterchips (1) unterschiedlichen Material gebildet sind, – die Trennwände (20) den Halbleiterchip (1) in Richtung weg von der Hauptseite (10) überragen, – das Konversionselement (4) zumindest ein Emissionsfeld (11) zumindest teilweise überdeckt und mit diesem Emissionsfeld (11) mechanisch stabil verbunden ist, – die Unterseite (41) des Konversionselements (4) im Bereich des überdeckten Emissionsfeldes (11) die Trennwände (20) in eine Richtung weg von der Hauptseite (10) um höchstens 10 % der Höhe der Trennwände (20) überragt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 1, mit einem transparenten Kleber (3), der zumindest auf einem der Emissionsfelder (11) aufgebracht ist und Seitenwände der das Emissionsfeld (11) umgebenden reflektierenden Trennwände (20) zumindest teilweise formschlüssig bedeckt, wobei – das Konversionselement (4) mittels des transparenten Klebers (3) stoffschlüssig auf dem Emissionsfeld (11) befestigt ist, – das Konversionselement (4) als selbstragendes Plättchen ausgebildet ist, dessen Oberseite (42) und Unterseite (41) im Rahmen der Herstellungstoleranz planar sind und parallel zueinander verlaufen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei – die Hauptseite (10) des Halbleiterchips (1) entlang der gesamten lateralen Ausdehnung des Halbleiterchips (1) eben und grabenfrei ist, – eine aktive Schicht (12) des Halbleiterchips (1) durchgehend und unterbrechungsfrei entlang der gesamten lateralen Ausdehnung des Halbleiterchips (1) verläuft, – die einzelnen Emissionsfelder (11) durch Bestromung von eineindeutig zugeordneten, separierten Kontaktelementen (13), die auf einer der Hauptseite (10) abgewandten Seite des Halbleiterchips (1) angebracht sind, einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 2, wobei – die Unterseite (41) des Konversionselements (4) im Bereich des überdeckten Emissionsfeldes (11) die reflektierenden Trennwände (20) in eine Richtung weg von der Hauptseite (10) nicht überragt, – das Konversionselement (4) in direktem Kontakt mit Trennwänden (20) und dem transparenten Kleber (3) steht.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – mehrere Emissionsfelder (11) und die dazwischen verlaufenden Trennwände (20) von einem gemeinsamen, durchgehend und zusammenhängend ausgebildeten Konversionselement (4) überdeckt sind, – das gemeinsame Konversionselement (4) im Bereich der Trennwände (20) Gräben (40) aufweist, die sich von der Oberseite (42) und/oder der Unterseite (41) des Konversionselements (4) in Richtung hin und/oder in Richtung weg von der Hauptseite (10) in das Konversionselement (4) erstrecken, – die Gräben (40) eine optische Trennung zwischen einem Strahlung emittierenden Emissionsfeld (11) und einem dazu benachbarten Emissionsfeld (11) bewirken.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach mindestens Anspruch 2, wobei – mehrere Emissionsfelder (11) jeweils ein eigenes Konversionselement (4) aufweisen, das jeweils einem Emissionsfeld (11) eineindeutig zugeordnet ist und jeweils mittels des transparenten Klebers (3) auf dem Emissionsfeld (11) angeordnet ist, – im Bereich der Trennwände (20) die Konversionselemente (4) zweier benachbarter Emissionsfelder (11) jeweils durch einen Spalt (43) voneinander lateral beabstandet sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei – der transparente Kleber (3) den Spalt (43) zumindest teilweise auffüllt, – der Spalt (43) zumindest teilweise mit einem reflektierenden Material (6) aufgefüllt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach mindestens Anspruch 6, wobei die Trennwände (20) die Konversionselemente (4) jeweils im Bereich der überdeckten Emissionsfelder (11) in Richtung weg von der Hauptseite (10) überragen und dabei jeweils durch den Spalt (43) zwischen zwei benachbarten Konversionselementen (4) verlaufen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 1, wobei das Konversionselement (4) eine zusammenhängende und durchgehend ausgebildete Schicht ist, die mehrere Emissionsfelder (4) und die dazwischen liegenden Trennwände (20) formschlüssig überdeckt und dabei in direktem Kontakt mit der Hauptseite (10) und den Trennwänden (20) steht.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach mindestens Anspruch 2, wobei – die reflektierende Trennwände (20) ein Epoxid oder Harz oder Silikon mit darin eingebrachten TiO₂ Partikeln aufweisen, – der transparente Kleber (3) einen Silikonkleber aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – die Trennwände (20) eine Höhe zwischen 5 µm und 10 µm haben, – das Konversionselement (4) eine Dicke von zumindest 10 µm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils (100), umfassend die Schritte A) Bereitstellen eines Halbleiterchips (1) mit einer Hauptseite (10), wobei die Hauptseite (10) eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Emissionsfeldern (11) umfasst, die einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar sind und über die im Betrieb jeweils Strahlung aus dem Halbleiterchip (1) ausgekoppelt wird; B) Aufbringen von reflektierenden Trennwänden (20) auf die Hauptseite (10) zwischen benachbarte Emissionsfelder (11), wobei in Draufsicht auf die Hauptseite (10) die Emissionsfelder (11) von den Trennwänden (20) zumindest teilweise umgeben sind, wobei die Trennwände (20) aus einem von dem Halbleitermaterial des Halbleiterchips (1) unterschiedlichen Material gebildet sind, und wobei die Trennwände (20) den Halbleiterchip (1) in Richtung weg von der Hauptseite (10) überragen; C) Anschließendes Aufbringen zumindest eines Konversionselements (4) mit einer dem Halbleiterchip (1) zugewandten Unterseite (41) und einer dem Halbleiterchip (1) abgewandten Oberseite (42) zumindest auf ein Emissionsfeld (11), wobei nach dem Aufbringen die Unterseite (41) des Konversionselements (4) im Bereich des entsprechenden Emissionsfeldes (11) die reflektierenden Trennwände (20) in eine Richtung weg von der Hauptseite (10) um höchstens 10 % der Höhe der Trennwände (20) überragt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei – nach dem Schritt B) und vor dem Schritt C) ein transparenter Kleber (3) zumindest auf ein Emissionsfeld (11) aufgebracht wird, wobei der transparente Kleber (3) Seitenwände der das Emissionsfeld (11) umgebenden Trennwände (20) zumindest teilweise formschlüssig bedeckt, – im Schritt C) das Konversionselement (4) auf das Emissionsfeld (11) mit dem transparenten Kleber (3) aufgebracht wird, – anschließend der transparente Kleber (3) ausgehärtet wird und dadurch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Konversionselement (4) und Emissionsfeld (11) hergestellt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei – die reflektierenden Trennwände (20) mittels eines Aerosol-Jet-Verfahrens aufgebracht werden, wobei die reflektierenden Trennwände (20) einen reflektierenden Kleber aufweisen, – anschließend die reflektierenden Trennwände (20) angehärtet aber nicht ausgehärtet werden, – das Konversionselement (4) derart auf den Halbleiterchip (1) aufgebracht wird, dass das Konversionselement (4) sowohl mit dem transparenten Kleber (3) als auch mit den reflektierenden Trennwänden (20) in direktem Kontakt steht, – anschließend der transparente Kleber (3) und die reflektierenden Trennwände (20) ausgehärtet werden, wodurch das Konversionselement (4) stoffschlüssig auf dem Halbleiterchip (1) befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei – die reflektierenden Trennwände (20) mittels eines Lithographie-Prozesses auf dem Halbleiterchip (1) aufgebracht werden, – nach dem Aushärten der reflektierenden Trennwände (20) der transparente Kleber mittels eines Rakelprozesses auf der Hauptseite (10) des Halbleiterchips (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach mindestens Anspruch 12, wobei das Konversionselement (4) über ein Sprühverfahren formschlüssig auf die Trennwände (20) und die Emissionsfelder (11) aufgebracht wird.